Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике  
ElectricalSchool.info - большой образовательный проект на тему электричества и его использования. С помощью нашего сайта вы не только поймете, но и полюбите электротехнику, электронику и автоматику!
Электрические и магнитные явления в природе, науке и технике. Современная электроэнергетика, устройство электрических приборов, аппаратов и установок, промышленное электрооборудование и системы электроснабжения, электрический привод, альтернативные источники энергии и многое другое.
 
Школа для электрика | Правила электробезопасности | Электротехника | Электроника | Провода и кабели | Электрические схемы
Про электричество | Автоматизация | Тренды, актуальные вопросы | Обучение электриков | Контакты



 

База знаний | Избранные статьи | Эксплуатация электрооборудования | Электроснабжение
Электрические аппараты | Электрические машины | Электропривод | Электрическое освещение

 Школа для электрика / Технические и научные статьи / Электротехнология / Как разделить цветные металлы по физическим свойствам: магнитные, электрические, плотностные и оптические методы сепарации


 Школа для электрика в Telegram

Как разделить цветные металлы по физическим свойствам: магнитные, электрические, плотностные и оптические методы сепарации



Цветные металлы - это металлы, которые не содержат железа в своем составе, например, медь, алюминий, свинец, цинк, никель и другие. Они широко используются в различных отраслях промышленности и бытовой технике, так как обладают ценными свойствами, такими как электропроводность, теплопроводность, коррозионная стойкость, пластичность и др.

Однако для того, чтобы эти металлы можно было перерабатывать и повторно использовать, необходимо отделить их от других материалов, таких как черные металлы, пластик, стекло, дерево и т.д. Для этого применяются различные методы сепарации, основанные на физических принципах.

Сепарация — это процесс разделения смешанных или совместных материалов на отдельные части по какому-либо признаку.

Цветные металлы

Сепарация по магнитным свойствам

Один из принципов сепарации - это магнитное свойство материалов. Магнитные материалы подвержены воздействию магнитного поля и могут быть притянуты или оттолкнуты магнитом. Немагнитные материалы не реагируют на магнитное поле и не изменяют своего положения. Исходя из этого, можно разделить материалы на три группы: магнитные, немагнитные и парамагнитные.

Магнитные материалы - это те, которые сами являются магнитами или могут быть намагничены постоянным магнитом, например, железо, никель, кобальт и их сплавы. Немагнитные материалы - это те, которые не поддаются намагничиванию и не взаимодействуют с магнитным полем, например, медь, алюминий, свинец, цинк, пластик, стекло и др. Парамагнитные материалы - это те, которые слабо намагничиваются в присутствии магнитного поля и слабо притягиваются к нему, например, марганец, титан, хром и др.

Цветные металлы, в отличие от черных, не являются магнитными или слабо магнитными. Однако некоторые из них, такие как алюминий, медь, свинец, цинк и никель, обладают свойством электромагнитной индукции, то есть способностью создавать в себе магнитное поле под действием переменного магнитного поля. Это позволяет разделять их от немагнитных материалов, таких как пластик, стекло, дерево и т.д., с помощью специальных устройств которые создают магнитное поле разной силы и конфигурации.

Например, магнитный барабан, магнитный шкив и др. Они работают по следующему принципу: материал подается на устройство, где он подвергается воздействию магнитного поля. Магнитные частицы прилипают к магниту или отклоняются от него, в то время как немагнитные частицы продолжают свое движение по инерции. Таким образом, достигается разделение материалов по их магнитным свойствам.

Шкивный магнитный сепаратор

Шкивный магнитный сепаратор

Сепарация по электрическим свойствам

Для сепарации парамагнитных и немагнитных материалов используются другие методы, основанные на разнице в электрических свойствах материалов. Электрические свойства материалов определяют их способность проводить электрический ток или накапливать электрический заряд. Исходя из этого, можно разделить материалы на три группы: проводники, диэлектрики и полупроводники.

Проводники - это те, которые хорошо проводят электрический ток, например, металлы. Диэлектрики - это те, которые плохо проводят электрический ток, но хорошо накапливают электрический заряд, например, пластик, стекло, керамика и др. Полупроводники - это те, которые могут менять свою проводимость в зависимости от внешних условий, например, температуры, освещенности, приложенного напряжения и др., например, кремний, германий, селен и др.

Для сепарации проводников и диэлектриков используются различные устройства, которые создают электрическое поле или ток разной силы и конфигурации. Например, электростатический сепаратор, электродинамический сепаратор, электролитический сепаратор и др.

Они работают по следующему принципу: материал подается на устройство, где он подвергается воздействию электрического поля или тока. Проводники пропускают через себя электрический ток или индуцируют в себе электрический заряд, который взаимодействует с электрическим полем или током и изменяет скорость или направление движения материала.

Диэлектрики не пропускают через себя электрический ток или слабо индуцируют в себе электрический заряд, который слабо взаимодействует с электрическим полем или током и не изменяет скорость или направление движения материала. Таким образом, достигается разделение материалов по их электрическим свойствам.

Сепарация цветных металлов

Анализ по спектроскопическим методам

Для идентификации материалов по их химическому составу и физическим характеристикам используются различные аналитические методы, основанные на спектроскопии.

Спектроскопия - это изучение взаимодействия света с веществом, при котором вещество поглощает, излучает или рассеивает свет разных длин волн. Каждое вещество имеет свой уникальный спектр, который зависит от его атомного или молекулярного состава и структуры. Исходя из этого, можно определить тип и количество элементов или соединений, присутствующих в веществе.

Лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия (ЛИЭС, LIBS)

Один из примеров спектроскопического метода - это лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия (ЛИЭС, LIBS). Это метод, при котором на поверхность вещества направляется короткий и мощный лазерный импульс, который испаряет часть материала и образует плазму, состоящую из ионизированных атомов и молекул. Плазма излучает свет, который анализируется с помощью спектрометра. По спектру можно определить химический состав вещества, так как каждый элемент имеет свои характерные линии излучения.

Для того, чтобы измерить концентрации легирующих элементов в сплавах, необходимо калибровать измерительный прибор. По умолчанию в приборе хранятся методы калибровки, которые анализируют содержание элементов Cu, Fe, Mg, Mn, Si, Zn и Cr. Эти элементы являются наиболее распространенными в сплавах алюминия, меди, железа и других металлов. Калибровка прибора осуществляется с помощью стандартных образцов, которые имеют известный состав и свойства.

Этот метод позволяет быстро и точно идентифицировать материалы, такие как металлы, стекло, керамика и др., без предварительной подготовки образца. Он также может использоваться для определения примесей, присутствующих в материале, или для измерения концентрации элементов.

Рентгеновская флуоресцентная спектроскопия (XRF)

Другой пример спектроскопического метода - это рентгеновская флуоресцентная спектроскопия (XRF). Это метод, при котором на вещество направляется рентгеновское излучение, которое возбуждает атомы вещества и заставляет их переходить на более высокие энергетические уровни. При возвращении на более низкие уровни атомы излучают флуоресцентное излучение, которое также анализируется с помощью спектрометра.

Этот метод позволяет идентифицировать материалы, содержащие элементы от алюминия до урана, с высокой точностью и чувствительностью. Он также может использоваться для определения толщины слоев, покрывающих материал, или для измерения распределения элементов по поверхности.

Оборудование для сепарации цветных металлов

Сепарация по плотности и размеру

Другие методы сепарации цветных металлов основаны на разнице в плотности и размере частиц материалов.

Плотность - это физическая величина, которая характеризует массу материала в единице объема. Размер - это физическая величина, которая характеризует линейные размеры материала или его частиц. Исходя из этого, можно разделить материалы на три группы: тяжелые, легкие и средние.

Тяжелые материалы - это те, которые имеют высокую плотность и большой размер, например, свинец, цинк, никель и др. Легкие материалы - это те, которые имеют низкую плотность и маленький размер, например, пластик, стекло, дерево и др. Средние материалы - это те, которые имеют среднюю плотность и размер, например, алюминий, медь, марганец и др.

Для сепарации тяжелых, легких и средних материалов используются различные устройства, которые создают гравитационное, центробежное или аэродинамическое поле разной силы и конфигурации. Например, гравитационный сепаратор, центробежный сепаратор, аэродинамический сепаратор и др.

Они работают по следующему принципу: материал подается на устройство, где он подвергается воздействию гравитационного, центробежного или аэродинамического поля. Тяжелые частицы под действием силы тяжести, центробежной силы или силы сопротивления воздуха перемещаются к нижней или периферийной части устройства, в то время как легкие частицы перемещаются к верхней или центральной части устройства. Средние частицы занимают промежуточное положение. Таким образом, достигается разделение материалов по их плотности и размеру.

Сепарация по оптическим свойствам

Еще один метод сепарации цветных металлов основан на разнице в оптических свойствах материалов.

Оптические свойства материалов определяют их способность отражать, преломлять, поглощать или пропускать свет разной длины волны. Исходя из этого, можно разделить материалы на три группы: светлые, темные и цветные.

Светлые материалы - это те, которые хорошо отражают свет, например, алюминий, серебро, золото и др. Темные материалы - это те, которые плохо отражают свет, но хорошо поглощают его, например, железо, уголь, графит и др. Цветные материалы - это те, которые отражают или поглощают свет определенной длины волны, придавая материалу определенный цвет, например, медь, марганец, хром и др.

Для сепарации светлых, темных и цветных материалов используются различные устройства, которые создают оптическое поле или поток света разной длины волны и интенсивности. Например, оптический сепаратор, лазерный сепаратор, фотоэлектрический сепаратор и др.

Они работают по следующему принципу: материал подается на устройство, где он подвергается воздействию оптического поля или потока света. Светлые частицы отражают свет и изменяют свою траекторию под действием силы давления света, в то время как темные частицы поглощают свет и не изменяют свою траекторию. Цветные частицы отражают или поглощают свет определенной длины волны и изменяют свою траекторию в зависимости от цвета. Таким образом, достигается разделение материалов по их оптическим свойствам.

Заключение

В статье рассмотрены различные методы сепарации цветных металлов по их физическим свойствам, таким как магнитные, электрические, плотностные, оптические и спектроскопические. Описаны принципы действия и области применения разных устройств для разделения цветных металлов от других материалов, таких как черные металлы, пластик, стекло, дерево и т.д. Приведены примеры аналитических методов для идентификации материалов по их химическому составу и физическим характеристикам.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика