SEPARACJA ELEKTRYCZNA

Separacja elektryczna polega na wykorzystaniu sił pola elektrycznego. Najpowszechniej stosuje się separację elektryczną przy rozdzielaniu aerozoli, mgieł, zawiesin, emulsji, które charakteryzują się nadmiarem energii swobodnej i są nietrwałe na skutek rozwiniętej powierzchni rozdziału faz. Do rozdziału wykorzystuje się różnicę wielkości parametrów elektrofizycznych poszczególnych składników mieszaniny przez dobór odpowiednich mechanizmów działania w procesie separacji. Ważne jest, aby zbiory cech różnicujące poszczególne frakcje były zbiorami rozłącznymi, również ze względu na inne cechy wpływające na wielkość i znak sił powodujących rozdział. Rozróżnia się, elektroseparację przy fazie rozpraszającej gazowej lub ciekłej. W przypadku mieszanin proszkowych (fazą rozpraszającą jest gaz) wykorzystuje się następujące cechy fizyczne materiałów jako kryteria rozdziału:

• rezystywność,

• przenikalność elektryczną,

• zdolność do tryboelektryzacji,

• właściwości piezoelektryczne,

• właściwości piroelektryczne.

Do rozdziału frakcji wykorzystuje się zarówno pole elektryczne jednorodne lub umiarkowanie niejednorodne (np. w separatorach tryboelektrycznych), jak też niejednorodne (w tym z wykorzystaniem zjawiska ulotu elektrycznego).Typowy schemat procesu separacji cząstek przedstawiono na rysunku poniżej.

Mieszanina rozdrobniona	Elektryzacja cząstek	Selektywnie naelektryzowane cząstki	Rozdział w polu elektrycznym	Koncentrat
								Produkt pośredni
								Odpady

• Schemat blokowy procesu separacji elektrostatycznej proszkowych układów dyspersyjnych

Elektryzacja cząstek może zachodzić według mechanizmów wymienionych wyżej w polu wyładowania ulotowego lub też przez indukcję. Rozdział w polu elektrycznym może przebiegać w przestrzeni międzyelektrodowej w gazie albo w polu na powierzchni elektrody, jak np. w różnych odmianach separatorów bębnowych. Najszersze zastosowanie znalazły separatory rezystancyjne bębnowe, używane do wzbogacenia surowców mineralnych i w przetwórstwie rolniczym.

Szeroko jest stosowana separacja ciekłych układów dyspersyjnych w przemyśle chemicznym, a w szczególności w petrochemii. Elektryczną metodę rozbijania emulsji olejowych stosuje się do czyszczenia surowej ropy naftowej oraz oczyszczania różnych rodzajów olejów w urządzeniach zwanych elektrodechydratorami.

Ze względu na złożoność zjawisk towarzyszącym procesom elektroseparacji nie ma ustalonych zasad projektowania konstruowania separatorów, nawet w przypadku bardzo zbliżonych fizykalnie materiałów. Praktycznie każde urządzenie wymaga odrębnego opracowania parametrów pracy.

Metody wzbogacania elektrycznego znalazły zastosowanie nie tylko w przeróbce surowców, lecz również w hutnictwie, odlewnictwie, w przemyśle spożywczym, w metalurgii proszków, w przemyśle materiałów ściernych. W licznych przypadkach wzbogacania surowców metody elektryczne dają najlepsze wyniki przy najniższych kosztach produkcji. W ostatnich latach w związku z rozwojem fizyki ciała stałego dokonano wydatnego postępu w stosowaniu metod elektrycznych do wzbogacania surowców. Nowy kierunek zastosowań metod elektrycznych do wzbogacania surowców nazwano metodą wzbogacania tryboelektrycznego. Na podstawie znajomości pasmowej teorii budowy ciała stałego można wyjaśnić wiele zjawisk, między innymi różnice pomiędzy przewodnikami, półprzewodnikami i dielektrykami oraz wiele procesów związanych z przewodnością elektryczną powierzchni mineralnych. Ponadto opierając się na teorii budowy pasmowej ciała stałego można dokonywać na zbiorach ziaren mineralnych określonych czynności, których rezultatem jest zmiana elektrycznych własności powierzchniowych. Stwarza to nieograniczone możliwości zastosowania tej metody do rozdzielania drobno uziarnionych mieszanin mineralnych - niezależnie od ich pierwotnych naturalnych własności powierzchniowych.

Separatory elektryczne - wzbogacalniki elektryczne, są to urządzenia zbudowane przeważnie w bębnie przenośnika mające na celu wyłowienie z urobku żelaznych przedmiotów za pomocą elektromagnesu.

Wzbogacalnik elektrostatyczny, jest to urządzenie do wzbogacania pyłów węgla oraz rud sposobem elektrostatycznym przy wykorzystaniu różnicy w przewodnictwie elektrycznym poszczególnych ziaren np. odmian petrograficznych węgla i skał towarzyszących.

Separatory elektryczne dzielimy na: elektrostatyczne wzbogacalniki bębnowe, wzbogacalniki komorowe i wzbogacalniki tryboelektryczne.

Te pierwsze mogą być stosowane do regeneracji złomu metali kolorowych, regeneracji piasków odlewniczych, wzbogacania rud magnetytowych i hematytowych, wzbogacania soli kamiennej, wzbogacania rud grafitowych azbestowych, wzbogacania materiałów ściernych itp.

Zasada działania elektrostatycznego wzbogacalnika bębnowego.

Materiał podaje się ze zbiornika przez szczelinę na podajnik bębnowy, skąd rynną trafia na uziemioną elektrodę bębnową, gdzie następuje rozdział na trzy produkty. Produkt o wysokiej przewodności elektrycznej odprowadza się do pojemnika zewnętrznego. Produkt o własnościach dielektrycznych usuwany jest z bębna szczotką i trafia do pojemnika. Produkt pośredni zbiera się w innym pojemniku. Urządzenie ma ponadto elektrodę ulotową i odchylającą.

Warunki skutecznego rozdzielania mieszaniny mineralnej

we wzbogacalnikach bębnowych są następujące:

- różnica w oporze właściwym składników musi wynosić, co najmniej kilka rzędów wielkości,

• poddawany wzbogacaniu materiał musi być powietrzno - suchy

- materiał nie może zawierać klasy ziarnowej o wymiarze ziaren <0,2 mm,

• górna granica wymiaru ziaren nie może przekraczać w zasadzie 5 mm.

Zasada działania wzbogacalnika komorowego.

Wzbogacalnik komorowy stanowi układ elektrod ustawionych równolegle lub pod kątem. Elektrodą uziemioną może być walec metalowy, wewnątrz którego znajduje się elektroda ulotowa lub równolegle położone płyty metalowe, pomiędzy którymi znajduje się elektroda ulotowa. Na cząstkę działają następujące siły:

• siła pola elektrycznego

• siła ponderometryczna

• siła ciężkości

Siła ponderometryczna działa tylko w obrębie pola niejednorodnego, a zatem w bezpośredniej odległości elektrody wysokonapięciowej. W pozostałej części wzbogacalnika dominuje siła pola elektrycznego. Siła ta jest skierowana do elektrody uziemionej. Jeżeli dla ziaren małych (<0,1 mm) pominąć wpływ siły ciężkości to w górnej części elektrody uziemionej gromadzić się będą ziarna najdrobniejsze. Dla ziaren większych trajektorie ich opadania wyznacza wypadkowa siły pola elektrycznego i siły ciężkości.

Elektroda wysokonapięciowa wykonana jest w postaci równolegle napiętych, o małej krzywiźnie drutów lub w postaci siatki. Nadawa ze zbiornika nadawczego kierowana jest rynną do przestrzeni roboczej wzbogacalnika między elektrodą wysokonapięciową i elektrodą uziemioną. W polu elektrycznym wzbogacalnika następuje rozdział według wielkości ziaren i ciężaru właściwego.

Zasada działania radzieckiego przemysłowego wzbogacalnika komorowego IGDAN.

Nadawa ze zbiornika podajnikiem kierowana jest do przestrzeni roboczej pomiędzy elektrodę uziemioną i elektrodę wysokonapięciową. Powstają dwa produkty: miałki i grubo uziarniony, które gromadzą się w dwóch koło siebie usytuowanych zbiornikach.

Wzbogacalniki tryboelektryczne.

Wzbogacalniki tryboelektryczne znalazły szerokie zastosowanie do wzbogacania surowców o własnościach dielektrycznych i półprzewodnikowych. Do surowców tych należą między innymi: rudy fosforytowe, skalenie, surowce dla materiałów ogniotrwałych,surowce szklarskie, sylwin, halit, rudy barytowe i inne. Istotą wzbogacania jest takie przygotowanie nadawy, aby określone składniki przed wprowadzeniem do przestrzeni roboczej wzbogacalnika miały ładunek elektryczny określonego znaku. Efekt taki można uzyskać przez uprzednie podgrzewanie i chłodzenie materiału do ściśle określonej temperatury, elektryzowanie, oddziaływanie odczynników chemicznych i naświetlanie falami elektromagnetycznymi. Wzbogacaniem tryboelektrycznym nazywa się proces rozdziału w polu elektrycznym zbioru ziaren mineralnych, po uprzednim jego przygotowaniu w taki sposób, by określony podzbiór ziaren naładować ładunkiem elektrycznym określonego znaku (+,-). Efekt taki można osiągnąć stosując określony sposób różnicowania własności elektrycznych ziaren, np.: przy zetknięciu się powierzchni dwóch ciał o różnych koncentracjach ładunków elektrycznych następuje dynamiczny proces przepływu ładunków aż do ustalenia się stanu równowagi.

Zasada działania wzbogacalnika tryboelektrycznego.

Ładowanie cząstek następuje na elektryzatorze wibracyjnym, skąd podajnikiem kieruje się je między elektrody. Przy odpowiednio ustawionych zasuwach produkty spadają do zbiornika.

Przemysłowy trójsekcyjny wzbogacalnik tryboelektryczny.

Nadawę po odpowiednim przygotowaniu kieruje się przez podajnik i urządzenie nastawiające zesyp pomiędzy elektrody. Cząstki mineralne w zależności od znaku ładunku i jego wielkości oraz ciężaru właściwego i wielkości ziarna rozdzielane są na frakcje i kierowane do odpowiednich pojemników za pośrednictwem ruchomych przegród.

Postępy w zakresie fizyki ciała stałego, a w szczególności w zakresie pasmowej teorii budowy ciała stałego, sprawiły, że wzbogacanie tryboelektryczne stało się nową rozwojową metodą wzbogacania. Metody wzbogacania elektrycznego mają zastosowanie jako operacje główne, pomocnicze i uzupełniające.

---