Электрические методы обогащения

Электрические методы обогащения основаны на различии в электрических свойствах минералов, а именно на различии в электропроводности и диэлектрической проницаемости.

Во многих веществах существуют свободные заряженные микрочастицы. Свободная частица отличается от "связанной" тем, что она может передвигаться на большое расстояние под действием сколь угодно малой силы. Для заряженной частицы это означает, что она должна приходить в движение под действием сколь угодно слабого электрического поля. Именно это наблюдается, например, в металлах: электрический ток в металлическом проводе вызывается сколь угодно малым напряжением, приложенным к его концам. Это и свидетельствует о наличии в металле свободных заряженных частиц.

Вещества, содержащие свободные заряженные микрочастицы, называются проводниками. Свободные электрические микрочастицы в проводниках называются носителями электрического тока. Вещества, не содержащие свободных заряженных частиц, называют диэлектриками (в электротехнике диэлектрики часто называют изоляторами).

Характерно, что носители свободны только внутри проводника, то есть не могут беспрепятственно выходить за его границу.

Проводниками являются металлы, электролитические жидкости. В металлах носителями являются электроны, в электролитических жидкостях носителями являются ионы (могут иметь положительный и отрицательный заряд).

Под действием внешнего электрического поля положительные носители движутся вдоль поля, а отрицательные – против поля. Это приводит к возникновению тока, направленного вдоль поля.

Упорядоченное движение носителей зарядов, приводящее к переносу заряда, называется электрическим током в веществе. Электрический ток возникает под действием электрического поля. Свойство вещества проводить электрический ток называется электропроводностью.

По величине электрической проводимости все минералы делятся на три группы:

1. Проводники с электрической проводимостью 10² – 10³ См/м

Сименс (См) – проводимость такого проводника, в котором проходит сила тока 1А при напряжении на концах проводника в 1В.

2. Полупроводники с электрической проводимостью 10 – 10^-8 См/м

3. Непроводники (диэлектрики) с электрической проводимостью

< 10^-8 См/м

Например, графит, все сульфидные минералы являются хорошими проводниками. Вольфрамит (Fe,Mn)WO₄ (10^-2-10^-7) и касситерит SnO₄ (10^-2-10² или 10^-14-10^-12) обладают умеренной электропроводностью, а силикатные и карбонатные минералы очень плохо проводят электричество.

Электрические методы применяются при обогащении титаноциркониевых, титанониобиевых, оловянно-вольфрамовых коллективных концентратов, а также при обогащении фосфоритов, угля, серы, асбеста и многих других полезных ископаемых, переработка которых другими методами (гравитационным, флотационным, магнитным) не эффективна.

Физическая сущность процесса электрической сепарации заключается во взаимодействии электрического поля и минеральной частицы, обладающей определенным зарядом.

В электрическом поле заряженные частицы под действием электрических и механических сил движутся по различным траекториям.

Это свойство используется для разделения минеральных зерен в аппаратах, называемых электрическими сепараторами.

Электрические силы, действующие на минеральные частицы пропорциональны величине заряда и напряженности электрического поля, так как

F_кул. = * ,

где - диэлектрическая проницаемость, равная ,

где E₀-напряженность поля в вакууме,

Е- напряженность в данной среде.

Механические силы пропорциональны массе:

Сила тяжести:

P = mg

Центробежная сила:

У мелких частиц электрические силы больше механических, а у крупных частиц механические преобладают над электрическими, что ограничивает крупность материала мельче 3 мм, обогащаемого в электрических сепараторах.

В пространстве вокруг электрически заряженной частицы или между двумя заряженными частицами возникает электрическое поле.

Используя электрические свойства минералов при обогащении, применяют следующие разновидности сепарации: по электропроводимости (рис. 14.8), по диэлектрической проницаемости, по трибоэлектростатическому и пироэлектрическому эффекту.

Рис. 14.8 Сепараторы для разделения по электропроводности

а. Электростатический сепаратор; б. Электрический коронный сепаратор;

в. Коронно - электростатический сепаратор

1- бункер; 2 - барабан; 3 – щетка для снятия проводниковой фракции; 4, 5, 6 - приемники для продуктов; 7 – электрод; 8 – отсекатель; 9 – коронирующий электрод; 10 - отклоняющий электрод.