Сепарация угля в поле коронного разряда

При сепарации, основанной на применении коронного разряда, используются физические явления, происходящие в газах (воздухе), находящихся под воздействием сильного электрического доля, создаваемого между электродами.

Одни из электродов, обычно заземляемые, выполняются из сплошных или перфорированных плоскостей, цилиндров и пр., а другие (коронирующие), тщательно изолируемые от первых, — из тонких стержней, проволок и т. п. Коронирующие электроды присоединяют обычно к отрицательному полюсу источника тока, а заземляемые — к положительному.

Ионизация воздуха и ток в цепи в межэлектродном пространстве возникают при некоторой достаточно высокой разности потенциалов, называемой начальным коронным напряжением. При дальнейшем повышении напряжения (рис. 159) ток в цепи медленно увеличивается, образуя ток насыщения, после чего происходит пробой воздушного пространства.

Коронный разряд возникает в неоднородном электрическом поле, в небольшом пространстве около коронирующего электрода, где напряженность поля значительно больше, чем в остальном межэлектродном пространстве. Воздух здесь ионизируется. Происходит движение различных по знаку ионов воздуха к электродам.

Положительные ионы движутся к коронирующему электроду и отдают ему свои заряды, а отрицательные — к заземленному электроду. Последние заполняют собой межэлектродное пространство и образуют пространственный или объемный заряд одного знака.

Ионы, движущиеся под действием электрического ноля, непрерывно сталкиваются с нейтральными молекулами газов воздуха, которые либо ионизируются при передаче им определенного количества энергии, либо получают некоторую направленную скорость движения в сторону заземленного электрода (1—2 м/сек). Это аэродинамическое явление, называемое электрическим ветром, используется при работе коронных сепараторов.

Величина зарядов, получаемых частицами в межэлектродном пространстве в поле коронного разряда, может быть определена по формуле Потенье

где Qt — заряд сферической частицы в момент времени t;

e — диэлектрическая проницаемость частицы;

E — напряженность электрического поля в точке нахождения частицы, CGSE;

p — радиус сферической частицы, см;

n — концентрация ионов у поверхности частицы, (1,7*10в8 ионов/см3);

е — заряд иона (4,77*10в-10 CGSE);

k — подвижность ионов (6,3*10в2 CGSE);

t — время пребывания частицы в зоне коронного разряда, сек.

Сепарация в поле коронного разряда может осуществляться в камерных, барабанных и других сепараторах. Из них практический интерес для обогащения угля представляют лишь камерные сепараторы.

Схема лабораторного коронного камерного сепаратора Института горного дела АН России показана на рис. 160.

Электрическая часть сепаратора состоит из коронирующего и заземленного электродов. Последний выполнен в виде металлической рамы с натянутыми на ней рядами проволоки и сплошной металлической плоскости, закрепляемой на раме под некоторым углом к ней. Коронирующий электрод подвешен на изоляторе и присоединен к отрицательному полюсу источника постоянного тока высокого напряжения. Исходный материал загружают в сепаратор через бункер и лоток. Продукты обогащения поступают в отдельные приемники.

Максимальное рабочее напряжение, подаваемое на сепаратор, — до 70 кв, пробивное — около 90 кв. Коронный ток около 0,2 ма на 1 м коронирующего провода; расход электроэнергии на ионизацию воздуха около 0,1 квт-ч на 1 т сепарируемого материала.

По принципу этого лабораторного сепаратора строятся промышленные многосекционные коронные камерные сепараторы (рис. 161) производительностью до 30 т/час, использование электрического поля в которых двустороннее. Эффективная высота электродов в сепараторе 0,2 м при обеспыливании угля и 0,5 м при классификации. Процесс сепарации регулируется изменением напряженности электрического поля, расположения электродов и др.

На частицу, падающую в межэлектродном пространстве камерного сепаратора, оказывают влияние: сила электростатическая f, возникающая в неоднородном электрическом поле от поляризационного заряда частицы, действующая в направлении коронирующего электрода, в непосредственной близости от него,

где х — расстояние частицы от коронирующего электрода, см;

сила электрического поля F, определяемая зарядом частицы, действующая в направлении поля,

Величина силы F по сравнению с силой f очень велика, поэтому при исследовании движения сепарируемых частиц в камере сепаратора величиной f обычно пренебрегают;

- сила тяжести

где m — масса частицы, г;

g — ускорение силы тяжести, см/сек2.

Сепарация частиц определяется взаимодействием электрических и механических сил, отклоняющих частицы к заземленному электроду.

Схема разделения частиц в камере сепаратора изображена на рис. 162.

Уравнения траектории сферической частицы, падающей в камере сепаратора, представляются в следующем виде:

При t=0, х=b и dx/dt=0, т. е. в начальный момент частица находится на расстоянии b от оси z и ее скорость равна нулю.

Решение для уравнения (5) имеет вид

Теоретические траектории падающих частиц в зависимости от их диэлектрической проницаемости, размера радиуса и плотности показаны на рис. 163.

Проводимость частиц не оказывает большого влияния на процесс сепарации. Проводящие частицы ведут себя как частицы с очень большим значением е, но при изменении e в пределах от 1 до 00 заряд частицы изменяется лишь в три раза, в то время как этот же заряд прямо пропорционален квадрату линейных размеров частиц. Таким образом, разделение частиц с разными значениями e возможно лишь при очень узкой их классификации по крупности.

Физические характеристики частиц (диэлектрическая проницаемость, плотность и радиус) входят в величину х, называемую фактором сепарации,

Разделение частиц происходит лучше при большем отношении x1:x2.

Данные о результатах классификации различных углей в камерном сепараторе приведены в табл. 122.

С помощью электросепарации оказалось возможным осуществлять и петрографическое обогащение фюзеновых углей, позволяющее регулировать в них содержание фюзена.

При пневматической сепарации угля с зольностью 15,4% на машине ПОМ-1, предварительно классифицированного на классы 1—3 и 3—6 мм, снижение зольности в получаемых концентратах оказывается в два-три раза большим, чем при обработке неклассифицированного угля, а зольность отходов почти на 70% выше.