Верещагин - Высоковольтные Электротехнологии. Учебное пособие по курсу Основы электротехнологии Под редакцией
 Скачать 1.77 Mb.
|
|
8.2.3. Барабанные коронно-электростатические сепараторы Наибольшее распространение получили коронно-электростатические сепараторы (рис. 8.3), у которых вслед за коронирующим электродом 3 размещается 1 III I ВН "-" II 2 3 4 Рис.8.1. Схема барабанного электростатического сепаратора 1 − дозатор, 2 − металлический заземленный барабан (осадительный электрод), 3 − некоронирующий высоковольтный электрод, 4 − приемник для непроводящих частиц I, проводящих частиц III и их смеси II. 1 III I ВН "-" II 2 3 4 5 Рис.8.2. Схема барабанного коронного сепаратора 1 − дозатор, 2 − металлический заземленный барабан (осадительный электрод), 3 − коронирующий высоковольтный электрод, 4 − приемник для непроводящих частиц I, проводящих частиц III и их смеси II, 5 − скребок. высоковольтный некоронирующий отклоняющий электрод 4. В этих сепараторах механизм зарядки частиц в зоне коронного разряда аналогичен предшествующему варианту. Введение в рабочую зону дополнительного электростатического поля увеличивает роль электрических сил, способствующих более раннему отклонению проводящих частиц от барабана. Частицы диэлектриков, при прочих равных условиях, удерживаются на большем участке периметра барабана. В результате этого увеличивается разница в траекториях проводящих и непроводящих частиц. Таким образом, электродная система является важнейшим узлом этих сепараторов. Осадительные электроды изготавливают обычно из стальных труб, которые имеют диаметр 125 ÷350 мм и длину до 2 м. Для уменьшения влияния адгезионных сил поверхность осадительных электродов должна быть гладкой, поэтому ее хромируют и полируют. Получили распространение два типа коронирующих электродов: проволочные и игольчатые. Проволочные электроды выполняют из нихромовой или вольфрамовой проволоки диаметром 0,25 ÷0,4 мм. Игольчатые электроды монтируют на несущем стержне на расстоянии 3 ÷6 мм друг от друга. Конструкции отклоняющих электродов весьма разнообразны. На рис. 8.4. показаны комбинации проволочного коронирующего электрода и различных отклоняющих электродов. а) б) в) г) α д) е) α δ 1 2 1 2 1 2 1 2 1 1 2 2 Рис. 8.4. Схемы расположения электродов барабанных коронно-электростатических сепараторов а ) пластинчатый отклоняющий электрод, заряжаемый от коронирующего, б ) пластинчатый отклоняющий электрод, подключенный к коронирующему, в ) пластинчатый отклоняющий электрод, подключенный к коронирующему и расположенный за ним, г ) цилиндрический отклоняющий электрод, соединенный с коронирующим, д ) система с несколькими коронирующими и заземленным отклоняющим электродами, е ) цилиндрический отклоняющий электрод, покрытый слоем из диэлектрика толщиной δ, заряжаемый от коронирующего. 1- коронирующий электрод, 2 - отклоняющий электрод. Наличие вращающихся деталей и трущихся частей, работающих в запыленной атмосфере, вызывает их быстрый износ. Кроме того, эти сепараторы мало эффективны при разделении тонкоизмельченного материала крупностью ниже 50 ÷70 мкм вследствие адгезионного взаимодействия минеральных частиц между собой и с поверхностью барабана. 8.2.4. Лотковые наклонные электростатические сепараторы Данные типы сепараторов нашли широкое применение при разделении титаносодержащих руд. Сепарируемые материалы из бункера 1 (рис. 8.5) попадают на наклонную плоскость, расположенную под углом 20 °÷42° к горизонтали. Скользя по заземленному лотку сначала в поле коронного разряда, создаваемом между электродами 3 и 2, а затем в электростатическом поле, образуемом электродами 4 и 2, проводящие частицы рутила заряжаются положительно и концентрируются в верхней части слоя. Непроводящие частицы циркона заряжаются отрицательно и концентрируются в нижней части слоя. Электростатическое поле способствует лучшему разделению частиц. Для лучшего разделения частиц минералов под наклонной плоскостью размещают дополнительный отклоняющий электрод 5, на который подают высокое напряжение положительной полярности. На процесс сепарации существенно влияют длина и угол наклона заземленного электрода 2. Для уменьшения влияния адгезионных сил и контактного сопротивления между поверхностью заземленного электрода и частицами пластинчатый электрод изготавливается из графитосодержащего материала. Производительность сепаратора достигает Q = 3 т/(м ⋅ч). Для барабанных и лотковых сепараторов удельная электропроводность разделяемых материалов должна отличаться на 2 ÷4 порядка. ВН "-" ВН "+" I II III 20 0 -42 0 1 2 3 4 5 6 Рис.8.5. Конструкция лоткового наклонного электростатического сепаратора 1 − дозатор, 2 − пластинчатый наклонный (осадительный) электрод, 3 − коронирующий электрод, 4 − отклоняющий электрод, 1 III I ВН "-" II 2 3 5 6 4 Рис.8.3. Схема барабанного коронно-электростатического сепаратора 1 − дозатор, 2 − металлический заземленный барабан (осадительный электрод), 3 − коронирующий высоковольтный электрод, 4 − отклоняющий электрод, 5 − приемник для непроводящих частиц I, проводящих частиц III и их смеси II, 6 − скребок. 8.3. Трибоэлектростатическая сепарация Для разделения материалов, имеющих низкую электропроводность и различающихся трибоэлектрическими зарядами, электризацию частиц производят: — либо при трении частиц между собой, — либо при трении частиц о специальную поверхность трибоэлектризующего элемента. Барабанные трибоэлектростатические сепараторы. У представленного на рис. 8.6 барабанного трибоэлектростатического сепаратора зарядка частиц разделяемых материалов осуществляется на наклонной плоскости 2 за счет трибоэлектризации при их контакте с поверхностью плоскости. Подбирая материал плоскости можно регулировать знак заряда, приобретаемый частицами. Кроме того, установлено, что подача на металлическую пластину высокого напряжения положительной или отрицательной полярности (в зависимости от свойств разделяемых материалов) может значительно увеличить трибоэлектрический заряд. Разноименно заряженные частицы поступают в электростатическое поле, создаваемое между электродами 3 и 4, где происходит их разделение. Положительно заряженные частицы под действием электрического поля отрываются от поверхности барабана и попадают в приемник 5 (III). Отрицательно заряженные частицы скребком 6 счищаются в приемник 5 (I). Камерные электростатические сепараторы свободного падения. После зарядки разделяемый материал поступает из дозатора в зону с электростатическим полем. Поле создается вертикально расположенными некоронирующими электродами. Падая вниз под действием сил тяжести, частицы отклоняются в сторону электродов под действием кулоновских сил. ВН "-" 1 2 3 4 I II III mg F k 1 2 3 5 4 6 2 Рис. 8.7. Схема камерного электростатического сепаратора 1 − дозатор, 2 − заземленный электрод, 3 − высоковольтный электрод, 4 − приемник сепарируемых материалов (I − отрицательно заряженного, II − незаряженного и III − положительно заряженного). Рис. 8.8. Схема камерного трубчатого электростатического сепаратора 1 − дозатор, 2 − электродвигатель, 3 − щетки для очистки осадительных электродов 4, 5 − приемник сепарируемых материалов, 6 − отсекающие шиберы Направление действия электрической силы зависит от знака избыточного заряда частицы. На рис. 8.7 приведена схема камерного электростатического сепаратора. Расширение межэлектродного расстояние в нижней части сепаратора позволяет расширить веер разделяемых материалов и улучшить таким образом их сепарацию. Преимуществом данного типа сепараторов является большая производительность, так как процесс разделения частиц материала осуществляется не на поверхности электрода, а в межэлектродном пространстве. Недостатком данной конструкции является постепенное накапливание слоя частиц в результате осаждения частиц на электроды. При образовании на электроде слоя пыли определенной величины он отваливается от электрода и часть отсепарированного материала попадает в непригодные хвосты. Для предотвращения накапливания осевших частиц производят очистку осадительных электродов. На рис. 8.8 представлена конструкция камерного электростатического сепаратора фирмы «Кали унд Зальц АГ» (Германия). Осадительные электроды сепаратора представляют собой два ряда параллельно установленных вертикальных 1 III I ВН " − " II 3 4 5 2 6 Рис.8.6. Схема барабанного трибоэлектростатичес кого сепаратора 1 − дозатор, 2 − электризующий элемент, 3 − металлический заземленный барабан (осадительный электрод), 4 − некоронирующий высоковольтный электрод, 5 − приемник для отрицательно заряженных частиц I, вращающихся вокруг своей оси труб. Они очищаются от налипшей пыли неподвижными щетками, укрепленными параллельно трубам с тыльной стороны. Промышленные сепараторы такого типа имеют рабочую длину электродов 10 м, расстояние между электродами 250 мм. Напряженность электростатического поля 4 ÷5 кВ/см. Удельная производительность сепаратора составляет 10 ÷30 т/(м⋅ч). Сепараторы с кипящим слоем (трибоэлектростатические флюидизационные сепараторы). ВН "-" воздух u F k концентрат 1 2 4 6 5 3 Рис. 8.9. Схема сепаратора с кипящим слоем 1 − транспортер с проводящей заземленной лентой, 2 − ванна с пористой перегородкой 3; 4 − кипящий слой порошка, 5 − скребок, 6 − приемный бункер для концентрата. Сепаратор состоит из флюидизационной ванны 2 (рис. 8.9), которая имеет пористую перегородку 3 со слоем 4 смеси порошковых материалов, подлежащих сепарации. Через пористую перегородку в ванну подают восходящий поток воздуха и частицы порошка переводятся во взвешенное состояние. Частицы заряжаются при столкновении друг с другом. В ванне на некотором расстоянии от пористой перегородки установлены проволочные электроды, к которым подводится высокое напряжение. Электростатическое поле, создаваемое между высоковольтными электродами и проводящей заземленной лентой транспортера 1, вытягивает из кипящего слоя частицы одного из разделяемых материалов, заряженные тем же знаком, что и потенциал высоковольтных электродов. Осаждаясь на проводящую ленту транспортера, частицы удерживаются силами зеркального отображения вплоть до момента удаления их скребком 5 в бункер для концентрата. Частицы другого из разделяемых материалов, заряженные противоположным зарядом, концентрируются около высоковольтных электродов и периодически разгружаются из ванны через сливные отверстия. 8.4. Пироэлектрическая сепарация Некоторые кристаллические материалы при нагреве и резком охлаждении электризуются. Для реализации этой зарядки с помощью барабанных сепараторов (рис. 8.10) стенки бункера-дозатора 1 выполнены в виде нагревательных элементов 3. Нагретый материал, попадая на холодную поверхность барабана 2, быстро охлаждается. Кристаллические материалы, склонные к пироэлектризации заряжаются и удерживаются на поверхности барабана силами зеркального отображения вплоть до удаления их скребком 5 в приемник I. Частицы других материалов не заряжаются, отрываются от поверхности барабана и попадают в приемник III. 1 III I II 2 3 4 5 Рис.8.10. Схема барабанного пироэлектрического сепаратора 1 − дозатор, 2 − металлический заземленный барабан (осадительный электрод), 3 − электронагреватели, 4 − приемник для электризующихся частиц 8.5. Диэлектрическая сепарация Диэлектрическая сепарация основана на различии в значениях и направлениях пондеромоторных сил, действующих на поляризованные частицы твердых тел в неоднородном электрическом поле. Пондеромоторная сила равна: 2 2 1 2 1 2 2 0 grad 2 2 E a F ε ε ε ε ε πε + − = , где ε 1 − относительная диэлектрическая проницаемость частицы, ε 2 − относительная диэлектрическая проницаемость среды, а − радиус сферической частицы, Е − напряженность электрического поля. В диэлектрических сепараторах разделяемый дисперсный материал подают в неоднородное электрическое поле, создаваемое электродами различной конфигурации. Разделение осуществляют в жидкой, реже в воздушной, непроводящей среде. Поведение частиц определяется разностью диэлектрических проницаемостей частицы ε 1 и среды ε 2 В том случае, когда ε 1 (1) > ε 2 частица втягивается в область с наибольшей напряженностью электрического поля; если же ε 1 (2) < ε 2 частица выталкивается из этой области. Практически для любой пары минералов и других веществ можно подобрать условия, при которых они разделяются. Рабочее пространство сепараторов заполняют жидкой средой, состоящей из двух смешивающихся компонентов, диэлектрическую проницаемость которой можно регулировать в широких пределах изменением соотношения составных частей. В качестве среды используют смеси: керосин − нитробензол, скипидар − нитробензол, четыреххлористый углерод − метиловый спирт, гексан − ацетон, керосин − диметилформамид и др. Таким образом, удается получить необходимое соотношение между относительными удельными электрическими постоянными среды и частиц. В диэлектрических сепараторах применяют, как правило, изолированные проволочные электроды, на которые подают высокое напряжение переменной полярности промышленной частоты для исключения зарядки и налипания частиц на электроды. Конструкции диэлектрических сепараторов разделяют на следующие виды: щелевого типа (провода в диэлектрических пазах); с направляющей плоскостью (диэлектрические пластины с прорезями между плоскими электродами); с пространственным расположением электродов, при сепарации в воздушной среде. В диэлектрических сепараторах щелевого типа (рис. 8.11.) проволочные электроды 2 монтируют в вертикально установленные диэлектрические пластины 1. При свободном падении в жидкой среде частицы минералов с диэлектрической проницаемостью больше таковой у среды втягиваются в область наибольшей напряженности. Частицы, имеющие диэлектрическую проницаемость меньшую, чем у среды, остаются в области с наименьшей напряженностью электрического поля и осаждаются в жидкости, не отклоняясь к диэлектрическим пластинам. 9. ЭЛЕКТРОПЕЧАТЬ 9.1. Применение электропечати Электростатические печатающие устройства используются в качестве устройств копировально-множительной техники, в качестве выводных устройств ЭВМ, в системах автоматизированного проектирования, информационно- измерительных системах, в качестве маркирующих устройств и при нанесении структурных покрытий. В электропечати выделяются два направления: электрофотография и электрокаплеструйная технология. Электрофотографические устрой- ства обеспечивают более высокую скорость и разрешающую способность печати, электрокаплеструйные более просты по устройству и дешевы. 9.2. Электрофотография В основе электрофотографического способа лежит свойство высокоомного фотополупроводника, нанесенного тонким слоем на подложку, изменять свою электрическую проводимость под действием света. На первой стадии процесса (рис. 9.1.) производится электризация полупроводника, т.е. на поверхность полупроводникового слоя наносятся электрические заряды того или иного знака. Постоянная времени разряда слоя, определяемая диэлектрической проницаемостью и электрической проводимостью слоя, такова, что заряды удерживаются ВН "∼" ε 1(2) ε 1(1) ε 2 1 2 3 5 6 4 ε 1(2) ε 1(2) Рис. 8.11. Схема диэлектрического сепаратора щелевого типа (провода в диэлектрических пазах) 1 − диэлектрические плоскости, 2 − провода в пазах, 3 − силовые линии, 4 − поток разделяемых частиц, 5 − частицы с ε 1 (2) < ε 2 , 6 − частицы с ε 1 (1) > ε 2 на поверхности в течение времени, необходимого для выполнения последующих операций. Электризация проводится при отсутствии освещения. После электризации производится экспонирование слоя, которое принципиально не отличается от экспонирования обычных фотографических материалов. Оно может производиться в фотографических камерах, а также контактным методом. В процессе экспонирования благодаря фотопроводимости полупроводника уменьшается сопротивление слоя и происходит стекание зарядов с тех участков поверхности, которые подверглись воздействию света. Оставшийся после экспонирования поверхностный заряд образует скрытое электростатическое изображение. I 4 5 6 II III 7 8 2 3 IV -ВН 1 9 2 3 Р t 0 C 9 11 10 V -ВН 1 2 3 Рис. 9.1. Стадии электрофотографического процесса I - зарядка; II - экспозиция; III - проявление; IV - перенос изображения; V - фиксация изображения. 1 − коронирующие электроды; 2 − фотополупроводник; 3 − заземленный электрод; 4 − оригинал (первичное изображение); 5 − проекционная система; 6 − скрытое электростатическое изображение; 7 − проявляющий порошок; 8 − порошковое изображение; 9 − бумага; 10 − термокамера; 11 − прижимной валик. Проявление скрытого электростатического изображения производится с помощью заряженного порошка. Если заряд частиц проявляющего порошка противоположен по знаку остаточному поверхностному заряду, то частицы будут оседать преимущественно в местах с наибольшей плотностью поверхностного заряда. В результате на поверхности полупроводникового слоя образуется порошковое изображение. Электростатическое изображение можно визуализировать не только заряженными порошками, но и непосредственно сканированием потенциального рельефа и превращением его в оптическое изображение на экране электронно-лучевой трубки. Следующим этапом процесса является перенос слоя на несветочувствительную подложку, например, бумагу. Далее производится фиксация порошкового изображения на бумаге. Обычно на бумагу переносится незначительная часть порошка, что позволяет получать несколько копий с одного изображения на полупроводниковом слое. Наиболее простой и распространенный способ фиксации изображения термический при соответствующем подборе порошка. Заключительной стадией процесса является очистка полупроводника от остатков порошка. Из всего разнообразия фотополупроводниковых материалов в электрографии нашли применение оксид цинка и селен. Они в наибольшей мере удовлетворяют предъявляемым требованиям: имеют малую электрическую проводимость (10 -13 ÷10 -14 1/Ом ⋅м), обладают необходимой спектральной чувствительностью, позволяют получать тонкие слои, имеющие достаточную механическую прочность. Широко используются органические полупроводники. Применяются различные методы получения электрографических слоев. Например, слои оксида цинка получают путем нанесения тонкого слоя суспензии порошка на бумагу и последующего высушивания. Такие слои предназначены для однократного использования. Они обладают наибольшей разрешающей способностью (до 100 линий на 1 мм), обеспечивают качественное изображение с передачей полутонов, но чувствительность их мала (0,1 ÷1 ед. ГОСТ). Слои из селена наносят на металлические пластины напылением в вакууме, и предназначены они для получения многократных копий. Разрешающая способность при этом получается в 2 ÷3 раза меньше, но чувствительность слоев на основе селена можно получить до 20 ед. ГОСТ. Рассмотрим основные стадии электрографического процесса. Из различных способов зарядки полупроводниковых слоев применяется преимущественно зарядка в поле коронного разряда. Коронирующие электроды представляют собой или тонкие вольфрамовые провода диаметром 0,02 ÷0,1 мм, или иглы. Важное значение имеет равномерность распределения заряда по слою. Это достигается применением ряда проводов или игл вместо одного провода, перемещением слоя относительно коронирующих проводов, использованием дополнительных экранов. В электрофотографии используются несколько способов проявления скрытого электростатического изображения. По характеру взаимодействия частиц проявляющего вещества с заряженными участками слоя различают два основных типа проявления: сухое и жидкостное. Имеется много разновидностей сухого метода проявления: каскадный, «магнитной кистью», меховыми валиками, аэрозольный. Метод сухого каскадного проявления наиболее распространен для селеновых фотослоев многократного использования. Каскадный проявитель обычно состоит из двух компонентов: крупнозернистого носителя и мелкодисперсного проявляющего порошка − тонера. |