1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Công nghệ phân tách phần tử ứng dụng kỹ thuật tĩnh điện cao áp khâu cơng nghệ quan trọng ngành khai thác khống sản, đặc biệt khai thác thành phần Imenite Zircon có sa khống Việt Nam Tuy nhiên Việt Nam chưa đầu tư cho công nghệ trang thiết bị mức cần thiết [2,8,9], 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 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 [4] Công nghệ phân tách ứng dụng kỹ thuật điện cao áp áp dụng hiệu lĩnh vực xử lý chất thải điện tử [6,8] 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 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 điện cao áp tĩnh điện công 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 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu nội dung liên quan đến tối ưu hóa cơng nghệ cao áp tĩnh điện ứng dụng cho phân tách phần tử có tính chất khác điện, cụ thể là: - 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 titans 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 vị trí kết thúc quỹ đạo bay thành phần có mẫu quặng khác - Xây dựng vận hành thiết bị cụ thể có khả điều chỉnh thông số phù hợp cho thực nghiệm vật lý mẫu quặng thực tế - Đánh giá hiệu suất phân tách quặng tối ưu thông số thiết kế vận hành thiết bị phân tách dựa mô thực nghiệm tương ứng, sở mẫu quặng thực tế - Đề xuất cơng nghệ mơ hình thiết bị phù hợp với điều kiện Việt Nam Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận án cơng nghệ mơ hình thiết bị ứng dụng kỹ thuật điện cao áp lĩnh vực tách phần tử có tính chất điện khác nhau: - Lĩnh vực khai thác khoáng sản với thành phần hạt là điện dẫn (Ilmenite) điện môi (Zircon) có sa khống titan mỏ thực tế vận hành Việt Nam - Lĩnh vực xử lý chất thải điện tử với thành phần cần phân tách kim loại phi kim có chất thải điện tử sau nghiền nhỏ Phạm vi nghiên cứu luận án tập trung cho hai nội dung ứng dụng bao gồm: - Ứng dụng điện trường cao áp tĩnh điện thiết bị tuyển làm giàu khoáng sản Việt Nam - Ứng dụng điện trường cao áp tĩnh điện thiết bị tách kim loại phi kim công nghệ xử lý chất thải điện tử Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu sử dụng kết hợp nhiều cách tiếp cận: − Sử dụng phân tích tổng quan để tìm hướng phát triển nghiên cứu Sử dụng sở lý thuyết để phân tích mơ mơ hình thiết bị Thử nghiệm kiểm chứng tính hiệu đề xuất mơ hình tối ưu − − Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án ▪ Ý nghĩa khoa học: Kết nghiên cứu góp phần hồn thiện mơ hình thiết bị, nâng cao hiệu lĩnh vực ứng dụng kỹ thuật điên cao áp Đối với đơn vị liên quan Tổng cơng ty khai thác khống sản, cơng ty mơi trường kết nghiên cứu đề xuất luận án giúp đơn vị làm chủ công nghệ tự chế tạo thiết bị, giảm đáng kể ngoại tệ để nhập thiết bị từ nước ▪ Ý nghĩa thực tiễn: - Nội dung luận án tập trung nghiên cứu công nghệ , thiết kế chế tạo thử nghiệm với đối tượng điều kiện Việt Nam Luận án đạt số kết nghiên cứu tóm lược sau: - Đề xuất việc lựa chọn công nghệ phù hợp với điều kiện Việt Nam Phân tích ưu nhược điểm cơng nghệ Thu thập đo đạc thông số liên quan số mẫu cụ thể phục vụ trình nghiên cứu Việt Nam - Các kết thu ý nghĩa thực tế quan trọng giúp cho việc khẳng định cơng nghệ phù hợp trước chưa có nghiên cứu số liệu cụ thể.Thực tế vận hành sở sản xuất thường theo quy trình định sẵn khơng thay đổi với đối tượng khác - Đánh giá phân tích ảnh hưởng đến hiệu suất thiết bị Các kết thử nghiệm với đối tượng đa dạng đặc tính điện, thông số kỹ thuật thiết bị góp phần giải thích rõ tượng xảy sở nghiên cứu lý thuyết - Đề xuất mơ hình thiết bị phù hợp với thơng số cụ thể hình dạng kích thước, vật liệu chế tạo Đưa thông số kỹ thuật tối ưu cho mơ hình thiết bị CƠNG NGHỆ PHÂN TÁCH TĨNH ĐIỆN 1.1 Tình hình nghiên cứu nước Các nghiên cứu nước liên quan tới ứng dụng kỹ thuật điện cao áp chủ yếu tập trung giới thiệu mơ hình nghiên cứu cơng nghệ cơng bố tập trung theo khác biệt đặc tính (trọng lượng riêng, từ tính, tĩnh điện, thành phần hóa học [2,9,19,22,26,37] lĩnh vực khai thác khống sản Trong việc phân tách thành phần khác sử dụng công nghệ cao áp tĩnh điện khâu quan trọng toàn chu trình phân tách cơng nghiệp, vốn bao gồm nhiều cơng đoạn sử dụng cơng nghệ nói Trong việc áp dụng mơ hình ứng dụng kỹ thuật điện cao áp có nghiên cứu so sánh ưu nhược điểm mơ hình, ngun nhân công ty nhập kiểu mơ hình Cho đến nay, chưa thấy có nghiên cứu cơng bố nước liên quan đến vấn đề phân tách hạt sử dụng công nghệ tuyển tĩnh điện Việc áp dụng công nghệ mơ hình lĩnh vực xử lý chất thải điện tử hoàn toàn mẻ với Việt Nam gần xuất khái niệm chất thải điện tử, việc thu hồi xử lý chủ yếu theo công nghệ thủ công đơn giản tháo dỡ, chôn lấp Mặt khác chưa có sách hỗ trợ nghiên cứu triển khai công nghệ xử lý nên chưa có cơng trình nghiên cứu áp dụng 5 1.2.Tình hình nghiên cứu ngồi nước Phần tổng quan nghiên cứu ngồi nước tập trung phân tích hướng nghiên cứu dựa chi tiết công nghệ mơ hình thiết bị áp dụng, cơng bố có liên quan tới nội dung nghiên cứu luận án 1.2.1 Nguyên lý phân tách phần tử công nghệ ứng dụng Cho đến giai đoạn khác nhau, nhiều quốc gia giới có 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, [2-7] Kết nghiên cứu khẳng định tiềm việc ứng dụng công nghệ phân tách này, đặc biệc lĩnh vực khai khoáng [8] Một hướng nghiên cứu tập trung chủ yếu vào việc mơ phỏng, tính tốn điện trường tính tốn phân tích quỹ đạo bay tối ưu phần tử môi trường thiết bị [2,3,12,13] 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 • Công nghệ tách dựa sở khác biệt trị số điện dẫn Các sa khoáng tự nhiên đa dạng hình dạng, kích thước, tính chất vật lý, hóa học [2,4,34,48] Đặc biệt khống sản quý Ilmenite zircon hai loại khoáng sản có trữ lượng lớn ven biển miền Trung Việt Nam Nhu cầu hai loại khoáng sản nước quốc tế lớn Đồng thời hai loại khống sản lại có tính chất điện trái ngược nên việc áp dụng công nghệ tách theo trị số điện dẫn phù hợp • Công nghệ dựa nguyên lý ma sát điện: - Nguyên lý tách dựa hiệu ứng tích điện tích ma sát phần tử chuyển động 6 - Khi chuyển động phần tử tiếp xúc với bề mặt chúng xuất điện tích trái dấu có trị số tương đối nhỏ, trình lặp lại nhiều lần trị số điện tích bề mặt tăng lên • Cơng nghệ tách dựa khác biệt độ thấm điện môi Cơ sở để tách khác biệt độ thấm điện mơi, đó: - Q trình tách diễn mơi trường chất lỏng - Các phần tử cần tách chuyển động chất lỏng có độ thấm điện mơi chọn phù hợp điện trường - Các phần tử có độ thấm điện mơi lớn dịch chuyển phía điện trường có trị số lớn phần tử có độ thấm điện mơi nhỏ chuyển phía ngược lại 1.2.2 Các mơ hình thiết bị có ngồi nước Hiện cơng nghiệp phổ biến loại mơ hình thiết bị ứng dụng kỹ thuật điện cao áp để tuyển làm giàu khống sản có cấu tạo ngun lý hoạt động khác (theo [16,18]) 1.2.2.1.Thiết bị tuyển quặng kiểu trục quay hình trụ Nguyên lý hoạt động thiết bị thực tế mơ tả hình 1.1 Hình 1.1 Nguyên lý hoạt động thiết bị kiểu trục quay 1.2.2.2 Thiết bị dùng điện cực phẳng 2 HV (-) Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động thiết bị kiểu dùng hai điện cực phẳng 1.2.2.3 Thiết bị tuyển kiểu máng nghiêng Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động thiết bị kiểu máng nghiêng 1.3 Kết luận chương Trên sở đánh giá ưu nhược điểm cơng nghệ thấy rõ công nghệ tách phần tử theo trị số điện dẫn khác phù hợp hiệu Do hướng nghiên cứu luận án chọn sâu vào nghiên cứu công nghệ 8 Với ưu điểm vượt trội mô hình thiết bị tách dùng máng nghiêng hiệu suất cao, chi phí lượng thấp, cấu trúc đơn giản đặc biệt chưa nghiên cứu nước nên việc nghiên cứu mơ hình, mơ phần mềm, sản xuất chế tạo thử nghiệm để tối ưu cần thiết Luận án đề xuất hướng nghiên cứu công nghệ tách theo trị số điện dẫn áp dụng với đối tượng Việt Nam với điều kiện môi trường nước Trong nội dung luận án, mơ hình vật lý thiết bị thiết kế chế tạo, đồng thời tiến hành hoạt động thực nghiệm để khẳng định hiệu tiềm mơ hình ứng dụng lĩnh vực tuyển làm giàu khoáng sản Việt Nam mở rộng với lĩnh vực tương đối tách chất thải điện tử PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH CÁC MẪU PHÂN TÁCH 2.1 Đặt vấn đề Quá trình tách phần tử có điện dẫn khác điện trường có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất Việc xác định xác yếu tố cần thiết Cơ sở lý thuyết giúp định hình đối tượng, trình tượng cho việc nghiên cứu Kết nghiên cứu lý thuyết làm sở cho việc giải số tượng vật lý ảnh hưởng Q trình thực nghiệm mơ hình thực thiết kế chế tạo sở lý thuyết lựa chọn cụ thể Thực nghiệm giúp kiểm chứng xác trình xảy Kết thực nghiệm với thông số kỹ thuật khác thay đổi khẳng định ảnh hưởng yếu tố thân đối tượng yếu tố vật lý khác 2.2 Phát triển mơ hình thử nghiệm thiết bị phân tách tĩnh điện Trên sở phân tích ưu nhược điểm mơ hình thiết bị nêu chương 1, việc chọn lựa mơ hình thiết bị phục vụ thử nghiệm có vai trò quan trọng Mơ hình phải đáp ứng u cầu sau: - Q trình tách mơ hình thiết bị phản ánh vận hành thực tế; - Cấu trúc mơ hình đảm bảo tiêu kỹ thuật cần thiết cho thử nghiệm; - Cấu tạo đơn giản chế tạo nước, dễ dàng thay đổi thơng số thử nghiệm,đảm bảo an tồn cho người thử nghiệm; 2.2.1 Tính tốn lựa chọn hình dạng kích thước điện cực 2.2.1.1 Lựa chọn vật liệu chế tạo điện cực - Do khí hậu Việt Nam có độ ẩm cao nên vật liệu làm điện không bị ăn mòn, gỉ gây biến dạng điện cực - Cách điện phải đảm bảo khơng gây phóng điện 2.2.1.2 Lựa chọn hình dạng điện cực Kết thử nghiệm với hai điện cực sử dụng thực tế có hình dạng khác nhau: a Điện cực dạng dây dẫn Nghiên cứu đưa số đồ thị mơ tả kêt điển hình số trường hợp để dễ so sánh hiệu tách đồ thị miêu tả kết điều kiện: - Điện áp đặt lên cực trường hợp - Góc nghiêng máng Các thử thử nghiệm tiến hành với kích thước điện cực bao gồm: - Dây dẫn có đường kính 0,5; 1,0 1,5mm - Trường hợp sử dụng dây dẫn dạng ống hình trụ đường kính 5mm: b Điện cực dạng hình rẻ quạt Từ số liệu đo đạc so sánh rút kết luận hiệu suất tách thiết bị dùng điện cực hình rẻ quạt cao nhiều so với trường hợp dùng điện cực dạng dây dẫn Các kết tính tốn mơ thử nghiệm cho thấy điện cực có hình rẻ quạt 10 điện cực có dạng hình trụ cho hiệu suất tách thiết bị lớn Mơ hình điện cực thiết bị hình 2.6 R=15 200 150 Hình 2.6 Hình dạng điện cực mơ hình vật lý thiết bị (a Mặt cắt ngang; b Mặt cắt trên) Trên sở phân tích tính tốn, lựa chọn mơ tác giả đưa mơ hình thiết bị phục vụ cho thử nghiệm hình 2.12 Hình 2.11.Mơ hình vật lý thiết bị thử nghiệm 11 2.3 Quy trình thực nghiệm đo kích thước khả tích điện 2.3.1 Thu thập xử lý mẫu Có hai loại mẫu phân tách thu thập đưa thử nghiệm, bao gồm: sa khoáng titan lấy từ mỏ miền Trung Việt Nam chất thải điện tử sau xử lý Với loại mẫu cần phân tách, luận án thực quy trình thu thập xử lý mẫu tương ứng, kèm theo kịch với thông số xử lý cụ thể Quá trình thu thập thực sa khống mẫu thử nghiệm mỏ miền Trung Việt Nam Đối với chất thải điện tử có chứa thành phần kim loại (dẫn điện) phi kim (cách điện) cần tiến hành cắt nhỏ, nghiền dùng thiết bị phân chia kích thước phục vụ cho kịch thử nghiệm sau 2.3.2 Đo mơ kích thước tương đương phần tử Trong thực tế hạt khống sản có hình dạng đa dạng, để thuận tiện cho tính tốn mơ người ta thường quy hình cầu, hình elip bán elip [2,3] Bằng thiết bị chuyên dụng phương pháp quy hình dạng hạt dạng hình cầu tính bán kính tương đương hạt theo cơng thức sau [2,3,4]: rtd = 0,62 abc Kết đo trung bình mẫu sa khống từ mẫu thu thập có dạng sau (xem hình 2.13): Hình 2.13.Phân bố kích thước trung bình hạt sa khống Từ kết đo đạc tính tốn nói rút kết luận sơ bộ: bán kính tương đương hạt khoáng sản mỏ Cẩm hòa dao động khoảng từ 70 đến 2000μm Kích thước phù 12 hợp với việc dùng thiết bị kiểu máng nghiêng cho hiệu suất tách cao 2.3.3 Đo khả tích điện tích: Để đo khả tích điện phần tử người ta thường dùng có hai phương pháp sau (theo [13,14]): 2.3.3.1 Phương pháp đo điện tích phần tử: qx C R V Hình 2.14 Sơ đồ đo điện tích hạt biết trị số điện trở R Nhược điểm phương pháp cần phải có thiết bị đo với độ nhậy cao, nên việc đo đạc phương pháp dễ gây sai số lớn 2.3.3.2 Phương pháp đo điện tích trung bình Phương pháp dựa sở đo trị số điện áp xuất hệ thống cảm biến điện dung tích điện phần tử trọng lượng chúng C1 С2 С3 Hình 2.16 Mơ hình nguyên lý đo điện tích 2.3.4 Kết quả: a) So sánh kết thực nghiệm lý thuyết: thể hình 2.16 13 Hình 2.16 Kết đo điện tích hạt sa khống b) Ảnh hưởng điện trường đến khả tích điện: Hình 2.17 Hình 2.17 Khả nhiễm điện trái dấu thành phần Ilmenite Zircon 2.3.5 Nhận xét Từ kết mô thực nghiệm thành phần sa khoáng thu thập được, rút số nhận xét sau: - Trong trường hợp chưa có điện trường (E=0), hạt tích điện tích - Điện trường có trị số lớn hạt tích nhiều điện tích - Các hạt điện dẫn tích điện trái dấu (điện tích âm) với hạt điện mơi (điện tích dương) 2.4 Kết luận chương - Kết đo tính kích thước tương đương phần tử cần tách (đặc biệt sa khoáng) quy hình cầu nằm khoảng dao dộng từ 70 đến 230µm Kích thước phù hợp với mơ hình thiết bị có với hiệu suất cao - Các phần tử có tính chất điện khác (điện dẫn điện môi) chuyển động điện trường tích điện trái dấu để nâng cao hiệu suất tách việc đặt điện cực có cực 14 tính dương hút điện mơi phía điện cực làm tăng hiệu suất tách điện mơi - Trong điện trường phần tử có tính điện dẫn tích điện với trị số lớn so với phần tử điện môi nên cần chọn lựa thông số điện trường phù hợp Kết thực nghiệm góp phần làm sáng tỏ ảnh hưởng số liệu đến quỹ đạo bay thành phần vị trí kết thúc tương ứng chúng môi trường điện trường phần tử QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC PHẦN TỬ TRONG MÔI TRƯỜNG PHÂN TÁCH 3.1 Phân tích lực tác động lên quỹ đạo bay Trong thực tế lý thuyết phân tích lực người ta thường đưa giả thiết đơn giản sau ([5]) nhằm đơn giản hóa q trình mô phỏng: Các phần tử mô quỹ đạo bay có hình cầu; Điện tích phân bố bề mặt phần tử; Đối với thiết bị tách, lực tác dụng lên phần tử thiết bị tách đơn giản hóa cách mơ tả hình vẽ 3.1 Hình 3.1 Lực tác dụng lên phần tử thiết bị tách 3.1.1 Các lực tác động lên phần tử mô Đối với thiết bị tách sử dụng máng nghiêng, lực tác dụng lên phần tử bao gồm lực thành phần sau: 15 3.1.1.1 Lực điện trường Lực điện trường tính cơng thức: F=0,832QmE (3.1) 3.1.1.2 Trọng lực Khi lọt vào không gian, phần tử bị trọng lực tác dụng Lực có trị số: Fg=mg=(4r3/3)/g (3.4) 3.1.1.3 Lực cản môi trường (trong thiết bị môi trường khơng khí) Khi trượt mơi trường khơng khí, phần tử bị kéo lực xác định theo công thức Stoke: Fr=6r (3.5) 3.1.1.4 Lực tương tác phần tử Khi trượt máng nghiêng, phần tử bị phần tử lân cận kéo lại với lực kéo có hướng ngược với hướng trượt phía phần tử có độ lớn xác định công thức: Fd=Fgcos (3.6) 3.1.1.5 Lực đẩy Archimede Như ta biết, môi trường phần tử chịu lực Archimede có hướng ngược với trọng lực, môi trường không khí Lực Archimede làm cho phần tử khơng khí có trị số: Fa=(4r3/3)ag (3.7) 3.1.1.6 Lực dính (adhesion force) Khi phần tử chuyển động máng trượt, chúng dính vào dính vào máng tác động lực dính Lực có trị số phụ thuộc vào tình trạng vật lý bề mặt tiếp xúc 16 3.1.2 Phân tích tác dụng lực lên phần tử Phần tử rời khỏi máng nghiêng lực điện trường lớn tổng trọng lực lực Archimed: F>(Fg-Fa)cos (3.8) Thay biểu thức lực điện trường trọng lực ta được: 17,2r2E2>(4r3/3)gcos (3.10) Như ta xác định điện trường nhỏ làm cho phần tử rời khỏi máng xác định sau: (3.11) 3.1.3 Một số nhận xét đánh giá Hiệu phương pháp tách tĩnh điện liên quan đến khả kiểm soát việc phần tử rời khỏi máng nghiêng thiết bị Lực điện trường lực chi phối cách hành xử phần tử bắt đầu chuyển động máng nghiêng, mà lực lại phụ thuộc chủ yếu vào điện tích phần tử Nội dung làm rõ chế tích điện cho phần tử, lực tác dụng lên phần tử, xác định sơ điện trường tới hạn Để việc thiết kế thiết bị phân tách tĩnh điện có hiệu suất tối ưu, cần phải đánh giá yếu tố sau: - Hình dạng, kích thước khối lượng riêng phần tử - Độ dốc máng nghiêng - Kích thước vị trí tương đối điện cực cao áp máng - Trị số điện áp đặt lên điện cực 3.2 Xác định quỹ đạo bay hạt môi trường thiết bị Để xác định quỹ đạo bay thường dùng phương pháp chụp ảnh quỹ đạo bay thực tế phần tử môi trường thiết bị vận hành 17 3.2.1 Ý nghĩa việc xác định quỹ đạo bay phần tử Hiểu yếu tố ảnh hưởng đến quỹ đạo bay phần tử thiết bị tách tĩnh điện yếu tố vật lý ảnh hưởng đến bước để thiết kế thiết bị tách Trong khuôn khổ luận án này, bước quan trọng khâu tính tốn sơ để thiết kế thiết bị 3.2.2 Hình ảnh quỹ đạo bay phần tử cần phân tách Hình ảnh quỹ đạo bay phần tử cần phân tách môi trường thiết bị hoạt động chưa có điện trường có ảnh hưởng điện trường điện áp cao thể hình số 3.4 3.5 Hình 3.3 Khi chưa có điện áp đặt lên điện cực Hình 3.4 Khi có điện áp đặt lên điện cực 18 3.2.3 Vai trò chuyển động hạt nguyên lý phân tách tĩnh điện Để hiểu rõ yếu tố vật lý ảnh hưởng đến quỹ đạo bay phần tử, cần phân tích trình tích điện phần tử diễn nào, sau phân tích lực tác dụng lên phần tử 3.3 Q trình tích điện phần tử cần phân tách Khi từ máng cấp vào máng trượt đặt điện trường, phần tử tích điện theo cách: 1- Tích điện phương pháp vầng quang hay đánh phá ion (ion bombardment), 2- Tích điện cảm ứng 3- Tích điện ma sát Sau ta vào tìm hiểu chế tích điện cách, thực tế thiết bị luận án sử dụng cách 3.3.1 Tích điện vầng quang Là phương pháp tích điện hiệu phổ biến Ý tưởng phương pháp làm ion hóa lớp khơng khí hai cực thiết bị tách để xảy phóng điện vầng quang, phần tử rắn cần tách chảy qua khu vực bị ion bám vào trở thành tích điện 3.3.1.1 Cơ chế tích điện Một hạt tích điện nhiều hay phụ thuộc vào nhiều yếu tố: kích cỡ hạt, số điện môi tương đối hạt, trị số cường độ điện trường, hàm lượng điện tích (ion) khơng khí sinh q trình vầng quang 3.3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình tích điện vầng quang - Bao gồm bụi độ ẩm mơi trường tĩnh điện thiết bị 3.3.2 Tích điện cảm ứng Tích điện cảm ứng phương pháp mà phần tử ban đầu khơng tích điện tích điện sau đặt vào điện trường 19 3.3.3 Tích điện ma sát Tích điện ma sát có nghĩa điện tích xuất phần tử sau phần tử trượt phần tử khác (trượt rắn rắn lỏng rắn) 3.3.3.1 Tích điện vật liệu dẫn điện: Khi hai kim loại đưa vào tiếp xúc nhau, điện tích chúng dịch chuyển mức Fermi chúng 3.3.3.2 Tích điện tiếp xúc vật liệu dẫn điện không dẫn điện: Cơ chế để điện tử chuyển từ vật liệu dẫn điện sang không dẫn điện ngược lại khác trị số cơng vật liệu 3.3.3.3 Tích điện tiếp xúc vật liệu không dẫn điện: Q trình chuyển điện tích tiếp xúc vật liệu không dẫn điện diễn bề mặt (một vài micro mét) vật liệu 3.4.Kết luận chương Chương tiến hành phân tích đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến quỹ đạo chuyển động có khơng có điện trường môi trường hoạt động thiết bị Các nghiên cứu thực sở mơ tính tốn thực nghiệm mơ hình vật lý thiết bị cho phép phân tích lực tác động lên chuyển động đối tượng cần tách điện trường, cho phép đưa quan hệ cần thiết thơng số thiết bị với vị trí thu hồi sản phẩm mơ hình TỐI ƯU HĨA HIỆU SUẤT CỦA THIẾT BỊ PHÂN TÁCH TĨNH ĐIỆN 4.1 Mô phân bố điện trường thiết bị phân tách Bằng thực nghiệm đánh giá xác mức độ ảnh hưởng yếu tố Kết thực nghiệm góp phần đưa thơng số tối ưu phần mơ hình thiết bị đề xuất đối tượng cụ thể 20 4.1.1 Các phương pháp tính tốn điện trường Tính toán điện trường thiết bị giải phương trình Poisson-Laplace 4.1.1.1 Phương pháp phần tử biên (BEM) Trong phương pháp BEM, lớp tiếp giáp cách điện tốn phân tích tĩnh điện phải thỏa mãn điều kiện: (4.1) 4.1.1.2 Phương pháp sai phân hữu hạn Xét vùng điện trường mặt phẳng Oxy thoả mãn phương trình Poisson Laplace biết điện nhờ điều kiện biên bờ toán, giá trị cho ta biết thông tin điện số hữu hạn nút ban đầu q trình tính tốn 4.1.1.3 Phương pháp phần tử hữu hạn Phương pháp phần tử hữu hạn dựa nguyên lý tổng quát cho phép nghiên cứu hành vi hệ thống vật lý nguyên lý “tác động cực tiểu” gọi nguyên lý Hamilton 4.1.2 Phần mềm mô COMSOL Trong luận án này, phân bố điện trường điện thiết bị tách tính tốn phần mềm COMSOL 4.3 4.1.3 Kết mô điện trường thiết bị phần mềm Comsol Trong khuôn khổ luận án, số kết thực trình mơ trình bày sơ Q trình mơ tiến hành cho trường hợp sau: - Điện áp điện cực thay đổi đồng thời với thay đổi khoảng cách điện cực máng nghiêng - Điện cực sử dụng mô có dạng hình trụ rẻ quạt: 21 Hình 4.7 Phân bố hướng điện trường cực Trường hợp a=4cm, b=15cm U=20kV 4.1.4 Nhận xét kết mô Trong luận án này, phương pháp phần tử hữu hạn dựa phần mềm COMSOL sử dụng để tính tốn mơ điện trường thiết bị tách tĩnh điện Những kết sơ thay đổi thông số kỹ thuật cho phép ta thiết kế sơ thiết bị với kích thước điện áp đặt vào phù hợp 4.2 Quy trình thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng thông số đến hiệu suất phân tách thiết bị Quy trình xây dựng dựa hoạt động thực tế mơ hình phòng thí nghiệm Các kết thực nghiệm minh chứng ảnh hưởng yếu góc nghiêng, trọng lượng riêng phần tử, điện áp, nhiệt độ sấy đến hiệu suất tách 4.2.1 Hiệu suất phân tách Ilmenite: Hình 4.12 Hiệu suất phân tách Ilmenite 22 4.2.2 Hiệu suất phân tách Zircon Hình 4.12 Hiệu suất phân tách Zircon 4.2.3 Nhận xét kết thực nghiệm - Khi điện áp đặt lên điện cực thay đổi từ 12 đến 25 kV hiệu suất đạt ≥ 99% - Khi điện áp nhỏ 12 kV lớn 30 kV hiệu suất đạt đến 70 % - Từ nhận xét rút kết luận với khoảng cách, góc nghiêng vị trí tương đối điện cực, hiệu suất tách tối ưu điện áp dao động khoảng 20 đến 30 kV 4.3 Kết luận chương Phân tích đánh giá lựa chọn thơng số tối ưu cho đối tượng cụ thể Đề xuất thông số cho việc mở rộng áp dụng với đối tượng khác mở nhiều hướng nghiên cứu Cụ thể kết luận rút sau: - Hiệu suất tách thiết bị đạt cao góc nghiêng dao động giới hạn 35- 45 độ; - Cần sấy sơ mẫu quặng trước đưa vào thiết bị để tách - Điện áp tối ưu 20-30 kV ; - Nhiệt độ sấy máng nghiêng 100O C - Để nâng hiệu suất tách cần tăng số tầng tách - Đối với chất thải điện tử không tiến hành sấy để tránh tượng kết dính thành phần chất thải điện tử có hàm lượng nhựa lớn 23 KẾT LUẬN CHUNG I Các kết đạt Luận án giải số vấn đề kỹ thuật đặt việc ứng dụng kỹ thuật điện cao áp để tách phần tử có tính chất điện khác lĩnh vực khai thác, làm giàu khoáng sản xử lý chất thải điện tử Các kết tóm lược sau: Luận án 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 Việc so sánh ưu nhược điểm công nghệ cho phép chọn lựa công nghệ phù hợp với điều kiện thực tế nước Lần phân tích đánh giá đặc trưng thành phần có mẫu sa khoáng mỏ Việt Nam Kết đo đạc thông số so sánh với đặc trưng quặng giới cho phép rút kết luận khả phân tách yêu cầu kỹ thuật điều kiện cụ thể Việt Nam Luận án thực mô thiết kế thiết bị phân tách, phân tích trình hoạt động điện trường để đánh giá yếu tố ảnh hưởng tới quỹ đạo chuyển động phần tử khác Những nghiên cứu sở cho việc xây dựng thành công thiết bị với khả điều chỉnh thông số phù hợp cho thực nghiệm mẫu quặng thực tế thu thập Xây dựng quy trình nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố thiết kế vận hành đến hiệu suất phân tách Tối ưu thông số kỹ thuật thiết bị phân tách dựa mô thực nghiệm tương ứng, sở mẫu quặng thực tế II Một số kết luận liên quan đến vấn đề nghiên cứu Trên sở phân tích mơ hình hoạt động đánh giá ưu nhược điểm công nghệ phân tách ứng dụng kỹ thuật điện cao áp, luận án lựa chọn mơ hình phân tách sử dụng điện cực dạng máng nghiêng, đề xuất phạm vi điều chỉnh thông số công suất thiết bị phù hợp với điều kiện nghiên cứu ứng dụng Việt Nam 24 Các đánh giá dựa sở đo đạc thơng số kích thước khả nhiễm điện thành phần có tính chất điện khác có số lượng mẫu sa khống thu thập đủ lớn Việt Nam cho phép rút kết luận mơ hình khả phân tách phần tử, cho phép đề xuất thông số cần tối ưu thiết bị phân tách Kết mô điện trường luận án cho phép lựa chọn hình dạng kích thước điện cực hợp lý cho mơ hình vật lý thiết bị Luận án phát triển quy trình nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng yếu tố tác động đến hiệu suất thiết bị Trên sở kết mô thử nghiệm, mô hình thiết bị hồn chỉnh thiết kế chế tạo Mơ hình chế tạo đáp ứng yêu cầu để tiếp tục phát triển nghiên cứu Hiệu suất phân tách thực tế thiết bị với thông số tối ưu đạt phòng thí nghiệm 99,5% Đây sở đề luận án lần đề xuất công nghệ mơ hình thiết bị phân tách tĩnh điện phù hợp với điều kiện Việt Nam KIẾN NGHỊ VỀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Các nghiên cứu luận án phù hợp với đối tượng nghiên cứu lựa chọn bao gồm sa khoáng titan thu thập mỏ hoạt động Việt Nam Luận án đề xuất tiếp tục nghiên cứu đối tượng có sai khác đặc tính so với đối tượng thử nghiệm tỷ lệ, thành phần, hàm lượng cấu trúc khác Bên cạnh tác giả mong muốn ứng dụng thiết bị rộng rãi đơn vị khai thác mỏ Việt Nam Đặc biệt việc so sánh hiệu kinh tế kỹ thuật thiết thuận lợi cho việc khẳng định ưu điểm mơ hình vật lý xây dựng thành công Các nghiên cứu ứng dụng công nghệ kỹ thuật điện cao áp phân tách hạt luận án đạt kết thành công hiệu suất phân tách sa khoáng, kết ban đầu Tiềm ứng dụng công nghệ cap áo tĩnh điện cơng nghiệp lớn, luận án mong muốn mở rộng việc áp dụng công nghệ phân tách cho lĩnh vực khác tuyển hạt giống, lọc bụi tĩnh điện Các nội dung đòi hỏi phát triển hướng nghiên cứu lĩnh vực cụ thể  ... phần tử công nghệ ứng dụng Cho đến giai đoạn khác nhau, nhiều quốc gia giới có 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. .. thành phần chất thải điện tử có hàm lượng nhựa lớn 23 KẾT LUẬN CHUNG I Các kết đạt Luận án giải số vấn đề kỹ thuật đặt việc ứng dụng kỹ thuật điện cao áp để tách phần tử có tính chất điện khác. .. thiết bị ứng dụng kỹ thuật điện cao áp lĩnh vực tách phần tử có tính chất điện khác nhau: - Lĩnh vực khai thác khoáng sản với thành phần hạt là điện dẫn (Ilmenite) điện môi (Zircon) có sa khống