基本介紹
- 中文名：電選
- 外文名：electric separation
- 分類：電選、電分級、摩擦帶電分選
- 全稱：電力選礦法
- 套用：有色金屬、鐵礦石、非金屬礦石
- 動力：高壓電場
- 作用力：高壓電場作用
- 領域：能源
基本介紹,範圍優點,範圍,優點,作業參數,電選機的種類,套用現狀,套用作用,發展趨勢,
基本介紹
在高壓電場作用下，配合其他力場作用，利用礦物的電性質的不同進行選別的乾選過程。可用於有色金屬、鐵礦石、非金屬礦石以及其他物料的選別。電選機的處理能 力比其他選別設備低，對粒度小於 0.074mm的物料，分選效果很差。1880年奧斯本 (T.B.Osborne)首先發明靜電選礦機。1907年美國皮卡德(G.W.Pickard),發明電暈電場電選機，選別效果遠高於單純靜電場，是電選的重大發展。60年代以來，解決了電選的高壓電源和絕緣等問題，擴大了電選的套用範圍。
電選機
電選過程中套用的礦物電學性質主要有電導率、介電常數等。電導率大於10～10Ωm的稱為導體礦物，有自然銅、石墨、方鉛礦、金、磁黃鐵礦等；電導率為1～10Ωm的稱半導體礦物，有赤鐵礦、錫石、磁鐵礦、黃銅礦;電導率小於10Ωm的礦物稱非導體礦物，如碳酸鹽和矽酸鹽礦物等。電選時必須使礦物顆粒帶電，主要方法有:①摩擦帶電；②感應帶電；③接觸帶電;④電暈放電電場中帶電等。
電選機種類較多,目前多為圓筒式,用電暈極或電暈與靜電極相結合的複合電場。此外，還有室式、溜槽式和搖床式等。圓筒式電選機中，圓筒為接地電極（直徑為150～350mm）；電暈極（直徑為 0.2～0.3mm)和靜電極與圓筒平行安置。當高壓直流負（或正）電加到電暈電極和靜電極(偏向電極)時，電暈極附近的空氣被電離成電暈電流,流向圓筒,在圓筒表面空間形成了空間體電荷；而在偏向電極和圓筒之間則形成靜電電場。礦粒經振動給礦槽和轉筒帶入此空間時，獲得電荷。導電性好的礦粒所獲得的電荷經圓筒迅速傳走，在離心力、重力和靜電力的共同作用下，從圓筒前方落下；非導體礦粒因導電性差，不易失去所帶的電荷，此電荷與筒面感應，產生鏡面吸力使礦粒緊吸於筒面，隨圓筒轉到後方，然後被毛刷強制刷下（見圖）。 白鎢與錫石的電選 黑鎢礦、白鎢礦、錫石共生的礦石，先用重選得出粗精礦，再用乾式強磁選分出弱磁性黑鎢精礦，其餘礦物即為白鎢礦、錫石。白鎢礦為非導電礦物，錫石為導電礦物。用電選可有效地將它們分離。
範圍優點
電選是利用各種礦物及物料電性質不同而進行分選的一種物理選礦方法。電選在工業上的套用始於1908年，此後在相當長的時期內進展不大，直到20世紀50年代末期，才有了新的發展，得到了更為廣泛的套用。電選的有效處理粒度通常為0.1～2mm,但對片狀或密度小的物料如雲母、石墨、煤等，其最大處理粒度則可達5mm左右，而濕式高梯度電選機的處理粒度則可下降到微米級別。
在大多數情況下，電選都是在高壓電場中進行的，除少數採用高壓交流電源外，絕大多數均用高壓直流電源，將負點輸到電極，個別情況才採用正電。
範圍
目前電選廣泛用於下列諸方面：
有色和稀有金屬礦的分選——這兩種類型的礦物常先經重選或其他選礦方法，除去大量的脈石礦物或圍岩，得到一定品位的粗精礦，然後電選，或與磁選配合精選，使各種有用的礦物彼此分開。
黑色金屬礦的分選——少數鐵礦，錳礦及鉻礦直接採用電選，大部分僅在精選過程套用電選。電選對除去鐵精礦、錳礦及鉻礦中的矽酸鹽類礦物有特殊的效果。
砂金礦的精選——砂金礦也是先經重選，得出重礦物，通常包括黃金、磁鐵礦、鈦鐵礦及少量石英等，將此重礦物用磁選與電選配合進行精選。當用磁選除去磁性礦物後，再用電選精選黃金，可以得到品位很高、富集比很大的黃金精礦，比一般選礦方法或混汞法要優越得多。
非金屬礦物的分選——此類礦物包括石墨、石棉、金剛石、磷灰石、煤、鉀鹽、石英及長石的分選或精選，國外套用電選分離這些礦物者較多。
各種固體物料或廢料中回收鐵金屬——即從各類切削加工的廢料、塑膠中回收非鐵金屬；從火力發電廠及其他煙囪灰中回收煤及燃燒產生的鋁矽酸鹽的球形顆粒及粉煤灰。
此外，電選還用於農業中選中、茶葉與茶桿的分選等。
優點
電選之所以不斷地為人們所重視，生產實踐證明它有以下的優點：耗電少，生產費用低，選別效果好，精礦品位高，回收率高；電選機本身結構簡單，要求加工精度不高；易操作和維修且安全可靠，僅供電系較為複雜；電選機占地面積少，電選為乾式選礦方法，利於缺水和嚴寒地區採用；使用範圍廣，除能選分有色金屬、稀有金屬和非金屬外，對黑色金屬及放射性礦物也開始在生產上得到套用。
作業參數
介電常數
介電常數以符號ε表示，ε愈大者表示礦物的導電性愈好，反之則導電性差。一般情況下，ε>10至12以上者屬於導體，能利用通常的高壓電選分開，而低於此數值者則難以採用常規的電選法分選。當然大多數礦物主要屬於半導體礦物。
礦物的電阻
通常電選中礦物的電阻是指當礦物粒度d=1mm時的電阻，即歐姆值。這可採用各種方法測定其電阻值，由於大多數礦物均為粒度比較小的礦粒，故只能測出顆粒狀的電阻，而大塊礦物則可做成一定形狀的樣品測出其電阻，這樣測出的電阻比較準確。而粉末狀者較難準確。選礦中的大多數礦物，即使屬於導電性較好的礦物，也還是屬於半導體性質，至於導電性較差的礦物則更無疑義了。近幾年的研究進一步表明，半導體的N型是電子導體占優勢，而半導體的P型屬於電子孔隙導體，少數屬於N和P型導體。
礦物的比導電度
根據上述礦物電阻的大小，決定電子在其表面流動的難易程度。此外，根據實驗還得出，電子流入或流出礦粒的難易，還與礦粒和電極間的接觸界面電阻有關，而界面電阻又與礦粒和電極的接觸面和點的電位差有關。電位差小，電子不能流入或流出導電性差的礦粒，只有在電位差很大時，電子才能流人或流出，即獲得電子或損失電子而帶負電或正電。在高壓電場中非導體和導體顆粒在電場中表現出的運動軌跡也不相同。人們利用此種原理在電極上通以不同電壓以測定各種礦物的偏離情況。
礦物的整流性
人們在實際測定礦物的比導電度時發現，有些礦物只有當高壓電極帶負電時才作為導體分出，而另一種礦物則只有高壓電極帶正電時才作為導體分出，這樣在電選中給我們提供了一個進一步使礦物分選的選擇條件。例如，當偏轉電極帶負電時，石英屬非導體，從鼓筒的後方排出，但當電極改為正電時，石英卻成為導體從前方排出。顯然，由於電極所帶電的符號不同，同種礦粒成為導體或非導體有別，而不論電極帶電符號如何，均能成為導體從鼓筒的前方分出，如磁鐵礦、鈦鐵礦等等，礦物所表現出的這種性質，叫整流性。由此規定：
（1）只獲得負電的礦物，叫負整流性，此時的電極應帶正電，如石英、鋯英石等。
（2）只獲得正電的礦物叫正整流性，此時的電極應帶負電，如方解石等。
（3）不論電極帶正電或負電，礦粒均能獲得電荷，此種性質叫全整流性，如磁鐵礦、錫石等。
根據前述礦物介電常數的大小、電阻的大小，可以大致確定礦物用電選分離的可能性；根據礦粒的比導電度，可大致確定其分選電壓，當然此種電壓乃是最低電壓；還可通過查表以了解礦物的整流性，然後確定電極採用正電或負電，但在實際中往往都採用負電進行分選，而很少採用正電，因為採用正電時，對高壓電源的絕緣程度要求更高，且並未帶來更好的效果。
電選機的種類
當前電選的套用範圍正在不斷擴大，這是由於電選不產生廢水和帶來環境污染。理論研究更加深入，對原有電選設備正在不斷地改進，提高處理能力和分選效率。電選機的種類多達幾十種，但在分類上則各不相同，有的按電場的特徵分類，有的按結構型式分類，有的按給礦方式分類，也有按分選粗粒或細粒分類。按礦物帶電方法分為接觸傳導帶電電選機和電暈帶電電選機以及摩擦帶電電選機；按結構特徵分為鼓筒式電選機、帶式電選機、圓盤式電選機和搖床式電選機以及振動槽式電選機；按分選粒度的粗細可分為粗粒電選機和細粒電選機。在國內外生產中90%以上使用的為鼓筒式電選機(小直徑者也稱為錕式)，之為自由落下式及篩板式電選機，其他形式使用並不普遍。目前世界各國研究出的其他形式電選機的種類也很多，比如自由落下式電選機、電場搖床、迴旋電選機和板式電選機等
套用現狀
估計會從傳統的礦種上擴大到某些化工類礦物及其他物料的分選，例如鉀鹽、岩鹽以及磷灰石等的分選，因為這些產品的需求量越來越大，故用電選處理的量也會隨之而增加。此外在農業、糧食加工及礦種上也有套用和擴大的趨勢。浙江台州等地的廢舊物質工業和塑膠工業正在形成一種產業，他們在回收非鐵金屬及塑膠方面，大量採用電選的可能性也日益提到議事日程上來。電選適用於大多數礦物的分選，一些實驗室試驗已經獲得成功。但是，分選細粒礦物和分選兩種以上導電性相近的礦物比較困難，同時在技術和設備方面也存在一些問題，在過去幾十年里，所有這些問題妨礙了電選法的推廣套用。雖然對不同種類的礦物的電選進行了很多研究，但是套用靜電選的選礦廠主要局限於鉀鹽選礦(特別是在德國)、含鈦海濱砂礦和其它伴生的重礦物、氧化錫礦石、鏡鐵礦、磷酸鹽礦石和金剛石。但是，食品和藥物的淨化、廢料和工業廢棄物的回收、固體的靜電沉積、電聚結、電驅動溶劑萃取和細粒懸浮液的電過濾也套用電分離技術。
鉀礦石的電選
目前，世界上每年約有3000萬t鉀礦石用電選法處理。該法開始套用於20世紀40年代。在接觸帶電時，氯化鉀和氯化鈉帶有不同的電荷，這種電選方法對溫度和濕度很敏感。在電選過程中一般套用不同種類的一元羧酸。但是，採用有機物質、無機物質或酸與酸酐混合物作為調整劑。在礦石乾燥前，將藥劑以乾粉末、溶液或蒸汽形式添加到磨細的物料中。藥劑的用量為150～2009/t。
雖然電選過程獲得了成功，但是，對接觸帶電的機理還了解得不清楚。估計與表面陽離子空穴鍵合的分子可能對NaCl晶體接觸帶電起到感應活化作用，NaCl可能從水楊酸分子中俘獲質子，形成俘獲有H，0+離子的空穴和半自由的水楊酸離子。後者將過剩的電子注入到其它分子中。
鐵礦石的電選
高壓電選是被鐵選礦所接受的選礦方法。電選法與其它方法聯合是一個十分經濟有效的方法。重選、浮選和靜電選法聯合可處理氧化鐵燧岩。
含鈦砂礦及其他重礦物的電選
近幾十年來鈦礦石和其它相關的重礦物的電選得到改進。電選精礦回收率和質量都得到提高。電暈電選機和板式傳導感應電選機在海濱砂礦選礦中已得到廣泛套用。電選機的設計已得到改進。電極設計、給料裝置和高壓控制系統使得過程迴路得到簡化，循環負荷降低，分選效率提高。
磷酸鹽礦物的電選
沉積型磷酸鹽礦床是世界上最具有經濟價值的礦床，也是磷酸鹽原料的主要產地。石英和方解石是沉積型礦床的主要雜質礦物。磷酸鹽礦石的電選是以伴生的不同種礦物獲得不同的電荷為依據。最近，磷酸鹽礦石的乾式摩擦電選已成為浮選的替代方法。在這種情況下，可用V型靜電分選機從磷酸鹽礦物中分離出粒度大於75um的粗粒二氧化矽，該電選機的處理能力為20t/h，在特殊加熱條件下預熱磷酸鹽礦石，給料溫度為80—100℃。
錫和鎢礦物的電選
20世紀初錫石受到電選工程師的注意。在鎢礦石電選時，除了需要將鎢礦物與伴生的錫石分離外，用高壓電選機還成功地將硫化物與白鎢礦和黑鎢礦一白鎢礦分離開。在這兩種情況下，白鎢礦成為非導體礦物而硫化礦物和黑鎢礦物具有導體礦物行為，因此可用電選有效地分離它們。
金剛石的電選
南非金剛石研究實驗室於1948年就發明了用電選法回收金剛石，並於1952年建立工業車間。已知在稍稍除去水分後金剛石是導電性很差的物質。砂礦、礫石和金伯利岩管是金剛石工業資源。與金剛石伴生的雜質礦物有石英、石榴石、橄欖石和其它脈石礦物。
煤的電選
有關試驗結果表明，在合適的條件下，用摩擦靜電選可以有效地除去不同種類的硫化礦物和矽酸鹽雜質礦物。對於100—1000“m粒度的物料，在低的相對濕度條件下(30%)，用電暈電選機可使硫化礦物和灰分雜質含量降到所希望的值。套用不同的處理方法，特別是調節相對濕度以及加熱原料或加熱周圍大氣，對電選是有好處的。還研究了以下改進電選的措施：用油處理原料，調節原料的水分；在低氧環境下用NH3，來改變黃鐵礦和產生灰分顆粒的導電率；在乾的氮硫化床摩擦帶電介質中添加芳香類藥劑，選擇性分離煤素質。
電選是一種很有效的物理選礦方法，且有與其他物理和化學選礦方法所難以比擬的特點，加之它不產生污染，因此越來越顯示出其優越性，日益為人們所重視，各種資料和事實都已表明，必然會更加發展。
電選設備的改進和效率的提高，原有電選設備的處理量和分選效果仍然不太理想，現在對電選產品的質量要求更高，因此，原有的電選設備已不能適應形勢的要求，為此，提高台時的處理能力和一次分選效果仍然引起人們重視的問題。世界各國對此進行了不少研究，已經取得了可喜的成果，如鼓筒式電選機每小時處理能力已達到了35～50t，有了很大進展。
套用作用
鉭鈮礦的電選 鉭鈮礦的原生礦和砂礦，先經搖床得出粗精礦，然後用電選或與磁選配合精選。鉭鈮礦為導電產品，石榴石等為非導電產品。
鈦鋯礦的電選 不論原生或砂礦，通常經重選得出粗精礦，然後用電選分離。導電產品為鈦鐵礦、金紅石；非導電產品為鋯英石、獨居石、電氣石、石榴石和石英等。電選對獲得高質量鈦精礦最有效。
鐵礦、錳礦、鉻礦的電選 加拿大、瑞典等國大量採用電選法精選鐵礦,獲得含SiO2小於8%的優質鐵精礦。也可用電選選別錳礦、鉻礦，獲得優質精礦。
砂金的電選 砂金礦先用重選法富集，再用電選選別，可提高黃金的品位和回收率。
非金屬礦的電選 如石墨與其他脈石、煤與灰分的分選；石英與長石用氫氟酸處理後，再用電選分離。
電選也可用於麥、稻穀的選種及去雜；麩皮與麵粉的選別；茶葉與茶桿的分離。還用於塑膠、絕緣材料、固體廢料中非鐵金屬的選別，金屬制粉的分級等。
發展趨勢
電選的發展趨勢 研究適合處理各種細粒級礦石的電選機，提高選別效率；採用電暈與靜電場相結合的複合電極以及高梯度電場等，以擴大套用範圍。
