Tính toán, mô phỏng điện trường nhằm nâng cao hiệu quả của thiết bị phân tách tĩnh điện

Tổng quan về các công nghệ phân tách trong công nghiệp tuyển khoáng, các công nghệ ứng dụng kĩ thuật điện cao áp trong phân tách các phần tử 1.2.1 Các công nghệ trong tuyển khoáng Khoán

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Trần Việt Sơn

TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG ĐIỆN TRƯỜNG NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA THIẾT BỊ PHÂN TÁCH TĨNH ĐIỆN

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS LÃ MINH KHÁNH

Hà Nội - 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các nghiên cứu và kết quả được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào trước đây

Tác giả luận văn

Trần Việt Sơn

LỜI CẢM ƠN

ạn bè, đồng nghiệ

Minh Khánh, người đã tận tâm hướng dẫn, hết lòng giúp đỡ, chỉ bảo, động viên tôi

trong gần hai năm qua, kể từ khi bắt đầu khóa học cho tới lúc hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn NCS Đinh Quốc Trí, người hướng dẫn thứ hai của

tôi, đã giúp đỡ, chỉ bảo tận tình cho tôi trong những lúc tiến hành thực nghiệm tại phòng thí nghiệm Cao áp và Vật liệu, Bộ môn Hệ thống điện

Xin cảm ơn tập thể các thầy cô giáo Bộ môn Hệ thống điện, Đại học Bách Khoa

Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn Xin chúc các thầy, các cô và gia đình luôn mạnh khỏe, hạnh phúc,

để có thể đào tạo thêm cho đất nước nhiều tài năng khoa học mới

Xin chân thành cảm ơn!

Tác giả luận văn

1.1 Tổng quan về trữ lượng và tình hình khai thác Titan tại Việt Nam 5

1.2 Tổng quan về các công nghệ phân tách trong công nghiệp tuyển

khoáng, các công nghệ ứng dụng kĩ thuật điện cao áp trong phân tách các

1.2.2 Các công nghệ ứng dụng kĩ thuật điện cao áp trong phân tách các

1.4 Giới thiệu mô hình thiết bị ứng dụng công nghệ máng nghiêng 19

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG, NGHIÊN CỨU CÁC YẾU

TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG PHÂN TÁCH CÁC HẠT SA

2.2 Ảnh hưởng của cấu trúc thiết bị và trọng lực đến quỹ đạo bay của

2.3 Mô phỏng, đánh giá ảnh hưởng của điện trường trong thiết bị đến quỹ

2.3.1 Xây dựng phương trình quỹ đạo bay của hạt Ilmenite và Zircon

2.3.2 Sử dụng chương trình Comsol Multiphysics mô phỏng điện

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA

3.1.1 Đo khối lượng, kích thước hạt sa khoáng sẽ đưa vào phân tách 51

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Đánh giá ưu nhược điểm của các công nghệ áp dụng kỹ thuật

Bảng 2.1 Đặc tính của một số hạt khoáng chất được phân tách

Bảng 3.1 Tỷ lệ phân bố hạt của các khay khi góc nghiêng α= 550, điện áp

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Ilmenite dạng sa khoáng sau khi đã làm giàu

Hình 1.2 Zircon dạng sa khoáng sau khi đã làm giàu

Hình 1.3 Quy trình xử lý quặng khoáng chất trong công nghiệp sử dụng

kĩ thuật điện cao áp Hình 1.4 Mô hình, nguyên lý làm việc ứng dụng công nghệ thiết bị sử

Hình 1.5 Mô hình, nguyên lý làm việc ứng dụng công nghệ kiểu trục

quay hình trụ Hình 1.6 Thiết bị phân tách sa khoáng sử dụng công nghệ máng nghiêng Hình 1.7 Mô hình thiết bị ứng dụng công nghệ máng nghiêng

tại Bộ môn Hệ thống điện, Đại học Bách Khoa Hà Nội

Hình 2.1 Điện tích của thành phần Ilmenite trong sa khoáng khi chuyển

động trong điện trường và tính toán theo lý thuyết

Hình 2.2 Ảnh hưởng của cường độ điện trường đến khả năng tích điện

của Ilmenite và Zircon Hình 2.3 Hệ tọa độ tính toán trong trường hợp chỉ có lực trọng trường

tác động đến chuyển động của hạt Hình 2.4 Quỹ đạo bay của các hạt dưới tác dụng của trọng lực

Hình 2.5 Quỹ đạo bay của các hạt Ilmenite và Zircon dưới tác dụng của

trọng lực và lực điện trường

Hình 2.6 Giao diện sử dụng chương trình Comsol Multiphysics 4.3 Hình 2.7 Thay đổi của phân bố điện trường khi góc nghiêng α thay đổi Hình 2.8 Thay đổi của phân bố điện trường khi điện áp thay đổi

Hình 2.9 Thay đổi của phân bố điện trường khi hình dạng điện cực âm

thay đổi

Hình 3.1 Quy trình phân tách các hạt Ilmanite và Zircon

Hình 3.2 Tỷ lệ phân bố kích thước hạt khoáng sản

Hình 3.3 Biểu đồ phân bố các hạt sa khoáng với α= 550, U= ±20 kV Hình 3.4 Biểu đồ phân bố các hạt sa khoáng với α= 570, U= ±20 kV Hình 3.5 Biểu đồ phân bố các hạt sa khoáng với α= 600, U= ±20 kV Hình 3.6 Biểu đồ phân bố các hạt sa khoáng với α= 550, U= ±25 kV Hình 3.7 Biểu đồ phân bố các hạt sa khoáng với α= 570, U= ±25kV Hình 3.8 Biểu đồ phân bố các hạt sa khoáng với α= 600, U= ±25 kV Hình 3.9 Biểu đồ phân bố các hạt sa khoáng với α= 550, U= ±30 kV Hình 3.10 Biểu đồ phân bố các hạt sa khoáng với α= 570, U= ±30kV Hình 3.11 Biểu đồ phân bố các hạt sa khoáng với α= 600, U= ±30 kV

ăn việc làm và cải thiện cơ sở hạ tầng; và vì vậy công nghiệp khai thác khoáng sản

có sức ảnh hưởng to lớn đến đời sống kinh tế - xã hội, ở Việt Nam, ngành khai khoáng là ngành kinh tế mũi nhọn, chiếm tỷ trọng GDP lớn Tỷ lệ xuất khẩu khoáng sản ở Việt Nam tương đối cao Tính riêng 7 tháng đầu năm 2013, xuất khẩu quặng

và khoáng sản tăng trưởng cả về lượng và trị giá so với cùng kỳ năm trước, tăng lần lượt 100,86% và tăng 3,11% tương đương với 1,4 triệu tấn, trị giá 140,5 triệu USD Trong ngành công nghiệp khai khoáng tại Việt Nam, khai khoáng Titan đóng một vai trò không hề nhỏ; trên cơ sở đánh giá chung, Việt Nam có nguồn tài nguyên

sa khoáng Titan đáng kể, với trữ lượng lớn và chất lượng tốt, chiếm 6% sản lượng nguyên liệu Titan toàn cầu năm 2012, Việt Nam đang giữ vị trí quan trọng trong nhóm quốc gia cung cấp nguyên liệu thô Titan cho thị trường thế giới 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 Với vai trò quan trọng như vậy, đối với Titan Thủ tướng Chính phủ cũng đã có chỉ thị số 02/CT-TTg, trong đó nêu rõ từ 1/7/2012

“không cho phép xuất khẩu quặng Titan (thô) chưa qua chế biến dưới mọi hình thức” Do đó hiện nay việc ứng dụng công nghệ để nâng cao chất lượng khoáng sản

xuất khẩu là bắt buộc và hết sức cần thiết

Trên Thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, 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

2

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 Các hướng nghiên cứu này giúp Việt Nam có thể làm chủ được công nghệ, tự mình sản xuất và tối ưu thông số thiết bị Từ đó có thể có hướng phát triển riêng phù hợp nhất với điều kiện kinh tế kỹ thuật của Việt Nam Nhằm mục đích đó, đề tài tập trung vào việc tính toán thiết kế và chế tạo sản phẩm ứng dụng công nghệ này trong ngành khai khoáng, đặc biệt là khai thác và làm giàu sản phẩm

từ quặng Titan

Mục đích nghiên cứu của luận văn

Nghiên cứu, đánh giá những thông số ảnh hưởng chính tới mô hình thiết bị phân tách tĩnh điện, đưa ra cấu hình thiết kế nhằm nâng cao hiệu quả của thiết bị phân tách sử dụng công nghệ điện cao áp tĩnh điện

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu các công nghệ phân tách, tuyển quặng phổ biến trên thế giới hiện nay, nghiên cứu, đánh giá các công nghệ phân tách các phân tử có tính điện dẫn khác nhau bằng kỹ thuật điện cao áp tĩnh điện, lựa chọn công nghệ sẽ sử dụng phục

vụ nghiên cứu trong phạm vi luận văn

Tính toán, mô phỏng điện trường đối với mô hình công nghệ phân tách được lựa chọn nghiên cứu

Ứng dụng thử nghiệm để tuyển hai loại khoáng sản chính là Ilmenite và Zircon từ các mỏ sa khoáng của Việt Nam, sử dụng mô hình thử nghiệm tại phòng

thí nghiệm Cao áp và vật liệu, Bộ môn Hệ thống điện, Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả phân tách của mô hình nghiên cứu dựa trên cơ sở kết quả tính toán mô phỏng và thực nghiệm

Đề xuất cấu hình thiết kế cho thiết bị phân tách tĩnh điện sản xuất trong tương lai tại Việt Nam

3

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu :

Tham khảo các kết quả nghiên cứu thông qua tài liệu, tạp chí, sách, bằng sáng chế,… liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu Từ đó phân tích, đánh giá, lựa chọn công nghệ phù hợp

Cập nhật, hệ thống hóa hiện trạng khoa học và công nghệ cũng như tổng quan các phương pháp tuyển và làm giàu khoáng sản trong và ngoài nước Phân tích

ưu nhược điểm của từng phương pháp

Xác định các đặc tính của các loại sa khoáng như trọng lượng riêng, trị số điện dẫn,… để tính toán tăng khả năng tuyển và làm giàu của công nghệ này

Thử nghiệm và đánh giá hiệu quả công nghệ về các khía cạnh kỹ thuật, kinh

tế và môi trường

Các nghiên cứu được thực hiện trong luận văn trên cơ sở phương pháp mô phỏng lý thuyết cho mô hình thiết bị cụ thể nhằm đánh giá các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng tới kết quả vận hành thiết bị Bên cạnh đó luận văn áp dụng các thực nghiệm thực tế đối với các mẫu sa khoáng đã thu thập từ mỏ khoáng Titan Cẩm Hòa, Cẩm Xuyên, Hà Tĩnh Các kết quả được thống kê và sử dụng để xây dựng các quan hệ và đặc tính làm việc tương ứng

Phần tổng quan lý thuyết trong luận văn áp dụng phương pháp điều tra, hồi cứu nhằm đề xuất mô hình thiết bị phù hợp

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài này được tiến hành từ nhu cầu thực tế trong việc sản xuất các thiết bị phân tách tĩnh điện phù hợp với điều kiện Việt Nam và hướng tới tối ưu, nâng cao hiệu quả phân tách, tuyển quặng của các thiết bị này Đề tài được thực hiện sẽ là bước đầu cho các nghiên cứu đưa ra các thông số chỉ báo, khuyến cáo đối với công tác thiết kế, chế tạo các thiết bị phân tách tại Việt Nam trong tương lai nhằm giảm giá thành sản xuất, cũng như nâng cao năng suất của công cụ, điều này cũng giúp ích cho công tác bảo vệ môi trường, và khai thác một cách hợp lý nguồn tài nguyên khoáng sản trong nước

4

Nội dung nghiên cứu

Nhằm đạt được mục đích nghiên cứu trên, các nội dung sau đã được thực hiện trong luận văn:

5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ

1.1 Tổng quan về trữ lượng và tình hình khai thác Titan tại Việt Nam

1.1.1 Trữ lượng Titan tại Việt Nam

Titan và các hợp chất Titan được sử dụng nhiều trong nền kinh tế quốc dân Trên cơ sở đánh giá chung, 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

Nếu so sánh về mặt tiềm năng tài nguyên thì trữ lượng IlmenitE-Zircon của Việt Nam chiếm khoảng 5% trữ lượng của toàn thế giới Hàm lượng các khoáng vật

có ích trong quặng Titan Việt Nam là: Ilmenit 20 ÷ 200 kg/m3

, zircon 20 ÷ 50 kg/m3, rutil 5 ÷ 10 kg/m3 và một lượng đáng kể monazit Thành phần khoáng vật quặng trong sa khoáng Titan ven biển chủ yếu là Ilmenit, zircon, rutil, anataz, lecoxen, monazit, manhetit khoáng vật không quặng chủ yếu là cát thạch anh Ở phần lớn các mỏ, quặng Titan chủ yếu (trên 80%) là ở dạng hạt mịn (0,05 ‚ 0,15 mm) Tổng trữ lượng zircon đi kèm quặng Titan ước tính khoảng 0,5 triệu tấn[4]

Ở nước ta hiện nay đã phát hiện được 66 tụ khoáng và điểm quặng Titan Quặng giàu mới chỉ phát hiện được ở tụ khoáng Cây Châm và điểm quặng Nà Hoe

Tụ khoáng Cây Châm nằm ở huyện Phú Lương, cách Thái Nguyên 20 km, được phát hiện từ năm 1963 Quặng tại đây được phân thành ba loại là bậc cao, bậc trung bình và bậc thấp theo hàm lượng Ilmenit Quặng bậc cao có thành phần như sau:

TiO2 = 15 ÷ 30%; FeO = 23,25%; Fe2O3 = 2,89%; V2O5 = 0,12 ÷ 0,25%; SiO2 = 16,7%; Al2O3 = 3,8%; MgO = 0,26%; CaO = 1,18%; Cr2O3 = 0,045%

Dự đoán trữ lượng của tụ khoáng này là 4,83 triệu tấn Ilmenit Số còn lại đánh giá sơ bộ dự báo khoảng 15 triệu tấn Ilmenit

6

Titan sa khoáng trong lục địa mới chỉ phát hiện được vài điểm Ở Cổ Lãm đánh giá được trữ lượng là 0,36 triệu tấn Ilmenit Ở các tụ khoáng Sơn Đầu, Quảng Đàm được đánh giá khoảng 2-3 triệu tấn

Titan sa khoáng ven biển là nguồn cung cấp Titan chủ yếu Các tụ khoáng có giá trị công nghiệp tập trung chủ yếu ở Trung Bộ từ Thanh Hóa đến Bình Thuận Chúng tập trung ở các khu vực sau:

- Vùng duyên hải Đông bắc Bắc bộ, có tổng trữ lượng khoảng 90 ngàn tấn (tính theo trữ lượng TiO2)

- Vùng ven biển Hải phòng - Thái Bình - Nam Định: ở vùng này khoáng vật chủ yếu là Ilmenit, ngoài ra còn có zircon, rutil, monazit Dự báo có khoảng 11 ngàn tấn Ilmenit, 3 ngàn tấn zircon

- Vùng ven biển Thanh Hóa: các mỏ sa khoáng tại khu vực này đều có quy

mô nhỏ, song hàm lượng tương đối giàu

- Vùng ven biển Nghệ An - Hà Tĩnh: đây là vùng có tiềm năng đối với quặng

sa khoáng Titan Ở vùng này hàm lượng Ilmenit thay đổi từ 20‚147 kg/m3 Tổng trữ lượng vùng này được đánh giá là khoảng hơn 5 triệu tấn Ilmenit và 322 ngàn tấn zircon

- Vùng ven biển Quảng Bình-Quảng Trị: Trữ lượng Ilmenit ở vùng này khoảng 348,7 ngàn tấn Tài nguyên cấp P1 tính cho Ilmenit là 46,2 ngàn tấn

- Vùng ven biển Thừa Thiên - Huế : Trữ lượng và tài nguyên là 2.436 ngàn tấn Ilmenit, 510 ngàn tấn zircon, trên 3 ngàn tấn monazit Thành phần tinh quặng đã sản xuất và tiêu thụ:

TiO2 : min 52,5%; FeO : 28 - 29%; Fe2O3 : 12,8%;

Rutil : TiO2 80 - 90%;

Zircon : ZrO2 55 - 59%;

- Vùng ven biển Bình Định - Phú Yên - Khánh Hoà:

Tại khu vực này hàm lượng Ilmenit thông thường đạt trên 40 kg/m3, cá biệt đến gần 200 kg/m3

- Vùng ven biển Ninh Thuận - Bình Thuận :

Theo thông báo mới nhất của Tổng Công ty Khoáng sản Việt Nam, tổng trữ lượng Ilmenit tại Bình Thuận là 6 triệu tấn, trong đó trữ lượng có khả năng khai thác là 2 triệu tấn Đặc điểm của vùng này là sa khoáng tập trung, còn tương đối nguyên vẹn với hàm lượng zircon trong quặng cao[3]

1.1.2 Thực trạng khai thác và sản xuất

Trước đây, quặng Titan được tận thu từ các xí nghiệp sản xuất thiếc như là một sản phẩm phụ cộng sinh, tập trung ở các xí nghiệp thiếc Tĩnh Túc (Cao Bằng), Sơn Dương (Tuyên Quang) Những năm 1978-1984, sản lượng tinh quặng Ilmenit đạt khoảng 500-600 tấn/năm với hàm lượng 46-48% TiO2

Trước năm 1990, ở nước ta chưa hình thành ngành khai thác và chế biến sa khoáng Titan Có một số địa phương khai thác thủ công quặng giàu (khoảng 85% khoáng vật nặng) để cung cấp cho nhu cầu sản xuất que hàn trong nước Từ năm

1991 trở lại đây, Ilmenit cùng với các sản phẩm đi kèm khác như zircon, rutil được khai thác từ sa khoáng với sản lượng ngày càng tăng, từ 2000 tấn (năm 1987) lên đến 150.000 tấn (năm 2000), cùng với 10.000 tấn zircon/ năm Tinh quặng Titan chủ yếu được xuất khẩu

Khu mỏ Hà Tĩnh hiện nay đang khai thác quặng Titan với công suất 100.000 tấn/năm Vùng mỏ Bình Định khai thác với công suất 50.000 tấn/năm Vùng Bình Thuận khai thác với tổng sản lượng 30.000 tấn/năm Các vùng khác như Thừa Thiên - Huế, Phú Yên đang khai thác với quy mô công nghiệp, sản lượng khai thác

là 30.000 tấn/năm

Từ năm 1990 Thừa Thiên-Huế, Hà Tĩnh, Bình Thuận cũng bắt đầu khai thác chế biến để cung cấp quặng tinh cho sản xuất que hàn trong nước và xuất khẩu

8

Tỉnh Bình Thuận hiện đang xây dựng các nhà máy để sản xuất hai loại sản phẩm chính đi từ quặng Titan là bột màu Titan dyoxit TiO2 và bột zircon siêu mịn Các sản phẩm đồng hành như rutil nhân tạo, TiCl4, có thể sẽ được sản xuất tuỳ theo yêu cầu kinh doanh vì cùng nằm trong dây chuyền công nghệ Dự kiến, nhà máy sản xuất TiO2 bằng phương pháp clo hóa sẽ đạt công suất 5.000 tấn TiO2/năm vào năm 2005 và đạt công suất thiết kế là 10.000 tấn TiO2 /năm vào năm 2010, sau năm 2010 sẽ nâng công suất lên 20.000 tấn/năm Đồng thời, nhà máy sản xuất bột zircon siêu mịn sẽ đạt công suất giai đoạn đầu là 5.000 tấn/năm, đến năm 2010 có thể nâng công suất lên 10.000 tấn/năm

Thủ tướng Chính phủ cũng vừa có chỉ thị số 02/CT-TTg, trong đó nêu rõ từ

1/7/2012 “không cho phép xuất khẩu quặng Titan (thô) chưa qua chế biến dưới mọi hình thức” Do đó hiện nay việc ứng dụng công nghệ để nâng cao chất lượng

khoáng sản xuất khẩu là bắt buộc và hết sức cần thiết

1.2 Tổng quan về các công nghệ phân tách trong công nghiệp tuyển khoáng, các công nghệ ứng dụng kĩ thuật điện cao áp trong phân tách các phần tử 1.2.1 Các công nghệ trong tuyển khoáng

Khoáng vật (mineral) nói chung hay sa khoáng (mineral sand) nói riêng là các hợp chất tự nhiên đã được hình thành trong các quá trình địa chất Thuật ngữ

"khoáng vật" bao hàm cả thành phần hóa học của vật liệu lẫn cấu trúc khoáng vật Các khoáng vật có thành phần hóa học thay đổi từ dạng các nguyên tố hóa học tinh khiết và các muối đơn giản tới các dạng phức tạp như các silicat với hàng nghìn dạng đã biết

Để được phân loại như là khoáng vật "thật sự", một vật chất cần phải tồn tại

ở dạng rắn và có cấu trúc kết tinh Nó cũng cần phải là vật chất có trong tự nhiên, thuần nhất và có thành phần hóa học xác định trước Các định nghĩa truyền thống như Khoáng vật là chất khoáng vô cơ, tồn tại ở dạng rắn ở nhiệt độ thường và là thành phần cấu tạo nên các loại đá trong lớp vỏ Trái Đất đã loại bỏ các vật liệu có nguồn gốc hữu cơ

9

Một khoáng vật là chất rắn kết tinh nguồn gốc tự nhiên với thành phần hóa học xác định, trong khi cát (sand) và đá (rock) là tổ hợp của một hay nhiều khoáng vật Trong đá có thể có cả các phần còn lại của các chất hữu cơ cũng như các dạng á khoáng vật Một số loại cát hoặc đá chủ yếu bao gồm chỉ một loại khoáng vật Ví

dụ, đá vôi là một dạng đá trầm tích bao gồm gần như toàn bộ là khoáng vật canxit Các loại đá khác có thể bao gồm nhiều khoáng vật và các loại khoáng vật cụ thể trong một loại đá nào đó có thể khác nhau rất nhiều Một số khoáng vật, như thạch anh, mica hay fenspat là phổ biến, trong khi các khoáng vật khác có khi chỉ tìm thấy

ở một vài khu vực nhất định Phần lớn các loại đá và cát trên lớp vỏ Trái Đất được tạo ra từ thạch anh, fenspat, mica, clorit, cao lanh, canxit, epidot, olivin, ogit, hocblen, manhêtit, hematit, limonit và một vài khoáng vật khác Trên một nửa các loại khoáng vật đã biết là hiếm đến mức chúng chỉ có thể tìm thấy ở dạng một nhúm mẫu vật, và nhiều trong số đó chỉ được biết tới từ 1 hay 2 hạt nhỏ

Các loại khoáng vật và đá có giá trị thương mại được gọi chung là các khoáng sản Các loại đá mà từ đó các khoáng vật được khai thác cho mục đích kinh

tế được coi là các loại quặng, trong khi các loại đá và khoáng vật còn lại sau khi đã tách rời khoáng vật mong muốn riêng ra từ quặng, được gọi là đá thải và quặng đuôi

Hình 1.1 Ilmenite dạng sa khoáng sau khi đã làm giàu

10

Hinh 1.2 Zircon dạng sa khoáng sau khi đã làm giàu

Các công nghệ mới được nghiên cứu gần đây chủ yếu tập trung vào quá trình phân tách vật lý như: ứng dụng của hệ thống phân tách tĩnh điện nhiều tầng, ứng dụng trống từ phủ gốm Một số công nghệ đem tới khả năng tận thu được tới 97% lượng kim loại quý như đồng, vàng, bạc trong các bảng mạch điện tử sau khi đã được nghiền nhỏ Trong đó kỹ thuật ứng dụng công nghệ cao áp tĩnh điện tỏ ra có nhiều ưu điểm và nhận được nhiều quan tâm do các ưu thế vượt trội về hiệu suất vận hành cũng như khả năng linh hoạt trong thiết kế và chế tạo thiết bị

Nhằm mục đích làm giàu khoáng chất, các công nghệ sau được áp dụng trong kỹ nghệ tuyển khoáng:

- Công nghệ tuyển từ (magnetic separation) đối với các loại quặng sắt có khả năng nhiễm từ;

- Công nghệ tách sử dụng nhiệt (thermal extraction) đối với một số khoáng chất dễ bay hơi;

- Công nghệ phân tách khoáng sử dụng kỹ thuật cao áp tĩnh điện (electrostatic beneficiation);

- Công nghệ phân tách khoáng sử dụng kỹ thuật tuyển nổi hoặc sàng lọc bằng rung lắc vật lý (vibration/floatation);

- Công nghệ phân tách sử dụng kỹ thuật điện phân

Tại các mỏ khoáng chất công nghiệp, có thể dễ dàng phân tách một loại hạt khoáng chất thuần ra khỏi các thành phần còn lại, hoặc phân tách hai tập hợp khoáng chất có trong sa khoáng ra khỏi nhau Quá trình phân tách này có thể được

mô tả bởi quy trình như hình 1.3

Hình 1.3 Quy trình xử lý quặng khoáng chất trong công nghiệp

sử dụng kĩ thuật điện cao áp

Quặng nguyên khai hoặc sa khoáng

Máy đập hàm

12

Bước đầu, vật liệu phân tách được sàng thông qua hệ thống các lưới lọc nhằm mục đích phân loại theo kích thước hạt Tùy theo yêu cầu hoặc lựa chọn kỹ thuật của công nghệ, các vật liệu quặng khoáng chất ban đầu với kích thước khác nhau có thể được đưa qua hệ thống nghiền nhỏ, sau đó lại được sàng lọc vật lý lại

để có được các hạt khoáng chất với kích cỡ đều nhau

Bước tiếp theo là phân loại các hạt khoáng chất bởi một quá trình còn được gọi là "thu hoạch bằng tĩnh điện (electrostatic beneficiation)" Trong đó các hạt khoáng chất được nhiễm điện bởi điện trường tĩnh, sau đó được đưa qua môi trường của một điện trường có thể điều chỉnh được

Thiết bị tuyển khoáng với công nghệ cao áp tĩnh điện làm việc trên cơ sở các loại khoáng chất khác nhau có đặc tính nhiễm điện không giống nhau, có nghĩa là chúng sẽ mang các lượng điện tích khác nhau tùy theo mỗi thành phần cấu tạo, vì thế sẽ chịu ảnh hưởng khác nhau của điện trường tĩnh điện được tạo ra trong môi trường của thiết bị Sau công đoạn nghiền nhỏ, các hạt khoáng chất chuyển động được đưa qua máy phân tách tĩnh điện, với vài lần phân tách, chất lượng từng thành phần đầu ra sẽ được nâng lên rõ rệt Ở đây không có sự thay đổi về hóa học hay kích thước vật lý của sản phẩm, thiết bị chỉ đơn thuần phân loại các khoáng chất

Đa số thiết bị phân tách cao áp tĩnh điện sử dụng phương pháp thả rơi tự do các hạt khoáng chất qua môi trường điện trường; tuy nhiên một số công nghệ sử dụng phương pháp đẩy trượt hạt khoáng trên máng nghiêng nhằm lợi dụng ma sát với máng; một số công nghệ khác đẩy hạt khoáng qua một trống quay chuyển động tròn, khi đó những chủng loại khoáng chất nhiễm điện thích hợp sẽ dính vào bề mặt trống quay Như vậy một thiết bị phân tách tĩnh điện phân loại hạt khoáng trên cơ

sở của đặc tính nhiễm điện của hạt, kèm theo một số yếu tố khác như mật độ bám dính của hạt, lực gia tốc trọng trường của hạt hay lực ly tâm tạo ra bởi thiết bị Các yếu tố này có thể điều chỉnh được nhằm nâng cao hiệu suất làm việc của thiết bị

Có thể thấy đối với các dạng khoáng sản Titan, 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,

13

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:

- Có trọng lượng nhẹ hơn, ổn định về nhiệt giúp tăng hiệu suất khai thác khoáng chất;

- 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

Trong công nghệ cao áp tĩnh điện, các kỹ thuật áp dụng trong các thiết bị cũng đang được phát triển theo các hướng khác nhau, do đó việc lựa chọn kỹ thuật phù hợp với điều kiện Việt Nam, hướng tới làm chủ công nghệ, nắm được các kỹ thuật tiên tiến hiện nay là rất cần thiết Hiện nay, trên thế giới có một số sản phẩm phổ biến ứng dụng kỹ thuật cao áp tĩnh điện như sau:

a Thiết bị phân tách sử dụng các điện cực phẳng

Nguyên lý hoạt động của kiểu thiết bị này kết hợp tách các phần tử dựa vào trọng lượng riêng của chúng khi rơi tự do trong môi trường thiết bị và khác biệt lớn

về khả năng tích điện của các phần tử Hình 1.4 thể hiện mô hình chế tạo của thiết

bị do công ty Plas-Sep Ltd, Ontario (Canada) sản xuất

14

HV (-)

0

2 2

3

Hình 1.4 Mô hình, nguyên lý làm việc ứng dụng công nghệ thiết bị sử dụng

hai điện cực phẳng

1- Phễu cấp liệu; 2 - Điện cực; 3 - Khay thu hồi sản phẩm;

Các phần tử điện dẫn; Các phần tử điện môi

Kiểu thiết bị này sẽ phát huy hiệu quả cao nhất khi ứng dụng phân tách các loại hạt là các phần tử tích điện có sự khác biệt lớn về trị số điện dẫn Tuy nhiên công nghệ này cũng đòi hỏi thiết bị có kích thước lớn, vận hành tạo tiếng ồn, tiêu thụ nhiều điện năng và phức tạp trong các thao tác

b Thiết bị phân tách sử dụng công nghệ kiểu trục quay hình trụ

Một trong các sản phẩm ứng dụng công nghệ kỹ thuật điện cao áp để phân tách các phần tử có tính dẫn điện khác nhau cần phải kể đến là thiết bị phân tách với điện cực kiểu trục quay hình trụ (hay còn gọi là kiểu trống quay - rotating drum electrode) đang được chế tạo bởi công ty StarTrace Private Ltd (Ấn Độ)

Mô tả cấu tạo của loại thiết bị này được mô tả như trên hình 1.5, trong đó các hạt thành phần của chất thải điện tử hoặc sa khoáng cần phân tách sẽ rơi từ phễu cấp rung (hopper) xuống một máng nghiêng (feeder) và chuyển động xuống phía dưới nhờ tác động của hệ thống rung

15

Hình 1.5 Mô hình, nguyên lý làm việc ứng dụng công nghệ kiểu trục quay hình trụ Với : Supply tray: Bộ phận cấp liệu bao gồm Băng chuyền, bộ rung, phễu và khay tiếp liệu; Electrodes: Điện cực (dạng mái che) ; Rotating drum electrodes: Điện cực dạng dạng trống quay; Grounding: Hệ thống nối đất; Scraper: Chổi quét; Separation and recovery container: Hệ thống các khay thu hồi sản phẩm;

Ký hiệu : Các phần tử tích điện dương; Các phần tử điện âm;

Khi vào đến bên trong thiết bị, các phần tử cần phân tách sẽ chuyển động trong điện trường tạo bởi cực phía trên (Induction Electrode) nối với nguồn cấp điện

áp cao áp (10-100kV) và điện cực tĩnh điện phía dưới có hình trụ (Electrostatic Drum - tang trống)

Trong mô hình thiết bị này, điện cực hình trụ (trống quay) được nối đất và nối với động cơ có thể điều chỉnh tốc độ quay Dưới tác dụng của điện trường các phần tử cần phân tách sau các công đoạn cắt nghiền và sàng thô, qua hệ thống tiếp liệu đi vào điện trường sẽ được tích điện tùy theo điện dẫn của chúng

Các phần tử trong thành phần sa khoáng Titan được xếp vào loại điện dẫn (Ilmenite, Rutile, Pirit) sẽ tích điện nhanh chóng và bay ra xa điện cực hình trụ Các

16

thành phần còn lại thuộc loại điện môi (Zircon, Thạch anh) sẽ cuốn theo trục quay sau đó rơi vào máng thu nhờ có điện cực có tác dụng trung hòa (Neutralizing Electrode)

Thiết bị trên thường được sử dụng để tách các phần tử tích điện có kích thước trung bình từ 75 μm đến 250 μm Cụ thể, loại thiết bị này có thể được sử dụng hiệu quả đối với việc phân tách riêng các loại phần tử tích điện trong sa khoáng Ngoài ra khi ứng dụng vào thực tế, để tăng hiệu quả phân tách các phần tử kim loại và phi kim này người ta thường dùng thiết bị gồm nhiều tầng ghép nối tiếp với nhau

c Thiết bị phân tách kiểu máng nghiêng

Khác với các loại thiết bị ứng dụng các công nghệ đã trình bày ở trên, thiết bị loại này không sử dụng trục quay hoặc các điện cực phẳng trong công nghệ Bản thân các phần tử khi chuyển dịch trên máng nghiêng sẽ tích điện do ma sát với máng, các hạt này sau đó chuyển dịch trong điện trường được tạo ra bởi thiết bị phân tách

Dưới tác động của điện trường tĩnh điện, các hạt sẽ bay theo các quỹ đạo khác nhau tuỳ theo đặc tính nhiễm điện và phân bố theo các khay thu hồi Ưu điểm của loại thiết bị kiểu này là không có cấu trúc quay nên tiết kiệm năng lượng tiêu thụ và chi phí do phải thay thế vòng bi sau thời gian vận hành Khi thao tác, thiết bị cho phép điều chỉnh các thông số vận hành linh hoạt nhằm phù hợp với mỗi loại phần tử cần phân tách Mô hình thiết bị được trình bày trên hình 1.6

17

Hình 1.6 Thiết bị phân tách sa khoáng sử dụng công nghệ máng nghiêng

Sử dụng công nghệ phân tách này, hiệu suất cao nhất của các thiết bị có thể đạt đến 99,5% [11] khi tuyển các phần tử là các hạt tích điện có kích thước trung bình

từ khoảng 50 μm đến 3 cm

Các mô hình thiết bị trên đã được nghiên cứu cải tiến liên tục nhằm tăng hiệu suất của chúng Nhằm tối ưu hoá hiệu suất hoạt động của các thiết bị, các nghiên cứu yêu cầu tiến hành việc thay đổi và hiệu chỉnh kích thước, hình dạng, vị trí, cực tính các điện cực, cũng như việc nghiên cứu các yếu tố khác đặc tính hạt phân tách, ảnh hưởng đến tốc độ bay của các hạt, khả năng tích điện,…

1.3 Phân tích đánh giá, lựa chọn công nghệ nghiên cứu

Từ những công nghệ phân tách sử ứng dụng kỹ thuật điện cao áp nêu trên, ta

có thể đưa ra những so sánh về ưu nhược điểm của chúng như bảng 1 Từ đó lựa chọn công nghệ phù hợp để tiến hành nghiên cứu ở các phần tiếp theo

Sử dụng hai điện cực phẳng

nghiêng Hiệu suất phân

Lĩnh vực áp

Yêu cầu các phần tử

có cách biệt lớn về điện tích

Đa dạng

Chi phí chế tạo

Ta có thể thấy được các thiết bị ứng dụng công nghệ điện cao áp với máng nghiêng trong lĩnh vực tách các phần tử có tính điện dẫn khác nhau có những ưu điểm rõ ràng, cụ thể như:

- Giá thành thiết bị cũng như chi phí vận hành (nhất là mức độ tiêu thụ điện năng của thiết bị) thấp hơn so với các thiết bị ứng dụng các công nghệ khác do không có các thành phần chuyển động Chi phí vận hành ở đây chủ yếu là ở các

- Thiết bị phân tách sử dụng công nghệ này có cấu trúc kín, không có các thành phần quay ngoại trừ bộ rung nạp liệu, nên giảm tiếng ồn, thiết bị khi hoạt động không tạo ra các sản phẩm phụ cũng như không gây ô nhiễm môi trường sau khi vận hành

Trên cơ sở phân tích cấu trúc, nguyên lý làm việc cũng như đánh giá các ưu nhược điểm nói trên, học viên thực đề xuất sử dụng công nghệ phân tách kiểu máng nghiêng cho các nghiên cứu trong luận văn ‘‘Tính toán, mô phỏng điện trường nhằm nâng cao hiệu quả của thiết bị phân tách tĩnh điện’’

1.4 Giới thiệu mô hình thiết bị ứng dụng công nghệ máng nghiêng

Để thực hiện luận văn này, học viên đã tiến hành nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm tại phòng thí nghiệm Cao áp và vật liệu, bộ môn Hệ thống điện, Đại học Bách Khoa Hà Nội, mô hình có cấu tạo như hình 1.7

Cấu tạo mô hình như sau:

- Điện cực trên dạng tấm (cực âm), r = 15 mm, l1=150 mm, được làm từ thép không rỉ;

- Điện cực dưới dạng hình trụ (cực dương) được làm từ thép không rỉ, r = 40

21

1.5 Kết luận chương 1

Việt Nam có nguồn tài nguyên sa khoáng Titan đáng kể, với trữ lượng lớn và chất lượng tốt, nếu so sánh về mặt tiềm năng tài nguyên thì trữ lượng Ilmenit-zircon của Việt Nam chiếm khoảng 5% trữ lượng của toàn thế giới Tuy nhiên nước ta hiện nay chưa có công nghệ riêng sản xuất sản phẩm này, mặc dù có thể đảm bảo về nguyên liệu, tuy nhiên tại Việt Nam vẫn còn chưa đầu tư cho công nghệ và trang thiết bị đúng mức cần thiết, 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 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

Việc phân tách các phần tử có trị số điện dẫn khác nhau được ứng dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, xử lý chất thải điện tử… Công nghệ ứng dụng kỹ thuật cao áp tĩnh điện đã được nghiên cứu nhiều năm tại các nước trên thế giới do có rất nhiều ưu điểm như tiêu tốn ít năng lượng, có hiệu suất cao và không gây ô nhiễm môi trường, trọng lượng nhẹ, dễ điều chỉnh, vận hành, lắp đặt,

Trong các công nghệ sử dụng kỹ thuật cao áp tĩnh điện để phân tách các phần tử có tính điện dẫn khác nhau thì công nghệ máng nghiêng có nhiều ưu điểm như: giá thành, chi phí vận hành rẻ hơn; cấu tạo thiết bị đơn giản, dễ chế tạo, vận hành, bảo dưỡng; do không có bộ phận quay và được đặt trong lồng kín nên thiết bị không gây ô nhiễm và tiếng ồn; do vậy công nghệ này có thể coi là phù hợp nhất với điều kiện Việt Nam, và được lựa chọn làm công nghệ để tiến hành các bước nghiên cứu tiếp theo sẽ trình bày ở các chương sau

22

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG, NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG PHÂN TÁCH CÁC HẠT SA KHOÁNG CỦA

CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ

Từ chương 1 chúng ta đã thấy được hiện nay tại nhiều quốc gia trên thế giới

đã có những nghiên cứu và thử nghiệm các kỹ thuật sử dụng công nghệ cao áp tĩnh điện nhằm tách và phân loại các phần tử hoặc vật liệu có đặc tính khác nhau về

điện; kết quả của các nghiên cứu đó đã khẳng định tiềm năng cũng như cho thấy

những ưu điểm của việc ứng dụng công nghệ phân tách này, đặc biệc là trong lĩnh vực khai khoáng[12] Tuy nhiên những kết quả đạt được cho đến nay cũng chưa cho phép khẳng định công nghệ này đã hoàn toàn tối ưu, mà vẫn tồn tại nhiều vấn đề kỹ thuật cần tiếp tục nghiên cứu cải tiến Đặc biệt, việc ứng dụng lý thuyết và các nghiên cứu công nghệ cần được thực hiện không chỉ trong điều kiện lý tưởng mà cả trong các điều kiện thực tế, do hiệu quả của quá trình tách phụ thuộc vào nhiều yếu

tố quan trọng khác như độ ẩm, nhiệt độ, cấu trúc, thành phần, kích thước… của các phần tử cần phân tách cũng như môi trường thiết bị

Một trong những hướng nghiên cứu chính hiện nay tập trung chủ yếu vào việc mô phỏng, tính toán điện trường và tính toán phân tích quỹ đạo bay tối ưu của các phần tử trong môi trường thiết bị[3,5,6,11]

nhằm đảm bảo thiết kế tối ưu cho thiết

bị và điều chỉnh cường độ điện trường đạt đến trị số phù hợp với từng loại hạt đóng vai trò quan trọng đối với hiệu quả làm việc của thiết bị Chương 2 này được đưa ra

để giải quyết vấn đề nêu trên; thông qua tính toán, mô phỏng điện trường, ta sẽ cùng nghiên cứu khả năng phân tách của thiết bị đối với các mẫu sa khoáng titan trong những điều kiện khác nhau (không có điện trường, có điện trường; thay đổi các điều kiện về cấu trúc thiết bị, điện áp đặt,…) nhằm đưa ra những đánh giá về mặt lý

thuyết đối với cấu trúc thiết bị phân tách tĩnh điện

23

2.1 Phân tích các đặc tính của sa khoáng

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,

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:

Để tính toán điện tích tới hạn của các phần tử có tính dẫn điện hình cầu ta sử dụng công thức sau[13]

:

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]

2.2 Ảnh hưởng của cấu trúc thiết bị và trọng lực đến quỹ đạo bay của phần tử

Trước hết ta sẽ xem xét khả năng phân tách hạt trong điều kiện không đặt điện áp lên thiết bị phân tách, chỉ có lực trọng trường tác động đến sự chuyển động của các hạt sa khoáng

Dưới tác dụng của thiết bị rung, các hạt sẽ chuyển động từ phễu xuống máng nghiêng Lúc này các hạt chuyển động hoàn toàn dưới tác dụng của trọng lực và bay vào các khay hứng sản phẩm Quỹ đạo chuyển động của các hạt chỉ chịu tác động của trọng lực, lực này có độ lớn được tính theo công thức như sau:

3

4 .cos3

26

Với : m - khối lượng của hạt; rtd - bán kính tương đương của hạt; - trọng lượng riêng của hạt; g - gia tốc rơi tự do với trị số g = 9,8m/s2

; - góc nghiêng của máng với phương thẳng đứng

Hình 2.3 Hệ tọa độ tính toán trong trường hợp chỉ có lực trọng trường tác

động đến chuyển động của hạt

Chiều cao từ máng tới các khay là h, khoảng cách theo phương của khay là x, vận tốc của hạt khi rời khỏi máng là V0 (coi như v= 1m/s); chọn hệ tọa độ 0xy như trên hình gốc tọa độ tính từ điểm hạt rời khỏi máng Khi đó ta có:

Gia tốc ax= 0, Vx = V0x = V0.cos(α- π/2) = V0sinα (2.4)

=> Phương trình chuyển động của q trên trục 0x: x = Vxt = V0.sinα.t (2.5)

Trên phương 0y:

Trên phương này, q chịu tác dụng của các lực không đổi và thu được gia tốc

ay =g

Vận tốc ban đầu theo phương 0y: V0y = V0.cosα (2.6)

Từ (2.5) ta có: t =

sin

0

V

x

thay vào (2.8) ta có phương trình quỹ đạo chuyển

động của hạt q khi chỉ có tác động của trọng lực như sau :

y = cotgα.x + 2 2

0 sin

2

Quỹ đạo bay của hạt khi α = 35 0

Quỹ đạo bay của hạt khi α = 40 độ

Quỹ đạo bay của hạt khi α = 450

Quỹ đạo bay của hạt khi α = 50 độ

Quỹ đạo bay của hạt khi α = 500

Quỹ đạo bay của hạt khi α = 55 độ

Quỹ đạo bay của hạt khi α = 570

Quỹ đạo bay của hạt khi α = 60 độ

Quỹ đạo bay của hạt khi α = 600

Hình 2.4 Quỹ đạo bay của các hạt dưới tác dụng của trọng lực

Từ các công thức (2.3), (2.9) và đồ thị, ta thấy được quỹ đạo bay của các hạt dưới tác động của điện trường phụ thuộc vào trọng lượng riêng , kích thước rtd của hạt và góc nghiêng α của máng Tuy nhiên, do khối lượng riêng của Ilmenite và Zircon rất nhỏ và gần bằng nhau, nên khi chỉ có trọng lực tác dụng hiệu quả phân tách của thiết bị đối với hạt này là không cao