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

MỤC LỤC MỤC LỤC. 1 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT. 4 DANH MỤC HÌNH .1 Lý do chọn đề tài .2 Mục đích nghiên cứu .3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu .5 Cấu trúc của luận án. CÔNG NGHỆ PHÂN TÁCH TĨNH ĐIỆN .1 Tình hình nghiên cứu trong nước .Tình hình nghiên cứu ngoài nước .1 Nguyên lý phân tách các phần tử và các công nghệ ứng dụng.

Các mô hình thiết bị hiện có trong và ngoài nước .3 Kết luận chương 1. 24 CHƯƠNG II. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH CÁC MẪU PHÂN TÁCH .Phát triển mô hình thử nghiệm của thiết bị phân tách tĩnh điện .1 Tính toán lựa chọn hình dạng kích thước điện cực .1 Lựa chọn vật liệu chế tạo điện cực .2 Lựa chọn hình dạng điện cực .3 Quy trình thực nghiệm đo kích thước và khả năng tích điện. Thu thập và xử lý mẫu.

Đo và mô phỏng kích thước tương đương của phần tử. Đo khả năng tích điện tích: .4 Kết luận chương 2. 42 1 CHƯƠNG III. QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC PHẦN TỬ TRONG MÔI TRƯỜNG PHÂN TÁCH .1 Phân tích các lực tác động lên các phần tử trong điện trường .1 Các lực tác động lên phần tử mô phỏng .2 Phân tích sự tác dụng của các lực lên phần tử .3 Một số nhận xét và đánh giá .2 Xác định quỹ đạo bay của các phần tử trong môi trường thiết bị .1 Ý nghĩa của việc xác định quỹ đạo bay của các phần tử .2 Hình ảnh quỹ đạo bay của các phần tử cần phân tách .3 Vai trò chuyển động của các phần tử trong nguyên lý phân tách tĩnh điện.

Quá trình tích điện của các phần tử cần phân tách .2 Tích điện do cảm ứng. Tích điện do ma sát .4 Kết quả mô phỏng quỹ đạo bay .Kết luận chương 3. 60 CHƯƠNG IV. TỐI ƯU HÓA HIỆU SUẤT CỦA THIẾT BỊ PHÂN TÁCH TĨNH ĐIỆN .1 Mô phỏng phân bố điện trường trong thiết bị phân tách .1 Các phương pháp tính toán điện trường .2 Phần mềm mô phỏng COMSOL .3 Kết quả mô phỏng điện trường trong thiết bị trên phần mềm Comsol .4 Nhận xét kết quả mô phỏng .2 Quy trình thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của các thông số đến hiệu suất phân tách của thiết bị .1 Thực nghiệm phân tách khi chưa có điện trường:.

Thực nghiệm phân tách khi có ảnh hưởng của điện áp. Thực nghiệm phân tách khi có ảnh hưởng của nhiệt độ sấy. Hiệu suất tách với Zircon:. Hiệu suất tách với Ilmenite: .6 Nhận xét kết quả thực nghiệm .3 Kết luận chương 4.

91 KẾT LUẬN CHUNG. Các kết quả đã đạt được. Một số kết luận mới liên quan đến vấn đề nghiên cứu. 93 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ.

95 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 106 3 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AC Điện xoay chiều ADC Dòng điện một 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 phỏng phân bố điện trường DC Điện một 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 4 DANH MỤC HÌNH Hình 1. Nguyên lý hoạt động và thiết bị kiểu trục quay. Nguyên lý hoạt động và thiết bị kiểu dùng hai điện cực phẳng.

Nguyên lý hoạt động và thiết bị kiểu máng nghiêng .1 Phân bố khối lượng hạt theo thứ tự khay hứng sản phẩm, đường kính dây dẫn 0,5mm .2 Phân bố khối lượng hạt theo thứ tự khay hứng sản phẩm, đường kính dây dẫn 1,0mm .3 Phân bố khối lượng hạt theo thứ tự khay hứng sản phẩm, đường kính dây dẫn 1,5mm .4 Phân bố khối lượng hạt theo thứ tự khay hứng sản phẩm, dây dẫn hình trụ đường kính 5mm .5 Phân bố khối lượng hạt theo thứ tự khay hứng sản phẩm, sử dụng điện cực hình rẻ quạt .6 Hình dạng điện cực trên trong mô hình vật lý của thiết bị.7 Hình dạng điện cực dưới trong mô hình vật lý của thiết bị.8 Mô hình vật lý của thiết bị thử nghiệm .9 Thiết kế của tủ đo lường, điều khiển và bảo vệ.10 Phân bố kích thước trung bình của hạt sa khoáng. Sơ đồ đo điện tích hạt khi biết trị số điện trở R. Mô hình nguyên lý đo điện tích. Kết quả đo điện tích của hạt sa khoáng.

Khả năng nhiễm điện trái dấu của các thành phần Ilmenite và Zircon. Lực tác dụng lên các phần tử trong thiết bị tách sử dụng máng nghiêng .2 Thiết bị phân tách để chụp quỹ đạo bay. Khi chưa có điện áp đặt lên điện cực. Khi có điện áp đặt lên điện cực.

Mô hình nguyên lý thiết bị phân tách tĩnh điện sử dụng máng nghiêng.6 Khi chưa có điện áp .7 Điện áp đặt lên điện cực 10 kV .8 Điện áp đặt lên điện cực 20 kV .9 Điện áp đặt lên điện cực 30 kV .Chia miền mô hình theo phương pháp sai phân hữu hạn. Giới hạn trường của miền A trong mặt phẳng 2 chiều. Mô hình phần tử hữu hạn hình tam giác. Giao diện của mô-dun AC/DC trong COMSOL.

Giao diện phần phân tích tĩnh điện. Mô hình hình học của thiết bị tuyển tĩnh điện sử dụng trong mô phỏng. Phân bố và hướng của điện trường giữa các bản cực (hình trái), trị số điện trường lấy theo đường thẳng nối từ điện cực trụ đến cực bản, bắt đầu từ điện cực trụ (hình phải). Trường hợp a=4cm, b=15cm và U=20kV.

Phân bố điện trường, hướng của điện trường và trị số của điện trường lấy dọc theo khoảng cách từ điện cực trụ đến cực bản trong trường hợp thay đổi a. Từ trên xuống dưới a=3cm, a=2cm và a=1cm. Phân bố điện trường, hướng của điện trường và trị số của điện trường lấy dọc theo khoảng cách từ điện cực trụ đến cực bản trong trường hợp thay đổi b. Từ trên xuống dưới b=14cm, b=13cm và b=12cm.

Phân bố điện trường, hướng của điện trường và trị số của điện trường lấy dọc theo khoảng cách từ điện cực trụ đến cực bản trong trường hợp thay đổi điện áp U. Từ trên xuống dưới U=15kV và U=25kV. Phân bố điện trường, hướng của điện trường và trị số của điện trường lấy dọc theo khoảng cách từ điện cực trụ đến cực bản trong trường hợp thay đổi hình dạng điện cực âm phía trên. Từ trên xuống dưới: kết quả mô phỏng khi thay bằng các hình trụ đường kính 5cm và đường kính 1cm .12 Phân bố khối lượng theo thứ tự các khay khi thay đổi góc nghiêng .13 Phân bố khối lượng theo thứ tự các khay khi điện áp thay đổi (Zircon) .14 Phân bố khối lượng theo thứ tự các khay khi điện áp thay đổi (Ilmenite).15 Phân bố khối lượng theo thứ tự các khay phụ thuộc nhiệt độ sấy (Zircon) .16 Phân bố khối lượng theo thứ tự các khayphụ thuộc nhiệt độ sấy(Ilmenite) .1 Lý do chọn đề tài Công nghệ phân tách các hạt sa khoáng ứng dụng kỹ thuật cao áp tĩnh điện là một trong những khâu công nghệ quan trọng đối với ngành khai thác khoáng sản, đặc biệt là khai thác các thành phần Imenite và Zircon có trong sa khoáng titan tại Việt Nam.

Trên cơ sở đánh giá chung hiện nay [3,6], Việt Nam có nguồn tài nguyên sa khoáng titan đáng kể, với trữ lượng lớn và chất lượng tốt. Trong đó trữ lượng đã được thăm dò và đánh giá là khoảng hàng chục triệu tấn ilmenit, nằm dọc ven biển các tỉnh Quảng Ninh, Thanh Hóa, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế, Bình Định, Bình Thuận. Những tỉnh có trữ lượng lớn là Hà Tĩnh, Thừa Thiên - Huế, Bình Định, Bình Thuận [3]. Tuy nhiên tại Việt Nam vẫn còn chưa đầu tư cho công nghệ và trang thiết bị đúng mức cần thiết [6], cụ thể là các nghiên cứu ứng dụng, làm chủ công nghệ và chế tạo thiết bị phù hợp với điều kiện khai thác của Việt Nam, mặc dù chúng ta có nguồn quặng khá phong phú và chất lượng tốt.

Có thể thấy đối với các dạng khoáng sản nói trên, trong thành phần chứa các loại hạt khoáng có tính chất dẫn điện khác nhau (Ilmenite và Zircon). Nhằm mục đích phân tách và làm giàu các thành phần sa khoáng quan trọng và chủ yếu này, khâu công nghệ chính được ứng dụng là công nghệ cao áp tĩnh điện. Kỹ thuật cao áp tĩnh điện sử dụng điện trường tĩnh điện để phân tách các hạt vật liệu bay trong không gian điện trường được tạo ra và tối ưu trong thiết bị. Trên thế giới và tại Việt Nam, trong ngành công nghiệp khai khoáng, công nghệ này thường được sử dụng để phân tách khối lượng lớn các phần tử khoáng sản có tính chất dẫn điện khác nhau.

Cụ thể là phân tách các khoáng chất quan trọng, cũng như giúp loại bỏ các thành phần quặng không cần thiết để làm giàu khoáng chất. So với công nghệ cổ điển như sàng lọc cơ khí, tuyển từ, công nghệ cao áp tĩnh điện có những ưu điểm quan trọng cần được khai thác như: 7 - Dễ dàng điều chỉnh điều khiển hoạt động và tối ưu hóa thông số thiết bị; - Dễ dàng trong lắp đặt vận hành, bảo dưỡng sửa chữa; - Có giá thành chấp nhận được; - Không gây ô nhiễm môi trường; - Mức tiêu thụ điện năng thấp. Ngay đối với công nghệ cao áp tĩnh điện, các kỹ thuật áp dụng trong các thiết bị cũng đang được phát triển và tối ưu theo các hướng khác nhau, làm chủ được kỹ thuật phù hợp là đòi hỏi quan trọng đối với việc làm chủ công nghệ, nắm được các kỹ thuật tiên tiến hiện nay. Cùng với sự phát triển gần đây của kinh tế Việt Nam, nhu cầu các sản phẩm khoáng chất từ quặng titan khai thác được hiện nay đang ở mức cao đòi hỏi việc nâng cao năng suất cũng như cải tiến hiệu suất khai thác của các thiết bị hiện có.

Đòi hỏi này đã mang đến nhiều cơ hội cũng như vấn đề kỹ thuật cần được quan tâm nghiên cứu. Trong đó có các vấn đề tối ưu hóa kinh tế - kỹ thuật, lựa chọn công nghệ hợp lý và nghiên cứu thiết kế thiết bị phân tách và làm giàu khoáng sản sử dụng công nghệ cao áp tĩnh điện.