Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tĩnh điện cao áp trong công nghệ tách các phần tử có điện dẫn khác nhau

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐINH QUỐC TRÍ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUÂT TĨNH ĐIỆN CAO ÁP

TRONG CÔNG NGHỆ TÁCH CÁC PHẦN TỬ

CÓ ĐIỆN DẪN KHÁC NHAU

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội – 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐINH QUỐC TRÍ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUÂT TĨNH ĐIỆN CAO ÁP

TRONG CÔNG NGHỆ TÁCH CÁC PHẦN TỬ

CÓ ĐIỆN DẪN KHÁC NHAU

Ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 9520201

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. NGUYỄN ĐÌNH THẮNG

Hà Nội – 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng các kết quả khoa học được trình bày trong luận án này

là thành quả nghiên cứu của bản thân tôi trong suốt thời gian làm nghiên cứu

sinh và chưa từng xuất hiện trong công bố của các tác giả khác. Các kết quả đạt

được là chính xác và trung thực.

Hà Nội, ngày 21 tháng 8 năm 2018

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NGHIÊN CỨU SINH

PGS.TS. Nguyễn Đình Thắng

Đinh Quốc Trí

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc và kính trọng đến thầy hướng dẫn

khoa học trực tiếp, PGS.TS. Nguyễn Đình Thắng đã trực tiếp hướng dẫn, định

hướng khoa học trong quá trình nghiên cứu và đã giành thời gian và tâm huyết

cũng như tạo điều kiện mọi mặt để tác giả hoàn thành luận án.

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội,

Viện Đào tạo Sau Đại học, Viện Điện và Bộ môn Hệ thống Điện tạo mọi điều

kiện thuận lợi nhất cho nghiên cứu sinh trong suốt quá trình học tập và nghiên

cứu. Chân thành cảm ơn các Giảng viên và cán bộ Bộ môn Hệ thống điện, đã hỗ

trợ tận tình giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án.

Cuối cùng, tác giả thực sự cảm động và từ đáy lòng mình xin bày tỏ lòng biết

ơn đến người mẹ, người vợ yêu quý cùng các con thân yêu cùng nội ngoại hai

bên của tôi đã luôn ở bên tác giả những lúc khó khăn nhất, những lúc mệt mỏi

nhất, để động viên, để hỗ trợ về tài chính và tinh thần, giúp tác giả có thể đứng

vững trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện bản luận án này.

Tác giả luận án

Đinh Quốc Trí

MỤC LỤC

MỤC LỤC .................................................................................................................................. 1

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................ 4

DANH MỤC HÌNH .................................................................................................................... 5

MỞ ĐẦU .................................................................................................................................... 7

0.1 Lý do chọn đề tài .............................................................................................................. 7

0.2 Mục đích nghiên cứu ...................................................................................................... 10

0.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................................. 11

0.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu ..................................................... 12

0.5 Cấu trúc của luận án ........................................................................................................ 13

CHƯƠNG I. CÔNG NGHỆ PHÂN TÁCH TĨNH ĐIỆN ........................................................ 15

1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................................................... 15

1.2.Tình hình nghiên cứu ngoài nước ................................................................................... 15

1.2.1 Nguyên lý phân tách các phần tử và các công nghệ ứng dụng ................................... 15

1.2.2. Các mô hình thiết bị hiện có trong và ngoài nước ..................................................... 19

1.3 Kết luận chương 1 .......................................................................................................... 24

CHƯƠNG II. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH CÁC MẪU PHÂN TÁCH ........... 25

2.1 Đặt vấn đề ....................................................................................................................... 25

2.2.Phát triển mô hình thử nghiệm của thiết bị phân tách tĩnh điện ..................................... 27

2.2.1 Tính toán lựa chọn hình dạng kích thước điện cực ..................................................... 27

2.2.1.1 Lựa chọn vật liệu chế tạo điện cực ........................................................................... 27

2.2.1.2 Lựa chọn hình dạng điện cực .................................................................................... 28

2.3 Quy trình thực nghiệm đo kích thước và khả năng tích điện .......................................... 36

2.3.1. Thu thập và xử lý mẫu ............................................................................................... 36

2.3.2. Đo và mô phỏng kích thước tương đương của phần tử .............................................. 37

2.3.3. Đo khả năng tích điện tích: ........................................................................................ 38

2.3.4. Kết quả: ...................................................................................................................... 41

2.3.5.Nhận xét ...................................................................................................................... 42

2.4 Kết luận chương 2 ........................................................................................................... 42

CHƯƠNG III. QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC PHẦN TỬ TRONG MÔI TRƯỜNG PHÂN TÁCH ................................................................................................................................ 44

3.1 Phân tích các lực tác động lên các phần tử trong điện trường ........................................ 44

3.1.1 Các lực tác động lên phần tử mô phỏng ...................................................................... 45

3.1.2 Phân tích sự tác dụng của các lực lên phần tử ........................................................... 47

3.1.3 Một số nhận xét và đánh giá ....................................................................................... 47

3.2 Xác định quỹ đạo bay của các phần tử trong môi trường thiết bị ................................... 48

3.2.1 Ý nghĩa của việc xác định quỹ đạo bay của các phần tử ............................................ 49

3.2.2 Hình ảnh quỹ đạo bay của các phần tử cần phân tách ................................................ 50

3.2.3 Vai trò chuyển động của các phần tử trong nguyên lý phân tách tĩnh điện ................ 52

3.3. Quá trình tích điện của các phần tử cần phân tách ....................................................... 54

3.3.2 Tích điện do cảm ứng .................................................................................................. 56

3.3.3. Tích điện do ma sát .................................................................................................... 57

3.4 Kết quả mô phỏng quỹ đạo bay ..................................................................................... 58

3.5.Kết luận chương 3 .......................................................................................................... 60

CHƯƠNG IV. TỐI ƯU HÓA HIỆU SUẤT CỦA THIẾT BỊ PHÂN TÁCH TĨNH ĐIỆN ..... 61

4.1 Mô phỏng phân bố điện trường trong thiết bị phân tách ................................................ 61

4.1.1 Các phương pháp tính toán điện trường ...................................................................... 61

4.1.2 Phần mềm mô phỏng COMSOL ................................................................................. 73

4.1.3 Kết quả mô phỏng điện trường trong thiết bị trên phần mềm Comsol ...................... 77

4.1.4 Nhận xét kết quả mô phỏng ........................................................................................ 82

4.2 Quy trình thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của các thông số đến hiệu suất phân tách của thiết bị ................................................................................................................................. 83

4.2.1 Thực nghiệm phân tách khi chưa có điện trường: ....................................................... 85

4.2.2. Thực nghiệm phân tách khi có ảnh hưởng của điện áp .............................................. 87

4.2.3. Thực nghiệm phân tách khi có ảnh hưởng của nhiệt độ sấy ...................................... 88

4.2.4. Hiệu suất tách với Zircon: .......................................................................................... 89

4.2.5. Hiệu suất tách với Ilmenite: ....................................................................................... 90

4.2.6 Nhận xét kết quả thực nghiệm .................................................................................... 90

4.3 Kết luận chương 4 .......................................................................................................... 91

KẾT LUẬN CHUNG ............................................................................................................... 92

I. Các kết quả đã đạt được .................................................................................................... 92

II. 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 ........................................................................................................ 96

PHỤ LỤC ............................................................................................................................... 106

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Điện xoay chiều AC

Dòng điện một chiều hạ áp ADC

Điều chỉnh dòng điện AND

Tự động điều chỉnh điện áp AVR

Phương pháp phần tử biên BEM

COMSOL Phần mềm mô phỏng phân bố điện trường

Điện một chiều DC

Phương pháp sai phân hữu hạn FDM

Phương pháp phần tử hữu hạn FEM

Dòng điện phía cao áp HVI

Điện cao áp HVU

Vi mạch IC

Mạch hiển thị ICL

Đèn tín hiệu LED

Vi mạch khuếch đại thuật toán LM

Máy biến áp MA

Mạch điện trở điện dung RC

Máy biến dòng đo lường TI

Máy biến áp đo lường TU

Điện áp điều khiển Uđk

Dòng điện điều khiển Iđk

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Nguyên lý hoạt động và thiết bị kiểu trục quay ....................................................... 20

Hình 1.2. Nguyên lý hoạt động và thiết bị kiểu dùng hai điện cực phẳng. ............................... 22

Hình 1.3. Nguyên lý hoạt động và thiết bị kiểu máng nghiêng ............................................... 23

Hình 2.1 Phân bố khối lượng hạt theo thứ tự khay hứng sản phẩm, đường kính dây dẫn 0,5mm ....................................................................................................................................................... 28

Hình 2.2 Phân bố khối lượng hạt theo thứ tự khay hứng sản phẩm, đường kính dây dẫn 1,0mm ....................................................................................................................................................... 29

Hình 2.3 Phân bố khối lượng hạt theo thứ tự khay hứng sản phẩm, đường kính dây dẫn 1,5mm ....................................................................................................................................................... 29

Hình 2.4 Phân bố khối lượng hạt theo thứ tự khay hứng sản phẩm, dây dẫn hình trụ đường kính 5mm ....................................................................................................................................... 30

Hình 2.5 Phân bố khối lượng hạt theo thứ tự khay hứng sản phẩm, sử dụng điện cực hình rẻ quạt ................................................................................................................................................ 30

Hình 2.6 Hình dạng điện cực trên trong mô hình vật lý của thiết bị. ....................................... 32

Hình 2.7 Hình dạng điện cực dưới trong mô hình vật lý của thiết bị. ...................................... 32

Hình 2.8 Mô hình vật lý của thiết bị thử nghiệm ...................................................................... 35

Hình 2.9 Thiết kế của tủ đo lường, điều khiển và bảo vệ. ........................................................ 36

Hình 2.10 Phân bố kích thước trung bình của hạt sa khoáng. .................................................. 37

Hình 2.11. Sơ đồ đo điện tích hạt khi biết trị số điện trở R ...................................................... 38

Hình 2.13. Mô hình nguyên lý đo điện tích ............................................................................. 40

Hình 2.14. Kết quả đo điện tích của hạt sa khoáng .................................................................. 41

Hình 2.15. Khả năng nhiễm điện trái dấu của các thành phần Ilmenite và Zircon ................... 42

Hình 3.1. Lực tác dụng lên các phần tử trong thiết bị tách sử dụng máng nghiêng ............... 44

Hình 3.2 Thiết bị phân tách để chụp quỹ đạo bay .................................................................... 49

Hình 3.3. Khi chưa có điện áp đặt lên điện cực ........................................................................ 51

Hình 3.4. Khi có điện áp đặt lên điện cực ................................................................................. 51

Hình 3.5. Mô hình nguyên lý thiết bị phân tách tĩnh điện sử dụng máng nghiêng ................... 52

Hình 3.6 Khi chưa có điện áp ................................................................................................... 58

Hình 3.7 Điện áp đặt lên điện cực 10 kV .................................................................................. 59

Hình 3.8 Điện áp đặt lên điện cực 20 kV .................................................................................. 59

Hình 3.9 Điện áp đặt lên điện cực 30 kV .................................................................................. 59

Hình 4.1.Chia miền mô hình theo phương pháp sai phân hữu hạn........................................... 63

Hình 4.2. Giới hạn trường của miền A trong mặt phẳng 2 chiều ............................................. 68

Hình 4.3. Mô hình phần tử hữu hạn hình tam giác ................................................................... 69

Hình 4.4. Giao diện của mô-dun AC/DC trong COMSOL ...................................................... 74

Hình 4.5. Giao diện phần phân tích tĩnh điện ........................................................................... 74

Hình 4.6. Mô hình hình học của thiết bị tuyển tĩnh điện sử dụng trong mô phỏng ................. 77

Hình 4.7. 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 ....................................................................................................... 78

Hình 4.8. 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 ............................................................................................................................ 79

Hình 4.9. 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 ........................................................................................................ 80

Hình 4.10. 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......................................................................................................... 81

Hình 4.11. 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 ........................................................................................................................................ 82

Hình 4.12 Phân bố khối lượng theo thứ tự các khay khi thay đổi góc nghiêng ........................ 86

Hình 4.13 Phân bố khối lượng theo thứ tự các khay khi điện áp thay đổi (Zircon) ................. 87

Hình 4.14 Phân bố khối lượng theo thứ tự các khay khi điện áp thay đổi (Ilmenite) ............... 88

Hình 4.15 Phân bố khối lượng theo thứ tự các khay phụ thuộc nhiệt độ sấy (Zircon) ............. 88

Hình 4.16 Phân bố khối lượng theo thứ tự các khayphụ thuộc nhiệt độ sấy(Ilmenite) ............ 89

MỞ ĐẦU

0.1 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:

- 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. 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, luận án tập trung vào việc nghiên cứu công

nghệ và chế tạo thiết bị ứng dụng công nghệ này trong ngành khai khoáng, đặc biệt là

khai thác và làm giàu sản phẩm từ quặng titan.

Thủ tướng Chính phủ cũng 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.

Công nghệ phân tách ứng dụng kỹ thuật điện cao áp còn được áp dụng hiệu quả trong

lĩnh vực xử lý chất thải điện tử [1,2,5]. Cùng với sự phát triển kinh tế hiện nay, số lượng

chất thải điện tử đang ngày càng gia tăng ở Việt Nam [1,2,18,25,30] nói chung và Hà Nội

nói riêng trong điều kiện hội nhập kinh tế khu vực và thế giới. Vấn đề trở nên nghiêm

trọng không chỉ do sự gia tăng khối lượng chất thải mà hơn nữa đó là các nguy cơ đe dọa

đối với môi trường và sức khỏe con người do các thành phần độc hại trong chất thải gây

nên [10,16,30]. Các giải pháp đồng bộ cả về kỹ thuật, kinh tế và quản lý là hết sức cấp

bách nhằm bảo vệ môi trường và thu hồi tái sử dụng các tài nguyên quý hiếm trong chất

thải điện tử.

Khác với các chất thải thông thường, chất thải điện tử có thể được thu gom và tái sử

dụng, tái chế với tỷ lệ khá cao do có chứa các kim loại quý hiếm [31,33,59,66]. Tuy vậy,

nhìn chung việc tái sử dụng chất thải ở Việt Nam còn rất hạn chế; chủ yếu dừng ở mức sử

dụng lại các phụ tùng để phục vụ cho thay thế, sửa chữa nhỏ lẻ.

Công nghiệp tái chế chỉ mới hình thành tại các làng nghề, trong các doanh nghiệp gia

đình nhỏ hoặc các công ty tư nhân. Các cơ sở này chủ yếu tái chế giấy, nhựa, sắt, nhôm,

chì. Tuy nhiên, điều đáng nói là công nghệ tái chế tại các cơ sở này thô sơ và còn quá lạc

hậu. Sau khi các kim loại và linh kiện điện tử còn dùng được được bóc tách và đem bán

hoặc sửa chữa, phần còn lại chủ yếu được đốt hoặc nghiền rồi pha thêm hoá chất để tạo ra

sản phẩm mới, vốn là các sản phẩm đơn giản như chai lọ, túi nylon với số lượng còn rất

hạn chế.

Do sử dụng các công nghệ lạc hậu và thiết bị thô sơ nên hiệu qủa kinh tế rất thấp

đồng thời đang gây ra rất nhiều vấn đề môi trường như ô nhiễm không khí, nước, đất, ảnh

hưởng xấu đến sức khỏe người lao động và cộng đồng dân cư xung quanh.

Theo thông tin đưa ra từ Viện Môi trường – Tài nguyên thuộc Đại học Quốc gia

TP.HCM , hiện vẫn chưa có chương trình nào nghiên cứu về vấn đề xử lý chất thải điện tử

ở Việt Nam dù giới khoa học có ít nhiều quan tâm. Các nghiên cứu hiện thời vẫn đang tập

trung nhiều vào việc xử lý chất thải tập trung, chẳng hạn như chất dioxin, dầu biến thế,

dầu nhớt, thuốc trừ sâu, thực phẩm…

Từ những phân tích nêu trên cho thấy hướng nghiên cứu công nghệ, tính toán mô

phỏng và thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị ứng dụng kỹ thuật cao áp tĩnh điện trong công

nghệ tuyển khoáng và làm giàu đồng thời với công nghệ xử lý chất thải điện tử nhằm tiến

tới làm chủ công nghệ là hướng nghiên cứu phù hợp và việc lựa chọn luận án “Nghiên

cứu ứng dụng kỹ thuật tĩnh điện cao áp trong công nghệ tách các phần tử có tính chất về

điện dẫn khác nhau” là cần thiết và có ý nghĩa quan trọng đối với các công ty khai thác

khoáng sản, công ty môi trường.

0.2 Mục đích nghiên cứu

Thực tế hiện nay tại Việt Nam trong việc ứng dụng công nghệ kỹ thuật điện cao áp

cho phân tách các phần tử có tính chất về điện khác nhau đã đặt ra hàng loạt vấn đề kỹ

thuật liên quan đến đánh giá, phân tích, mô phỏng và tối ưu công nghệ. Đối với mỗi lĩnh

vực áp dụng cụ thể bao gồm phân tách khoáng sản, xử lý chất thải điện tử, tuyển chọn hạt

giống… lại có yêu cầu đặt ra riêng, đặc biệt là khi áp dụng với điều kiện tại Việt Nam như

đặc trưng của quặng, hiệu suất phân tách, hiệu quả kinh tế của thiết bị, các yêu cầu đối với

môi trường, kỹ thuật lắp đặt và vận hành… Có thể liệt kê các yêu cầu đối với bài toán

nghiên cứu công nghệ cao áp tĩnh điện trong phân tách các mẫu sa khoáng titans như sau:

1. Phân tích và đánh giá các yêu cầu đối với các công nghệ phân tách hạt khác nhau,

trong đó có công nghệ phân tách tĩnh điện trong điều kiện thực tế tại các mỏ sa

khoáng của Việt Nam.

2. Đánh giá đặc trưng của các thành phần có trong mẫu sa khoáng titan tại các mỏ của

Việt Nam hiện nay. So sánh với đặc trưng của quặng titan đã được khai thác trên thế

giới. Mô phỏng kích thước tương đương của các hạt thành phần điển hình và phân

tích khả năng nhiễm điện của các thành phần đó, từ đó đánh giá khả năng phân tách

và các yêu cầu kỹ thuật tương ứng.

3. Mô phỏng thiết kế của thiết bị phân tách, phân tích quá trình hoạt động của điện

trường để đánh giá các yếu tố ảnh hưởng tới quỹ đạo chuyển động của các hạt cũng

như vị trí kết thúc quỹ đạo bay của mỗi thành phần có trong các mẫu quặng khác

nhau.

4. Xây dựng và vận hành thiết bị cụ thể có khả năng điều chỉnh các thông số phù hợp

cho thực nghiệm vật lý trên các mẫu quặng thực tế.

5. Đánh giá hiệu suất phân tách quặng và tối ưu thông số thiết kế cũng như vận hành của

thiết bị phân tách dựa trên mô phỏng và thực nghiệm tương ứng, trên cơ sở các mẫu

quặng thực tế.

6. Đề xuất công nghệ và mô hình thiết bị phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Trong phạm vi của luận án, các yêu cầu trên đều được nghiên cứu với mục tiêu áp

dụng cho điều kiện khai thác tại Việt Nam. Trong đó yêu cầu đầu tiên thực chất là vấn đề

đánh giá và lựa chọn công nghệ hợp lý hợp lý cho khâu phân tách tĩnh điện sẽ áp dụng

trong luận án này, sẽ được trình bày trong phần tổng quan nhằm làm cơ sở cho các phần

tiếp theo. Liên quan nến nội dung phát triển công nghệ phân tách tĩnh điện còn có yêu cầu

phải định lượng được hiệu suất phân tách sau mỗi lần hoạt động và xây dựng mối quan hệ

giữa giá trị hiệu suất này với các yếu tố khác nhau trong thiết kế và vận hành thiết bị, từ

đó đưa ra thông số và hiệu suất phân tách tối ưu đối với mẫu quặng thực tế tại Việt Nam.

0.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là công nghệ và mô hình thiết bị ứng dụng kỹ thuật

điện cao áp trong lĩnh vực tách các phần tử có tính chất về điện khác nhau:

- Lĩnh vực khai thác khoáng sản với các thành phần hạt là là điện dẫn (Ilmenite) và

điện môi (Zircon) có trong sa khoáng titan tại các mỏ thực tế đang vận hành tại Việt

Nam.

- Lĩnh vực xử lý chất thải điện tử với các thành phần cần phân tách là kim loại và phi

kim có trong chất thải điện tử sau khi đã được nghiền nhỏ.

Phạm vi nghiên cứu của luận án tập trung cho hai nội dung ứng dụng bao gồm:

- Ứng dụng điện trường cao áp tĩnh điện trong thiết bị tuyển và làm giàu khoáng sản

Việt Nam.

- Ứng dụng điện trường cao áp tĩnh điện trong thiết bị tách kim loại và phi kim trong

công nghệ xử lý chất thải điện tử

0.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu góp phần hoàn thiện mô hình thiết bị, nâng cao hiệu quả trong

lĩnh vực ứng dụng kỹ thuật điên cao áp. Đối với các đơn vị liên quan như Tổng công ty

khai thác khoáng sản, công ty môi trường các kết quả nghiên cứu và đề xuất của luận án

sẽ giúp các đơn vị này làm chủ công nghệ và có thể tự chế tạo thiết bị, giảm đáng kể

ngoại tệ để nhập thiết bị từ nước ngoài.

Các đóng góp mới của luận án:

Nội dung của luận án đã tập trung nghiên cứu công nghệ, thiết kế chế tạo và thử

nghiệm với các đối tượng và điều kiện của Việt Nam. Luận án đã đạt được một số kết quả

nghiên cứu có thể được tóm lược như sau:

Đóng góp 1: Đề xuất được việc lựa chọn công nghệ phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Phân tích ưu nhược điểm của từng công nghệ. Thu thập đo đạc các thông số liên quan của

một số mẫu cụ thể phục vụ quá trình nghiên cứu của Việt Nam.

Các kết quả thu được ý nghĩa thực tế quan trọng giúp cho việc khẳng định công nghệ

phù hợp do trước đây chưa có các nghiên cứu và số liệu cụ thể.Thực tế vận hành tại các

cơ sở sản xuất thường theo quy trình định sẵn không thay đổi với các đối tượng khác

nhau.

Đóng góp 2: Đánh giá phân tích các ảnh hưởng đến hiệu suất thiết bị. Các kết quả thử

nghiệm với các đối tượng đa dạng về đặc tính cơ điện, các thông số kỹ thuật của thiết bị

đã góp phần giải thích rõ hơn các hiện tượng xảy ra trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết.

Đóng góp 3: Đề xuất mô hình thiết bị phù hợp với các thông số cụ thể về hình dạng

kích thước, vật liệu chế tạo. Đưa ra các thông số kỹ thuật tối ưu cho mô hình thiết bị.

0.5 Cấu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu và các mục theo quy định, nội dung nghiên cứu của luận án được

trình bày trong 4 chương và kết luận chung, cụ thể như sau:

Chương 1. Công nghệ phân tách tĩnh điện

Giới thiệu tổng quan về các công nghệ và mô hình thiết hiện có trên thế giới và ở Việt

Nam. Phân tích các ưu và nhược điểm của các công nghệ và mô hình thiết bị này, từ đó

đề xuất hướng việc lựa chọn công nghệ và thiết bị phù hợp khắc phục một số tồn tại.

Chương 2. Phân tích và đánh giá đặc tính của các mẫu phân tách

Chương 2 giải quyết các vấn đề kỹ thuật bao gồm:

- Thu thập và đo đạc trên một số lượng mẫu đủ lớn từ các nguồn sa khoáng và chất thải

điện tử thực tế tại Việt Nam;

- Đánh giá tổng quát hóa về mô hình vật lý chung của các phần tử, khả năng nhiễm

điện trái dấu của các thành phần theo các kịch bản thông số thay đổi

- Đề xuất thông số của mô hình vật lý phù hợp với điều kiện nghiên cứu, phục vụ cho

các nội dung nghiên cứu tiếp theo.

Chương 3. Quỹ đạo chuyển động các phần tử trong môi trường phân tách

Phân tích đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quỹ đạo chuyển động khi có và không có

điện trường trong môi trường hoạt động của thiết bị. Các nghiên cứu được thực hiện trên

cơ sở mô phỏng bằng phần mềm và thực nghiệm trên mô hình vật lý của thiết bị cho phép

phân tích các lực tác động lên chuyển động của đối tượng cần tách trong điện trường. Các

kết luận sẽ đưa ra quan hệ cần thiết giữa các thông số của thiết bị với vị trí thu hồi sản

phẩm trong mô hình.

Chương 4. Tối ưu hóa hiệu suất phân tách

Trình bày quy trình thực nghiệm với các thông số kỹ thuật thay đổi bao gồm góc

nghiêng, cường độ điện trường, kích thước các phần tử, nhiệt độ, độ ẩm ... Phân tích đánh

giá lựa chọn thông số tối ưu cho đối tượng cụ thể. Đề xuất thông số cho việc mở rộng áp

dụng với đối tượng khác mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới.

Kết luận chung

CHƯƠNG I. CÔNG NGHỆ PHÂN TÁCH TĨNH ĐIỆN

1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Các nghiên cứu trong nước liên quan tới ứng dụng kỹ thuật điện cao áp chủ yếu tập

trung giới thiệu mô hình còn nghiên cứu công nghệ được công bố còn khá ít và tập trung

theo sự khác biệt về đặc tính (trọng lượng riêng, từ tính, tĩnh điện, thành phần hóa học

[2,3,5,6] trong lĩnh vực khai thác khoáng sản. Trong đó việc phân tách các thành phần

khác nhau sử dụng công nghệ cao áp tĩnh điện là một khâu quan trọng trong toàn bộ chu

trình phân tách công nghiệp, vốn bao gồm nhiều công đoạn sử dụng các công nghệ nói

trên.

Trong việc áp dụng mô hình ứng dụng kỹ thuật điện cao áp có rất ít các nghiên cứu so

sánh ưu nhược điểm của các mô hình, nguyên nhân do các công ty hiện tại hầu như chỉ

nhập duy nhất một kiểu mô hình. Cho đến nay, chưa thấy có nghiên cứu nào được công

bố trong nước liên quan đến vấn đề phân tách hạt sử dụng công nghệ tuyển tĩnh điện.

Việc áp dụng công nghệ và mô hình trong lĩnh vực xử lý chất thải điện tử là hoàn toàn

mới mẻ với Việt Nam do gần đây mới xuất hiện khái niệm chất thải điện tử, việc thu hồi

và xử lý chủ yếu theo công nghệ thủ công đơn giản như tháo dỡ, chôn lấp. Mặt khác chưa

có chính sách hỗ trợ nghiên cứu và triển khai công nghệ xử lý nên hầu như chưa có công

trình nào nghiên cứu áp dụng.

1.2.Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Phần tổng quan về nghiên cứu ngoài nước sẽ tập trung phân tích các hướng nghiên cứu

dựa trên chi tiết các công nghệ và mô hình thiết bị áp dụng, đã được công bố có liên quan

tới nội dung nghiên cứu của luận án.

1.2.1 Nguyên lý phân tách các phần tử và các công nghệ ứng dụng

Cho đến nay trong những giai đoạn khác nhau, 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, [7-9,13-15]. Kết

quả của các nghiên cứu đó đã khẳng định tiềm năng của việc ứng dụng công nghệ phân

tách này, đặc biệc là trong lĩnh vực khai khoáng [10,19,21,26,27,52-54,67,69,74,77,90].

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 [16,32,33,45,49,51,62,71,73.82]. Khi nghiên cứu quỹ đạo bay

của các phần tử cần tách này, có thể thấy rằng lực tác động lên chúng chịu ảnh hưởng của

các yếu tố chủ yếu là cấu trúc và cường độ điện trường được thiết bị tạo ra. Do vậy việc

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.

Các kết quả mô phỏng cho thấy trị số điện trường phóng điện cực đại trong môi trường

đồng nhất, khi khoảng cách giữa các điện cực khoảng 1cm, có thể đến giá trị 28-30

kV/cm, nhưng đối với môi trường không đồng nhất giá trị này lại có thể nhỏ hơn rất

nhiều. Trong trường hợp khi có phóng điện vầng quang thì trị số của điện trường lại có

thể tăng lên đến khoảng 20 kV/cm. Ở đây phóng điện vầng quang có tác dụng làm phân

bố điện trường đều hơn trong khoảng không gian giữa các điện cực, dẫn đến điện trường

phóng điện tăng. Mặt khác, do hiệu ứng biên của điện cực và các lớp của phần tử cần

phân tách, cường độ điện trường phóng điện trung bình lại không thể vượt quá 10 kV/cm.

Nhưng như vậy yêu cầu đối với thiết bị sử dụng điện trường tĩnh điện là cần loại bỏ các

hiệu ứng mũi nhọn trên bề mặt điện cực do chúng tăng khả năng tạo ra điện trường không

đồng nhất. Ngược lại, đối với hệ thống ứng dụng phóng điện vầng quang cần dùng các

điện cực có bán kính cong càng nhỏ thì càng hiệu quả [19.21,27,36]. Khoảng cách giữa

các điện cực cũng cần phải tính toán phân tích nhằm đảm bảo sự phân bố điện trường

trong thiết bị.

Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng chỉ mô phỏng và thiết kế cấu trúc của các điện

cực vẫn chưa dẫn đến hình dạng tối ưu của các điện cực. Việc mở rộng lĩnh vực ứng dụng

của công nghệ tách phần tử theo tính chất về điện sẽ phụ thuộc vào cấu trúc thiết bị và đặc

biệt phụ thuộc vào đặc tính tự nhiên của các phần tử cần tách.

Ứng dụng các kỹ thuật tối ưu khác nhau trong thiết bị phân tách, các dạng sản phẩm

phổ biến hiện nay đang được sử dụng và phát triển trên thế giới bao gồm:

• Công nghệ tách dựa trên cơ sở sự khác biệt về trị số điện dẫn.

Các sa khoáng trong tự nhiên rất đa dạng về hình dạng, kích thước, tính chất vật lý, hóa

học [3,21,27,34,72,81,90], các thông số ở bảng 1.1,

Bảng 1.1 Một số đặc tính của một số loại sa khoáng

Trọng lượng riêng, Điện trở TT Sa khoáng Phân loại suất, Ω.cm g/cm3

Ilmenite 4,7 1-10-3 Dẫn điện 1

Zircon 4,6-4,7 1013-1015 Điện môi 2

Rutile 4,2-5,2 1-102 Dẫn điện 3

Thạch anh 2,5-2,8 1012-1017 Điện môi 4

Pirit 4,9-5,2 10-5-10-1 Dẫn điện 5

Đặc biệt khoáng sản quý như Ilmenite và zircon là hai loại khoáng sản có trữ lượng rất

lớn ở ven biển miền Trung Việt Nam. Nhu cầu về hai loại khoáng sản này trong nước và

quốc tế rất lớn. Đồng thời hai loại khoáng sản này lại có tính chất về điện trái ngược nhau

nên việc áp dụng công nghệ tách theo trị số điện dẫn là rất phù hợp.

Quá trình tách diễn ra phụ thuộc khả năng tích điện tích khác nhau của các phần tử về

trị số và dấu điện tích.Dưới tác dụng của các lực tác động khi chuyển động trong điện

trường các phần tử sẽ bay theo các quỹ đạo khác nhau và rơi vào các khay thu hồi ở vị trí

cách xa nhau.

Các đặc điểm của công nghệ phân tách theo điện dẫn gồm có:

+ Quá trình tích điện diễn ra nhanh với trị số lớn

+ Hiệu suất cao (có thể đạt đến 99,5%) nếu tăng số lượng điện trường nói một cách

khác là tăng số tầng tách

+ Năng suất 2-4 tấn/ h

+ Kích thước các phần tử 3mm đến 50 µm

+ Điện áp đặt lên điện cực có trị số lớn

+ Các phần tử cần tách phải có trị số điện dẫn khác nhau ít nhất 3- 4 lần

+ Kích thước thiết bị đòi hỏi lớn do cần nhiều tầng

• Công nghệ dựa trên nguyên lý ma sát điện:

+ Nguyên lý tách dựa trên hiệu ứng tích điện tích do ma sát giữa các phần tử khi

chuyển động.

+ Khi chuyển động các phần tử sẽ tiếp xúc với nhau và trên bề mặt của chúng sẽ

xuất hiện điện tích trái dấu có trị số tương đối nhỏ, nếu quá trình này được lặp lại nhiều

lần trị số điện tích trên bề mặt sẽ tăng lên.

Điện trường sẽ tác động làm các phần tử bay theo quỹ đạo khác nhau.

Các đặc điểm của công nghệ phân tách theo ma sát bao gồm:

- Điện áp đặt lên điện cực tương đối nhỏ.

Hiệu suất tách có thể đạt 90%. -

Để có thể tích được trị số điện tích đủ lớn thời gian chuyển động phải kéo dài. -

Kích thước các phần tử cần tách giới hạn từ 2 mm đến 30 µm. -

Năng suất nhỏ (500 kg/h). -

• Công nghệ tách dựa trên sự khác biệt về độ thấm điện môi.

Cơ sở để tách là sự khác biệt về độ thấm điện môi, trong đó:

- Quá trình tách diễn ra trong môi trường chất lỏng.

- Các phần tử cần tách sẽ chuyển động trong chất lỏng có độ thấm điện môi được

chọn phù hợp và trong điện trường.

- Các phần tử có độ thấm điện môi lớn sẽ dịch chuyển về phía điện trường có trị số

lớn còn các phần tử có độ thấm điện môi nhỏ sẽ chuyển về phía ngược lại.

Các đặc điểm của công nghệ phân tách theo độ thấm điện môi bao gồm:

Không cần tích điện cho các phần tử trước khi cho vào dung dịch lỏng. -

Điện trường có trị số nhỏ (1-2 kV/cm). -

- Hiệu suất tách khoảng 80%.

- Trong một số trường hợp để giảm ảnh hưởng xấu của việc tích điện ngẫu nhiên của

các phần tử cần dùng điện trường xoay chiều.

Kích thước các phần tử < 0,3 mm. -

Việc lựa chọn dung dịch có độ thấm điện môi ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất tách. -

Năng suất tách nhỏ 20 kg/giờ (phương pháp này chủ yếu phục vụ cho nghiên cứu với

số lượng ít).

1.2.2. Các mô hình thiết bị hiện có trong và ngoài nước

Hiện nay trong công nghiệp phổ biến 3 loại mô hình thiết bị ứng dụng kỹ thuật điện

cao áp để tuyển và làm giàu khoáng sản có cấu tạo và nguyên lý hoạt động khác nhau

[3,10,19,21,26,34,36,41,43,52,67,6975,77,90]).

1.2.2.1.Thiết bị tuyển quặng kiểu trục quay hình trụ

Nguyên lý hoạt động và thiết bị thực tế được mô tả trên hình 1.1.

Hình 1.1. Nguyên lý hoạt động và thiết bị kiểu trục quay

Trong đó: 1- Phễu cấp liệu, 2- Máng nghiêng để các hạt khoáng sản trượt xuống khu

vực có điện trường. 3,4,5- Điện cực trên được nối với điện cao áp cực tính âm. 6- Trục

hình trụ nối đất (tiếp địa) quay tròn nhờ nối với hệ thống truyền động và động cơ. 7- Chổi

quét các hạt sa khoáng dính vào trục quay. 8- Gờ phân cách của khay thu hồi. 9- Khay thu

hồi sản phẩm sau tách.

Hiện nay các thiết bị tuyển khoáng sản sử dụng công nghệ kỹ thuật điện cao áp kiểu

trục quay hình trụ (hay còn gọi là kiểu trống quay - rotating drum electrode) đang được

chế tạo bởi rất nhiều công ty khai thác khoáng sản của các nước như công ty StarTrace

Private Ltd. (Ấn Độ), ....

Quá trình tuyển khoáng sản diễn ra trong thiết bị này như sau: Từ phễu tiếp liệu các hạt

khoáng sản sẽ rơi xuống máng nghiêng. Sau đó chúng sẽ trượt trên máng nghiêng, trong

quá trình trượt trên máng nghiêng chúng sẽ ma sát với nhau đồng thời ma sát với máng

nghiêng, kết quả các hạt này sẽ tích một lượng điện tích.

Chuyển động ra khỏi máng nghiêng những hạt này sẽ rơi vào vùng có điện trường tạo

bởi điện cực trên và trục quay.Dưới tác dụng của các lực tác động mà chủ yếu là điện

trường các hạt có tính chất về điện khác nhau sẽ bay theo các quỹ đạo khác nhau và rơi

vào các khay thu hồi sản phẩm ở vị trí khác nhau.

Các hạt dẫn điện sẽ bay ra xa khỏi điện trường, còn các hạt điện môi sẽ bay gần và có

xu hướng bám vào trục quay, do vậy để thu được loại hạt này người ta lắp chổi quét áp sát

vào trục quay để quét rơi các hạt này xuống khay.

Thiết bị có hiệu quả tuyển cao nhất khi kích thước của các hạt khoáng sản dao động từ

75 μm đến 3000 μm .

Khi ứng dụng thực tế, để tăng hiệu quả tuyển khoáng sản các công ty thường dùng

thiết bị gồm nhiều tầng ghép nối tiếp với nhau.

Ưu nhược điểm của kiểu thiết bị trục quay:

- Thiết bị có năng suất lớn 3-5 tấn/giờ.

- Hiệu suất phân tách trung bình khoảng 95%.

- Kích thước và trọng lượng của thiết bị lớn.

- Điện áp cấp cho điện cực lên đến 50 kV.

- Năng lượng điện tiêu thụ lớn do thiết bị sử dụng động cơ công suất lớn để kéo trục

quay khi vận hành.

- Do môi trường bên trong thiết bị có nhiều bụi nên làm giảm tuổi thọ của hệ thống

truyền động như vòng bi, ổ trục nên thường sau một thời gian vận hành sẽ phải tiến

hành thay mới làm tăng chi phí.

1.2.2.2 Thiết bị dùng điện cực phẳng

Hình 1.2. Nguyên lý hoạt động và thiết bị kiểu dùng hai điện cực phẳng.

Trong đó: 1- Phễu cấp liệu. 2- Điện cực phẳng (một điện cực nối với nguồn cao áp cực

tính âm, điện cực còn lại nối đất). 3- Khay thu hồi sản phẩm.

Nguyên lý hoạt động của thiết bị như sau: các hạt khoáng sản cần tách sẽ được đưa vào

phễu tiếp liệu nhờ hệ thống băng truyền, sau đó chúng sẽ rơi tự do vào khu vực điện

trường tạo bởi hai điện cực phẳng. Lực điện trường và các lực khác tác động lên các hạt

khiến cho chúng bay theo quỹ đạo khác nhau và rơi vào khay hồi, các hạt dẫn điện sẽ bay

vào khay phía điện cực nối với điện cao áp, còn các hạt điện môi bay về phía điện cực nối

đất. Khay thu hồi ở giữa sẽ chứa hỗn hợp hai loại hạt này.

Ưu nhược điểm của kiểu thiết bị gồm hai bản cực phẳng:

- Hiệu suất tách đạt khoảng 90%.

- Kích thước tối ưu của các phần tử cần phân tách nằm trong khoảng từ 2mm xuống

đến 50 µm (đường kính tương đương của hạt).

- Điện áp cấp cho điện cực lên tới 60-80 kV (phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai điện

cực trong thiết bị).

- Năng suất trung bình khoảng 1 tấn/giờ.

1.2.2.3 Thiết bị tuyển kiểu máng nghiêng

Nguyên lý tuyển của thiết bị này cũng giống với hai thiết bị đã mô tả ở trên, tuy nhiên,

về cấu tạo có một sô khác biệt giúp cho nâng cao hiệu suất tuyển.

Hình 1.3. Nguyên lý hoạt động và thiết bị kiểu máng nghiêng

Trong đó: 1- Phễu cấp liệu. 2- Máng nghiêng. 3- Điện cực trên ( được cấp nguồn điện

cao áp cực tính âm. 4- Điện cực dưới hình trụ và cố định (được cấp nguồn điện cao áp cực

tính dương). 5- Khay thu hồi sản phẩm.

1.3 Kết luận chương 1

Trên cơ sở đánh giá ưu nhược điểm của các công nghệ có thể thấy rõ công nghệ tách

các phần tử theo trị số điện dẫn khác nhau là phù hợp và hiệu quả nhất. Do vậy hướng

nghiên cứu của luận án cũng chọn đi sâu vào nghiên cứu công nghệ này.

Với những ưu điểm vượt trội của mô hình thiết bị tách dùng máng nghiêng như hiệu

suất cao, chi phí năng lượng thấp, cấu trúc đơn giản và đặc biệt chưa được nghiên cứu

trong nước nên việc nghiên cứu mô hình, mô phỏng bằng phần mềm, sản xuất chế tạo và

thử nghiệm để tối ưu là rất cần thiết.

Luận án đề xuất hướng nghiên cứu công nghệ tách theo trị số điện dẫn áp dụng với

đối tượng của Việt Nam với điều kiện môi trường trong nước.

Trong các nội dung tiếp theo của luận án, mô hình vật lý của thiết bị sẽ được thiết kế

và chế tạo, đồng thời tiến hành các hoạt động thực nghiệm để khẳng định hiệu quả cũng

như tiềm năng của mô hình này ứng dụng trong lĩnh vực tuyển và làm giàu khoáng sản

Việt Nam cũng như mở rộng với lĩnh vực tương đối mới là tách chất thải điện tử.

CHƯƠNG II. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH CÁC

MẪU PHÂN TÁCH

2.1 Đặt vấn đề

Quá trình tách các phần tử có điện dẫn khác nhau trong điện trường có rất nhiều yếu tố

ảnh hưởng đến hiệu suất. Việc xác định chính xác các yếu tố này là rất cần thiết. Cơ sở lý

thuyết giúp định hình đối tượng, quá trình và hiện tượng cho việc nghiên cứu. Kết quả

nghiên cứu lý thuyết làm cơ sở cho việc giải quyết một số hiện tượng vật lý ảnh hưởng.

Quá trình thực nghiệm trên mô hình thực được thiết kế chế tạo trên cơ sở lý thuyết và lựa

chọn cụ thể. Thực nghiệm giúp kiểm chứng chính xác hơn các quá trình xảy ra. Kết quả

thực nghiệm với các thông số kỹ thuật khác nhau được thay đổi khẳng định ảnh hưởng

của các yếu tố của bản thân đối tượng cũng như các yếu tố vật lý khác.

Khi các phần tử chuyển động trong quá trình tách chúng sẽ ma sát với nhau và ma sát

với máng nghiêng. Điện dẫn của của các phần tử gồm hai phần điện dẫn bề mặt và điện

dẫn khối. Điện dẫn bề mặt phụ thuộc vào trạng thái bề mặt cũng như điều kiện môi trường

bên ngoài như độ ẩm, nhiệt độ. Điện dẫn khối phụ thuộc vào cấu trúc và thành phần của

phần tử. Hiện tượng tích điện được mô tả như sau:

Bản chất của việc tích điện của các hạt trong điện trường ( tích điện cảm ứng) được

diễn giải như sau: Khi các hạt rơi vào điện trường với trị số E , sẽ xảy ra quá trình tràn

điện tích lên các hạt từ phía điện cực. Điện trường E sẽ có xu hướng tách các hạt ra khỏi

điện cực. Nếu lực điện trường lớn hơn lực ép vào điện cực thì hạt sẽ tách ra khỏi điện cực

và chuyển động vào khoảng không gian của điện trường .

Cơ sở lý thuyết đầu tiên là xác định điện tích tích lũy tới hạn của các phần tử. Điện tích

tích lũy tới hạn của các các hạt hình cầu được tính như sau [9,12,14,52,84,88,91,96]:

Điện trường ngoài trên bề mặt của phần tử sẽ bị biến dạng (có xu hướng tăng lên)

dẫn đến khả năng xảy hiện tượng phóng điện ngược.

- Đối với trường hợp hạt dẫn điện có dạng hình bán cầu biểu thức tính điện tích tới hạn

như sau: (2.1)

Er

q= 3 0

- Trường hợp hạt có dạng hình bán elip với các trục a,b,c trong không gian biểu thức

tính điện tích tới hạn như sau:

(2.2) Từ các biểu thức tính điện tích tới hạn ở trên có thể có thể áp dụng để tính toán với cả hạt điện môi .

Điện tích tích lũy tới hạn đối với hạt không dẫn điện (điện môi) hình elip trong điện

trường đồng nhất :

(2.3)

Khi các hạt nằm trên điện cực trong điện trường tĩnh điện, chúng sẽ tích một điện tích :

(2.4)

Quá trình tách theo điện dẫn phụ thuộc vào cơ chế tích điện của các hạt.

Yêu cầu thực tế liên quan đến việc tính toán đối với các hạt hình bán elip với các trục

a,b,c , kết quả tính toán cho phép tính gần đúng với sai số cho phép.

Phân tích các cơ sở lý thuyết tính toán điện tích tích lũy của các phần tử trong điện

trường có thể thấy rằng điện tích tích lũy ngoài sự phụ thuộc vào điện trường còn một

phần không nhỏ phụ thuộc vào chính các thông số của các phần tử [23,34,35,75,89]:

- Hình dạng - Kích thước - Trọng lượng riêng - Tính chất về điện (điện dẫn hoặc điện môi)

Ngoài ra các công thức trên không giải thích dấu của điện tích vì vậy việc tiến hành thử nghiệm là hết sức cần thiết.

2.2.Phát triển mô hình thử nghiệm của thiết bị phân tách tĩnh điện

Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của các mô hình thiết bị đã nêu ở chương 1, việc

chọn lựa mô hình thiết bị phục vụ thử nghiệm có vai trò rất quan trọng. Mô hình phải đáp

ứng những yêu cầu sau:

- Quá trình tách bằng mô hình thiết bị phản ánh đúng như vận hành thực tế;

- Cấu trúc mô hình đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật cần thiết cho thử nghiệm;

- Cấu tạo đơn giản có thể chế tạo trong nước;

- Dễ dàng thay đổi thông số khi thử nghiệm;

- Đảm bảo an toàn cho người thử nghiệm;

2.2.1 Tính toán lựa chọn hình dạng kích thước điện cực

2.2.1.1 Lựa chọn vật liệu chế tạo điện cực

Việc lựa chọn vật liệu để làm điện cực phải đảm bảo các điều kiện sau:

- Do khí hậu Việt Nam có độ ẩm cao nên vật liệu làm điện cực phải có tuổi thọ cao,

không bị ăn mòn, gỉ gây ra biến dạng điện cực (điều này dẫn đến thay đổi cường độ điện

trường làm ảnh hưởng rõ rệt hiệu quả tách của thiết bị).

- Điện áp đặt lên điện cực có giá trị tương đối lớn nên cách điện phải đảm bảo không

gây ra phóng điện từ điện cực đến các phần tử kim loại khác trong thiết bị.

- Khối lượng các điện cực cần đủ nhỏ để giảm chi phí vật tư chế tạo điện cực đồng thời

giảm kích thước và khối lượng các vật liệu dùng để làm giá đỡ cách điện cho điện cực.

Từ các kết quả thử nghiệm với các loại vật liệu làm điện cực khác nhau nhóm nghiên

cứu đề xuất điện cực nên làm bằng lá thép không gỉ (thép I nốc) với độ dầy 0,1 mm và

được uốn thành hình ống và hình rẻ quạt.

Lưu ý: Sau khi uốn thép lá và hàn cần phải mài phẳng tránh tạo ra các lồi lõm trên bề

mặt hoặc các mũi nhọn do các vẩy hàn.

2.2.1.2 Lựa chọn hình dạng điện cực

Kết quả thử nghiệm với hai điện cực được sử dụng trong thực tế có hình dạng khác

nhau:

a. Điện cực dạng dây dẫn

Ở đây nhóm nghiên cứu chỉ đưa ra một số đồ thị mô tả kết quả điển hình của một số

trường hợp để dễ so sánh hiệu quả tách các đồ thị miêu tả kết quả khi cùng một điều kiện:

- Điện áp đặt lên các cực trong các trường hợp bằng nhau.

- Góc nghiêng của máng bằng nhau.

)

( t ạ h

g n ợ ư l i ố h k ệ l

ỷ T

Hình 2.1 Phân bố khối lượng hạt theo thứ tự khay hứng sản phẩm, đường kính dây dẫn 0,5mm

- Dây dẫn có đường kính 0,5mm.

)

( t ạ h

g n ợ ư l i ố h k ệ l

ỷ T

Hình 2.2 Phân bố khối lượng hạt theo thứ tự khay hứng sản phẩm, đường kính dây dẫn 1,0mm

- Trường hợp dây dẫn có đường kính 1,0mm:

)

( t ạ h

g n ợ ư l i ố h k ệ l

ỷ T

Hình 2.3 Phân bố khối lượng hạt theo thứ tự khay hứng sản phẩm, đường kính dây dẫn 1,5mm

- Trường hợp dây dẫn có đường kính 1,5mm:

)

( t ạ h

g n ợ ư l i ố h k

ệ l

ỷ T

Hình 2.4 Phân bố khối lượng hạt theo thứ tự khay hứng sản phẩm, dây dẫn hình trụ đường

kính 5mm

Trường hợp sử dụng dây dẫn dạng ống hình trụ đường kính 5mm: -

b. Điện cực dạng hình rẻ quạt

Phân bố sản phẩm theo các khay hứng trong trường hợp sử dụng điện cực hình rẻ quạt

)

( t ạ h

g n ợ ư l i ố h k

ệ l

ỷ T

Hình 2.5 Phân bố khối lượng hạt theo thứ tự khay hứng sản phẩm, sử dụng điện cực hình rẻ quạt

có dạng như trên hình 2.5.

Có thể rút ra một số nhận xét từ các thực nghiệm với các mẫu sa khoáng thực tế trên cơ

sở các dạng điện cực khác nhau, bao gồm:

- Trường hợp điện cực dạng dây dẫn phần lớn các hạt sa khoáng rơi vào khay hứng

sản phẩm trung gian, điều đó đồng nghĩa với hiệu suất tách tương đối thấp.

- Trường hợp điện cực hình rẻ quạt số lượng các hạt sa khoáng rơi vào khay hứng sản

phẩm kim loại (từ khay 16-19) tăng.

Đánh giá sơ bộ có thể dễ dàng nhận thấy một số đặc điểm từ khay thu hồi sản phẩm

như sau:

- Số lượng các hạt sa khoáng có tính chất điện dẫn (Ilmenite – sẫm màu ) rơi vào khay

hứng sản phẩm ở phía xa các điện cực (từ khay 9-12) cũng tăng.

- Số lượng các hạt sa khoáng có tính điện môi (Zircon- màu sáng) rơi vào các khay ở

gần điện cực (khay 3,4,5).

Từ các số liệu đo đạc và so sánh có thể rút ra kết luận hiệu suất tách của thiết bị khi

dùng điện cực hình rẻ quạt sẽ cao hơn nhiều so với trường hợp dùng điện cực dạng dây

dẫn. Các kết quả tính toán mô phỏng và thử nghiệm cho thấy điện cực trên có hình rẻ quạt

và điện cực dưới có dạng hình trụ sẽ cho hiệu suất tách của thiết bị lớn nhất.

Trong thiết bị sử dụng nguyên lý làm việc này, có thể xây dựng hình dạng và kích

thước điện cực chung, mô tả theo các hình vẽ dưới đây. Mô hình vật lý này sẽ được sử

dụng cho mô phỏng trong phần mềm Comsol nhằm đánh giá phân bố điện trường và phân

tích tỷ lệ chi tiết các kích thước của điện cực.

Hình 2.6 Hình dạng điện cực trên trong mô hình vật lý của thiết bị.

Mô hình điện cực trên của thiết bị trên hình 2.6.

Hình 2.7 Hình dạng điện cực dưới trong mô hình vật lý của thiết bị.

Mô hình điện cực dưới trên hình 2.7.

2.2.1.3 Lựa chọn thiết bị hệ thống đo lường điện áp cao

a. Phân tích đánh giá các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống đo lường cao áp

Các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống đo lường cao áp đã xây dựng cho mô hình thiết bị

trong luận án bao gồm các nội dung sau:

Đo lường điện áp cao áp :

- Điện áp vào: từ 0 - 220V xoay chiều;

- Giá trị tương ứng ở đầu ra: từ 0 – 40kV một chiều;

- Cấp chính xác: 2.0;

- Nguồn cung cấp: 220 V xoay chiều;

- Hiển thị số: 00.0 – 40.0 kV

Đo lường dòng điện cao áp

- Dải đo: 0 – 1A;

- Cấp chính xác: 2.0

- Nguồn cung cấp: 220 V xoay chiều;

- Hiển thị số: 00.0 –1.0A;

b.Chế tạo hệ thống đo lường điện áp và dòng điện của mạch cao áp.

Tính toán thiết kế mạch đo lường điện áp bao gồm lựa chọn các thông số kỹ thuật như

Thông số kỹ thuật của mạch đo lường điện áp:

- Ký hiệu: HVU - 30

- Điện áp vào đo: 0 - 220 V xoay chiều;

- Giá trị hiển thi tương ứng ở đầu ra : 0 – 30 kV một chiều;

- Cấp chính xác: 2.0;

- Nguồn cung cấp : 220 V xoay chiều;

- Hiển thị số: 00.0 – 30.0 kV;

Phân tích hoạt động của các khối:

- Khối nguồn cung cấp:

Khối nguồn cung cấp có điện áp vào là: 220 V~/50Hz

Điện áp ra ổn áp: +5V / -5V 0,5 A

Biến áp nguồn : Vì ở đây chúng ta cần nguồn cung cấp ổn áp điện áp ra đối xứng nên

phải dùng biến áp vào là loại có điện áp vào là 220 V ~ và điện áp ra là 2 cuộn dây

mắc nối tiếp nhau 9V~ - 0 - 9V~ / 1A

Mạch chỉnh lưu : Là mạch chỉnh lưu cầu , mạch lọc sử dụng tụ hóa

Mạch ổn áp : Sử dụng IC ổn áp liên tục họ 78XX và 79 XX . Mạch ổn áp dương dùng

vi mạch 7805, còn mạch ổn áp âm dùng vi mạch 7905.

- Khối biến áp đo lường :

Điện áp vào: 0- 220 V~

Điện áp ra: 0-3V~

Chọn biến áp đo lường là loại 220 V~ / 3 V~

- Khối mạch chỉnh lưu chính xác

Để đảm bảo độ chính xác của mạch đo chúng tôi sử dụng mạch chỉnh lưu chính xác với

vi mạch khuếch đại thuật toán LM 324 và điốt chỉnh lưu theo sơ đồ chỉnh lưu chính xác

2 nửa chu kỳ. Hệ số khuếch đại chọn bằng 1 vì tín hiệu đầu ra chỉ cần 2000 mV.

- Khối hiển thị dùng ICL 7107

Ở đây chúng ta lựa chọn mạch ADC 12 bit có dấu là ICL 7107 , có khả năng hiển thị

3,5 digit . LED 7 thanh là loại Anod chung cao 14,2 mm.

Trên cơ sở các phân tích tính toán, lựa chọn và mô phỏng tác giả đã đưa ra mô hình

thiết bị phục vụ cho thử nghiệm như trên hình 2.13.

Hình 2.8 Mô hình vật lý của thiết bị thử nghiệm

Mô hình thiết bị thử nghiệm đã xây dựng bao gồm các bộ phận sau:

- Các thành phần chịu lực và giá đỡ điện cực.

- Điện cực trên có hình dạng rẻ quạt với kích thước dài 20 cm, rộng 20 cm, đầu trên

uốn cong với bán kính cong 15 mm, đầu dưới bán kính cong 1 mm.

- Điện cực dưới hình trụ đường kính 10 cm dài 20 cm. Do khí hậu Việt Nam có độ ẩm

cao nên cả hai điện cực đều được làm từ vật liệu thép không gỉ (inox).

- Cách điện bằng vật liệu thủy tinh hữu cơ có điện áp phóng điện bề mặt không nhỏ

hơn 50kV.

- Phễu cấp liệu bằng thép có gắn bộ phận điều chỉnh khối lượng phần tử cần tách.

- Máng cấp liệu có thể dịch chuyển do được gắn với động cơ và thiết bị sấy với dải

điều chỉnh nhiệt độ từ nhiệt độ môi trường đến 150 độ.

- Máng nghiêng dài 45 cm, rộng 25 cm cũng được làm từ vật liệu không gỉ.

- Các khay thu hồi với số lượng 20 để có thể xác định vị trí và khối lượng các phần tử

sau tách.

Đi kèm với mô hình thiết bị là hệ thống tạo điện ấp cao có thể điều chỉnh từ 0÷ 40 kV

Hình 2.9 Thiết kế của tủ đo lường, điều khiển và bảo vệ.

cả hai cực tính, tủ đo lường điều khiển và bảo vệ.

2.3 Quy trình thực nghiệm đo kích thước và khả năng tích điện

2.3.1. Thu thập và xử lý mẫu

Trong luận án này có hai loại mẫu phân tách được thu thập và đưa ra thử nghiệm, bao

gồm: sa khoáng titan lấy từ các mỏ ở miền Trung Việt Nam và chất thải điện tử sau khi

xử lý. Với mỗi loại mẫu cần phân tách, luận án thực hiện một quy trình thu thập và xử lý

mẫu tương ứng, kèm theo là các kịch bản với thông số xử lý cụ thể.

Quá trình thu thập thực hiện đối với sa khoáng mẫu thử nghiệm yêu cầu sản phẩm sau

khi đã tách bằng phương pháp trọng lực để loại bỏ bùn rác và một số khoáng vật nhẹ.

Thành phần chủ yếu của sa khoáng khi này là Imenite (điện dẫn) và Zircon (điện môi) và

một số thành phần trung tính khác. Các thông số trước khi đi qua điện trường trong mỗi

lần phân tách được hiểu là thông số của một kịch bản phân tách (nhiệt độ, độ ẩm, kích

thước hạt…).

Đối với chất thải điện tử có chứa thành phần kim loại (dẫn điện) và phi kim (cách điện)

cần tiến hành cắt nhỏ, nghiền và dùng thiết bị phân chia kích thước phục vụ cho các kịch

bản thử nghiệm sau này.

2.3.2. Đo và mô phỏng kích thước tương đương của phần tử

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 [60.73,8085].

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:

Trong đó a, b và c tương ứng là chiều dài, rộng và cao của hạt.

Các hạt để đo đạc được lấy ngẫu nhiên với số lượng mẫu là 400 hạt.

Kết quả đo đường kính quy đổi trung bình của mẫu sa khoáng từ các mẫu thu thập

Hình 2.10 Phân bố kích thước trung bình của hạt sa khoáng.

có dạng như sau :

Từ kết quả đo đạc và tính toán nói trên có thể rút ra kết luận sơ bộ: bán kính tương

đương của các hạt khoáng sản tại mỏ Cẩm hòa dao động trong khoảng từ 70 đến

2000μm. Kích thước này rất phù hợp với việc dùng thiết bị kiểu máng nghiêng và cho

hiệu suất tách cao.

2.3.3. Đo khả năng tích điện tích:

Để đo được khả năng tích điện của các phần tử người ta thường dùng có hai phương

pháp sau [68,76,84,88]:

2.3.3.1. Phương pháp đo điện tích từng phần tử:

Điện tích của từng phần tử thường có trị số rất nhỏ. Các phần tử tích điện được coi như

một nguồn với nội trở lớn. Việc đo trực tiếp điện tích có thể tiến hành theo hai sơ đồ sau:

Hình 2.11. Sơ đồ đo điện tích hạt khi biết trị số điện trở R

- Khi biết trị số điện trở R:

Điện tích qx cần đo sẽ được tính theo công thức:

(2.1)

Trong đó: Ux- Điện áp trên điện trở R;

t- Thời gian các điện tích cần đo chạy qua điện trở R

- Khi biết điện dung C:

Hình 2.12 Sơ đồ đo điện tích hạt khi biết trị số điện dung C

Điện tích qx cần đo sẽ được tính theo công thức:

(2.2)

Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là cần phải có các thiết bị đo với độ nhậy

cao, nên việc đo đạc bằng phương pháp này dễ gây ra sai số lớn.

2.3.3.2. Phương pháp đo điện tích trung bình

Trong thực tế khi cần đo điện tích của các phần tử với kích thước rất nhỏ (µm) người

ta thường dùng phương pháp đo điện tích trung bình. Phương pháp này dựa trên cơ sở đo

trị số điện áp xuất hiện trên hệ thống cảm biến điện dung do sự tích điện của phần tử và

trọng lượng của chúng.

Khi đo điện tích của các phần tử cần lưu ý để hằng số thời gian phóng điện p của hệ

thống đo lường lớn hơn nhiều thời gian đo đạc tđl (thường được lấy khoảng 60s, ). Trong

đó hằng số thời gian được xác định theo công thức p=RC, với R là tổng trở đầu vào của

hệ thống đo lường. Điện dung tổng đầu vào của hệ thống đo lường càng lớn thì hằng số

thời gian nhận được cũng càng lớn.

Trên cơ sở yêu cầu về hằng số thời gian tđl= 60s và điều kiện p>tđl ta có thể chọn

thiết bị dùng để đo là loại vôn mét tĩnh điện E7-22 với các thông số:

- Điện dung đầu vào 0,97.10-10 F

- Tổng trở đầu vào 8.1012 Ω

Đưa các trị số này vào công thức tính hằng số thời gian ta có:

s (2.3)

Kết quả tính toán cho thấy thiết bị E7-22 hoàn toàn thỏa mãn các yêu cầu trên.

Khối lượng các phần tử rơi vào khay (cảm biến) được xác định bằng cân tiểu ly. Dựa

vào khối lượng M và điện áp U xuất hiện trên khay ta sẽ tính được điện tích trung bình:

(2.4)

Сu – Điện dung tổng đầu vào của hệ thống thiết bị đo bao gồm cả điện dung của dây

Hình 2.13. Mô hình nguyên lý đo điện tích

cáp đo.

Ở đây khay thu hồi sản phẩm bằng kim loại sẽ được đặt cách ly và đóng vai trò của

cảm biến điện.

Trên thực tế có thêm một đặc điểm cần lưu ý khi phát triển mô hình thiết bị đo là cần

thiết phải đánh giá khả năng tích điện trái dấu của các phần tử. Do các phần tử có những

tính chất về điện khác nhau nên trong môi trường thiết bị chúng có thể tích các điện tích

trái dấu. Để xác định dấu của điện tích, có thể đấu vào hệ thống đo một giá trị điện áp đầu

vào với dấu xác định. Trị số điện áp cần đo được tính bằng hiệu số của điện áp trước và

sau thí nghiệm.

Phương pháp xác định dấu của điện tích các phần tử được tiến hành theo quy trình

như sau:

Nối một đầu của nguồn điện một chiều với dấu xác định âm (-) vào cảm biến, còn đầu

kia của nguồn có dấu dương (+) được nối với vỏ thiết bị. Sau đó tăng điện áp nguồn một

chiều này đến khi đạt trị số 100V. Khi các hạt tích điện rơi vào khay thu hồi, nếu chỉ số

đo được của vôn mét tăng lên sẽ đồng nghĩa với việc các hạt tích điện trùng dấu với dấu

của cảm biến (-). Trong trường hợp ngược lại, nếu chỉ số của vôn mét giảm, có nghĩa là

đang xảy ra quá trình trung hòa điện tích.

2.3.4. Kết quả:

a) So sánh kết quả thực nghiệm và lý thuyết: Sai khác giữa kết quả đo thực tế khả

năng tích điện của hạt theo cường độ điện trường biến đổi (đường màu đỏ) với kết quả

Hình 2.14. Kết quả đo điện tích của hạt sa khoáng

tính toán mô phỏng trị số điện tích hạt (đường màu xanh) được thể hiện trên hình 2.14.

b) Ảnh hưởng của điện trường đến khả năng tích điện: Hình 2.15 cho thấy quan hệ giữa

điện tích trái dấu của các thành phần Ilmenite và Zircon có trong sa khoáng titan tại Việt

Nam với cường độ điện trường thay đổi.

Hình 2.15. Khả năng nhiễm điện trái dấu của các thành phần Ilmenite và Zircon

2.3.5.Nhận xét

Từ kết quả mô phỏng và thực nghiệm trên các thành phần sa khoáng thu thập được,

có thể rút ra một số nhận xét như sau:

- Trong trường hợp chưa có điện trường (E=0), các hạt vẫn tích điện tích do khi

chuyển động các hạt ma sát với nhau hoặc ma sát với máng nghiêng.

- Điện trường có trị số càng lớn các hạt càng tích được nhiều điện tích.

- Các hạt điện dẫn (Ilmenite) tích điện tích nhiều hơn so với các hạt điện môi

(Zircon).

- Các hạt điện dẫn tích điện trái dấu (điện tích âm) với các hạt điện môi (điện tích

dương), điều này cũng khẳng định hiệu quả tách các hạt có tính chất về điện khác

nhau khi dùng điện cực có cực tính trái dấu nhau.

2.4 Kết luận chương 2

- Kết quả đo và tính kích thước tương đương của các phần tử cần tách (đặc biệt là sa

khoáng) khi quy về hình cầu nằm trong khoảng dao động từ 70 đến 230µm. Kích

thước này phù hợp với mô hình thiết bị hiện có với hiệu suất cao.

- Các phần tử có tính chất về điện khác nhau (điện dẫn và điện môi) khi chuyển động

trong điện trường sẽ tích điện trái dấu do vậy để nâng cao hiệu suất tách việc đặt

điện cực dưới có cực tính dương sẽ hút các điện môi về phía điện cực này làm tăng

hiệu suất tách điện môi.

- Trong điện trường các phần tử có tính điện dẫn tích điện với trị số lớn hơn so với

phần tử điện môi nên cần chọn lựa thông số điện trường phù hợp.

- Kết quả thực nghiệm sẽ góp phần làm sáng tỏ ảnh hưởng của các số liệu này đến

quỹ đạo bay của các thành phần và vị trí kết thúc tương ứng của chúng trong môi

trường điện trường của các phần tử trong chương 3.

CHƯƠNG III. QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC PHẦN

TỬ TRONG MÔI TRƯỜNG PHÂN TÁCH

3.1 Phân tích các lực tác động lên các phần tử trong điện trường

Trong chương 2 đã trình bày phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm. Hiệu

suất tách của thiết bị phụ thuộc vào quỹ đạo bay nên việc xác định vị trí chính xác đặt các

khay thu hồi là rất cần thiết. Hiệu suất thu hồi của thiết bị phụ thuộc vào vị trí đặt các

khay. Bằng phương pháp chụp ảnh quỹ đạo bay sẽ giúp cho việc quyết định số khay thu

hồi hợp lý, giảm sai số đo đạc và giúp cho việc chế tạo mô hình tối ưu.

Trong thực tế lý thuyết khi phân tích các lực người ta thường đưa giả thiết đơn giản

sau ([5]) nhằm đơn giản hóa quá trình mô phỏng:

1. Các phần tử được mô phỏng quỹ đạo bay có hình cầu;

2. Điện tích phân bố đều trên bề mặt các phần tử;

3. Các phần tử là cô lập với nhau hay điện tích của chúng là không thay đổi do tiếp xúc

hay ma sát trong quá trình tách;

Đối với mỗi thiết bị tách, lực tác dụng lên các phần tử trong một thiết bị tách bất kỳ

Hình 3.1. Lực tác dụng lên các phần tử trong thiết bị tách sử dụng máng nghiêng

có thể được đơn giản hóa bằng cách mô tả như trên hình vẽ 3.1.

3.1.1 Các lực tác động lên phần tử mô phỏng

Nguyên lý của phương pháp tuyển tĩnh điện là dựa trên các lực tác động lên các phần tử tích điện tích. Trong thiết bị đồng thời với lực tác động của điện trường còn có các lực khác như trọng lực, lực cản môi trường...

Phương trình tổng hợp lực tác động được viết như sau:

(3.1)

Trong đó: m- khối lượng của phần tử, - véc tơ vận tốc chuyển động, - véc tơ

tổng các lực tác động lên phần tử trong điện trường.

Phương trình này xác định điều kiện tách phần tử khỏi điện cực trong khi tích điện tích

đồng thời cũng xác định chuyển động tiếp theo của phần tử trong điện trường và kết quả là sự phân tách chúng ra thành các nhóm khác nhau tùy theo điện dẫn của chúng.

Xét trường hợp đầu khi cân bằng các lực tác động theo hướng vuông góc với điện cực lên phần tử nằm trên điện cực:

(3.2)

Trong đó: - lực tách phần tử khỏi điện cực (máng nghiêng), - lực ép

phần tử xuống điện cực.

Trường hợp thứ hai xác định các thông số của chuyển động bằng cách tích phân trực tiếp phương trình (1.1). Việc tích phân có thể tiến hành đơn giản khi biết các lực ở vế phải của phương trình, hoặc có thể bằng phương pháp giải tích phương trình chuyển động [...].

Các lực có thể tác động lên phần tử trong quá trình tích điện và chuyển động bao gồm

[60,70,71,75,80,85,87,88,93,94]:

- Trọng lực được xác định bằng công thức sau:

(3.3) Fg= mgcosα

Trong đó: g- gia tốc rơi tự do, g=9,8m/s2, α- góc nghiêng của máng. Khi phần tử có dạng hình cầu phương trình tính trọng lực sẽ biến đổi thành:

(4.4) Fg= πr3ρhgcosα

Trong đó: r- bán kính của phần tử hình cầu, ρh – trọng lượng riêng của phần tử. Đối với thiết bị tuyển kiểu hình trụ tùy theo trị số góc α thành phần trọng lực có thể tách hoặc ép

phần tử vào điện cực hình trụ. Đối với thiết bị tuyển kiểu máng nghiêng thì trọng lực luôn ép phần tử vào điện cực....

- Lực ly tâm: lực này chỉ xuất hiện và tác động lên phần tử trong trường hợp khi phần tử nằm trên trục quay, khi đó lực này được tính như sau:

(3.5) Flt= 2mωđc/Dđc

Trong đó: ωđc - vận tốc quay của điện cực, Dđc - đường kính của đường tròn chuyển động của phần tử. Trong thiết bị kiểu máng nghiêng thì lực này bằng 0.

- Lực do sự phân bố không đều của điện trường: trong môi trường không khí (môi trường thực tế của thiết bị) lực này được tính như sau:

(3.6)

Trong đó: 0 - hằng số điện môi tuyệt đối, - hằng số điện môi của phần tử cần tách, E- cường độ điện trường. Lực này được xác định bằng mức dộ không đồng nhất của điện trường và kích thước của bản thân phần tử . Trong điện trường có độ đồng nhất yếu như trong thiết bị tách thì lực này có giá trị rất nhỏ nên có thể bỏ qua.

- Lực cản chuyển động của môi trường: Lực này được tính theo công thức sau:

(3.7)

Trong đó: V – vận tốc chuyển động tương đối của phần tử với môi trường, kk- mật độ của không khí, S – tiết diện của phần tử, với hình cầu S= r2 , Cx- hệ số cản được tính bằng biểu thức :

(3.8)

Với Re- số Reynolds.

- Lực dính phần tử với điện cực Fd . Lực này được xác định do tính chất của phần tử và điện cực cũng như trạng thái bề mặt tiếp xúc của phần tử với điện cực. Vai trò của lực dính cũng đã được nêu trong một số công bố [35,52]. Trong thiết bị kiểu trục quay lực dính gây ra các điều kiện tách phần tử khác nhau dẫn đến hiệu suất tách bị giảm sút. Đối với thiết bị kiểu máng nghiêng các nghiên cứu đều bỏ qua vai trò và ảnh hưởng của lực này đến hiệu suất tách.

Phương pháp tính toán lý thuyết lực dính trong điều kiện gần đúng với thực tế không được đề cập trong các công bố [70,80]. Trong điều kiện tách thực tế chỉ đề xuất biện pháp giảm ảnh hưởng của lực này...

3.1.2 Phân tích sự tác dụng của các lực lên phần tử

Ta biết rằng giá trị điện trường trên điện cực nghiêng phụ thuộc vào điện áp đặt lên

điện cực. Chính vì vậy từ bán kính của điện cực, góc nghiêng của máng và khối lượng

riêng của phần tử, ta hoàn toàn có thể xác định được điện áp cần thiết đặt lên điện cực để

phần tử bắt đầu rời khỏi máng. Ngoài ra, với một điện áp nhất định ta cũng có thể lựa

chọn được góc nghiêng cần thiết cũng như xác định được kích thước cần thiết đối với một

loại vật liệu nhất định để số lượng phần tử rời máng nhiều nhất có thể. Điều này có nghĩa

là chỉ cần điều chỉnh góc nghiêng hoặc điện áp ta có thể tập trung vào tách một số phần tử

mong muốn khỏi máng tại một vị trí mong muốn do điện trường tại các vị trí trên máng là

khác nhau.

3.1.3 Một số nhận xét và đánh giá

Hiệu quả của phương pháp tách tĩnh điện liên quan đến khả năng kiểm soát việc các

phần tử rời khỏi máng nghiêng trong thiết bị. Lượng điện tích tích lũy trên các phần tử và

lực tác dụng lên các phần tử được tính toán thông qua cường độ điện trường trên từng vị

trí trên máng, hay nói khác đi ở mỗi vị trí khác nhau trên máng, một phần tử cần tách có

khả năng tích lũy một điện tích khác nhau cũng như chịu một lực tác dụng khác nhau. Lực

điện trường là lực chi phối cách hành xử của các phần tử khi nó bắt đầu chuyển động

trong máng nghiêng, mà lực này lại phụ thuộc chủ yếu vào điện tích của phần tử. Giá trị

điện tích của từng phần tử lại phụ thuộc vào cách mà nó tích điện. Tính toán điện trường

trong khoảng không giữa hai điện cực không chỉ quan trọng trong việc xác định trị số điện

áp đặt vào tối ưu để điện tích được tích điện ở giá trị mong muốn mà còn rất quan trọng

trong khâu thu gom các phần tử sau tách. Giả thiết các phần tử có kích thước giống nhau

thì sự khác nhau về khối lượng riêng của nó cũng làm cho chúng rời khỏi máng nghiêng ở

các vị trí khác nhau, và do đó rơi xuống máng hứng ở các vị trí khác nhau và như vậy việc

tách sẽ càng đạt hiệu quả nếu ta tính toán vị trí đặt thích hợp của các khay thu hồi. Trong

luận án này, chúng ta đã làm rõ các cơ chế tích điện cho phần tử, các lực tác dụng lên

phần tử khi trượt trong máng và các xác định sơ bộ một điện trường tới hạn trên bề mặt

máng trượt để có thể tách được phần tử ra khỏi máng. Nói chung, để việc thiết kế một

thiết bị phân tách tĩnh điện có hiệu suất tối ưu, ta cần phải chú ý đến những đặc điểm sau:

- Độ dốc của máng nghiêng

- Kích thước và vị trí tương đối của các điện cực cao áp đối với máng

- Trị số điện áp đặt lên các điện cực

3.2 Xác định quỹ đạo bay của các phần tử trong môi trường thiết bị

Để xác định quỹ đạo bay thường dùng phương pháp chụp ảnh quỹ đạo bay thực tế của

phần tử trong môi trường thiết bị đang vận hành. Trong đó các thiết bị phục vụ chụp quỹ

đạo bay gồm có:

- Máy chụp ảnh kỹ thuật số;

- Mô hình thử nghiệm kèm tủ điều khiển, thiết bị tạo điện áp cao;

- Thiết bị tạo tia sáng kiểu đèn Flash;

- Thước đo độ dài;

Hình 3.2 Thiết bị phân tách để chụp quỹ đạo bay

Trong quá trình chụp lại quỹ đạo bay của các phần tử cần tách có và không có ảnh

hưởng của điện trường, một số yêu cầu kỹ thuật được thực hiện bao gồm:

- Mô hình thiết bị cần sơn đen bằng loại sơn không phản chiếu.

- Để xác định quỹ đạo bay cần cho một lượng nhỏ phần tử chuyển động để tránh

trường hợp ảnh của phần tử này che ảnh của phần tử khác.

3.2.1 Ý nghĩa của việc xác định quỹ đạo bay của các phần tử

Tách tĩnh điện (electrostatic separation) được định nghĩa là “tuyển chọn các phần tử

chất rắn bằng cách sử dụng lực tác dụng lên các phần tử tích điện (charged) hoặc bị phân

cực (polarized) trong điện trường. Việc tách chính xác các phần tử rắn này được thực hiện

bằng cách điều chỉnh lực điện trường và lực tổng cộng (lực điện trường, lực hấp dẫn, lực

kéo, lực ma sát…) tác dụng lên phần tử chất rắn để tạo thành các quỹ đạo bay khác nhau

của các phần tử ở những thời điểm nhất định. Sự khác nhau căn bản trong thiết kế các

thiết bị tách tĩnh điện dựa trên việc sử dụng thuần túy trường tĩnh điện hay trường đối lưu

(convective field). Ngoài ra các thiết bị tách tĩnh điện còn có thể được phân loại theo cách

mà vật liệu thô (trước khi tách) được chuyển đến khu vực có điện trường như máng, bàn

rung, vòng cuốn v..v..

Phần lớn các thiết bị tách dùng nguyên lý tĩnh điện sử dụng trong thực tế có điện

trường giữa các điện cực cỡ từ 100 kV/m đến 1000 kV/m. Nguồn điện áp có khả năng tạo

ra điện áp đến 100kV và dòng điện đến cỡ 10mA. Các phần tử khi lọt vào khu vực có

điện trường bằng máng trượt sẽ bị nhiễm điện (tích điện hay phân cực tùy thuộc vào bản

chất của phần tử). Tổng hợp các lực tác dụng lên phần tử sẽ làm cho các phần tử rời khỏi

máng trượt theo quỹ đạo nào và do đó quyết định hiệu quả của một thiết bị tách tĩnh điện.

Vì thế, hiểu được các yếu tố ảnh hưởng đến quỹ đạo bay của các phần tử trong thiết bị

tách tĩnh điện và các yếu tố vật lý ảnh hưởng đến nó là một bước cơ bản để thiết kế bất kỳ

một thiết bị tách nào. Trong khuôn khổ luận án này, nó là một bước quan trọng trong

khâu tính toán sơ bộ để thiết kế thiết bị.

3.2.2 Hình ảnh quỹ đạo bay của các phần tử cần phân tách

Hình ảnh quỹ đạo bay của các phần tử cần phân tách trong môi trường thiết bị đang

hoạt động khi chưa có điện trường và khi có ảnh hưởng của điện trường điện áp cao được

thể hiện trên các hình số 3.4 và 3.5.

Hình 3.3. Khi chưa có điện áp đặt lên điện cực

Hình 3.4. Khi có điện áp đặt lên điện cực

3.2.3 Vai trò chuyển động của các phần tử trong nguyên lý phân tách tĩnh

điện

Các phần tử cần tách sẽ chuyển động trên máng nghiêng sau đó chuyển động trong

điện trường được tạo bởi máng nghiêng và điện cực. Dưới tác dụng của các lực tác động

phần tử cần tách sẽ bay theo các quỹ đạo khác nhau (phụ thuộc vào tính chất về điện) và

rơi vào các khay thu hồi ở vị trí khác nhau.

Hình 3.5. Mô hình nguyên lý thiết bị phân tách tĩnh điện sử dụng máng nghiêng

1- Máng nghiêng; 2- Điện cực trên; 3- Điện cực dưới

Nguyên tắc tách của bất kỳ một quy trình tách nào là quá trình tách diễn ra khi các

phần tử chuyển động trong môi trường sau đó đặt lên chúng các lực có độ lớn khác nhau

để tách chúng ra bằng các lực có độ lớn phụ thuộc vào tính chất của chúng. Trong phương

pháp tách tĩnh điện, lực chủ đạo là lực tính điện có độ lớn:

F=QE (3.9)

Với F là tổng vec tơ tất cả các lực điện trường tác dụng lên hạt,còn Q là điện tích tổng

cộng của hạt, E là cường độ điện trường tại vị trí tức thời của hạt trong không gian. Mặc

dù các lực khác cũng cần được tính đến (lực hấp dẫn, lực ly tâm, lực kéo…) nhưng trong

thực tế các thông tin về điện trường và điện tích là quan trọng nhất trong các thiết bị tách

bằng nguyên lý tĩnh điện. Ngoài ra, giá trị điện dẫn của phần tử cũng rất quan trọng vì nó

quyết định độ lớn điện tích mà nó sẽ mang khi được đặt vào điện trường.

Trên hình 3.1 có thể thấy các phần tử cần tách chuyển động trên máng nghiêng nhờ

trọng lực đồng thời có tích một lượng điện tích.Sau đó chúng rơi vào khu vực điện trường

và tích thêm điện tích, Dưới tác dụng chính của lực điện trường các phần tử sẽ bị hút ra

khỏi bề mặt của máng nghiêng và bay vào khoảng không gian của điện trường. Do các

phần tử có kích thước khác nhau nên điện tích tích lũy của các phần tử sẽ có trị số khác

nhau cũng như tích điện trái dấu (phần tử điện môi và điện dẫn) nên chúng sẽ bay theo

các quỹ đạo khác nhau và kết quả rơi vào các khay thu hồi khác nhau.

Hiệu quả của quá trình tách phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như khả năng tích điện của

các hạt, bản chất của hạt, phân bố kích cỡ các hạt, độ lớn của điện trường và phân bố

cường độ điện trường. Nếu hạt có diện tích càng lớn thì khả năng tích điện của nó cũng

càng lớn. Các hạt mịn (fine) có diện tích riêng bề mặt (specific surface area) lớn các hạt

thô (coarse), do vậy nó tích lũy điện tích lớn hơn. Ngược lại, các hạt thô lại có lực ly tâm

lớn hơn so với các hạt mịn. Nguyên tắc tách của bất kỳ một quy trình tách nào là việc tách

được thực hiện bằng cách cho chúng lơ lửng trong môi trường sau đó đặt lên chúng các

lực có độ lớn khác nhau để tách chúng ra. Tóm lại, quá trình tách các phần tử trong một

thiết bị tách tĩnh điện được thiết kế trong đề tài này bao gồm ba quá trình liên tục]: 1-Tích

điện cho các phần tử; 2- Động học của phần tử trên bề mặt điện cực nối đất; và 3- Động

học của phần tử sau khi nó rời khỏi bề mặt điện cực nối đất. Như trình bày ở trên quá

trình tích điện cho hạt có tính dẫn điện rất quan trọng cho quá trình tách do nó liên quan

đến quá trình hút của điện cực trái dấu. Trên thực tế thì không có vật liệu nào là dẫn điện

tuyệt đối cả, tính chất dẫn điện của chúng có tính tương đối theo thời gian. Nghĩa là vật

liệu dẫn điện cũng cần một thời gian đủ lớn để quá trình chuyển điện tích diễn ra. Nếu

thời gian ngắn hơn thời gian chuyển thì nó vẫn có thể coi là vật liệu không dẫn điện. Như

vậy hiệu quả của quá trình tách phụ thuộc vào hằng số thời gian đối với quá trình tích

điện của các hạt.

Vì thế để hiểu rõ những yếu tố vật lý ảnh hưởng đến quỹ đạo bay của các phần tử, ta

cần hiểu rõ được quá trình tích điện đối với các phần tử diễn ra thế nào, sau đó phân tích

các lực tác dụng lên từng phần tử. Phân tích các lực tác dụng lên các loại vật liệu rất quan

trọng trong thiết kế một thiết bị tách tĩnh điện vì thông qua đó ta có thể cải thiện được khả

năng và hiệu quả của quá trình tách.

3.3. Quá trình tích điện của các phần tử cần phân tách

Khi đi từ máng cấp vào máng nghiêng trong điện trường, các phần tử sẽ được tích

điện theo 3 cách: 1- Tích điện bằng phương pháp vầng quang hay đánh phá ion (ion

bombardment), 2- Tích điện bằng cảm ứng và 3- Tích điện bằng ma sát. Sau đây ta sẽ đi

vào tìm hiểu cơ chế tích điện của từng cách, và thực tế là thiết bị trong luận án này cũng

sử dụng cả 3 cách này.

Như vậy, công thức này chỉ ra rằng tăng khoảng cách giữa hai điện cực thì điện áp

cho phép để xảy ra vầng quang sẽ tăng lên. Mặc dù trong công thức này ảnh hưởng của

bán kính điện cực không được tính đến nhưng cách ước lượng này rất quan trọng trong

việc kiểm chứng kết quả mô phỏng, cho phép đánh giá sơ bộ tính chính xác của mô phỏng

bằng phần mềm COMSOL.

3.3.1.1. Cơ chế tích điện

Một hạt được tích điện nhiều hay ít phụ thuộc vào nhiều yếu tố: kích cỡ hạt, hằng số

điện môi tương đối của hạt, trị số cường độ điện trường, hàm lượng điện tích (ion) trong

không khí sinh ra do quá trình vầng quang. Quá trình tích điện bởi vầng quang thường

xảy ra do hai quá trình chính: tích điện do bombardment (hay do điện trường) và tích điện

do quá trình khuyếch tán (diffusion). Quá trình tích điện do khuyếch tán là không đáng kể

đối với các phần tử có đường kính lớn hơn 1 micron.

Tích điện kiểu bombardment là các phần tử cần tách bị các ion sinh ra do vầng

quang trong không khí bay bắn tới (bombardment) do tác dụng của điện trường. Nếu ta

giả thiết phần tử chất rắn cần tách có hình cầu tích lũy điện tích mặt Q phân bố đều trên

toàn bộ phần tử và được đặt trong điện trường đều E0 trong không khí, điện tích cảm ứng

trên phần tử sẽ làm méo điện trường ban đầu (E0) và ảnh hưởng lên nó một thành phần

đối hướng tâm (radial). Nếu một ion bay vào một phần tử từ một góc  mà lực hướng tâm

có trị số âm, nó sẽ bị dính vào phần tử đó và cung cấp cho phần tử đó một điện tích. Điện

tích bổ sung này sẽ thay đổi điện trường xung quanh phần tử và cuối cùng sẽ dừng quá

trình tích điện cho phần tử sau một khoảng thời gian nào đó. Điện tích tự do lớn nhất trên

bề mặt của phần tử được tính bằng công thức:

(3.10) Qmax=0ked2E0

Trong đó với 0 là hằng số điện môi của chân không (8,85.10-

12F/m), p là hằng số điện môi tương đối của phần tử cần tách, E0 là cường độ điện

trường xảy ra phóng điện trong không khí (~3kV/mm). Đối với các phần tử cách điện thì

ke có trị số xấp xỉ 1. Với cách tính này thì mật độ điện tích lớn nhất =Qmax/diện

tích2.66.10-6 C/m2.

Mật độ điện tích của phần tử là một hàm của thời gian theo quan hệ:

(3.11)

Với  là hằng số thời gian tích điện, trị số này tỉ lệ nghịch với cả ba tham số: mật độ

ion trong không khí , độ lớn điện tích của ion trong không khí và độ linh động của ion

Thông thường thời gian tích điện của các phần tử chất rắn chỉ là vài mili giây, và

sau khi tích điện nó cần có một khoảng thời gian để toàn bộ điện tích này phân bố đều

trên bề mặt của phần tử. Một số nghiên cứu [Batheremy and Mora] đã chỉ ra rằng điện

tích lớn nhất mà các phần tử tích lũy được do quá trình vầng quang tỉ lệ thuận với đường

kính tương đương của phần tử và hệ số hình dạng tích lũy. Điều đó có nghĩa rằng hình

dạng và điện dẫn của bản thân phần tử có ý nghĩa quan trọng quyết định đến điện tích mà

nó tích lũy được do vầng quang. Mặc dầu vậy, bản thân hình dạng của phần tử (ví dụ quá

nhọn) cũng sẽ làm tăng cường điện trường xung quanh nó và gây phóng điện vầng quang,

vì thế cũng làm cho điện tích của bản thân nó giảm đi. Đây là một chú ý rất quan trọng

trong mô phỏng điện trường trong khoảng không giữa hai điện cực khi tính đến ảnh

hưởng của hình dạng của phần tử cần tách. Vì thế trong quá trình nghiền cũng cần chú ý

đến việc giảm thiểu các phần tử quá nhọn vì chúng sẽ làm giảm hiệu quả của thiết bị tách.

3.3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tích điện do vầng quang

Bên cạnh các lực tác động lên phần tử phân tách chuyển động trong điện trường đã đề

cập, các yếu tố sau cũng có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình chuyển động và tích điện do

vầng quang của các phần tử:

- Bụi: Nếu bụi xuất hiện trong khu vực không khí giữa hai điện cực cũng làm cho điện

trường giữa hai điện cực giảm xuống do bản thân bụi cũng tích lũy điện tích. Do vậy

ảnh hưởng của bụi trong không khí giữa hai điện cực cũng cần phải tính đến trong

quá trình thiết kế thiết bị.

- Độ ẩm: Độ ẩm cũng là một thông số quan trọng trong tính toán điện trường giữa hai

điện cực của thiết bị, hàm lượng độ ẩm trong không khí quyết định điện áp phát sinh

vầng quang. Thông thường, độ ẩm càng cao thì điện áp khởi đầu vầng quang càng

tăng và càng làm cho dòng điện vầng quang giảm xuống. Trong các tính toán mô

phỏng, trị số độ ẩm có thể được thể hiện thông qua giá trị điện dẫn của môi trường

không khí.

3.3.2 Tích điện do cảm ứng

Tích điện bằng cảm ứng là phương pháp mà phần tử ban đầu không tích điện sẽ được

tích điện sau khi đặt vào trong điện trường. Nếu một phần tử dẫn điện tiếp xúc với một bề

mặt dẫn điện, nó sẽ chuyển điện tích có một cực tính mà nó mang lên mặt dẫn điện, còn

phần điện tích có cực tính ngược lại còn lưu trên phần tử và phần tử sẽ bị bề mặt dẫn điện

đẩy vì chúng không có cùng cực tính. Nếu giả sử bề mặt được nối đất, điện cực còn lại có

cực tính ngược lại sẽ hút phần tử về phía nó. Nếu phần tử không dẫn điện nó sẽ không bị

hút hay đẩy bởi bề mặt do nó không chuyển điện tích cho bề mặt theo nguyên tắc đã trình

bày ở trên. Cùng với nguyên tắc như vậy, quá trình tích điện cảm ứng có thể diễn ra giữa

các phần tử dẫn điện với nhau, theo đó hai phần tử chạm vào nhau sẽ trao đổi điện tích

cho nhau để trở thành một phần tử mang điện tích dương, một phần tử mang điện tích âm.

Sau đó mỗi phần tử sẽ được một điện cực trái dấu hút về phía mình. Đặc tính tích điện

bằng phương pháp cảm ứng được biểu diễn bằng phương trình 3.16 như sau:

(3.16) Q=CpV[1-e -t/pCp]

Trong đó Cp là điện dung của phần tử, V là điện áp còn p là điện trở tổng cộng của

phần tử.

3.3.3. Tích điện do ma sát

Tích điện bằng ma sát có nghĩa là điện tích sẽ xuất hiện trong phần tử sau khi phần tử

trượt trên các phần tử khác (trượt giữa rắn và rắn hoặc giữa lỏng và rắn). Điện tích cuối

cùng xuất hiện trong phần tử chính là kết quả của quá trình: điện tích chuyển từ các môi

trường sang nhau khi cọ sát và điện tích chuyển ngược về khi hai môi trường rời xa nhau.

Quá trình tích điện ma sát tương đối phức tạp do diện tích tiếp xúc khi hai môi trường

chạm vào nhau không dễ xác định và rất khó để xác định được độ tinh khiết của vật liệu

do mỗi phần tử thường có thể cấu tạo từ một vài vật liệu khác nhau. Mặc dầu vậy, quá

trình chuyển điện tích có thể được chia làm ba loại chính: 1- điện tích chuyển bởi tính

chất bên trong của vật liệu(bulk properties), 2- điện tích chuyển bởi tính chất mặt, và 3-

do đứt gẫy về mặt cơ khí. Mặc dù vậy, quá trình tích điện khi các phần tử tiếp xúc với

nhau cũng phụ thuộc vào bản chất của từng loại phần tử, vì như đã nói ở trên, trong chất

thải điện tử các phần tử có thể là dẫn điện, cách điện hoặc bán dẫn. Ta xét cụ thể tiếp xúc

giữa các phần tử trong cả ba loại kể trên.

3.3.3.1. Tích điện giữa các vật liệu dẫn điện:

Khi hai kim loại đưa vào tiếp xúc nhau, điện tích giữa chúng sẽ được dịch chuyển cho

đến khi mức Fermi giữa chúng bằng nhau. Điện tích chuyển đi được giữ lại ở kim loại kia

Q được tính bằng công thức:

(3.17) Q=C0V0

Trong đó V0 là chênh lệch điện thế tiếp xúc còn C0 là điện dung tiếp xúc.

3.3.3.2. Tích điện do tiếp xúc giữa vật liệu dẫn điện và không dẫn điện:

Cơ chế để các điện tử được chuyển từ vật liệu dẫn điện sang không dẫn điện và ngược

lại là do sự khác nhau về trị số công thoát giữa các vật liệu. Điện tử sẽ được di chuyển từ

vật liệu nọ sang vật liệu kia cho đến khi trạng thái căn bằng nhiệt động học giữa hai vật

liệu được hình thành. Việc tích điện của các vật liệu không dẫn điện ở bề mặt, do ở khu

vực này có đủ chỗ cho các điện tích trú ngụ. Việc chuyển điện tích sang vật liệu không

dẫn điện diễn ra tương đối nhanh (cỡ vài micro giây) do hiệu ứng đường ngầm trong đó

bề mặt vật liệu không dẫn điện đóng vai trò là bẫy (trap) để hấp thụ hoặc cung cấp các

điện tử.

3.3.3.3. Tích điện do tiếp xúc giữa các vật liệu không dẫn điện:

Quá trình chuyển điện tích do tiếp xúc giữa các vật liệu không dẫn điện diễn ra ở bề

mặt ngoài (một vài micro mét) của vật liệu. Quá trình chuyển điện tích này phụ thuộc vào

sự biến dạng của bề mặt vật liệu, độ chênh lệch về điện thế tiếp xúc giữa các bề mặt và độ

nhẵn của bề mặt.

3.4 Kết quả mô phỏng quỹ đạo bay

Hình 3.6 Khi chưa có điện áp

Hình 3.7 Điện áp đặt lên điện cực 10 kV

Hình 3.8 Điện áp đặt lên điện cực 20 kV

Hình 3.9 Điện áp đặt lên điện cực 30 kV

3.5.Kết luận chương 3

Chương 3 đã tiến hành phân tích đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quỹ đạo chuyển

động khi có và không có điện trường trong môi trường hoạt động của thiết bị. Các nghiên

cứu được thực hiện trên cơ sở mô phỏng bằng tính toán và thực nghiệm trên mô hình vật

lý của thiết bị cho phép phân tích các lực tác động lên chuyển động của đối tượng cần

tách trong điện trường. Các nghiên cứu này cho phép đưa ra quan hệ cần thiết giữa các

thông số của thiết bị với vị trí thu hồi sản phẩm trong mô hình. Để việc thiết kế một thiết

bị phân tách tĩnh điện có hiệu suất tối ưu, những đặc điểm sau của thiết bị cần được điều

chỉnh tối ưu:

- Độ dốc của máng nghiêng;

- Kích thước và vị trí tương đối của các điện cực cao áp đối với máng;

- Trị số điện áp đặt lên các điện cực;

CHƯƠNG IV. TỐI ƯU HÓA HIỆU SUẤT CỦA THIẾT BỊ

PHÂN TÁCH TĨNH ĐIỆN

4.1 Mô phỏng phân bố điện trường trong thiết bị phân tách

Trong các nghiên cứu đã phân tích đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu suất

tách của thiết bị.Trong đó yếu tố điện trường là có ảnh hưởng lớn nhất, ngoài ra còn các

yếu tố như bản chất, trọng lượng riêng, kích thước của phần tử, nhiệt độ, góc nghiêng của

máng, và đặc biệt là độ ẩm do Việt Nam thường có độ ẩm cao. Bằng thực nghiệm có thể

đánh giá chính xác mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này. Kết quả thực nghiệm sẽ góp

phần đưa ra các thông số tối ưu đối với phần mô hình thiết bị đề xuất và đối với từng đối

tượng cụ thể.

4.1.1 Các phương pháp tính toán điện trường

Tính toán điện trường trong bất kỳ một thiết bị nào chính là giải phương trình

Poisson-Laplace. Cũng như các bài toán giải phương trình Poisson-Laplace có điều biên

phức tạp khác, bài toán tính toán điện trường trong thiết kế thiết bị tách tĩnh điện phải sử

dụng phương pháp số. Mặc dù tính toán điện trường tĩnh điện được sử dụng nhiều trong

thiết kế các thiết bị điện[21,28,67,77] , nhưng ứng dụng trong các thiết bị sử dụng trường

tĩnh điện để phân tách [16,33,71,82] thường sử dụng một vài phương pháp đơn giản đòi

hỏi khối lượng tính toán ít. Chỉ có rất ít [49] công trình sử dụng phương pháp số cho thiết

bị tách các hạt khoáng sản. Các phương pháp số thường sử dụng trong thiết bị tách tĩnh

điện bao gồm:

4.1.1.1 Phương pháp phần tử biên (BEM)

Trong phương pháp BEM, lớp tiếp giáp giữa 2 cách điện 1 và 2 bất kỳ trong một bài

toán phân tích tĩnh điện phải thỏa mãn điều kiện:

(4.1)

Trong đó n là véc tơ pháp tuyến hướng từ môi trường 2 sang môi trường 1, còn D1 và

D2 lần lượt là vec tơ điện cảm trong hai môi trường 1 và 2, s là mật độ điện tích mặt

Một điện thế vô hướng  được định nghĩa sao cho thỏa mãn điều kiện:

(4.2)

Với  là toán tử Laplace.

Trong phương pháp BEM, lớp tiếp giáp giữa hai môi trường sẽ được thay thế bằng mật

độ điện tích mặt tương đương và điện thế (hay điện trường) có thể được tính toán bằng

biểu thức :

(4.3)

Trong đó G là hàm Green trong không gian ba chiều:

(4.4)

Còn v và ’v là mật độ điện tích khối thực và tương đương trong từng thể tích v

cách điện cụ thể, s và ’s là mật độ điện tích mặt thực và tương đương trên từng bề mặt

s cụ thể. Điện trường được tính toán bằng cách sử dụng biểu thức tương tự trong đó hàm

Green được thay thế bằng gradient của hàm Green. Trong trường hợp phân tích tĩnh điện,

phương pháp BEM có một vài ưu điểm nổi bật:

Phương pháp này chỉ tính toán rời rạc trên bề mặt vật liệu cách điện và dẫn điện

mà không phải rời rạc hóa toàn bộ thể tích của vật liệu. Hay nói cách khác bài toán được

giải trên các mặt, chứ không phải trên toàn bộ vật liệu, vì thế nó làm giảm đáng kể bộ nhớ

và dữ liệu đầu vào, cũng như thời gian tính toán.

Phương pháp BEM bắt buộc điện thế tại vô cùng là bằng không. Điện trường và

điện thế có thể được tính toán tại bất kỳ vị trí nào bên trong thiết bị và bên ngoài thiết bị

cho đến vô cùng. Trong khi các phương pháp khác như FEM hay FDM (sẽ trình bày sau)

lại yêu cầu một điều kiện biên cụ thể tại vị trí mà mô hình được cắt ra để tính toán, điều

này dẫn đến sai số do trị số điều kiện biên cụ thể này sẽ ảnh hưởng đến kết quả của bài

toán do giá trị điện thế tại các điểm này đã được lấy xấp xỉ.

Tuy nhiên phương pháp BEM có nhược điểm lớn nhất là chỉ giải được bài toán tĩnh

điện khi thể tích tĩnh, nghĩa là môi trường 1 và 2 không thay đổi. Trong bài toán tách tĩnh

điện, phương pháp này chỉ có thể tính toán được điện trường ở điểm khởi đầu, nghĩa là

khi các hạt chưa bắt đầu vào khu vực tách. Khi các hạt xuất hiện trong khu vực tách thì

khu vực đường biên của nó thay đổi liên tục (biên giữa các phần tử và không khí, giữa

phần tử và điện cực …) nên việc sử dụng BEM sẽ bị giới hạn.

4.1.1.2 Phương pháp sai phân hữu hạn

Xét một vùng điện trường trong mặt phẳng Oxy thoả mãn phương trình Poisson và

Laplace và đã biết được điện thế nhờ các điều kiện biên và bờ của bài toán, các giá trị này

cho ta biết được thông tin về điện thế của một số hữu hạn nút ban đầu của quá trình tính

toán.

Ta chia miền không gian thành tập hữu hạn các điểm bằng lưới gồm các đường dọc

(NW)

(N)

(NE)

(E)

ngang như hình vẽ 4.1.

(W)

(SE)

(SW)

(P)

Hình 4.1.Chia miền mô hình theo phương pháp sai phân hữu hạn

(S)

Giả sử nhờ các điều kiện biên, bờ mà ta đã biết được điện thế tại các điểm N, E, S, W

là giả sử điện thế phân bố liên tục trong toàn miền, bây giờ ta đi

tìm điện thế tại P .

Khai triển điện thế tại một điểm (x, y) bất kỳ theo chuỗi Taylor theo nút P tới các vi

phân cấp 2 ta có :

(4.5)

Trong đó: ; ; ;

Bây giờ thay điện thế các nút N, E, S, W đã biết vào ta có:

(4.6)

(4.7)

Với

Từ các phương trình trên ta rút ra được

(4.8)

Ta chọn một giá trị xấp xỉ đầu của các đạo hàm cấp 1 là:

(4.9)

Từ đó rút ra các vi phân cấp 2:

(4.10)

Bây giờ ta thay vào phương trình Laplace và phương trình Poisson ta có:

Ta thu được:

(4.11)

Trong đó:

Trong mặt phẳng 2 chiều ta có thể chia thành lưới hình vuông nên

Và ta thu được:

(4.12)

Phương trình (4.12) chính là công thức sai phân hữu hạn giúp ta tính được điện thế

chưa biết tại nhờ điện thế tại các nút bên cạnh đã biết.

Viết lại (4.11) dưới dạng ma trận ta có:

[D]{φ} = {d}

Trong đó:

[D]: ma trận các hệ số như đã dẫn ở trên

{φ}: ma trận cột điện thế của các nút

{d}: ma trận cột là tổng của các điện thế đã biết với F(P)/2

Khi điện trường thay đổi qua các vùng có điện môi khác nhau, giả sử N nằm ở vùng có

điện môi ε1 và S nằm ở vùng có điện môi ε2 thì

(4.13)

Phương pháp sai phân hữu hạn là có thể tính được phân bố điện áp trên toàn miền

khi biết điện thế đã cho nhờ điều kiện bờ và biên. Tuy nhiên phương pháp này chia miền

không gian thành các nút trên lưới là các đa giác đặc biệt vì vậy khi đường biên giới hạn

giữa các môi trường và điều kiện bờ có hình dáng quá phức tạp thì các đa giác này không

thể điền đầy được bề mặt hoặc phải chia các miền hữu hạn có kích thước rất nhỏ dẫn tới

khối lượng tính toán quá lớn từ đó gây ra sai số lớn trong kết quả. Hơn nữa nếu việc chọn

bước sai phân (chọn hx) ban đầu cần phải rất chuẩn nếu không sẽ gây sai số trong việc

tính sai phân các bước tiếp theo. Điều này cần phải chú ý vì với các thiết bị tách có kích

thước hình học lớn và các phần tử có kích thước rất khác nhau và phức tạp sẽ làm cho bài

toán rất khó giải và tính chính xác không được đảm bảo.

4.1.1.3 Phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên nguyên lý tổng quát cho phép nghiên cứu

hành vi của các hệ thống vật lý là nguyên lý “tác động cực tiểu” còn gọi là nguyên lý

Hamilton. Theo nguyên lý này thì mọi hệ thống vật lý tồn tại và phát triển theo quy luật

sao cho biến thiên của các thông số đặc trưng cho năng lượng của hệ là cực tiểu. Nguyên

lý này được áp dụng rất có kết quả trong lĩnh vực điện từ, nếu quan tâm tới cân bằng tĩnh

của hệ thống thiết bị điện từ, năng lượng của hệ hoàn toàn xác định nếu ta biết điện thế tại

mỗi điểm. Để hệ cân bằng thì năng lượng điện từ của hệ có giá trị cực tiểu. Nếu hệ ở trạng

thái tĩnh thì mọi biến thiên của trường điện từ quanh vị trí cân bằng sao cho công của các

lực điện từ bằng không. Bằng cách tìm cực trị phiến hàm biểu diễn cho năng lượng của hệ

ta được hệ phương trình đại số với các ẩn là các thông số của hệ thống điện từ tại các nút

cần tìm.

Phương pháp phần tử hữu hạn ưu việt hơn hẳn các phương pháp kể trên do tính

chính xác và có thể xây dựng thuật toán tổng quát và thích hợp với hình dáng bờ bất kì.

Ưu điểm này càng thể hiện rõ trong quá trình tính toán là có thể chọn hình dáng phần tử

bất kì, chiến lược phân miền bài toán và thực hiện tính toán cũng hết sức linh hoạt, do vậy

thời gian tính giảm đáng kể so với phương pháp sai phân .

Thực chất của phương pháp PTHH là phân chia miền bài toán nghiên cứu thành các

miền con có kích thước hữu hạn. Trên mỗi miền con (còn gọi là phần tử hữu hạn) hàm

cần tìm được làm gần đúng bằng một đa thức có bậc từ 1 tới 6. Các PTHH có thể là tam

giác, tứ giác thẳng hoặc cong. Việc phân chia miền bài toán thành các PTHH nên tuân

theo một số nguyên tắc thuận tiện cho quá trình nghiên cứu.

Để đơn giản ta xét một miền A trong mặt phẳng 2 chiều Oxy đã biết điện thế tại các

biên là (các điều kiện bờ Derichlet) như hình vẽ.

Hình 4.2. Giới hạn trường của miền A trong mặt phẳng 2 chiều

Để đơn giản hơn nữa thì ta chỉ xét bài toán trong trường Laplace (trường có mật độ

điện tích ρ=0. Miền A gồm 2 phần có hằng số điện môi ε khác nhau.

Với các giả thiết như trên thì tổng năng lượng chứa trong miền A sẽ là:

. (4.13)

Trước khi áp dụng nguyên lý tác động cực tiểu ta phải đi tìm hàm phân bố thế

trong toàn miền A, muốn vậy ta chia miền A thành các phần tử tam giác như trong

hình vẽ 4.3.

Trên mỗi phần tử ta có thể xấp xỉ phân bố thế là một hàm tuyến tính:

Xét với phần tử (e) dễ thấy được điện thế tại các nút i, j, m là:

y

(

y

xm xjxi

x

y m yi

Hình 4.3. Mô hình phần tử hữu hạn hình tam giác

Từ hệ trên ta giải ra được các hệ số α1; α2; α3 như sau:

Trong đó:

Và

Nhận thấy: tính theo công thức trên chính là diện tích của phần tử (e).

Như vậy ta có thể tính được phân bố thế trên phần tử (e) qua thế tại các nút đỉnh của

tam giác như sau:

. (4.14)

Đặt

(4.15)

Thì (19) có thể viết dưới dạng ma trận:

(4.16)

N: được gọi là “ hàm hình dạng” nó phụ thuộc vào hình dạng của loại phần tử mà ta

chia.

Từ các công thức (12) hoặc (13) ta có thể tính được các giá trị đạo hàm sau:

Từ công thức (11) ta có thể tính được phân bố năng lượng trong phần tử (e) là:

(4.17)

Trong mỗi phần tử điện môi được coi là đẳng hướng nên: .

Theo (4.16) thì năng lượng trên mỗi phần tử chỉ phụ thuộc vào điện thế nút của từng

phần tử riêng biệt đó.

Gọi W là năng lượng có trong toàn miền A thì theo nguyên lý tác động cực tiểu W phải

đạt cực tiểu. Để tìm cực trị của W ta cần tính các đạo hàm riêng và kiểm tra đồng thời các

điều kiện:

Với {} là vector điện thế của tất cả các nút có trong miền.

Việc giải phương trình (4.17) được tiến hành bằng cách chia vế trái của (4.17) thành

các số hạng có liên quan đến tất cả các phần tử (e) có trong miền theo (4.16).

Ta có thể xây dựng được công thức tính toán như sau.

Từ (4.16) và (4.17) đối với phần tử (e) ta có:

(4.18)

Viết đầy đủ cho tất cả các nút trên phần tử (e) ta có hệ phương trình dưới dạng ma trận

như sau:

(4.19)

Trong đó ta thấy ngay được [h]e là ma trận đặc trưng cho hình dạng và vật liệu của

phần tử (e).

Với

Khai triển ra ta sẽ được

Trong đó [H] là một ma trận tổng thể được xây dựng từ các ma trận con [h]e

Bây giờ thì từ các điện thế đã biết nhờ điều kiện biên giải hệ phương trình trên ta có thể

tính được điện thế của tất cả các nút trong toàn bộ miền.

Giải các bài toán phân tích tĩnh điện bằng phương pháp FEM có những ưu điểm sau:

Có thể tính toán cho hệ thống có các điều kiện bờ, hình dạng phức tạp, áp dụng được

trong mọi môi trường không đồng nhất có các thông số thay đổi () .

Hình dạng và kích thước của những phần tử có thể lựa chọn được để điền đầy bờ của

bài toán.

Khi bài toán được kết hợp với các quá trình vật lý khác như nhiệt, cơ (multiphysics) sẽ

giải quyết triệt để một vấn đề được đặt ra trong tính toán điện trường. Điều này rất phù

hợp với tính toán trong thiết bị tách tĩnh điện do nó kết hợp các yếu tố vật lý khác như

chuyển động, ma sát và tĩnh điện. Đó là lý do trong đề tài này, phần mềm COMSOL dựa

trên phương pháp giải các bài toán vật lý (tĩnh điện, cơ học, nhiệt) bằng phương pháp

phần tử hữu hạn được chọn.

4.1.2 Phần mềm mô phỏng COMSOL

Trong luận án này, phân bố điện trường và điện thế trong thiết bị tách được tính toán

bằng phần mềm COMSOL 4.3. COMSOL là gói phần mềm sử dụng phương pháp phần tử

hữu hạn để mô phỏng, tính toán, tối ưu hóa thiết kết trong công nghiệp được sử dụng

rộng rãi trên thế giới ở nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác nhau như:

- Điện từ trường (AC/DC)

- Âm học (Acoustics)

- Biến đổi hóa học (Chemical Species Transport)

- Truyền nhiệt (Heat Transfer)

- Sóng vô tuyến (Radio Frequency)

- Phân tích kết cấu (Structural Mechanics)

Trong kiểu phân tích điện từ trường (AC/DC) gồm có các module nhỏ để mô phỏng và

phân tích điện trường (hình 4.4) như: dòng điện-ec, dòng điện bề mặt-ecs, tĩnh điện-es.

Trong phân tích từ trường như: từ trường - mf, từ trường không có dòng điện - mfnc, từ

trường quay trong động cơ – rmm. Kết hợp cả điện trường và từ trường - mef.

Hình 4.4. Giao diện của mô-dun AC/DC trong COMSOL

Luận án này sử dụng mô-dun AC/DC với kiểu phân tích tĩnh điện (hình 4.5) để tính

Hình 4.5. Giao diện phần phân tích tĩnh điện

toán phân bố điện thế và điện trường trong mô hình thiết bị tách

Việc tiến hành mô phỏng tính toán phân bố điện trường, điện thế trong thiết bị tách

được thực hiện trên COMSOL gồm các bước sau:

1. Lựa chọn kiểu phân tích

Để xây dựng mô hình mô phỏng, trước tiên ta phải chọn tiến hành mô phỏng trên

chiều không gian nào, tùy vào mô hình thực tế ta sẽ chọn mô phỏng trên hai chiều, hai

chiều đối xứng, hay ba chiều. Trong luận án này, để tiến hành so sánh và thực hiện mô

phỏng trên các loại cột có hình dạng vật lý phức tạp, ta chọn mô hình ba chiều (3D) để

tiến hành mô phỏng.

Để tiến hành phân tích tĩnh điện: module được chọn là Electrostatic và chọn chế độ

tĩnh (Stationary).

2. Xây dựng mô hình mô phỏng

Giao diện của COMSOL thân thiện với người sử dụng. Phần mềm hỗ trợ các công cụ

để giúp người sử dụng thao tác và vẽ trực tiếp một cách nhanh chóng. Việc xây dựng mô

hình được thực hiện bằng cách sử dụng thanh công cụ có sẵn trong phần Model Buider >

Geometry. Sử dụng các dạng hình khối khác nhau kết hợp với các phép dời tọa độ để tiến

hành xây dựng các điện cực, khung của thiết bị, dễ dàng thay đổi kích thước của điện cực,

khoảng cách để tìm một cấu hình phù hợp và tối ưu.

3. Lựa chọn vật liệu mô phỏng

Để tiến hành thiết lập vật liệu ta vào phần Modle Builder > Materials. Phần mềm

cho phép ta sử dụng các vật liệu có sẵn trong thư viện, hoặc tự tạo ra vật liệu một vật liệu

mới.

Đối với mô hình đang tiến hành mô phỏng, ta sử dụng vật liệu có sẵn trong thư viện

của phần mềm. Lớp không khí xung quanh thiết bị và giữa các điện cực là không khí (air),

điện cực và khung là thép kết cấu (structural steel).

4. Các điều kiện biên

Để tiến hành đặt điều kiện biên ta vào phần Modle Builder > Electrostatic(ec).

Module này có các phương trình, các điều kiện biên để mô phỏng điện trường tĩnh.

Và :

Điều kiện biên được đặt giữa hai bề mặt khác nhau phải thỏa mãn điều kiện liên tục.

Trong trường hợp bề mặt ranh giới không có điện tích, điều kiện biên được thực hiện

bởi các điều kiện ranh giới tự nhiên.

Điện áp trên từng điện cực được đặt một trị số nhất định tùy theo dự kiến ta sẽ thiết kế

để thiết bị vận hành ở điện áp nào. Điện áp trên khung, điện cực nối đất, máng hứng, và ở

xa vô cùng được đặt ở trị số bằng không. Giá trị điện áp được ở hai cực được thay đổi lần

lượt với các giá trị sau: 15kV, 20kV và 25kV

5. Chia lưới

Chia lưới là bước có ý nghĩa quan trọng vì việc chia lưới thưa hay mau sẽ ảnh hưởng

nhiều đến kết quả cũng như khả năng tính toán của máy tính. Việc chia lưới mau cho

phép kết quả chính xác hơn tuy nhiên tốn nhiều tài nguyên máy. Ngược lại chia lưới thưa

sẽ cho kết quả kém chính xác hơn, ít tốn tài nguyên máy. Trong nhiều trường hợp việc

chia lưới quá thưa sẽ không thể tiến hành được do vượt quá ngưỡng tuyến tính hóa cho

phép của phần mềm.

Trong mô hình đang sử dụng, viêc chia lưới được tiến hành dựa trên quy tắc là khi

càng gần điện cực thì chia lưới càng dày, lưới thưa hơn ở vùng xa điện cực, và các lưới

này phải đảm bảo là phải nhỏ hơn kích cỡ nhỏ nhất của vật thể có trong mô hình. Để tiến

hành việc chia lưới ta vào phần Model Builer > Mesh.Phần điện cực và lớp không khí

xung quanh ta chọn lưới để tạo phần tử hình tam diện (free triangular), phần lớp biên

ngoài ta tiến hành chia lưới để tạo ra phần tử hình lăng trụ .

6. Xử lý bài toán và xuất ra kết quả

Tùy theo kiểu phân tích để ta thiết lập thông số thích hợp. Trên miền tần số ta nhập

tần số chạy mô phỏng trước khi chạy tính toán, trên miền thời gian ta phải thiết lập bước

thời gian tính toán. Với thiết lập ban đầu là kiểu phân tích tĩnh điện, Sau khi hoàn thành 5

bước trên ta tiến hành giải bài toán ta vào phần Modler Builder > Study > Compute.

Theo mặc định, quá trình tính toán sẽ tự động xuất ra các kết quả phù hợp với giao diện

vật lý mà ta đã thiết lập.

Để xuất ra kết quả mô phỏng và hiểnn thị hình ảnh, phần mềm hỗ trợ các tính năng

như: Thiết lập dữ liệu, hiển thị trực tiếp trên mô hình, xuất ra các giá trị cụ thể hoặc dưới

dạng bảng số, xuất kết quả ra một file khác (export), xuất ra báo cáo. COMSOL còn cung

cấp cho người dùng khả năng định nghĩa hàm mới bất kỳ phụ thuộc vào các tham số đã

được định nghĩa từ trước.

4.1.3 Kết quả mô phỏng điện trường trong thiết bị trên phần mềm Comsol

U-

U+

Hình 4.6. Mô hình hình học của thiết bị tuyển tĩnh điện sử dụng trong mô phỏng

Trong khuôn khổ luận án chỉ trình bày một số kết quả thực hiện trong quá trình mô

phỏng (trên hình 4.6). Quá trình mô phỏng được tiến hành cho các trường hợp sau:

- Điện áp các điện cực U được thay đổi lần lượt là 15kV, 20kV và 25kV

- Khoảng cách giữa điện cực bản mang cực tính âm và máng nghiêng a thay đổi từ

1cm đến 4cm với khoảng cách mỗi lần thay đổi là 1cm

- Khoảng cách giữa điện cực trụ mang cực tính dương và cực bản âm b thay đổi từ

12cm đến 15cm, mỗi lần thay đổi 1cm

- Kích thước các điện cực sử dụng trong mô phỏng:

+ Điện cực trên hình rẻ quạt dài 200 mm, bán kính cong lớn 15 mm, bán kính cong

nhỏ 0.1 mm

+ Điện cực dưới hình trụ: Bán kính 80 mm, dài 250 mm.

Hình 4.8.a

Hình 4.8.b

Hình 4.8.c

Hình 4.9.a

Hình 4.9.b

Hình 4.9.c

Hình 4.10.a

Hình 4.10. 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

Hình 4.10.b

Hình 4.11.a

Hình 4.11.b

4.1.4 Nhận xét kết quả mô phỏng

Trong luận án này, phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên phần mềm COMSOL dựa

trên phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để tính toán điện trường và điện thế

trong thiết bị tách tĩnh điện. Bằng cách thay đổi giá trị điện áp trên điện cực, khoảng cách

giữa các điện cực và hình dạng các loại điện cực ta có thể xác định tương đối chính xác

giá trị điện trường trong khoảng không giữa hai điện cực, từ đó tính ra được giới hạn xảy

ra vầng quang ở điện cực để đảm bảo hiệu quả tích điện và tách là tốt nhất, cũng như ước

lượng được lực điện trường tại từng vị trí trong không gian, đặc biệt trên từng vị trí của

máng nghiêng.

Những kết quả sơ bộ này cho phép ta thiết kế sơ bộ một thiết bị với kích thước và

điện áp đặt vào phù hợp. Từ đó ta tiếp tục thay đổi và tùy chỉnh vào từng loại các hạt

khoáng sản hoặc chất thải điện tử cụ thể để đạt được hiệu quả tách tối ưu

4.2 Quy trình thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của các thông số đến hiệu

suất phân tách của thiết bị

Khái niệm hiệu suất của thiết bị:

Hiệu suất của thiết bị được tính như sau:

trong đó: mtk- khối lượng tinh của phần tử được tách trong khay thu hồi

M- khối lượng tổng của các thành phần trong khay thu hồi.

Quy trình này được xây dựng dựa trên hoạt động thực tế của mô hình trong phòng thí

nghiệm. Do thiết bị này làm việc ở điện áp cao (đến 10÷30 kV) nên cần tiếp địa cho vỏ

thiết bị và các bộ phận kim loại bình thường không mang điện. Để đưa thiết bị vào hoạt

động cần tiến hành theo các bước sau:

Bước 1:

- Kiểm tra toàn bộ dây nối tiếp địa nối với vỏ máy và vỏ tủ điều khiển bảo vệ;

- Kiểm tra sơ bộ các phần nối dây, các điện cực, đặc biệt cần kiểm tra hệ thống cách

điện của các điện cực tránh chạm chập;

- Lắp đặt các khay thu hồi sản phẩm vào vị trí;

Bước 2:

- Đóng chặt van ở phễu 1;

- Đổ từ từ các hạt khoáng sản cần phân tách vào phễu;

Bước 3:

- Tiến hành đóng áp tô mát tổng trong tủ điều khiển để cấp nguồn cho thiết bị;

- Bật công tắc (lắp cùng trên chiết áp điều chỉnh điện áp), lưu ý cần phải bật công tắc

mới có thể đóng điện cấp cho mạch tạo điện áp cao;

- Bấm nút xanh (nút khởi động) để cấp nguồn cao áp;

- Dùng chiết áp để nâng dần dần điện áp đến một trị số đã định trước (gồm điện áp âm

và điện áp dương cấp cho điện cực trên và dưới), cần lưu ý tốc độ nâng không được

vượt quá 2kV/s.

Bước 4:

- Bắt đầu mở từ từ van của phễu tiếp liệu sao cho các phần tử chảy xuống khay đựng số

- Sử dụng chiết áp điều chỉnh tốc độ rung cho các hạt khoáng sản chạy xuống máng

nghiêng số 6;

Bước 5:

Sau khi các hạt khoáng sản đã rơi hết vào các khay hứng bên dưới, cắt điện hệ thống

rung sau đó giảm dần điện áp trên các điện cực về giá trị 0. Nối tiếp địa các điện cực.

- Cân định lượng khối lượng hạt trong các khay theo đúng thứ tự;

- Lập bảng tỷ lệ phần trăm khối lượng các hạt khoáng sản, điện tử trong các khay;

- Đưa các mẫu phân tách trong các khay đến các phòng kiểm nghiệm hiệu suất tách:

+ Đối với sa khoáng: phòng kiểm nghiệm thuộc công ty khai thác khoáng sản

+ Đối với chất thải điện tử: phòng kiểm nghiệm thuộc công ty môi trường đô thị.

4.2.1 Thực nghiệm phân tách khi chưa có điện trường:

Kết quả của thử nghiệm này sẽ minh chứng ảnh hưởng của góc nghiêng và trọng

lượng riêng của các phần tử đến hiệu suất tách

Quỹ đạo chuyển động của các hạt chỉ chịu tác động của trọng lực, lực này được tính

theo công thức như sau:

Trong đó: m - khối lượng của hạt; rtd - bán kính tương đương của hạt;  - tỷ trọng

riêng của hạt; g - gia tốc rơi tự do với trị số g = 9,8m/s2;  - góc nghiêng của máng.

Góc nghiêng của máng được hiểu là góc so với trục vuông góc với mặt phẳng đặt

thiết bị.

Góc nghiêng sẽ điều chỉnh thay đổi từ 25 độ đến 55 đô. Thực nghiệm cho thấy khi

góc nghiêng nhỏ hơn 25 độ các phần tử ít chuyển dịch, ngược lại khi góc nghiêng lớn

hơn 55 độ các phần tử chuyển động nhanh và rơi hầu hết vào một hay hai khay thu hồi.

)

(

y a h k c á c

g n o r t

g n ợ ư l i ố h k ệ l

ỷ T

Thứ tự khay hứng sản phẩm

Hình 4.12 Phân bố khối lượng theo thứ tự các khay khi thay đổi góc nghiêng

Nhận xét:

- Khi góc nghiêng lớn ( ≥ 500) phần lớn các phần tử rơi vào khay từ 8-14, nên hiệu

quả tách không cao ( bằng mắt thường cũng dễ dàng nhận thấy trong các khay này

lẫn cả hai loại hạt trên).

- Khi góc nghiêng có trị số nhỏ ( 300) các phần tử cần tách chuyển động chậm.

Ngoài ra một số lớn phần tử nằm trên máng nghiêng mà không chuyển dịch xuống

khu vực có điện trường dẫn đến hiệu suất phân tách không cao.

- Hiệu suất phân tách của thiết bị đạt trị số cao nhất ( dao động trong khoảng 60-

75%) khi góc nghiêng dao động trong khoảng 300đến 400

4.2.2. Thực nghiệm phân tách khi có ảnh hưởng của điện áp

- Góc nghiêng 400, độ ẩm = 87%, nhiệt độ môi trường t=350C

)

(

y a h k c á c

g n o r t

g n ợ ư l i ố h k ệ l

ỷ T

Hình 4.13 Phân bố khối lượng theo thứ tự các khay khi điện áp thay đổi (Zircon)

)

(

y a h k c á c

g n o r t

g n ợ ư l i ố h k ệ l

ỷ T

Hình 4.14 Phân bố khối lượng theo thứ tự các khay khi điện áp thay đổi (Ilmenite)

4.2.3. Thực nghiệm phân tách khi có ảnh hưởng của nhiệt độ sấy

Khi xét ảnh hưởng của nhiệt độ các kết quả chỉ tiến hành với sa khoáng mà không thử nghiệm với chất thải điện tử, do trong thành phần chất thải điện tử có thành phần nhựa nên khi sấy phần nhựa sẽ bị chảy nên hiệu suất tách rất thấp.

- Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy với Zircon hàm lượng 95%:

)

(

y a h k c á c

g n o r t

g n ợ ư l i ố h k ệ l

ỷ T

Hình 4.15 Phân bố khối lượng theo thứ tự các khay phụ thuộc nhiệt độ sấy (Zircon)

- Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy với Ilmenite hàm lượng 95%:

)

(

y a h k c á c

g n o r t

g n ợ ư l i ố h k ệ l

ỷ T

Hình 4.16 Phân bố khối lượng theo thứ tự các khayphụ thuộc nhiệt độ sấy(Ilmenite)

4.2.4. Hiệu suất tách với Zircon:

)

(  h c á t t ấ u s

u ệ i H

4.2.5. Hiệu suất tách với Ilmenite:

)

(  h c á t t ấ u s

u ệ i H

4.2.6 Nhận xét kết quả thực nghiệm

- Khi chưa có điện áp hoặc điện áp trị số nhỏ (U  5kV) phần lớn các phần tử rơi vào

các khay 8-14 do lực điện trường hầu như chưa tác động lên chuyển động. Lực tác động

lên quỹ đạo bay của các phần tử là trọng lực. Kết quả thử nghiệm đo hiệu suất đối với sa

khoáng đạt được tương đối thấp < 75%, với chất thải điện tử < 70%.

- Khi điện áp đặt lên điện cực tăng, lực điện trường tác động khiến các phần tử có tính

điện dẫn bay ra xa, các phần tử có tính điện môi bị hút về phía điện cực dưới (hình trụ -

cực tính dương), sự phân tách các phần tử có thể thấy rõ ràng trên các khay thu hồi. Kết

quả đo đạc cho thấy hiệu suất tách đạt được giá trị cao khi điện áp đặt lên điện cực 20-25

kV ( đối với sa khoáng ≥ 99%, chất thải điện tử ≥ 96%).

- Tuy nhiên nếu tăng điện áp đặt lên điện cực quá 30 kV mặc dù có nhiều phần tử bay

ra xa hơn ra ngoài nhưng thử nghiệm hiệu suất tách lại giảm đáng kể đến 70 %. Điều này

có thể được lý giải một phần do lực điện trường quá mạnh hút cả các phần tử điện môi

bay ra xa, đồng thời quan sát bằng mắt cũng dễ dàng thấy các phần tử khi đó chuyển động

với tốc độ cao khi va chạm với khay thu hồi đã không rơi vào khay thu hồi mà bị văng

sang các khay khác.

- Nhiệt độ sấy ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ phân bố khối lượng các hạt điện môi (Zircon)

do nhiệt độ làm giảm độ ẩm bề mặt của chúng đồng nghĩa với việc giảm điện dẫn bề mặt,

đối với các hạt dẫn điện (Ilmenite) khi nhiệt độ dưới 800C ảnh hưởng hầu như không đáng

kể, nhiệt độ sấy có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất tách khi đạt nhiệt độ  1000 C.

- Từ các nhận xét trên có thể rút ra kết luận với khoảng cách và vị trí tương đối của các

điện cực điện áp tối ưu dao động trong khoảng 20 đến 25 kV.

4.3 Kết luận chương 4

Trình bày quy trình thực nghiệm với các thông số kỹ thuật thay đổi bao gồm góc

nghiêng, cường độ điện trường, kích thước các phần tử, nhiệt độ, độ ẩm ... Phân tích đánh

giá lựa chọn thông số tối ưu cho đối tượng cụ thể. Đề xuất thông số cho việc mở rộng áp

dụng với đối tượng khác mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới. Cụ thể các kết luận rút ra

như sau:

- Hiệu suất tách của thiết bị đạt cao nhất khi góc nghiêng dao động trong giới hạn 35-

45 độ;

- Điện áp tối ưu 20 - 25 kV

- Nhiệt độ sấy đối với sa khoáng  1000 C

KẾT LUẬN CHUNG

I. Các kết quả đã đạt được

Nhu cầu khoáng sản có chứa titan trong nước và trên thế giới rất lớn, Việt Nam với

tiềm năng rất lớn về sa khoáng đặc biệt là sa khoáng có chứa titan nên việc khai thác và

chế biến sản phẩm chất lượng tốt là yêu cầu bức thiết. Đồng thời nguy cơ số lượng chất

thải điện tử ngày càng tăng gây ô nhiễm môi trường môi sinh. Việc xử lý chất thải điện tử

sẽ góp phần giảm nguy cơ ô nhiễm và có thể thu hồi một số lượng kim loại quý trong chất

thải điện tử. Các nội dung nghiên cứu công nghệ và chế tạo thử nghiệm mô hình thiết bị

để tách các phần tử có tính chất về điện khác nhau trong lĩnh vực khai thác khoáng sản và

xử lý chất thải điện tử có ý nghĩa quan trọng trong việc làm chủ công nghệ và có thể tính

toán thiết kế và chế tạo thiết bị trong nước.

Luận án đã giải quyết được một số vấn đề kỹ thuật đặt ra trong việc ứng dụng kỹ

thuật điện cao áp để tách các phần tử có tính chất về điện khác nhau trong lĩnh vực khai

thác, làm giàu khoáng sản và xử lý chất thải điện tử. Các kết quả có thể được tóm lược

như sau:

1. Luận án đã phân tích và đánh giá các yêu cầu đối với các công nghệ phân tách hạt

khác nhau, trong đó có công nghệ phân tách tĩnh điện trong điều kiện thực tế tại các

mỏ sa khoáng của Việt Nam. Việc so sánh ưu nhược điểm của công nghệ cho phép

chọn lựa công nghệ phù hợp với điều kiện thực tế trong nước.

2. Lần đầu tiên phân tích và đánh giá được đặc trưng của các thành phần có trong mẫu

sa khoáng titan tại các mỏ của Việt Nam hiện nay. Kết quả đo đạc thông số và so sánh

với đặc trưng của quặng titans đã được khai thác trên thế giới cho phép rút ra kết luận

về khả năng phân tách và các yêu cầu kỹ thuật trong điều kiện cụ thể tại Việt Nam.

3. Luận án đã thực hiện mô phỏng thiết kế của thiết bị phân tách, xây dựng mô hình

tương đương của các thành phần quặng và phân tích quá trình hoạt động của điện

trường để đánh giá các yếu tố ảnh hưởng tới quỹ đạo chuyển động của các hạt cũng

như vị trí kết thúc quỹ đạo bay của mỗi thành phần có trong các mẫu quặng khác

nhau. Những nghiên cứu này là cơ sở cho việc xây dựng thành công và vận hành thiết

bị vật lý có khả năng điều chỉnh các thông số phù hợp cho thực nghiệm cụ thể trên

các mẫu quặng thực tế đã thu thập.

4. Xây dựng được quy trình nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố thiết kế và vận hành

đến hiệu suất phân tách. Đánh giá hiệu suất phân tách quặng và tối ưu thông số thiết

kế cũng như vận hành của thiết bị phân tách dựa trên mô phỏng và thực nghiệm tương

ứng, trên cơ sở các mẫu quặng thực tế.

II. Một số kết luận mới liên quan đến vấn đề nghiên cứu

1. Trên cơ sở phân tích mô hình hoạt động và đánh giá ưu nhược điểm của các công

nghệ phân tách ứng dụng kỹ thuật điện cao áp, luận án đã lựa chọn mô hình phân tách

sử dụng điện cực dạng máng nghiêng, đề xuất phạm vi điều chỉnh thông số và công

suất của thiết bị phù hợp với điều kiện nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam.

2. Các đánh giá dựa trên cơ sở đo đạc thông số thực tế về kích thước và khả năng nhiễm

điện của các thành phần có tính chất về điện khác nhau có trong số lượng mẫu sa

khoáng titan đã thu thập đủ lớn tại Việt Nam cho phép rút ra kết luận về mô hình hạt

đặc trưng và khả năng phân tách của các thành phần, từ đó cho phép đề xuất các yếu

tố và thông số cần tối ưu đối với thiết bị phân tách vật lý sẽ xây dựng. Bên cạnh đó,

các kết quả mô phỏng điện trường trong luận án đã cho phép lựa chọn hình dạng và

kích thước điện cực hợp lý cho mô hình vật lý của thiết bị.

3. Luận án đã phát triển được quy trình nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố

tác động đến hiệu suất của thiết bị, cụ thể là đề xuất cách tính hiệu suất phân tách đối

với phương pháp điều chỉnh và đánh giá các thay đổi về hiệu suất sau mỗi lần vận

hành thiết bị và điều chỉnh các thông tương ứng bao gồm trị số tối ưu của góc

nghiêng điện cực, độ ẩm, nhiệt độ, điện trường. Trên cơ sở các kết quả mô phỏng và

thử nghiệm, mô hình thiết bị hoàn chỉnh đã được thiết kế chế tạo. Mặc dù mô hình có

quy mô nhỏ nhưng cũng đáp ứng được các yêu cầu nghiên cứu có thể giúp cho các

nhà nghiên cứu có cơ sở để tiếp tục phát triển nghiên cứu.

4. Hiệu suất phân tách thực tế của thiết bị với thông số tối ưu đã đạt được trong phòng

thí nghiệm là trên 99,5%. Đây cũng là cơ sở đề luận án lần đầu tiên đề xuất được

công nghệ và mô hình thiết bị phân tách tĩnh điện phù hợp với điều kiện Việt Nam.

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

1. Nguyễn Đình Thắng, Đinh Quốc Trí. Nghiên cứu công nghệ phân tách các phần tử có

tính điện dẫn khác nhau bằng kỹ thuật cao áp tĩnh điện. Tạp chí Khoa học và công

nghệ các trường ĐH, số 89 (2012).

2. Đinh Quốc Trí. Đánh giá khả năng tích điện của các phần tử dạng hạt có tính chất về

điện khác nhau. Tạp chí Khoa học và công nghệ các trường ĐH, số 97 (2013).

3. Đinh Quốc Trí, Lê Đức Tùng. Mô phỏng trường tĩnh điện và lựa chọn hình dạng bản

cực cho thiết bị phân tách rác thải điện tử. Tạp chí KHCN ĐHĐN, 9(94) (2015).

4. Đề tài Bộ Giáo dục và Đào tạo do tác giả làm chủ nhiệm Mã số: B2013.01.40. Tên đề

tài: Nghiên cứu công nghệ và chế tạo thiết bị ứng dụng kỹ thuật điện cao áp trong việc

tách các phần tử có tính chất về điện khác nhau ứng dụng cho công nghệ tuyển

khoáng. Nghiệm thu tháng 9/2017.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT

1. Bộ Xây Dựng. Xử lý chất thải rắn ngành điện tử. Địa chỉ truy cập qua cổng thông tin

Bộ Xây dựng: www.moc.gov.vn/site/vcms/.

2. Hà Vĩnh Hưng, Huỳnh Trung Hải, Jae-Chun Lee. Chất thải điện tử và công nghệ tái

chế. Truy cập qua cổng thông tin Bộ tài nguyên & Môi trường Việt Nam.

3. Nguyễn Đức Hưng (2001). Nghiên cứu nâng cao chất lượng sản phẩm monazite,

zircon và rutile đạt tiêu chuẩn phục vụ công nghiệp trong nước và xuất khẩu. Đề tài

KHCN, Viện công nghệ xạ hiếm, Hà Nội.

4. Tổ ng cu ̣c Thố ng kê (2012). Kết quả khảo sát mứ c số ng hô ̣ gia đình năm 2010. Nhà

xuất bản Thố ng kê, Hà Nô ̣i.

5. Trung tâm thông tin KH&CN Quốc gia (2012). Tổng luận về công nghệ xử lý chất

thải rắn của một số nước và ở Việt Nam. Hà Nội.

6. Viện hàn lâm khoa học Việt Nam (2010). Ứng dụng tiến bộ Khoa học công nghệ trong

chế biến và sử dụng khoáng sản góp phần phát triển bền vững tài nguyên khoáng sản

Việt Nam. Hội nghị Khoa học Công nghệ Tuyển khoáng Toàn quốc lần III. Địa chỉ

truy cập qua cổng thông tin: www.vast.ac.vn.

TÀI LIỆU TIẾNG ANH

7. A.F. Diaz, R.M. Felix-Navarro (2004). A semi-quantitative tribo-electric series for

polymeric materials: the inﬂuence of chemical structure and

properties, J. Electrostat. 62, p. 277-290.

8. A. Iuga, R. Morar, A. Samuila, L. Dascalescu (1999). Electrostatic separation of

metals and plastics from granular industrial wastes. IEE Proc. Sci. Meas. Technol. 148

p. 47-54.

9. A. Iuga, L. Calin, V. Neamtu, A. Mihalcioiu, L. Dascalescu (2005). Tribocharging of

plastics granulates in a ﬂuidized bed device, J. Electrostat. 63 p. 937-942.

10. Adam Robert Lucas (2005), "Industrial Milling in the Ancient and Medieval Worlds:

A Survey of the Evidence for an Industrial Revolution in Medieval

Europe". Technology and Culture, vol. 46.

11. A. Mihalcioiu, V. Neamtu, A. Stochita, L. Dascalescu (2005). High-voltage

monitoring in electrostatic separators. IEEE Trans. Ind. Appl. 43, p.224-231.

12. A. Urs, A. Samuila, A. Mihalcioiu, L. Dascalescu (2004). Charging and discharging of

insulating particles on the surface of a grounded electrode. IEEE Trans. Ind. Appl. 40.

p. 437-441.

13. C. Dragan, O. Fati, M. Radu, L. Calin, A. Samuila, L. Dascalescu (2011).

Tribocharging of mixed granular plastics in a ﬂuidized bed device. IEEE Trans. Ind.

Appl. 47. p. 1922-1928.

14. C.H. Park, J.K. Park, H.S. Jeon, B.C. Chun (2008). Triboelectric series and charging

properties of plastics using the designed vertical-reciprocation charger. J.

Electrostat. 66. p.578-583.

15. Dascalescu L., Morar R., Iuga A., Samuila A (1998). Electrostatic separation of

insulating and conductive particles from granular mixes. Particulate Science and

Technology., vol. 16, pp. 25–42.

16. Dascalescu, L (1993). "Numerical analysis of the electric field of roll-type

electrostatic separators." Journal of electrostatics 29.3 p. 255-267.

17. Duc-Quang Nguyen, Eiji Yamasue, Hideyuki Okumura, Keiichi N. Ishihara (2009).

Use and disposal of large home electronic appliances in Vietnam. Journal of Material

Cycles Waste Management, Vol.11, No.4: p 358-366.

18. Duc-Quang Nguyen, Xuan-Thang Pham, Trung-Hai Huynh, Keiichi N. Ishihara

(2010). A New Approaches for the evaluation of recycling system for electronic waste

in Vietnam. Journal of Science and Technology (Technical Universities) No78A , p:

102-108.

19. E. Lawver, W.P. Dyrenforth (1973). Electrostatic separation, in: A.D. Moore (Ed.).

Electrostatics and its Applications, Wiley, New York. p. 221-249.

20. Finch, J.A., (1995), Column Flotation: A Selected Review-Part IV: Novel Flotation

Devices, Minerals Engineering, 8(6), 587-602.

21. Frass F (1964). Electrostatic Saparation of High-Conductor Minerals. U.S Bureau of

Mines. Department Interiar Report of Investigation. N 6404.

22. G. Buda, M. Bilici, A. Samuila, L. Dascalescu (2012). Triboelectriﬁcation of plastic

granular materials on an electromagnetic vibratory feeder device, 8-eme Conference

de la Société Française d’Electrostatique.

23. Guardiola, V. Rojo, G. Ramos (1996). Inﬂuence of particle size, ﬂuidization velocity

and relative humidity on ﬂuidized bed electrostatics, J. Electrostat. 37 p. 1-20.

24. H.M. Veit, T.R. Diehl, A.P. Salami, J.S. Rodrigues, A.M. Bernardes and J.A.S.

Tenório (2005). Utilization of magnetic and electrostatic separation in the recycling of

printed circuit boards scrap. Waste Management, Volume 25, Issue 1, p 67-74.

25. Huỳnh Trung Hải và các cộng sự (2006). Electronic waste inventory and its

management in Vietnam. Tuyển tập báo cáo khoa học của Hội thảo về chất thải điện

tử lần thứ 3 do Viện Nghiên cứu Môi trường Quốc gia Nhật Bản tổ chức ở Tsukuba,

Nhật Bản.

26. I.I. Inculet (1984) Electrostatic Minerals Separation, John Wiley and Sons, Inc, New

York, NY.

27. I. I. Inculet (1986). Electrostatic Mineral Separation. New York:Wiley.

28. I.I. Inculet, G.S.P. Castle, J.D. Brown (1994). Tribo-electriﬁcation system for electro-

static separation of plastics. Conf. Rec. 1994 IEEE-IAS Ann. Meet.p.1397-1399.

29. I.I. Inculet, G.S.P. Castle, J.D. Brown (1998). Electrostatic separation of plastics for

recycling. Part. Sci. Technol. 16 p.91-100.

30. INEST, (2010). Report on Classification of e-waste recycling technologies in

Vietnam. The joint research funded by National Institute for Environmental Study

(Japan).

31. Jinglei Yu, Eric Williams, Meiting Ju (2009). Review and prospects of recycling

methods for waste printed circuit boards. IEEE International Symposium on

Sustainable Systems and Technology.

32. J. Li, Z. Xu, L. Hongzhou, Z. Yaohe (2008). A model for computing the trajectories of

the conducting particles from waste printed circuit boards in corona elec- trostatic

separators. J. Hazard. Mater. 151 p. 52-57.

33. J. Li, Z. Xu, Z. Yaohe (2008). Theoretic model and computer simulation of separating

mixture metal particles from waste printed circuit board by electrostatic separator, J.

Hazard. Mater. 153 p. 1308-1313.

34. Kakovsky I.A., Revnivtsev V. I (1960). Effects of Surface Conditioning on the

Electrostatic Separation of minerals of Low Conductivity. International Mineral

processing Congress, Eds. IMM. London. p,775-786.

35. K.B. Tennal, D. Lindquist, M.K. Mazumder, R. Rajan, W. Guo (1999). Efﬁciency of

electrostatic separation of minerals from coal as fonction of size and charge

distributions of coal particles. Conf. Rec. 34th IEEE/IAS Ann. Meet., 4, p.2137-2142.

36. K. Haga (1995), Applications of the electrostatic separation technique. Handbook of

Electrostatic Processes, New York.

37. Kuffel, John, E. Kuffel, Walter S. Zaengl (2000). High voltage engineering

fundamentals. Newnes.

38. L. Calin, A. Mihalcioiu, A. Iuga, L. Dascalescu (2007). Fluidized bed device for

plastic granules triboelectriﬁcation, Part. Sci. Technol. 25 p.205-211.

39. L. Calin, L. Caliap, V. Neamtu, R. Morar, A. Iuga, A. Samuila, L. Dascalescu (2008).

Tribocharging of granular glastic mixtures in view of electrostatic separation. IEEE

Trans. Ind. Appl. 44 p.1045-1051.

40. L. Calin, L. Dascalescu (2009). “Method for electrostatically separating a granule

mixture made of different materials, and device for implementing same”, FR Patent

2943561, 2009 & WO Patent2010109096.

41. L. Dascalescu, A. Iuga, R. Morar, A. Samuila, V. Neamtu, I. Suarasan (1994). Corona

charging of particulates in the corona ﬁeld of roll-type electroseparators, J.

Phys. D Appl. Phys. 27 p. 1242-1251.

42. L. Dascalescu, R. Tobazéon (1995). P. Atten Behaviour of conductive particles in

corona-dominated electric ﬁelds, J. Phys. D Appl. Phys. 28 p.1611-1618.

43. Lawver Y.E (1960). Fundamentals of electrostatic. Concentration of Minerals Mines

Mag.

44. M. Miloudi, M. Remadnia, C. Dragan, K. Medles, A. Tilmatine, L. Dascalescu (2011).

Experimental study of the effect of ambient air humidity on the efﬁciency of tribo-

aero-electrostatic separation of mixed granular solids. IEEE Industry Applications

Society Annual Meeting Orlando, 1-7.

45. M. Miloudi, K. Medles, A. Tilmatine, M. Brahami, L. Dascalescu (2011). Modeling

and optimization of a propeller-type tribocharger for granular materials, J. Elec-

trostat. 69 p.631-637.

46. Moore, A.D (1993). Electrostatic and its Application. Wiley, New York.

47. M. Younes, A. Tilmatine, K. Medles, M. Rahli, L. Dascalescu (2007). Numerical

modeling of conductive particle trajectories in roll-type corona-electrostatic

separators. Industry applications, IEEE Trans. Ind. Appl. 43 p. 1130-1136.

48. M. Younes, A. Tilmatine, K. Medles, A. Bendaoud, A. Samuila, L. Dascalescu (2009).

Numerical modeling of insulating particle trajectories in roll-type corona- electrostatic

100

separators. IEEE Trans. DEI 16 p.629-634.

49. Neimarlija, N., I. Demirdžić, and S. Muzaferija (2009). "Finite volume method for

calculation of electrostatic fields in electrostatic precipitators." Journal of

Electrostatics 67.1 p.37-47.

50. O.C. Ralston, (1961). Electrostatic Separation of Mixed Granular Materials, Elsevier.

51. P. L. Levin, A. J. Hansen, D. Beatovic, H. Gan, and J. H. Petrangelo, S. Vlad, A. Iuga,

and L. Dascalescu (2000). Modeling of conducting particle behavior in plate-type

electrostatic separators. J. Phys. D, Appl. Phys, vol. 33, p. 127–133.

52. R. Ciccu, R. Peretti, A. Serci, M. Tamanini, A. Zucca (1989). Experimental study on

triboelectric charging of mineral particles, J. Electrostat. 23 p.157-168.

53. R. Cramariuc (Eds.) (1999), The Modern Problems of Electrostatics with Applications

in Environmental Protection, Kluwer Academic Publishers. p. 77-87.

54. Revnivtsev V. I., Khopunov E,A (1980). Fundamentals of Triboelectric Separation of

Fine particles. Procceding of the Internation Symposium of Fine Particles Proccesing.

AIMMPE, New York, v2.

55. R. Morar, A. Iuga, L. Dascalescu, A. Samuila (1993). Factors which inﬂuence the

insulation-metal electroseparation, J. Electrostat. 30 p.403-412.

56. R. Morar, R. Munteanu, E. Simion, I. Munteanu, L. Dascalescu (1999). Electrostatic

treatment of bean seeds. IEEE Trans. Ind. Appl. 35 p.208-212.

57. R. Morar, A. Iuga, I. Cuglesan, O. Muntean, L. Dascalescu (1999). Iron ore

beneﬁciation using roll-type high-intensity electric ﬁeld separators. IEEE Trans. Ind.

Appl. 35 p.218-224.

58. Ronald E. Hester, Roy M. Harrison (2010), Electronic Waste Management.

59. S. Chatterjee and Krishna Kumar (2009). Effective electronic waste management and

recycling process involving formal and non-formal sector. International Journal of

Physical Sciences Vol. 4 (13) p. 893-905.

60. S. Vlad, A. Iuga, L. Dascalescu (2000), Modelling of conducting particle behaviour in

101

plate-type electrostatic separators, J. Phys. D Appl. Phys. 33 p.127-133.

61. S. Vlad, M. Mihailescu, D. Rafiroiu, A. Iuga, L. Dascalescu (2000). Numerical

analysis of the electric field in plate-type electrostatic separators. J. Electrostat., vol.

48, p. 217–229.

62. S. Vlad, A. Iuga, L. Dascalescu (2003). Numerical computation of conducting particle

trajectories in plate-type electrostatic separators. IEEE Trans. Ind. Appl. 39 p.66-71.

63. Wu Jiang, Li Jia, Xu Zhen-ming (2009). A new two-roll electrostatic separator for

recycling of metals and nonmetals from waste printed circuit board. J. Hazard. Mater.

161 p.257-262.

64. Y. Higashiyama, Y. Ujiie, K. Asano (1997). Triboelectriﬁcation of plastic particles on

a vibrating feeder laminated with a plastic ﬁlm. J. Electrostat. 42 p.63-68.

65. Y. Higashiyama and K. Asano (1998). Recent progress in electrostatic separation

technology. Particulate Sci. Technol., vol. 16, p. 77–90.

66. Yue-min, Zhao, et al (2010). "Recovery of Metals from Waste Printed Circuit Board

by Electrostatic Separator." Bioinformatics and Biomedical Engineering (iCBBE),

2010 4th International Conference on. IEEE.

TÀI LIỆU TIẾNG NGA

67. Ангелов А.И., Набиулин Ю.Н (1970). Электростатические сепараторы

свободного падения. М. Недра.

68. Ангелов А.И., Лосаберидзе С.И., Пашин М.М (1977). Измерение зарядов частиц

кварца и фосфата при электростатической сепарации. Горный журнал. 4.с.138-

142.

69. Ангелов А.И., Лосаберидзе С.И., Пашин М.М, (1978). Выбор конструктивных и

технологических параметров электростатического сепаратора свободного

102

падения- Обогащение руд. № 54(138). с. 29-31.

70. Берняев В.П (1980). Силы, действующие на заряженную частицу в

неоднородных электрических полях// Изв. ВУЗов. Цветн. металлургия. № 1. с.8-

13.

71. Бобиков В.Е., Верещагин И.П., Ковтев А.С., Тихомиров С.В (1985).

Сравнительный анализ численных методов расчета электрических полей// В кн.

Межведомств.сб.тр. № 69. М. Моск.энерг.ин-т. с 60-65.

72. Быховский Л.З., Зубков Л.Б., Осокин Е.Д (1998). Цирконий России, состояние,

перпективы освоения и развития минерально-сырьевой базы. Минеральное

сырье, сер, геолого-экономическая № 2. М.

73. Верещагин И.П; Киричок А.С.; Макеечев В.А.; Морозов В.С (1985).

Обобщенная математическая модель поведения проводящих частиц в

электрическом поле сепаратора ПЭСС. Деп. в Информэлектро № 129.

74. Верещагин.; А.С. Киричок.; В.А. Макеечев.; В.С. Морозов (1987).

Моделирование процесса электросепарации титаносодержащих коллективных

концентратов.Междувед.сб.научн.тр/ Л.Механобр. с17-29.

75. Глазанов М.И., Руденко А.Д (1960). Электростатическое разделение минералов.

Изв. ВУЗов. Цветн. металлургия. № 4. с.32-38.

76. Грибанов Ю.И (1962). Измерение слабых токов. зарядов и больших

сопротивлений. М.-Л. Госэнргоиздат.

77. Дегтяренко А.В. Искуменко В.М (1970). Сепараторщик электрических

сепараторов. М. Недра.

78. Дегтяренко А.В. Кашкаров.И.Ф. Колесников.И.А (1987). Роль и возможности

электрической сепарации в технологии обогащения комплесных титановых руд.

Междувед.сб.научн.тр.Л.Механобр.с87-99.

79. Джуварлы Ч.М., Вечхайзер Г.В., Штейшрайбер В.Я (1971). Влияние

поверхностной проводимости на процесс контактной зарядки. Сб. Сильные

103

электрические поля в технологических процессах . Вып.2.

80. Жевелюк М. Ю (1972). Силы, действующие на проводящий шар, находящийся в

плоском конденсаторе вблизи одной из пластин. Электрон.обр.материалов. № 2.

с.58-63.

81. Ильнин. И.К. Иванушкина.И.К. Федюшин.В.А. Герусов.В М (1985).

Исследование технологии обогашения титаноциркониевой росыпи с целью

повышения извлечения попутных минералов. Вещественный состав, добыча и

обогащения руд редких металлов. с 92-96.

82. Иоссель Ю.Я (1978). Расчет потенциальных полей в энергетике. Л. Энергия.

83. Колечицкий Е.С (1981). Расчет электрических полей устройств высокого

напряженя. М. Энергоатомиздат.

84. Красногорская Б.Н., Сердунов С. А (1961). Индукционный метод измерения

зарядов отдельных частиц.- Изв. АН СССР. № 5.с 775-777.

85. Лебедев Н.Н., Скальская И.П (1962). Сила, действующая на проводящий шарик,

помещенный в поле плоского конденсатора. ЖТФ. Т.32. Вып.3. с.375-378.

86. Лосаберидзе С. И идр (1981). Определение оптимальных условий электрической

сепарации на основе изучения движения частиц минералов// В кн. Исследование

процесса электросепарации и разработка конструкций электросепараторов. Л.

Сб.научн.тр. Механобр. с17.21.

87. Месеняшин А.И (1976). Электрические силы при электросепарации по

проводимости. Обогащение руд. № 3. с15-19.

88. Месеняшин А.И (1980). Заряды частиц и электрические силы в барабанном

коронном электросепараторе. Обогащение руд. № 4. c33-37.

89. Месеняшин А.И. Смирнов В.В (1982). Электростатическая сепарация

розличной формы и диэлектрической проницаемости. Изв. ВУЗов. Цветн.

металлургия. № 6. с.12-15.

90. Месеняшин А.И (1989). Электрический барабанный

104

сепаратор.Электрон.обр.матер.№ 6, с 77-78.

91. Наги-заде А.Т (1966). Зарядка частиц удлиненной формы на плоском электроде.

Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. № 1. с156-160.

92. Олофинский Н. Ф (1977). Электрические методы обогащения. М. Недра.

93. Остроумов Г.А (1979). Взаимодействие электростатических и

гидродинамических полей. М. Наука.

94. Пашин М.М (1969). Метод регистрации траекторий движения частиц. В кн.

Сильные электрические поля в технологических процессах (электронно-ионая

технология).М. Энергия. с. 103-139.

95. Сулейменов О.А (1981). Исследование процесса зарядки частиц в коронно-

электростатических сепараторах// Изв.ВУЗов. Горн.журн..№ 7. с.140-143.

96. Ю.А. Электростатическая задачао проводящем шарике, помещенном в поле

105

плоского конденсатора// ЖТФ. 1988.т.58.в.6.с.1216-1219.

PHỤ LỤC

Kết quả đo tỷ lệ khối lượng chất thải điện tử tương ứng với thông số điều chỉnh thay

đổi.

a) Khi chưa có điện áp U= 0

Góc nghiêng Tỷ lệ khối lượng hạt (%) trong các khay thu hồi

1.4 0.3 0.5 0.5 0.8 0.7 0.3 0.2 1.9 1.1 1.4 1.4 1.2 1.2 1.0 1.5 2.7 2.5 2.8 3.1 2.7 2.7 6.9 4.3 6.4 6.0 6.2 6.7 5.4 6.3 35.5 40.9 14.1 13.7 15.8 18.1 26.8 29.6 27.7 35.3 30.0 28.0 37.4 42.7 42.0 38.4 20.6 16.0 32.4 35.6 31.0 23.6 16.0 16.7 6.2 1.1 11.1 12.7 4.9 3.9 4.9 4.6 1.7 0.7 250 300 350 400 420 450 500 550

b) Điện áp U= 5kV

Góc nghiêng Tỷ lệ khối lượng hạt (%) trong các khay thu hồi

10.6 15.8 1.1 1.5 19.3 23.5 25.3 2.3 0.4

0.3 1.1 2.3 12.8 5.6 26.1 33.2 11.8 6.8

0.5 1.4 2.7 15.2 6.0 36.1 29.9 4.7 3.5

0.5 1.4 3.0 17.6 6.5 41.7 23.1 3.8 2.3

0.8 1.1 2.4 24.1 12.2 37.8 14.4 4.4 2.8

0.6 1.0 2.4 26.5 14.8 34.5 15.0 4.1 1.1

0.7 1.0 6.8 27.2 34.8 20.2 6.1 3.0 0.3

106

250 300 350 400 420 450 500 550 0.4 1.6 4.4 36.6 32.5 16.5 5.0 2.6 0.2

c) Điện áp U= 8kV

1.4 1.8 Tỷ lệ khối lượng hạt (%) trong các khay thu hồi 3.0 30.3 19.4 35.4 6.0 2.5 0.3

0.3 1.1 2.4 5.8 13.4 27.4 34.8 12.4 2.4

0.5 1.4 2.7 6.0 15.2 36.1 29.9 4.7 3.5

1.8 2.4 2.7 5.8 15.7 37.1 20.5 9.7 4.4

2.1 2.5 2.8 4.5 22.0 34.5 18.3 8.8 4.4

1.6 2.0 2.4 5.6 26.2 34.1 14.8 8.9 4.4

0.6 2.6 6.5 33.0 25.8 19.2 5.8 3.8 2.7

Góc nghiêng 250 300 350 400 420 450 500 550 0.4 2.6 4.4 31.3 36.4 17.4 4.2 2.1 1.4

d) Điện áp U= 10kV

Tỷ lệ khối lượng hạt (%) trong các khay thu hồi

Góc nghiêng 250 300 350 400 420 450 500 550 1.3 0.3 0.5 0.5 0.8 0.6 0.3 0.2 1.8 1.0 1.3 1.4 1.2 1.1 1.0 1.5 2.5 2.2 2.6 2.9 2.5 2.5 6.8 4.2 5.9 5.3 5.7 6.3 5.1 5.9 34.7 40.6 13.1 12.2 14.6 17.0 25.0 27.8 27.1 35.0 27.9 25.0 34.8 40.3 39.2 36.2 20.2 15.8 30.1 31.7 28.8 22.3 15.0 15.7 6.1 1.1 10.3 11.3 4.5 3.7 4.5 4.3 1.7 0.7 4.5 7.0 4.1 2.9 3.7 3.4 1.3 0.5 2.4 4.1 3.0 2.7 3.0 2.5 0.8 0.3

e) Điện áp U= 15kV

Góc nghiêng Tỷ lệ khối lượng hạt (%) trong các khay thu hồi

107

250 300 350 400 420 450 500 550 1.3 1.7 2.4 5.8 0.2 0.8 1.8 4.3 0.3 1.0 1.9 4.1 0.4 1.0 2.0 4.4 0.5 0.8 1.8 3.5 0.5 0.8 1.9 4.5 0.3 0.8 5.6 28.8 22.5 16.8 10.4 6.5 3.8 0.2 1.3 3.6 34.1 29.4 13.3 8.6 12.8 27.2 29.4 10.0 4.8 2.7 10.0 20.4 25.9 15.7 11.1 7.6 6.7 10.6 25.1 23.0 16.3 9.7 5.5 11.9 28.2 20.4 13.8 9.1 5.2 17.5 27.4 17.1 13.8 8.9 4.8 21.3 27.7 16.5 12.0 7.6 2.9 3.7 2.2 3.4 1.7 2.2 1.4 3.3 3.3 2.4 1.6 0.3

f) Điện áp U= 20 kV

Góc nghiêng Tỷ lệ khối lượng hạt (%) trong các khay thu hồi

0.9 1.3 1.8 2.5 5.8 0.2 0.3 1.0 2.2 5.2 0.2 0.4 1.1 2.1 4.5 0.3 0.4 1.2 2.4 5.3 0.4 0.6 0.9 1.9 3.8 0.3 0.5 0.9 2.1 5.0 0.2 0.3 0.8 5.7 28.9 22.6 16.8 9.9 0.2 0.4 1.2 3.3 32.0 27.6 12.5 8.5 13.0 27.6 29.7 10.2 3.9 2.2 1.1 11.9 24.4 31.0 11.0 6.9 3.9 2.1 11.6 27.6 22.9 14.3 9.3 3.8 2.3 14.4 34.0 18.9 11.6 6.0 3.5 1.9 18.8 29.4 16.2 10.9 8.5 4.8 3.7 6.8 4.3 2.9 23.8 30.9 13.4 8.9 3.4 3.2 2.0 6.3 4.4 3.4 1.2 5.4 250 300 350 400 420 450 500 550

g) Điện áp U= 25kV

Góc nghiêng Tỷ lệ khối lượng hạt (%) trong các khay thu hồi

108

0.7 1.3 1.7 2.4 5.8 0.2 0.3 1.0 2.2 5.2 0.3 0.4 1.1 2.1 4.6 1.2 1.4 1.6 2.3 5.1 0.9 1.2 1.5 1.9 3.7 0.9 1.3 1.6 2.1 4.8 0.5 0.7 1.9 5.6 28.7 22.4 16.7 9.0 0.6 1.0 1.3 3.6 34.5 29.8 13.4 5.2 12.8 27.2 29.4 10.0 3.3 2.2 2.0 1.1 11.9 24.4 31.0 11.0 4.5 3.9 2.5 1.9 11.7 27.9 23.1 14.6 5.6 3.8 2.7 2.2 13.8 32.5 18.0 10.3 5.1 3.8 3.2 1.8 18.3 28.6 15.1 11.3 6.1 4.9 3.5 3.1 5.2 4.1 3.8 2.1 22.8 29.6 12.9 8.8 3.4 2.9 1.9 1.4 4.9 3.0 1.8 1.5 0.7 3.5 250 300 350 400 420 450 500 550