二、电选

31.什么是电选？

电选是利用自然界各种矿物和物料电性质的差异而使之分选的方法。如常见矿物中的磁铁矿、钛铁矿、锡矿、自然金等，其导电性都比较好；石英、锆英石、长石、方解石、白钨矿以及硅酸盐矿物，则导电性很差。从而可以利用它们电性质的不同，用电选分开。

32.电选的基本原理是什么？

电选是利用矿物在高压电场中电性的差异进行分离的一种选矿方法。电选的内容很广泛，包括电选、摩擦带电分选、介电分选、高梯度电选、电除尘诸方面。

电选主要用于各种矿物及物料的精选。电选前，大多数先经重选或其他选矿方法粗选得出精矿，然后采用单一电选后与磁选配合，得出最终精矿。

电选的有效处理粒度通常为0.1～2mm，但对片状或密度较小的物料如云母、石墨、煤等，其最大处理粒度则可下降到微米级。

在大多数情况下，电选都是在高压电场中进行的，除少数采用高压交流电源外，绝大多数均用高压直流电源，将负电输到电极，个别情况下才采用正电。

33.矿物能实现电选的依据是什么？

矿物的电性质是电选的依据，两种矿物的电性质不同，才有可能进行电选。表示矿物电性质的参数主要有矿物的介电常数、电导率及相对电阻、电热性、比导电度及整流性等。

介电常数以符号ε表示，ε越大表示矿物的导电性越好，反之则导电性差。一般情况下，ε>10～12及以上者属于导体，能利用通常的高压电选分开，而低于此数值者则难以采用常规的电选法分选。

通常电选中所指矿物电阻是当矿物粒度d=1mm时的电阻，即欧姆值。当矿物电阻小于106Ω时，表明其导电性较好，电阻大于106Ω而小于107Ω者，导电性中等，电阻大于107Ω者，其导电性差，不能采用常规电选分离。

矿物的比导电度是表示电子流入或流出矿粒难易的量，常用使矿粒上电子流的最低电压与石墨上电子流出的最低电压之比来表示，数值越大，使矿物上电子流出的电压越高，导电性越差。

有些矿物只有当高压电极带负电时才作为导体矿分出，而另一些矿物则只有高压电极带正电时才作为导体矿分出，而有些矿物无论高压电极正负如何，均能作为导体矿分出，矿物的这种性质叫整流性。只获得负电的矿物叫负整流性，如石英、锆英石等；只获得正电荷的矿物叫正整流性，如方解石等；不论电极带正电或负电，矿物均能获得电荷，叫全整流性，如锡石、磁铁矿等。

34.矿物带电的方式有哪些？

电选过程中，使矿粒带电的方法通常有摩擦带电、感应带电、接触带电、在电晕电场中带电以及在复合电场中带电。

（1）摩擦带电　不同性质的矿粒由于互相摩擦或者与给料运输设备的表面摩擦，便带上不同符号的电荷。摩擦时得到的电荷的符号主要取决于矿粒的性质、给料运输设备的材料等。因此，有可能某种矿粒在某一条件下带正电，在另一条件下带负电，例如，硫黄与石英或食盐接触时带负电，与硒接触时带正电。

（2）感应带电　如导体矿粒移近电极，由于电极电场对导体中自由电子的作用，导体矿粒靠近电极的一端产生与电极符号相反的电荷，远离电极的一端产生与电极符号相同的电荷。如矿粒从电场中移开，这两种相反的电荷便互相抵消，矿粒则不带电，这种电荷成为感应电荷。感应电荷可以用接地等方法移走。非导体矿粒在电场中只能被极化，非导体分子中的电子和原子核结合得相当紧密，电子处于束缚状态。当非导体接近电极时，非导体分子中的电子与原子核之间只能作微观的相对移动，形成“电偶极子”。这些电偶极子大致按电场的方向排列（称为电偶极子的定向），因此在非导体和外电场垂直的两个表面上分别出现正、负电荷，这些正、负电荷的数量相等，但不能离开原来的分子，因此叫做“束缚电荷”。电场内的非导体中电荷的移动过程（或电偶极子的定向）称为极化。束缚电荷与感应电荷不同，不能互相分离，也不能用接地等方法移走，这与磁铁的南北极不能分开的现象相似。

（3）接触带电　当矿粒与电极直接接触，导电性好的矿粒将带上与电极符号相同的电荷。导电性差的矿物只能被极化，在其表面产生束缚电荷，靠近电极的一端，电荷的极性和电极极性相反；远离电极的一端，电荷的极性和电极极性相同。

（4）在电晕电场中带电　当在两个曲率半径相差很大的电极之间加上足够高的电压时，曲率半径小的电极（例如金属丝）附近的电场强度将大大超过电极之间其余空间的电场强度。该电极附近的空气将发生碰撞电离，产生电子和正离子，电子附着于中性分子而形成负离子。电子，正、负离子分别向符号相反的电极移动，于是形成电流（称为电晕电流），这时将产生微弱的咝咝声，并在曲率半径小的电极（称为电晕电极）附近看到浅紫色辉光，这种现象称为电晕放电。如果在空气中产生电晕放电，在电晕电极的尖端附近可观察到空气向周围空间流动，这种现象称为电风。电晕放电时还经常可以闻到特殊的臭氧味。

由于离开电晕电极稍远，电场强度即减弱很多，因此电晕放电不能发展到电极之间的整个空间，仅发生在电晕电极附近很薄的一层里，这一薄层称为电晕区。电晕区以外的区域称为电晕外区，所以电晕放电可以看作气体的不完全击穿。

稳定的电晕只能存在于不均匀电场中。在均匀电场中，只要电压升高到一定程度，在电极之间的任何地点都可能发生碰撞电离，而产生火花放电甚至弧光放电。出现电晕时的电极电压称为电晕起始电压，电晕起始电压取决于电极的形状、电极之间的距离、气体的性质等。

（5）在复合电场中带电　矿粒在复合电场中带电，实际上是在电晕电场和静电场两者的结合而产生的共同作用下带电。导体矿粒在电晕电场中获得电荷，只要偏移电晕电场一些距离，由于其导电性良好，所获电荷几乎全部经接地极传走不剩或所剩的电荷极少，并同时受到一强大的高压静电场作用而被感应电荷，由于其电阻大，电荷既不能经接地极传走，又不能沿表面流动，故被静电极电场排斥而附于接地极上。

35.常见的电选设备有哪些？

电选机是用来分离不同电性物料的分选设备。根据电场的特征，可将电选机分为静电场电选机、电晕电场电选机和复合电场电选机三类；根据使颗粒带电方法的特征，可分为接触带电电选机、摩擦带电电选机和电晕带电电选机三类；根据设备的结构特征，可分为筒式（辊式）电选机、箱式电选机、板式电选机和筛网型电选机四类。

（1）ф120mm×1500mm双滚筒电选机　这是我国在1964年研制成功的一种电选机，目前在我国使用比较广泛。从原理和构造上说，它是由美国Sullon式电选机发展起来的。

它是由主机、加热器和高压直流电源三部分组成。其中主机由上下两个转辊（直径ф120mm，长1500mm）、电晕电极、静电极、毛刷和分矿板几部分组成。

此种电选机采用电晕极和静电极（偏极）相结合的复合电场，当高压直流负电通至电晕极和静电极后，由于电晕极直径很小，从而向着滚筒方向放出大量电子，这些电子又将空气分子电离，正离子飞向负极，负电子则飞向滚筒（接地正极），因此靠近滚筒一边的空间都带负电荷，静电极则只产生高压静电场，而不放电。矿粒随转辊进入电场后，此时不论导体或非导体都同样地吸附有负电荷，但由于矿粒电性质的不同，运动和落下的轨迹也不同。导体矿粒获得负电荷后，能很快地通过转辊传走，与此同时，又受到偏极所产生的静电场的感应作用，靠近偏极的一端感生正电，远离偏极的另一端感生负电，负电又迅速地由滚筒传走，只剩下正电荷，由于正负相吸引，故它被偏极吸向负极（静电极），加之矿粒本身又受到离心力和重力的切向分力作用，致使导体矿粒从滚筒的前方落下而成为精矿（导体）。对非导体来说，虽然也获了负电荷，但由于其导电性很差，获得的电荷很难通过滚筒传走，即使传走一部分也是极少的，从而此电荷与滚筒表面发生感应而紧吸于辊面。电压越高（电场强度越大），此吸引力也就越大，随滚筒而被带到转辊之后方，用压板刷强制刷下，此部分即为尾矿（非导体）。而介于导体与非导体之间的中矿则落到中矿斗中。静电极对非导体矿粒还有一个排斥作用，避免掉入导体部分。

ф120mm×1500mm双滚筒电选机广泛用于白钨矿-锡石、锆石-金红石、钛铁矿-锆石-独居石的分离。这种电选设备的优点是处理能力大，分选效果好，高压直流电源简单（高压整流和操作箱一起）。其缺点是电压较低，经常使用的只有15000～17000V，所以应用范围受到限制。

（2）YD型电选机　YD型电选机为长沙矿冶所所设计，目前有四种型号，为YD-1型、YD-2型、YD-3型和YD-4型。

YD型电选机的特点是采用多根电晕电极带偏向电极的复合电场结构，放电区域较宽，矿粒在电场中带电机会较大，电压高，圆筒直径大，有加热装置，强化了电选过程。YD-1型电选机结构与直径5120mm×1500mm双辊电选机相似，只有电晕电极组成形式不同。YD-1型和YD-2型电选机主要用于试验室，YD-3型和YD-4型为工业型电选机。

①YD-2型电选机　YD-2型的鼓筒为直径ф300mm×300mm，工作一般是间断性的，矿量不多，故矿仓采用漏斗形，物料预热在其他设备中进行。接矿槽采用抽屉式接矿箱，整个机体放置在试验台上。圆筒内加热装置为一完整的圆筒形电阻加热器。该设备成功地用于白钨与锡石，黑钨与磷钇矿的分离。

③YD-3型电选机　YD-3型的规格为ф300mm×2000mm，主要用于分选钛铁矿。该机由3个圆筒垂直排列，可分别同时进行粗选、精选、扫选作业。这样简化了电选过程，同时又降低物料在运输、加热作业中的能量消耗，提高了效率，降低了成本。

该机设备特点是采用与接地圆筒电极呈近似同心圆的弧形刀片电晕电极，由7片厚度为0.1～0.3mm的刀片组成，形成较宽的电晕电场（约为圆筒周长的1/4），入选物料的荷电和分选得到强化。刀片结构的弧形电极强度较镍铬丝电极大，可以避免因丝状电极断裂而造成高压电断路的事故。圆筒内装有12根氧化镁充填Ni-Co丝加热元件。采用水银接触温度计控制温度。

③YD-4型电选机（ф300mm×2000mm）　该机规格与YD-3型电选机相同，但有两个并列排列的圆筒，因此，处理量大，结构紧凑。选别粗粒嵌布的铁矿石，一次作业，即可将品位为63％～64％的铁精矿提高到品位为66.8％的优质铁精矿，作业回收率达到91.8％。在实现火电站煤灰的综合利用，减少煤灰对环境的污染方面，也将是一种较为理想的设备。通过粉煤灰开路电选试验，证明YD-4型电选机可从火电站煤灰中回收大量的工业或民用精煤，使煤灰中含碳量低于国家标准（<8％），可供生产煤灰水泥和制造煤灰砖。

（3）卡普科高压电选机　该机为美国卡普科公司制造的一种新型高压电选机，全机有六个滚筒分两列配置。每列三个，第一个滚筒分出三种产品，可送到第二个和第三个滚筒再选，这样产品可进行多次分选，流程灵活。两组鼓筒并列，采用共用高压电源。特点如下：

①电极结构为电晕极和静电极结合的复合电场电极。入选角度、电极和鼓筒的距离均可调节。电晕极为特殊结构的束状放电电极提高了分选效果。高压电源可用正电或负电，电压最高可达40kV。

②鼓筒直径有150mm、200mm、250mm、300mm、350mm等多种，可根据需要更换，用直流电机传动，可以无级变速。

③处理量大。据报道，每厘米鼓筒长每小时可达18kg。目前加拿大、瑞典都采用这种电选机，以提供高级铁精矿。此机缺点是中矿循环量比较大，循环负荷为20％～40％。

（4）筛板式电选机　SBD型和SDX-1500型筛板式电选机采用双排五层电极分布，对非导体矿物进行多次分选，同时，每个电极可以独立调节参数，实现了一机多参数组合选矿，提高了选别效率。

36.影响电选的因素有哪些？

影响电选的因素很多，可概括为两方面：一是电选机本身的各种因素；二是对物料的要求（即准备作业方面的要求）。

（1）电选机本身的因素

①电压　电选中电压非常重要且直接影响电选效果。以前世界各国所采用的电压大都为20kV左右。从理论和实际中得出了结论，提高电压对分选效果有好处。矿粒获得电荷直接与场强有关，电压越高，场强越大，从电晕极逸出的电子越多，越有利于分选，但也不能笼统地认为高电压越高越好，因为对各种具体矿物所要求的分选电压也不同。太低时，在实验中也证明有些矿物例如铌钽矿低于5kV/cm时，不能或难以有效分选；太高时反而会影响导体矿的回收率。

②电极结构及其相对于鼓筒的位置　电极结构是指电晕极根数及位置和偏极的大小等，不少国家对此做了研究，最早英国Sturtevent公司生产的电选机只有一根电晕极，此后又进一步发展为前面介绍的国产ф120mm×1500mm电选机的电极结构形式，均采用小的鼓筒直径，后来美国又做了改进，将一根电晕极和偏极合并在一起安装，前苏联及其他国家采用多根电晕极而无静电极，我国研制的DXJ型鼓筒式电选机则采用多根电晕极与一根偏极相结合的电极结构，美国则采取两根静电极与电晕极结合而成的Carpco电极，电极结构的改进相应地改善了选矿效果。根据长期的试验和考察发现，单根电晕极与一根偏极选矿的回收率比较高，但精矿品位低，分选效率很低。电晕极太多，只对提高精矿品位有好处，而对导体的回收率不利，电晕极与鼓筒相对位置以45°左右为恰当。

极距对电选也是重要的影响因素。小极距所需的电压低，但生产中难以实现，因为这很容易引起火花放电，影响选矿效果。采用60～80mm的极距，在较高的电压下，既不易引起火花放电，又能保证选矿效果。

③鼓筒转速　鼓筒转速也是影响电选效果的重要因素之一。这实质上是入选物料通过电场区的时间问题。必须指出，物料经过电场作用区的时间应该近乎0.1s，以保证物料能获得足够的电荷，否则分选效率必然降低。转速还直接与入选物料的粒度有关。物料粒度大，要求转速慢，粒度细，要求转速快。这是因为粗粒级在慢转速时，通过电场所获得的电荷较多，对非导体来说，则能产生较大的镜面吸力，从而不易掉入导体接矿槽中。

④分矿板的位置　除上述影响因素外，分矿板的位置也直接影响精矿质量和数量。因此，应根据作业要求，选择适当位置。如果对非导体矿要求很纯时，则应使鼓筒下第二分矿板向左倾斜，使中矿返回再选；反之如对导体（精矿）要求很纯时，则第一分矿板尽可能向右倾斜，使中矿再选。

（2）电选前对物料的要求

①物料的粒度组成　由于在鼓筒式电选机上分选时矿粒受到离心力和重力分力的作用，总的来说，物料粒度愈均匀，效果愈好，但在生产实践中却存在着很大的矛盾，即粒级愈窄，要求筛分分级愈严，增加工序，产生灰尘。因此，在基本符合要求的条件下，应尽可能减少筛分分级或是不分级；采用多鼓筒电选机，上面第一个鼓筒只作为分级用，下面的几个鼓筒才用作分选。目前电选矿石的粒度范围为0.1～2mm比较好，而最适宜的处理粒度则为-1～0.1mm，粒度愈小，则效果愈差。

②物料加温　矿石含有水分时，将严重影响分选效果，因为非导体提高了导电性，容易混杂在导体产品中。为此，预先加温非常重要。加温干燥的目的是除去矿石的表面水分，恢复不同矿物的固有电性，并使物料松散。但加温也因矿石不同而异，不能统一规定温度，有时加温太高，反而造成恶果，如钽铌与石榴子石的分选，当加温超过300℃时，非导体石榴子石的导电性反而增加了，使分选更加困难。又如在某几个矿的白钨与锡石的分离实践中，发现200℃最适宜，温度过低、过高都使分选效果变坏。

③矿石表面处理　表面处理包括两方面：一为酸处理，即用酸清洗矿物表面铁质和其他污染物，显露原来表面；二为添加其他药剂进行表面处理，使药剂与矿物表面生成新的表面化合物，或减小矿粒之间的黏附作用，使矿粒彼此松散。例如，钽铌粗精矿，由于前一作业采用棒磨或球磨，加上砂泵和管道运输等作业后，使导体矿物（钽铌矿）和非导体矿物（石榴石、石英、长石等）均在表面不同程度地沾染了氧化铁薄膜，形成胶结粒团，从而使导体与非导体矿不能有效的分选。为此，常常采用盐酸清洗表面铁质。清洗的方法是先用水将物料湿润，然后加1％的粗硫酸使物料发热，再加入5％～6％的粗盐酸，不断搅拌，使之能均匀地受到盐酸清洗，此过程至少需要5～10min。然后加入清水冲稀进行强烈搅拌，澄清排出此水溶液，同理再重复两次，最后将物料烘干，再行电选，即可获得满意的结果。必须指出，这种方法是对那些价值比较高的矿物才使用，否则成本高，不经济。矿物表面药剂处理的另一实例是，用氢氟酸处理钾长石和石英，使之与长石表面反应生成氟化钾，电选时钾长石成为导体分出，石英则是非导体产品。