ĐỀ tài tình hình khai thác và sử dụng quặng phốtphat trên thế giới

ĐỀ TÀI Tình hình khai thác sử dụng quặng phốtphat giới LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com mở đầu Quặng phôtphat nguyên liệu chủ yếu để sản xuất phân lân sản phẩm hóa chất chứa lân Nớc ta may mắn nh số nớc khác giới có trữ lợng đáng kể loại quặng quý Tuy nhiên chất lợng quặng vùng, chí khu mỏ khác Nhằm tìm hớng chế biến loại quặng phôtphat cách hợp lý có hiệu quả, xin điểm lại cách phân chia xếp loại loại quặng phôtphat giới; so sánh trữ lợng quặng khu vực; giới thiệu tình hình khai thác phơng pháp làm giàu số loại quặng phôtphat điển hình nớc; hớng sử dụng quặng phôtphat nớc sản xuất nớc nhập quặng; kinh nghiệm sử dụng chế biến hợp lý số loại quặng phôtphat nghèo nớc, đồng thời liên hệ đến tình hình chất lợng loại quặng apatit nớc ta đề xuất hớng sử dụng, chế biến hợp lý loại quặng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ph©n loại, trữ lợng tình hình khai thác quặng phôtphat giới 2.1 Phân loại quặng phôtphat Đá phôtphat thờng chứa khoáng vật apatit Các mỏ quặng phôtphat đợc chia thành kiểu chính: trầm tích, macma guano Đến ngời ta đà biết khoảng 200 dạng khoáng vật phôtphat, nhiều họ apatit Thông thờng quặng phôtphat nguồn gốc macma quặng apatit, quặng phôtphat trầm tích đa số phôtphorit mỏ Lào Cai, quặng apatit thực chất kiểu metaphôtphorit trầm tích biển nhng đà biến chất thành quặng apatit, đợc Sokolov (1984) xếp vào nguồn gốc biến chất Quặng phôtphat nguồn gốc macma (quặng apatit) thờng có kích thớc tinh thể lớn 40 micron, công nghệ tuyển thành tinh quặng thơng phẩm công nghệ có hiệu kinh tế cao Quặng apatit Lào Cai có nguồn gốc trầm tích nhng bị biến chất nên kích thớc tinh thể floapatit metaphôtphorit Lào Cai xấp xØ b»ng kÝch th−íc tinh thĨ floapatit cđa qng apatit-nephelin Khibin (Kola) cã ngn gèc macma, v× vËy cịng thc loại quặng khó hòa tan Zverev Faizullin (1980) chia quặng apatit thành loại quặng giàu (trên 18% P2O5), trung bình (8-18% P2O5), nghèo (5-8% P2O5) nghèo (3-5% P2O5) Quặng phôtphorit đợc định nghĩa khác tùy theo tác giả Về mặt địa chất thạch học, phôtphorit loại đá trầm tích gồm từ 33 đến 50% khoáng vật canxi phôtphat thuộc nhóm apatit dạng ẩn tinh vi tinh, có kiến trúc apharit kiến trúc hạt oolit, pellit Tùy theo chất khoáng vật phôtphat đá, hàm lợng P2O5 tơng ứng tối thiểu 12-18% Còn loại quặng có hàm lợng 112% P2O5 đợc gọi đá phôtphat Các khoáng vật phôtphat đá trầm tích thờng bị biến đổi floapatit Ca10(PO4)6F2 cacbonat-floapatit hay francolit, với CO2-3 thay đồng hình cho PO3-4 Ngoài ra, Ca2+ đợc thay Na+, Mg2+, F- đợc thay thÕ b»ng OH- Sù thay thÕ PO3-4 b»ng CO2-3 thể biến đổi đáng kể thông sè m¹ng a cđa tinh thĨ apatit Khi tØ sè mol CO2-3/PO3-4 tăng từ đến 0,3 a giảm xuèng tõ 3,70 ®Õn 3,20 Å (1Å = 10-8 cm) Khi tợng thay PO3-4 CO2-3 tăng lên kích thớc tinh thể khoáng vật phôtphat giảm đi, độ hòa tan chúng dung dịch xitrat axit tăng lên LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đa số khoáng vật phôtphat quặng phôtphorit francolit (mức độ thay phôtphat cacbonat thấp) floapatit Thạch anh thành phần kèm Cacbonat (đolomit, canxi) thờng tạo thành hỗn hợp học xi măng quặng phôtphat-cacbonat Quặng metaphôtphorit Lào Cai quặng phôtphat-cacbonat dạng hỗn hợp francolit floapatit với đolomit Do biến chất phong hóa, CO2 nên francolit thờng biến đổi thành floapatit Quặng phôtphorit có tuổi cao, bị biến chất nhiều kích thớc khoáng vật apatit lớn, khó hòa tan Theo Mc Clellan Saavedra (1986), thông số tinh quang a francolit quặng ph«tphorit cỉ ti TiỊn Cambri-Cambri b»ng 9,35-9,39Å, ph«tphorit tuổi Kainozoi có giá trị a 9,32-9,35 Quặng phôtphorit ti Paleozoi cã trÞ sè a trung gian b»ng 9,34-9,36Å Thuật ngữ phôtphorit đợc dùng cho quặng phôtphorit trầm tích chứa canxi phôtphat nhôm phôtphat, sắt phôtphat có nguồn gốc Kacxtơ, tơng tự nh phôtphorit Vĩnh Thịnh (Lạng Sơn) 2.2 Trữ lợng quặng phôtphat giới Các nhà địa chất đà đa tiêu tính trữ lợng quặng phôtphat nh sau : Bảng Chỉ tiêu tính trữ lợng quặng phôtphat P2O5 (%) Nhóm quặng theo nguồn gốc Mỏ Kiểu quặng Hàm lợng biên Hàm lợng trung bình công nghiệp tối thiểu Bề dầy công nghiệp tối thiểu (m) Phôtphorit trầm tích Metaphôtphorit trầm tích biến chất Tyesai (Caratau) Phôtphorit hạt oolit Apatitđolomit (loại II) 20 22 3,5(1) 15 15 22-23 20 3,0 0,5 Apatit nephelin “ Apatit (trong gabro-diorit vµ xienit) 11 10 25 13.5 36 10 10 Janatas (Karatau) Lµo Cai Apatit macma Khibin (Kola) “ Apatit macma “ Oshurkov (1) BỊ dµy n»m ngang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Theo thống kê, trữ lợng quặng phôtphat giới vào khoảng 63,1 tỉ P2O5, đủ dùng 450-500 năm; 91,6% (57,8 tỉ P2O5) quặng phôtphorit 8,4% (5,3 tỉ P2O5) dạng apatit Những bể quặng apatit chđ u n»m ë Nga, Céng hßa Nam Phi, Braxin, Phần Lan, Dimbabuê, Canađa; phôtphorit có nhiều nơi, Châu Phi, Bắc Mỹ Những khu vực có trữ lợng quặng phôtphat lớn giới lµ (triƯu tÊn P2O5): Mü: 5.000 Tuynidi: 2.000 SNG: 3.000 Các nớc khác thuộc châu Phi: 7.000 Ma-rốc: 38.100 Châu á: 2.300 Xahara: 3.700 Châu úc: 2.000 Những số liệu trữ lợng thờng xuyên thay đổi khai thác hàng năm kết tìm kiếm thăm dò mỏ Theo Cục Địa chất Mỹ (USGS), Trung Quốc (TQ) có trữ lợng tỉ quặng phôtphat (tính theo P2O5), đứng thứ 12 giới Trữ lợng dự báo quặng lẫn tạp chất TQ tới 10 tØ tÊn, xÕp vµo hµng thø hai chØ sau Ma-rốc Tây Xahara Trữ lợng quặng đà biết TQ chủ yếu dạng trầm tích, tập trung Vân Nam, Quý Châu, Vũ Hán, Hà Bắc Tứ Xuyên 2.3 Trữ lợng quặng phôtphat Việt Nam nớc ta, trữ lợng loại quặng apatit khu mỏ Lào Cai đợc đánh giá nh sau : Bảng 2: Tổng hợp trữ lợng loại quặng apatit khu mỏ Lào Cai Đơn vị tính: triệu Quặng loại I Quặng loại II Quặng loại III Quặng loại IV Cộng Trữ lợng thăm dò: - Phân vùng Bát Xát-Ngòi Bo 35,03 235,84 233,57 290,84 790,28 Trữ lợng tìm kiếm: - Phân vùng Ngòi Bo-Bảo Hà 5,33 20,26 24,85 67,62 118,06 Trữ lợng dự báo: - Chiều sâu 900m, phân vùng Bát Xát-Ngòi Bo 5,00 567,0 16,0 1.077,0 1.665,0 Cộng 45,36 823,1 247,42 1.435,46 2.573,34 Hàm lợng P2O5 trung bình (%) 34,66 22,04 15,08 11,04 Vùng thăm dß LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.4 Tình hình khai thác quặng phôtphat giới Trong 30 năm qua, tình hình khai thác quặng phôtphat giới đà trải qua nhiều dao động (hình 1) Năm 1982, sản lợng quặng phôtphat giảm 15,5% so với năm 1981, đạt 123,5 triệu quặng Sau sản lợng quặng phôtphat đợc phục hồi, đạt đỉnh cao vào năm 1988 với khoảng 51,3 triệu (P2O5); nhng đến năm 1993 lại giảm 23,9% so với năm 1992, đạt 118,6 triệu Những đợt suy giảm đột ngột sản lợng quặng phôtphat trớc tiên tình hình kinh tế-chính trị-xà hội diễn hàng loạt nớc Đông Âu Liên Xô (cũ) Sản lợng quặng phôtphat lại bắt đầu phục hồi nhanh từ năm 1994-1995 0` Hình Tình hình khai thác quặng phôtphat giới giai đoạn 1977-2007 Năm 1995, số mỏ giới đà đợc đa vào khai thác: mỏ Nam Pactur Nam Fort Midi Florida (Mỹ) với tổng công suất 5,8 triệu tấn/ năm; mỏ Xidi Chinhian ë Khourigba (Ma-rèc) c«ng st 1,5 triƯu tÊn/ năm; mỏ El Sidia (Gioocdani) công suất 4,6 triệu tấn/ năm, mỏ Baiovar (Pêru) công suất 0,55 triệu tấn/ năm Arập Xêút đa vào vận hành mỏ có công suất 4,1 triệu tấn/ năm áo xây dựng mỏ công suất 0,7 triệu tấn/ năm Cuối năm 1996, Ai Cập đa vào vận hành mỏ Abu-Tartur với công suất ban đầu 0,6 triệu tấn/ năm, tổng công suất thiết kế mỏ triệu tấn/ năm Từ năm 2000, sản lợng sở sản xuất axit phôtphoric trích ly nớc đà đạt gần với mức thiết kế; ra, nhiều nớc xây dựng số nhà máy axit phôtphoric sản xuất phân lân mới, nên nhu cầu quặng phôtphat tăng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Sản xuất tiêu thụ quặng phôtphat giới đạt mức thấp vào năm 2001; sản lợng đạt khoảng 127,7 triệu tấn, hàm lợng P2O5 trung bình 31,4%, tổng giá trị khoảng 6,5 tỉ USD Châu Phi nơi sản xuất quặng phôtphat lớn nhất, chiếm khoảng 30% sản lợng giới (năm 2001) Mỹ nớc XHCN châu có tổng sản lợng khoảng 40% Liên Xô (cũ) Trung Đông nhà sản xuất lớn Năm 2001 Mỹ tiêu thụ khoảng 26% sản lợng quặng phôtphat giới Châu Phi nớc XHCN châu tiêu thụ tổng cộng khoảng 31% Lợng tiêu thụ đáng kể dự án nớc XHCN châu á, Mỹ, châu Phi, Liên Xô (cũ) Trung Đông Từ năm 2002, ngành sản xuất quặng phôtphat giới bắt đầu thời kỳ phát triển lâu dài với mức tăng trởng trung bình hàng năm 3,2% năm 2007 Nhng mức khai thác tiêu thụ năm 2007 dự báo đạt khoảng 97% mức năm 1990 Dự báo, mức tiêu thụ quặng phôtphat giới tăng đến khoảng 47,5 triệu P2O5 vào năm 2007, tăng 20% so với năm 2001 Ngời ta chia nớc khai thác quặng phôtphat thành nhóm: Nhóm 1: Những nớc khai thác khối lợng lớn nh Mỹ, TQ, Ma-rốc, nớc SNG chiếm 74,3% sản lợng giới Nhóm 2: Gồm Tuynidi, Gioocđani, Ixrael, Braxin, Nam Phi, Tôgô, Xiri, Xênêgal, ấn Độ chiếm 21,7% sản lợng giới Nhóm 3: Gồm Canađa, Ai Cập, Angiêri, Phần Lan, Mêhicô, CHND Triều Tiên, Nauru, Việt Nam, Quần đảo Thiên Chúa Giáng Sinh (ấn Độ Dơng), Irắc, Vênêzuêla, Dimbabuê, Pêru, Côlômbia, Xrilanca, Pakistan, áo Dự báo sản lợng phôtphat giới giai đoạn 2010-2040 : Khoảng 90% sản lợng quặng phôtphat giới đợc dùng để sản xuất phân bón IFA (Hiệp hội Phân bón Quốc tế) đà nêu lên mối quan hệ mức tăng dân số giới với mức tăng sản lợng quặng phôtphat Theo tính toán, từ năm 1990 đến 2040 dân số giới tăng 87%, nhng mức tăng dân số sau năm 2010 giảm Khi quy mô sản xuất nông nghiệp ổn định mức tăng sản lợng nông nghiệp chủ yếu tăng suất mùa màng nhờ kỹ thuật gien tăng lợng phân bón đợc sử dụng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Dự báo, đến năm 2010 dân số giới lên đến 7,2 tỉ ngời đến năm 2040 đạt 9,9 tỉ (hình 2); sản lợng quặng phôtphat giới giai đoạn đợc dự báo theo phơng án với mức tăng 1%/năm 2%/ năm Sơ đồ dới trình bày phơng án với mức tăng 1%/ năm, vào tình hình sản xuất quặng phôtphat giới giai đoạn 2001-2007 Theo phơng án này, đến năm 2010 sản lợng quặng phôtphat giới đạt 195 triệu đến năm 2040 đạt 263 triệu tÊn TriÖu tÊn 300 X10 tØ ng−êi X 280 X A X 260 X8 X X 240 X X X 220 200 X B X X X 180 160 140 2010 2030 2020 Năm 2040 Hình Dự báo mức tăng dân số giới (A) sản lợng quặng phôtphat (B) giai đoạn 2010-2040 2.5 Chất lợng quặng phôtphat thơng phẩm 2.5.1 Hàm lợng P2O5 Tinh quặng thơng phẩm Nga loại quặng có chất lợng cao giới Nga chủ trơng trì mức chất lợng cao tinh quặng apatit Khibin (Kola) Loại tinh quặng apatit "Standard" có hàm lợng P2O5 không dới 39%, loại "Super" (chiếm khoảng 10% sản lợng Liên hợp "Apatit") có hàm lợng P2O5 40% Bảng giới thiệu hàm lợng P2O5 trung bình quặng phôtphat nớc có lợng quặng phôtphat xuất lớn giới Nhìn chung chất lợng quặng phôtphat khai thác từ năm 1995 đến 2005 đà đợc cải thiện LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bảng Hàm lợng P2O5 trung bình quặng phôtphat Số TT Hàm lợng P2O5 trung bình, % Tên nớc Năm 1995 Năm 2005 Nga 35,4 38,3 Marèc 31,6 31,9 Giooc®ani 33,2 32,0 Tuynidi 30,1 29,0 Canada - 36,6 PhÇn Lan 36,4 36,1 TQ 22,0 30,0 Mü 29,8 28,9 29,7 31,2 Trung b×nh H×nh cho thấy thay đổi hàm lợng P2O5 quặng phôtphat Nga Mỹ năm gần ®©y 40,0 39,0 %PO 38,0 37,0 31,0 30,0 29,0 28,0 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 Hình Sự thay đổi chất lợng nguyên liệu phôtphat Nga (1) Mỹ (2) - Dù b¸o 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.4.2 Hàm lợng nguyên tố độc hại phóng xạ tự nhiên Hàm lợng nguyên tố độc hại phóng xạ tự nhiên số loại quặng chủ yếu đợc sản xuất giới Việt Nam đợc nêu bảng Quặng apatit Nga đợc xếp vào loại an toàn sinh thái Bảng Hàm lợng nguyên tố hóa học độc hại (mg/kg) phóng xạ tự nhiên (BK/kg) nguồn nguyên liệu phôtphat chủ yếu giới Má Nguån gèc %P2O5 Cd Hg As Pb Phãng x¹** BauCraa TrÇm tÝch 36,6 34,4 0,1 5,8 2.200-3.500 Khouribga - 32-32,5 12,8 0,1 8,8 2.200-3.500 Youssofia - 14,6 40 - - - - Sidia - 33,4-34,3 5,5 0,1 3,4 600-800 El Khacca - 32,9-33,9 5,4 0,2 12,2 6,5 600-800 Dzebel onc - 28,8 15,3 2,2 12,5 11 700-900 Florida - 34,3 9,4 0,1 18 2.000-5.000 Texas Gulf - 14,4 40 - - - - Xiri Khneifiss - 31,1-32 13 0,1 20 8,7 - Nga Khibin Macma 39 0,5 0,1 5,3 < 200 Covdor - 38 0,8 0,1 < 250 Nam Phi Phalaborva - 40,3 1,8 0,2 10,3 14,8 < 250 ViƯt Nam Lµo Cai* TrÇm tÝch biÕn chÊt 32,46 0,0 16 24 - Nớc Marốc Gioocdani Angiêri Mỹ (*) Quặng apatit nguyên khai loại I, phòng thí nghiệm Trung tâm Nhà máy Toyma thuộc Công ty Nissan Chemical Industries, Ltd (Nhật Bản) phân tích (**) Tổng đồng vị tự nhiên U238, Th232 K40 Danh mục kim loại nặng thờng thấy quặng phôtphat hàm lợng điển hình chúng quặng đất đợc giới thiệu bảng Các số liệu cho thấy dải hàm lợng dao động rộng nguồn gốc kiểu quặng khác Theo phơng pháp chiết quặng axit sunfuric 80-90% thủy ngân, chì 30-50% cađmi đợc thải theo bà phôtphogips; theo phơng pháp chế biến khác hầu nh tất nguyên tố vi lợng lại phân bón 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3.3 Tình hình sử dụng quặng phôtphat giới, xu hớng công nghệ quặng nghèo 3.3.1 Xu hớng chế biến quặng phôtphat nớc khai thác sản xuất nhiều quặng phôtphat, phần lớn sản lợng quặng đợc dùng để sản xuất phân bón, phần nhỏ dùng để sản xuất sản phẩm kỹ thuật nh phôtphat dùng cho chăn nuôi gia súc, loại muối phôtphat kỹ thuật, axit phôtphoric sạch, phôtpho nguyên tố (bảng 8) Bảng Tỉ lệ khối lợng quặng phôtphat dùng để sản xuất sản phẩm chứa lân Số TT Tên nớc Sản phẩm chủ yếu Tỉ lệ quặng dùng để sản xuất, % Phân bón Sản phẩm kỹ thuật Nga DAP, MAP, NP, NPK, phôtphat chăn nuôi kỹ thuật, H3PO4 92 Ma-rốc DAP, MAP, TSP, ph«tphat kü thuËt > 99