Электростатический сепаратор

Полезная модель относится к области электростатической сепарации тонкодисперсных сыпучих материалов и может быть использована как для обогащения полезных ископаемых в горной промышленности, так и в других областях для решения аналогичных задач.
Известна конструкция Электростатического барабанного сепаратора, описанная в SU 1440547. Сепаратор содержит осадительный электрод в виде вертикально установленного барабана, у наружной поверхности которого вдоль его образующих между перегородками размещены рабочие каналы с шиберами, ограничивающими зоны коронирующего и электростатического электродов, загрузочное и разгрузочные приспособления. Сепаратор в каждой зоне коронирующего электрода снабжен пластиной из диэлектрического материала, расположенной вдоль оси барабана, и полками, выполненными с наклоном образующей барабана. Снабжение сепаратора диэлектрической пластиной позволяет существенно ограничить диаграмму распределения тока коронного разряда на поверхности осадительного электрода и препятствует отскоку (отражению) электропроводных частиц в сторону коронирующего электрода при ударе о перегородку, разделяющую зоны коронирующего и электростатического электродов, что уменьшает вероятность искрового пробоя и увеличивает надежность работы сепаратора.
Недостатком данного технического решения является неравномерная подача питания в рабочую зону сепаратора применительно к тонкодисперсным порошкам, где присутствуют силы адгезии между частицами, вследствие чего, происходит уменьшение производительности сепаратора и снижение его эффективности.
Известна конструкция Диэлектрического сепаратора сыпучих смесей, которая описана в SU 1796258, включающая подающий бункер с рабочей смесью, из которого через регулируемую выходную щель эта смесь монослоем подается на вращающийся барабан с соосными желобками на внешней поверхности барабана. На барабан с помощью специальных колец натянута тонкая пленка с пленочными металлическими электродами. Пленочная электродная система на диэлектрической пленке представляет собой два независимо замкнутых меандра, входящих друг в друга. На каждый из пленочных электродов через скользящий контакт и кольцо подается постоянный или переменный потенциал. На барабан, используемый в качестве третьего электрода, через скользящий контакт подается напряжение требуемой величины и формы. При вращении барабана на частицы, кроме электрической силы, действует центробежная сила и силы трения и тяжести. В результате частицы более дифференцированно разделяются на выходе по размерам и массе.
К недостаткам данного технического решения можно отнести повышенный износ диэлектрической пленки, покрывающей барабан и имеющей толщину от 10 до 30 мкм, и узкую область применения сепаратора (сепарация семенных смесей).
Известен Электростатический сепаратор, описанный в патенте RU 2067888. Сепаратор снабжен дополнительными коронирующим электродом, установленным над заземленным вращающимся диском между основным потенциальным электродом и питателем, и диэлектрическим вращающимся диском, установленным под основным высоковольтным электродом с зазором относительно последнего, причем ось вращения диэлектрического диска смещена относительно оси вращения заземленного диска на величину не менее протяженности высоковольтного электрода, который установлен над частью заземленного диска. Сепаратор снабжен диэлектрическим экраном, установленным со стороны питателя с охватом высоковольтного электрода. Последний может быть наклонен относительно заземленного диска с уменьшением межэлектродного расстояния к оси вращения заземленного диска.
К недостаткам данного устройства можно отнести сложность конструкции, малую удельную производительность сепаратора и узкую область применения (сортировка алмазосодержащего сырья).
Известен Электрокоронный сепаратор для разделения зерновой смеси, описанный SU 1386307, включающий питающий и приемный бункеры, высоковольтный коронирующий и заземленный электроды и размещенный между ними с возможностью вращения рабочий орган из диэлектрического материала, установленный с охватом высоковольтного коронирующего электрода на двух изоляционных направляющих дисках. Разделение частиц происходит в зоне между коронирующим и заземленным электродами, где под действием биполярного коронного разряда частицы прижимаются к вращающемуся диэлектрическому барьеру и далее, в зависимости от соотношения электрических сил прижатия и отрывающих механических сил - центробежной силы и массы частиц, происходит отрыв по их физическим свойствам при различных углах поворота диэлектрического барьера.
К недостаткам данного устройства можно отнести узкую область применения (разделение зерновых смесей) и ограниченный доступ к коронирующему электроду, что затрудняет возможность эксплуатации данного устройства.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является конструкция коронно-электростатического сепаратора для разделения вермикулитовой руды от ассоциированной породы, описанная в патенте US 4247390. Сепаратор, выбранный в качестве прототипа, имеет бункер с шлицевыми валками для подачи питания в рабочую зону, заземленный барабан, покрытый диэлектрическим материалом, два коронирующих электрода, щетку для очистки барабана от осевших на нем частиц и приемники продуктов разделения. Сепаратор снабжен дополнительным электродом для очистки прилипших частиц на барабане.
После прохождения зоны воздействия полей коронирующих электродов частицы пустой породы, имеющие преимущественно шаровидную форму, сбрасываются с барабана и под действием силы тяжести разгружаются в бункер для породы, в то время как плоские частицы вермикулита остаются прижатыми к барабану и разгружаются в соответствующий бункер, пройдя значительно больший путь по окружности, чем частицы породы.
Основным недостатком сепаратора по прототипу является низкая эффективность разделения частиц породы и вермикулитовой руды крупностью менее 6 мм, что не позволяет применять его для разделения тонкодисперсных порошков.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение является расширение арсенала средств и создание нового электростатического сепаратора. Техническим результатом является повышение эффективности (полноты) разделения тонкодисперсного материала на проводящую и непроводящую фракции за счет предварительной обработки материала, сопровождающей равномерную подачу на барабан материала в виде монослоя.
В контексте данной заявки термины "проводящая" и "непроводящая" фракции не означает буквально "проводник" и "диэлектрик", разделение на "проводящую" и "непроводящую" фракции сделано только исходя из соотношения электропроводности двух сравниваемых материалов между собой.
Заявляемый результат обеспечивается изменением конструкции.
Электростатический сепаратор имеет в своем составе загрузочный бункер, закрепленный на корпусе, внутри которого установлен заземленный металлический барабан, покрытый слоем диэлектрического материала, снабженный щеткой для очистки барабана от осевших частиц. Барабан снабжен приводом, обеспечивающим вращение барабана вокруг горизонтальной оси. Также в корпусе установлен высоковольтный отклоняющий электрод и размещенные в нижней части приемник проводящей фракции и приемник непроводящей фракции. От прототипа отличается тем, что в корпусе дополнительно установлен снабженный виброприводом вибропитатель, размещенный таким образом, что его разгрузочный торец расположен над барабаном. Над вибропитателем установлен высоковольтный электрод предварительной зарядки. Оба высоковольтных электрода подсоединены к источнику питания. Электростатический сепаратор дополнительно снабжен системой управления, соединенной с источником питания, а также с виброприводом с возможностью обеспечения работы вибропитателя в режиме псевдоожижения.
В предпочтительном варианте реализации высоковольтный отклоняющий электрод выполнен в виде плоской пластины и ориентирован в плоскости, параллельной касательной плоскости к боковой поверхности барабана. При этом держатель высоковольтного отклоняющего электрода подвижно установлен в направляющей.
Для того чтобы лучше продемонстрировать отличительные особенности полезной модели, в качестве примера, не имеющего какого-либо ограничительного характера, ниже описан предпочтительный вариант реализации. Пример реализации иллюстрируется Фигурой, на которой схематично представлен заявляемый сепаратор.
Сепаратор имеет корпус 1 с установленной внутри несущей рамой (па Фигуре не показана), объединяющей элементы конструкции в единое устройство. В контексте данной заявке термин "установлен" означает "размещен и закреплен известным специалисту в этой области способом".
На корпусе 1 сепаратора установлен загрузочный бункер 2, под которым на элементах несущей рамы (на Фигуре не показана) закреплен вибропитатель 3, снабженный виброприводом (на фигуре не показан). Над вибропитателем 3 установлен высоковольтный электрод 4 предварительной зарядки, соединенный с несущей рамой посредством изоляторов. Под разгрузочным торцом вибропитателя 3 на горизонтально ориентированной оси установлен металлический барабан 5, покрытый слоем диэлектрического материала, например, таким как полиуретан или полиэтилен. Барабан 5 заземлен, его ось установлена на подшипниках, наружные обоймы которых закреплены в элементах несущей рамы традиционным способом. Барабан 5 снабжен приводом, обеспечивающим его вращение вокруг горизонтальной оси. Для очистки осевших на барабан частиц предусмотрена, снабженная собственным электроприводом, щетка 6, ось которой также на подшипниках установлена на элементах несущей рамы традиционным способом.
Сепаратор снабжен высоковольтным отклоняющим электродом 7. Отклоняющий электрод 7 может иметь различную конфигурацию (плоская или дугообразно изогнутая пластина, сетка, и т.п.). На Фигуре показан отклоняющий электрод 7 в виде пластины, ориентированной в плоскости, параллельной касательной плоскости к боковой поверхности барабана 5. Держатель 8 отклоняющего электрода 7 подвижно закреплен на направляющей 9, которая соединена с несущей рамой. Направляющая 9 имеет дугообразную форму, концентрическую боковой поверхности барабана 5 и позволяет изменять расположение отклоняющего электрода при настройке работы сепаратора в зависимости от свойств разделяемого материала. Это позволяет оптимизировать процесс разделения и тем самым повысить его эффективность. Под барабаном 5 установлены и закреплены на раме приемник 10 проводящей фракции и приемник 11 и проводящей фракции.
Оба высоковольтных электрода (4 и 7) подсоединены к источнику питания 12. Упомянутые выше изоляторы на Фигуре не показаны.
Электростатический сепаратор снабжен системой управления 13, которая позволяет изменять величину и полярность напряжения, подаваемого на высоковольтные электроды 4 и 7. Система управления 13 также позволяет изменять режимы работы вибропривода, при которых обеспечивается транспортирование материала по вибропитателю 4 в режиме псевдоожижения.
Устройство работает следующим образом. Исходный материал, например, титановые пески, крупностью меньше 200 мкм из бункера 2 поступают на вибропитатель 3. Транспортирование осуществляется за счет наложения вибрации направленного действия. Кроме того, посредством вибрации материал переводится в псевдоожиженное состояние и за счет активного взаимодействия между частицами происходит их трибозарядка. При транспортировании по вибропитателю 3 частицы материала получают дополнительный заряд от высоковольтного электрода 4 предварительной зарядки и, далее, поступают в зону разделения, расположенную между барабаном 5 и отклоняющим электродом 7. Разделение частиц на и; сводящую и непроводящую фракции происходит под воздействием поля отклоняющего электрода 7. Проводящие частицы (рутил) отклоняются в поле электрода 7 и ссыпаются в приемник 10, расположенный сбоку от барабана, непроводящие частицы (кварц) увлекаются центростремительными силами вращающегося барабана 5 и ссыпаются или счищаются щеткой 6 в приемник 11, расположенный непосредственно под барабаном 5.
Создание условий для трибозарядки частиц материала в кипящем слое в совокупности с дополнительной подзарядкой при транспортировании по вибропитателю позволяет дезагрегировать тонкодисперсный порошок, нейтрализовав в нем силы адгезионного взаимодействия между частицами и устранить эффект взаимного экранирования проводящих и непроводящих частиц. Такое комплексное взаимодополняемое и взаимоусиливающее воздействие обеспечивает повышение эффективности (полноты) разделения тонкодисперсного материала на проводящую и непроводящую фракции. Экспериментально установлено, что заявляемое устройство позволяет повысить эффективность разделения материала крупностью меньше 200 мкм на 10-15%.
Электростатический сепаратор состоит из конструктивных элементов, соединенных, с несущей рамой. Таким образом, элементы сепаратор находятся в функционально-конструктивном единстве. Сами сборочные операции, обеспечивающие конструктивное единство электростатического устройства, являются традиционными для данного объекта техники, в настоящей заявке не раскрыты, поскольку они не влияют на поставленный результат, а потому не являются существенными признаками. Однако полнота раскрытия сведений является достаточной для осуществления полезной модели специалистом в данной области техники.