cộng hoà x hội chủ nghĩa việt nam
Bộ công thơng
Viện khoa học và công nghệ mỏ - Luyện kim

Báo cáo tổng kết đề tài
nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy
tuyển từ yếu hai trục phục vụ chế biến
xỉ titan

7361
19/5/2009

Tháng 12 2008

cộng hoà x hội chủ nghĩa việt nam
Bộ công thơng
Viện khoa học và công nghệ mỏ - Luyện kim
Những ngời thực hiện

TT
Họ và tên Nghề nghiệp Cơ quan
1 Bùi Xuân Bình KS Chế tạo máy
CNĐA
Viện KH
&CN Mỏ-Luyện kim
2 Phạm Xuân Diệu KS Chế tạo máy Viện KH
&CN Mỏ-Luyện kim
3 Lê Phan Chính TS Kỹ thuật điện Viện KH
&CN Mỏ-Luyện kim
1 Phạm Quang Toàn KS tự động hoá Viện KH
&CN Mỏ-Luyện kim
2 Nguyễn Đình Thuỳ
KS tuyển khoáng
Viện KH
&CN Mỏ-Luyện kim
3 Nguyễn Thị Hồng Gấm
Th.S tuyển khoáng
Viện KH

Tổng quan
5
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc
5
1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 5
1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nớc 6
1.2 Một số vấn đề lý thuyết làm cơ sở cho nghiên cứu
6
1.2.1
Khái niệm về máy tuyển từ
6
1.2.2
Phân loại máy tuyển từ
8
1.2.3
Kết cấu mạch từ trong máy tuyển từ
9
1.2.3.1
Kết cấu mạch từ hở
9
1.2.3.2
Kết cấu mạch từ khép kín
10
1.3
Cơ sở lựa chọn máy tuyển từ yếu trong công nghệ xỉ ti tan 11
Chơng 2
Phơng pháp nghiên cứu và công tác chuẩn bị
14
2.1 Phơng pháp và trình tự tiến hành nghiên cứu
14

26
3.2.1
Kết quả đo lờng, kiểm định phần dẫn động của máy
26
3.2.2
Kết quả đo lờng, kiểm định phần tạo từ trờng 28
3.2.3
Kết quả chạy thử với quặng ilmenit chứa manhêtit (Bình Thuận)
29
3.2.4
Kết quả chạy thử với sản phẩm ilmenit hoàn nguyên (Vĩnh Phú)
32
3.2.5
Kết quả chạy thử với xỉ titan (từ quặng ilmenit Thừa-Thiên-Huế)
33
3.2.6
Kết quả nghiên cứu tổng thể và kết luận
37
3.3 Dự kiến giá thành

Chơng 4
Định hớng áp dụng kết quả nghiên cứu
38
4.1
Dự kiến hiệu quả kinh tế khi áp dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất
38
4.2
Địa chỉ áp dụng
38


bảng số liệu thí nghiệm thay đổi cờng độ từ trờng
27
Bảng 7
Bảng cân bằng TiO
2
trong các sản phẩm
27
Bảng 8
bảng số liệu thí nghiệm thay đổi cờng độ từ trờng
28
Bảng 9
Bảng cân bằng TiO
2
trong các sản phẩm
28
Bảng 10
bảng số liệu thí nghiệm thay đổi cờng độ từ trờng
29
Bảng 11
Bảng cân bằng TiO
2
và Fe trong các sản phẩm
29
ảnh 1
Máy tuyển từ nam châm đất hiếm dạng băng
12
ảnh 2
Băng tải kết hợp tang dẫn động gắn nam châm vĩnh cửu
12
ảnh 3

Lấy mẫu xỉ titan đã qua chế biến phân tích.
31
ảnh 14
Tiến hành chạy thí nghiệm.
32
Bản vẽ 1
Đặc tính kỹ thuật máy (kí hiệu bản vẽ: N61 001)

Bản vẽ 2
Bản toàn thể (kí hiệu bản vẽ: N61 002)

Bản vẽ 3
Bộ tang từ (kí hiệu bản vẽ: N61 003)

Bản vẽ 4
Trục (kí hiệu bản vẽ: N61 004)

Bản vẽ 5
Cực từ kiểu 1 (kí hiệu bản vẽ: N61 005)

Bản vẽ 6
Cực từ kiểu 2 (kí hiệu bản vẽ: N61 006)

Bản vẽ 7
Thùng cấp liệu & Giá đỡ (kí hiệu bản vẽ: N61 001) Bộ CôngThơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim
mà phải tập trung vào chế biến sâu, làm giầu nhằm nâng cao giá trị sản phẩm;
Bộ CôngThơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 4
với tinh quặng titan tập trung vào công nghệ hoàn nguyên ilmenit, sản xuất
rutin nhân tạo, luyện xỉ titan, khi đó nhu cầu về máy tuyển từ yếu rất cấp thiết.
Trớc thực tế đó năm 2008 Viện KH & CN Mỏ Luyện kim đã tiến hành
triển khai đề tài Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục
cụ chế biến xỉ titan theo hợp đồng số 114.08.RĐ/HĐ-KHCN kí ngày 31
tháng 01 năm 2008 giữa Bộ Công Thơng và Viện KH & CN MỏLuyện kim.
Mục tiêu của đề tài là:
1- Nghiên cứu thiết kế để chế tạo ra đợc máy tuyển từ có từ trờng, năng
suất phù hợp phục vụ cho chế biến xỉ titan.
2- Xác định các chỉ tiêu, thông số kỹ thuật của máy để xử dụng tuyển các
nguyên liệu khác.
3- Hoàn thiện thiết bị để ứng dụng vào sản xuất.


1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nớc:
ở nớc ta nghành tuyển khoáng còn non trẻ, công nghệ và thiết bị chủ
yếu từ các nớc xã hội chủ nghĩa trớc kia giúp đỡ nh: Liên Xô, Trung Quốc,
Balan
Việc nghiên cứu chế tạo thiết bị phục vụ cho tuyển khoáng nói chung và máy
tuyển từ nói riêng trong nớc ta do vậy cũng bị hạn chế. Ban đầu các Viện,
phòng kĩ thuật ở các cơ sở cũng chỉ dừng ở mức tháo dỡ, lấy kiểu lập hồ sơ
bản vẽ để chế tạo phụ tùng phục vụ cho sửa chữa hoặc chế tạo theo mẫu.
Máy tuyển từ khô (nguyên liệu đầu vào dạng khô) đầu, có từ trờng sinh ra
bằng nam châm điện đợc Viện Luyện kim mầu nay là Viện Khoa học và
Công nghệ Mỏ - Luyện kim bắt đầu nghiên cứu chế tạo từ năm 1984.
Năm 1985, lần đầu tiên chiếc máy tuyển từ khô nam châm điện đợc Viện
Luyện kim mầu phối hợp với Nhà máy Cơ khí Hà Nội chế tạo thành công.
Máy có cờng độ từ trờng đạt đến 18.000 oersted, tách tuyển nguyên liệu
nhiễm từ rất hiệu quả và dễ chế tạo trong nớc do chọn nguyên lí phù hợp.
Bộ CôngThơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 6
Máy đợc đem áp dụng tuyển ilmenit (vùng quặng Cẩm Xuyên - Hà Tĩnh) tại
xởng thực nghiệm của Viện.
Mãi đến cuối thập niên 80 và đầu thập niên 90 (thế kỷ XX), khi một số địa
phơng dọc ven biển miền Trung nớc ta nghành khai thác titan sa khoáng
ven biển phát triển, việc nghiên cứu chế tạo các loại máy tuyển từ có các
cờng độ từ trờng khác nhau mới đợc chú trọng hơn. Đến nay tại các cơ sở
chế biến quặng titan trong nớc, phần lớn sử dụng máy tuyển từ trong nớc
chế tạo nh: Máy tuyển từ trung 1 và 2 tầng (12.000 - 16.000 oersted), máy
tuyển từ mạnh 1và 2 tầng (16.000 - 18.000 oersted) từ trờng nam châm điện
do Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim chế tạo và máy tuyển từ
nam châm đất hiếm (nam châm vĩnh cửu) do Viện Viện Khoa học vật liệu chế

- Khoáng vật không từ khi x < 10.10
-9
m
3
/kg.
Bộ CôngThơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 7
Để tuyển từ ngời ta thờng dùng từ trờng một chiều không đồng tính.
Từ trờng này có thể là từ trờng của nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm
điện. Đặc trng của từ trờng đợc thể hiện ở các thông số Cờng độ từ trờng
H ( đơn vị A/m hoặc oersted ) và Cảm ứng từ B (đơn vị T hoặc gaus). H thể
hiện độ lớn của nguồn từ lực, còn B thể hiện độ lớn của từ trờng do nguồn từ
lực đó cảm ứng ra trong một không gian nào đó (số đờng sức của từ trờng
trên một đơn vị diện tích).
Lực từ do từ trờng tác động lên một vật nằm trong nó đợc xác định
theo công thức :
F = M
0
xHgrad H (1)
ở đây : M
0
- hằng số từ trong chân không.
đơn vị của F là N/kg hoặc din/g, ở đây cần chú ý đến chi tiết là lực từ tác động
lên vật không chỉ phụ thuộc vào cờng độ từ trờng H mà còn vào biến thiên
của nó trong không gian grad H. Điều này ảnh hởng nhiều đến việc chế tạo
cực từ trong các máy tuyển từ về sau.
Khi đi vào và chuyển động trong từ trờng mỗi hạt khoáng vật
chịu tác động của lực từ và lực cơ học. Do tác động của hợp lực đó, khi ra khỏi

Manganit
Pirit
Rutin
Tumalin
Ilmenit hoàn nguyên

0,001 - 0,004
0,04 - 0,120
0,025 - 0,150
0,050 - 0,250
0,20 - 0,30
0,3 - 1,2
0,001 - 0,010
25 - 50
10 - 25
0,035 - 0,150
0, 005 - 0,040
0,002 - 0,015
0,010 - 0,125
14 - 15

1.2.2 - Phân loại máy tuyển từ: ngời ta thờng phân loại máy tuyển từ theo
các tiêu chí sau :
a- Theo kết cấu hệ thông mạch từ :
Máy tuyển từ có hệ thống mạch từ hở
Máy tuyển từ có hệ thống mạch từ khép kín
b- Theo từ tính khoáng vật:
Máy tuyển từ tuyển khoáng vật có từ tính mạnh ( máy có từ trờng
yếu).
Máy tuyển từ tuyển khoáng vật có từ tính yếu (máy có từ trờng mạnh).

-cx
, (2)

ở đây :
H - cờng độ từ trờng
tại khoảng cách x.
H
0
- cờng độ từ trờng
trên bề mặt cực
x - khoảng cách tới
điểm xem xét
e - cơ số logarit tự nhiên
c - hệ số không đồng
nhất của từ trờng.
Đối với hình 1.a :

c = /S + 1/R (3)
Đối với hình 1.b :
c = /S (4)

ở đây : S - bớc cực từ
R - bán kính mặt trụ

Sơ đồ bố trí cực từ mạch hở trong mặt trụ (a) và mặt phẳng (b).
Tang
Băng tải
(b)
(a)
N

Trong mạch từ khép kín từ trờng
đợc tạo ra trong khoảng không
gian giữa hai cực từ khác dấu ( hình
3). Mạch từ kiểu này đợc sử dụng
trong các máy tuyển từ có cờng độ
từ trờng cao để tuyển các khoáng vật có từ tính yếu. Cờng độ từ trờng của
máy kiểu này có thể lên đến 1.600 kA/m (~20.000 oersted). Máy tuyển từ
kiểu này có cả dạng khô và dạng ớt, sử dụng cả nam châm điện và nam châm
vĩnh cửu.

Các nghiên cứu trong [2] cho thấy ở H3.b :

Hgrad H = kH
0
2
l
2
sin

kA /M
2
3
0
25
50
75
100
0481216
80
60
40
20
S =20cm
2
S =5cm
1
l
s
l
s
l
s
l
s
l
l


l

giai đoạn không có trợ dung. Để cải thiện công nghệ luyện ngời ta cho thêm
vôi, gọi là luyện có trợ dung. Luyện có thể tiến hành theo chu kỳ hoặc luyện liên
tục.
Xỉ titan đợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, nh sản xuất thuốc
bọc que hàn điện, sản xuất picmen điôxyt titan, cloruatitan (để từ đó sản xuất
titan kim loại)
Hiện nay nhu cầu về xỉ ti tan cho sử dụng trong nớc và xuất khẩu rất lớn.
Các địa phơng nh Thừa Thiên - Huế, Bình Định đang tập trung xây dựng nhiều
nhà máy sản xuất xỉ ti tan với công suất hàng chục nghìn tấn/năm. Trong công
nghệ sản xuất xỉ ti tan ngời ta thờng sử dụng máy tuyển từ có cờng độ từ
trờng thấp (máy tuyển từ yếu) để tách magnhetit ở hai công đoạn chính:
- ở công đoạn chuẩn bị liệu để tách magnhetit ra khỏi ilmenit, nếu trong
quặng đầu ilmenit có hàm lợng magnhetit cao.
- ở công đoạn gia công sản phẩm xỉ ti tan sau khi đập và nghiền tới cỡ
hạt 1mm.
Theo một tài liệu [3] ilmenit có độ từ thẩm riêng khoảng 2.4x10
-6
m
3
/kg, sau
khi hoàn nguyên ở ~820
0
C trong thời gian khoảng 40 phút thì độ từ thẩm riêng
đợc tăng lên khoảng 15x10
-6
m
3
/kg. Thậm chí nếu hoàn nguyên ở chế độ hợp
lí sẽ đạt đợc độ từ thẩm riêng tơng đơng của magnhetit khoảng 2x10
-3


Sản phẩm có từ cần phải tách bỏ khỏi xỉ titan chính là gang. Theo thực nghiệm
gang đợc tách khỏi xỉ này có độ từ thẩm riêng tơng đơng và lớn hơn
magnhetit (2 x10
-3
m
3
/kg).
Qua các phân tích trên nhận thấy: Lựa chọn máy tuyển từ yếu cho tách tuyển
thành phần nhiễm từ mạnh ra khỏi ilmenit hoàn nguyên và xỉ titan là hợp lí.
+ Hệ thống hút bụi
+ Máy đập búa
Và một số dụng cụ khác nh: cân đong , sàng, xô, chậu .
2.4. công tác phân tích
+ Lấy mẫu nguyên liệu đầu vào và sau khi tuyển từ, mỗi loại phân tích 2 chỉ
tiêu (TiO
2
và Fe)
+ Cân đo khối lợng đầu vào và ra, lập bảng ghi chép số liệu so sánh.
Bộ CôngThơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 15
chơng 3. nội dung và kết quả nghiên cứu
3.1. nội dung nghiên cứu
3.1.1. Nghiên cứu thiết kế, xác định năng suất và kết cấu cơ bản của máy
3.1.1.1 Lựa chọn kiểu máy, tính toán năng suất
Máy tuyển từ nam châm vĩnh cửu hay nam châm điện hiện nay đang đợc sử
dụng tại các công ty chế biến khoáng sản chủ yếu có 2 loại là: Dạng băng tải
và dạng tang (hoặc trục) quay.
Qua theo dõi thực tế nhận thấy rằng: Đối với các loại nguyên liệu khô chứa
nhiều sắt, loại tuyển từ tang quay có từ trờng sinh ra bằng nam châm điện là
phù hợp nhất vì các lí do sau:
+ Do đối tợng cần tuyển là xỉ titan và ilmenit hoàn nguyên là các vật liệu
giầu Fe có độ d từ lớn, khả năng bám dính vào cực từ cao nên nếu dùng máy
tuyển từ dạng băng tải sẽ rất khó khăn trong việc làm vệ sinh do trục từ hở.
+ Các đối tợng tuyển cần cờng độ từ trờng thấp và thay đổi đợc, điều đó
chỉ nam châm điện mới đáp ứng thuận tiện đợc.
ảnh 1, 2, 3 dới đây trình bày 1 số mẫu máy tuyển từ hiện đang đợc sử dụng
trong nớc và nớc ngoài.

300, Số giờ làm việc là 8giờ/ngày ta có:
6.000 T/ngày : (300 ngày x 8 giờ) = 2.5T/giờ.
Qua các phân tích dựa trên thực tế, đề tài đa ra lựa chọn:
+ Chế tạo tuyển từ dạng tang quay theo nguyên lí: Tang kín bằng thép không
nhiễm từ quay tròn, bên trong tang bố trí bộ nam châm điện dạng rẻ quạt sát
ngay bề mặt trong của tang (không chạm).
+ Để đáp ứng năng suất yêu cầu của thực tế và khả năng dễ chế tạo và lắp đặt,
sẽ bố trí trên 1 máy 2 tang (mỗi tang có năng suất khoảng 1,3T/giờ).
Nh vậy năng suất máy sẽ đạt 2,5 - 2,6 T/giờ.
3.1.1.2 Xác định kích thớc cơ bản của máy theo thống kê kinh nghiệm
Kích thớc của máy phụ thuộc vào kích thớc tang từ đợc thiết kế. Chọn
đợc kích thớc tang tối u sẽ tiết kiệm đợc vật liệu chế tạo đắt tiền nh dây
đồng, thép không rỉ không nhiễm từ chế tạo tang và 1 số chi tiết yêu cầu vật
liệu không nhiễm từ khác. Ngoài ra không gian bố trí 2 tang đợc rút gọn sẽ
làm cho máy có kích thớc nhỏ gọn nhất.
Qua tính toán và tổng kết từ nhiều mẫu thiết kế (trên cơ sở tính kinh tế và vật
liệu thông dụng trên thị trờng) chọn đợc tang từ có các thông số cơ bản sau:
- Đờng kính tang: ơ = 250 mm, chiều dầy tang s = 3mm.
- Chiều dài tang: L = 1000 mm,
- Chiều dài điện cực bố trí trong tang: l = 900 mm,
Ngoài ra có các yêu cầu kĩ thuật đối với máy nh sau:
- Thùng cấp liệu chung cho 2 tang, các máng rải liệu bằng vật liệu không
nhiễm từ (nhôm, đồng).
áp dụng kiểu cấp liệu đang đợc sử dụng hiệu quả nhất ở các máy tuyển điện
,tuyển từ do Viện thiết kế và chế tạo
- Thùng hứng cho 3 loại sản phẩm (nhiễm từ - trung gian - không nhiễm từ),
- Máy đợc bao che để hút bụi.
3.1.1.3 Tính toán các thông số dẫn động theo thống kê kinh nghiệm.
Cơ sở để tính các thông số dẫn động đó là tốc độ của tang quay (số vòng quay
của tang n (Vòng /phút).

a. Máy tuyển từ dùng để tuyển sắt trong xỉ Ti tan.
b. Năng suất của máy: 2,5 T/h.
c. Cỡ hạt: < 0.07 ữ 0,8 mm

3.1.1.4.2. Tốc độ quay của tang

Năng suất của máy tuyển từ yếu đợc tính theo công thức sau :

Q = 3,6.a
M
..v
p
.
p
.n.d

.b [ t/h ] ( 2-1 )

a
M
- Hệ số kể tới thành phần từ
M
có trong liệu vào.

a
M
= 0,7 khi
M
> 70%
Bộ CôngThơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim







đối với liệu có phân loại từ d

ữ d


6d

ln
d
d
'
"

Với liệu cần tuyển d

= 0,8 mm
d

= 0,07 mm
= 0,27

V
p
- Tốc độ chuyển động trong vùng phân ly [ m/s ]


= 0,5mm = 0,5 .10
-3
m

b - Chiều rộng lớp liệu hoặc chiều dài làm việc của tang.
b = 0,9m
Từ ( 2 - 1 ) tính đợc tốc độ của liệu trong vùng phân ly:

V
p
=
Q
andb
M
36,. . . .'

m/s ( 2 - 2 )

Q = 1,5 T/h
a
M
= 1,3
= 0,27
n = 3
d

= 0,5 .10
-3
m

p

=
125,0 2
33,0.60

= 35,23v/p làm tròn 35 v/p

Quyết định chọn máy :

Số lợng trục : 2 cái.
Đờng kính tang : 250 mm.
Chiều dài làm việc : 1000 mm.
Tốc độ quay : biến đổi từ 10 đến 80 vòng/ ph

3.1.1.4.3 . Tính toán cụ thể

3.1.14.3.1. Thông số công nghệ chính.

a. Kích thớc tang :
+ Đờng kính: 250 mm
+ Chiều dài : 1000 mm
b. Cờng độ từ trờng trên mặt tang

H = 800 Gauss ( 64 kA/m )

c. Khe hở lớn nhất giữa thân từ với tang: 2,5 mm

d. Chiều dầy vỏ tang lớn nhất: 5 mm


H
x
= 64 . 10
3
A/m cờng độ từ trờng trên mặt tang với x = = 0,0075

H
o
=94,5.10
3
A/m

Sức từ động cần thiết
F
M
=
2.S

. H
o
= 3,61.10
3
A.vòng = 3610 A
Chiều dài đoạn từ làm việc :
L = .2 . R
t

- Góc ôm hệ thống từ lấy = 120
o
= 360


Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 22
Chọn I = 6 A
j
e
= 2 A/ mm
2

Số vòng của một cuộn dây :
W = 4000/6 = 667 vòng
Chọn dây:
Tiết diện dây S
d
= 6/2 = 3,0 mm2
Chọn dây êmay D =2,0mm có S
d
= 3,14 mm2

Chiều dài dây êmay cho 1 cuộn L
c
= 2 D
tb
W = 2.3,14. 0,075.667 = 157m

Chiều dài toàn bộ L
tb
= 157 x 14 =2198 m

Điện trở hệ thống R = 2198 x 3,6. 10
-3