3.2.2. Магнитное обогащение
В том случае, если отходы могут содержать металлические включения, их обычно пропускают через магнитный сепаратор (например, с движущейся лентой). В магнитном поле, создаваемом с помощью электромагнитов, происходит отделение магнитных металлов от органической части отходов.
Магнитное обогащение основано на различном поведении минералов в постоянных магнитных или электромагнитных полях. Сила притяжения разных минералов к магнитам неодинакова. Наиболее магнитно чистое железо. Если силу его притяжения принять за 100, то для других сильномагнитных минералов она составит от 40 (магнетит) до 6,7 (ильменит, пирротин), для среднемагнитных - 0,40…1,82 (гематит, лимонит, сидерит и др.), а для слабомагнитных, к которым относится большинство минералов цветных металлов, не превысит 0,37 (кварц, пирит, доломит и т.п.). Поэтому в настоящее время магнитная сепарация является одним из основных методов обогащения руд черных металлов, особенно магнетитовых. Она применяется также для сортировки металлического лома, извлечения железной фракции из бытовых и промышленных отходов.
Аппараты для магнитного обогащения называют магнитными сепараторами. Их конструкции, предназначенные для крупнокусковых (120…150 мм) материалов, работают в воздушной среде, и обогащение в них называют сухой магнитной сепарацией. Сепараторы для мелких материалов (крупность менее 6…8 мм) используют для обогащения как в воздушной, так и в водной (мокрая магнитная сепарация) средах. Мокрая магнитная сепарация для мелких материалов дает лучшие результаты и имеет преимущественное применение, так как в этом случае исключается слипание фракций магнитных и немагнитных частиц между собой и подавляется пылевыделение.
Магнитное обогащение проводят в различных типах сепараторов. Для сильномагнитных железных руд применяют преимущественно барабанные сепараторы сухого и мокрого вариантов обогащения. В первом случае аппарат состоит из латунного вращающегося барабана, внутри которого помещают неподвижные электромагниты. При прохождении руды через магнитное поле сепаратора частицы с более высокими магнитными свойствами перемещаются по траекториям, отличным от траекторий менее магнитных зерен, благодаря чему происходит разделение частиц (рис. 3.8). При мокром обогащении отделению пустой породы способствуют струи (ванна) воды, помогающие смыванию менее магнитной пустой породы с барабана (ленты).
Рис. 3.8. Барабанный магнитный сепаратор
Удельная производительность магнитных сепараторов на крупном материале с наибольшей магнитной проницаемостью может достигать 60 т/ч на 1 -и ширины сепаратора.
3.2.3. Электрические методы обогащения
Электрическую сепарацию применяют для сыпучих материалов крупностью до 5 мм, переработка которых другими методами малоэффективна (компоненты близки по плотности, магнитным или физическими свойствам). В настоящее время ее используют для обогащения и доводки гравитационных концентратов руд черных и цветных металлов, в алмазной, стекольной, керамической промышленности, при обогащении углей, формовочных песков и в других случаях. Методами электрической сепарации обогащают только сухие материалы, поэтому данные способы особенно перспективны в маловодных районах.
Эти методы основаны на разнице в поведении заряженных частиц в электрическом поле или на заряженном электроде, обусловленной их различием в электропроводности. Как известно, все тела по электропроводности делятся на проводники тока, полупроводники и непроводники (диэлектрики). В случае движения по заряженному электроду в целом электронейтральные электропроводящие частицы отдают ему заряд противоположного знака и сохраняют одноименный с электродом заряд. Последнее приводит к отталкиванию частицы от электрода. Диэлектрик, напротив, взаимодействует с электродом частицами противоположного знака, прилипает к нему.
Обычно электрод имеет форму заземленного вращающегося барабана, лежащего в основе конструкции электростатического барабанного сепаратора, схема разделения частиц в котором сходна с таковой для магнитных сепараторов. При загрузке, например, сверху на вращающийся барабан частицы-проводники отталкиваются от барабана и попадают в ближний бункер. Минералы-диэлектрики прилипают к барабану и вращаются вместе с ним до скребка на противоположной стороне барабана, где отделяются и поступают в дальний бункер. Полупроводниковые частицы скапливаются в среднем бункере.
Основной принцип действия электрических сепараторов дополняют приемами, усиливающими эффективность их работы. Один из них - снабжение частиц зарядом, противоположным знаку заряда в барабане, еще до попадания на последний: электризация трением (трибоэлектризаиия) на конвейерах, в кипящем слое и др. Для улучшения разделения и увеличения траектории отклонения проводящих частиц барабан окружают электродом-сегментом с противоположным зарядом. Это приводит к ионизации воздуха и зарядке частиц за счет коронного разряда. Такая конструкция получила название коронно-электростатического барабанного сепаратора. Для увеличения производительности барабаны можно располагать один над другим (каскадно).
Помимо барабанов, электроды имеют форму пластин, камер, труб, лент, что в сочетании с коронирующим электродом дает соответствующие названия электрическим сепараторам: пластинчатый коронный, камерный коронный, трубчатый коронный и ленточный коронный.
Наибольшее распространение получили коронно-электростатические барабанные сепараторы с производительностью по исходному питанию до 20 т/ч, частотой вращения до 500 мин-1 и напряжением на электродах 20…50 кВ.
На рис. 3.9 показана принципиальная схема электрического сепаратора с коронирующей системой для разделения цветных металлов и полимерных отходов. Смесь, подлежащая разделению, подается на заземленный электрод - барабан 4, который перемещает частицы в зону действия коронирующих электродов 6. В результате частичного пробоя воздуха в межэлектродном пространстве образуются ионы, которые передают заряд частицам металла и полимера. Металлические частицы быстро разряжаются, отрываются от барабана и попадают в бункер 8. Полимерные отходы сохраняют заряд длительное время и притягиваются к барабану до тех пор, пока не счищаются с него щеткой 3, после чего попадают в бункер 7.
Рис. 3.9. Принципиальная схема электрического сепаратора с коронирующей системой:
1 – бункер; 2 - вибропитатель; 3 - щетка; 4 - вращающийся заземленный электрод (барабан); 5 - источник высокого напряжения; 6 - коронирующие электроды; 7, 8, 9 – бункеры.
Разработаны также индуктивные приборы, позволяющие удалять немагнитные металлы в электромагнитном поле. В верхней части прибора расположена катушка индуктивности, содержащая электромагнитное поле высокой частоты. Электропроводящие частицы изменяют это поле, и возникающий сигнал через усилитель включает электромагнит управления заслонкой. Порция материала с посторонними металлическими включениями удаляется из общего массопотока, после чего заслонка возвращается в исходное положение. Производительность индуктивных сепараторов при насыпной плотности отходов 500 кг/м3 достигает 8000 кг/ч.