5. Физические основы разделения минеральных частиц в поле коронного разряда.

5.1. Общая конструкция коронно – электростатического сепаратора.

Сепаратор называется коронно - электростатическим, если в рабочей зоне сепаратора частицы проходят сначала через зоны коронного разряда, а затем через электростатическое поле, т.е. в рабочей зоне сепаратора имеется комбинация 2-х полей: коронного и электростатического. В качестве примера рассмотрим схему устройства барабанного коронно – электростатического сепаратора (см. рис. 5.1.1).

Рис. 5.1.1. Схема устройства барабанного коронно – электростатического сепаратора.

1 - Осадительный электрод; 2 - Коронирующий электрод; 3 - Отклоняющий электрод;

4 - Питающий бункер; 5 - Щетка для очистки осадительного электрода.

Н – приемник непроводящих частиц; ПП – приемник промпродукта; П – приемник для проводников.

Сепаратор имеет 3 электрода:

Осадительный электрод (1) - пустотелый барабан, выполненный из нержавеющей стали или хромированной латуни. Его диаметр от 160 до 400 мм. Поверхность барабана полирована, что обеспечивает нахождение всех частиц в электрическом поле одной напряженности и уменьшает коэффициент трения скольжения. Толщина стенки барабана не превышает 3 - 4 мм. Так как минеральные продукты имеют высокую абразивность, поверхность осадительного электрода хромируют для увеличения коррозионной и абразивной стойкости поверхности. Осадительный электрод обязательно заземляют. Скорость вращения осадительного электрода от 30 до 500 об/мин.

Коронирующий электрод (2) имеет небольшой радиус кривизны. Он может выполняться в виде тонкой проволоки, пучка игл, острия или гребенки с тонкими зубьями. Диаметр электрода нецелесообразно делать большим, т.к. с увеличением диаметра коронирующего электрода увеличивается величина напряжения, необходимая для создания короны, и начинает идти ионизация газов воздуха. Обычно диаметр проволочного коронирующего электрода выбирают минимально допустимым из условий механической прочности и в любом случае он меньше 2 мм (у серийных сепараторов ЭКС диаметр проволоки коронирующего электрода 0,4 мм).

Коронирующий электрод должен располагаться на расстояние 10 – 25 (до 50) мм от поверхности осадительного электрода. Воображаемая плоскость, в которой лежит коронирующий электрод, должна быть наклонена под углом 10⁰ – 15⁰ по отношению к вертикали.

Отклоняющий электрод (3) представляет собой цилиндр диаметром 15 ÷ 20 мм, на который надета оболочка из непроводящего материала.

Воображаемая плоскость, в которой лежит отклоняющий электрод, должна быть наклонена под углом 45⁰ – 65⁰ по отношению к вертикали. Он должен быть хорошо изолирован во избежание утечки («стекания») заряда. Изолятор должен быть выполнен из диэлектрика с высокой пробивной прочностью – эбонита, полиэтилена, фторопласта.

На рис. 5.1.2 показана схема сил, действующих на частицу в рабочей зоне барабанных электростатического, коронного и коронно-электростатического сепараторов. Сила, действующая на частицу материала, в процессе сепарации по мере вращения осадительного электрода барабана непрерывно меняется, поэтому траектория их движения определяется соотношением удерживающих и отрывающих сил и их направлениями. К этим силам относятся: силы тяжести или ее составляющая, центробежная сила, электрические силы, обусловленные зарядом частиц, сила адгезии частиц к поверхности осадительного электрода барабана (для частиц крупнее 20-30 мкм последней можно пренебречь). Частица оторвется от поверхности вращающегося барабана в той его точке, где радиальная составляющая сил отрыва превысит радиальную составляющую удерживающих сил, т.е. удельная электрическая сила F_эл (удельное значение силы, отнесенное к массе частиц, равной 1 кг) должна иметь выражение:

[Н/кг], где (5.1.1)

β_н.пр- содержание минерала, удерживаемого на барабане [доли единицы];

V - окружная скорость вращения барабана, [м/с];

R - радиус барабана, [м];

g - ускорение силы тяжести, [м/с²];

α - угол, определяющий положение частицы на поверхности барабана.

Коэффициент 1/(1 + β_н.пр ) учитывает воздействие на отрываемые частицы, частиц, удерживаемых на барабане. В отличие от магнитной сепарации, в коронных и особенно коронно-электростатических сепараторах определить электрическую силу притяжения значительно сложнее, так как величина и знак заряда частицы зависят от многих факторов, и, кроме того, они меняются при вращении барабана. Процесс электросепарации в поле коронного разряда является с физической стороны весьма сложным, так как качество разделения материала зависит от очень большого числа факторов.

Рис. 5.1.2. Схематическое изображение сил, действующих на частицу непроводника в барабанном сепараторе коронно-электростатического типа.