高梯度电选机

高梯度电选的基本原理及其应用

摘要：近些年电选技术已得到广泛应用。本文介绍了高梯度电选机的基本原理、研究应用现状以及发展前景。

Abstract：This paper gives a introduction of the basic principle of high gradient electrostatic Separation , and summary the research state of this

technology. In the end of this paper, it also have a description of

development tendency of it.

关键词：电选介电分选微细粒矿物分选高梯度电选

Keyword: electrostatic separation dielectric separation

high gradient electrostatic Separation

矿物电选【1】是根据各种矿物具有不同的电学性质，在矿物经过电场时，利用作用在这些矿物上的电场力以及机械力的差异来分选的一种选矿方法。本文将重点介绍电选方法中的介电分选原理及在此基础上发展起来的一种新电选方法——高梯度电选。

1、基本原理

（1）矿物的电性质

矿物的电性质[1]是电选的依据。所谓矿物电性质是指矿物的电阻、介电常数、比导电度以及整流性等，它们是判断能否采用电选的依据。介电常数是指带有介电质的电容与不带介电质(指真空或空气)的电容之比，在相同的电压下，如果在电容器两极之间放人介电质后，则电容器之电容必然会增加。介电常数可用下式表示: ε=C k/C0

式中C k—矿物或物料的电容，F;

C0—空气的电容，F。

介电常数值的大小是目前衡量和判定矿物能否采用电选分离的重要判据，介电常数越大，表示其导电性越好，反之则表示其导电性差。一般情况下，介电常数大于12者，属于导体，用常规电选可作为导体分出，低于12者，若两种矿物的介电常数仍然有较大差别，则可采用摩擦电选而使之分开，否则，难以用常规电选方法分选。大多数矿物属于半导体矿物。

（2）介电分选原理

矿物介电分选【2】是利用矿物处在介质电场内的电性差异而分离矿物的方法。在由电极【3】和介电液体构成的介质电场内，不同成分、构造、形态、表面特征的矿物颗粒，由于它们的电性差别，在一定的场强、频率和介质作用的条件下，不同的矿物对工作电极可以产生特定的吸引排斥或规律分布的运动，由此，可对不同的矿物以至矿物亚种取得分离。（如图1）

图1 鼓筒式介电分选机简图

4—低介电常数矿粒；6—高介电常数矿粒

介电分选一般是在液体介质或空气介质中进

行的，两种介电常数不同的矿粒或物料，在非均匀

电场中，如果某种矿粒的介电常数大于液体介电常

数，则该种矿粒被吸引，反之，介电常数小于液体

者则被排斥，从而使之分开。

矿物的电性差异是矿物介电分选的内在依据，这包括与实物的极化状态和微观电子过程有关的物理量以及其宏观电性如介电系数、电阻率、荷电性的差别等。

（3）高梯度电选

高梯度电选【1】是在介电分选原理的基础上发展起来的一种新方法，它主要是针对微细粒矿物的分选。类似于高梯度强磁选，是从提高电场梯度出发，采用介电体纤维【7】在电场中被极化而产生极化力，从而以提高电场梯度。在介电液体中放人介电体(非导体)纤维或小球，此种介电体受到电场极化后，在其表面产生极不均匀的电场，从而增加了非均匀电场的作用力。当其中一种矿粒的介电常数大于液体介电常数时，粒子被吸向电场强度及梯度最大区域，反之则被排斥而进人低的电场区域，两种矿粒的运动轨迹也不同，故能使之分开。

非导体的球形物体置于绝缘介质流体中并处于非均匀电场的作用下，当保持平衡时所受到的介电泳力为：

（1）式中F e——介电泳力，N；

α——极化率

V ——物体体积，m3；

——电场梯度，也就是用gradE表之

E——所加的外电场强度。

其余单位符号同前。

如物体也像磁性物体那样，有各向异性，则α为张量，无法计算。但对球形物体，极化率为：

(2)

公式(2)仅对稀释的悬浮液是正确的。将α值、球形体积V=代入（1）式，整理后得出球形矿粒在液体中平移的介电泳力为：

(3)

式中r—球体半径，

εm，ε_L分别为非导体流体介质和颗粒的绝对介电常数。

为颗粒所在的特定位置上假如颗粒不在时的电场力。

因为Fe是电场强度平方的梯度的函数，它与电极极性无关并且在交流电场的作用下不改变方向。电场强度E越大，梯度也越大，介电泳力也越大，且F由丝极的形状和大小来决定，并由电场强度即母体极化后所产生的梯度而定。分选效率随着悬浮颗粒尺寸的减小而减小。

任何电场，不论是均匀电场抑或非均匀电场都对带电物体施加一个力;然而非均匀电场的特性是对小的中性物体施加一个有质动力。(图2)用简图比较了在空气中的中性物体和带电物体在均匀电场和非均匀电场中的行为。

图2 中性物体和带电物体在均匀

电场（a）和非均匀电场（b）中行为

的比较

1-带电物体沿电力线运动；

2-中性物体仅仅被极化；

3-带电物体沿电力线运动；

4-中性物体被极化后被推向电

场最强的区域（电极荷正电或

负电无关紧要）

（4）电介质

建立电场梯度最简单的方法是在均匀电场所占据的空间引入介电体(如陶瓷珠)。电力线向介电体聚集并在它附近产生非均匀电场。电场的非均匀性仅在电介质的邻近比较大，在离开电介质实际上约为其直径大小的距离处非均匀性趋于零。电场梯度只由电介质元产生而且其最大值在介质表面。介质的半径越小，则梯度的最大值越高。因此，产生高梯度的方法是利用纤维介质(曲率半径小的介质元)。所以，高梯度特别适于处理细颗粒。高梯度电选比湿式高压电选更易于使电场梯度达到最大值。

能处理胶体颗粒的那种很细的高梯度电介质(随意排列的纤维)结构对于很高的流速也能适应。

电介质能吸附几倍于它自己重量的固体颗粒并能在冲洗阶段立即将它们排除。

由光滑的球状陶瓷钙钦矿、玻璃珠或棒等组成电介质，分选导电物料是很有效的。这些电介质使颗粒优先捕集在接触点上，从而可以防止它们在电极间架桥使高压电场短路。

如果电介质的介电常数过小，则矿浆可以用经济上容许且可能达到的速度高压给人。在一定的电介质分布形式和电场强度下，高梯度电选装置的性能由通过电介质的矿浆流速决定。因此，分选过程有个极限速度。矿浆在电场中的停留时间只是矿浆流速和电介质层轴向厚度的函数。电介质层厚度竟然可以确保均匀的流速分