Nghiên cứu, thiết kế cải tiến và chế tạo cơ cấu cấp liệu cho máy tuyển điện tro bay bằng phơng pháp khô trong nhà máy nhiệt điện để làm phụ gia bê tông cho đập thuỷ điện.

- Lực Culông gây nên bởi điện tích của hạt Hạt có điện tích q đặt trong điện trường có cường độ E sẽ chịu tác dụng của lực điện trường F1 lực Culông bằng: Cường độ điện trường E ở bề mặ

ký hiệu: 98-07.rd/hđ-khcn

Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương

Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Cơ khí

Chủ nhiệm đề tài : NCVCC.TS Phan Thạch Hổ

6915

02/7/2008

Hà Nội – 2007

mục lục

mục lục 1

Danh sách thành viên tham gia 3

lời nói đầu 4

chương i : tổng quan về tro bay trong nhà máy nhiệt điện 5

1.1 Cơ sở pháp lý của đề tài 5

1.2 Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của đề tài 6

1.3 Sơ lược về tro bay 7

1.3.1 Phân loại tro 7

1.3.2 Tổ chức khoáng vật của tro bay 7

1.3.3 Tổ chức hóa học của tro bay 8

1.3.4 Tiêu chuẩn chất lượng tro bay của một số quốc gia 9

1.3.5 Đặc điểm tro bay Nhà máy nhiệt điện Phả Lại 9

1.3.6 Mục đích, ý nghĩa xử lý tro bay 11

Chương ii: Nghiên cứu các phương pháp tuyển tro bay- lựa chọn phương pháp tuyển 12

2.1 Các phương pháp chủ yếu xử lý giải phóng than trong tro bay 12

2.1.1 Tuyển nổi (tuyển ướt) .13

2.1.2 Tuyển gió (tuyển khô): 15

2.1.3 Tuyển điện (tuyển khô) 15

2.2 So sánh giữa tuyển điện với tuyển nổi, tuyển gió 45

2.2.1 Ưu điểm 45

2.2.2 Nhược điểm 46

2.3 Lựa chọn phương pháp tuyển tro bay –Dây chuyền tuyển tro bay 46

2.3.1 Lựa chọn phương pháp tuyển 46

2.3.2 Dây chuyền công nghệ tuyển tro bay 46

chương IiI: nghiên cứu, thiết kế cải tiến cơ cấu cấp liệu cho máy tuyển điện yd31300-21f 50

3.1 Khái quát về cấp liệu tang máy tuyển điện YD31300-21F 50

3.1.1 Mô tả cấu tạo cấp liệu tang 50 3.1.2 Cơ sở lý thuyết tính toán cấp liệu tang có tang cấp liệu kiểu răng khế 51

3.1.3 Phân tích, đánh giá làm việc cấp liệu tang, phương án cải tiến cấp liệu

tang 52

3.2 Lấy mẫu, thiết kế, chế tạo, lắp đặt, chạy thử cấp liệu tang máy tuyển điện YD31300-21F : 61

3.3 Hướng dẫn sử dụng, bảo dưỡng kỹ thuật máy tuyển điện YD31300-21F 64

chương iv: kết luận và đề xuất 67

4.1 Kết luận 67

4.2 Đề xuất 67

Tài liệu tham khảo 68

Phụ lục 1: Lấy mẫu, chế tạo, lắp đặt, chạy thử 69

Phụ lục 2: tập bản vẽ Error! Bookmark not defined lời cảm ơn 74

Danh sách thành viên tham gia

1 Nguyễn Văn Bình Kỹ sư CTM Phó GĐTTCĐT-Viện NCCK

2 Trịnh Minh Hoàng Thạc sỹ CTM TTCĐT-Viện NCCK

3 Đỗ Thái Cường Kỹ sư CTM TTCĐT-Viện NCCK

4 Phạm Văn Tán Kỹ sư XD

Giám đốc ban QLDA sản xuất phụ gia bê tông - CTY CP Sông Đà 12

lời nói đầu

Tro bay là phế thải công nghiệp được hình thành từ việc đốt than và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Tuy nhiên đây là một loại vật liệu xây dựng quý làm phụ gia bê tông Giá thành sản phẩm hạ, đảm bảo điều kiện kỹ thuật, chất lượng, rút ngắn thời gian thi công bê tông dẫn đến rút ngắn thời gian thi công chung cho công trình, đặc biệt là những công trình có kết cấu bê tông dạng khối như đập thuỷ điện, thuỷ lợi

ở nước ta, các dây chuyền công nghệ sản xuất tro bay lần lượt được đưa vào ứng dụng như ở: Tổng Công ty xi măng Việt Nam, Nhà máy nhiệt điện Phả Lại Năm 2004, Viện Nghiên cứu Cơ khí phối hợp với Viện Nghiên cứu Khoáng sản Trường Sa, Trung Quốc cung cấp lắp đặt dây chuyền sản xuất tro bay tại Phả Lại

Đến tháng 4 năm 2005 dây chuyền đã lắp đặt xong và đưa vào chạy thử Cuối năm 2006 đầu 2007 sau thời gian khảo sát và nghiên cứu, nhóm đề tài đã tiến hành cải tiến cơ cấu cấp liệu tang của máy tuyển điện YD31300-21F cho phù hợp với nguyên liệu đầu vào và điều kiện khí hậu Việt Nam

Đề xuất đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế cải tiến và chế tạo cơ cấu cấp liệu cho máy tuyển điện tro bay bằng phương pháp khô trong nhà máy nhiệt điện để làm phụ gia bê tông cho đập thuỷ điện” được Viện Nghiên cứu Cơ khí, Vụ Quản lý Khoa học Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công Thương) đồng ý cho triển khai

Hiện nay cơ cấu cấp liệu cải tiến đã được chế tạo và lắp đặt vào máy tuyển

điện YD31300-21F, qua chạy thử, thiết bị làm việc ổn định, chất lượng tro sản phẩm sau tuyển đạt tiêu chuẩn đề ra Năng suất tuyển cao hơn đặc biệt tỷ lệ thu hồi sản phẩm tăng ≈10% so với khi chưa cải tiến

Viện Nghiên cứu Cơ khí là đơn vị đầu tiên và duy nhất ở Việt Nam triển khai

dự án tuyển tro bay theo công nghệ tuyển điện (tuyển khô) Vì thế, chúng tôi mong

được sự cộng tác nhiều hơn nữa với các đơn vị, các chuyên gia quan tâm đến vấn

Chương I tổng quan về tro bay trong nhà máy nhiệt điện

1.1 Cơ sở pháp lý của đề tài

Căn cứ vào nhu cầu sử dụng bê tông mác thấp có sử dụng phụ gia bê tông

đối với các công trình thuỷ điện (nguồn: Công ty Tư vấn xây dựng Sông Đà): Sê San 3, Tuyên Quang, Bản Lả, Xêkaman, PleiKrông, Sơn La với khối lượng theo theo bảng 1 dưới đây

Bảng 1 Khối lượng thi công bê tông các công trình có dùng phụ gia

Thuỷ

điện Plêi Krông

Thuỷ

điện Bản Lả

Thuỷ điện Xêkaman3

Thuỷ điện Sơn La

Lượng tro bay cần thiết tương ứng cung cấp cho các công trình ở bảng 1

được thống kê tại bảng 2 (Lượng tro bay tạm tính theo định mức được sử dụng tại công trình thuỷ điện Sê San 3 là 33,7 kg tro bay/1m3

bê tông)

Bảng 2 Nhu cầu tro bay trong các công trình thuỷ điện

San 3

TĐ

Tuyên Quang

TĐ

Plêi Krông

TĐ

Bản Lả

Thuỷ điện Xêkaman3

Thuỷ điện Sơn La

Tổng cộng (Tấn)

- Mục tiêu của đề tài:

+ Nghiên cứu, thiết kế cải tiến cơ cấu cấp liệu cho máy tuyển điện tro bay bằng phương pháp khô

+ Chế tạo 01 cơ cấu cấp liệu theo thiết kế mới

1.3 Sơ lược về tro bay

1.3.1 Phân loại tro

a/ Phương pháp phân loại tro theo ASTM C618 (Mỹ)

Theo phương pháp phân loại này chia thành ba loại: tro N, tro F và tro C,

định nghĩa của nó như sau:

Loại tro N: Là loại tro thụ tự nhiờn cũn để nguyờn chất hoặc bụi than tự nhiờn của

nỳi lửa đồng thời phự hợp với cỏc tớnh chất của loại tro này Như là một vài quỏ trỡnh địa chất của quả đất, đỏ phiến xilic cú tớnh chất opan, đỏ phiến sột, đỏ tạo thành từ tro nỳi lửa

và tro nỳi lửa được đốt thành than hoặc khụng được đốt thành than và sự phự hợp của vật chất được đốt thành than để đem lại cỏc tớnh chất đỏp ứng đặc điểm của loại than này Như

là đất sột và đỏ phiến sột

Loại tro F: Thông thường thu được trong quá trình đốt than yếm khí (không

khói) hoặc than khói đồng thời phù hợp với điều kiện kỹ thuật của loại tro này

Chúng có tính chất của loại tro núi lửa

Loại tro C: Thông thường thu được trong quá trình đốt than nâu hoặc than

yếm khí, đồng thời phù hợp với điều kiện kỹ thuật của loại tro này Chúng có tính chất của loại tro núi lửa và thể hiện một tính chất kết dính nào đó, một số loại tro C

có hàm lượng CaO cao hơn 10%

b/ Phương pháp phân loại của Trung Quốc

ở Trung Quốc loại tro có hàm lượng Ôxitcanxi cao được gọi là tro Canxi cao,

về cơ bản loại tro này tương đương với loại tro C tiêu chuẩn ASTM C618 của Mỹ (trước mắt loại tro này sản lượng tương đối thấp); ngược lại, gọi là tro Canxi thấp (ở Trung Quốc hiện nay chủ yếu là loại tro này) Vì vậy, các bãi thải tro ở Trung Quốc hiện nay đều tương đương với loại tro F (Mỹ) ASTM C618

Có thể nói, tro thu được qua quá trình đốt than tại các nhà máy nhiệt điện

có sự khác nhau về khả năng tuyển và hàm lượng mất khí nung phụ thuộc chủ yếu vào chủng loại than và công nghệ đốt

1.3.2 Tổ chức khoáng vật của tro bay

Than nhiên liệu được cấu thành từ hai thành phần vật chất: hữu cơ và vô cơ Vật chất hữu cơ được chia thành hai loại: các hydroxit các bon và các bon Thành phần hữu cơ có sau khi cháy tạo thành CO2 , CO, H 2O Thành phần vô cơ chủ yếu

thải, thành phần chủ yếu gồm SiO2, AL2O3, CaO, MgO không tồn tại ở dạng đơn chất Theo phân tích, tro bay tại nhà máy nhiệt điện Phả Lại, tro bay có các đặc tính hoá lý và tỷ lệ đ−ợc thể hiện tại bảng 3

Bảng 3 Thành phần khoáng vật của tro bay (%)

1.3.3 Tổ chức hóa học của tro bay

Điều tra thành phần hoá học của 36 mẫu than Ôxit Cacbon thấp (bảng 4)

Bảng 4 Thành phần hóa học của tro bay

Thành

L−ợng MKN (%)

1.5~15.4

0.8~0.4

0.7~1.9

0~1

1

0.2~1.1

0.7~2.9 12~20.0

1.3.4 Tiªu chuÈn chÊt l−îng tro bay cña mét sè quèc gia

B¶ng 5 ChØ tiªu lý hãa cña bª t«ng sö dông tro bay

Quèc gia

Tiªu chuÈn ph©n lo¹i

D−

l−îng h¹t (µm)

L−îng mÊt khÝ nung (%)

§é ngËm n−íc (%)

L−îng lín nhÊt%

bay nói riêng, năng suất và chất lượng sản phẩm sau tuyển phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó sự ảnh hưởng bởi thành phần cần loại bỏ có trong nguyên liệu

đóng vai trò quan trọng Đối với tro bay, ngoài yếu tố hàm lượng mất khí nung của tro nguyên liệu quá cao sẽ khó tuyển, chất lượng giải phóng than thấp mà nó còn phụ thuộc vào hình dáng của tro nguyên liệu Loại tro có hình dáng cầu thể cao dễ tuyển, tro có hàm lượng cầu thể thấp khó tuyển Qua nghiên cứu tro ở nhà máy nhiệt điện Phả Lại chỉ chiếm 30ữ40%, trong khi đó ở Trung Quốc có hàm lượng cầu thể 60ữ70%

Hình 1 Nguyên liệu Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại phóng to 100 lần (hàm lượng C 21.95%)

Hình 2 Nguyên liệu điển hình tại Trung Quốc phóng to 100 lần hàm lượng

C 20.78%)

1.3.6 Mục đích, ý nghĩa xử lý tro bay

Theo báo cáo của Công ty CP nhiệt điện Phả Lại, lượng than tiêu hao để sản xuất 1kWh điện giao động từ 0,45 ữ 0,5 kg Thông thường sau khi đốt than, lượng tro bay thu được chiếm từ 22 – 25 % khối lượng của than đưa vào đốt Dưới

đây là bảng thống kê công suất một số nhà máy nhiệt điện sử dụng nguồn nhiên liệu là

than và khối lượng tro bay thu được tương ứng (bảng 6)

Bảng 6 Lượng than đốt và lượng tro bay tương ứng

MW

Lượng than

đốt trong 1 giờ (tấn)

Lượng tro thu

được trong

1 giờ (tấn)

ở Việt Nam trong những năm qua, với sự phát triển và tăng trưởng của nền kinh tế, ngành điện đòi hỏi phải tăng công suất để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện trong nước Đứng trước tình hình đó, một loạt các công trình thuỷ điện và nhiệt điện

đã được xây dựng, vì vậy, phế thải tro bay tại các nhà máy nhiệt điện thải ra là rất lớn Qua nghiên cứu và ứng dụng cho thấy, tro bay là tài nguyên có giá trị sử dụng thực tế hết sức quan trọng, có thể trở thành sản phẩm tiêu thụ Ví dụ: bê tông tro cao cấp đã được ứng dụng rộng rãi trong cấu kiện các nhà xưởng lớn, kiến trúc cao tầng, cầu đường, đập thủy điện, có thể tiết kiệm đáng kể xi măng, nó không chỉ tiết kiệm lượng xi măng mà còn nâng cao cường độ kết cấu bê tông, khả năng chống thấm, giảm ứng suất nhiệt khi đông kết Khi sử dụng bê tông có phụ gia tro bay chất lượng sẽ khiến quá trình bơm bê tông lên cao được thực hiện một các dễ dàng từ đó nâng cao hiệu suất thi công, giảm chi phí công trình Bởi vậy, ứng dụng phát triển tro bay là một công việc không chỉ liên quan đến lợi ích kinh tế mà đồng thời với nó còn có ý nghĩa to lớn là bảo vệ môi trường

Chương ii Nghiên cứu các phương pháp tuyển tro bay- lựa chọn phương

pháp tuyển 2.1 Các phương pháp chủ yếu xử lý giải phóng than trong tro bay

Phương pháp xử lý tro bay thông thường chia làm hai loại là tuyển ướt và tuyển khô

- Tuyển ướt: Đây là công nghệ tuyển đơn giản, tỷ lệ thu hồi sản phẩm cao,

nhưng trong quá trình tuyển, các hoá chất tuyển ảnh hưởng tới chất lượng tro bay, yêu cầu môi trường sản xuất nghiêm ngặt, nước thải gây ô nhiễm môi trường Đặc biệt ở công đoạn sấy, việc tăng năng suất sấy, thu hồi sản phẩm cũng như xử lý môi trường là vấn đề rất khó khăn Mặt khác, quá trình tuyển nước làm cho hoạt tính của tro bay bị thay đổi và còn dư một số hoá chất có trong thuốc tuyển, điều

đó không có lợi cho những ứng dụng trong các công trình thuỷ điện đòi hỏi chất lượng cao

- Tuyển khô:

Đây là công nghệ tuyển không dùng bất kỳ một loại hoá chất nào, tro bay

đưa vào tuyển là tro nguyên trạng lấy từ nhà máy nhiệt điện, do vậy sản phẩm sau tuyển đạt chất lượng cao và được sử dụng cho các công trình quan trọng Hiện nay, tuyển khô được chia làm hai loại: Tuyển gió và tuyển điện

+ Tuyển gió:

Về cơ bản dựa trên tác dụng của lực li tâm để tiến hành phân cấp tro Tuy nhiên giữa hạt than chưa đốt hết và tro có sự khác nhau về tỷ trọng và kích thước hạt, những hạt của tro thường nhỏ hơn 45 àm, chọn phương pháp tuyển gió để xử

lý những vật liệu có kích thước hạt trong phạm vi này thường sẽ không thu được kết quả như ý

+ Tuyển điện:

Phương pháp thứ hai là: Lợi dụng sự khác biệt, sự tiếp xúc điện giữa các hạt than (điện trở 104

~ 105 Ω.cm) và các hạt khoáng (điện trở là 1011

~ 1012 Ω.cm), phân tách chúng trong môi trường điện áp cao Đồng thời dưới tác dụng lực li tâm trong máy điện tuyển, tiến hành phân tách Vì vậy, phương pháp tuyển tĩnh điện có

tác dụng giảm lượng mất khí nung và tăng độ mịn của tro, phương pháp này đã

được chứng minh qua nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và ứng dụng thực tế

2.1.1 Tuyển nổi (tuyển ướt)

Một phương pháp tuyển khoáng bất kỳ nào cũng đều lợi dụng đến mức tối

Nói một cách khác là phương pháp tuyển nổi được thực hiện dựa trên cơ sở

sự khác nhau về các tính chất hoá lý của bề mặt các hạt dạng khoáng vật Như vậy, tuyển nổi thích hợp cho việc phân chia các hạt khoáng vật có kích thước nhỏ, bởi vì những hạt càng nhỏ thì có diện tích bề mặt riêng càng lớn và hoạt tính bề mặt của chúng càng mạnh

Nguyên lý chung của phương pháp tuyển nổi là phân chia các pha rắn khác nhau, có cỡ hạt tương đối mịn lơ lửng trong pha lỏng ra khỏi nhau (hoặc tách các hạt chất rắn ra khỏi chất lỏng) dựa vào khả năng bám dính của chúng lên các bóng khí hoặc giọt dầu được đưa vào pha lỏng dưới dạng nhũ tương cùng vận

động với chúng và nổi lên trên bề mặt chất lỏng tạo thành bọt Hình 3 giới thiệu chung về một dây chuyền tuyển ướt tro bay

Hình 3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ tuyển ướt tro bay

1 Ô tô; 2 Bun ke; 3 Thùng thuốc tuyển; 4 Băng tải; 5 Máy khuấy; 6 Máy tuyển nổi; 7 Bể lắng than; 8 Máy bơm bùn; 9 Máy lọc ép; 10 Máy sấy; 11 Kho than; 12 Máy xúc; 13 Ôtô; 14 Bể cô

đặc;15 Bơm nước; 16 Kho tro; 17 Đóng bao; 18 Thùng cấp nước

2.1.2 Tuyển gió (tuyển khô):

Nguyên tắc của tuyển gió là: Dùng dòng khí có áp suất vận chuyển hỗn hợp tro bay và dẫn chúng vào buồng ly tâm Tại buồng ly tâm, các hạt chịu tác dụng của nhiều loại lực khác nhau như: áp lực, trọng lực, lực li tâm Tổng các lực tác dụng lên hạt phụ thuộc vào tỷ trọng và kích thước của hạt và làm cho chúng chuyển động theo hướng này hay hướng kia Các lực tác dụng vào hạt có kích thước khác nhau, thì sẽ khác nhau, bởi vì áp lực dòng khí tác dụng vào tỉ lệ với bình phương đường kính; trọng lực và lực li tâm phụ thuộc vào khối vật, có nghĩa tỉ

lệ bậc 3 với đường kính hạt

Hình 4 trình bày sơ đồ nguyên lý hoạt động của các thiết bị phân loại bằng khí phổ biến nhất

Hình 4 Sơ đồ nguyên lý thiết bị phân loại buồng khí

a - Loại dòng thông qua; b- Loại đối lưu

2.1.3 Tuyển điện (tuyển khô)

2.1.3.1 Cơ sở vật lý của phương pháp tuyển điện

Máy tuyển điện đầu tiên được áp dụng để tách vàng ra khỏi thạch anh được ghi nhận vào năm 1881 Năm 1901 Blec và Moser đã phát minh máy tuyển tĩnh

điện để phân chia các hạt dẫn điện và không dẫn điện Năm 1905, máy trên được Guff cải tiến và vào những năm 20 của thế kỷ 20, máy tuyển điện được áp dụng

máy tuyển điện của Guff và phát hiện ra tính thuận nghịch của khoáng vật Năm

1936 các nhà nghiên cứu của Nga Olophinski, Batrkovski, Rưvski đã sáng chế ra máy tuyển điện vầng sáng Sau đó, việc nghiên cứu và áp dụng máy tuyển điện vào sản xuất được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới thực hiện

2.1.3.2 Các khái niệm cơ bản

a) Bản chất của phương pháp tuyển điện

Phương pháp tuyển điện dựa vào sự khác nhau về tính dẫn điện của các hạt khoáng đem phân chia Máy để thực hiện quá trình này được gọi là máy tuyển

điện, đặc trưng của máy tuyển điện là tại vùng làm việc của nó tạo nên điện trường Khi cho hỗn hợp khoáng vật có tính dẫn điện khác nhau vào vùng làm việc của máy, do tác dụng của lực điện và các lực cơ, những hạt dẫn điện và không dẫn điện sẽ dịch chuyển trên các quỹ đạo khác nhau, bởi vậy có thể tách riêng chúng ra khỏi nhau

Tất cả các khoáng vật trong tự nhiên đều tích điện âm hoặc dương, nếu vật

có điện tích âm và dương bằng nhau gọi là vật trung hoà điện

Lực điện tác dụng tương hỗ giữa hai điện tích điểm q1 và q2 cách nhau một khoảng r (qui ước kích thước của hạt rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng), theo

định luật Culông, có dạng:

r

q q k

k - Hệ số phụ thuộc vào cách chọn hệ thống đơn vị, trong hệ SI, k = 1/4π

Đơn vị điện tích trong hệ CGSE lấy bằng điện tích đặt trong chân không tác dụng lên điện tích bằng nó đặt cách nhau 1 cm với lực bằng 1 dyn Nếu hai điện tích cùng dấu thì chúng đẩy nhau, nếu trái dấu thì nó hút nhau Điện tích khác với

từ khối là nó có thể tách riêng khỏi nhau và nó không phải là điện tích ảo Điện tích

âm gọi là electron, điện tích dương gọi là proton Điện tích của 1 é = 1,601.10-19Culông

Khoảng không gian xung quanh một vật tích điện gọi là điện trường

Điện trường là một dạng đặc biệt của vật chất, nó có năng lượng nên bất kỳ một điện tích nào đặt trong điện trường đều chịu tác dụng của điện trường ấy Trường của các điện tích không chuyển động gọi là trường tĩnh điện

Đặc trưng chủ yếu của điện trường là cường độ điện trường Cường độ điện trường E là lực tác dụng lên một đơn vị điện tích dương có điện tích q đặt trong đó:

q

F

Lực điện trường F tác dụng lên điện tích đặt trong điện trường phụ thuộc vào

vị trí số điện tích q và cường độ điện trường

Hình 5 Các dạng đường sức của điện trường

a, b Đường sức của các điện tích, tích điện dương và tích điện âm; c Đường sức của hai

điện tích, tích điện trái dấu; d Đường sức của hai điện tích, tích điện cùng dấu;

e Đường sức của hai điện tích, tích điện cùng dấu nhưng điện tích A lớn gấp 4 lần

điện tích B; g Điện trường xung quanh quả cầu tích điện cô lập hoặc hình trụ dài vô tận; h Điện trường giữa dây dẫn và mặt phẳng; i Điện trường giữa dây dẫn và

hình trụ; k Điện trường giữa dây dẫn và các mặt phẳng song song; l Điện trường giữa hai mặt phẳng đặt song song và tích điện trái dấu

Điện trường cũng như từ trường có thể biểu thị bằng các đường sức Tại mỗi

điểm tiếp tuyến với đường sức chỉ rõ chiều của lực tác dụng lên điện tích dương

nằm tại điểm đó

Đường sức điện trường phụ thuộc vào hình dạng vật tích điện, được chỉ trên hình 5

Tuỳ thuộc vào hình dạng của các điện cực, điện trường tạo nên có thể là

điện trường đồng nhất, tức là gradE = 0 hoặc điện trường không đồng nhất, gadE khác 0 Cường độ điện trường đồng nhất giữa hai bản tụ điện được tính bằng công

x

U

ở đây: U - Điện áp đặt lên hai bản tụ điện, v;

x - Khoảng cách giữa hai bản tụ điện, m

Đơn vị cường độ điện trường là v/m, ngoài ra còn dùng đơn vị là V/cm hoặc kV/cm; đơn vị gradien cường độ điện trường là v/m2

Điện trường của máy tuyển tĩnh điện được tạo nên bằng cách đặt điện áp không đổi lên điện cực của máy Các máy tuyển điện dùng trong sản xuất có cường độ điện trường khoảng 6.105

, V/m với điện áp đặt lên các điện cực là U = 20-70 kV

b)Phân loại các khoáng vật theo tính dẫn điện

Bất kỳ sự dịch chuyển nào của điện tích cũng tạo nên dòng điện Đặc trưng cho vật dẫn điện là độ dẫn điện, tức là khả năng cho dòng điện chạy qua Đơn vị

độ dẫn điện trong hệ SI là Simen Simen là độ dẫn điện của vật khi đặt lên hai đầu của nó điện áp 1 vôn sẽ có dòng điện 1 ampe chạy qua

Độ dẫn điện phụ thuộc vào tính chất lý học và hoá học của vật chất, vào nhiệt độ, kích thước và hình dạng của nó Chất ít ngăn cản sự dịch chuyển của các

điện tích gọi là chất dẫn điện tốt, còn chất ngăn cản sự dịch chuyển của điện tích gọi là chất không dẫn điện hay còn gọi là chất điện môi

Trị số nghịch đảo của độ dẫn điện gọi là điện trở, đo bằng Ôm

Theo định luật Ôm, độ dẫn điện của hạt khoáng bằng:

, 1

S U

I R

1

(Simen) (4)

ở đây: Q - Độ dẫn điện, (Simen); R - Điện trở, (Ω);

I - Dòng điện ,(A) U - Điện áp (V)

δ - Suất dẫn điện, (Simen/m) S - Tiết diện của hạt (m2

)

l - Chiều dài của hạt, m

Độ dẫn điện của hạt bằng tổng độ dẫn điện bề mặt và độ dẫn điện trong lòng của hạt Độ dẫn điện trong lòng hạt phụ thuộc vào tạp chất chứa nó, còn độ dẫn điện bề mặt phụ thuộc vào trạng thái bề mặt của hạt

Để phân loại các khoáng vật theo tính dẫn điện người ta thường dùng các

đại lượng suất dẫn điện hoặc điện trở suất (điện trở suất là trị số nghịch đảo của suất dẫn điện, đơn vị đo là ôm.cm)

Dựa vào suất dẫn điện, các khoáng vật được chia thành các loại sau:

- Khoáng vật dẫn điện có suất dẫn điện nằm trong giới hạn 10-1-104Simen/m, - Khoáng vật bán dẫn, có suất dẫn điện nhỏ hơn10-1

- 10-8Simen/m,

Về mặt vật lý, các vật dẫn điện được đặc trưng bởi khả năng dịch chuyển tự

do của các điện tử trong lòng vật dẫn Nếu đặt một vật dẫn vào trong điện trường (hình 6) thì dưới tác dụng của lực điện trường, các điện tử tự do sẽ dịch chuyển theo hướng ngược với chiều điện trường ngoài Kết quả là đầu hướng với điện cực dương xuất hiện điện tích âm, đầu hướng với điện cực âm xuất hiện điện tích dương Hiện tượng đó gọi là hiện tượng cảm ứng tĩnh điện

- Chất điện môi (chất không dẫn điện) được cấu tạo bởi những phần tử có

điện tích âm và điện tích dương, các điện tích âm và dương này có liên hệ với nhau gọi là những phân tử lưỡng cực (lưỡng cực điện) Các điện tích âm của lưỡng cực

điện không thể dịch chuyển tự do như các elecron trong vật dẫn điện Khi đặt chất

điện môi vào trong điện trường (hình 7), dưới tác dụng của điện trường, các phân

tử lưỡng cực bị quay theo hướng điện trường Kết quả là đầu của chất điện môi hướng với cực dương sẽ mang dấu âm, còn đầu kia mang dấu dương Hiện tượng

đó gọi là hiện tượng phân cực của chất điện môi

Hình 6 Hiện tượng cảm ứng tĩnh điện

Hình 7 Hiện tượng phân cực chất điện môi 2.1.3.3 Lực điện tác dụng lên hạt trong điện trường

Khác với tuyển từ, quá trình tuyển điện có thể thực hiện trong điện trường

đồng nhất và điện trường không đồng nhất Lực điện tác dụng lên hạt trong điện trường là lực Culông, còn trong điện trường không đồng nhất là lực trọng động Ngoài ra, trong điện trường, hạt còn chịu tác dụng của lực ánh xạ gương và lực hút phân tử của các hạt tích điện

- Lực Culông gây nên bởi điện tích của hạt

Hạt có điện tích q đặt trong điện trường có cường độ E sẽ chịu tác dụng của lực điện trường F1 (lực Culông) bằng:

Cường độ điện trường E ở bề mặt quả cầu bán kính r, mang điện tích q

được tính bằng công thức: E 2

0 , r 4

q ε πε

ở đây : ε,- Hằng số điện môi tương đối của môi trường, trong không khí ε,= 1; ε0- Hằng số điện hay là hằng số điện môi của chân không

Từ công thức trên có thể xác định được điện tích của hạt hình cầu nhận

được khi đặt nó trong điện trường có cường độ E (khi tích điện cho hạt trong điện trường phóng điện vầng sáng): q = 4 πε,ε0r2E (7)

Thay q vào đẳng thức (5), tính được F1 bằng:

F1= 4 πε,ε0r2E2 (8) Trong không khí:

F1 = 4 πε,ε0r2E2

(9)

- Lực trọng động gây nên bởi sự không đồng nhất của điện trường

Khi đặt hạt có hằng số điện môi tương đối ε,1 vào trong điện trường không

đồng nhất có hằng số điện môi tương đối ε,, hạt sẽ chịu tác dụng của lực điện gây nên bởi sự không đồng nhất của điện trường F2 (lực trọng động) bằng:

2

3 , , 1

, , 1 0

,

ε + ε

ε

ư ε ε ε

ở đây: r – Bán kính hạt;

E – Cường độ điện trường;

gradE - Gradien cường độ điện trường (tức là đạo hàm dE/dx) trong không khí ε,= 1

2

1 3, 1

, 1 0+ ε

ư ε ε

Cũng như từ trường, gradien cường độ điện trường phụ thuộc vào cường độ

E và hình dạng của điện cực, để biểu thị F2 chỉ phụ thuộc vào cường độ E, đưa vào

hệ số không đồng nhất điện trường c = gradE/E Về mặt vật lý, hệ số này chỉ phụ thuộc vào hình dạng điện cực, nó chính là gradien trên một đơn vị cường độ điện trường E, trong hệ SI có thứ nguyên là m-1

Thay gradE = cE vào (10), nhận được:

1

, 1

2

1 + ε

ư ε ε

là lực ánh xạ gương, theo định luật Culông, được tính bằng công thức:

0

2

d 4

d q ε πε

Lực tương tác F của hai hạt khoáng tiếp xúc nhau do lực hút phân tử và lực tĩnh điện (tính điện do ma sát) được xác định bằng công thức:

F = Fp + Ft = 2

2 0 2

s

l

Q S 2 d

d - Đường kính hạt;

σ- Mật độ điện tích bề mặt của hạt;

S - Điện tích tiếp xúc;

Q0 - Điện tích ban đầu của hạt;

l - Khoảng cách giữa các điện tích

2.1.3.4 Phương pháp truyền điện tích cho hạt

Để làm tăng hiệu quả quá trình tuyển điện, cần thiết phải tích điện cho các hạt trước khi đưa vào tuyển Có nhiều cách tích điện cho hạt, song trong thực tế hay dùng các phương pháp: cho hạt tiếp xúc trực tiếp với vật tích điện (phương pháp tĩnh điện), lắng đọng các ion lên hạt (phương pháp phóng điện vầng sáng), tích điện do ma sát

- Tích điện cho hạt bằng phương pháp tĩnh điện

Phương pháp này được dùng trong các máy tuyển tĩnh điện để phân chia

các hạt khoáng theo tính dẫn điện bằng cách cho các hạt tiếp xúc trực tiếp với

điện cực tích điện Trên hình 8a là sơ đồ tích điện cho các hạt khoáng bằng cách tiếp xúc với điện cực tích điện

1

II

Hình 8 Tích điện cho hạt bằng phương pháp tĩnh điện

a) Hạt tiếp xúc trực tiếp với điện cực tích điện

b) Hạt đã được tích điện sơ bộ sau đó tiếp xúc với điện cực tích

Trước khi tiếp xúc, hạt dẫn điện 1 và không dẫn điện 2 có điện tích ban đầu bằng 0 (vùng I) ở thời điểm tk, hạt tiếp xúc với điện cực và bắt đầu quá trình tích

điện chọn lọc lên chúng Quá trình tích điện phụ thuộc vào tính dẫn điện của hạt,

điện trở tiếp xúc và điện dung Hạt dẫn điện có tính dẫn điện tốt điện trở nhỏ nên

nó bắt đầu được tích điện (vùng II) Tốc độ tích điện được đánh giá bằng hằng số thời gian Tăng độ dẫn điện, hằng số thời gian giảm, ví dụ: hai hạt có đường kính 0,125mm với suất dẫn điện lần lượt là 10-12

và 10-8

simen/m thì hằng số thời gian tích điện của chúng tương ứng là 64,9 và 0,00649 giây Hạt dẫn điện nhận được

điện tích cùng dấu với điện cực và bị đẩy khỏi điện cực ở thời điểm t0

Hạt không dẫn điện có độ dẫn điện nhỏ, điện trở tiếp xúc cao nên quá trình tích điện ra chậm Hơn nữa, khi hạt không dẫn điện tiếp xúc với điện cực tích điện

nó bị phân cực, đầu tiếp xúc với điện cực dương xuất hiện điện tích âm nên hạt không dẫn điện bị hút chặt vào điện cực

qđ - Điện tích của hạt dẫn điện

qk - Điện tích của hạt không dẫn điện

Sự khác biệt về tính chất của hạt dẫn điện và không dẫn điện được xác định bằng hiệu số điện tích nhận được:

∆ q = q0 -qk

ở đây : q0 - Điện tích của hạt dẫn điện ở thời điểm tách khỏi điện cực;

qk - Điện tích của hạt không dẫn điện;

Để làm tăng sự khác biệt về điện tích của các hạt khoáng có thể tích điện sơ bộ cho các hạt trước khi tiếp xúc với điện cực (hình 8b)

Giả sử, hạt dẫn điện 1 và không dẫn điện 2 trước thời điểm tiếp xúc với điện cực 5 (vùng I) chúng có điện tích là qđ = qk = -q ở thời điểm tk khi tiếp xúc với điện cực 5 (vùng II), vì hạt dẫn điện có tính dẫn điện tốt và điện trở nhỏ nên điện tích

âm của nó sẽ truyền sang điện cực, sau đó nó lại được tích điện cùng dấu với điện cực Còn hạt không dẫn điện do quá trình phóng điện rất chậm nên nó vẫn còn lại

điện tích âm Sự khác biệt về tính chất điện của hạt dẫn điện và không dẫn điện trên điện cực sẽ là:

∆q = q0 – (-qk) = q0 +qk

Như vậy, yếu tố chính làm cho các hạt nhận được điện tích khác nhau khi tiếp xúc với điện cực là cường độ điện trường trên điện cực, độ dẫn điện của các hạt và điện tích sơ bộ mà hạt nhận được

- Tích điện cho hạt bằng trường phóng điện vầng sáng

Hiện tượng phóng điện trong chất khí ở áp suất khí quyển có hai dạng: tia lửa và vầng sáng, sự phóng điện tia lửa có thể xảy ra trong điện trường đồng nhất hoặc điện trường không đồng nhất Nó chính là tia lửa đâm xuyên giữa hai điện cực khi đặt lên hai điện cực đó một hiệu điện thế lớn hơn giá trị quy định Giá trị của điện thế quy đinh phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai điện cực, hình dạng

điện cực và trạng thái của không khí (độ ẩm, nhiệt độ, nồng độ, bụi, v.v )

Sự phóng điện vầng sáng chỉ xảy ra trong điện trường không đồng nhất, tại vùng rất hẹp gần điện cực nhỏ không lan rộng đến điện cực kia Nếu có hai điện cực, trong đó một điện cực có bán kính cong nhỏ (dây dẫn, mũi nhọn ) còn điện cực kia có bán kính cong lớn hoặc mặt phẳng và đặt lên hai điện cực đó điện áp từ 1,2 – 1,5 kV/cm thì cường độ dòng điện trường ở gần điện cực nhỏ sẽ rất lớn, làm xuất hiện các quầng sáng quanh điện cực nhỏ, tức là xảy ra hiện tượng phóng điện vầng sáng, đồng thời làm ion hoá các phân tử khi xung quanh nó Do sự ion hoá, các phân tử khi tách ra thành các ion âm và ion dương Những ion này sẽ chuyển dịch từ điện cực vầng sáng (điện cực nhỏ) tới điện cực đối diện, tức là giữa các

điện cực xuất hiện một dòng điện gọi là dòng điện vầng sáng Trị số của dòng điện vầng sáng được xác định bởi số lượng ion chạy qua hai điện cực trong một đơn vị thời gian và điện tích của nó Điện cực vầng sáng của các máy tuyển điện thường

được nối với cực âm của nguồn điện cao thế, còn điện cực kia nối với cực dương (thường nối đất), do đó các ion dương của không khí chạy về điện cực vầng sáng

để trung hoà điện, còn các ion âm của không khi chạy về điện cực dương (điện cực nối đất hay còn gọi là điện cực lắng đọng) và như vậy trong khoảng không gian giữa hai điện cực chứa đầy các ion âm Thực nghiệm đã chứng minh rằng, khi nối điện cực vầng sáng với cực âm của nguồn điện thế cao thì cac ion âm tạo nên

có độ linh động rất lớn (tức là có tốc độ chuyển động cao) và cường độ điện trường giữa hai cực lớn hơn nhiều so với trường hợp nó được nối với cực dương Những ion

âm này sẽ tích điện cho tất cả các hạt vật liệu nằm trong khoảng không gian giữa

Sơ đồ tích điện và phóng điện của các hạt trong trường phóng điện vầng sáng chỉ trên hình 9 Khi các hạt nằm trong không gian giữa hai điện cực, các ion

âm của không khí sẽ hấp thụ lên bề mặt các hạt, làm chúng tích điện âm và chạy

về điện cực lắng đọng Khi hạt tiếp xúc với điện cực nối đất thì đồng thời xảy ra quá trình tích điện và phóng điện của hạt Hạt có độ dẫn điện càng lớn thì quá trình phóng điện xảy ra càng nhanh

Cường độ điện trường lúc bắt đầu xuất hiện vầng sáng gọi là cường độ vầng sáng ban đầu Ek và nó phụ thuộc vào bán kính r của dây dẫn làm điện cực vầng sáng Độ cong càng lớn, tức là bán kính của dây dẫn vầng sáng càng nhỏ thì cường độ điện trường và mật độ điện tích tại đó càng lớn

Điện cực nối đất

Hình 9 Sơ đồ tích điện cho hạt trong trường phóng điện vầng sáng

a) Hạt chưa tiếp xúc với điện cực nối đất; b) Hạt tiếp xúc với điện cực nối

0δ + σ

Vk = r0Ekln ), kV

r

h 2 (0

h là khoảng cách giữa hai điện cực

Cường độ điện trường giữa hai điện cực gồm dây dẫn và hình trụ khi xảy ra phóng điện vầng sáng được xác định gần đúng bằng đẳng thức:

k

I 2 r

0

2 0

2 0

2 ư +

ở đây: r - Khoảng cách từ điểm đang xét tới trục của hình trụ, cm;

I - Mật độ của dòng điện, ma/cm;

k - Hệ số linh động của ion hay là tốc độ của ion khi E = 1 V/cm; (ở áp suất thường trong không khí, k = 2,1 cm2

0

hr 3

x ) r

x ( k

I 2 ) x h 2 ( x

hr 2

ở đây: x là khoảng cách từ điểm đang xét tới trục dây dẫn vầng sáng, cm;

h là khoảng cách giữa điện cực phẳng và điện cực vầng sáng

Sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vầng sáng (tính với một đơn vị chiều dài của điện cực vầng sáng) với điện thế V đặt vào điện cực được tính gần đúng bằng đẳng thức:

r

R ln R 9

V ) V V ( k 2

k

0 2

Các hạt dẫn điện và không dẫn điện đưa vào vùng điện trường phóng điện vầng sáng sẽ nhận được điện tích do ion âm của không khí hấp thụ lên chúng

Điện tích q của hạt nhận được phụ thuộc vào thời gian lưu lại của nó trong điện trường và được tính bằng công thức:

qt

knet 1

knet E

r 2

1 2 1 (

, 1

, 1 0

π +

π +

ε

ư ε + πε

ở đây: qt là điện tích của hạt hình cầu nhận được trong thời gian t;

r là bán kính của hạt;

k là hệ số linh động của ion;

n là nồng độ của ion trong 1 cm3

, 1

, 1 0

+ ε

ư ε + πε

Từ công thức trên thấy rằng, điện tích cực đại của hạt tỷ lệ thuận với cường

độ điện trường và với bình phương bán kính của nó

Trị số điện tích hạt nhận được phụ thuộc vào thời gian lưu lại của nó trong

điện trường phóng điện vầng sáng, xem bảng 7

Bảng 7 Trị số điện tích nhận được trong thời gian lưu trong điện trường

Thời gian, s Điện tích, % so

với qmax Thời gian, s Điện tích, % so với qmax1.10-3

5.10-3

1.10-2

5.10-2

9.1 33,3 50,0 84,0

1.10-1 5.10-1

Để tạo nên sự ion hoá không khí có thể dùng các chất ion hoá như: tia rơnghen, chất phóng xạ, nhiệt độ cao ở trường hợp này, khi ngừng tác dụng của chất ion hoá, các phân tử khí lại kết hợp với nhau và sự phóng điện qua khí không duy trì được Bởi vậy, trong sản xuất, để tích điện cho các hạt bằng hấp thụ ion, người ta chỉ dùng hiện tượng phóng điện vầng sáng

- Tích điện cho hạt bằng ma sát

2.1.3.5 Tính chất thuận nghịch của khoáng vật

Khi nghiên cứu tính chất các khoáng vật khác nhau trong trường tĩnh điện tạo nên bởi hai điện cực trái dấu, Jonson nhận thấy rằng: có một số khoáng vật khi thay đổi dấu của điện cực, hướng chuyển động của nó thay đổi, những khoáng vật này gọi là khoáng vật thuận nghịch, còn các khoáng vật không thay đổi hướng chuyển động khi dấu điện cực thay đổi gọi là khoáng vật không thuận nghịch Trong số các khoáng vật thuận nghịch, các khoáng vật chỉ lệch về phía điện cực dương, gọi là khoáng vật thuận nghịch dương (cách gọi này chỉ là quy ước và tính thuận nghịch không có ý nghĩa về vật lý)

Dụng cụ thí nghiệm tính thuận nghịch của khoáng vật (hình 11) gồm phễu

1, điện cực 2 quay được, điện cực 3 và tấm chắn 4, đặt cách phương thẳng đứng

AB khoảng 4 mm

Vật liệu cần nghiên cứu từ phễu 1, được điện cực 2 quay với tốc độ 25 v/p

đưa vào vùng điện trường giữa hai điện cực Khi chưa nối hai điện cực vào nguồn

điện, tức là chưa tạo nên điện trường, các hạt sẽ rơi thẳng đứng theo phương AB

do lực trọng trường Khi nối hai điện cực với nguồn điện áp cao, thấy rằng một số khoáng vật không thay đổi hướng chuyển động khi dấu điện cực thay đổi, còn một

số khoáng vật khi dấu hiệu cực thay đổi nó luôn lệch về điện cực có dấu cố định

Ví dụ: thạch anh luôn lệch về điện cực dương; canxit luôn lệch về điện cực âm

Điện áp đặt lên hai điện cực để đảm bảo khoáng vật lệch sang bên phải tấm chắn

4 gọi là “điện áp tối thiểu” Kết qủa thí nghiệm xác định tính thuận nghịch và điện

áp tối thiểu của một số khoáng vật được ghi ở bảng 9

Bằng thí nghiệm cũng xác nhận, tính thuận nghịch của một khoáng vật có thể thay đổi tuỳ thuộc vào thời gian điện hoá, nhiệt độ nung nóng lại, vật liệu làm

điện cực v.v

2 1

CaCO 3 SiO 2

Hình 11 Dụng cụ để thí nghiệm tính thuận nghịch của khoáng vật

1) Phễu; 2,3) Các điện cực; 4) Tấm chắn

Nguyên nhân làm khoáng vật có tính thuận nghịch là hiệu ứng tích điện do

ma sát

Từ bảng 8 ta thấy rằng nếu chọn dấu điện tích cực thích hợp có thể tách riêng hỗn hợp khoáng vật không dẫn điện, ví dụ: canxit (thuận nghịch dương) ra khỏi thạch anh (thuận nghịch âm) hoặc dựa vào sự khác nhau về điện áp tối thiểu

có thể tách hỗn hợp các khoáng vật có cùng tính thuận nghịch ra khỏi nhau, ví dụ

tách hai khoáng vật thuận nghịch dương: canxit có điện áp tối thiểu 10.920 vôn,

đôlômit – 8.286 vôn Nếu đặt điện áp là 9.000 vôn lên hai điện cực thì chỉ có

đôlômit dịch chuyển sang điện cực âm ở bên phải

Bảng 8 Tính thuận nghịch và điện áp tối thiểu của một số khoáng vật.

Khoáng vật

thuận nghịch

dương

Điện áp tối thiểu,

v

K.v thuận nghịch

Sphalêrit Thạch anh Bôcxit Xmitxônhit Tuôcmalin Caolinit Piôcxen

8.580 8.892 8.580 12.480 7.176 6.708 6.084

Grafit, Asen, Pirit Angtimoan, Bismuyt, Pirôtin, Inmênit, Rutin,Crômit, Limônit, Xidêrit, Barit, Vonframit, Sêêlit, Antraxit, v.v

Bằng thí nghiệm cũng xác nhận, tính thuận nghịch của một khoáng vật có thể thay đổi tuỳ thuộc vào thời gian điện hoá, nhiệt độ nung nóng lại, vật liệu làm

điện cực v.v

Nguyên nhân làm khoáng vật có tính thuận nghịch là hiệu ứng tích điện do

ma sát Những khoáng vật thuận nghịch là khoáng vật nhận được điện tích do ma sát, còn khoáng vật không thuận nghịch, khi ma sát, nó không nhận được hoặc nhận được điện tích rất nhỏ Các khoáng vật thuận nghịch dương, khi ma sát, nó nhận được điện tích dương, tức là khoáng vật có công thoát điện tử nhỏ hơn so với vật liệu mà nó ma sát, còn khoáng vật thuận nghịch âm, khi ma sát, nó nhận được

điện tích

âm, tức là khoáng vật có công thoát điện tử lớn hơn so với vật liệu nó ma sát

2.1.3.6 Chuẩn bị vật liệu trước khi tuyển điện

Hiệu quả quá trình tuyển điện phụ thuộc chủ yếu vào tính chất bề mặt của hạt khoáng Bởi vậy, cần thiết phải gia công bề mặt của hạt trước khi tuyển Các khâu chuẩn bị gồm, sấy, khử bụi, phân cấp theo cỡ hạt, chà sát và tẩy rửa bề mặt, gia công bề mặt bằng thuốc tuyển, siêu âm chiếu tia phóng xạ

+ Sấy

Độ ẩm ảnh hưởng xấu đến quá trình tuyển điện vì nó làm thay đổi tính dẫn

điện tự nhiên của khoáng vật chất nhất là đối với khoáng vật không dẫn điện, làm giảm chất lượng quặng tinh do hạt đất đá bám dính vào các hạt khoáng vật có ích bởi vậy phải sấy vật liệu ở nhiệt độ 80 – 1200

, đạt tới độ ẩm, 0,5 – 1% trước khi

đưa vào tuyển Sấy được thực hiện trong các lò sấy, hay dùng là lò sấy tang quay hoặc lò sấy lớp sôi

+ Khử bụi và phân cấp theo cỡ hạt

Nếu trong vật liệu đem tuyển chứa nhiều hạt mịn nhỏ hơn 30 – 40 à m, chúng dễ bám dính lên các hạt lớn làm thay đổi tính chất bề mặt của nó hoặc bám dính lên điện cực hay các bộ phận của máy tuyển điện có thể gây nên phóng điện tia lửa Bởi vậy, cần thiết phải khử bụi để loại bỏ các hạt min đó trước khi đưa vào tuyển Khi các hạt khoáng có tính dẫn điện xấp xỉ nhau, cần thiết phải phân thành

các cấp hẹp để làm tăng hiệu qủa tuyển

+ Làm sạch bề mặt hạt khoáng

của các hạt mà các quá trình trên lại phụ thuộc nhiều vào tính chất bề mặt của nó Trong thực tế, bề mặt các hạt khoáng thường không được sạch do nhiều nguyên nhân như bị dính bụi, bị phủ bởi màng có thành phần vật chất khác nhau do khoáng vật bị oxy hoá hoặc do các quá trình khác

Để làm sạch bề mặt hạt khoáng khỏi bụi có thể rửa bằng nước, song để làm sạch màng bao phủ do sự oxy hoá phải chà sát và rửa bằng axit Ví dụ: để tách màng chancôpyrit trên bề mặt hạt sphalêrit hay pyrit phải rửa bằng dung dịch axit HF; để tách các màng oxit sắt phải rửa bằng axit HCl hoặc H2SO4

+ Gia công bề mặt hạt khoáng bằng thuốc tuyển

Để làm tăng tính chọn riêng các hạt khoáng khi tuyển điện, trong nhiều trường hợp, phải gia công bề mặt các hạt bằng các chất hữu cơ hoặc vô cơ có hoạt tính bề mặt Cơ chế tác dụng của thuốc lên bề mặt hạt khoáng giống như trong quá trình tuyển nổi, thuốc sẽ hấp phụ chọn lọc hoặc bám dính lên hạt khoáng nào

đó, làm khoáng vật đó trở nên kị nước, giảm sự hấp thụ lên khoáng vật, làm tăng tính dính ướt của hạt do đó làm tăng độ dẫn điện của nó

Thuốc vô cơ có thể tác dụng hoá học với bề mặt của hạt khoáng nào đó để tạo thành hợp chất mới, hợp chất này có thể làm tăng hay giảm tính dính ướt bề mặt, do đó làm tăng hay giảm tính dẫn điện của hạt

Tuỳ thuộc vào vật liệu đưa tuyển mà người ta chọn loại thuốc và chi phí thuốc gia công thích hợp

Ngoài ra, để thay đổi tính dẫn điện của các hạt khoáng có thể dùng cách chiếu tia rơnghen, tử ngoại hoặc nung nóng

2.1.3.7 Máy tuyển điện

2.1.3.7.1 Phân loại máy tuyển điện

Phân loại các máy tuyển điện dựa vào các dấu hiệu sau: đặc tính của điện trường, phương pháp tích điện cho hạt, đặc điểm cấu tạo của máy và các dấu hiệu khác

Theo đặc tính điện trường, phân biệt các loại máy sau:

- Máy tuyển tĩnh điện

- Máy tuyển trong trường phóng điện vầng sáng

- Máy tuyển trong trường vầng sáng – tĩnh điện

Theo đặc điểm cấu tạo của điện cực lắng đọng (vùng làm việc), phân biệt các loại máy: dạng tang trống, dạng tấm, dạng buồng

Ngoài ra, người ta còn dùng máy tuyển dính do ma sát, dựa trên lực hút phân

tử và tích điện do ma sát, trong máy này, tại vùng làm việc không tạo nên điện trường để tuyển vật liệu mịn và phân cấp theo cỡ hạt

2.1.3.7.1.1 Máy tuyển tĩnh điện

Việc phân chia các hạt khoáng trong trường tĩnh điện có thể thực hiện trong

điện trường đồng nhất hoặc điện trường không đồng nhất Việc tích điện cho hạt có thể phối hợp cùng với khâu phân chia hoặc trước khâu phân chia (tích điện sơ bộ)

Máy tuyển tĩnh điện được dùng để phân chia hỗn hợp khoáng vật có tính dẫn điện khác nhau, các khoáng vật nhận được điện tích do ma sát hoặc do các hiệu ứng nhiệt - điện, áp - điện và hỗn hợp khoáng vật có hằng số điện môi khác nhau

1 Máy tuyển tĩnh điện để tuyển các khoáng vật có tính dẫn điện khác nhau

ở các máy này, trường tĩnh điện được tạo nên ở khoảng không gian giữa hai

điện cực, trong đó địên cực đóng vai trò phân tuyển làm bằng kim loại có dạng tang trống hoặc tấm phẳng, đối diện với nó là điện cực dạng mũi nhọn, dây dẫn mảnh hay dạng khác Để đảm bảo an toàn, điện cực tang trống (hay mặt phẳng)

được nối với cực dương (thường nối đất), còn điện cực kia nối với cực âm của nguồn cao áp Vật liệu đem tuyển được đổ trực tiếp lên điện cực làm bằng kim loại tích điện dương Những hạt dẫn điện tốt nhận được điện tích cùng dấu với điện cực

và bị đẩy ra khỏi điện cực, những hạt không dẫn điện khi tiếp xúc với điện cực nó

bị phân cực, đầu tiếp xúc với điện cực, tích điện trái dấu với điện cực nên bị hút chặt vào điện cực và dịch chuyển cùng với điện cực Vật liệu đưa tuyển có tính dẫn

điện càng khác nhau thì quỹ đạo chuyển động của các hạt dẫn điện và không dẫn

điện trong máy càng xa nhau

Để nâng cao hiệu quả tuyển, có thể tích điện sơ bộ cho hạt với dấu điện tích ngược với dấu của điện cực phân tuyển

Máy tuyển tĩnh điện loại này dùng để tuyển nhiều loại khoáng sản có ích như: gia công lại quặng tinh chứa bạc, kẽm, đồng, graphit, để tuyển quặng sắt,

Hiện nay, người ta có xu hướng thay phương pháp này bằng phương pháp hiệu quả hơn như tuyển trong trường vầng sáng, vầng sáng – tĩnh điện

+ Máy tuyển tĩnh điện một tang trống (không giới thiệu)

+ Máy tuyển điện nhiều tang trống dùng trong sản xuất (không giới thiệu) + Máy tuyển điện dạng tấm dùng trong sản xuất (không giới thiệu)

2 Máy tuyển tĩnh điện để tuyển các khoáng vật nhận được điện tích do ma sát

+ Máy tuyển tính điện kiểu tang trống để tuyển vật liệu nhận được điện tích

do ma sát (không giới thiệu ở đây)

+ Máy tuyển tĩnh điện dạng tấm phẳng (không giới thiệu ở đây) để tuyển than

+ Máy tuyển tĩnh điện để tuyển các khoáng vật nhận được điện tích do hiệu ứng nhiệt - điện

Như đã nêu ở trên, có một số khoáng vật khi nung nóng hai đầu của nó xuất hiện điện tích trái dấu (do hiện tượng phân cực), ví dụ như: tuốcmalin, thạch anh Lợi dụng tính chất này có thể tách thạch anh khỏi mica, ziêcôn khỏi graphit, thạch anh khỏi fluorit

3 Máy tuyển tĩnh điện để tuyển các khoáng vật khác nhau về hằng số điện môi

Hằng số điện môi ε là đại lượng vật lý đặc trưng cho chất không dẫn điện (với vật dẫn ε = ∞) Khi đặc, các chất không dẫn điện có hằng số điện môi khác nhau vào trong điện trường không đồng nhất, lực trọng động (F2) tác dụng lên hạt

được biểu thị bằng đẳng thức (10) Khi đó, những hạt có hằng số điện môi lớn hơn hằng số điện môi của môi trường, lực F2 có giá trị dương, hạt sẽ dịch chuyển theo hướng làm tăng cường độ điện trường, những hạt có hằng số điện môi nhỏ hơn hằng số điện môi của môi trường, lực F2 có giá trị âm, hạt dịch chuyển theo hướng giảm cường độ điện trường

Dựa vào đặc tính trên có thể tách các khoáng vật có hằng số điện môi khác nhau ra khỏi nhau bằng cách cho hỗn hợp khoáng vật có hằng số điện môi ε1và ε2 (với điều kiện ε1> ε2) vào trong điện trường không đồng nhất chứa dung môi có hằng số điện môi ε nằm giữa hằng số điện môi của các khoáng vật đem tuyển (ε2 <

ε<ε1), khi đó, dưới tác dụng của lực điện trường, những hạt có hằng số điện môi ε1lớn hơn hằng số điện môi của môi trường sẽ bị đẩy về vùng điện trường mạnh, còn những hạt có hằng số điện môi ε2 nhỏ hơn hằng số điện môi của môi trường sẽ bị

đẩy về vùng điện trường yếu Quá trình phân chia này giống như tuyển trong môi trường nặng

Chất điện môi dùng làm môi trường phải có các yêu cầu sau: không dẫn

điện, không độc, không tác dụng hoá học và khoáng vật đem tuyển, dễ tái sinh và

rẻ

Các cặp chất điện môi được dùng để pha trộn cho ở bảng 9

Bảng 9 Cặp chất điện môi

Chất điện môi I Hằng số d.m Chất điện môi II Hằng số d m

( ' ")

"

' '

V V

V V +

+ ε

= ε

ở đây: ε’

, ε” hằng số điện môi của các chất trong hỗn hợp;

V’, V” thể tích của các chất điện môi trong hỗn hợp;

2.1.3.7.1.2 Máy tuyển điện vầng sáng

Đặc trưng chung của các mày tuyển điện vầng sáng là nó gồm điện cực vầng

sáng, làm bằng dây dẫn mảnh, nối với cực âm của nguồn điện cao và điện cực lắng đọng làm bằng kim loại có dạng hình trụ hay mặt phẳng, bề mặt của nó có thể đột lỗ hay không đột lỗ, được nối với cực dương (thường nối đất) Khi máy làm việc xảy ra hiện tượng phóng điện vầng sáng, làm ion hoá các phân tử khí, các ion

âm của khí sẽ tích điện cho hạt quặng đưa vào tuyển

Máy tuyển điện vầng sáng được dùng để tuyển các khoáng vật có tính dẫn

điện khác nhau, để khử bụi, phân cấp và được dùng vào nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: sơn, làm giấy nhám, hun nóng thực phẩm

Máy tuyển điện vầng sáng hình tang trống (hình 12)

Máy này dùng để tuyển vật liệu dạng hạt khác nhau về tính dẫn điện

Máy gồm có điện cực lắng đọng dạng tang trống rỗng 2 bằng kim loại với

đường kính 300 – 400mm, đối diện với nói là điện cực vầng sáng 3 làm bằng nhiều dây dẫn mảnh gắn trên sứ cách điện 4, thùng chứa sản phẩm 8, chổi gạt 5, tấm chắn 6 Điện cực vầng sáng 3 nối với cực âm của thiết bị cao áp, còn tất cả tang trống, bun ke, bệ máy được nối đất

8 7 6 5

4

1

2 3

1800 1340

M10x 1,5x15 M10x12

Hình 12 Máy tuyển điện vầng sáng hình tang trống

1 Tang cấp liệu; 2 Điện cực lắng; 3 Điện cực vầng sáng; 4 Thiết bị cách điện; 5 Chổi gạt; 6 Tấm chắn; 7 Phễu gom than (SPdẫn điện); 8 Phễu gom tro (SP

không dẫn điện)

Khi máy làm việc, xảy ra hiện tượng phóng điện vầng sáng và khoảng không gian giữa hai điện cực chứa các ion âm của không khí

Vật liệu đem tuyển từ bun ke được đưa vào không gian giữa hai điện cực, tại

đây tất cả các hạt do bị ion âm của không khí hấp thụ, trở nên tích điện âm và chạy về điện cực lắng đọng, tốc độ phóng điện phụ thuộc vào tổng điện trở của hạt

và điện trở tiếp xúc Những hạt dẫn điện phóng điện nhanh hơn so với hạt không dẫn điện và bị đẩy vào thùng 7, hạt không dẫn điện bám chặt vào bề mặt của tang