Tính toán, mô phỏng điện trường nhằm nâng cao hiệu quả của thiết bị phân tách tĩnh điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Việt Sơn TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG ĐIỆN TRƢỜNG NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA THIẾT BỊ PHÂN TÁCH TĨNH ĐIỆN Chuyên ngành: Kỹ thuật điện LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÃ MINH KHÁNH Hà Nội - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thân Các nghiên cứu kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố luận văn trước Tác giả luận văn Trần Việt Sơn LỜI CẢM ƠN ạn bè, đồng nghiệ TS Lã Minh Khánh, người tận tâm hướng dẫn, hết lòng giúp đỡ, bảo, động viên gần hai năm qua, kể từ bắt đầu khóa học lúc hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn NCS Đinh Quốc Trí, người hướng dẫn thứ hai tôi, giúp đỡ, bảo tận tình cho lúc tiến hành thực nghiệm phòng thí nghiệm Cao áp Vật liệu, Bộ môn Hệ thống điện Xin cảm ơn tập thể thầy cô giáo Bộ môn Hệ thống điện, Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ trình học tập hoàn thành luận văn Xin chúc thầy, cô gia đình mạnh khỏe, hạnh phúc, để đào tạo thêm cho đất nước nhiều tài khoa học Xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Trần Việt Sơn MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ 1.1 Tổng quan trữ lượng tình hình khai thác Titan Việt Nam 1.1.1 Trữ lượng Titan Việt Nam 1.1.2 Thực trạng khai thác sản xuất 1.2 Tổng quan công nghệ phân tách công nghiệp tuyển khoáng, công nghệ ứng dụng kĩ thuật điện cao áp phân tách phần tử 1.2.1 Các công nghệ tuyển khoáng 1.2.2 Các công nghệ ứng dụng kĩ thuật điện cao áp phân tách phần tử 8 11 1.3 Phân tích đánh giá, lựa chọn công nghệ nghiên cứu 17 1.4 Giới thiệu mô hình thiết bị ứng dụng công nghệ máng nghiêng 19 1.5 Kết luận chương 21 CHƢƠNG TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG, NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG PHÂN TÁCH CÁC HẠT SA KHOÁNG CỦA CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ 22 2.1 Phân tích đặc tính sa khoáng 23 2.2 Ảnh hưởng cấu trúc thiết bị trọng lực đến quỹ đạo bay phần tử 25 2.3 Mô phỏng, đánh giá ảnh hưởng điện trường thiết bị đến quỹ đạo bay hạt sa khoáng 30 2.3.1 Xây dựng phương trình quỹ đạo bay hạt Ilmenite Zircon tác động điện trường 30 2.3.2 Sử dụng chương trình Comsol Multiphysics mô điện trường mô hình thiết bị phân tách tĩnh điện 36 2.4 Kết luận chương 48 CHƢƠNG PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ PHÂN TÁCH THỰC TẾ 50 3.1 Xây dựng quy trình phân tách 50 3.1.1 Đo khối lượng, kích thước hạt sa khoáng đưa vào phân tách 51 3.1.2 Thiết lập cấu hình cho thiết bị phân tách 54 3.2 Kết thực nghiệm 55 3.2.1 Điện áp đặt vào điện cực U=± 20 kV 55 3.2.2 Điện áp đặt vào điện cực U=± 25 kV 57 3.2.3 Điện áp đặt vào điện cực U=± 30 kV 59 3.3 Phân tích đánh giá 61 3.4 Kết luận chương 62 KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Đánh giá ưu nhược điểm công nghệ áp dụng kỹ thuật điện cao áp phân tách phần tử Bảng 2.1 Đặc tính số hạt khoáng chất phân tách Bảng 3.1 Tỷ lệ phân bố hạt khay góc nghiêng α= 550, điện áp đặt vào điện cực ±20 kV, (%) Bảng 3.2 Tỷ lệ phân bố hạt khay góc nghiêng α= 570, điện áp đặt vào điện cực ±20 kV, (%) Bảng 3.3 Tỷ lệ phân bố hạt khay góc nghiêng α= 600, điện áp đặt vào điện cực ±20 kV, (%) Bảng 3.4 Tỷ lệ phân bố hạt khay góc nghiêng α= 550, điện áp đặt vào điện cực ±25 kV, (%) Bảng 3.5 Tỷ lệ phân bố hạt khay góc nghiêng α= 570, điện áp đặt vào điện cực ±25 kV, (%) Bảng 3.6 Tỷ lệ phân bố hạt khay góc nghiêng α= 600, điện áp đặt vào điện cực ±25 kV, (%) Bảng 3.7 Tỷ lệ phân bố hạt khay góc nghiêng α= 550, điện áp đặt vào điện cực ±30 kV, (%) Bảng 3.8 Tỷ lệ phân bố hạt khay góc nghiêng α= 570, điện áp đặt vào điện cực ±30 kV, (%) Bảng 3.9 Tỷ lệ phân bố hạt khay góc nghiêng α= 600, điện áp đặt vào điện cực ±30 kV, (%) DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Ilmenite dạng sa khoáng sau làm giàu Hình 1.2 Zircon dạng sa khoáng sau làm giàu Hình 1.3 Quy trình xử lý quặng khoáng chất công nghiệp sử dụng kĩ thuật điện cao áp Hình 1.4 Mô hình, nguyên lý làm việc ứng dụng công nghệ thiết bị sử dụng hai điện cực phẳng Hình 1.5 Mô hình, nguyên lý làm việc ứng dụng công nghệ kiểu trục quay hình trụ Hình 1.6 Thiết bị phân tách sa khoáng sử dụng công nghệ máng nghiêng Hình 1.7 Mô hình thiết bị ứng dụng công nghệ máng nghiêng Bộ môn Hệ thống điện, Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 2.1 Điện tích thành phần Ilmenite sa khoáng chuyển động điện trường tính toán theo lý thuyết Hình 2.2 Ảnh hưởng cường độ điện trường đến khả tích điện Ilmenite Zircon Hình 2.3 Hệ tọa độ tính toán trường hợp có lực trọng trường tác động đến chuyển động hạt Hình 2.4 Quỹ đạo bay hạt tác dụng trọng lực Hình 2.5 Quỹ đạo bay hạt Ilmenite Zircon tác dụng trọng lực lực điện trường Hình 2.6 Giao diện sử dụng chương trình Comsol Multiphysics 4.3 Hình 2.7 Thay đổi phân bố điện trường góc nghiêng α thay đổi Hình 2.8 Thay đổi phân bố điện trường điện áp thay đổi Hình 2.9 Thay đổi phân bố điện trường hình dạng điện cực âm thay đổi Hình 3.1 Quy trình phân tách hạt Ilmanite Zircon Hình 3.2 Tỷ lệ phân bố kích thước hạt khoáng sản Hình 3.3 Biểu đồ phân bố hạt sa khoáng với α= 550, U= ±20 kV Hình 3.4 Biểu đồ phân bố hạt sa khoáng với α= 570, U= ±20 kV Hình 3.5 Biểu đồ phân bố hạt sa khoáng với α= 600, U= ±20 kV Hình 3.6 Biểu đồ phân bố hạt sa khoáng với α= 550, U= ±25 kV Hình 3.7 Biểu đồ phân bố hạt sa khoáng với α= 570, U= ±25kV Hình 3.8 Biểu đồ phân bố hạt sa khoáng với α= 600, U= ±25 kV Hình 3.9 Biểu đồ phân bố hạt sa khoáng với α= 550, U= ±30 kV Hình 3.10 Biểu đồ phân bố hạt sa khoáng với α= 570, U= ±30kV Hình 3.11 Biểu đồ phân bố hạt sa khoáng với α= 600, U= ±30 kV MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngân hàng Thế giới (WB) tuyên bố rằng: Công nghiệp khai thác khoáng sản phương tiện đến xóa đói, giảm nghèo phát triển bền vững; vậy, lý thuyết, khai thác khoáng sản góp phần làm tăng trưởng kinh tế, tạo công ăn việc làm cải thiện sở hạ tầng; công nghiệp khai thác khoáng sản có sức ảnh hưởng to lớn đến đời sống kinh tế - xã hội, Việt Nam, ngành khai khoáng ngành kinh tế mũi nhọn, chiếm tỷ trọng GDP lớn Tỷ lệ xuất khoáng sản Việt Nam tương đối cao Tính riêng tháng đầu năm 2013, xuất quặng khoáng sản tăng trưởng lượng trị giá so với kỳ năm trước, tăng 100,86% tăng 3,11% tương đương với 1,4 triệu tấn, trị giá 140,5 triệu USD Trong ngành công nghiệp khai khoáng Việt Nam, khai khoáng Titan đóng vai trò không nhỏ; sở đánh giá chung, Việt Nam có nguồn tài nguyên sa khoáng Titan đáng kể, với trữ lượng lớn chất lượng tốt, chiếm 6% sản lượng nguyên liệu Titan toàn cầu năm 2012, Việt Nam giữ vị trí quan trọng nhóm quốc gia cung cấp nguyên liệu thô Titan cho thị trường giới Trong trữ lượng thăm dò đánh giá khoảng hàng chục triệu ilmenit, nằm dọc ven biển tỉnh Quảng Ninh, Thanh Hóa, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế, Bình Định, Bình Thuận Những tỉnh có trữ lượng lớn Hà Tĩnh, Thừa Thiên - Huế, Bình Định, Bình Thuận Với vai trò quan trọng vậy, Titan Thủ tướng Chính phủ có thị số 02/CT-TTg, nêu rõ từ 1/7/2012 “không cho phép xuất quặng Titan (thô) chưa qua chế biến hình thức” Do việc ứng dụng công nghệ để nâng cao chất lượng khoáng sản xuất bắt buộc cần thiết Trên Thế giới nói chung Việt Nam nói riêng, nhu cầu sản phẩm khoáng chất từ quặng Titan khai thác mức cao, đòi hỏi việc nâng cao suất cải tiến hiệu suất khai thác thiết bị có Đòi hỏi mang đến nhiều hội vấn đề kỹ thuật cần quan tâm nghiên cứu Trong có vấn đề tối ưu hóa kinh tế - kỹ thuật, lựa chọn công nghệ hợp lý nghiên cứu thiết kế thiết bị phân tách làm giàu khoáng sản sử dụng công nghệ cao áp tĩnh điện Các hướng nghiên cứu giúp Việt Nam làm chủ công nghệ, tự sản xuất tối ưu thông số thiết bị Từ có hướng phát triển riêng phù hợp với điều kiện kinh tế kỹ thuật Việt Nam Nhằm mục đích đó, đề tài tập trung vào việc tính toán thiết kế chế tạo sản phẩm ứng dụng công nghệ ngành khai khoáng, đặc biệt khai thác làm giàu sản phẩm từ quặng Titan Mục đích nghiên cứu luận văn Nghiên cứu, đánh giá thông số ảnh hưởng tới mô hình thiết bị phân tách tĩnh điện, đưa cấu hình thiết kế nhằm nâng cao hiệu thiết bị phân tách sử dụng công nghệ điện cao áp tĩnh điện Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu công nghệ phân tách, tuyển quặng phổ biến giới nay, nghiên cứu, đánh giá công nghệ phân tách phân tử có tính điện dẫn khác kỹ thuật điện cao áp tĩnh điện, lựa chọn công nghệ sử dụng phục vụ nghiên cứu phạm vi luận văn Tính toán, mô điện trường mô hình công nghệ phân tách lựa chọn nghiên cứu Ứng dụng thử nghiệm để tuyển hai loại khoáng sản Ilmenite Zircon từ mỏ sa khoáng Việt Nam, sử dụng mô hình thử nghiệm phòng thí nghiệm Cao áp vật liệu, Bộ môn Hệ thống điện, Đại học Bách Khoa Hà Nội Đánh giá yếu tố ảnh hưởng tới hiệu phân tách mô hình nghiên cứu dựa sở kết tính toán mô thực nghiệm Đề xuất cấu hình thiết kế cho thiết bị phân tách tĩnh điện sản xuất tương lai Việt Nam Quy đổi hạt hình cầu tiến hành tính toán bán kính theo công thức [11,13] rtd 0,62 abc Trong a : chiều dài b : chiều rộng c : bề dầy hạt c Kết đo tính toán kích thước tương đương Trên sở phân tích đánh giá phương pháp đo kích thước hạt sa khoáng Titan, học viên đề xuất định dùng phương pháp (dùng kính hiển vi điện tử) để đo kích thước Sau quy đổi hạt thành hình cầu để tính toán bán kính tương đương Kết đo đạc tính toán trình bày cụ thể Phụ lục Sau đo đạc ta có Tỷ lệ % thể thấy Rtđ, (µm) Hình 3.2 Tỷ lệ phân bố kích thước hạt khoáng sản Sau đo đạc ta thấy bán kính quy đổi hạt dao động khoảng từ 70 µm đến 230 µm phù hợp với việc tuyển thiết bị ứng dụng kỹ thuật điện cao áp tĩnh điện từ 50 µm đến 3cm 53 3.1.2 Thiết lập cấu hình cho thiết bị phân tách Mô hình thiết bị phân tách giới thiệu chương trước bao gồm thành phần : điện cực, máng nghiêng, cấp liệu (phễu nạp mô tơ rung), vít điều chỉnh độ nghiêng máng khay để thu sản phẩm máy biến áp tăng áp để cấp nguồn cho điện cực Để vận hành dễ dang, mô hình thiết kế sử dụng nguồn cung cấp điện áp 220 V~/ 50Hz Do yêu cầu điện áp cao áp đầu khoảng 30 kV nên ta sử dụng biến áp cao áp để nâng điện áp từ mức 220 V lên thành điện áp 30 kV Để điều chỉnh điện áp đầu thiết bị người ta sử dụng thyristor, thay đổi góc mở chúng, điện áp đầu sơ cấp thay đổi, điện áp đầu chỉnh lưu thành chiều, có đồng hồ số để theo dõi giá trị điện áp Tác giả lựa chọn điện áp đầu 20; 25; 30 kV để tiến hành thực nghiệm Để thay đổi góc nghiêng máng khoảng cách điện cực với với máng, ta sử dụng vít điều chỉnh Trong thực nghiệm tác giả lựa chọn khoảng cách điện cực 10 cm, máng nghiêng điện cực (cực âm) điều chỉnh cho song song với nhau, góc nghiêng α chúng với phương thẳng đứng thay đổi với giá trị α = 550, 570, 600 Các góc nghiêng kiểm tra thước đo góc gắn với hệ thống phân tách Các hạt đưa vào thiết bị phân tách thông qua phễu cấp, phễu gắn với mô tơ rung điều khiển để thay đổi tốc độ cấp liệu Các thực nghiệm tiến hành trường hợp : - Giữ nguyên điện áp đặt U=± 20 kV, thay đổi góc nghiêng α ; - Giữ nguyên điện áp đặt U=± 25 kV, thay đổi góc nghiêng α ; - Giữ nguyên điện áp đặt U=± 30 kV, thay đổi góc nghiêng α ; Khi tiến hành thử nghiệm ta thấy: tùy thuộc vào điện áp đặt, góc nghiêng máng kích thước hạt phân tách mà sản phẩm thu phân bố vào khay khác với khối lượng khác Thu sản phẩm 54 ngăn đánh số tiến hành xác định khối lượng, ta xác định thực nghiệm có đạt yêu cầu hay không 3.2 Kết thực nghiệm Sau tiến hành thực nghiệm, ta thu lại hạt từ vị trí khay đánh số, tiến hành kiểm tra khối lượng, sau tính toán tỷ lệ khối lượng (%) hạt khay ta thu biểu đồ phân bố chúng, kết cụ thể trình bày theo trường hợp đây: 3.2.1 Điện áp đặt vào điện cực U=± 20 kV - Với góc nghiêng α= 550 tỷ lệ phân bố hạt khay cho bảng 3.1 hình 3.3: Bảng 3.1 Tỷ lệ phân bố hạt khay góc nghiêng α= 550, điện áp đặt vào điện cực ±20 kV, (%) Khay Ilmanit e 0, 0,1 Zircon 2, 27, 0,0 0,3 61, 3,4 10 11 4,4 20, 1,3 65, 12 1, 5, 13 0, 3, 14 15 1, 0, 0,7 0,4 Ilmenite Tỷ lệ phân bố hạt khay α = 550 100 Zircon 90 80 Tỷ lệ, % 70 60 50 40 30 20 10 0 10 Khay 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Hình 3.3 Biểu đồ phân bố hạt sa khoáng với α= 550, U= ±20 kV 55 20 - Với góc nghiêng α= 570 tỷ lệ phân bố hạt khay cho bảng 3.2 hình 3.4: Bảng 3.2 Tỷ lệ phân bố hạt khay góc nghiêng α= 570, điện áp đặt vào điện cực ±20 kV, (%) Khay Ilmanit e 1, 0,9 Zircon 3, 20, 0,5 10 69, 0,8 1,9 11 12 3,0 31, 1,4 55, 13 0, 7, 15 16 1, 0, 0, 0,7 Tỷ lệ phân bố hạt khay α = 57 100 14 0,7 Ilmenite Zircon 90 80 Tỷ lệ, % 70 60 50 40 30 20 10 0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Khay Hình 3.4 Biểu đồ phân bố hạt sa khoáng với α= 570, U= ±20 kV - Với góc nghiêng α= 600 tỷ lệ phân bố hạt khay cho bảng 3.3 hình 3.5: Bảng 3.3 Tỷ lệ phân bố hạt khay góc nghiêng α= 600, điện áp đặt vào điện cực ±20 kV, (%) Khay 10 11 12 13 Ilmanit e 0,3 0, 0, 8, 0, 62, 24, 3,7 1,1 1,9 64, Zircon 0,0 56 14 15 16 0,2 29, 2, 0, 0,7 Ilmanite Tỷ lệ phân bố hạt khay α = 600 100 Zircon 90 80 Tỷ lệ, % 70 60 50 40 30 20 10 0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Khay Hình 3.5 Biểu đồ phân bố hạt sa khoáng với α= 600, U= ±20 kV 3.2.2 Điện áp đặt vào điện cực U=± 25 kV - Với góc nghiêng α= 550 tỷ lệ phân bố hạt khay cho bảng 3.4 hình 3.6: Bảng 3.4 Tỷ lệ phân bố hạt khay góc nghiêng α= 550, điện áp đặt vào điện cực ±25 kV, (%) Khay Ilmanite 0,0 Zircon 10 11 12 0,5 3,1 27,7 63,2 2,3 1,3 0,9 0,7 0,3 6,2 72,1 16,3 2,7 0,0 13 14 15 17 18 0,4 1,4 0,8 0,3 Ilmanite Tỷ lệ phân bố hạt khay α = 550 100 16 Zircon 90 80 Tỷ lệ, % 70 60 50 40 30 20 10 0 10 Khay 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Hình 3.6 Biểu đồ phân bố hạt sa khoáng với α= 550, U= ±25 kV 57 19 20 - Với góc nghiêng α= 570 tỷ lệ phân bố hạt khay cho bảng 3.5 hình 3.7: Bảng 3.5 Tỷ lệ phân bố hạt khay góc nghiêng α= 570, điện áp đặt vào điện cực ±25 kV, (%) Khay 10 11 Ilmanit e 0,2 0, 4, 0, 82, 11, 0,7 1,2 0, 6, Zircon 0,5 12 13 14 15 0,8 80, 16 0,3 7, 1, 0, 0, 0,7 Ilmanite Tỷ lệ phân bố hạt khay α = 570 100 Zircon 90 80 Tỷ lệ, % 70 60 50 40 30 20 10 0 10 Khay 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Hình 3.7 Biểu đồ phân bố hạt sa khoáng với α= 570, U= ±25 kV - Với góc nghiêng α= 600 tỷ lệ phân bố hạt khay cho bảng 3.6 hình 3.8: Bảng 3.6 Tỷ lệ phân bố hạt khay góc nghiêng α= 600, điện áp đặt vào điện cực ±25 kV, (%) Khay Ilmanite Zircon 0,3 0,1 10 11 12 13 0,5 2,2 8,3 72,3 12,3 3,8 0,2 1,1 2,5 74,6 58 14 15 16 17 18 19 0,2 18,7 2,1 0,3 0,7 20 Ilmanite Tỷ lệ phân bố hạt khay α = 600 100 Zircon 90 80 Tỷ lệ, % 70 60 50 40 30 20 10 0 10 Khay 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Hình 3.8 Biểu đồ phân bố hạt sa khoáng với α= 600, U= ±25 kV 3.2.3 Điện áp đặt vào điện cực U=± 30 kV - Với góc nghiêng α= 550 tỷ lệ phân bố hạt khay cho bảng 3.7 hình 3.9: Bảng 3.7 Tỷ lệ phân bố hạt khay góc nghiêng α= 550, điện áp đặt vào điện cực ±30 kV, (%) Khay Ilmanite 0,0 Zircon 10 11 12 1,2 4,3 18,7 59,2 11,4 2,1 1,7 1,0 0,4 1,3 2,0 4,0 9,4 57,2 19,3 0,0 13 14 15 17 5,4 0,7 0,3 Ilmanite Zircon 90 80 Tỷ lệ, % 70 60 50 40 30 20 10 0 10 Khay 59 11 12 13 18 0,4 Tỷ lệ phân bố hạt khay α = 550 100 16 14 15 16 17 18 19 20 19 20 Hình 3.9 Biểu đồ phân bố hạt sa khoáng với α= 550, U= ±30 kV - Với góc nghiêng α= 570 tỷ lệ phân bố hạt khay cho bảng 3.8 hình 3.10: Bảng 3.8 Tỷ lệ phân bố hạt khay góc nghiêng α= 570, điện áp đặt vào điện cực ±30 kV, (%) Khay Ilmanite 0,1 Zircon 10 11 12 13 0,7 3,4 11,9 72,3 9,4 1,5 0,4 0,3 0,3 0,5 1,5 3,8 76,7 14,5 0,0 14 15 16 17 19 20 0,1 1,3 0,4 0,2 0,7 Ilmanite Tỷ lệ phân bố hạt khay α = 570 100 18 Zircon 90 80 Tỷ lệ, % 70 60 50 40 30 20 10 0 10 Khay 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Hình 3.10 Biểu đồ phân bố hạt sa khoáng với α= 570, U= ±30 kV - Với góc nghiêng α= 600 tỷ lệ phân bố hạt khay cho bảng 3.9 hình 3.11: Bảng 3.9 Tỷ lệ phân bố hạt khay góc nghiêng α= 600, điện áp đặt vào điện cực ±30 kV, (%) Khay Ilmanite Zircon 0,2 10 11 12 13 0,4 0,9 1,2 6,5 11,1 65,3 8,6 3,1 2,5 0,3 0,5 1,1 1,4 3,1 0,0 60 14 15 16 17 18 19 20 1,3 1,1 0,9 0,2 18,5 54,6 15,7 1,6 Ilmanite Tỷ lệ phân bố hạt khay α = 600 100 Zircon 90 80 Tỷ lệ, % 70 60 50 40 30 20 10 0 10 Khay 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Hình 3.11 Biểu đồ phân bố hạt sa khoáng với α= 600, U= ±30 kV 3.3 Phân tích đánh giá Sau tiến hành thực nghiệm trên, mẫu sa khoáng đưa vào phân tách, tac nhận thấy số điểm sau: - Khi đặt điện trường để phân tách, hiệu thiết bị tăng lên rõ rệt so với phân tách trọng lực (lúc hiệu suất chịu ảnh hưởng chủ yếu góc nghiêng α khối lượng hạt), hiệu suất đạt từ 91% - 98% - Ảnh hưởng góc nghiêng α hiệu phân tách thiết bị: + Khi α= 550: Máng nghiêng dốc so với phương nằm ngang, hạt sa khoáng rơi nhanh chịu ảnh hưởng lực trọng trường P lớn, lúc hiệu suất thiết bị đạt khoảng 92% - 94% + Khi α= 570: Các hạt rơi chậm hơn, ảnh hưởng lực trọng trường P xem so với ảnh hưởng cuả lực điện trường Fe, hiệu suất đạt cao, từ 93% - 98% + Khi α= 600: máng thoải, hạt chịu ma sát lớn dính lại máng nhiều, hiệu suất phân tách lúc khoảng 91%-92% 61 - Ảnh hưởng điện trường hiệu phân tách: Khi điện áp đặt điện cực lớn (U=±30 kV), gây nên cường độ điện trường lớn, xuất hiện tượng có số hạt chuyển động điện trường mạnh có xu hướng bay lên va đập vào điện cực sau quay ngược trở lại vào máng nghiêng Đồng thời số hạt có xu hướng bị hút phía cực (cực tính dương), hiệu suất lúc không cao, đạt khoảng 91% - 94% Do vậy, trường hợp thực nghiệm hạt sa khoáng lấy từ mở Cẩm Hòa kết luận: góc nghiêng α= 570, điện áp đặt vào điện cực U=±25kV hiệu suất phân tách thiết bị lớn đạt khoảng 98% 3.4 Kết luận chƣơng - Sau tiến hành thực nghiệm, vào kết thử nghiệm mô hình thiết bị với việc thay đổi nhiều thông số nhận kết tách với hiệu suất cao Khi lựa chọn thông số tối ưu cường độ điện trường, kích thước, vị trí góc nghiêng điện cực…, kết phân tách nhận khả quan - Có thể thấy việc sử dụng mô hình thiết bị công nghệ cao áp tĩnh điện với việc lựa chọn thông số kỹ thuật liên quan (cường độ điện trường, góc nghiêng điện cực, vị trí điện cực…) cho phép nâng cao đáng kể hiệu suất làm giầu quặng - Các kết nghiên cứu khẳng định lại lần lợi dạng mô hình thiết bị áp dụng để tách loại khoáng sản khác có tính chất gần giống với sa khoáng mỏ Cẩm Hòa 62 KẾT LUẬN Công nghệ kỹ thuật điện cao áp tĩnh điện nói riêng đóng vai trò quan trọng việc chế tạo thiết bị công nghiệp, có thiết bị phân tách hạt Hiện thực tế có số nghiên cứu thử nghiệm kỹ thuật sử dụng công nghệ cao áp tĩnh điện nhằm tách phân loại phần tử vật liệu có đặc tính khác điện từ Kết nghiên cứu khẳng định tiềm việc ứng dụng công nghệ phân tách này, đặc biệt lĩnh vực khai thác phân tách sa khoáng Titan Việt Nam Tuy nhiên kết đạt chưa cho phép khẳng định công nghệ hoàn toàn tối ưu, mà tồn nhiều vấn đề kỹ thuật cần tiếp tục nghiên cứu cải tiến Đặc biệt, việc ứng dụng lý thuyết nghiên cứu công nghệ cần thực không điều kiện lý tưởng mà điều kiện thực tế, hiệu trình tách phụ thuộc vào nhiều yếu tố quan trọng khác cấu trúc, thành phần, kích thước… phần tử cần phân tách môi trường thiết bị Một hướng nghiên cứu tập trung chủ yếu vào việc mô phỏng, tính toán điện trường tính toán phân tích quỹ đạo bay tối ưu phần tử môi trường thiết bị Khi nghiên cứu quỹ đạo bay phần tử cần tách này, thấy lực tác động lên chúng chịu ảnh hưởng yếu tố chủ yếu cấu trúc cường độ điện trường thiết bị tạo Do việc đảm bảo thiết kế tối ưu cho thiết bị điều chỉnh cường độ điện trường đạt đến trị số phù hợp với loại hạt đóng vai trò quan trọng hiệu làm việc thiết bị Luận văn thực nghiên cứu tổng quan lý thuyết nhằm đánh giá ưu nhược điểm cấu trúc thiết bị phân tách ứng dụng công nghệ cao áp tĩnh điện Từ rút nhận xét đề xuất cho việc chế tạo thiết bị phân tách sử dụng điện cực tĩnh kiểu máng nghiêng Việt Nam Bên cạnh đó, luận văn thực mô lý thuyết nhằm phân tích quỹ đạo bay hạt phân tách môi trường điện trường thiết bị, đánh giá yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến quỹ đạo bay hạt sa khoáng có tính chất 63 vật lý khác Luận văn thực đo đạc thực nghiệm thực tế mô hình thiết kế thiết bị cụ thể phòng thí nghiệm cao áp Bộ môn Hệ thống điện Việc thực thí nghiệm nhằm đánh giá quan hệ hiệu suất phân tách thiết bị thông số điều chỉnh mô hình thiết bị, bao gồm: mức điện áp sử dụng để tạo điện trường tĩnh điện thiết bị, tốc độ di chuyển hạt, kích thước khoảng cách điện cực Các nghiên cứu luận văn tiến hành sở hạt cần phân tách có tính chất điện khác (Ilmenite, Quartz, Zircon) thành phần sa khoáng Titan thu thập mỏ khoáng Titan Cẩm Hòa, Cẩm Xuyên, Hà Tĩnh, phân tích đánh giá luận văn Các thí nghiệm thực luận văn với mẫu sa khoáng cụ thể cho phép thay đổi thông số nhóm yếu tố bao gồm kích thước hạt phân tách, góc nghiêng tương đối điện cực, cường độ điện trường môi trường phân tách Kết thí nghiệm cho thấy quan hệ thông số mô hình thiết bị với hiệu suất phân tách, tạo sở để thành lập đặc tính làm việc thiết bị cấu trúc thiết kế tối ưu Cụ thể lựa chọn điện áp vận hành điều chỉnh góc làm việc máng nghiêng tương ứng với mẫu sa khoáng Các kết nghiên cứu tiền đề cho việc thiết kế tối ưu hóa thiết bị phân tách sau Kết nghiên cứu luận văn mở rông số yếu tố quan trọng khác thiết kế vận hành thiết bị Hướng nghiên cứu luận văn dự kiến bao gồm mô phỏng, phân tích đánh giá ảnh hưởng hình dáng, vật liệu chế tạo điện cực máng nghiêng; thực nghiệm với loại hạt lĩnh vực khác (hạt giống, chất thải điện tử…); nghiên cứu kết hợp phân tách điện với dạng phân tách vật lý khác nhằm nâng cao hiệu suất phân tách toàn hệ thống 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đình Thắng, Đinh Quốc Trí Nghiên cứu công nghệ phân tách phần tử có tính điện dẫn khác kỹ thuật cao áp tĩnh điện Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 89, 2012 Đinh Quốc Trí Đánh giá khả tích điện phần tử dạng hạt có tính chất điện khác Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 97, 2013 Nguyễn Đức Hưng Nghiên cứu nâng cao chất lượng sản phẩm monazite, zircon rutile đạt tiêu chuẩn phục vụ công nghiệp nước xuất Đề tài KHCN, Viện công nghệ xạ hiếm, Hà Nội, 2001 Viện hàn lâm khoa học Việt Nam Ứng dụng tiến Khoa học công nghệ chế biến sử dụng khoáng sản góp phần phát triển bền vững tài nguyên khoáng sản Việt Nam, Hội nghị Khoa học Công nghệ Tuyển khoáng Toàn quốc lần III, 2010 Adam Robert Lucas Industrial Milling in the Ancient and Medieval Worlds: A Survey of the Evidence for an Industrial Revolution in Medieval Europe, Technology and Culture, vol 46, 2002 Dascalescu L., Morar R., Iuga A., Samuila A Electrostatic separation of insulating and conductive particles from granular mixes, Particulate Science and Technology., vol 16, pp 25–42, 1998 Finch, J.A Column Flotation: A Selected Review-Part IV: Novel Flotation Devices, Minerals Engineering, 8(6), 587-602, 1995 Frass F Electrostatic Saparation of High-Conductor Minerals U.S Bureau of Mines Department Interiar Report of Investigation, 1964, N 6404 H.M Veit, T.R Diehl, A.P Salami, J.S Rodrigues, A.M Bernardes and J.A.S Tenório Utilization of magnetic and electrostatic separation in the recycling of 65 printed circuit boards scrap Waste Management, Volume 25, Issue 1, 2005, Pages 67-74, 2005 10 I I Inculet, Electrostatic Mineral Separation New York:Wiley, 1986 11 K Haga, Applications of the electrostatic separation technique Handbook of Electrostatic Processes, J S Chang, A J Kelly, and J.M Crowley, Eds New York, 1995 12 Kakovsky I.A., Revnivtsev V I Effects of Surface Conditioning on the Electrostatic Separation of minerals of Low Conductivity International Mineral processing Congress, Eds IMM London, 1960, p,775-786 13 Lawver Y.E Fundamentals of electrostatic Concentration of Minerals Mines Mag., 1960 14 Moore, A.D Electrostatic and its Application Wiley, New York, 1993 15 P L Levin, A J Hansen, D Beatovic, H Gan, and J H Petrangelo, S Vlad, A Iuga, and L Dascalescu Modeling of conducting particle behavior in plate-type electrostatic separators J Phys D, Appl Phys, vol 33, pp 127–133, 2000 16 Revnivtsev V I., Khopunov E,A Fundamentals of Triboelectric Separation of Fine particles Procceding of the Internation Symposium of Fine Particles Proccesing AIMMPE, New York, 1980, v, 17 S Vlad, M Mihailescu, D Rafiroiu, A Iuga, L Dascalescu, Numerical analysis of the electric field in plate-type electrostatic separators, J Electrostat., vol 48, pp 217–229, 2000 18 Y Higashiyama and K Asano, Recent progress in electrostatic separation technology Particulate Sci Technol., vol 16, pp 77–90, 1998 19 Верещагин И.П., Левитов В.И., Мирзабекян Г.З., Пашин М.М Основы газодинамики дисперсных систем М., Энергия, 1974 66 20 Đinh Quốc Trí, S.А Кrivov Оценка режима электросепарации на основе гранулометрических характеристик минеральных частиц местонахождения Камхоа (Вьетнам) /Сб док XII международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов Т.3- Издательство МЭИ, 2006 г, с 440441 21 Mesenhiashin А.I Электрическая сепарация в сильных полях, М., Недра, 1978 22 Берлинский А.И Разделение минералов, М., Недра 1988 23 Vereshagin I.P., Levitov V.I., Mirdabekian G.D., Pashin М.М Основы газодинамики дисперсных систем М., Энергия, 1974 67 ... tới mô hình thiết bị phân tách tĩnh điện, đưa cấu hình thiết kế nhằm nâng cao hiệu thiết bị phân tách sử dụng công nghệ điện cao áp tĩnh điện Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu công nghệ phân. .. sử dụng công nghệ phân tách kiểu máng nghiêng cho nghiên cứu luận văn ‘ Tính toán, mô điện trường nhằm nâng cao hiệu thiết bị phân tách tĩnh điện ’ 1.4 Giới thiệu mô hình thiết bị ứng dụng công... mô điện trường mô hình thiết bị phân tách tĩnh điện 36 2.4 Kết luận chương 48 CHƢƠNG PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ PHÂN TÁCH THỰC TẾ 50 3.1 Xây dựng quy trình phân tách 50