Силы, действующие на частицу в электрическом поле

Сущность процессов электрического обогащения

Физические основы электрического обогащения.

Электрическая сепарация применяется для обработки сыпучих материалов крупностью до 5 мм. В зависимости от электрической проводимости принято условное деление материалов на проводники, полупроводники и диэлектрики.

Электрическая проводимость (электропроводность) вещества определяется как величина, обратная сопротивлению R:

По электропроводности кристаллические тела подразделяют на группы [4]:

• проводники с удельной электропроводностью от 10“¹ до 10^-4 См/м (сименс на метр);

• полупроводники — от 10^-1 до 10^-8 См/м;

• диэлектрики — менее 10^-8 См/м.

Почти все сульфидные минералы являются хорошими полупроводниками; вольфрамит и касситерит — умеренные проводники, а силикаты и карбонаты очень плохо проводят электричество.

Сущность процесса электрической сепарации заключается во взаимодействии заряженных частиц разделяемых минералов с электрическим полем. Действие заряженного тела проявляется в виде сил притяжения или отталкивания, стремящихся переместить эти тела по отношению к заряженному телу. Основным признаком, по которому процесс обогащения относится к электрическому, является наличие электрического поля. Поле неподвижных зарядов относится к электростатическому.

Основным конструктивным узлом электростатического сепаратора является электрод, на котором производится селективная разрядка частиц путем непосредственного контакта предварительно заряженных и незаряженных частиц. В качестве электродов используют плоские пластины, цилиндрические электроды или криволинейные поверхности.

Конфигурация электрических полей может быть: точечных зарядов — положительного и отрицательного; сближенных точечных разноименных и одноименных зарядов; поле между проводом и плоскостью; поле между проводом и цилиндром

  Различные конфигурации электрических полей: а — точечных положительного и отрицательного зарядов; б — сближенных точечных разноименных и одноименных зарядов; в — поле между проводом и плоскостью; г — поле между проводом и цилиндром

Силы, действующие на частицу в электрическом поле

Движение частиц по электроду и после отрыва от него определяется равнодействующей всех сил, приложенных к частице: силы сопротивления среды, адгезии, трения, центробежной, зеркального отражения, пондеромоторной, электростатической и др.

Сила зеркального отображения проявляется при прохождении частицы вблизи проводящего электрода или же на самом электроде. По закону Кулона [6]

где F₃ — сила зеркального отображения; q_ocT — остаточный заряд на частице;

d — расстояние от частицы до поверхности электрода;

е₀, е — диэлектрическая проводимость вакуума и частицы.

Пондеромоторная сила обусловлена поляризацией диэлектрика в неоднородном электрическом поле, объемом частицы, соотношением диэлектрических проницаемостей частицы (е_ч) и среды (s_c).

Электростатическая сила возникает при взаимодействии заряженной частицы с полем, т.е.

где q₄ — заряд частицы; Е — напряженность поля.

Главной характеристикой электрического поля является напряженность Е:

где F— сила, действующая на единичный положительный заряд q.

По градиенту напряженности поля могут быть однородными и неоднородными. Единица напряженности электрического поля — вольт на метр (В/м), а градиент напряженности — вольт на квадратный метр (В/м²).

В электрических сепараторах используются однородные (градиент Е= О) и неоднородные (градиент Е> О) электрические поля. Степень неоднородности электрического поля изменяют конфигурацией электродов и их геометрическими размерами.

Среди сильно неоднородных полей особое место занимает поле коронного разряда, которое образуется парами электродов: провод-плоскость, провод-барабан. Для коронного разряда характерна ионизация воздуха у коронирующего электрода. Ионы противоположного знака движутся к коронирующему электроду и отдают свой заряд. Ионы одинакового знака движутся к противоположному плоскому электроду и осаждаются на нем. Такой электрод называют осадительным.