Để phục vụ cho việc nghiên cứu công nghệ và thí nghiệm, các mẫu được chọn chứa phần tử cần phân tách là sa khoáng lấy từ mỏ Cẩm hòa (Cẩm xuyên, Hà Tĩnh). Cơ sở lấy sa khoáng để làm thí nghiệm dựa trên sự khác biệt về trị số điện trở suất của các hạt phần tử cần phân tách trong sa khoáng được thể hiện trong bảng 2.1 như sau[10].
Bảng 2.1. Đặc tính của một số hạt khoáng chất được phân tách
TT Sa khoáng Trọng lượng riêng,
g/cm3 Điện trở suất, Ω.cm Phân loại
1 Ilmenite 4,7 1-10-3 Dẫn điện
2 Zircon 4,6-4,7 1013-1015 Điện môi
3 Rutile 4,2-5,2 1-102 Dẫn điện
4 Thạch anh 2,5-2,8 1012-1017 Điện môi
5 Pirit 4,9-5,2 10-5-10-1 Dẫn điện
Trong đó đối tượng quan tâm chủ yếu trong phân tách là 2 loại hạt Ilmenite và Zircon, đây là hai loại sa khoáng có tính chất khác biệt về điện (Ilmenite – dẫn điện, Zircon – điện môi). Trong thực tế các hạt khoáng sản có hình dạng rất đa dạng, để thuận tiện cho tính toán và mô phỏng người ta thường quy về hình cầu, hình elip hoặc bán elip[9,13]. Bằng thiết bị chuyên dụng và phương pháp quy hình dạng các hạt về dạng hình cầu có thể tính được bán kính tương đương của các hạt theo công thức sau:
30, 62 0, 62
td
r abc (2.1)
Trong đó a, b và c tương ứng là chiều dài, rộng và cao của hạt. Từ kết quả đo đạc và tính toán ta có thể thấy bán kính tương đương của các hạt khoáng sản tại mỏ Cẩm Hòa dao động trong khoảng từ 70 đến 230μm (chi tiết xem chương 3).
Để tính toán điện tích tới hạn của các phần tử có tính dẫn điện hình cầu ta sử dụng công thức sau[13]
24 2 2 0 12 th q r E (2.2)
Với qth – trị số điện tích tới hạn mà phần tử có thể tích lũy được khi chuyển động trong điện trường; r – bán kính của phần tử; E- cường độ điện trường.
Từ thực nghiệm và lý thuyết, người ta đã đưa ra so sánh điện tích của thành phần Ilmenite trong sa khoáng khi chuyển động trong điện trường và tính toán theo lý thuyết như hình 2.1.
Hình 2.1. Điện tích của thành phần Ilmenite trong sa khoáng khi chuyển động trong điện trường và tính toán theo lý thuyết[2]
Trên hình 2.2 là kết quả đo đạc cho thấy quan hệ giữa cường độ điện trường thay đổi trong thiết bị với khả năng tích điện của mỗi thành phần Ilmenite và Zircon trong mẫu sa khoáng được sử dụng. Kết quả cho phép mô phỏng và điều chỉnh thông số nhằm tối ưu hóa quỹ đạo bay của các hạt và nâng cao hiệu suất phân tách của thiết bị[2].
25
Hình 2.2. Ảnh hưởng của cường độ điện trường đến khả năng tích điện của Ilmenite và Zircon.
Từ các kết quả trên ta có thể thấy các hạt điện dẫn (Ilmenite) tích điện tích nhiều hơn so với các hạt điện môi (Zircon). Các hạt điện dẫn tích điện trái dấu (điện tích âm) với các hạt điện môi (điện tích dương), điều này cũng khẳng định hiệu quả tách các hạt có tính chất về điện khác nhau khi dùng điện cực có cực tính trái dấu nhau. Tuy vậy để có thể đưa ra những đánh giá chính xác hơn, ta sẽ cùng xem xét ảnh hưởng của cấu trúc thiết bị cũng như điện trường đối với việc phân tách hai loại hạt trên như các trình bày dưới đây.