礦物電選是根據各種礦物具有不同的電學(xué)性質(zhì)，在礦物經(jīng)過(guò)電場(chǎng)時(shí)，利用作用在這些礦物上的電場(chǎng)力以及機械力的差異來(lái)分選的一種選礦方法。本文將重點(diǎn)介紹電選方法中的介電分選原理及在此基礎上發(fā)展起來(lái)的一種新電選方法——高梯度電選。
1、基本原理
（1）礦物的電性質(zhì)
礦物的電性質(zhì)是電選的依據。所謂礦物電性質(zhì)是指礦物的電阻、介電常數、比導電度以及整流性等，它們是判斷能否采用電選的依據。 介電常數是指帶有介電質(zhì)的電容與不帶介電質(zhì)(指真空或空氣)的電容之比，在相同的電壓下，如果在電容器兩極之間放人介電質(zhì)后，則電容器之電容必然會(huì )增加。介電常數可用下式表示:
ε=Ck/C0
式中 Ck—礦物或物料的電容，F; C0—空氣的電容，F。
介電常數值的大小是目前衡量和判定礦物能否采用電選分離的重要判據，介電常數越大，表示其導電性越好，反之則表示其導電性差。一般情況下，介電常數大于12者，屬于導體，用常規電選可作為導體分出，低于12者，若兩種礦物的介電常數仍然有較大差別，則可采用摩擦電選而使之分開(kāi)，否則，難以用常規電選方法分選。大多數礦物屬于半導體礦物。
（2）介電分選原理
礦物介電分選是利用礦物處在介質(zhì)電場(chǎng)內的電性差異而分離礦物的方法。 在由電極和介電液體構成的介質(zhì)電場(chǎng)內，不同成分、構造、形態(tài)、表面特征的礦物顆粒，由于它們的電性差別，在一定的場(chǎng)強、頻率和介質(zhì)作用的條件下，不同的礦物對工作電極可以產(chǎn)生特定的吸引排斥或規律分布的運動(dòng)，由此，可對不同的礦物以至礦物亞種取得分離。（如圖1）
圖1 鼓筒式介電分選機簡(jiǎn)圖 4—低介電常數礦粒；6—高介電常數礦粒
礦物的電性差異是礦物介電分選的內在依據，這包括與實(shí)物的極化狀態(tài)和微觀(guān)電子過(guò)程有關(guān)的物理量以及其宏觀(guān)電性如介電系數、電阻率、荷電性的差別等。
（3）高梯度電選
高梯度電選是在介電分選原理的基礎上發(fā)展起來(lái)的一種新方法，它主要是針對微細粒礦物的分選。類(lèi)似于高梯度強磁選，是從提高電場(chǎng)梯度出發(fā)，采用介電體纖維在電場(chǎng)中被極化而產(chǎn)生極化力，從而以提高電場(chǎng)梯度。在介電液體中放人介電體(非導體)纖維或小球，此種介電體受到電場(chǎng)極化后，在其表面產(chǎn)生極不均勻的電場(chǎng)，從而增加了非均勻電場(chǎng)的作用力。當其中一種礦粒的介電常數大于液體介電常數時(shí)，粒子被吸向電場(chǎng)強度及梯度最大區域，反之則被排斥而進(jìn)人低的電場(chǎng)區域，兩種礦粒的運動(dòng)軌跡也不同，故能使之分開(kāi)。
非導體的球形物體置于絕緣介質(zhì)流體中并處于非均勻電場(chǎng)的作用下，當保持平衡時(shí)所受到的介電泳力為：
 （1） 式中 Fe——介電泳力，N； α——極化率V ——物體體積，m3；——電場(chǎng)梯度，也就是用gradE表之 E——所加的外電場(chǎng)強度。其余單位符號同前。
如物體也像磁性物體那樣，有各向異性，則α為張量，無(wú)法計算。但對球形物體，極化率為：
 （2） 公式(2)僅對稀釋的懸浮液是正確的。將α值、球形體積V代入（1）式，整理后得出球形礦粒在液體中平移的介電泳力為：
 （3）
因為Fe是電場(chǎng)強度平方的梯度的函數，它與電極極性無(wú)關(guān)并且在交流電場(chǎng)的作用下不改變方向。電場(chǎng)強度E越大，梯度也越大，介電泳力也越大，且F由絲極的形狀和大小來(lái)決定，并由電場(chǎng)強度即母體極化后所產(chǎn)生的梯度而定。分選效率隨著(zhù)懸浮顆粒尺寸的減小而減小。
任何電場(chǎng)，不論是均勻電場(chǎng)抑或非均勻電場(chǎng)都對帶電物體施加一個(gè)力;然而非均勻電場(chǎng)的特性是對小的中性物體施加一個(gè)有質(zhì)動(dòng)力。(圖2)用簡(jiǎn)圖比較了在空氣中的中性物體和帶電物體在均勻電場(chǎng)和非均勻電場(chǎng)中的行為。
圖2 中性物體和帶電物體在均勻電場(chǎng)（a）和非均勻電場(chǎng)（b）中行為的比較
1- 帶電物體沿電力線(xiàn)運動(dòng)；
2- 中性物體僅僅被極化；
3- 帶電物體沿電力線(xiàn)運動(dòng)；
4- 中性物體被極化后被推向電場(chǎng)最強的區域（電極荷正電或負電無(wú)關(guān)緊要）
（4）電介質(zhì)
建立電場(chǎng)梯度最簡(jiǎn)單的方法是在均勻電場(chǎng)所占據的空間引入介電體(如陶瓷珠)。電力線(xiàn)向介電體聚集并在它附近產(chǎn)生非均勻電場(chǎng)。電場(chǎng)的非均勻性?xún)H在電介質(zhì)的鄰近比較大，在離開(kāi)電介質(zhì)實(shí)際上約為其直徑大小的距離處非均勻性趨于零。電場(chǎng)梯度只由電介質(zhì)元產(chǎn)生而且其最大值在介質(zhì)表面。介質(zhì)的半徑越小，則梯度的最大值越高。因此，產(chǎn)生高梯度的方法是利用纖維介質(zhì)(曲率半徑小的介質(zhì)元)。所以，高梯度特別適于處理細顆粒。高梯度電選比濕式高壓電選更易于使電場(chǎng)梯度達到最大值。
能處理膠體顆粒的那種很細的高梯度電介質(zhì)(隨意排列的纖維)結構對于很高的流速也能適應。電介質(zhì)能吸附幾倍于它自己重量的固體顆粒并能在沖洗階段立即將它們排除。由光滑的球狀陶瓷鈣欽礦、玻璃珠或棒等組成電介質(zhì)，分選導電物料是很有效的。這些電介質(zhì)使顆粒優(yōu)先捕集在接觸點(diǎn)上，從而可以防止它們在電極間架橋使高壓電場(chǎng)短路。
如果電介質(zhì)的介電常數過(guò)小，則礦漿可以用經(jīng)濟上容許且可能達到的速度高壓給人。在一定的電介質(zhì)分布形式和電場(chǎng)強度下，高梯度電選裝置的性能由通過(guò)電介質(zhì)的礦漿流速決定。因此，分選過(guò)程有個(gè)極限速度。礦漿在電場(chǎng)中的停留時(shí)間只是礦漿流速和電介質(zhì)層軸向厚度的函數。電介質(zhì)層厚度竟然可以確保均勻的流速分布。高梯度電選裝置的總處理能力近似與流過(guò)電介質(zhì)的橫截面積成正比。
介電過(guò)濾器能受到很充分地清洗，首先去掉勵電電流，然后充分有力地反沖洗，使得珠、球或棒激烈地攪動(dòng)，這不僅可以釋放被吸附的物料而且還可以防止電介質(zhì)珠聚集和互吸的趨向。
在各種高梯度電選機中，都使用了各種不同類(lèi)型的電介質(zhì)，包括珠、球、棒、纖維、齒板、格柵、針、板等等。電介質(zhì)的選擇應使其最適于被分選物料的特性。在選擇電介質(zhì)時(shí)應考慮下列原則:
1)最大的電場(chǎng)梯度;
2)容積平均電場(chǎng)梯度;
3)單位捕集區容積的捕集表面積，
4)電介質(zhì)的孔隙率和流體的滲透性;
5)電介質(zhì)的介電常數;
6)電介質(zhì)的尺寸(只要電介質(zhì)的尺寸超過(guò)顆粒的尺寸，電力就增加);
7)電介質(zhì)的耐蝕性。
 圖3為周期式高梯度電選機的簡(jiǎn)圖。它是實(shí)驗室型裝置，用于分離固體和過(guò)濾非導電的液體。該裝置的基本部分是大量的細纖維介質(zhì)，可以是各種纖維和篩網(wǎng)。
當采用強電場(chǎng)時(shí)，沿纖維介質(zhì)的邊緣能產(chǎn)生非常大的吸引力。分選罐以及實(shí)際上構成過(guò)濾床的電介質(zhì)處在兩個(gè)電極之間。隨著(zhù)電場(chǎng)的建立及閥1、4和5的打開(kāi)，攜帶被選顆粒的液流流過(guò)分選罐。大于液體介電常數的顆粒（εP＞εL)被電介質(zhì)吸引，而那些介電常數小于液體的顆粒（εP＜εL)不受阻礙地通過(guò)。由于高梯度電選機所用電介質(zhì)的空隙率很大，通常約95%，所以壓降相當低。當電介質(zhì)飽和時(shí)，關(guān)閉閥1和5，打開(kāi)閥2和3，切斷電場(chǎng)，顆粒便很容易從電介質(zhì)上沖洗下來(lái)。
對于任何給定的固-液或固-固系統，周期分選時(shí)間和分選效率可由實(shí)驗室型的試驗確定。為了確保分選裝置的良好性能和高捕集率，在電介質(zhì)過(guò)飽和前就應終止分選過(guò)程，這也就有可能得到最佳的流速和確定的操作電壓。
當單循環(huán)不能得到快速分選時(shí)，就需要多循環(huán)處理。對于高梯度電選，在周期式的裝置中，電介質(zhì)是靜止的;在連續式的裝置中，電介質(zhì)是運動(dòng)的。在連續裝置的某種特殊結構中，電介質(zhì)也可以是靜止的，而一對電極相對于給礦點(diǎn)運動(dòng)。在周期式的裝置中，沖洗期間移去電場(chǎng)，而在連續裝置中則保留電場(chǎng)。
2、研究應用現狀及其發(fā)展趨勢
電選是在高壓電場(chǎng)中利用礦物的電性差異使礦物分離的一種選別方法，它是細粒礦物分選的主要選礦方法之一。目前電選廣泛應用于有色、黑色、稀有金屬礦石的精選;非金屬礦石和粉煤的分選;陶瓷、玻璃原料和建筑材料的提純江廠(chǎng)及生活廢料的回收;農業(yè)上谷物、種子、食品的精選;礦石和其他物料的分級等。
目前周期式高梯度電選設備已發(fā)展成為連續式高梯度電選機，且已在石油精煉，金屬和植物油工業(yè)上應用，在選礦、化工、廢物處理等方面有廣泛應用的前途，其處理粒度可達微米級，甚至膠體粒子也能用此設備分離。
具體應用及其發(fā)展趨勢如下：
1. 金屬加工工業(yè)從金屬加工液體中排除金屬細粒。例如在金屬軋制過(guò)程中，循環(huán)軋制油的污染，會(huì )使加工件形成過(guò)大的針孔，所以必須清除金屬細粒。
2. 石油工業(yè)從精煉油流中排除細粒Ca。例如從傾析油中排除FCC催化劑以生產(chǎn)低灰份的柴油炭黑原料。
3. 化學(xué)工業(yè)用于從蒸餾液流中排除固體顆粒，其中的懸浮的固體引起固定床催化反應器堵塞。在這種液流中的粒狀物料(如焦炭顆粒、催化劑細粒、腐蝕產(chǎn)物)是容易被分出的。沉積在高介電顆粒上的弱介電細粒的回收也包括在這個(gè)項目?jì)?
4. 礦物精礦的處理欽鐵礦錫石、二氧化欽適合于這種方法。假如液體價(jià)格不過(guò)高，則是一種經(jīng)濟的方法。提高貴金屬精礦品位(用低品位原料生產(chǎn)極高品位的物料)是另一個(gè)例子;
5. 從粉碎煤、溶劑精煉煤和液化煤中排除灰份是潛在的極廣泛的應用領(lǐng)域;
6. 廢料回收工業(yè)：
(1)回收工業(yè)金剛石;
(2)處理廢水廢液以回收介電物料。介電過(guò)濾可以用于回收被微小顆粒污染的石油產(chǎn)品。例如用于水力流體和輸送油方面;
(3)已經(jīng)著(zhù)色和含大量固體的工業(yè)試驗油的再生;
7. 食品和金屬工業(yè);
8．醫藥和化妝品工藝;
9. 生物學(xué)的應用；
10. 液流處理懸浮的或者溶解的介電顆粒適于用介電過(guò)濾法處理。低介電常數的懸浮顆粒的分選可以利用電種和介電絮凝來(lái)完成;
11.食品工業(yè)分選食油和工業(yè)油的例子是，過(guò)濾鎳或銅的加氫催化劑或者過(guò)濾脫色劑，如漂白粘土或活性炭。
3、結語(yǔ)
由于高梯度電選機的電場(chǎng)梯度特性，從而可以產(chǎn)生很大的電場(chǎng)力來(lái)捕集礦物，在處理微細粒礦物甚至膠體粒子上面得到了迅速發(fā)展，并將在未來(lái)進(jìn)一步得到廣泛的應用，是一種很有前景的電選方法.
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