một số vấn đề về sử dụng quặng photphat nghèo

ĐỀ TÀI Một số vấn đề về sử dụng quặng photphat nghèo I. VÀI NÉT VỀ PHÂN LOẠI QUẶNG PHOTPHAT 3 II. TRỮ LƯỢNG VÀ ĐẶC TÍNH QUẶNG PHOTPHAT 5 III. KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG QUẶNG PHOTPHAT 9 IV. MỘT SỐ Ý KIẾN VỀ SỬ DỤNG QUẶNG APATIT NGHÈO LÀO CAI 33 PHỤ LỤC 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 I. VÀI NÉT VỀ PHÂN LOẠI QUẶNG PHOTPHAT Quặng photphat thường chứa khoáng vật apatit với hàm lượng rất khác nhau. Các mỏ quặng photphat được chia thành 3 kiểu chính: trầm tích, macma và guano. Hơn 80% sản lượng quặng photphat trên thế giới là từ quặng photphat trầm tích. Thông thường các quặng photphat nguồn gốc macma là quặng apatit, còn quặng photphat trầm tích đa số là photphorit. Photphorit được định nghĩa khác nhau tùy theo từng tác giả. Về mặt địa chất - thạch học, photphorit là một loại đá trầm tích có ít nhất từ 33 đến 50% các khoáng vật canxi photphat thuộc nhóm apatit (Bone phosphate of Lime, viết tắt là BPL) ở dạng ẩn tinh hoặc vi tinh. Tùy theo bản chất khoáng vật photphat có trong đá, hàm lượng P 2 O 5 tương ứng tối thiểu là 12 - 18%. Tuy nhiên, nếu có công nghệ tuyển phù hợp và kinh tế thì hàm lượng P 2 O 5 trong quặng photphorit có thể chấp nhận dưới 10%. Khoáng vật photphat trong đá trầm tích thường có sự biến đổi giữa floapatit Ca 10 (PO 4 ) 6 F 2 và cacbonat floapatit hay francolit kèm theo sự thay thế đồng hình CO 2- 3 cho PO 3- 4 , ngoài ra Ca 2+ cũng có thể được thay thế bởi Na + , Mg 2+ và F - thay thế bởi OH - . Sự thay thế PO 3- 4 bằng CO 2- 3 gây nên những biến đổi đáng kể thông số tinh quặng a của tinh thể apatit. Khi tỷ số mol CO 2- 3 /PO 3- 4 tăng từ 0 đến0,3 thì agiảm xuống từ3,7 0 đến3,2 0Ã…. Khi hiện tượng thay thế PO 3- 4 bởi CO 2- 3 tăng lên thì kích thước các tinh thể khoáng vật photphat sẽ giảm đi và độ hòa tan của chúng trong xitrat và axit sẽ tăng lên. Quặng photphat - cacbonat là kiểu quặng photphorit trầm tích khá phổ biến trên thế giới. Ngoài ra, còn loại trầm tích cũng có liên quan đến công nghệ làm giầu là trầm tích có hàm lượng P 2 O 5 cao nhưng chứa sắt và nhôm với thành phần khoáng là crandallit Ca(Fe, Al) 3 (PO 4 ) 2 (OH) 5 . 3H 2 O và millisit Ca (Na, K) (Fe, Al) 6 (PO 4 ) 4 (OH) 9 . 3H 2 O như các trầm tích ở bồn Georgina (Queensland, Australia) và Núi Weld (Tây Australia). Quặng apatit (photphat nguồn gốc macma) thường có kích thước tinh thể lớn hơn và do công nghệ tuyển có hiệu quả hơn nên có thể sử dụng quặng chất lượng thấp hơn nhiều so với quặng photphorit trầm tích. Người ta chia quặng apatit thành các loại quặng giầu (trên 18% P 2 O 5 ) trung bình (8 - 18% P 2 O 5 ) quặng nghèo (5 - 8% P 2 O 5 ) và rất nghèo (3 - 5% P 2 O 5 ). Quặng apatit Lào Cai thực chất là một kiểu metaphotphorit trầm tích biển nhưng đã bị biến chất. Đây là loại quặng photphat - cacbonat ở dạng hỗn hợp francolit hoặc floapatit với đolomit. Do biến chất và phong hóa, francolit biến đổi thành floapatit do mất CO 2 . Tuy có nguồn gốc trầm tích nhưng do bị biến chất nên kích thước tinh thể floapatit của metaphotphorit Lào Cai xấp xỉ bằng kích thước tinh thể floapatit của quặng apatit - nephelin Khibin (Kola) có nguồn gốc macma và không có hiệu quả rõ rệt khi nghiền quặng apatit Lào Cai bón trực tiếp cho cây trồng. II. TRỮ LƯỢNG VÀ ĐẶC TÍNH QUẶNG PHOTPHAT Theo số liệu tính trữ lượng quặng photphat, hiện toàn thế giới có trữ lượng 63,1 tỷ tấn (tính theo P 2 O 5 ), trong đó 91,6% (57,8 tỷ tấn) là quặng photphorit và 8,4% (5,3 tỷ tấn) là quặng apatit. Sơ đồ trên hình 1 giới thiệu sự phân bố trữ lượng quặng photphat ở các nước chính trên thế giới. 1. Marốc: 60,7%; 2. Mỹ: 8,3% 3. SNG: 4,8%; 4. Sahara: 4,4% 5. Tuynidi: 2,4%; 6. Các nước châu Phi khác: 13,1% 7. Châu Á: 2,7%; 8. Châu Úc: 3,6% Trữ lượng quặng photphat ở những mỏ đang khai thác có thể sẽ được tăng lên do mở rộng thăm dò thêm ở các vỉa, sườn quặng, tăng độ sâu hoặc giảm quy cách quặng để tận dụng các loại quặng nghèo hơn. Mặt khác, người ta vẫn không ngừng thăm dò, phát hiện thêm các mỏ mới. Tại Việt Nam, quặng phốtphát chủ yếu tồn tại ở dạng apatit tại Lào Cai. Trữ lượng của quặng apatit Lào Cai có thể lên tới trên 1 tỷ tấn. Tuy nhiên cần được tiếp tục tiến hành thăm dò địa chất để đánh giá lại trữ lượng. Theo thiết kế của Liên Xô trước đây, khu mỏ Lào Cai được chia làm 2 phần: Khu đông và Khu Tây. Như chúng ta đã biết sau khi khai thác hết vỉa quặng loại I đến ranh giới phong hóa hóa học thì phần dưới ranh giới này là quặng loại II và loại IV. Quặng loại II là quặng apatit - cacbonat, quặng loại IV là quặng apatit - cacbonat - thạch anh, nằm sâu so với mặt đất từ 20 - 30m đến 100 - 150m, có bề dày thay đổi từ 2 đến 15m. So với quặng loại I thì quặng loại II ít được nghiên cứu về địa chất hơn nhiều, chỉ có ở khu mỏ cũ Cóc Cáng được thăm dò tỉ mỉ. Chủ yếu mới đánh giá sơ bộ ở độ sâu cách mặt đất tới 100m và một số lỗ khoan sâu 250m, cá biệt ở lỗ khoan số 510 còn gặp quặng ở cao độ âm 500m. Sau nhiều năm thăm dò tới nay đã có nhiều ý kiến cho thấy trữ lượng tài nguyên được đánh giá trước đây là chưa chính xác vì đã dựa vào các số liệu khoan thăm dò chưa đủ về số lượng lỗ khoan, và mật độ lỗ khoan thăm dò đúng ra là phải dày hơn tới 2 chục lần so với đã tiến hành. Quặng apatit loại IV ở khu trung tâm đã được thăm dò tỉ mỉ từ cao độ +120m trở lên. Thành phần hóa học chính của quặng apatit loại II và loại IV tại Lào Cai đã được nghiên cứu về quy luật phân bố từ cao độ trên ± 0 đến - 200m. Giữa hàm lượng MgO và P 2 O 5 có tương quan tỷ lệ nghịch. Hàm lượng chất không tan và P 2 O 5 của quặng loại II cũng có quan hệ tỷ lệ nghịch, song nhìn chung, hàm lượng chất không tan ít biến đổi theo chiều sâu. Chất lượng quặng loại II ở Khu giếng đông cao hơn ở Khu Giếng Tây (bảng 1). Về đặc tính, quặng apatit loại II Lào Cai cũng tương tự như các quặng của mỏ đgianutac (vùng Karatan, Cadăctan), Jhamarkotra (Ấn độ), Guizhou (Trung Quốc). Còn quặng apatit loại IV Lào Cai cũng tương tự các quặng Mussoorie (Ấn độ), Nam Florida (Hoa Kỳ), Utah (Hoa Kỳ). Các loại quặng này đều có nguồn gốc trầm tích. Quặng Jhamarkotra chứa khoảng 35% francolit và 60% dolomit, 3% quaczit, quặng Guizhou chứa khoảng 48% francolit và 50% dolomit; quặng Mussoorie chứa khoảng 45% canxit, 35% francolit, 10% quaczit và 5% dolomit. Quặng Nam Florida chứa tới 60% quartz, khoáng photphat là francolit, còn dolomit và một ít canxit. Quặng phía tây Hoa Kỳ - Utah cũng giống quặng Nam Florida, chứa francolit là khoáng photphat nguyên sinh, canxit và dolomit tạo thành đá cacbonat. Thành phần hóa học chính của một số loại quặng photphat nghèo trên thế giới và Việt Nam được trình bày ở bảng 1. Bảng 1. Thành phần hóa học của một số loại quặng photphat (%) Tên quặng P 2 O 5 MgO SiO 2 CO 2 Khoáng vật đi kèm Jhamarkotra (Ấn Độ) Guizhou (Trung Quốc) Mussoorie (Ấn Độ) Nam Florida (Hoa Kỳ) Utah (Hoa Kỳ) đgianưtac (Cadăctan) Quặng loại II Lào Cai (Khu giếng đông) 18,7 22,9 19,9 8,9 24,4 19,7 24,5 10,1 8,0 1,4 1,1 2,0 3,3 3,7 3,3 1,7 13,2 74,5 21,0 25,4 11,3 - - 38,4 - - 6,7 12,3 đolomit đolomit đolomit, vôi, silic đolomit, silic đolomit, vôi, silic đolomit, Quặng loại II Lào Cai (Khu giếng Tây) Quặng loại III * Lào Cai Quặng loại IV Lào Cai 20,2 16,5 10,6 6,6 2,1 5,2 10,7 47,5 33,8 14,8 4,5 18,1 silic đolomit, canxit, silic đolomit, canxit, silic Thạch anh, muscovit Thạch anh, dolomit, canxit * Fe 2 O 3 : 2 - 3%; Al 2 O 3 : 3 - 4% III. KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG QUẶNG PHOTPHAT 1. Tình hình khai thác quặng photphat Ở một số nước phát triển công nghiệp photphat là ngành kinh tế rất được chú trọng. Năm 1988 các nước sản xuất được 164,1 triệu tấn quặng photphat, từ năm 1960 đến 1990, mức tăng trung bình đạt 3,3% năm, sau đó bị giảm do sự khủng hoảng ở các nước thuộc Liên Xô cũ, đến năm 1995 toàn thế giới đạt sản lượng 137,8 triệu tấn (hình 5). Dự báo đến năm 2040 mức tăng trung bình hàng năm từ 1 đến 2%. Người ta chia ra làm 3 nhóm nước sản xuất quặng photphat. Nhóm 1 gồm các nước có sản lượng trên 10 triệu tấn/ năm, nhóm 2 gồm những nước có sản lượng trên 1 triệu tấn/ năm và nhóm 3 là những nước có sản lượng dưới 1 triệu tấn/ năm. Theo số liệu năm 1995, nhóm 1 gồm 4 nước: Mỹ, Trung Quốc, Marốc, SNG sản xuất được 102,415 triệu tấn, chiếm 74,3% sản lượng của thế giới. Nhóm 2 gồm 9 nước: Tuynidi, Gioocđani, Ixraen, Braxin, Nam Phi, Tôgô, Xiri, Xênêgan, Ấn độ sản xuất 29,889 triệu tấn, chiếm 21,7% sản lượng thế giới. Nhóm 3 có 16 nước, sản xuất 5,521 triệu tấn, chiếm 4% sản lượng thế giới (hình 6), gồm các nước: Ai Cập, Angiêri, Phần Lan, Mexico, Cộng hòa DCND Triều Tiên, Nauru, Việt Nam, đảo Thiên Chúa Giáng Sinh (Ấn Độ dương), Irắc, Vênêduyela, Dimbabuê, Pêru, Côlômbia, Srilanca, Pakistan, Australia. Về sử dụng, số lượng quặng photphat dùng trong nước chiếm 78%, còn 22% dành cho xuất khẩu. Trong đó phần lớn quặng photphat có chất lượng thấp dùng cho sản xuất ở trong nước, quặng giầu dùng để xuất khẩu (bảng 2). [...]... 20% thì giá thành phân xưởng có thể giảm 20% do giảm tiêu hao trong công đoạn khử nước 3 Một số hướng cụ thể sử dụng quặng photphat nghèo 3.1 Sử dụng trực tiếp quặng photphat nghèo làm phân bón 3.1.1 Sản xuất supephotphat giầu Trước đây ở Udơbekistan người ta sản xuất amôphot từ quặng photphorit Karatau, do quặng nghèo (25,13% P2O5), mođun CaO : P2O5 cao tới 1,59 dẫn đến tiêu hao nhiều axit sunfuric... supephotphat đơn, supephotphat kép; tăng tiêu chuẩn về lượng tạp chất đối với quặng dùng sản xuất axit photphoric trích ly - Dùng quặng giầu để sản xuất axit photphoric trích ly, sau đó dùng axit này để phân giải quặng nghèo để sản xuất dimonocanxi photphat - Quặng chất lượng thấp không dùng sản xuất diamoni photphat (DAP) được thì đem dùng để sản xuất supephotphat giầu - Trộn quặng giầu với quặng nghèo. .. vàng 3 Quặng photphorit nghèo (15 - 23% P2O5) được trộn với quặng trung bình để sản xuất photpho vàng 4 Quặng photphat - silic (10 - 15% P2O5, 40 - 55% SiO2) tương tự quặng apatit loại IV Lào Cai, cũng dùng để trộn với quặng trung bình cho sản xuất photpho vàng 5 Đá silic được sử dụng làm chất trợ dung trong sản xuất photpho vàng Việc đưa vào sử dụng công nghiệp toàn bộ nguyên liệu quặng photphat, photphat. .. hiệu 3.2 Trộn quặng nghèo với quặng giầu Ở Trung Quốc, trữ lượng quặng photphat chất lượng thấp cũng rất lớn, người ta đã phải sản xuất supephotphat đơn từ những loại quặng chứa 26 - 28% P2O5 Trong sản xuất supephotphat đơn, lượng các tạp chất trong quặng photphat nguyên liệu cần phải đảm bảo như sau: MgO/ P2O5 < 5 - 8%, R2O3/ P2O5 < 8 - 12% Bảng 4 nêu thành phần hóa học của một số loại quặng apatit... sản xuất các hóa chất kỹ thuật Trong số 90% lượng quặng để sản xuất phân bón có tới 75% là chế biến bằng axit sunfuric, còn 15% chế biến bằng axit nitric hoặc hỗn hợp các axit 2 Khuynh hướng sử dụng hợp lý quặng photphat và tối ưu hóa cấp hạt khi tuyển nổi quặng nghèo Do quặng photphat là tài nguyên không tái tạo lại được nên người ta phải nghĩ đến việc sử dụng một cách hợp lý nhất để kéo dài thời... một vỉa quặng loại I trữ lượng quặng sẽ tăng 32,75%; khu vực có hai vỉa quặng trữ lượng quặng sẽ tăng 82,83% so với phương án hàm lượng biên 28% P2O5 Tác giả cũng đã tính toán hàm lượng trung bình của vỉa 1 (KS5) là 34,02%, của vỉa 2 (KS6) là 31,31% Nếu tính đến trị số nghèo quặng 10% trong khai thác thì hàm lượng P2O5 trong quặng tương ứng là 32,92% và 30,48% đề xuất này gợi mở một giải pháp sử dụng. .. những loại quặng photphat có nhóm hạt +0,16mm tới 20% hoặc lớn hơn nữa, nhưng không có những hạt có kích thước micromet Ngược lại, đối với sản xuất supephotphat cần tinh quặng -0,1mm Khi chế biến quặng apatit bằng axit nitric thì yêu cầu về chất lượng quặng có thể giảm hơn: hàm lượng P2O5 trong quặng không nhỏ hơn 24%, tỷ lệ Fe2O3/ P2O5 không lớn hơn 0,15 Vấn đề tối ưu hóa chất lượng tinh quặng photphat. .. suất hòa tan quặng apatit loại III Lào Cai đạt 48,69%, sau 12 tuần đạt 50,02%, trong khi ở mẫu đối chứng không dùng chủng vi sinh vật cho kết quả tương ứng là 11,37% và 15,62% Như vậy kết quả bước đầu là rất khả quan, cần được tiếp tục tiến hành nghiên cứu ở quy mô lớn hơn IV MỘT SỐ Ý KIẾN VỀ SỬ DỤNG QUẶNG APATIT NGHÈO LÀO CAI 1 Đối với quặng apatit nghèo ở tầng phong hóa Năm 1987 trong một công trình... chính về sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên quý giá này là: - Mở rộng tiêu chuẩn chất lượng quặng phù hợp với các đối tượng sử dụng Điều này đồng nghĩa với việc đưa ra nhiều chủng loại quặng thích hợp với các phương pháp chế biến hóa học khác nhau Theo đó người ta giảm tiêu chuẩn về độ mịn đối với quặng dùng để sản xuất axit photphoric trích ly, ngược lại, lại tăng tiêu chuẩn về độ mịn đối với quặng. .. trộn về chất lượng supephotphat trên thị trường, không phải thay đổi tiêu chuẩn, chỉ là sự thay đổi trong nội bộ của ngành 2 Đối với quặng apatit chưa phong hóa 2.1 Sử dụng trực tiếp quặng apatit nghèo để sản xuất phân lân nung chảy Công trình nghiên cứu sử dụng trực tiếp quặng apatit loại II vào sản xuất phân lân nung chảy của tác giả Lê Lân và cộng sự tại Viện Hóa học Công nghiệp đã được áp dụng . ĐỀ TÀI Một số vấn đề về sử dụng quặng photphat nghèo I. VÀI NÉT VỀ PHÂN LOẠI QUẶNG PHOTPHAT 3 II. TRỮ LƯỢNG VÀ ĐẶC TÍNH QUẶNG PHOTPHAT. VÀ SỬ DỤNG QUẶNG PHOTPHAT 9 IV. MỘT SỐ Ý KIẾN VỀ SỬ DỤNG QUẶNG APATIT NGHÈO LÀO CAI 33 PHỤ LỤC 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 I. VÀI NÉT VỀ PHÂN LOẠI QUẶNG