礦物電選是根據(jù)各種礦物具有不同的電學(xué)性質(zhì)，在礦物經(jīng)過電場時，利用作用在這些礦物上的電場力以及機械力的差異來分選的一種選礦方法。本文將重點介紹電選方法中的介電分選原理及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新電選方法——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(jù)。所謂礦物電性質(zhì)是指礦物的電阻、介電常數(shù)、比導(dǎo)電度以及整流性等，它們是判斷能否采用電選的依據(jù)。 介電常數(shù)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增加。介電常數(shù)可用下式表示:
ε=Ck/C0
式中 Ck—礦物或物料的電容，F(xiàn); C0—空氣的電容，F(xiàn)。
介電常數(shù)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(jù)，介電常數(shù)越大，表示其導(dǎo)電性越好，反之則表示其導(dǎo)電性差。一般情況下，介電常數(shù)大于12者，屬于導(dǎo)體，用常規(guī)電選可作為導(dǎo)體分出，低于12者，若兩種礦物的介電常數(shù)仍然有較大差別，則可采用摩擦電選而使之分開，否則，難以用常規(guī)電選方法分選。大多數(shù)礦物屬于半導(dǎo)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)電場內(nèi)的電性差異而分離礦物的方法。 在由電極和介電液體構(gòu)成的介質(zhì)電場內(nèi)，不同成分、構(gòu)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(guī)律分布的運動，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圖 4—低介電常數(shù)礦粒；6—高介電常數(shù)礦粒
礦物的電性差異是礦物介電分選的內(nèi)在依據(jù)，這包括與實物的極化狀態(tài)和微觀電子過程有關(guān)的物理量以及其宏觀電性如介電系數(shù)、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(chǔ)上發(fā)展起來的一種新方法，它主要是針對微細粒礦物的分選。類似于高梯度強磁選，是從提高電場梯度出發(fā)，采用介電體纖維在電場中被極化而產(chǎn)生極化力，從而以提高電場梯度。在介電液體中放人介電體(非導(dǎo)體)纖維或小球，此種介電體受到電場極化后，在其表面產(chǎn)生極不均勻的電場，從而增加了非均勻電場的作用力。當(dāng)其中一種礦粒的介電常數(shù)大于液體介電常數(shù)時，粒子被吸向電場強度及梯度最大區(qū)域，反之則被排斥而進人低的電場區(qū)域，兩種礦粒的運動軌跡也不同，故能使之分開。
非導(dǎo)體的球形物體置于絕緣介質(zhì)流體中并處于非均勻電場的作用下，當(dāng)保持平衡時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；——電場梯度，也就是用gradE表之 E——所加的外電場強度。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是電場強度平方的梯度的函數(shù)，它與電極極性無關(guān)并且在交流電場的作用下不改變方向。電場強度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決定，并由電場強度即母體極化后所產(chǎn)生的梯度而定。分選效率隨著懸浮顆粒尺寸的減小而減小。
任何電場，不論是均勻電場抑或非均勻電場都對帶電物體施加一個力;然而非均勻電場的特性是對小的中性物體施加一個有質(zhì)動力。(圖2)用簡圖比較了在空氣中的中性物體和帶電物體在均勻電場和非均勻電場中的行為。
圖2 中性物體和帶電物體在均勻電場（a）和非均勻電場（b）中行為的比較
1- 帶電物體沿電力線運動；
2- 中性物體僅僅被極化；
3- 帶電物體沿電力線運動；
4- 中性物體被極化后被推向電場最強的區(qū)域（電極荷正電或負電無關(guān)緊要）
（4）電介質(zhì)
建立電場梯度最簡單的方法是在均勻電場所占據(jù)的空間引入介電體(如陶瓷珠)。電力線向介電體聚集并在它附近產(chǎn)生非均勻電場。電場的非均勻性僅在電介質(zhì)的鄰近比較大，在離開電介質(zhì)實際上約為其直徑大小的距離處非均勻性趨于零。電場梯度只由電介質(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(jié)構(gòu)對于很高的流速也能適應(yīng)。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(dǎo)電物料是很有效的。這些電介質(zhì)使顆粒優(yōu)先捕集在接觸點上，從而可以防止它們在電極間架橋使高壓電場短路。
如果電介質(zhì)的介電常數(shù)過小，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)分布形式和電場強度下，高梯度電選裝置的性能由通過電介質(zhì)的礦漿流速決定。因此，分選過程有個極限速度。礦漿在電場中的停留時間只是礦漿流速和電介質(zhì)層軸向厚度的函數(shù)。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電介質(zhì)的橫截面積成正比。
介電過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，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(yīng)使其最適于被分選物料的特性。在選擇電介質(zhì)時應(yīng)考慮下列原則:
1)最大的電場梯度;
2)容積平均電場梯度;
3)單位捕集區(qū)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(shù);
6)電介質(zhì)的尺寸(只要電介質(zhì)的尺寸超過顆粒的尺寸，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圖。它是實驗室型裝置，用于分離固體和過濾非導(dǎo)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(dāng)采用強電場時，沿纖維介質(zhì)的邊緣能產(chǎn)生非常大的吸引力。分選罐以及實際上構(gòu)成過濾床的電介質(zhì)處在兩個電極之間。隨著電場的建立及閥1、4和5的打開，攜帶被選顆粒的液流流過分選罐。大于液體介電常數(shù)的顆粒（εP＞εL)被電介質(zhì)吸引，而那些介電常數(shù)小于液體的顆粒（εP＜εL)不受阻礙地通過。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(dāng)?shù)?。?dāng)電介質(zhì)飽和時，關(guān)閉閥1和5，打開閥2和3，切斷電場，顆粒便很容易從電介質(zhì)上沖洗下來。
對于任何給定的固-液或固-固系統(tǒng)，周期分選時間和分選效率可由實驗室型的試驗確定。為了確保分選裝置的良好性能和高捕集率，在電介質(zhì)過飽和前就應(yīng)終止分選過程，這也就有可能得到最佳的流速和確定的操作電壓。
當(dāng)單循環(huán)不能得到快速分選時，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(xù)式的裝置中，電介質(zhì)是運動的。在連續(xù)裝置的某種特殊結(jié)構(gòu)中，電介質(zhì)也可以是靜止的，而一對電極相對于給礦點運動。在周期式的裝置中，沖洗期間移去電場，而在連續(xù)裝置中則保留電場。
2、研究應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢
電選是在高壓電場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(yīng)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及生活廢料的回收;農(nóng)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(shè)備已發(fā)展成為連續(xù)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(yīng)用，在選礦、化工、廢物處理等方面有廣泛應(yīng)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(shè)備分離。
具體應(yīng)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。例如在金屬軋制過程中，循環(huán)軋制油的污染，會使加工件形成過大的針孔，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(yīng)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項目內(nèi);
4. 礦物精礦的處理欽鐵礦錫石、二氧化欽適合于這種方法。假如液體價格不過高，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(yīng)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(yī)藥和化妝品工藝;
9. 生物學(xué)的應(yīng)用；
10. 液流處理懸浮的或者溶解的介電顆粒適于用介電過濾法處理。低介電常數(shù)的懸浮顆粒的分選可以利用電種和介電絮凝來完成;
11.食品工業(yè)分選食油和工業(yè)油的例子是，過濾鎳或銅的加氫催化劑或者過濾脫色劑，如漂白粘土或活性炭。
3、結(jié)語
由于高梯度電選機的電場梯度特性，從而可以產(chǎn)生很大的電場力來捕集礦物，在處理微細粒礦物甚至膠體粒子上面得到了迅速發(fā)展，并將在未來進一步得到廣泛的應(yīng)用，是一種很有前景的電選方法.
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