Электросепарация. Ленточный коронный сепаратор

 

  Вся электронная библиотека >>>

 ТЕХНОЛОГИИ ОТХОДОВ >>>

   

 

ТЕХНОЛОГИИ ОТХОДОВ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СЕРВИСЕ


Раздел: Технологии и производство

   

5.2.5 Электросепарация

  

 

Электрическая сепарация - процесс обогащения в электрическом поле, основанный на использовании естественных или искусственно усиленных различий разделяемых компонентов в электрофизических свойствах (главным образом в электрической проводимости и в способности приобретать электрический заряд в процессе контактной электризации).

Электрические методы обогащения применяются для доводки концентратов руд редких и черных металлов, а также для обогащения неметаллических полезных ископаемых (угля, фосфоритов, каолина, кварцевого песка и др.); при обогащении техногенного сырья (ТБО, отработанных демеркуризованных ртутных ламп, металлосодержащих пластмассовых отходов, электронного лома, электрокабельного лома и др.) с помощью электросепарации можно разделить полимерную пленку и бумагу, вольфрамовые спиральки и стеклобой, металлы и пластмассу. Преимущественная крупность разделяемых компонентов минерального сырья - от 5 мм до 50 мкм, техногенного сырья - от 100 мм до 1 мм. Желательна классификация материала в узких пределах крупности.

В процессе электросепарации используется силовое взаимодействие электрического поля и электрических зарядов, носителями которых являются подлежащие разделению заряженные компоненты минерального и техногенного сырья. Под действием электрических сил заряженные компоненты отделяются от незаряженных.

В технологии электросепарации условно можно выделить три операции:

•          подготовка материала к сепарации;

•          зарядка материала;

•          разделение заряженных и незаряженных компонентов.

Подготовка материала к электросепарации может быть связана с изменением его крупности (дробление, грохочение), с обеспыливанием (грохочение, аэросепарация) и с направленным изменением электрических свойств разделяемых компонентов, если естественное различие в этих свойствах недостаточно для эффективной зарядки и селективной сепарации материала (искусственное увеличение различия в проводимости путем реагентной и термической обработки компонентов, а также путем регулирования влажности).

Естественные или селективно измененные электрические свойства сепарируемых компонентов предопределяют использование того или иного способа зарядки материала. Чаще всего зарядка материала осуществляется с помощью газовых ионов, создаваемых в поле коронного разряда, или с помощью контактной электризации.

Коронный разряд - электрический разряд в воздухе, возникающий в неоднородном поле при определенной разности потенциалов, приложенной к двум электродам (система «провод-плоскость» или «провод- цилиндр»). Коронирующие проволочные электроды подключаются к высоковольтному источнику тока (как правило, к отрицательному полюсу источника тока), осадительный электрод (в виде плоскости или цилиндра) заземляется. При определенной напряженности электрического поля вблизи коронирующих электродов начинается ионизация газа и образовавшиеся ионы под действием электрического поля направленно перемещаются к заземленному электроду, создавая ток короны и заряжая частицы сепарируемого материала, находящиеся в межэлектродном пространстве.

Заряженные частицы, источником которых является коронный разряд, представляют собой как свободные электроны, так и положительные и отрицательные ионы. Если на коронирующий электрод накладывается высокий отрицательный потенциал, к нему двигаются и отдают свои заряды положительные ионы; отрицательные ионы заполняют межэлектродное пространство и образуют объемный заряд одного знака. Оседая на частицах сепарируемого материала, ионы сообщают им избыточный заряд. Величина тока короны определяется количеством ионов.

В зоне действия коронирующих электродов частицы находятся в режиме зарядки; общий знак и величина заряда зависят, при прочих равных условиях, от электрических свойств частиц.

Разделяемые компоненты вводятся в электрическое поле коронного разряда, находясь на поверхности заземленного (осадительного) электрода. При движении потока материала через поле короны компоненты интенсивно заряжаются. Остаточный заряд после выхода из поля короны в разделительную зону сепаратора зависит от природы компонентов и определяется результирующим действием двух процессов - ионизационной зарядкой и разрядкой заряженных частиц через заземленный электрод.

Плохо проводящие компоненты имеют после зарядки знак заряда, одноименный заряду ионов, поступающих от коронирующего электрода (знак заряда совпадает со знаком коронирующих электродов). Компоненты с большой проводимостью быстро приобретают заряд, одноименный полюсу осадительного электрода, т.к. ионы коронного разряда стекают на осадительный электрод. Таким образом, коронирующий и осадительный электроды заряжают компоненты разноименными зарядами: в случае плохо проводящих компонентов, находящихся в контакте с осадительным электродом, знак заряда сохраняется и они удерживаются на электроде; в случае компонентов с большой проводимостью заряд изменяет свой знак (проводники легко отдают заземленному электроду свой заряд ионизации, разряжаются и отскакивают от него).

Для разделения по проводимости природных минералов, а также для разделения компонентов электронного лома, демеркуризованного метал- лосодержащего стеклобоя отработанных ртутных ламп, металлосодержа- щих пластмассовых отходов, электрокабельного лома и др. (преимущественная крупность -5 +0,05 мм) наиболее подходят коронные сепараторы барабанного типа. Разделение производится в воздушной среде в неоднородном электрическом поле при постоянной полярности. Поток газовых ионов из короны направлен в сторону барабана. Высоковольтные установки рассчитаны на напряжение 30-60 кВ. Конструкции электросепараторов выполняют обычно таким образом, чтобы разделение компонентов осуществлялось после их выхода из зоны действия коронирующих электродов.

схема коронного барабанного сепаратора, представляющего собой вращающийся (с регулируемой скоростью) металлический заземленный барабан 2 диаметром 150-350 мм при длине 0,8-3 м и остроконечный коронирующий электрод 3, на который подается высокое напряжение отрицательного знака.  Частота вращения барабана - от 30 до 500 мин1. Разделение материалов в сепараторе происходит за счет различия в зарядах частиц в результате их бомбардировки газовыми ионами (компоненты заряжаются в зоне ab, где приобретают одноименные электрические заряды), с одновременной разрядкой при соприкосновении с заземленным электродом в зоне Ъс\ различие в величинах и знаках зарядов, пропорциональное проводимости компонентов, создается за счет различной кинетики процесса разрядки проводников и непроводников через заземленный барабан. Непроводящие компоненты за счет остаточного заряда удерживаются на поверхности барабана, поднимаются до точки е и снимаются с помощью щеток 4, попадая в отсек бункера HP. Проводящие компоненты быстро разряжаются, приобретают заряд,

одноименный с зарядом барабана, отталкиваются от него на участке cd и попадают в отсек бункера ПР. Полупроводники и часть других компонентов попадают в отсек приемника ПП.

Компонент, находящийся на поверхности вращающегося электрода барабанного типа, испытывает действие механических сил: силы тяжести (может способствовать либо удерживанию компонента на поверхности электрода, либо его отрыву); силы адгезии (прилипания) компонента к электроду, наиболее характерной для тонкозернистого материала и всегда направленной к электроду ; центробежной силы, стремящейся оторвать компонент при вращении электрода; электрических сил (могут быть притягивающими к электроду и отталкивающими), обусловленных избыточным зарядом и поляризацией компонентов (под влиянием электрического поля у непроводников возникают поверхностные поляризационные заряды). Соотношение сил определяется, при прочих равных условиях, природой компонентов, их крупностью и ориентацией поверхности электрода.

векторные диаграммы наиболее значимых сил, действующих на разделяемые компоненты (а - непроводник, б - проводник) при использовании транспортирующего электрода барабанного типа (необходимое условие эффективности электросепарации - монослойная подача разделяемых компонентов в процесс). Из электрических сил, действующих на разделяемые компоненты в зоне сепарации, основными являются кулоновская сила FK (сила действия электрического поля на заряженную частицу, обусловленная притяжением частицы к противоположному по знаку электроду и отталкиванием ее от одноименного электрода), равная Fk= Е q (где Е - напряженность электрического поля, q — заряд частицы), и значительно меньшая по абсолютной величине сила зеркального отображения F3 0, обусловленная искажением внешнего электрического поля поверхностью электрода и проявляющаяся на близких от электрода расстояниях или при соприкосновении с ним как взаимодействие заряда компонента и заряда, наведенного на поверхности электрода, всегда направленная к электроду и равная F3 0 = q/4r2 (где г - расстояние от заземленного электрода).

Как видно из векторной диаграммы сил, действующих на непроводник в различных точках его положения на барабане ( 5.70, а), электрические силы стремятся удержать непроводник на барабане, а центробежная сила Fu стремится оторвать его от барабана; при этом сила тяжести FT =m-g действует вертикально вниз, а направления ее составляющих определяются в зависимости от угла поворота барабана а (в нижней части барабана сила тяжести полностью направлена против сил, удерживающих непроводник на барабане).

В общем случае результирующая сила F, определяющая траекторию движения частицы, является векторной суммой основных взаимодействующих сил:

Если на барабане находится компонент-проводник (), знак его заряда совпадает со знаком барабана и направление силы электрического поля меняется на противоположное.

После выхода из зоны действия коронирующих электродов проводник отрывается от поверхности барабана (величина отрывающих сил превышает величину сил притяжения), причем в момент отрыва он движется по линии, касательной к поверхности барабана в точке отрыва. Характер движения проводника после отрыва определяется параметрами неоднородного электрического поля между барабаном и отклоняющим электродом (при этом сила зеркального отображения становится малозначимой и ею можно пренебречь).

Для разделения по проводимости компонентов легкой фракции ТБО - макулатуры и полимерной пленки - наиболее подходит коронный сепаратор ленточного типа.

Ленточный коронный сепаратор представляет обой ленточный конвейер с электроприводом, ведущим и ведомым пустотелыми шкивами диаметром 400 мм, транспортерной лентой (в качестве ленты могут использоваться различные материалы).

Конвейер собирается на раме из уголковой стали. Между ветвями конвейера установлены подложки 2 (металлические пластины), которые контактируют с верней и нижней ветвями транспортерной ленты. Нижняя подложка заземлена, а верхняя крепится на рамке, установленной на изоляторы и может быть соединена с помощью выключателя с заземленным полюсом высоковольтного источника тока (через измеритель тока или без него).

Доя создания поля коронного разряда используются проволочные коронирующие электроды 3 (нихромовые проволочки диаметром 0,2 мм), которые крепятся на рамке 4, установленной на изоляторах, параллельно некоронирующему электроду.

Высокое напряжение подается на коронирующий электрод от высоковольтного источника 6 типа ПВС-60, который позволяет плавно изменять напряжение в пределах от 0 до 60 кВ.

Электропривод электросепаратора 7, включающий электродвигатель (0,5 кВт, 1450 мин '), редуктор и управляемый тиристорный преобразователь, предназначен для плавного изменения скорости конвейера в пределах от 0 до 3 м/с.

При неизменных параметрах электрического поля эффективность разделения компонентов зависит от различия в их электрических свойствах - диэлектрической проницаемости еа и удельного электрического сопротивления р;.

Основными регулируемыми параметрами технологического процесса при использовании ленточного электросепаратора являются напряженность поля и скорость конвейера. Кроме того, ряд параметров электросепаратора не регулируют, а стабилизируют на оптимальном уровне. К таким параметрам следует отнести межэлектродное и межпроволочное расстояние, а также вид материала транспортерной ленты. Для эффективной работы электросепаратора необходим обоснованный выбор значений этих параметров.

Расстояние между коронирующим и заземленным электродами определяется возможностями высоковольтного источника тока, а также зависит от крупности сепарируемого материала. В соответствии с данными практики для обеспечения высоких технологических показателей разделения напряженность поля в рабочей зоне электросепаратора должна составлять 3-4 кВ/см, поэтому межэлектродное расстояние в опытном сепараторе принято равным 100 мм.

Расстояние между коропирующими проводниками на участке коро- нирования (при данном межэлектродном расстоянии) является оптимальным, если оно обеспечивает при данном напряжении максимальный ток коронного разряда, от которого непосредственно зависит степень зарядки материала (и соответственно, величина электрической силы, действующей на разделяемые компоненты). Поэтому для выбора оптимального межпроволочного расстояния исследуется зависимость тока коронного разряда от числа коронирующих проводников на участке коронирования при различных значениях средней напряженности поля ( 5.73).

Как видно из рисунка, максимального значения ток короны достигает при числе коронирующих проводов 8-12 штук (ток коронного разряда увеличивается с увеличением напряжения, подаваемого на электроды). При длине участка коронирования в опытном элетросепараторе 0,94 м (из них 0,2 м - длина участка, параллельного поверхности барабана) оптимальное межпроволочное расстояние составляет 78-117 мм (принято равным 100 мм). Установка по ходу движения материала соответствующего числа электродов, как и сама скорость движения материала, должны обеспечивать определенное время нахождения частиц в поле коронного разряда (для приобретения ими предельного заряда).

Обоснованный выбор типа конвейерной ленты в качестве покрытия осадительного электрода базируется на изучении влияния различных материалов, помещаемых на заземленный электрод, на величину тока коронного разряда как функции изменения напряжения, подаваемого на коронирующис электроды. В качестве транспортерной ленты необходимо использовать такие материалы, которые незначительно влияют на уменьшение тока коронного разряда. Вольт-амперные характеристики системы электродов плоскость-провод показывают, что из различных материалов (ткань бельтинг, сукно «бетта», резина КЩС, обычная конвейерная лента) наименьшее влияние на снижение тока короны оказывает резина. Однако при определенных условиях остальные материалы также пригодны для практического использования. 

Электросепарация макулатуры и полимерной пленки в поле коронного разряда эффективна только при условии направленного изменения электрофизических свойств разделяемых компонентов, в частности, на основе избирательного регулирования удельного электрического сопротивления (величина, обратная электрической проводимости) компонентов путем дискретного увлажнения их поверхности.

если в воздушно-сухом состоянии удельное электрическое сопротивление р, макулатурообразующих компонентов составляет 108-1010 Ом-м, а полимерной пленки 10|3-1014 Ом-м, то уже при влажности 20% макулатурообразующие компоненты по проводимости приближаются к металлам (р, = 102-105 Ом-м), в то время как р, пленки изменяется в пределах одного порядка (10|2-1013 Ом-м). Таким образом, различие в удельных электрических сопротивлениях компонентов существенно увеличивается после увлажнения их поверхности.

Влажность оказывает положительное влияние и на результаты электросепарации макулатуры и полимерной пленки, что хорошо согласуется с данными по изменению удельного электрического сопротивления при увлажнении смеси отходов. Как видно из  5.75, уже при влажности 30% извлечение пленки возрастает на 50-75% по сравнению с воздушно-сухим состоянием, достигая 95% (содержание пленки в непроводящей фракции 95-97%). Оптимальные условия электросепарации - напряжение коронирования 30 кВ, влажность материалов 30-40%, скорость конвейера до 1,5 м/с. Некоторый спад кривых содержания полимерной пленки при влажности более 45% объясняется увеличением слипания пленки с макулатурообразующими компонентами, выносящимися в непроводящую фракцию.

Таким образом, в оптимальных условиях сепарацию макулатуры и полимерной пленки в поле коронного разряда определяет электрическая сила, действующая на разделяемые компоненты легкой фракции, находящиеся в заряженном состоянии: поскольку в поле короны проводимость у воздушной среды выше, чем у плохопроводящих компонентов, частицы полимерной пленки прижимаются электрической силой к ленте сепаратора и в дальнейшем снимаются с ее нижней ветви с помощью щетки (непроводящая фракция); макулатурообразующие компоненты при выходе из поля короны быстро разряжаются и под действием центробежных сил и массы падают с конвейера (проводящая фрак

ция). Регулируя рь увлажнением компонентов, можно обеспечить хорошее их разделение электросепарацией.

в условиях сепарации увлажненной смеси компонентов все испытанные типы лент, включая обычную (послойную с двусторонней резиновой обкладкой), пригодны для использования в процессе электросепарации. Исходя из более высоких эксплуатационных свойств, целесообразно использовать обычную ленту (в стандартных условиях, без увлажнения смеси материалов, обычная конвейерная лента резко уменьшает ток короны и для использования непригодна).

Компоненты легкой фракции ТБО - макулатуру и полимерную пленку - можно разделить на основе использования контактной электризации.

Контактная электризация, до настоящего времени изученная недостаточно, происходит при соприкосновении компонента с поверхностью электрода, находящегося под определенным электрическим потенциалом. Способность контактирующих с электризующими поверхностями компонентов к приобретению электрических зарядов определяется их природой и состоянием поверхности.  При подборе соответствующих электризующих поверхностей осуществляется селективная зарядка тех или иных компонентов, причем на стороне контакта возникают заряды, противоположные по знаку заряду электрода. В частности, на стороне компонента-непроводника, обращенной к отрицательному электроду ( 5.76), возникает положительный заряд (и наоборот). Величина образующегося заряда зависит от площади контакта компонента с электризующей поверхностью. Поскольку скорость утечки зарядов с компонента-непроводника весьма мала, можно создать плотность поверхностного заряда, достаточную для сепарации в электростатическом поле (в отличие от сепарации в поле коронного разряда электростатическое поле не содержит движущихся носителей заряда- ионов, электронов).

В качестве электризатора при разделении макулатуры и полимерной пленки обычно используют вращающийся барабан, установленный горизонтально или вертикально.

установка для электросепарации полимерной пленки и бумаги.

Установка представляет собой барабан 2, вращающийся на роликах 6, внутри которого установлен конвейер 8 для сбора и удаления пленки. Материал, поступающий в барабан, удерживается в процессе вращения на его внутренних стенках с помощью колодок 5.

Подготовленный к сортировке материал попадает в электростатическое поле, созданное щетками 4. В результате контактной электризации

пленка удерживается электрическими силами на внутренней поверхности барабана, снимается щетками 1, вращающимися в сторону, противоположную вращению барабана, и попадает на конвейер 8 с бортами 7. Бумага удаляется с противоположного конца барабана. Установка снабжена системой воздушного охлаждения щеток 3.

Отделение полимерной пленки от макулатуры методом контактной электризации, осуществляемое в вертикальной камере с помощью металлического барабана ( 5.78), запатентовано в США. Полимерная пленка и макулатура, предварительно измельченные и отсортированные от твердых бытовых отходов, поступают в камеру 7, где для отделения полимерной пленки от массы материала используется металлический вращающийся барабан 13, установленный на вертикальной оси таким образом, что значительная часть площади его поверхности (1/3) входит в камеру 7.

В нижней части камера 7 имеет отверстие для разгрузки материала, из которого удалена полимерная пленка (разгрузка может осуществляться в приемник любого типа или на конвейер).

По оси камеры 7 размещено приводимое в движение от двигателя 6 устройство в виде стержня 4 с конусом 5 и лопатками 3, загнутыми в сторону вращения стержня, которое способствует разрыхлению материала, разбрасыванию его по всему рабочему пространству камеры и направлению его к осадительному барабану 13. Для более интенсивного разбрасывания материала в камере 7 предусмотрены тангенциально расположенные сопла 2, по которым в корпус камеры нагнетается воздух.

Точки подвода сопел 2 и 8 расположены по поверхности камеры зигзагообразно, и их число сверху вниз возрастает. В нижней части камеры 7 может быть установлено несколько дополнительных тангенциальных, диаметральных или направленных вертикально вверх воздуховодов с целью завихрения потока и замедления скорости падения смеси материалов. Сочетание в одной установке механического и аэродинамического рыхления материала позволяет достигнуть максимального извлечения полимерной пленки.

Барабан 13, предназначенный для сбора полимерной пленки, изготовлен из материала, способного накапливать статическое электричество. Для этой цели используется металлическое покрытие цилиндрической поверхности барабана с изолированными верхней и нижней торцевыми стенками. Для создания электростатического заряда по периметру барабана 13 имеется устройство типа проволочной сетки 11, которое соединяет внешнюю поверхность барабана и вал 9 и подключено к электростатическому зарядному устройству 12 с помощью щетки 10. В результате контактной электризации из смеси измельченного материала отделяются частицы полимерной пленки, которые в виде слоя 1 осаждаются на том участке поверхности барабана 13, которая в данное время находится в камере 7; ножом 14 пленка снимается с барабана и сбрасывается в накопитель 15.

Частота вращения барабана 13 координируется со скоростью движения потока материала в камере 7, а также устанавливается в зависимости от электростатического заряда по периметру барабана.

Эффективность сепарации полимерной пленки можно повысить путем нагрева периферии осадительнош барабана 13 так, чтобы электрически осажденные частицы пленки частично расплавлялись и размягчались, что способствует повышению извлечения пленки и исключает ее непроизвольное соскальзывание с барабана Температура нагрева барабана близка к температуре обугливания измельченных отходов бумаги. Наиболее эффективно применение электронагревательной установки 16, хотя обогрев можно осуществлять и паром.

Для повышения производительности аппарата он может быть модифицирован таким образом, что по периметру разделительной камеры устанавливается несколько осадительных барабанов.

Выделенную полимерную пленку можно эффективно использовать в качестве топлива, а макулатуру - для производства бумаги, при этом исключаются недостатки, обусловленные присутствием во вторичной бумажной массе пластмассовых загрязнителей.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:  ТЕХНОЛОГИИ ОТХОДОВ - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СЕРВИСЕ

 

Смотрите также:

 

Сепараторы. Физические методы сепарации отходов.

Технология магнитной сепарации зависит прежде всего от состава подлежащего переработке материала и определяется типом используемых сепараторов.
Сепарация в поле коронного разряда, создаваемого между коронирующим (заряженным до 20—50 кВ) и осадительным...

 

Машины для очистки сырья. Электромагнитные сепараторы.

Ленточные сепараторы «Апекс». Английская фирма кСаймон-Баррон» рекомендует для очистки сильно засоренного зерна устанавливать в приемных устройствах комбикормовых заводов ленточный сепаратор типа «Апекс».

 

Барабанный электрический сепаратор. Зигзагообразный...

7.25. Барабанный электрический сепаратор. Пневматическая сепарация. Метод пневматической сепарации основан на различии в скоростях падения
По типу транспортирующего устройства сепараторы могут быть разбиты на ленточные, вибрационные, ковшовые и карусельные.

 

СЕПАРАТОРЫ. Инерционный сепаратор. Одноступенчатый...

В конвейерно-инерционном сепараторе частицы через приемную воронку 1 попадают на быстродвижущийся ленточный конвейер 2. Сбрасываемая с конвейера стружка в зависимости от ее массы, обладает различной кинетической энергией, а в зависимости от формы...