二、電選

31.什么是電選？

電選是利用自然界各種礦物和物料電性質(zhì)的差異而使之分選的方法。如常見礦物中的磁鐵礦、鈦鐵礦、錫礦、自然金等，其導(dǎo)電性都比較好；石英、鋯英石、長石、方解石、白鎢礦以及硅酸鹽礦物，則導(dǎo)電性很差。從而可以利用它們電性質(zhì)的不同，用電選分開。

32.電選的基本原理是什么？

電選是利用礦物在高壓電場中電性的差異進行分離的一種選礦方法。電選的內(nèi)容很廣泛，包括電選、摩擦帶電分選、介電分選、高梯度電選、電除塵諸方面。

電選主要用于各種礦物及物料的精選。電選前，大多數(shù)先經(jīng)重選或其他選礦方法粗選得出精礦，然后采用單一電選后與磁選配合，得出最終精礦。

電選的有效處理粒度通常為0.1～2mm，但對片狀或密度較小的物料如云母、石墨、煤等，其最大處理粒度則可下降到微米級。

在大多數(shù)情況下，電選都是在高壓電場中進行的，除少數(shù)采用高壓交流電源外，絕大多數(shù)均用高壓直流電源，將負電輸?shù)诫姌O，個別情況下才采用正電。

33.礦物能實現(xiàn)電選的依據(jù)是什么？

礦物的電性質(zhì)是電選的依據(jù)，兩種礦物的電性質(zhì)不同，才有可能進行電選。表示礦物電性質(zhì)的參數(shù)主要有礦物的介電常數(shù)、電導(dǎo)率及相對電阻、電熱性、比導(dǎo)電度及整流性等。

介電常數(shù)以符號ε表示，ε越大表示礦物的導(dǎo)電性越好，反之則導(dǎo)電性差。一般情況下，ε>10～12及以上者屬于導(dǎo)體，能利用通常的高壓電選分開，而低于此數(shù)值者則難以采用常規(guī)的電選法分選。

通常電選中所指礦物電阻是當?shù)V物粒度d=1mm時的電阻，即歐姆值。當?shù)V物電阻小于106Ω時，表明其導(dǎo)電性較好，電阻大于106Ω而小于107Ω者，導(dǎo)電性中等，電阻大于107Ω者，其導(dǎo)電性差，不能采用常規(guī)電選分離。

礦物的比導(dǎo)電度是表示電子流入或流出礦粒難易的量，常用使礦粒上電子流的最低電壓與石墨上電子流出的最低電壓之比來表示，數(shù)值越大，使礦物上電子流出的電壓越高，導(dǎo)電性越差。

有些礦物只有當高壓電極帶負電時才作為導(dǎo)體礦分出，而另一些礦物則只有高壓電極帶正電時才作為導(dǎo)體礦分出，而有些礦物無論高壓電極正負如何，均能作為導(dǎo)體礦分出，礦物的這種性質(zhì)叫整流性。只獲得負電的礦物叫負整流性，如石英、鋯英石等；只獲得正電荷的礦物叫正整流性，如方解石等；不論電極帶正電或負電，礦物均能獲得電荷，叫全整流性，如錫石、磁鐵礦等。

34.礦物帶電的方式有哪些？

電選過程中，使礦粒帶電的方法通常有摩擦帶電、感應(yīng)帶電、接觸帶電、在電暈電場中帶電以及在復(fù)合電場中帶電。

（1）摩擦帶電　不同性質(zhì)的礦粒由于互相摩擦或者與給料運輸設(shè)備的表面摩擦，便帶上不同符號的電荷。摩擦?xí)r得到的電荷的符號主要取決于礦粒的性質(zhì)、給料運輸設(shè)備的材料等。因此，有可能某種礦粒在某一條件下帶正電，在另一條件下帶負電，例如，硫黃與石英或食鹽接觸時帶負電，與硒接觸時帶正電。

（2）感應(yīng)帶電　如導(dǎo)體礦粒移近電極，由于電極電場對導(dǎo)體中自由電子的作用，導(dǎo)體礦粒靠近電極的一端產(chǎn)生與電極符號相反的電荷，遠離電極的一端產(chǎn)生與電極符號相同的電荷。如礦粒從電場中移開，這兩種相反的電荷便互相抵消，礦粒則不帶電，這種電荷成為感應(yīng)電荷。感應(yīng)電荷可以用接地等方法移走。非導(dǎo)體礦粒在電場中只能被極化，非導(dǎo)體分子中的電子和原子核結(jié)合得相當緊密，電子處于束縛狀態(tài)。當非導(dǎo)體接近電極時，非導(dǎo)體分子中的電子與原子核之間只能作微觀的相對移動，形成“電偶極子”。這些電偶極子大致按電場的方向排列（稱為電偶極子的定向），因此在非導(dǎo)體和外電場垂直的兩個表面上分別出現(xiàn)正、負電荷，這些正、負電荷的數(shù)量相等，但不能離開原來的分子，因此叫做“束縛電荷”。電場內(nèi)的非導(dǎo)體中電荷的移動過程（或電偶極子的定向）稱為極化。束縛電荷與感應(yīng)電荷不同，不能互相分離，也不能用接地等方法移走，這與磁鐵的南北極不能分開的現(xiàn)象相似。

（3）接觸帶電　當?shù)V粒與電極直接接觸，導(dǎo)電性好的礦粒將帶上與電極符號相同的電荷。導(dǎo)電性差的礦物只能被極化，在其表面產(chǎn)生束縛電荷，靠近電極的一端，電荷的極性和電極極性相反；遠離電極的一端，電荷的極性和電極極性相同。

（4）在電暈電場中帶電　當在兩個曲率半徑相差很大的電極之間加上足夠高的電壓時，曲率半徑小的電極（例如金屬絲）附近的電場強度將大大超過電極之間其余空間的電場強度。該電極附近的空氣將發(fā)生碰撞電離，產(chǎn)生電子和正離子，電子附著于中性分子而形成負離子。電子，正、負離子分別向符號相反的電極移動，于是形成電流（稱為電暈電流），這時將產(chǎn)生微弱的咝咝聲，并在曲率半徑小的電極（稱為電暈電極）附近看到淺紫色輝光，這種現(xiàn)象稱為電暈放電。如果在空氣中產(chǎn)生電暈放電，在電暈電極的尖端附近可觀察到空氣向周圍空間流動，這種現(xiàn)象稱為電風(fēng)。電暈放電時還經(jīng)常可以聞到特殊的臭氧味。

由于離開電暈電極稍遠，電場強度即減弱很多，因此電暈放電不能發(fā)展到電極之間的整個空間，僅發(fā)生在電暈電極附近很薄的一層里，這一薄層稱為電暈區(qū)。電暈區(qū)以外的區(qū)域稱為電暈外區(qū)，所以電暈放電可以看作氣體的不完全擊穿。

穩(wěn)定的電暈只能存在于不均勻電場中。在均勻電場中，只要電壓升高到一定程度，在電極之間的任何地點都可能發(fā)生碰撞電離，而產(chǎn)生火花放電甚至弧光放電。出現(xiàn)電暈時的電極電壓稱為電暈起始電壓，電暈起始電壓取決于電極的形狀、電極之間的距離、氣體的性質(zhì)等。

（5）在復(fù)合電場中帶電　礦粒在復(fù)合電場中帶電，實際上是在電暈電場和靜電場兩者的結(jié)合而產(chǎn)生的共同作用下帶電。導(dǎo)體礦粒在電暈電場中獲得電荷，只要偏移電暈電場一些距離，由于其導(dǎo)電性良好，所獲電荷幾乎全部經(jīng)接地極傳走不剩或所剩的電荷極少，并同時受到一強大的高壓靜電場作用而被感應(yīng)電荷，由于其電阻大，電荷既不能經(jīng)接地極傳走，又不能沿表面流動，故被靜電極電場排斥而附于接地極上。

35.常見的電選設(shè)備有哪些？

電選機是用來分離不同電性物料的分選設(shè)備。根據(jù)電場的特征，可將電選機分為靜電場電選機、電暈電場電選機和復(fù)合電場電選機三類；根據(jù)使顆粒帶電方法的特征，可分為接觸帶電電選機、摩擦帶電電選機和電暈帶電電選機三類；根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征，可分為筒式（輥式）電選機、箱式電選機、板式電選機和篩網(wǎng)型電選機四類。

（1）ф120mm×1500mm雙滾筒電選機　這是我國在1964年研制成功的一種電選機，目前在我國使用比較廣泛。從原理和構(gòu)造上說，它是由美國Sullon式電選機發(fā)展起來的。

它是由主機、加熱器和高壓直流電源三部分組成。其中主機由上下兩個轉(zhuǎn)輥（直徑ф120mm，長1500mm）、電暈電極、靜電極、毛刷和分礦板幾部分組成。

此種電選機采用電暈極和靜電極（偏極）相結(jié)合的復(fù)合電場，當高壓直流負電通至電暈極和靜電極后，由于電暈極直徑很小，從而向著滾筒方向放出大量電子，這些電子又將空氣分子電離，正離子飛向負極，負電子則飛向滾筒（接地正極），因此靠近滾筒一邊的空間都帶負電荷，靜電極則只產(chǎn)生高壓靜電場，而不放電。礦粒隨轉(zhuǎn)輥進入電場后，此時不論導(dǎo)體或非導(dǎo)體都同樣地吸附有負電荷，但由于礦粒電性質(zhì)的不同，運動和落下的軌跡也不同。導(dǎo)體礦粒獲得負電荷后，能很快地通過轉(zhuǎn)輥傳走，與此同時，又受到偏極所產(chǎn)生的靜電場的感應(yīng)作用，靠近偏極的一端感生正電，遠離偏極的另一端感生負電，負電又迅速地由滾筒傳走，只剩下正電荷，由于正負相吸引，故它被偏極吸向負極（靜電極），加之礦粒本身又受到離心力和重力的切向分力作用，致使導(dǎo)體礦粒從滾筒的前方落下而成為精礦（導(dǎo)體）。對非導(dǎo)體來說，雖然也獲了負電荷，但由于其導(dǎo)電性很差，獲得的電荷很難通過滾筒傳走，即使傳走一部分也是極少的，從而此電荷與滾筒表面發(fā)生感應(yīng)而緊吸于輥面。電壓越高（電場強度越大），此吸引力也就越大，隨滾筒而被帶到轉(zhuǎn)輥之后方，用壓板刷強制刷下，此部分即為尾礦（非導(dǎo)體）。而介于導(dǎo)體與非導(dǎo)體之間的中礦則落到中礦斗中。靜電極對非導(dǎo)體礦粒還有一個排斥作用，避免掉入導(dǎo)體部分。

ф120mm×1500mm雙滾筒電選機廣泛用于白鎢礦-錫石、鋯石-金紅石、鈦鐵礦-鋯石-獨居石的分離。這種電選設(shè)備的優(yōu)點是處理能力大，分選效果好，高壓直流電源簡單（高壓整流和操作箱一起）。其缺點是電壓較低，經(jīng)常使用的只有15000～17000V，所以應(yīng)用范圍受到限制。

（2）YD型電選機　YD型電選機為長沙礦冶所所設(shè)計，目前有四種型號，為YD-1型、YD-2型、YD-3型和YD-4型。

YD型電選機的特點是采用多根電暈電極帶偏向電極的復(fù)合電場結(jié)構(gòu)，放電區(qū)域較寬，礦粒在電場中帶電機會較大，電壓高，圓筒直徑大，有加熱裝置，強化了電選過程。YD-1型電選機結(jié)構(gòu)與直徑5120mm×1500mm雙輥電選機相似，只有電暈電極組成形式不同。YD-1型和YD-2型電選機主要用于試驗室，YD-3型和YD-4型為工業(yè)型電選機。

①YD-2型電選機　YD-2型的鼓筒為直徑ф300mm×300mm，工作一般是間斷性的，礦量不多，故礦倉采用漏斗形，物料預(yù)熱在其他設(shè)備中進行。接礦槽采用抽屜式接礦箱，整個機體放置在試驗臺上。圓筒內(nèi)加熱裝置為一完整的圓筒形電阻加熱器。該設(shè)備成功地用于白鎢與錫石，黑鎢與磷釔礦的分離。

③YD-3型電選機　YD-3型的規(guī)格為ф300mm×2000mm，主要用于分選鈦鐵礦。該機由3個圓筒垂直排列，可分別同時進行粗選、精選、掃選作業(yè)。這樣簡化了電選過程，同時又降低物料在運輸、加熱作業(yè)中的能量消耗，提高了效率，降低了成本。

該機設(shè)備特點是采用與接地圓筒電極呈近似同心圓的弧形刀片電暈電極，由7片厚度為0.1～0.3mm的刀片組成，形成較寬的電暈電場（約為圓筒周長的1/4），入選物料的荷電和分選得到強化。刀片結(jié)構(gòu)的弧形電極強度較鎳鉻絲電極大，可以避免因絲狀電極斷裂而造成高壓電斷路的事故。圓筒內(nèi)裝有12根氧化鎂充填Ni-Co絲加熱元件。采用水銀接觸溫度計控制溫度。

③YD-4型電選機（ф300mm×2000mm）　該機規(guī)格與YD-3型電選機相同，但有兩個并列排列的圓筒，因此，處理量大，結(jié)構(gòu)緊湊。選別粗粒嵌布的鐵礦石，一次作業(yè)，即可將品位為63％～64％的鐵精礦提高到品位為66.8％的優(yōu)質(zhì)鐵精礦，作業(yè)回收率達到91.8％。在實現(xiàn)火電站煤灰的綜合利用，減少煤灰對環(huán)境的污染方面，也將是一種較為理想的設(shè)備。通過粉煤灰開路電選試驗，證明YD-4型電選機可從火電站煤灰中回收大量的工業(yè)或民用精煤，使煤灰中含碳量低于國家標準（<8％），可供生產(chǎn)煤灰水泥和制造煤灰磚。

（3）卡普科高壓電選機　該機為美國卡普科公司制造的一種新型高壓電選機，全機有六個滾筒分兩列配置。每列三個，第一個滾筒分出三種產(chǎn)品，可送到第二個和第三個滾筒再選，這樣產(chǎn)品可進行多次分選，流程靈活。兩組鼓筒并列，采用共用高壓電源。特點如下：

①電極結(jié)構(gòu)為電暈極和靜電極結(jié)合的復(fù)合電場電極。入選角度、電極和鼓筒的距離均可調(diào)節(jié)。電暈極為特殊結(jié)構(gòu)的束狀放電電極提高了分選效果。高壓電源可用正電或負電，電壓最高可達40kV。

②鼓筒直徑有150mm、200mm、250mm、300mm、350mm等多種，可根據(jù)需要更換，用直流電機傳動，可以無級變速。

③處理量大。據(jù)報道，每厘米鼓筒長每小時可達18kg。目前加拿大、瑞典都采用這種電選機，以提供高級鐵精礦。此機缺點是中礦循環(huán)量比較大，循環(huán)負荷為20％～40％。

（4）篩板式電選機　SBD型和SDX-1500型篩板式電選機采用雙排五層電極分布，對非導(dǎo)體礦物進行多次分選，同時，每個電極可以獨立調(diào)節(jié)參數(shù)，實現(xiàn)了一機多參數(shù)組合選礦，提高了選別效率。

36.影響電選的因素有哪些？

影響電選的因素很多，可概括為兩方面：一是電選機本身的各種因素；二是對物料的要求（即準備作業(yè)方面的要求）。

（1）電選機本身的因素

①電壓　電選中電壓非常重要且直接影響電選效果。以前世界各國所采用的電壓大都為20kV左右。從理論和實際中得出了結(jié)論，提高電壓對分選效果有好處。礦粒獲得電荷直接與場強有關(guān)，電壓越高，場強越大，從電暈極逸出的電子越多，越有利于分選，但也不能籠統(tǒng)地認為高電壓越高越好，因為對各種具體礦物所要求的分選電壓也不同。太低時，在實驗中也證明有些礦物例如鈮鉭礦低于5kV/cm時，不能或難以有效分選；太高時反而會影響導(dǎo)體礦的回收率。

②電極結(jié)構(gòu)及其相對于鼓筒的位置　電極結(jié)構(gòu)是指電暈極根數(shù)及位置和偏極的大小等，不少國家對此做了研究，最早英國Sturtevent公司生產(chǎn)的電選機只有一根電暈極，此后又進一步發(fā)展為前面介紹的國產(chǎn)ф120mm×1500mm電選機的電極結(jié)構(gòu)形式，均采用小的鼓筒直徑，后來美國又做了改進，將一根電暈極和偏極合并在一起安裝，前蘇聯(lián)及其他國家采用多根電暈極而無靜電極，我國研制的DXJ型鼓筒式電選機則采用多根電暈極與一根偏極相結(jié)合的電極結(jié)構(gòu)，美國則采取兩根靜電極與電暈極結(jié)合而成的Carpco電極，電極結(jié)構(gòu)的改進相應(yīng)地改善了選礦效果。根據(jù)長期的試驗和考察發(fā)現(xiàn)，單根電暈極與一根偏極選礦的回收率比較高，但精礦品位低，分選效率很低。電暈極太多，只對提高精礦品位有好處，而對導(dǎo)體的回收率不利，電暈極與鼓筒相對位置以45°左右為恰當。

極距對電選也是重要的影響因素。小極距所需的電壓低，但生產(chǎn)中難以實現(xiàn)，因為這很容易引起火花放電，影響選礦效果。采用60～80mm的極距，在較高的電壓下，既不易引起火花放電，又能保證選礦效果。

③鼓筒轉(zhuǎn)速　鼓筒轉(zhuǎn)速也是影響電選效果的重要因素之一。這實質(zhì)上是入選物料通過電場區(qū)的時間問題。必須指出，物料經(jīng)過電場作用區(qū)的時間應(yīng)該近乎0.1s，以保證物料能獲得足夠的電荷，否則分選效率必然降低。轉(zhuǎn)速還直接與入選物料的粒度有關(guān)。物料粒度大，要求轉(zhuǎn)速慢，粒度細，要求轉(zhuǎn)速快。這是因為粗粒級在慢轉(zhuǎn)速時，通過電場所獲得的電荷較多，對非導(dǎo)體來說，則能產(chǎn)生較大的鏡面吸力，從而不易掉入導(dǎo)體接礦槽中。

④分礦板的位置　除上述影響因素外，分礦板的位置也直接影響精礦質(zhì)量和數(shù)量。因此，應(yīng)根據(jù)作業(yè)要求，選擇適當位置。如果對非導(dǎo)體礦要求很純時，則應(yīng)使鼓筒下第二分礦板向左傾斜，使中礦返回再選；反之如對導(dǎo)體（精礦）要求很純時，則第一分礦板盡可能向右傾斜，使中礦再選。

（2）電選前對物料的要求

①物料的粒度組成　由于在鼓筒式電選機上分選時礦粒受到離心力和重力分力的作用，總的來說，物料粒度愈均勻，效果愈好，但在生產(chǎn)實踐中卻存在著很大的矛盾，即粒級愈窄，要求篩分分級愈嚴，增加工序，產(chǎn)生灰塵。因此，在基本符合要求的條件下，應(yīng)盡可能減少篩分分級或是不分級；采用多鼓筒電選機，上面第一個鼓筒只作為分級用，下面的幾個鼓筒才用作分選。目前電選礦石的粒度范圍為0.1～2mm比較好，而最適宜的處理粒度則為-1～0.1mm，粒度愈小，則效果愈差。

②物料加溫　礦石含有水分時，將嚴重影響分選效果，因為非導(dǎo)體提高了導(dǎo)電性，容易混雜在導(dǎo)體產(chǎn)品中。為此，預(yù)先加溫非常重要。加溫干燥的目的是除去礦石的表面水分，恢復(fù)不同礦物的固有電性，并使物料松散。但加溫也因礦石不同而異，不能統(tǒng)一規(guī)定溫度，有時加溫太高，反而造成惡果，如鉭鈮與石榴子石的分選，當加溫超過300℃時，非導(dǎo)體石榴子石的導(dǎo)電性反而增加了，使分選更加困難。又如在某幾個礦的白鎢與錫石的分離實踐中，發(fā)現(xiàn)200℃最適宜，溫度過低、過高都使分選效果變壞。

③礦石表面處理　表面處理包括兩方面：一為酸處理，即用酸清洗礦物表面鐵質(zhì)和其他污染物，顯露原來表面；二為添加其他藥劑進行表面處理，使藥劑與礦物表面生成新的表面化合物，或減小礦粒之間的黏附作用，使礦粒彼此松散。例如，鉭鈮粗精礦，由于前一作業(yè)采用棒磨或球磨，加上砂泵和管道運輸?shù)茸鳂I(yè)后，使導(dǎo)體礦物（鉭鈮礦）和非導(dǎo)體礦物（石榴石、石英、長石等）均在表面不同程度地沾染了氧化鐵薄膜，形成膠結(jié)粒團，從而使導(dǎo)體與非導(dǎo)體礦不能有效的分選。為此，常常采用鹽酸清洗表面鐵質(zhì)。清洗的方法是先用水將物料濕潤，然后加1％的粗硫酸使物料發(fā)熱，再加入5％～6％的粗鹽酸，不斷攪拌，使之能均勻地受到鹽酸清洗，此過程至少需要5～10min。然后加入清水沖稀進行強烈攪拌，澄清排出此水溶液，同理再重復(fù)兩次，最后將物料烘干，再行電選，即可獲得滿意的結(jié)果。必須指出，這種方法是對那些價值比較高的礦物才使用，否則成本高，不經(jīng)濟。礦物表面藥劑處理的另一實例是，用氫氟酸處理鉀長石和石英，使之與長石表面反應(yīng)生成氟化鉀，電選時鉀長石成為導(dǎo)體分出，石英則是非導(dǎo)體產(chǎn)品。