بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله طراحی و ساخت سه نمونه جدا ساز الکتروستاتیکی جهت جدا سازي موا عوامل موثر در جداسازي ذرات جامد به روش الکتروستاتیکی همین منظور شدت میدان الکترودهاي یک جداساز با حل عددي معادله لاپلاس تعیین و مکان نسبی مناسب الکترودها نسبت به هم مشخص گردید . آزمایشهاي انجام شده صحت محاسبات را تائید می نماید .
-1 مقدمه
یکی از راههاي جداسازي ذرات جامد متفاوت ، جداسازي الکتروستاتیکی است . در این روش ، ذرات جامد از راه مالش ، القاء یا تخلیه الکتریکی هاله اي و یا ترکیبی از اینها بار الکتریکی پیدا می کنند و یا قطبی می شوند و در عبور از یک میدان الکتریکی و تحت تاثیر نیروهایی مانند گرانش و گریز از مرکز مسیرهاي متفاوتی را طی می کنند و بر طبق اندازه قطر ذرات و جرم مخصوص و رسانش از هم جدا می شوند .
از این روش جهت جدا سازي مواد معدنی مختلف ، سنگهاي گرانقیمت ، تغلیظ سنگهاي معدنی ، خالص سازي زغال سنگ و حبوبات ونیز جداسازي هادیها از بخش عایقهاي بردهاي الکترونیکی استفاده می شود 1]و 2و3و4و.[ 5 در جداسازي مواد عایق از عایق ، مقدار شدت میدان و نسبت بار به جرم ذرات نقش مهمی دارند ، در حالی که در جداسازي ذرات رسانا از عایق ، علاوه بر عوامل بالا میزان یکنواختی و شدت میدان و وضعیت نسبی الکترودها بسیار موثر ند . در این مقاله براي دسترسی به اهداف اخیر معادله لاپلاس در فضاي بین الکترودها به طریقه عددي براي یک الکترود استوانه اي مقابل یک الکترود تخت متصل به زمین حل و شدت میدان الکتریکی تعیین و مکان مناسب الکترودها مشخص گردید . نتایج این محاسبات در طراحی جداساز مورد استفاده قرار گرفت .
-2اصول کار جداسازهاي الکتروستاتیکی
به منظور جداسازي الکتروستاتیکی مواد جامد از یکدیگر ابتدا باید این مواد به ذرات ریز تقسیم و دانه بندي شوند . سپس با توجه به خاصیت الکتریکیشان بار دار شوند . سپس اجازه داده شود تا این ذرات تحت تاثیر نیروهاي الکتریکی و گرانشی و گریز از مرکز قرار گیرند تا از هم جدا شوند . پس باید روشی انتخاب کنیم تا ذرات به اندازه کافی بار پیدا کنند تا بتوانیم آنها را از هم جدا کنیم . با توجه به اختلاف در خواص الکتریکی مواد مخلوط ، از جداسازهاي مختلفی استفاده می شود که در زیر به آنها اشاره می شود .
-2-1 جداسازي ذرات عایق از عایق - جداساز تماسی -
در این نوع جداساز ابتدا ذرات را توسط یک سینی لرزان با یکدیگر تماس می دهند - شکل - 1 در اثر این عمل ذرات عایق به خاطر اختلاف در تابع کارشان ، پس از تماس با یکدیگر بار الکتریکی متفاوت پیدا می کنند و تحت تاثیر نیروهاي الکتریکی و گرانشی مسیرهاي متفاوتی را می پیمایند و در قوطیهائی که در پائین جداساز قرار داده شده می ریزند و به این ترتیب از هم جدا می شوند . گروهی از ذرات که بار اندکی پیدا می کنند و یا خنثی می مانند در قوطیهاي وسط ریخته می شوند.
– 2-2 جداساز القایی
این نوع جداساز براي جدا کردن ذرات عایق از رسانا به کار می رود . در این نوع جداساز ذرات رسانا از راه القاء بار الکتریکی پیدا می کنند در حالیکه ذرات عایق بار دار نمی شوند - شکل . - 2 در این شکل مخلوطی از ذرات رسانا و عایق در بالاترین نقطه بر روي یک سطح شیب دار متصل به زمین ریخته می شوند . ذرات رسانا در تماس با الکترود پائینی بار الکتریکی پیدا می کنند و تحت تاثیر نیروهاي گرانشی و الکتریکی به سمت الکترود با ولتاژ بالا منحرف می شوند در حالی که ذرات عایق بدون انحراف روي سطح به پائین می لغزند و در قوطیهاي نزدیک به الکترود پائینی می ریزند .
براي آنکه به عوامل موثر در این جداساز پی ببریم فرض می کنیم که ذرات رسانا کروي و به شعاع r و بار q باشند - که البته این یک تقریب است - حداکثر باري که چنین ذره اي در تماس با الکترود پائینی پیدا می کند و نیروي الکتریکی وارد بر آن با روابط زیر داده می شوند . در جداسازي که در بالا توضیح داده شد چنانچه ذرات رسانا کوچک و میدان الکتریکی شدید باشد ممکن است ذرات جدا شده به الکترود تخت بالایی برخورد کرده و بار خود را از دست بدهند و مجددا بار مخالف کسب کنند و به سمت الکترود پائینی برگردند و یک نوع مسیر زیگزاگی را طی کنند تا از بین صفحات بیرون بروند و یا آنکه به سمت بالاي الکترود با ولتاژ بالا پرتاب شوند .
این امر موجب کم شدن راندمان این نوع جداسازها می شود . جهت رفع این مشکل از جداساز القایی نشان داده شده در شکل 3 استفاده می شود . به منظور مطالعه تجربی جدا سازها ، سه نمونه جداساز طراحی و ساخته شدند . نمونه اول یک جداساز تماسی بود که براي جداکردن ذرات عایق از عایق طراحی شد - مشابه شکل - 1 در این مدل صفحات از جنس آلومینیوم و به ابعاد 30×20cm بودند که به اندازه 10cm از هم فاصله داشتند .
در پائین این جداسازقوطیهاي کوچکی براي جمع آوري ذرات قرار داده شد . منبع ولتاژ مورد استفاده که در آزمایشگاه ساخته شد یک دو برابر کننده ولتاژ است که با کمک یک مبدل 12000 ولتی یک ولتاژ dc حدود 27KV در خروجی خود تولید می کند و در کلیه آزمایشها از آن استفاده شد . مقاومت R 100M به منظور تخلیه منبع ولتاژ بالا به هنگام خاموشی آن در نظر گرفته شده است - شکل - 4 میدان الکتریکی بین صفحات حدود m 2.7 104 V است .
نمونه دوم یک جداساز القایی مانند شکل 2 بود که از دو صفحه موازي آلومیینومی به ابعاد 10×30 cm که به فاصله 10cm از هم قرار داشته تشکیل می شد . شیب الکترودها نسبت به افق 30 بود و میدان در بیشتر قسمتها آن یکنواخت و برابر 3×104 بود . لبه بخش پائین الکترودبالایی اندك به طرف بیرون خم شده بود تا مانع حرکت ذرات به بیرون نشود - در صورت شدید بودن میدان - . جداساز سوم که آن هم القایی بود با استفاده از یک الکترود به شکل تقریبی s باز متصل به زمین که یک الکترود استوانه اي متصل به ولتاژ بالا مقابل آن و بطور موازي قرار داده می شد ساخته شد ، قطر این استوانه 50mm بود و می توانست در نقاط مختلف در روبروي یک الکترود تخت s - کشیده - مطابق شکل 5 قرار داده شود .
همانگونه که دیده می شود در اینحالت ذرات می توانند تحت تاثیر میدان شدیدتري قرار گیرند و مشکلات ذکر شده در جداساز قبلی - شکل - 2 کمتر خواهد بود .الکترود متصل به ولتاژ بالا می تواند مقطع دایروي یا بیضی وار داشته باشد و الکترود پائینی را معمولا به شکل s باز می گیرند . در اینجا نکته مهم محل مناسب قرار گرفتن الکترود ولتاژ بالا نسبت به الکترود متصل به زمین است این کار با محاسبه میدان الکتریکی - از طریق حل عددي معادله لاپلاس - امکان پذیر می باشد .
-3طراحی و ساخت جداسازها
پتانسیل الکتریکی در نقاط مختلف اطراف الکترودها براي سه وضعیت مختلف الکترود استوانه اي توسط نرم افزار مطلب محاسبه شد . درشکل 6 سطوح هم پتانسیل و بردارهاي میدان الکتریکی مربوط به حالتهایی که الکترود ولتاژ بالا در نقاط c, a قرار گرفته اند ترسیم شده است . فاصله الکترود استوانه اي از الکترود متصل به زمین به ترتیب 60و80 و100 میلیمتر انتخاب شده بودند . سطح الکترود به 20 نقطه تقسیم شده است .
