Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tĩnh điện cao áp trong công nghệ tách các phần tử có điện dẫn khác nhau (Luận án tiến sĩ)

Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tĩnh điện cao áp trong công nghệ tách các phần tử có điện dẫn khác nhau (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tĩnh điện cao áp trong công nghệ tách các phần tử có điện dẫn khác nhau (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tĩnh điện cao áp trong công nghệ tách các phần tử có điện dẫn khác nhau (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tĩnh điện cao áp trong công nghệ tách các phần tử có điện dẫn khác nhau (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tĩnh điện cao áp trong công nghệ tách các phần tử có điện dẫn khác nhau (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tĩnh điện cao áp trong công nghệ tách các phần tử có điện dẫn khác nhau (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tĩnh điện cao áp trong công nghệ tách các phần tử có điện dẫn khác nhau (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tĩnh điện cao áp trong công nghệ tách các phần tử có điện dẫn khác nhau (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tĩnh điện cao áp trong công nghệ tách các phần tử có điện dẫn khác nhau (Luận án tiến sĩ)

MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU 0.1 Lý chọn đề tài 0.2 Mục đích nghiên cứu 10 0.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 11 0.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu 12 0.5 Cấu trúc luận án 13 CHƯƠNG I CÔNG NGHỆ PHÂN TÁCH TĨNH ĐIỆN 15 1.1 Tình hình nghiên cứu nước 15 1.2.Tình hình nghiên cứu ngồi nước 15 1.2.1 Nguyên lý phân tách phần tử công nghệ ứng dụng 15 1.2.2 Các mơ hình thiết bị có ngồi nước 19 1.3 Kết luận chương 24 CHƯƠNG II PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH CÁC MẪU PHÂN TÁCH 25 2.1 Đặt vấn đề 25 2.2.Phát triển mơ hình thử nghiệm thiết bị phân tách tĩnh điện 27 2.2.1 Tính tốn lựa chọn hình dạng kích thước điện cực 27 2.2.1.1 Lựa chọn vật liệu chế tạo điện cực 27 2.2.1.2 Lựa chọn hình dạng điện cực 28 2.3 Quy trình thực nghiệm đo kích thước khả tích điện 36 2.3.1 Thu thập xử lý mẫu 36 2.3.2 Đo mơ kích thước tương đương phần tử 37 2.3.3 Đo khả tích điện tích: 38 2.3.4 Kết quả: 41 2.3.5.Nhận xét 42 2.4 Kết luận chương 42 CHƯƠNG III QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC PHẦN TỬ TRONG MÔI TRƯỜNG PHÂN TÁCH 44 3.1 Phân tích lực tác động lên phần tử điện trường 44 3.1.1 Các lực tác động lên phần tử mô 45 3.1.2 Phân tích tác dụng lực lên phần tử 47 3.1.3 Một số nhận xét đánh giá 47 3.2 Xác định quỹ đạo bay phần tử môi trường thiết bị 48 3.2.1 Ý nghĩa việc xác định quỹ đạo bay phần tử 49 3.2.2 Hình ảnh quỹ đạo bay phần tử cần phân tách 50 3.2.3 Vai trò chuyển động phần tử nguyên lý phân tách tĩnh điện 52 3.3 Quá trình tích điện phần tử cần phân tách 54 3.3.2 Tích điện cảm ứng 56 3.3.3 Tích điện ma sát 57 3.4 Kết mô quỹ đạo bay 58 3.5.Kết luận chương 60 CHƯƠNG IV TỐI ƯU HÓA HIỆU SUẤT CỦA THIẾT BỊ PHÂN TÁCH TĨNH ĐIỆN 61 4.1 Mô phân bố điện trường thiết bị phân tách 61 4.1.1 Các phương pháp tính tốn điện trường 61 4.1.2 Phần mềm mô COMSOL 73 4.1.3 Kết mô điện trường thiết bị phần mềm Comsol 77 4.1.4 Nhận xét kết mô 82 4.2 Quy trình thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng thông số đến hiệu suất phân tách thiết bị 83 4.2.1 Thực nghiệm phân tách chưa có điện trường: 85 4.2.2 Thực nghiệm phân tách có ảnh hưởng điện áp 87 4.2.3 Thực nghiệm phân tách có ảnh hưởng nhiệt độ sấy 88 4.2.4 Hiệu suất tách với Zircon: 89 4.2.5 Hiệu suất tách với Ilmenite: 90 4.2.6 Nhận xét kết thực nghiệm 90 4.3 Kết luận chương 91 KẾT LUẬN CHUNG 92 I Các kết đạt 92 II Một số kết luận liên quan đến vấn đề nghiên cứu 93 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 PHỤ LỤC 106 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AC Điện xoay chiều ADC Dòng điện chiều hạ áp AND Điều chỉnh dòng điện AVR Tự động điều chỉnh điện áp BEM Phương pháp phần tử biên COMSOL Phần mềm mô phân bố điện trường DC Điện chiều FDM Phương pháp sai phân hữu hạn FEM Phương pháp phần tử hữu hạn HVI Dòng điện phía cao áp HVU Điện cao áp IC Vi mạch ICL Mạch hiển thị LED Đèn tín hiệu LM Vi mạch khuếch đại thuật toán MA Máy biến áp RC Mạch điện trở điện dung TI Máy biến dòng đo lường TU Máy biến áp đo lường Uđk Điện áp điều khiển Iđk Dòng điện điều khiển DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Nguyên lý hoạt động thiết bị kiểu trục quay 20 Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động thiết bị kiểu dùng hai điện cực phẳng 22 Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động thiết bị kiểu máng nghiêng 23 Hình 2.1 Phân bố khối lượng hạt theo thứ tự khay hứng sản phẩm, đường kính dây dẫn 0,5mm 28 Hình 2.2 Phân bố khối lượng hạt theo thứ tự khay hứng sản phẩm, đường kính dây dẫn 1,0mm 29 Hình 2.3 Phân bố khối lượng hạt theo thứ tự khay hứng sản phẩm, đường kính dây dẫn 1,5mm 29 Hình 2.4 Phân bố khối lượng hạt theo thứ tự khay hứng sản phẩm, dây dẫn hình trụ đường kính 5mm 30 Hình 2.5 Phân bố khối lượng hạt theo thứ tự khay hứng sản phẩm, sử dụng điện cực hình rẻ quạt 30 Hình 2.6 Hình dạng điện cực mơ hình vật lý thiết bị 32 Hình 2.7 Hình dạng điện cực mơ hình vật lý thiết bị 32 Hình 2.8 Mơ hình vật lý thiết bị thử nghiệm 35 Hình 2.9 Thiết kế tủ đo lường, điều khiển bảo vệ 36 Hình 2.10 Phân bố kích thước trung bình hạt sa khoáng 37 Hình 2.11 Sơ đồ đo điện tích hạt biết trị số điện trở R 38 Hình 2.13 Mơ hình ngun lý đo điện tích 40 Hình 2.14 Kết đo điện tích hạt sa khống 41 Hình 2.15 Khả nhiễm điện trái dấu thành phần Ilmenite Zircon 42 Hình 3.1 Lực tác dụng lên phần tử thiết bị tách sử dụng máng nghiêng 44 Hình 3.2 Thiết bị phân tách để chụp quỹ đạo bay 49 Hình 3.3 Khi chưa có điện áp đặt lên điện cực 51 Hình 3.4 Khi có điện áp đặt lên điện cực 51 Hình 3.5 Mơ hình nguyên lý thiết bị phân tách tĩnh điện sử dụng máng nghiêng 52 Hình 3.6 Khi chưa có điện áp 58 Hình 3.7 Điện áp đặt lên điện cực 10 kV 59 Hình 3.8 Điện áp đặt lên điện cực 20 kV 59 Hình 3.9 Điện áp đặt lên điện cực 30 kV 59 Hình 4.1.Chia miền mơ hình theo phương pháp sai phân hữu hạn 63 Hình 4.2 Giới hạn trường miền A mặt phẳng chiều 68 Hình 4.3 Mơ hình phần tử hữu hạn hình tam giác 69 Hình 4.4 Giao diện mơ-dun AC/DC COMSOL 74 Hình 4.5 Giao diện phần phân tích tĩnh điện 74 Hình 4.6 Mơ hình hình học thiết bị tuyển tĩnh điện sử dụng mơ 77 Hình 4.7 Phân bố hướng điện trường cực (hình trái), trị số điện trường lấy theo đường thẳng nối từ điện cực trụ đến cực bản, điện cực trụ (hình phải) Trường hợp a=4cm, b=15cm U=20kV 78 Hình 4.8 Phân bố điện trường, hướng điện trường trị số điện trường lấy dọc theo khoảng cách từ điện cực trụ đến cực trường hợp thay đổi a Từ xuống a=3cm, a=2cm a=1cm 79 Hình 4.9 Phân bố điện trường, hướng điện trường trị số điện trường lấy dọc theo khoảng cách từ điện cực trụ đến cực trường hợp thay đổi b Từ xuống b=14cm, b=13cm b=12cm 80 Hình 4.10 Phân bố điện trường, hướng điện trường trị số điện trường lấy dọc theo khoảng cách từ điện cực trụ đến cực trường hợp thay đổi điện áp U Từ xuống U=15kV U=25kV 81 Hình 4.11 Phân bố điện trường, hướng điện trường trị số điện trường lấy dọc theo khoảng cách từ điện cực trụ đến cực trường hợp thay đổi hình dạng điện cực âm phía Từ xuống dưới: kết mô thay hình trụ đường kính 5cm đường kính 1cm 82 Hình 4.12 Phân bố khối lượng theo thứ tự khay thay đổi góc nghiêng 86 Hình 4.13 Phân bố khối lượng theo thứ tự khay điện áp thay đổi (Zircon) 87 Hình 4.14 Phân bố khối lượng theo thứ tự khay điện áp thay đổi (Ilmenite) 88 Hình 4.15 Phân bố khối lượng theo thứ tự khay phụ thuộc nhiệt độ sấy (Zircon) 88 Hình 4.16 Phân bố khối lượng theo thứ tự khayphụ thuộc nhiệt độ sấy(Ilmenite) 89 MỞ ĐẦU 0.1 Lý chọn đề tài Công nghệ phân tách hạt sa khoáng ứng dụng kỹ thuật cao áp tĩnh điện khâu công nghệ quan trọng ngành khai thác khoáng sản, đặc biệt khai thác thành phần Imenite Zircon có sa khoáng titan Việt Nam Trên sở đánh giá chung [3,6], Việt Nam có nguồn tài nguyên sa khoáng titan đáng kể, với trữ lượng lớn chất lượng tốt 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 [3] Tuy nhiên Việt Nam chưa đầu tư cho cơng nghệ trang thiết bị mức cần thiết [6], cụ thể nghiên cứu ứng dụng, làm chủ công nghệ chế tạo thiết bị phù hợp với điều kiện khai thác Việt Nam, có nguồn quặng phong phú chất lượng tốt Có thể thấy dạng khống sản nói trên, thành phần chứa loại hạt khống có tính chất dẫn điện khác (Ilmenite Zircon) Nhằm mục đích phân tách làm giàu thành phần sa khoáng quan trọng chủ yếu này, khâu cơng nghệ ứng dụng công nghệ cao áp tĩnh điện Kỹ thuật cao áp tĩnh điện sử dụng điện trường tĩnh điện để phân tách hạt vật liệu bay không gian điện trường tạo tối ưu thiết bị Trên giới Việt Nam, ngành cơng nghiệp khai khống, cơng nghệ thường sử dụng để phân tách khối lượng lớn phần tử khống sản có tính chất dẫn điện khác Cụ thể phân tách khoáng chất quan trọng, giúp loại bỏ thành phần quặng khơng cần thiết để làm giàu khống chất So với cơng nghệ cổ điển sàng lọc khí, tuyển từ, cơng nghệ cao áp tĩnh điện có ưu điểm quan trọng cần khai thác như: - Dễ dàng điều chỉnh điều khiển hoạt động tối ưu hóa thơng số thiết bị; - Dễ dàng lắp đặt vận hành, bảo dưỡng sửa chữa; - Có giá thành chấp nhận được; - Không gây ô nhiễm môi trường; - Mức tiêu thụ điện thấp Ngay công nghệ cao áp tĩnh điện, kỹ thuật áp dụng thiết bị phát triển tối ưu theo hướng khác nhau, làm chủ kỹ thuật phù hợp đòi hỏi quan trọng việc làm chủ công nghệ, nắm kỹ thuật tiên tiến Cùng với phát triển gần kinh tế Việt Nam, 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 khống sản sử dụng cơng nghệ cao áp tĩnh điện Các hướng nghiên cứu giúp Việt Nam làm chủ cơng 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, luận án tập trung vào việc nghiên cứu công nghệ chế tạo thiết bị ứng dụng cơng nghệ ngành khai khống, đặc biệt khai thác làm giàu sản phẩm từ quặng titan Thủ tướng Chính phủ có thị số 02/CT-TTg, nêu rõ từ 1/7/2012 “khơng cho phép xuất quặng titan (thô) chưa qua chế biến hình thức” Do việc ứng dụng cơng nghệ để nâng cao chất lượng khống sản xuất bắt buộc cần thiết Công nghệ phân tách ứng dụng kỹ thuật điện cao áp áp dụng hiệu lĩnh vực xử lý chất thải điện tử [1,2,5] Cùng với phát triển kinh tế nay, số lượng chất thải điện tử ngày gia tăng Việt Nam [1,2,18,25,30] nói chung Hà Nội nói riêng điều kiện hội nhập kinh tế khu vực giới Vấn đề trở nên nghiêm trọng không gia tăng khối lượng chất thải mà nguy đe dọa mơi trường sức khỏe người thành phần độc hại chất thải gây nên [10,16,30] Các giải pháp đồng kỹ thuật, kinh tế quản lý cấp bách nhằm bảo vệ môi trường thu hồi tái sử dụng tài nguyên quý chất thải điện tử Khác với chất thải thơng thường, chất thải điện tử thu gom tái sử dụng, tái chế với tỷ lệ cao có chứa kim loại quý [31,33,59,66] Tuy vậy, nhìn chung việc tái sử dụng chất thải Việt Nam hạn chế; chủ yếu dừng mức sử dụng lại phụ tùng để phục vụ cho thay thế, sửa chữa nhỏ lẻ Cơng nghiệp tái chế hình thành làng nghề, doanh nghiệp gia đình nhỏ công ty tư nhân Các sở chủ yếu tái chế giấy, nhựa, sắt, nhơm, chì Tuy nhiên, điều đáng nói cơng nghệ tái chế sở thơ sơ q lạc hậu Sau kim loại linh kiện điện tử dùng được bóc tách đem bán sửa chữa, phần lại chủ yếu đốt nghiền pha thêm hoá chất để tạo sản phẩm mới, vốn sản phẩm đơn giản chai lọ, túi nylon với số lượng hạn chế Do sử dụng công nghệ lạc hậu thiết bị thô sơ nên hiệu qủa kinh tế thấp đồng thời gây nhiều vấn đề mơi trường nhiễm khơng khí, nước, đất, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người lao động cộng đồng dân cư xung quanh Theo thông tin đưa từ Viện Môi trường – Tài nguyên thuộc Đại học Quốc gia TP.HCM , chưa có chương trình nghiên cứu vấn đề xử lý chất thải điện tử Việt Nam dù giới khoa học có nhiều quan tâm Các nghiên cứu thời tập trung nhiều vào việc xử lý chất thải tập trung, chẳng hạn chất dioxin, dầu biến thế, dầu nhớt, thuốc trừ sâu, thực phẩm… Từ phân tích nêu cho thấy hướng nghiên cứu cơng nghệ, tính tốn mơ thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị ứng dụng kỹ thuật cao áp tĩnh điện cơng nghệ tuyển khống làm giàu đồng thời với công nghệ xử lý chất thải điện tử nhằm tiến tới làm chủ công nghệ hướng nghiên cứu phù hợp việc lựa chọn luận án “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tĩnh điện cao áp cơng nghệ tách phần tử có tính chất điện dẫn khác nhau” cần thiết có ý nghĩa quan trọng cơng ty khai thác khống sản, cơng ty mơi trường 0.2 Mục đích nghiên cứu Thực tế Việt Nam việc ứng dụng công nghệ kỹ thuật điện cao áp cho phân tách phần tử có tính chất điện khác đặt hàng loạt vấn đề kỹ thuật liên quan đến đánh giá, phân tích, mơ tối ưu cơng nghệ Đối với lĩnh vực áp dụng cụ thể bao gồm phân tách khoáng sản, xử lý chất thải điện tử, tuyển chọn hạt giống… lại có yêu cầu đặt riêng, đặc biệt áp dụng với điều kiện Việt Nam đặc trưng quặng, hiệu suất phân tách, hiệu kinh tế thiết bị, yêu cầu môi trường, kỹ thuật lắp đặt vận hành… Có thể liệt kê yêu cầu tốn nghiên cứu cơng nghệ cao áp tĩnh điện phân tách mẫu sa khoáng titans sau: Phân tích đánh giá yêu cầu công nghệ phân tách hạt khác nhau, có cơng nghệ phân tách tĩnh điện điều kiện thực tế mỏ sa khoáng Việt Nam Đánh giá đặc trưng thành phần có mẫu sa khống titan mỏ Việt Nam So sánh với đặc trưng quặng titan khai thác giới Mơ kích thước tương đương hạt thành phần điển hình phân tích khả nhiễm điện thành phần đó, từ đánh giá khả phân tách yêu cầu kỹ thuật tương ứng Mô thiết kế thiết bị phân tách, phân tích q trình hoạt động điện trường để đánh giá yếu tố ảnh hưởng tới quỹ đạo chuyển động hạt 10 ... tới làm chủ công nghệ hướng nghiên cứu phù hợp việc lựa chọn luận án Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tĩnh điện cao áp công nghệ tách phần tử có tính chất điện dẫn khác nhau cần thiết có ý nghĩa... 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. .. có tính chất dẫn điện khác (Ilmenite Zircon) Nhằm mục đích phân tách làm giàu thành phần sa khoáng quan trọng chủ yếu này, khâu cơng nghệ ứng dụng cơng nghệ cao áp tĩnh điện Kỹ thuật cao áp tĩnh