电极结构对YD电选机电场的影响.pdf

第3 6 卷第1 期 2 0 1 6 年0 2 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM 哐T A I J ．U R G I C A LE N G D m E R 邛i G V 0 1 ．3 6 №l F e b r u a r y2 0 1 6 电极结构对Y D 电选机电场的影响① 李茂林1 ’2 ，胡伟1 ，龚文勇2 1 ．武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室，湖南武汉4 3 0 0 8 1 ；2 ．长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南长沙4 1 0 0 1 2 摘要对影响电选机分选区电场强度、电场分布、分离角、有效夹角的主要因素进行了模拟。结果表明，电晕电极数量是影响上述 参数的主要因素，增加电晕电极数量可提高最大电场强度、改善电场的分布、增加有效夹角、提升分离角。 关键词电选机；电场模拟；静电极；电晕电极；电场强度；分离角 中图分类号T D 9 2 4文献标识码A d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 6 0 9 9 ．2 0 1 6 ．0 1 ． 1 0 7 文章编号0 2 5 3 - 6 0 9 9 2 0 1 6 0 1 - 0 0 3 0 - 0 3 h m u e n c eo fE l e c t r o d eS t r u c t u r eo nE l e c t r i cF i e l do f Y D - 坶p eE l e c t r o s t a t i cS e p a r a t o r L IM a o ．} i n l ”，H UW e i1 ，G O N GW e n ．y o n 9 2 1 ．K ∥yL a b o r a t o r yo f E f f i c i e n tU t i l i z a t i o no f M e t a l l u r g i c a lM i n e r a lR e s o u r c e sa n dA g g l o m e r a t i o no f H u b e iP r o v i n c e ，W u h a n U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，W u h a n4 3 0 0 81 ，H u b e i ，C h i n a ；2 ．C h a n g s h aR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n d M e t a l l u r g yC oL t d ，C h a n g s h a4 1 0 0 1 2 ，H u n a n ，C h i n a A b s t r a c t M a i nf a c t o r sa f f e c t i n ge l e c t r i cf i e l di n t e n s i t y ，e l e c t r i cf i e l dd i s t r i b u t i o n ，d e t a c h i n ga n g l ea n de f f e c t i v e s e p a r a t i n ga n g l ei ns e p a r a t i o nr e g i o no fe l e c t r o s t a t i cs e p a r a t o rw e r es i m u l a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a t ，t h ea f o r e m e n t i o n e d p a r a m e t e r sa r em a i n l yi n f l u e n c e db yt h en u m b e ro fc o r o n ae l e c t r o d e ．A l o n gw i t ht h ei n c r e a s eo fe l e c t r o d en u m b e r ，t h e m a x i m u me l e c t r i cf i e l di n t e n s i t yi n c r e a s e sa n dt h ee l e c t r i cf i e l dd i s t r i b u t i o ni m p r o v e s ．r e s u l t i n gi na ne x p a n d e de f f e c t i v e s e p a r a t i n ga n g l ea n da ne n l a r g e dd e t a c h i n ga n g l e ． K e yw o r d s e l e c t r o s t a t i cs e p a r a t o r ；e l e c t r i cf i e l ds i m u l a t i o n ；e l e c t r o s t a t i ce l e c t r o d e ；c o r o n ae l e c t r o d e e l e c t r i cf i e l d i n t e n s i t y ；d e t a c h i n ga n g l e 结合了电晕电场和静电场的高压转筒电选机是电 选设备中应用最为广泛的设备。2 ] ，应用领域包括粉 煤灰脱碳旧o ，钛铁矿、锆英石、金红石分选，高合金钢 磨屑分选铁H 1 ，电子垃圾的分选等。影响电选机分选 性能的参数有电压、滚筒转速、电极结构和排列方式 等。本文采用数值模拟的方法研究了电晕电极数量、 静电极形状和位置对电场分布、分离角的影响。 1 结构简化和受力分析 图1 为Y D 电选机的结构简图，其中尺，为接地电 极半径；R 为静电极半径；L 。为接地电极与电晕电极 中心距；￡为接地电极与静电极中心距；口。为静电极 的水平夹角；日为电晕电极的水平夹角。它包括分选 滚筒 接地 、电晕电极和静电极。电晕丝施加高压 后，其和滚筒之间的空气被击穿，形成正离子和电子， 正离子向电晕丝运动，电子向滚筒表面运动，物料进入 后，导体和非导体荷上负电荷，导体接触电阻小、放电 速度快，放电完成后在离心力和电场力作用下抛离滚 筒，而非导体接触电阻大、放电速度慢，在镜像力作用 下粘附在滚筒上，随滚筒一起运动。 0 L Y 。融㈨ K莎i ＼ 匙棚主 图1Y D 电选机结构简图 ①收稿日期2 0 1 5 1 1 0 7 作者简介李茂林 1 9 6 3 一 ，男，湖南长沙人，教授，博士，研究方向为磨矿分级及选矿技术等。 万方数据 第1 期 李茂林等电极结构对Y D 电选机电场的影响 在几个互相平行的柱形电极形成的电场中，当 电极轴向长度比其直径及其间的距离大很多时，可 以认为该静电场沿轴向没有变化，简化为二维问题 处理‘5 1 。 抛离导体颗粒的受力情况如图2 所示，其中G 为 颗粒重力；n 为颗粒所受感应电场力；F 。为离心力； ∞为转筒角速度。 。， 。o 一。Q 触 厂。 j V 2 ，，≮；7 式．≯蜱等 ＼火删毒 图2 抛离导体颗粒的受力情况 假设颗粒是均质圆球，半径r o ，密度p ；颗粒在静电 感应的作用下瞬间带电，并且其带电量达到最大。空间 为各向同性的均质空间，介电常数为占。两临近的带电 导体颗粒之间距离足够大，每一颗粒都可看作为一质 点；摩擦荷电作用忽略不计。电场强度为E ，则有 电场力F E ∞1 F E 1 7 ．2 8 r 0 2 E 2 1 离心力R F c 1 r r 0 3 p t 0 2 R I 2 重力G d G i - ．v 耵r 0 3 p g 3 当颗粒满足以下受力关系时会抛离滚筒 R F c ≥G s i n f l 4 其中分离角口的数学关系为 一4．116E2sinB I 丛 5 一 5 r o P gg 可以看出，影响颗粒分离角的参数主要是颗粒半 径、密度、电场强度、转筒转速和转筒半径。分离角卢 越大，颗粒分离时所处位置越高，水平初速度越大，颗 粒越容易进入导体槽。 本文用A n s y s 模拟分选空间和转筒表面的静电场 分布。静电场模拟的泊松方程为 一V 占V V P 1 6 式中占为介电常数；p 。为空间电荷密度；V 为电势。 导体颗粒抛离滚筒路径如图3 所示。因为导体颗 粒抛离滚筒基本发生在B 。到B 的一段9 0 。圆弧，所 以选取这一段为路径，对Y D 电选机静电场和分离角 进行模拟。 l ， B ，o 。。Q 触 厂 、、＼o n ＼≯楫丝 ＼ 一 ＼． O ．J B I B j 哕人 ／ ＼接地滚筒 ．／ 图3 导体颗粒抛离滚筒路径示意 2 电晕电极数目对电场和分离角的影响 固定参数0 l 4 5 。，R l 1 5 0m m ，R 2 2 0l n n l ， L 。 2 0 0m i l l ，L 2 2 3 0m m ，电晕电极和静电极施加电压 U - 2 0k V 。研究了电晕电极数量变化对电场和分离 角的影响，结果见图4 。 ， 昌 邑 ＼ 趟 骥 蠼 脚 角度／ 。 图4 电晕电极数目不同时B 。B 上电场强度变化 电晕电极数量变化时，电晕电极与水平轴的夹角 分布不同8 根电晕极时，0 2 8 0 0 ，7 0 0 ，6 0 。，5 0 0 ，4 0 0 ， 3 0 0 ，2 0 0 ，1 0 0 ；6 根电晕极时，0 2 8 0 0 ，6 6 0 ，5 2 0 ，3 8 0 ， 2 4 。，1 0 。；4 根电晕极时，0 2 8 0 0 ，5 6 ．6 7 0 ，3 3 ．3 3 0 ，1 0 0 ； 1 根电晕极时，0 2 7 0 。。 由图4 可以看出电极增加，电晕电极数为l ，4 ， 6 ，8 根时，转筒表面电场强度最大值分别为3 0 5 ，3 6 6 ， 3 9 3 和4 1 1k V ／m 。电晕电极由1 根增加到8 根时，电 场强度最大值增加了0 ．3 5 倍。 为衡量电场分布的均匀性和有效性，定义有效电 万方数据 矿冶工程第3 6 卷 场夹角A 0 为将大于最大电场强度的8 0 ％区域称为 有效电场，对应的夹角△口称为有效电场夹角。夹角 越大，表明电场分布越有利于分选。截取模拟的数据， 得出电晕电极数为1 ，4 ，6 ，8 根时，有效电场夹角分别 为3 8 ．6 0 ，4 4 0 ，6 1 ．4 0 和6 5 ．7 0 。电晕电极由1 根增加到 8 根时，有效电场夹角增加了2 7 ．1o 。 转筒转速5 0r ／r a i n ，小球为铜球，P 89 0 0k g ／m 3 ， g 1 0m ／s 2 ，分选介质为干燥空气，占 8 ．8 5 4 6 9p F ／m ， 可求得半径0 ．3i n m 的铜球在电晕电极数目不同时的 分离角口。 电晕电极数为1 ，4 , 6 ，8 根时，分离角分别为2 7 ．2 2 0 ， 3 5 ．3 8 0 ，3 7 ．8 5 0 ，3 9 ．6 5 0 。可以看出，当电晕电极从1 根 增加到8 根时，分离角增加了1 2 ．4 3 0 。 3 静电极结讲埘电场分布和分离角的影响 进行静电极结构模拟时，固定电晕电极数为8 根， 0 2 8 0 。，7 0 。，6 0 0 ，5 0 。，4 0 。，3 0 。，2 0 。，1 0 。，U 一2 0k V ， R l 1 5 0m i l l ，L I 2 0 0m m ，L 2 2 3 0m m 。 3 ．1 截面形状 静电极水平夹角0 。 4 5 。，圆形截面静电极半径 R 2 0m m ，矩形和椭圆当量直径与圆相同 面积相 等 ，长宽比和长短轴之比为2 1 ，接地滚筒与静电极 中心连线和椭圆长轴、矩形长边相互垂直，在不同的截 面条件下B 。B 上的电场强度分布见图5 。由图5 可 以看出当分选腔中有8 根电晕电极时，静电极截面形 状对转筒表面电场分布基本没有影响；3 种截面形状 下，电场强度都在4 5 。位置达到最大值4 11k V ／m 。 图5 静电极截面形状不同时B 。B 上电场强度变化 3 ．2 水平夹角 圆形截面静电极半径R 2 0m m ，静电极水平夹 角0 。分别为1 5 。，4 5 。，7 5 。，B 。B 上的电场强度变化见 图6 。 f 甚 邑 ＼ 划 骥 霹 印 图6 静电极水平夹角不同时B ，B 上电场强度变化 由图6 可知静电极逆时针偏转时，转筒表面电场 强度最大值基本保持不变 4 0 0 ，4 1 1 ，4 0 0k V ／m ，但其 最大值出现位置随静电极偏转而偏转，分别处于2 4 0 ， 4 5 。，6 6 。。有效电场夹角 7 l o ，6 5 ．7 。，7 l 。 相差很小。 4 结论 电场强度和分布、分离角和有效电场夹角是影响 电选机分离效果的参数，通过模拟电晕电极数量、静电 极形状与位置对上述参数的影响，得到如下结论 1 电晕电极数量显著影响电场强度和分布，随着 电晕电极数目增加，转筒表面和整个分选腔内的电场强 度得到加强，并且电场的均匀性和有效性得到提高；电 晕电极由l 根增加到8 根时，电场强度最大值增加了 0 ．3 5 倍，有效电场夹角增加了2 7 ．1 0 ，半径0 ．3m m 铜颗 粒的分离角增加了1 2 ．4 3 0 。因此适当增加电晕电极数 量是改善电选机分选性能的有效手段。 2 8 根电晕电极时，圆形、椭圆形和矩形截面静 电极产生的电场强度、电场分布、分离角、有效夹角基 本相同。圆形截面静电极由于制造简单，是电选机的 最佳选择。 参考文献 [ 1 ]张宗华．选矿电磁学[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 8 ． [ 2 ] 长沙矿冶研究院电选组．矿物电选[ M ] ．北京冶金工业出版社， 1 9 8 2 ． [ 3 ] 曹志群，张胜广，龚文勇，等．台湾某电厂粉煤灰电选脱炭试验研 究[ 】] ．矿冶工程，2 0 0 4 ，2 4 6 3 7 4 1 ． [ 43 曹志群，龚文勇，张华．高合金钢磨屑电选试验研究[ J ] ．矿冶 工程。2 0 0 1 ，2 1 2 4 5 4 7 ． [ 5 ] 徐建成，李润．转筒型电选机的电场分析[ J ] ．有色金属，2 0 0 2 ， 5 4 3 8 3 - 8 5 ． [ 6 ] J i aL i ，H o n g z h o uL u ，Z h e n m i n gX u ，e ta 1 ．Am o d e lf o rc o m p u t i n gt h e t r a j e c t o r i e s o ft h e c o n d u c t i n gp a r t i c l e sf r o mw a s t ep r i n t e dc i r c u i t b o a r d si nc o r o n ae l e c t r o s t a t i cs e p a r a t o r s [ J ] ．J o u r n a lo fH a z a r d o u s M a t e r i a l s ，2 0 0 8 。1 5 l 5 2 5 7 ． 万方数据