La separazione elettrostatica separa particelle minerali sfruttando differenze di conducibilità elettrica, carica superficiale o polarizzabilità. È tipica di materiali asciutti e relativamente fini, come sabbie minerali, ilmenite, rutilo, zircone e alcuni concentrati industriali.
Nel ciclo di trattamento dei minerali, è una tecnica di concentrazione selettiva: non separa per densità come la separazione gravitazionale, né per suscettibilità come la separazione magnetica, ma per risposta elettrica della superficie e del volume della particella.
Principio fisico
Una particella carica in un campo elettrico subisce:
Una particella polarizzabile in un campo non uniforme può subire forza dielettroforetica:
La differenza decisiva non è solo quanta carica una particella riceve, ma anche quanto rapidamente la conserva o la dissipa. Le particelle più conduttive scaricano la carica più velocemente su un elettrodo o su un rullo collegato a terra; quelle più isolanti tendono a conservarla più a lungo e seguono traiettorie diverse.
| Meccanismo | Relazione | Effetto sulla separazione |
|---|---|---|
| Forza su particella carica | \displaystyle F_e=qE | Una carica netta in campo elettrico viene deviata verso una traiettoria preferenziale. |
| Polarizzazione dielettrica | \displaystyle F_{DEP}\propto r^3\varepsilon_m\operatorname{Re}(K)\nabla(E^2) | In campo non uniforme una particella polarizzabile può migrare verso zone di campo maggiore o minore. |
| Rilassamento della carica | \displaystyle \tau\approx\dfrac{\varepsilon}{\sigma} | Materiali più conduttivi dissipano la carica più rapidamente rispetto agli isolanti. |
Modalità di carica
Il materiale può essere caricato per contatto, per strofinio, per induzione o tramite scarica corona. La scelta dipende dal contrasto elettrico tra utile e ganga e dal tipo di apparecchiatura.
| Modalità | Quando è utile | Limite operativo |
|---|---|---|
| Contatto o induzione su rullo | Separazione tra conduttori e non conduttori. | Richiede superficie asciutta e contatto regolare con il rullo. |
| Corona ad alta tensione | Particelle fini o miscele con differenze marcate di conducibilità. | Può essere sensibile a polverosità e distanza dagli elettrodi. |
| Triboelettrizzazione | Minerali che acquisiscono cariche opposte per strofinio o urto. | Dipende molto da umidità, composizione superficiale e storia del materiale. |
| Dielettroforesi | Particelle con diversa polarizzabilità in campo non uniforme. | Richiede controllo fine del campo e della granulometria. |
Condizioni di applicabilità
La separazione elettrostatica funziona bene quando il minerale è già liberato e la classe granulometrica è relativamente stretta. Se le particelle sono composite, il comportamento elettrico misurato è quello dell’aggregato e non del minerale utile; se la distribuzione granulometrica è troppo larga, dimensione e massa dominano la traiettoria più del contrasto elettrico.
La separazione è particolarmente sensibile a umidità, polveri fini e pulizia superficiale. Anche piccole quantità d’acqua possono schermare le cariche o modificare la conducibilità superficiale, riducendo la selettività. Per questo l’alimentazione è spesso essiccata, deslimata e preparata con cura prima del separatore.
Schema operativo
Un impianto di separazione elettrostatica si legge come una sequenza:
- liberare il minerale utile tramite frantumazione e macinazione controllate;
- restringere la classe dimensionale con vagliatura o classificazione;
- essiccare il materiale e rimuovere fini aderenti;
- caricare le particelle con il meccanismo più adatto;
- applicare il campo elettrico e raccogliere le traiettorie separate;
- ricircolare middlings o frazioni miste se la separazione non è netta.
La qualità del risultato si valuta con grado del concentrato, recupero e andamento delle frazioni intermedie. Come per la flottazione, il separatore non corregge una liberazione insufficiente: se utile e ganga restano saldati nello stesso granulo, la risposta elettrica non è selettiva.
Confronto con altri metodi
| Metodo | Proprietà sfruttata | Finestra tipica |
|---|---|---|
| Separazione elettrostatica | Conducibilità, carica superficiale, polarizzabilità. | Materiali asciutti, liberati, con superfici pulite. |
| Separazione magnetica | Suscettibilità magnetica. | Minerali magnetici o debolmente paramagnetici in campo intenso. |
| Separazione gravitazionale | Densità e velocità di sedimentazione. | Particelle relativamente grossolane con contrasto di densità. |
| Flottazione | Bagnabilità e idrofobicità superficiale. | Particelle fini in polpa acquosa con reagenti selettivi. |
Vedi anche: Arricchimento del Minerale, Liberazione Mineralogica, Formulario di Trattamento dei Minerali.