(LUẬN án TIẾN sĩ) nghiên cứu công nghệ tuyển quặng graphit mỏ bảo hà lào cai nhằm thu hồi tối đa graphit dạng vảy

Tính cấp thiết của luận án

Việt Nam có trữ lượng và tài nguyên quặng graphit vào khoảng 26,327 triệu tấn, tập trung chủ yếu ở hai tỉnh Yên Bái và Lào Cai, trong đó trữlượng và tài nguyên dự báo quặng graphit của mỏ Bảo Hà tỉnh Lào Cai khoảng 3,171 triệu tấn [1] Chất lượng, giá trị sản phẩm graphit phụ thuộc vào các yếu tốchính như kích thước hạt graphit, hàm lượng cacbon của graphit và thành phần khoáng tạp có trong sản phẩm … Những nghiên cứu về thành phần vật chất quặng cho thấy, quặng graphit nguyên khai tại các mỏ và điểm quặng của Việt Nam đều có thành phần chính là cacbon không cao, các khoáng tạp nhiều nên không thể sử dụng ngay mà cần phải đem tuyển làm giàu đểđạt chất lượng thương phẩm Đặc điểm cơ lý, hóa học, cấu trúc hạt quyết định khảnăng ứng dụng và giá trị của các sản phẩm graphit, trong đó quy trình gia công và tuyển có vai trò quyết định chất lượng sản phẩm quặng tinh graphit

Trong số các mỏ và điểm quặng graphit đã phát hiện cho đến hiện nay, graphit mỏ Bảo Hà, tỉnh Lào Cai được đánh giá là có chất lượng, giá trị tốt hơn cả, đặc biệt, quặng graphit có cấu trúc dạng vảy ở mỏ này có tỷ lệ lớn chiếm trên 90% Graphit cấu trúc dạng vảy là loại có thể xử lý làm giàu để thu được sản phẩm ở mức chất lượng cao nhất, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, công nghệ cao và đời sống, do đó, cũng là sản phẩm có giá trị thương phẩm cao nhất trong số các loại sản phẩm graphit trên thị trường, graphit vảy giá dao động từ 750 ÷ 1600 $/tấn, trong khi graphit dạng hạt mịn có cấu trúc vô định hình giá khoảng 500 $/tấn [16, 25] Với ưu điểm về thành phần vật chất quặng graphit của mỏ Bảo Hà như đã nêu, việc nghiên cứu khâu gia công và tuyển làm giàu là đưa ra phương pháp gia công quặng nguyên khai phải đảm bảo vừa tách được các hạt quặng graphit ra khỏi tạp chất đi kèm đồng thời phải giữ được tối đa các hạt graphit có cấu trúc dạng vảy có trong mẫu quặng nghiên cứu và sau đó nghiên cứu tuyển để làm giàu và thu hồi quặng tinh graphit cấu trúc vảy có chất lượng cao nhất nhằm nâng cao giá trị sản phẩm, cũng như nâng cao hiệu quả quá trình khai thác, chế biến quặng graphit tại mỏ Bảo Hà

2 Đề tài “Nghiên cứu công nghệ tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai nhằm thu hồi tối đa graphit dạng vảy” được nghiên cứu nhằm xác lập quy trình công nghệ tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà, tỉnh Lào Cai, thu hồi tối đa graphit dạng vảy, những nội dung chưa được nghiên cứu đầy đủtrong các công trình trước đây và chưa được thử nghiệm trên quy mô pilot Công trình nghiên cứu này vừa có tính khoa học, vì làm sáng tỏ những vấn đề có tính lý luận chung về thành phần vật chất cũng như cấu trúc của quặng graphit mỏ Bảo Hà và vấn đề nghiền chọn lọc đối với loại quặng này, luận án vừa có ý nghĩa thực tếđó là nâng cao giá trị kinh tế, chất lượng của sản phẩm graphit, đáp ứng yêu cầu nguyên liệu khâu chế biến tiếp theo thay thế hàng nhập khẩu

Trong những năm tới, với sự phát triển của các ngành công nghiệp nói chung, các lĩnh vực công nghiệp sử dụng nguyên liệu graphit cũng sẽ phát triển theo, nhu cầu graphit sẽ ngày càng lớn Nghiên cứu đưa ra quy trình, các điều kiện, chếđộ công nghệ tuyển phù hợp để thu hồi một cách có hiệu quả quặng graphit mỏ Bảo Hà, tỉnh Lào Cai, chuyển giao công nghệ vào sản xuất để đưa tiềm năng khoáng sản thành nguồn lực phát triển kinh tế, xã hội là nhiệm vụ hết sức cần thiết.

Mục tiêu và nhiệm vụ của luận án

Đưa ra luận giải làm sáng tỏ cơ sở khoa học về các vấn đề:

+ Ảnh hưởng đặc điểm thành phần vật chất của khoáng vật graphit và mẫu quặng graphit mỏ Bảo Hà-Lào Cai, xác định dạng tồn tại khoáng graphit cấu trúc vảy trong quặng

+ Ảnh hưởng phương pháp gia công chuẩn bị quặng trong quá trình chế biến + Ảnh hưởng phương pháp và quy trình tuyển mẫu quặng graphit mỏ Bảo Hà, tỉnh Lào Cai, nhằm thu được:

* Quy trình công nghệ, các điều kiện, chếđộ tuyển phù hợp cho quặng graphit mỏ Bảo Hà, Tỉnh Lào Cai, thu hồi tối đa graphit dạng vảy

* Quặng tinh graphit tổng hợp đạt chất lượng như sau:

+ Hàm lượng cacbon 80 ÷ 92% C; + Thực thu tổng hợp ≥ 90%;

Trong đó: Quặng tinh graphit vảy +100 mesh (+0,149 mm) có hàm lượng C ≥ 94%.

Phương pháp nghiên cứu

Trong luận án đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp tổng hợp, hệ thống hoá để phân tích các tài liệu về graphit và tuyển quặng graphit trên Thế giới và Việt Nam

+ Gồm phân tích thành phần khoáng vật và thạch học của quặng graphit; phân bốvà đặc điểm kích thước hạt của graphit, phân tích hàm lượng hóa học của graphit trong mẫu nghiên cứu, các phương pháp lát mỏng thạch học (sử dụng thiết bị kính hiển vi quang học Leica DM750P), phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD, thiết bị Siemens D5005 với ống phát bằng Cu, tia phát xạ Kα1,2, điện thế40 kV, dòng điện

30 mA), kính hiển vi điện tử quét (SEM, thiết bị JEOL JSM-6310, điện thế 15 kV, dòng điện 6 nA, độ chính xác 0,10 % khối lượng), phương pháp phân tích hóa hàm lượng cacbon và sulfur (trên thiết bị Horiba EMIA-320V2), phương pháp phân tích chìm nổi trong dung dịch thành phần tỷ trọng nặng trên thiết bị ly tâm

+ Thí nghiệm trong phòng trên các thiết bị nghiền bi, nghiền chà xát và tuyển nổi

- Phương pháp kế thừa: Luận án Tiến sĩ được kế thừa từ kết quả đề tài cấp nhà nước: Nghiên cứu công nghệ tuyển và chế biến sâu quặng graphit mỏ Bảo Hà tỉnh Lào Cai Mã số: ĐTĐL.CN.44/15, do NCS làm chủ nhiệm

- Phương pháp phân tích đánh giá: Kết quả thí nghiệm thu được được tính toán và xử lý bằng phần mềm Excel, Word, vẽ biểu đồ và tìm điểm tối ưu của các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình tuyển.

Nội dung vấn đề nghiên cứu

Đểđạt được mục tiêu nghiên cứu, luận án giải quyết các nội dung cơ bản sau:

- Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về công nghệ tuyển quặng graphit, các dạng tồn tại, tính chất hóa lý của graphit, phương pháp chế biến quặng graphit, lĩnh vực sử dụng và giá trị sản phẩm thời gian gần đây.

- Lấy mẫu nghiên cứu làm sáng tỏđặc điểm cấu trúc, thành phần vật chất, đặc biệt là xác định thành phần khoáng vật graphit tồn tại trong thành tạo quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai làm cơ sởđể xây dựng phương án công nghệ tuyển quặng phù hợp nhằm tạo ra các sản phẩm có giá trị thương mại cao, phục vụ nhu cầu các ngành công nghiệp trong nước và xuất khẩu

- Nghiên cứu nghiền thô và tuyển nổi graphit hạt thô ở các chế độ công nghệ với các thông số sau: Chi phí thuốc tập hợp, thuốc đè chìm, pH môi trường, tốc độ khuấy, nồng độ bùn quặng

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết phương pháp nghiền chà xát chọn lọc, tuyển tách, phân cấp graphit vảy trong dung dịch tỷ trọng nặng Nghiên cứu đề xuất hệ số nghiền chà xát tối ưu từ đây nghiên cứu tối ưu hoá quá trình nghiền chà xát chọn lọc, tuyển tách, phân cấp graphit vảy

- Nghiên cứu sơ đồvà đề xuất quy trình công nghệ tuyển quặng graphit Bảo Hà, tỉnh Lào Cai.

Ý nghĩa khoa học

- Đã nghiên cứu làm rõ đặc điểm cấu trúc, thành phần vật chất, xác định thành phần khoáng vật graphit tồn tại trong thành tạo quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai

Từđây làm cơ sở khoa học để nghiên cứu vàđề xuất sơ đồ công nghệ tuyển nhằm thu hồi tối đa lượng graphit trong quặng

- Đã đề xuất được phương pháp luận nghiên cứu, đánh giá và tối ưu hóa quá trình nghiền chà xát quặng tinh graphit nhằm thu hồi tối đa lượng graphit vảy thô

Phương pháp luận này bao gồm phân tích rây và phân tích thành phần tỷ trọng sản phẩm nghiền chà xát và từđó tính toán hệ số nghiền chà xát tối ưu.

- Đã làm rõ cơ sở khoa học của phương hướng sơ đồ và chế độ công nghệ tuyển quặng graphit với tuyển nổi sơ bộởđộ mịn nghiền thô kết hợp với nghiền chà xát lại quặng tinh tuyển sơ bộ nhằm thu hồi tối đa lượng graphit dạng vảy có trong quặng

- Phương pháp luận nghiên cứu nghiền chà xát cũng như sơ đồ và chế độ công nghệ tuyển đề xuất có thể được áp dụng cho các đối tượng quặng graphit khác tại

Ý nghĩa thực tiễn

- Đã đề xuất được sơ đồ và chế độ công nghệ để tuyển quặng graphit mỏ Bảo

Hà - Lào Cai nhằm thu hồi tối đa lượng graphit dạng vảy trong đó có một lượng đáng kể graphit vảy thô Sơ đồ và chếđộ công nghệ tuyển đề xuất không chỉ mang lại giá trị sản phẩm cao mà còn giảm chi phí năng lượng nghiền và tuyển do tuyển sơ bộ ở chế độ nghiền thô

- Kết quả nghiên cứu của luận án có thểđược sử dụng cho các nghiên cứu ở quy mô lớn hơn cũng như làm tài liệu cơ sởđể thiết kế thiết bị và sơ đồ công nghệ tuyển, cũng như điều chỉnh quá trình tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai trong thực tế.

Điểm mới của luận án

1 Đã làm rõ dạng tồn tại graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai là graphit dạng vảy trong đó graphit dạng vảy chiếm 90-95%; graphit vô định hình 5-10% và xác định được một lượng tạp chất dạng silicat xâm nhiễm mịn trong nền graphit Đặc điểm thành phần vật chất trên của quặng làm cơ sởđể nghiên cứu đề xuất sơ đồ và chếđộ tuyển nhằm thu hồi tối đa lượng graphit dạng vảy trong quặng

2 Đề xuất được phương pháp luận và hệ số nghiền chà xát tối ưu nhằm đánh giá quá trình nghiền chà xát quặng tinh graphit vừa đảm bảo chất lượng graphit vảy thô vừa tránh vỡ vụn sản phẩm này

3 Lần đầu tiên ở Việt Nam đã nghiên cứu đề xuất sơ đồ và chếđộ công nghệ tuyển quặng graphit ở độ mịn nghiền thô và áp dụng quá trình nghiền chà xát để nghiền lại quặng tinh graphit Sơ đồ và chếđộ công nghệ tuyển đề xuất cho phép thu hồi tối đa lượng graphit dạng vảy trong đó có một lượng vảy thô có giá trị cao đồng thời giảm chi phí năng lượng nghiền Áp dụng tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà Lào Cai đã thu được quặng tinh graphit vảy thô cỡ hạt +0,149 mm có hàm lượng C >94%,

6 thực thu tương ứng >33%; quặng tinh graphit vảy mịn -0,149 mm có hàm lượng C

>82%, thực thu tương ứng >60%, với tổng thực thu >93%.

Điểm bảo vệ của luận án

Luận điểm 1: Quặng graphit mỏ Bảo Hà chứa graphit có cấu trúc dạng vảy với tỷ lệ graphit có cấu trúc dạng vảy chiếm đến 90%, trong đó, có một lượng đáng kể graphit vảy thô, tạp chất dạng silicat xâm nhiễm mịn trong nền graphit

Luận điểm 2 Có thể thu hồi graphit vảy thô +0,149mm sạch bằng quá trình tuyển nổi cấp liệu nghiền thô -0,5mm kết hợp nghiền chà xát quặng tinh thu được và tuyển nổi lại Sơ đồ và chế độ công nghệ tuyển đề xuất cho phép thu được lượng graphit dạng vảy ở cỡ hạt +0,149mm có hàm lượng >94% C với mức thực thu 33% Lượng graphit vảy mịn còn lại cũng được thu hồi vào sản phẩm quặng tinh hàm lượng

>82% C với mức thực thu 60% Tổng thực thu graphit đạt trên 90%

Luận điểm 3 Có thể áp dụng phương pháp phân tích tỷ trọng trong dung dịch nặng bằng máy ly tâm để đánh giá mức độ giải phóng khoáng vật trong sản phẩm graphit Từđây đề xuất tiêu chí KOđể tối ưu hóa quá trình nghiền chà xát để vừa đảm bảo mức độ giải phóng khoáng vật vừa đảm bảo độ hạt thô của sản phẩm graphit dạng vảy

KO (t)= (+0,149mm(t) +0,149mm-2,1(t))/ (λ +0,149mm ) Trong đó +0,149mm là thu hoạch cấp +0,149 mm trong sản phẩm nghiền (%);

+0,149mm-2,1: Tỷ lệ khối lượng cấp tỷ trọng -2,1 trong phân tích chìm nổi cấp +0,149 mm trong sản phẩm, tính theo phần đơn vị; λ +0,149mm: Thu hoạch cấp +0,149 mm trong cấp liệu nghiền (%).

Cấu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu, danh mục chữ viết tắt, danh mục bảng biểu, hình vẽ, đồ thị, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục, Luận án được kết cấu thành 5 chương gồm: Chương 1: Tổng quan về graphit: Tài nguyên, khai thác, chế biến và sử dụng Chương 2: Thành phần vật chất mẫu quặng và định hướng nghiên cứu

Chương 3: Nghiên cứu tuyển nổi sơ bộ mẫu quặng

Chương 4: Nghiên cứu thu hồi quặng tinh graphit vảy thô bằng nghiền chà xát và tuyển nổi

Chương 5: Nghiên cứu sơ đồ tuyển nổi nhằm thu hồi tối đa tinh quặng graphit dạng vảy

TỔ NG QUAN V Ề GRAPHIT

Giới thiệu sơ lược về graphit

1.1.1 Tính chất hóa lý graphit

Graphit là một dạng thù hình của cacbon, kết tinh trong hệ lục phương (Hình 1.1) Tinh thểgraphit thường là các tấm lục giác mỏng, hoặc tập hợp méo mó của các tấm dạng bông Rất hiếm gặp các tấm lục giác dày lớn Graphit thường xuất hiện ở dạng mạch nhỏ, tập hợp phân phiến và dạng khối Ngoài ra, graphit còn có dạng tập hợp hạt nhỏ, tròn giống như hình cầu và các cầu tỏa tia [27]

Hình 1.1 Mạng tinh thể graphit

Graphit có ánh kim loại, màu xám thép đến đen, mềm, tỷ trọng 1,9 ÷ 2,3 (thường là 2,1 ÷ 2,3) g/cm 3 , độ cứng 1÷ 2 Mohs; nhiệt độ nóng chảy 3.927°C [27]

Graphit là chất dẫn điện rất tốt, mỗi nguyên tử cacbon liên kết cộng hóa trị với

3 nguyên tử cacbon khác hình thành nên mạng phẳng với các ô hình lục giác, do đó mỗi nguyên tử cacbon trong mạng còn dư 1 electron, các electron còn lại này có thể chuyển động tựdo bên trên và bên dưới mặt mạng cho nên khả năng dẫn điện của graphit có tính định hướng Các mạng cacbon này liên kết với nhau bằng lực Van der Waals hình thành nên cấu trúc tinh thể 3 chiều (Hình 1.1b) Do đặc điểm cấu trúc có sự liên kết lỏng lẻo giữa các tấm (lớp) trong graphit nên graphit thường dễ vỡ, dễ tách lớp do đó trong công nghiệp graphit không được dùng ở dạng nguyên chất như là các vật liệu có cấu trúc ổn định, mà được sử dụng dưới dạng kết hợp với các nguyên liệu

8 khác Bên cạnh đó các electron tự do chỉ có thể chuyển động dọc theo các bề mặt, cho nên khảnăng dẫn điện của graphit có tính định hướng

Graphit có nhiều đặc tính đặc biệt như độ trơ, độ bền và khả năng bôi trơn tự nhiên cao, độ bền ăn mòn, độ dẫn điện, dẫn nhiệt và chịu nhiệt cao, chịu nhiệt cao lên tới 2.500 o C; độ giãn nở nhiệt thấp, độ bền hóa học cao ở nhiệt độbình thường, có khả năng kháng cháy, có độ ma sát thấp, cường độ nén cao [20] [28] Graphit là phi kim duy nhất có một sốđặc tính hoá lý nêu trên giống kim loại

1.1.2 Các dạng tồn tại graphit trong tự nhiên

Có hai loại graphit là graphit tổng hợp và graphit tựnhiên Trong đó, graphit tự nhiên chia làm ba loại graphit vô định hình (amorphous graphite), graphit vảy (flake graphite/ plumbago) và graphit mạch (vein graphite/ crystalline graphite) [19] Graphit vô định hình thực tế là một dạng vi tinh thể của graphit (Hình 1.2a) Đây là dạng phổ biến nhất của graphit, nhưng có chất lượng thấp nhất [14], [15] Hàm lượng C của graphit vô định hình trong quặng thấp, trong khoảng 20 ÷ 40% C (đơn vị tỉ lệ khối lượng của cacbon) Sau khi làm giàu, hàm lượng C có thểđạt 70 ÷ 85%

Loại graphit này khi khai thác thường ở dạng các khối từ1 cm đến 10 cm [11] Graphit vảy thường tồn tại ở dạng các vảy gián đoạn, kích cỡ đường kính từ 50 ÷ 800 micromet và dày 1 ÷ 150 micromet [11] (Hình 1.2b) Thân quặng dạng lớp mỏng, tấm, và thấu kính Quặng graphit dạng này có hàm lượng C đạt 5 ÷ 30% C và đạt 85 ÷ 95% hoặc hơn sau khi làm giàu Sản phẩm thương mại của loại này thường đạt 80 ÷ 99,9% C với kích thước hạt khoảng 2 ÷ 800 micromet

Graphit mạch (còn gọi là graphit bướu) (Hình 1.2c) là loại hiếm gặp nhất trong số 3 loại graphit tựnhiên và cũng là loại có chất lượng cao nhất và giá trị nhất

Bảng 1.1 cho thấy sự so sánh vềđặc điểm, chỉ tiêu sản phẩm, và giá của các loại graphit tự nhiên khác nhau [20] Trong các loại graphit tự nhiên thì graphit vảy là loại được quan tâm nhất và có nhu cầu lớn nhất Ngoài ra còn có graphit tổng hợp hay còn gọi là graphit nhân tạo được tổng hợp từ vật liệu cacbon vô định hình

Bảng 1.1 Đặc điểm của các loại graphit tự nhiên

Loại Vô định hình Vảy Mạch Độ hiếm Rất phổ biến Phổ biến Hiếm gặp

Dạng tinh thể Vi tinh thể Vảy tinh thể, thô Tinh thể thô

Hình thái tinh thể Hạt Vảy, tấm Tấm, kim

Hàm lượng sulfur (%) 0,1 0,1 0,7 Độ kết tinh graphit (%) 28 99,9 100

Khoảng cách mặt (002) 0,031 nm 0,3355 nm 0,3354 cm Điện trở suất (.cm) 0,091 0,031 0,029 Độ tinh khiết sản phẩm (%) 70 ÷ 85 85 ÷ 95 95 ÷ 99

Mức chất lượng Thấp Cao Rất cao

Hình 1.2 Ảnh chụp quặng graphit tự nhiên a Ảnh dưới kính hiển vi điện tử quét của graphit vô định hình; b Ảnh mẫu graphit vảy trên nền thạch anh; c Ảnh mẫu graphit dạng mạch

1.1.3 Ứng dụng của graphit trong cuộc sống

Graphit tự nhiên có rất nhiều công dụng khác nhau như chế tạo vật liệu chịu lửa (graphit-Mg, graphit-Al, nồi nấu kim loại, graphit trương nở, phụgia đúc, tráng khuôn a b c

10 và lõi đúc), đệm phanh, dầu bôi trơn, pin khô, pin kiềm, thép thấm cacbon

(recarburizing stell), chổi cacbon, điện tử, bút chì, phủ dẫn điện, sơn đóng gói, mài bóng, bôi trơn lõi khoan, thuốc nổ (kiểm soát tốc độ cháy), lò phản ứng hạt nhân, nồi hơi, Ứng dụng đặc biệt với graphit vảy là nguồn nguyên liệu cho sản xuất pin

Lithium-ion, ba thành phần chính của pin lithium - ion là điện cực âm, điện cực dương, và chất điện phân Điện cực âm thông thường làm từgraphit, điện cực dương là một oxit kim loại và chất điện phân là muối lithium Yêu cầu graphit cho điện cực âm phải có độ xốp cao, bề mặt tiếp xúc lớn Các tính chất này, graphit nhân tạo không có được, mà chỉ có ở graphit tự nhiên dạng vảy Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của phương tiện giao thông, đồ dân dụng chạy điện và thiết bị lưu trữ năng lượng tái tạo,… nhu cầu về graphit vảy tăng trưởng từ 30  40 % mỗi năm [12], [15]

Theo số liệu của Roskyl, tỷ lệ sử dụng graphit tự nhiên cho các lĩnh vực công nghiệp trong năm 2019 như sau: Vật liệu chịu lửa 46%; pin 24 %; khuôn đúc trong luyện kim chiếm 10%; chất bôi trơn 5%; vật liệu chống ma sát chiếm 2%; graphit hình cầu 2% và các ứng dụng khác chiếm 10%, được biểu đồhóa như Hình 1.3 [16].

Hình 1.3 Tỉ lệ sử dụng graphit vào các ngành công nghiệp năm 2019 [16] Đối với vật liệu chịu lửa, khi sử dụng graphit dạng vảy để sản xuất, đã làm tăng khả năng chịu sốc nhiệt, chịu ăn mòn và độ bền của vật liệu.

Như vậy, với các thông tin về tính chất, dạng tồn tại trong tự nhiên và các ứng của graphit như nêu trên có thể nhận thấy graphit là khoáng sản ngày càng được quan tâm và phát triển cho công nghiệp hiện đại ngày nay.

Tiềm năng, phân bố, khai thác, phương pháp tuyển và sử dụng quặng graphit trên thế giới

1.2.1 Tiềm năng và phân bố quặng graphit trên thế giới

Theo số liệu thống kê của Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) từnăm 1996 đến nay thì các quốc gia có trữlượng graphit tựnhiên đáng kể là Brazil, Trung Quốc, Thổ Nhĩ Kỳ, Mozambique, Ấn Độ, Mexico, Madagascar…

Tổng trữ lượng graphit tự nhiên trên toàn thế giới theo số liệu thống kê năm

2021 đạt 320 triệu tấn, so với tổng trữlượng graphit tự nhiên toàn thế giới xác định tại thời điểm năm 2009 là 220 triệu tấn Như vậy, theo thống kê thì trữ lượng graphit tăng khoảng 100 triệu tấn trên toàn thế giới [14], [15]

1.2.2 Tình hình sản xuất quặng graphit trên thế giới

Trung Quốc là quốc gia sản xuất graphit hàng đầu thế giới với ước tính 700 ngàn tấn/năm Mozambique là nước sản xuất graphit đứng thứ hai với 100.000 tấn/năm, tiếp theo là Brazil, Canada, Ukraina và Nga [16]

Báo cáo của Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ lần đầu tiên nhắc đến Việt Nam trong thống kê về khai thác và chế biến graphit tựnhiên năm 2014 trong đó nêu Việt Nam (cùng với Mexico) sản xuất (và cung cấp) graphit vô định hình (không có graphit vảy, graphit mạch) [16]

Sản lượng graphit năm 2021 cho thấy Trung Quốc vẫn là nước sản xuất graphit lớn nhất thế giới với sản lượng 820.000 tấn, đứng thứ 2 là Brazil 86.000 tấn, tiếp đến

Bảng 1.2 Trữ lượng, sản lượng graphit của một số nước trên thế giới[16]

Tên nước Sản lượng graphit qua các năm (tấn) Trữlượng

Ghi chú: (3) bao gồm trong tổng trữlượng của cả thế giới

1.2.3 Tình hình tiêu thụ và giá bán quặng graphit trên thế giới a Tình hình tiêu thụ quặng graphit trên thế giới

Theo số liệu thống kê của Statistas, nhìn chung, nhu cầu sử dụng graphit (tự nhiên và nhân tạo) trên thế giới có xu hướng tăng hàng năm, sựtăng trưởng này xuất phát từtình hình tăng trưởng kinh tế toàn cầu và qua đó tác động lên các ngành công nghiệp sử dụng graphit Ngoài ra, nhu cầu sử dụng graphit tăng do nhu cầu của ngành năng lượng tái tạo và phương tiện giao thông, đồ dân dụng đối với thiết bịlưu trữ điện như thiết bị lưu trữ năng lượng điện tái tạo, ắc quy sử dụng trong ô tô, xe máy điện, pin cho thiết bị điện, điện tử, viễn thông

Từ biểu đồ Hình 1.4 cho thấy nhu cầu ởcác lĩnh vực như pin, chất bôi trơn qua các năm tăng rất mạnh Lĩnh vực vật liệu chịu lửa có tăng nhưng ở mức độ vừa phải Chỉ riêng ngành công nghiệp pin lithium được dự đoán sẽ tăng từ 30% đến 40%, với mức tăng trưởng 20% hàng năm trong thịtrường xe điện (có thể tìm thấy 30 kg graphit trong 1 chiếc xe điện) c Tiêu chuẩn chất lượng và giá sản phẩm graphit

Trong 5 năm gần đây, giá graphit có sự biến động rõ rệt, nhưng sự biến động này không làm thay đổi vị trí, tầm quan trọng của graphit trong nhiều ngành công nghiệp của nhiều quốc gia trên thế giới Giá trị graphit được xác định trên kích cỡ và độ tinh khiết của nó (Bảng 1.3)

Hình 1.4 Nhu cầu sử dụng graphit trên thế giới từ năm 2011÷ 2020 [26] Bảng 1.3 Tiêu chuẩn chất lượng, lĩnh vực sử dụng, giá sản phẩm graphit [12]

$/tấn Lĩnh vực sử dụng Kích thước hạt Hàm lượng

SX graphit hình cầu, lò phản ứng hạt nhân, hàng không vũ trụ, vật liệu tiên tiến và

$/tấn Lĩnh vực sử dụng Kích thước hạt Hàm lượng

C, % các vật liệu ứng dụng chuyên ngành công nghiệp và thích hợp khác như ứng dụng pin năng lượng

140 ÷ 100 mesh >99 1.250 SX graphit hình cầu, các ứng dụng pin

Sử dụng trong công nghiệp, sản xuất điện cực, bút chì cao cấp

140 ÷ 100 mesh 94 ÷ 97 >750 Sử dụng trong công nghiệp

Graphit mịn, vô định hình

Sử dụng trong công nghiệp

Graphit vô định hình (Amorphous)

60%, độẩm 0,6 ÷ 1,5%; quặng đầu được nghiền-phân cấp đến 80% cấp -0,074 mm sau đó qua khâu tuyển chính, tuyển tinh và tuyển vét Sản phẩm quặng tinh graphit có hàm lượng dao động 80 ÷ 82% C ứng với mức thực thu 67 ÷ 74,58% Hiện nay, dây chuyền này đã ngừng hoạt động do nhiều nguyên nhân

- “Nghiên cứu công nghệ tuyển graphit mỏ Nậm Thi - Lào Cai” theo Hợp đồng Nghiên cứu Khoa học và phát triển công nghệ số 109.08.RD/HDKHCN ký ngày 31 tháng 01 năm 2008 giữa Bộ Công Thương và Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ -

Luyện kim [6] Thành phần vật chất của mẫu nghiên cứu gồm: Khoáng vật có ích là graphit, chiếm khoảng 11% và phân bốkhông đều ở các cấp hạt, các khoáng vật có hại, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm graphit chủ yếu là thạch anh, felspat, mica và các khoáng vật chứa sắt khác v.v

Sơ đồ tuyển lựa chọn gồm 3 giai đoạn nghiền (trong đó có 2 lần nghiền lại sản phẩm bọt trước tuyển tinh 2, tuyển tinh 4) và 10 khâu tuyển (1 tuyển chính, 1 tuyển vét, 7 lần tuyển tinh và 1 lần tuyển lại trung gian) đây là sơ đồưu tiên cho chất lượng quặng tinh Quặng đầu sau khi nghiền đến 50,57 % cấp -0,071 mm, được đưa vào tuyển chính graphit, sản phẩm ngăn máy tiếp tục được tuyển vét 1 lần Sản phẩm bọt được nghiền lại và qua 7 lần tuyển tinh, các sản phẩm trung gian tuyển tinh từ1 đến

7 và sản phẩm bọt của khâu tuyển vét được tuyển lại Sản phẩm bọt của khâu tuyển trung gian được vòng lại khâu tuyển chính Điều này cho phép có thể nhận được quặng tinh chất lượng cao Sản phẩm ngăn máy của khâu tuyển trung gian kết hợp với quặng thải khâu tuyển chính Quặng tinh cuối cùng nhận được, có hàm lượng C

= 85,72%, với thực thu C là 91,43%, độ tro 11,18% Quặng thải có hàm lượng C 0,90%, với phân bố C là 8,57% Từ mẫu đầu vào có hàm lượng C dao động từ 9 ÷ 11%

- “Nghiên cứu tuyển quặng graphit khu vực Yên Thái, xã Yên Thái, huyện Văn

Yên, tỉnh Yên Bái” do Bộ môn Tuyển khoáng, Trường Đại học Mỏ - Địa chất thực hiện năm 2012 Mẫu nguyên khai có hàm lượng C,06% C; độ tro 81,63%; chất bốc 4,85% Sơ đồ tuyển lựa chọn gồm 02 khâu nghiền và 6 khâu tuyển (1 tuyển chính,

4 lần tuyển tinh và 1 lần tuyển vét) đây là sơ đồ ưu tiên cho chất lượng quặng tinh

Quặng đầu sau khi nghiền đến 77,00 % cấp -0,074 mm, được đưa vào tuyển chính graphit, sản phẩm ngăn máy tiếp tục được tuyển vét 1 lần, sản phẩm bọt được nghiền lại 1 lần và qua 4 lần tuyển tinh, sản phẩm thu được là quặng tinh graphit có hàm lượng C là 90,11% C; độtro 8,90% tương ứng với thực thu 71,74% từ mẫu đầu vào có hàm lượng 13,06% C [7]

Tình hình nghiên cứu quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai

1.4.1 Vịtrí địa lý mỏ graphit Bảo Hà

Mỏ graphit Bảo Hà, Lào Cai nằm trên địa bàn xã Bảo Hà, huyện Bảo Yên, tỉnh Lào Cai, thuộc tờ bản đồ địa hình tỷ lệ 1/50.000 số hiệu F-48-65B (Phố Ràng) hoặc số hiệu 5853 II (hệ UTM) thuộc phần giữa của đới cấu trúc Sông Hồng và được giới hạn bởi 6 điểm có tọa độ khép góc hệ tọa độ hệ VN 2000 múi chiếu 3 0

1.4.2 Sơ lược đặc điểm địa chất và thành phần vật chất mỏ graphit Bảo Hà Đặc điểm địa chất của khu vực nghiên cứu mang đặc trưng chung của cấu trúc đới Sông Hồng gồm các thành tạo biến chất cổkéo dài theo phương Tây Bắc - Đông Nam, được khống chế bởi các đứt gãy cùng phương Các thành tạo địa chất thường bị phá huỷ, dịch chuyển bởi các đứt gãy phương Đông Bắc - Tây Nam Thành phần chủ yếu là các đá trầm tích biến chất cao của hệ tầng Núi Con Voi (PR1 cv) và hệ tầng

Ngòi Chi (PR1 nc) Vùng Bảo Hà lộ chủ yếu các đá biến chất thuộc tập 2 của hệ tầng Núi Con Voi và tập 1 của hệ tầng Ngòi Chi [3]

Quặng graphit mỏ Bảo Hà có 2 loại: Quặng phong hóa và quặng gốc

- Quặng graphit phong hóa: Phần trên mặt các thân quặng đã thăm dò thuộc mỏ graphit Bảo Hà có thành phần chủ yếu là đá phiến thạch anh biotit chứa graphit đã bị phong hóa và bán phong hóa dễđập vỡ (tất cả các công trình hào gặp quặng đều là quặng phong hóa) Quặng phong hóa có màu xám tối, xám đen, xám phớt vàng đốm trắng, nâu, đen loang lỗ, khi đào lên thường dạng cục, tảng dễđập vỡ lẫn thành cát, bột Graphit dạng vảy trong quặng phong hóa vẫn có ánh kim rõ [3]

Quặng phong hóa thường có hàm lượng cacbon cao hơn quặng graphit chưa phong hóa khoảng 1 ÷ 2%, graphit thường có cấu tạo xâm tán dày trong mặt ép của đá phiến thạch anh biotit dạng dải bị phong hóa Quặng có kết cấu bở rời [3]

- Quặng graphit gốc: Quặng graphit nguyên sinh cứng chắc là loại đá phiến thạch anh biotit chứa graphit Quặng graphit loại này nằm tiếp giáp phía dưới lớp quặng graphit phong hóa và có ranh giới tương đối rõ ràng, chỉ gặp quặng trong các lỗ khoan Quặng có màu xám chì, xám đen, graphit dạng vảy có ánh kim mạnh

Quặng graphit mỏ graphit Bảo Hà, Lào Cai có thành phần khoáng vật khá phong phú, ngoài graphit có các khoáng vật tạo đá chính gồm: Felspat, thạch anh, biotit, mica… và các khoáng vật quặng như pyrit, chancopyrit, sphalerit, ilmenit, limonit [3]

Kết quả phân tích thành phần hóa học quặng graphit Bảo Hà đã xác định được thành phần hóa học cơ bản trung bình trong các thân quặng đã thăm dò như sau: + Đối với quặng graphit phong hóa:

- Theo khối tính trữlượng: C 11,79%; Vpt 2,94%; Ak 85,23%; S 0,15%

+ Đối với quặng graphit gốc:

- Theo khối tính trữlượng: C 11,19%; Vpt 0,70%; Ak 86,58%; S 1,75%

Tóm lại, vùng mỏ graphit Bảo Hà (Lào Cai) được cấu tạo chủ yếu bởi các đá biến chất thuộc hệ tầng Ngòi Chi và Núi Con Voi tuổi Proterozoi Mỏ có 21 thân quặng chiều dày 1,0 ÷ 10,1 m; dài 270 ÷ 1.370 m; hàm lượng C: 10,36 ÷ 22,65%

Graphit dạng vảy tập trung thành ổ, phân bố theo mặt ép phiến của đá vây quanh Trữ lượng và tài nguyên dự báo là gần 3,171 triệu tấn [3]

1.4.3 Kết quả nghiên cứu sơ bộ tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà Đề tài “Nghiên cứu tính tuyển quặng graphit gốc và phong hóa mỏ Bảo Hà, tỉnh Lào Cai” đã được Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim thực hiện năm 2013 phục vụBáo cáo thăm dò địa chất Sơ đồ công nghệ dự kiến cho hai loại quặng graphit gốc và phong hóa mỏ graphit Bảo Hà thể hiện trên Hình 1.10

Kết quả nghiên cứu kết luận, bằng phương pháp tuyển nổi kết hợp phân cấp quặng tinh tuyển nổi có thể thu được 2 dòng sản phẩm quặng tinh graphit [8] Kết quả nghiên cứu đối với quặng graphit gốc và graphit phong hóa: Quặng nguyên khai sau khi nghiền đến 78% cấp -0,074 mm, được đưa vào tuyển chính graphit, sản phẩm ngăn máy tiếp tục được tuyển vét 2 lần Sản phẩm bọt được tuyển tinh 1, phân cấp, nghiền và tiếp tục tuyển tinh, các sản phẩm trung gian tuyển tinh từ 1 đến 3 và sản phẩm bọt của 2 khâu tuyển vét được đưa về tuyển chính Sơ đồ gồm 2 giai đoạn nghiền, 01 khâu sàng phân cấp sau tuyển tinh 1 và 9 khâu tuyển (1 lần tuyển chính, 6 lần tuyển tinh, 2 lần tuyển vét) Từ quặng đầu có hàm lượng 10,35÷14,51% C, quặng tinh 1 có hàm lượng cacbon ≥ 88% C; quặng tinh 2 có hàm lượng cacbon ≥ 80% C,

29 tương ứng với thực thu 89 ÷ 90%, đề tài thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ thuật cho Báo cáo thăm dò địa chất vùng mỏ này

Hình 1.10 Sơ đồ công nghệ tuyển quặng graphit Bảo Hà

Nhận xét, đánh giá chương tổng quan

Graphit là loại vật liệu quan trọng được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp hiện đại ngày nay Graphit là nguồn nguyên liệu để sản xuất các vật liệu tiên tiến trong các lĩnh vực pin acquy, hàng không vũ trụ, điện hạt nhân, điện cực…Giá trị của graphit phụ thuộc vào loại hình, độ tinh khiết (hàm lượng cacbon) và độ hạt, trong đó sản phẩm graphit vảy thô hàm lượng trên 94%C có giá bán cao hơn

Trên thế giới sản phẩm graphit chất lượng cao được thu hồi từ quặng thông qua quá trình tuyển Công nghệ tuyển graphit truyền thống trên thế giới được áp dụng là tuyển nổi nhiều giai đoạn với việc nghiền lại các sản phẩm quặng tinh nhằm tránh hiện tượng quá nghiền làm giảm chất lượng và thực thu quặng tinh

Graphit là nguồn tài nguyên quan trọng tại Việt Nam với trữlượng hơn 20 triệu tấn chủ yếu tập trung tại vùng Lào Cai Yên Bái Các nhà máy tuyển quặng graphit đang hoạt động đều áp dụng công nghệ nghiền mịn và tuyển nổi cho ra sản phẩm chất lượng không cao (quặng tinh 85-86%C) Các nghiên cứu về quặng graphit tại Việt Nam đều áp dụng sơ đồ nghiền tuyển nổi nhiều giai đoạn cho sản phẩm quặng tinh graphit hàm lượng chưa cao (< 90% C)

Graphit mỏ Bảo Hà - Lào Cai có trữlượng lớn và tồn tại ở dạng vảy Việc nghiên cứu tuyển thu hồi tối đa graphit dạng vảy là một vấn đề có tính khoa học và thực tiễn lớn tại Việt Nam

Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu trong chương này là xác định đặc điểm thành tạo, cấu trúc quặng, dạng tồn tại, mức độ xâm nhiễm của khoáng graphit (đặc biệt là graphit có cấu trúc dạng vảy) cũng như các khoáng tạp chất trong quặng, làm cơ sở để định hướng công tác gia công quặng và nghiên cứu thí nghiệm tuyển.

Mẫu nghiên cứu

Mẫu nghiên cứu có 6 đơn mẫu, có kích thước d ≤300 mm được tiến hành lấy đại diện các cục quặng để phân tích thành phần khoáng và thạch học Tiếp theo quặng được đập, trộn đều và giản lược qua nhiều giai đoạn để giảm dần kích thước tới cỡ hạt nhỏ hơn 2 mm, đáp ứng yêu cầu lấy các mẫu phân tích hóa học và nhập mẫu nghiên cứu đại diện cho toàn mỏ Các đơn mẫu được gia công như sơ đồ Hình 2.1 Các đơn mẫu quặng graphit phong hóa và quặng gốc được tiến hành phân tích hóa: Hàm lượng C trong mẫu phong hóa dao động từ10,78 %; hàm lượng C trong mẫu graphit gốc dao động từ 11,85 %;

Sau khi có kết quả phân tích hóa các đơn mẫu, các đơn mẫu sẽ được gộp thành mẫu công nghệ sử dụng xuyên suốt cho quá trình nghiên cứu, sơ đồ lập mẫu nghiên cứu công nghệđược thể hiện trên Hình 2.2

Cơ sở gộp mẫu dựa vào báo cáo thăm dò địa chất xác định trữlượng các thân quặng cũng như trữ lượng graphit phong hóa, trữ lượng graphit gốc của toàn mỏ Theo kết quả đề án thăm dò hàm lượng trung bình toàn mỏ dao động từ 10 ÷ 13% C; trữlượng quặng phong hóa chiếm khoảng 35 ÷ 40% trữlượng toàn mỏ Như vậy để phục vụ nghiên cứu công nghệ tuyển sẽ gộp mẫu đại diện theo tỷ lệ 35/65 khối lượng graphit phong hóa/khối lượng graphit gốc; với hàm lượng trung bình là 11,15% C, chi tiết như trong Bảng 2.1

Bảng 2.1 Khối lượng và hàm lượng của các đơn mẫu và mẫu gộp đại diện cho nghiên cứu công nghệ tuyển

STT Đơn mẫu Tỉ lệ khối lượng, % Khối lượng, kg Hàm lượng C,%

Như vậy, mẫu nghiên cứu sau khi gia công, trộn đều, giảm lược đã có được mẫu đại diện cho toàn mỏ về khối trữ lượng và trung bình về hàm lượng cacbon

Hình 2.1 Sơ đồ gia công mẫu các đơn mẫu graphit

Mẫu phân tích khoáng vật, thạch học

Sàng d = 10 mm Đập d = 10 mm Đập d = 2 mm

Mẫu PT hóa đơn mẫu

Mẫu lưu: 1/8 Đập sơ bộ -50 mm

Hình 2.2 Sơ đồ gộp mẫu graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai

2.3 Kết quả nghiên cứu thành phần vật chất mẫu quặng

2.3.1 Phân tích thành phần độ hạt Đểxác định sự phân bố C trong mẫu quặng, tiến hành phân tích thành phần độ hạt mẫu nghiên cứu theo từng cấp hạt hẹp như sơ đồ Hình 2.3, các cấp hạt được sấy, cân trọng lượng để tính tỉ lệ thu hoạch từng cấp hạt của quặng sau đó được phân tích hàm lượng C đểxác định tỉ lệ phân bố C trong từng cấp hạt tương ứng Kết quả nghiên cứu thành phần độ hạt của quặng graphit được trình bày trong Bảng 2.2 và Hình 2.4

Hình 2.3 Sơ đồ phân tích độ hạt mẫu quặng graphit tổng hợp

Mẫu phân tích thành phần độ ạ

Gắn kết Mẫu phân tích hóa toàn

Mẫu thí nghiệm lấy sản phẩm ặ

Mẫu nghiên cứu độ hạt

Sấy, cân, lấy mẫu phân tích khoáng hóa

Bảng 2.2 Kết quả phân tích thành phần độ hạt quặng graphit mỏ Bảo Hà

Cấp hạt (mm) Thu hoạch (%) Hàm lượng C (%) Phân bố C (%)

Bộ phận Lũy tích Bộ phận Lũy tích Bộ phận Lũy tích

Hình 2.4 Đường đặc tính độ hạt quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai

Từ số liệu Bảng 2.2 và Hình 2.4 cho thấy ở cấp hạt -2+ 1 mm hàm lượng C là

8,75% và phân bố C 22,59%; cấp hạt -0,25 +0,177 mm có hàm lượng C cao nhất là 21,60%, hàm lượng C ở cấp hạt mịn -0,074 mm rất thấp từ 6,84 ÷ 8,85%

Ph ân b ố C (% ) Độ hạt, mmPhân bố C, % Hàm lượng C, %

2.3.2 Phân tích thành phần hóa học Đểxác định hàm lượng cacbon và các tạp chất có trong quặng graphit mỏ Bảo

Hà, Lào Cai, đã tiến hành phân tích ICP, phân tích hóa đa nguyên tố mẫu quặng tổng hợp Kết quảphân tích hóa được thể hiện trong Bảng 2.3

Bảng 2.3 Thành phần hóa học mẫu quặng graphit tổng hợp mỏ Bảo Hà

C Al 2 O 3 Fe 2 O 3 S SiO 2 Độ tro Chất bốc

Kết quả phân tích hóa chỉ ra, hàm lượng cacbon đạt 11,80%, hàm lượng các tạp chất như sau: 10,72% Al2O3; 7,50% Fe2O3; 57,1% SiO2 độ tro 85,2%, chất bốc 1,00%, hàm lượng lưu huỳnh S = 2,02% Kết quả phân tích cho thấy, mẫu nghiên cứu có hàm lượng C không cao, chứa nhiều tạp chất Do vậy, cần có nghiên cứu kỹ thành phần khoáng vật tạp đi kèm đểđịnh hướng công nghệ tuyển

2.3.3 Phân tích nhiễu xạ tia Rơnghen

Kết quả phân tích nhiễu xạ tia Rơnghen mẫu quặng và giản đồ phân tích được thể hiện tương ứng trên Bảng 2.4 và Hình 2.5

Bảng 2.4 Kết quả phân tích rơnghen mẫu quặng graphit tổng hợp

Thành phần khoáng vật Khoảng hàm lượng (~%)

Graphit - C Felspat – K0.5Na0.5[AlSi3O8] Illit – KAl2[AlSi3O10](OH)2

Clorit – Mg2Al3[AlSi3O10](OH)8

Kết quảphân tích rơnghen cho thấy khoáng tạp đi kèm chủ yếu gồm thạch anh, felspat, illit, clorit, amphibol, canxit và một số khoáng khác Khoáng graphit xuất hiện trong mẫu có hàm lượng dao động từ 17÷19% là cacbon

Hình 2.5 Giản đồ phân tích rơnghen mẫu quặng graphit mỏ Bảo Hà Lào Cai 2.3.4 Phân tích khoáng tướng, thạch học

Mẫu phân tích khoáng tướng, thạch học được lấy đại diện từ mẫu nghiên cứu công nghệ, mẫu được gia công thành lát mỏng thạch học có độ dày tiêu chuẩn là 0,03 mm và được đưa phân tích trên thiết bị kính hiển vi phân cực Leica DM750P Thành phần khoáng vật của mẫu bao gồm graphit, thạch anh, plagiocla, biotit, illit, amphibol, pyrotin, pyrit, hematit, limonit Một số hình ảnh phân tích khoáng tướng, thạch học thể hiện trên Hình 2.6

+ Graphit: Gặp trong mẫu dưới dạng các tấm kéo dài, vảy hoặc dạng sợi, xen kẹp giữa các tấm phi quặng, xâm tán khá dày trong nền mẫu, kích thước từ (0,05 x 0,2) đến (0,15 x 0,5)mm Có chỗ sắp xếp thành đám ổ Các vảy sợi thường có dạng uốn lượn Graphit có cả dạng kết tinh vô định hình, xâm nhiễm cùng với pyrotin, pyrit và phi quặng

+ Pyrotin: Dạng tấm kéo dài, một số dạng hạt đẳng thước, kích thước 0,1 ÷ 1,5 mm, một số xen vào tấm graphit hoặc xâm tán trong nền đá gắn kết

+ Pyrit: Có ít hạt tự hình hoặc kéo dài, đi cùng pyrotin hoặc nằm riêng thành từng hạt riêng rẽ, một số hạt xen vào phi quặng

+ Thạch anh: Dạng hạt méo mó biến tinh hơi kéo dài theo phương định hướng phân bốđều khắp trong mẫu, đa phần có nguồn gốc nhiệt dịch, không màu, mặt sạch, giao thoa xám sáng bậc 1, tắt làn sóng rõ

+ Felspat: Là thành phần tạo đá chủ yếu trong mẫu bao gồm cả felspat kali và natri (plagioclas-pl) chúng có dạng tấm méo mó phân bố khá đều trong mẫu Plagioclas có song tinh đa hợp thanh nét mờ Felspat có bề mặt xám bẩn

+ Rutil: có ít, gặp vài tấm nhỏ hoặc kim que nhỏ nằm rải rác trong nền mẫu, kích thước 0,01 ÷ 0,3 mm

+ Hematit: Có ít, gặp một số tinh thể nhỏ dạng tấm, hạt nằm rải rác trong nền mẫu Kích thước hạt 0,1 ÷ 0,4 mm

+ Limonit: Có ít, gặp một sốđám ổ nhỏ dạng keo, nằm xen lấp trong nền mẫu, một sốđám nằm xen lẫn trong đám ổ graphit

+ Amphibol, biotit, clorit, granat: hiếm gặp

Hình 2.6 Graphit (Gp) dạng vảy, tấm và pyrotin (Pyr) thạch anh (q), Biotit (bt), plagioclas (Pl) và sericit trong mẫu nghiên cứu 2.3.5 Phân tích kính hiển vi điện tử quét (SEM)

Kết quả phân tích SEM (Scanning Electron Microscope, kính hiển vi điện tử quét) thể hiện trên Hình 2.7÷ Hình 2.11 cho thấy khoáng tạp đi kèm chủ yếu nhóm phi quặng, xen kẹp giữa các tấm graphit vảy còn bị xâm nhiễm bởi các khoáng vật tạp chất như thạch anh, felspat, amphibol, biotit, illit, pyrit Trên Hình 2.7 thể hiện giữa các tấm graphit vảy là các lớp phi quặng felspat K, Na, Ca, đây chính là nguyên

38 nhân dẫn đến hàm lượng cacbon của graphit vảy không cao Bên cạnh đó các khoáng tạp kết hạch với graphit vảy như Hình 2.7 ÷ Hình 2.11 tạo thành các lớp xếp chồng, xen kẹp giữa lớp graphit vảy và khoáng phi quặng Chính vì vậy, quá trình tuyển tách sẽ gặp khó khăn đểthu được quặng tinh graphit vảy với hàm lượng cao

Qua kết quả phân tích SEM kết hợp với hệ thống phân tích thành phần nguyên tố bằng năng lượng tán xạ tia X (EDX), nghiên cứu đã xác định được trong mẫu quặng graphit Bảo Hà có khoảng 90 ÷ 95% graphit dạng vảy, 5 ÷ 10% graphit vô định hình

Hình 2.7 Graphit (Gra), K- felspat (K-Fsp)

Hình 2.8 Plagiocla (K; Na; Ca- felspat), thạch anh (Qz), kaolint (Kao), pyrit (Py), titan (Ti)

Hình 2.9 Graphit (Gra), plagiocla (K; Na; Ca- felspat), thạch anh (Qz), kaolint

(Kao), pyrit (Py), titan (Ti)

Hình 2.10 Graphit (Gra), plagiocla (K; Na; Ca- felspat), thạch anh (Qz), hematit

Kết luận về nghiên cứu thành phần vật chất mẫu quặng graphit Bảo Hà

Kết quả nghiên cứu cho thấy, quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai có hàm lượng

C trung bình là 11,80%, hàm lượng các tạp chất gồm: 10,72% Al2O3;7,50% Fe2O3; 57,10% SiO2; Ngoài ra, hàm lượng chất bốc là 1,00%, độ tro là 85,02%, lưu huỳnh

2,02% Thành phần khoáng vật chính trong mẫu là graphit, thạch anh, felspat, illit… Quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai chứa nhiều graphit có cấu trúc dạng vảy, với tỷ lệ chiếm 90÷95%, còn lại là 5÷10% dạng graphit cấu trúc vô định hình Một phần đáng kể graphit mỏ Bảo Hà có kích cỡ thô Graphit tồn tại trong mẫu dưới dạng các tấm kéo dài, vảy hoặc dạng sợi, xen kẹp giữa các tấm phi quặng, xâm tán khá dày trong nền mẫu, kích thước từ(0,05 x 0,2) đến (0,15 x 0,5) mm, có chỗ sắp xếp thành đám ổ, các vảy sợi thường có dạng uốn lượn Ngoài ra, trong mẫu nghiên cứu còn phát hiện khoáng chứa graphit ở dạng kết tinh vô định hình, xâm nhiễm cùng với pyrotin, pyrit và khoáng tạp chất, chủ yếu là thạch anh, felspat, illit, granat và một số thành phần tạp chất khác Đồng thời, trong mẫu còn phát hiện một số khoáng chứa sunphua như pyrit, pyrotin và các khoáng chứa sắt như hematit, limonit

Thành phần khoáng và hàm lượng cacbon trong quặng graphit Bảo Hà, Lào Cai tương tự mẫu quặng graphit mỏ Nanshu Ấn Độ, vì vậy, để nâng cao hàm lượng cacbon trong quặng graphit Bảo Hà, Lào Cai cần tuyển tách khoáng tạp chất đi kèm như thạch anh, felspat, illit, biotit, pyrit, pyrotin, hematit, limonit Phương pháp tuyển tách các khoáng vật như thạch anh, felspat, illit, biotit để nâng cao hàm lượng cacbon thường sử dụng là phương pháp tuyển nổi, ngoài ra các phương pháp tuyển nổi - trọng lực cũng được xem xét đến Với cấu trúc khoáng graphit ở dạng vảy, xen kẽ là các khoáng tạp (Hình 2.7 đến Hình 2.11) nêu trên, cần quan tâm đến lựa chọn giải pháp gia công để vừa giải phóng graphit ra khỏi tạp chất đi kèm vừa giữđược tối đa độ lớn của các vảy graphit có trong quặng

Định hướng nghiên cứu công nghệ

Từ kết quả nghiên cứu về đặc điểm cấu trúc, thành phần vật chất của quặng graphit mỏ Bảo Hà như trên, nghiên cứu khảo sát công nghệ nghiền, tuyển nổi thực hiện theo các giai đoạn như sau: (1)- Nghiền, tuyển nổi ở độ hạt thô để tách đất đá thải và thu được quặng tinh graphit thô, đảm bảo thực thu graphit vào sản phẩm nổi là cao nhất, đuôi thải có hàm lượng thấp nhất; (2)-Xử lý lại quặng tinh graphit thô để nâng cao chất lượng graphit và thu hồi triệt để graphit dạng vảy tránh sự vỡ vụn vảy graphit, thực hiện các bước sau:

- Nghiên cứu nghiền thô và sử dụng phương pháp tuyển nổi để tách graphit với khoáng tạp đi kèm;

- Nghiên cứu khảo sát chếđộ nghiền chà xát, phân tích vảy thô trong dung dịch tỷ trọng nặng và tuyển quặng tinh thô graphit;

- Phân cấp quặng tinh thô graphit nhằm thu đươc quặng tinh graphit vảy cấp hạt thô (+0,149 mm) đáp ứng mục tiêu đề ra

- Thí nghiệm tuyển theo các phương án sơ đồ vòng kín để vừa thu hồi quặng tinh graphit vảy thô (+0,149 mm) và vảy mịn (-0,149 mm), đạt mức chất lượng quặng tinh và mức thực thu cao như dự kiến ở quy mô phòng thí nghiệm và thí nghiệm kiểm tra sơ đồ tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà Lào Cai ở quy mô bán công nghiệp trên dây chuyền thiết bị tuyển của Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim

Trong luận án đã sử dụng độ hạt ranh giới 0,149 mm để phân tách quặng tinh graphit vảy thô và mịn trên cơ sở :

- Cấp graphit vảy thô +0,149 mm (tương ứng với độ hạt +100Mesh) có trong tiêu chuẩn của nhiều hãng trên thế giới ( Bảng 1.3, và từ[11÷14]) Đây là cấp hạt dễ tuyển cơ học lên đến hàm lượng trên 94%C, được sử dụng trong các mục đích cao cấp và có giá cao hơn hẳn cấp hạt nhỏ hơn;

- Độ hạt của graphit trong nền quặng là trong khoảng 0,01x0,2mm đến 0,15 x0,5 mm Trong quá trình nghiền giải phóng khoáng vật thì độ hạt graphit sẽ bị giảm đi Chọn ranh giới sản phẩm graphit vảy thô lớn hơn thì sẽ giảm thu hoạch và thực thu graphit vảy thô

Phương pháp nghiền chà xát là phương pháp phù hợp cho mục tiêu thu hồi tối đa sản phẩm vảy graphit Vì vậy, công tác nghiên cứu sẽđi sâu phân tích cơ sở lý thuyết và thí nghiệm thực tế của quá trình nghiền chà xát để lựa chọn thiết bị có tính năng kỹ thuật phù hợp với đặc điểm thành phần vật chất của mẫu nghiên cứu

Hình 2.12 Sơ đồ định hướng nghiên cứu công nghệ

Nghiền chà xát Đuôi hạt thô

Nghiền lại và tuyển nổi thu hồi graphit vảy mịn Sàng +0,149 mm

Quặng tinh graphit vảy thô +0,149 mm

Quặng tinh graphit vảy mịn - 0,149 mm Đuôi mịn

Mục tiêu và phương pháp thí nghiệm

Mục tiêu chính của luận án là nghiên cứu công nghệ tuyển phù hợp để thu hồi tối đa graphit dạng vảy trong đó có lượng graphit vảy thô có giá trị cao Kết quả nghiên cứu thành phần vật chất cho thấy, graphit trong quặng tồn tại chủ yếu dưới dạng vảy và một lượng đáng kể có kích thước 0,2 đến 0,5mm Đểđảm bảo thu được graphit dạng vảy ở độ hạt lớn nhất có thể và giảm chi phí năng lượng nghiền, đã sử dụng khâu tuyển sơ bộ ở cấp hạt thô để loại tối đa các khoáng tạp chất và thu hồi graphit dạng xâm nhiễm thô để tiếp tục tuyển nâng cao chất lượng ở các giai đoạn sau Căn cứ vào độ hạt xâm nhiễm của graphit trong nền quặng cũng như độ hạt của quá trình tuyển phù hợp (tuyển nổi hoặc tuyển nổi trọng lực) lựa chọn độ hạt cho thí nghiệm tuyển là nghiền đến -0,5mm Trong chương này tập trung nghiên cứu khả năng tuyển mẫu quặng đến độ hạt -0,5mm cũng như xác định các điều kiện tuyển nổi phù hợp đểthu được quặng tinh tuyển sơ bộ với mức thu hồi tối đa

Mẫu quặng thí nghiệm công nghệ tuyển là mẫu gộp công nghệ đập xuống -2mm như đã nêu trong phần gia công mẫu Quặng được nghiền trong máy nghiền bi thí nghiệm dung tích 7lít đến độ hạt -0,5mm vàsau đó tuyển nổi trong máy tuyển nổi đa năng Metso D12 Các sản phẩm tuyển sau đóđược lọc, sấy, cân và phân tích hóa xác định hàm lượng C.

Th í nghi ệ m x ác định đặ c t í nh nghi ề n

Mẫu nghiên cứu với khối lượng 1 kg được nghiền trong máy nghiền thí nghiệm

7 lít với điều kiện nghiền như sau: Tỷ lệ khối lượng bi: quặng: nước = 14,5:1: 0,7

Thời gian nghiền thay đổi từ5 phút đến 25 phút với bước thay đổi 5 phút Sau thời gian nghiền đã chọn, sản phẩm nghiền được rây qua các rây 1 mm; 0,5 mm; 0,25 mm; 0,125 mm; 0,074 mm; đểxác định thu hoạch từng cấp hạt Kết quả thí nghiệm nghiền mẫu nghiên cứu được trình bày tại Bảng 3.1

Khi tăng thời gian nghiền đồng nghĩa với việc tăng thời gian tiếp xúc, va đập, chà xát giữa bi và quặng Khi thời gian nghiền thay đổi từ 0 đến 25 phút, các cấp hạt +0,074 mm giảm dần, cấp hạt -0,074 mm tăng từ 14,39% lên đến 80,55% Khi mẫu được nghiền với thời gian 5 phút, quặng được nghiền xuống 100% cấp hạt -0,5 mm

Bảng 3.1 Kết quả xác định thời gian nghiền mẫu quặng graphit mỏ Bảo Hà

Th í nghi ệm điề u ki ệ n c hế độ tuyển nổi sơ bộ

Các thí nghiệm điều kiện đã được tiến hành nhằm khảo sát ảnh hưởng của các thông sốđiều kiện đến kết quả tuyển nổi cũng như xác định chếđộ tuyển nổi tối ưu nhất Sơ đồ thí nghiệm được trình bày ở Hình 3.1 Các thí nghiệm được tiến hành theo phương pháp truyền thống nghĩa là tiến hành lần lượt khảo sát từng thông số Trong mỗi loạt thí nghiệm các thông số điều kiện được giữ nguyên ngoài thông số được khảo sát Các thông số điều kiện được khảo sát bao gồm: Độ mịn nghiền, nồng độ bùn, pH bùn tuyển, chủng loại và chi phí các thuốc đè chìm, tập hợp và tạo bọt và được tiến hành theo trình tự nêu trên Giá trị thông số tốt nhất ở loạt thí nghiệm trước được giữ cho các loạt thí nghiệm sau Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉđề cập đến một sốđiều kiện chủ yếu còn lại các điều kiện khác chọn theo các tài liệu tham khảo Điều kiện và kết quả thí nghiệm tuyển được trình bày ở Bảng 3.2 và Phụ lục 2

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên tắc nghiên cứu chế độ tuyển nổi quặng graphit

- pH: môi trườ ng, khu ấy 5’

- Thu ốc đè chìm , khuấy 5’

3.3.1 Thí nghiệm xác định độ mịn nghiền tối ưu Độ mịn nghiền là thông số quan trọng quyết định đến mức thực thu và chất lượng quặng tinh Độ mịn nghiền ảnh hưởng đến kết quả tuyển nổi liên quan đến mức độ giải phóng khoáng vật cũng như khảnăng tuyển nổi các cấp độ hạt khác nhau Độ mịn nghiền tối ưu tuyển nổi được xác định thông qua loạt thí nghiệm từTN3.1 đến

TN 3.5 Độ mịn nghiền khảo sát với thời gian nghiền mẫu quặng là 0’, 5’, 10’, 15’ và 20’ ( tương ứng với các độ mịn nghiền 14,39%, 29,47%, 48,18%, 69,23% và 80,55% cấp -0,074mm).Từ kết quả thí nghiệm trên ( đồ thị Hình 3.2) cho thấy, thực thu tuyển nổi đạt giá trị cao nhất đến 93-95 % khi độ mịn nghiền trong khoảng từ 29,47% - 0,074 mm đến 48,18% -0,074 mm, hàm lượng C trong sản phẩm bọt thay đổi trong khoảng 35,89% đến 41,15% Khi tiếp tục tăngđộ mịn nghiền quặng từ 48,18% -0,074 mm lên 80,55% -0,074 mm, hàm lượng C trong sản phẩm bọt tăng lên từ 41,15% đến

49,98%, tuy nhiên lại làm giảm dần mức thực thu C vào sản phẩm bọt từ 93,34% xuống đến 89,40% Điều này chứng tỏ bên cạnh việc giải phóng graphit tốt hơn, thì cũng đã có một lượng graphit bị nghiền quá mịn dẫn tới giảm hiệu quả tuyển

Bảng 3.2 Điều kiện và kết quả tuyển nổi sơ bộ quặng graphit

Số thí nghiệm Độ mịn nghiền, % -0,074mm

Chi phí thủy tinh lỏng, g/t

Chi phí thuốc tập hợp dầu hỏa, g/t

Chi phí thuốc tạo bọt Montanol

Hình 3.2 Ảnh hưởngđộ mịn nghiền đến kết quảtuyển nổi graphit

Với mục tiêu ưu tiên thu hồi tối đa graphit vào sản phẩm bọt, độ mịn nghiền

29,47% cấp hạt -0,074 mm (tương ứng 100% cấp hạt -0,5 mm) là tối ưu cho giai đoạn này Sản phẩm bọt có các chỉ tiêu tuyển phù hợp nhất với mức thu hoạch đạt 31,41%, hàm lượng C là 35,89%, tương ứng thực thu C đạt 95,47% ( thí nghiệm TN 3.2)

Kết quả tuyển nổi khẳng định độ mịn nghiền phù hợp với kết quảphân tích độ xâm nhiễm khoáng và phân tích độ hạt là graphit xâm nhiễm thô trong quặng Độ mịn nghiền 29,47% cấp hạt -0,074mm được chọn cho các loạt thí nghiệm tiếp theo

3.3.2 Thí nghiệm xác định nồng độ tuyển nổi quặng graphit

Nồng độ bùn tuyển nổi ảnh hưởng đến kết quả tuyển nổi liên quan đến hiện tượng nổi cơ học cũng như khảnăng nổi các liên tinh Để làm rõ ảnh hưởng của nồng độ bùn quặng đến các chỉ tiêu công nghệ, đã tiến hành nghiên cứu với các mức nồng độ bùn từ15 đến 35% pha rắn trong loạt thí nghiệm TN 3.6 ÷ TN 3.10

Kết quả thí nghiệm ( đồ thị Hình 3.3) cho thấy thực thu tuyển nổi ít thay đổi trong khoảng nồng độ bùn khảo sát, giá trị nằm trong khoảng 92-95% Mức thực thu cực đại đạt trên 95% ở mức nồng độ bùn 20% rắn và sau đó giảm dần Hiện tượng

Thu ho ạc h, h àm lư ợng C, % Độ mịn nghiền, % - 0,074 mmHàm lượng C, % Thu hoạch, % Thực thu C, %

51 giảm thực thu một chút khi tăng nồng độ bùn có thể do tăng độ nhớt bùn dẫn đến giảm tốc độ tuyển nổi Trong khi đó giá trịhàm lượng tinh quặng giảm mạnh từ 40%

C xuống khoảng 30% C khi tăng nồng độ bùn trong khoảng giá trị khảo sát Điều này có thể giải thích do hiện tượng nổi cơ học khi nồng độbùn tăng khiến nhiều thành phần đất đá hạt mịn đi vào tinh quặng

Nồng độ tuyển nổi 20% rắn cho kết quả tuyển tốt nhất với thu hoạch 30,33%, hàm lượng C trong quặng tinh là 37,16% và thực thu là 95,58% (thí nghiệm TN3.7)

Vì vậy ở các thí nghiệm tiếp theo đã lựa chọn nồng độ tuyển nổi là 20% rắn

Hình 3.3 Ảnh hưởng nồng độ tuyển đến kết quả tuyển nổi graphit

3.3.3 Thí nghiệm xác định chi phí thuốc điều chỉnh môi trường

Mặc dù pH môi trường là thông số quan trọng ảnh hưởng đến kết quả tuyển nổi nói chung, tuy nhiên lý thuyết và thực tế cho thấy pH ít ảnh hưởng đến kết quả tuyển quặng graphit Trong các thí nghiệm ở đây sử dụng xô đa làm chất điều chỉnh môi trường Các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của chi phí thuốc điều chỉnh môi trường (và do đó độ pH bùn tuyển nổi) đến kết quả tuyển nổi graphit được thực hiện trong loạt thí nghiệm TN 3.11 ÷ TN 3.14

Th u ho ạc h, h àm lư ợn g C (% )

Nồng độ tuyển nổi, %Hàm lượng C, % Thu hoạch, % Thực thu C, %

Kết quả thí nghiệm tuyển đã chỉrõ, pH môi trường tuyển không có ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả tuyển nổi quặng graphit Bảo Hà, khoáng graphit nổi tốt trong môi trường pH trung tính hoặc kiềm yếu Khi chi phí xô đa tăng tương ứng pH môi trường tăng hàm lượng C tăng nhưng thực thu C trong sản phẩm bọt lại giảm, cùng với đó, các khoáng graphit bắt đầu nổi kém dẫn tới thu hoạch phần nổi giảm Với pH môi trường trong khoảng trung tính đến kiềm yếu, đã nhận được quặng tinh thô graphit có các chỉ tiêu tuyển tối ưu, với thu hoạch dao động 31,92 ÷ 32,06%, hàm lượng C 35,24 ÷ 35,34 %, thực thu 95,57 ÷ 95,60% Vì vậy lựa chọn không cấp thuốc điều chỉnh xô đa (tương ứng pH môi trường tuyển 7 ÷ 7,5) cho các thí nghiệm tiếp theo

Hình 3.4 Ảnh hưởng của chi phí thuốc điều chỉnh môi trường xô đa đến kết quả tuyển nổi graphit 3.3.4 Thí nghiệm xác định chi phí thuốc đè chìm

Thực tế tuyển quặng graphit thưởng sử dụng thủy tinh lỏng làm thuốc đè chìm Thủy tinh lỏng có tác dụng phân tán các hạt siêu mịn trong bùn tuyển nổi làm hạn chế khảnăng các hạt khoáng tạp kết lại với các hạt khoáng có ích chứa C Ngoài ra, thủy tinh lỏng còn là thuốc đè chìm đối với các khoáng silicat giúp quá trình tuyển

Chi phí Na 2 CO 3 Hàm lượng C, % Thu hoạch, % Thực thu C, %

53 tách các khoáng ngoài nhóm silicat thuận lợi hơn [26] Các thí nghiệm xác định ảnh hưởng của mức chi phí thủy tinh lỏng đến hiệu quả tuyển nổi quặng C được thực hiện trong loạt thí nghiệm TN 3.15 ÷TN 3.18 và kết quả thể hiện trên đồ thị Hình 3.5 và

Kết quả thí nghiệm tuyển khảo sát ảnh hưởng của mức chi phí thủy tinh lỏng đến tuyển nổi quặng graphit giai đoạn tuyển thô cho thấy, chi phí thủy tinh lỏng có ảnh hưởng không quá lớn đến mức thực thu và hàm lượng trong sản phẩm bọt giai đoạn này Khi tăng mức tiêu hao thủy tinh lỏng từ 0 g/t lên 1500 g/t thì thu hoạch sản phẩm bọt giảm từ 31,92% xuống 30,43%; hàm lượng C trong sản phẩm bọt tăng từ 35,26% lên 36,41%, còn mức thực thu C thì giảm từ 95,22% xuống 93,68%, nghĩa là giảm thực thu xuống 1,54%

Th í nghi ệ m tuy ể n v é t

Kết quả thí nghiệm khâu tuyển chính cho thấy, lượng C trong quặng đuôi vẫn còn khoảng 0,83% C, phân bố 4,82%, do vậy cần nghiên cứu giải pháp tuyển tiếp theo để giảm tối đa sự mất mát graphit vào đuôi thải Nhận thấy rằng, trong ngăn máy tuyển chính phần lớn C vẫn tồn tại là các vảy graphit và chỉ có một lượng nhỏ chưa được giải phóng còn xâm tán trong các hạt đất đá tạp Sở dĩ những hạt vảy graphit còn nằm lại trong ngăn máy, chưa nổi được là do nồng độ dầu hỏa trong bùn quặng đã bị giảm xuống quá thấp không đủ gia tăng tính kỵ nước của chúng, nhất là đối với các hạt vảy graphit mà bề mặt của nó đã bị biến đổi có tính nổi kém hơn Do vậy giải

Chi phí montanol 800, g/tHàm lượng C, % Thu hoạch, % Thực thu C, %

57 pháp được áp dụng tiếp theo là bổ sung thuốc tuyển nhất là dầu hỏa để tiến hành các thí nghiệm tuyển vét theo sơ đồ Hình 3.8 Kết quả trình bày tại Bảng 3.3

Hình 3.8 Sơ đồ thí nghiệm tuyển vét graphit trong sản phẩm ngăn máy

Bảng 3.3 Kết quả thí nghiệm tuyển vét tuyển sơ bộ

Tên sản phẩm Thu hoạch, % Hàm lượng C, % Thực thu C, %

Kết quả thí nghiệm xác định số lần tuyển vét trình bày trong Bảng 3.3 cho thấy, khâu tuyển vét 2 và 3 tăng tổng thực thu cho sản phẩm bọt rất thấp đạt 0,2% Vì vậy, đối với mẫu nghiên cứu chỉ cần bổ sung 01 khâu tuyển vét

Tuy ể n vét graphit 1 Đuôi thải

Bọt vét 1 Tuy ể n vét graphit 2

Th í nghi ệ m tuy ể n tinh

Sản phẩm bọt thu được từ khâu tuyển nổi chính có thu hoạch đạt 31,32%, thực thu 95,58%, hàm lượng C là 35,95% Thực tế, sản phẩm graphit có tinh thể càng lớn, hàm lượng cacbon cao sẽ có giá trị kinh tế càng cao Vì vậy, đồng thời với việc nghiên cứu tuyển tinh đã tiến hành nghiên cứu phân cấp độ hạt của sản phẩm bọt (quặng tinh sơ bộ) graphit nhằm xác định độ hạt lớn nhất của sản phẩm graphit vảy có thể thu được

Thí nghiệm được thực hiện theo sơ đồ Hình 3.9 Sản phẩm quặng tinh tuyển sơ bộđược tuyển tinh 1 lần, sau đó phân cấp bằng rây tách các cấp hạt 0,25 mm; cấp 0,177 mm; cấp 0,149 mm và cấp 0,074 mm Các cấp hạt phân tích hóa để đánh giá lựa chọn cấp hạt đã đạt chất lượng thương phẩm Kết quảđược thể hiện tại Bảng 3.4

Hình 3.9 Sơ đồ nghiên cứu độ hạt quặng tinh graphit tuyển sơ bộ

Rây tách c ấ p h ạ t Trung gian 1 Sản phẩm ngăn

Bảng 3.4 Kết quả tuyển tinh và phân cấp độ hạt quặng tinh graphit tuyển sơ bộ

TT Tên sản phẩm Thu hoạch, %

Tổng hợp kết quả phân cấp độ hạt quặng tinh graphit tuyển sơ bộ

3 Bọt tuyển chính tính lại 30,66 36,55 94,95

Bảng 3.5 Kết quả phân tích XRD các cấp hạt quặng tinh tuyển sơ bộ graphit

TT Thành phần khoáng vật

Từ kết quả phân cấp độ hạt, quặng tinh graphit sau khi tuyển tinh 1 cho thấy các cấp hạt thô +0,25 mm, -0,25 +0,177 mm và -0,177+0,149 mm chưa đạt được hàm lượng graphit theo yêu cầu đặt ra của mục tiêu nghiên cứu, các cấp hạt mịn -0,149 mm hàm lượng C cũng rất thấp

Ngoài phân tích hóa hàm lượng C, đã thực hiện phân tích rơnghen để đánh giá định tính thành phần khoáng trong sản phẩm, kết quả thể hiện ở Bảng 3.5 cho thấy, trong các cấp hạt còn lẫn một lượng lớn các khoáng tạp như thạch anh, felspat, illit, clorit và kaolinit Đểtăng độ tin cậy, đã thực hiện thêm phân tích EDX, kết quả thể hiện tại Bảng 3.6 Ảnh chụp bề mặt sản phẩm quặng tinh thô graphit thể hiện trên Hình 3.10 cho thấy, tạp chất chủ yếu là các khoáng nhóm alumosilicat và một lượng nhỏ khoáng tạp khác xen kẹp trên bề mặt vảy graphit, phân tích EDX chỉ ra, hàm lượng Si dao động từ 8,58÷12,3%; Al từ 3,91÷6,09%; Fe từ 3,16÷9,77% Do đó, sản phẩm quặng tinh thô graphit cần phải tiếp tục xử lý nghiền để giải phóng kết hạch graphit và tạp chất sau đó tiếp tục tuyển tách tạp chất thì mới thu được quặng tinh graphit đạt chất lượng yêu cầu

Bảng 3.6 Kết quả phân tích EDX các cấp hạt quặng tinh graphit tuyển sơ bộ

Cấp hạt, mm Hàm lượng nguyên tố, %

C O Mg Al Si S K Ca V Fe Tổng

Hình 3.10 Hình ảnh khoáng tạp bám trên vảy quặng tinh thô graphit

K ế t lu ậ n v ề th í nghi ệ m tuy ển sơ bộ m ẫ u qu ặ ng graphit ở độ h ạ t nghi ề n thô

Kết quả thí nghiệm khẳng định khả năng tuyển nổi sơ bộ quặng graphit Bảo Hà ở độ mịn nghiền thô Từ cấp liệu quặng độ mịn nghiền 29,47% -0,074mm (khoảng 100% -0,5mm) bằng quá trình tuyển nổi đã thu được quặng tinh graphit tuyển sơ bộ với thu hoạch 22,17%, hàm lượng 49,40%C và mức thực thu trên 92% Quá trình tuyển nổi đã cho phép giảm đi 70 % đá thải độ hạt thô với mất mát ít Điều này cho phép giảm chi phí tổng thể quá trình tuyển và chế biến tiếp theo Đây cũng là điểm mới trong công nghệ tuyển quặng graphit tại Việt Nam vì các nghiên cứu trước đây thường tuyển nổi quặng nghiền mịn đến 0,1mm

Nghiên cứu thí nghiệm đã xác định được sơ đồ cùng các thông số công nghệ tuyển nổi phù hợp cho quá trình tuyển nổi sơ bộ quặng graphit Cụ thểlà sơ đồ tuyển với 01 tuyển chính, 01 tuyển vét và 01 tuyển tinh với chếđộnhư sau: Độ mịn nghiền 29,47 % cấp hạt -0,074 mm; nồng độ bùn tuyển 20% rắn; pH môi trường tuyển trung tính 7 ÷ 7,5 (không cấp thuốc điều chỉnh môi trường); chi phí thuốc đè chìm thủy tinh lỏng 150 g/t vào khâu tuyển tinh; chi phí thuốc tập hợp dầu hỏa 90g/t; chi phí thuốc tạo bọt Montanol 800 50g/t;

Các cấp hạt tinh quặng graphit tuyển nổi sơ bộ chỉ đạt hàm lượng C trong khoảng 45-57 % chưa đạt hàm lượng thương phẩm Điều này cho thấy trong quặng tinh vẫn còn nhiều hạt liên tinh Đểthu được các quặng tinh thành phẩm cần tiếp tục gia công và tuyển chế biến tiếp theo

Mục đích nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu thử nghiệm tuyển nổi quặng graphit ởđộ mịn nghiền thô (- 0,5mm hay 29,47% -0,074mm) nêu trên cho thấy, quặng tinh graphit có mức thực thu tuyển nổi khoảng 95%, tuy nhiên, hàm lượng C thấp, chỉ khoảng trên dưới 50% Nghiên cứu cấu trúc các cấp hạt quặng tinh thô thu được đã chỉ ra nguyên nhân là do các hạt graphit vẫn còn liên kết với tạp chất ở kích thước hạt đó, vì vậy, đểthu được sản phẩm có chất lượng như mục tiêu đề ra, cần tiếp tục gia công, giải phóng graphit ra khỏi liên kết, sau đó tuyển loại bỏ tạp chất, thu hồi quặng tinh graphit Để vừa giải phóng liên kết của graphit và tạp chất vừa không làm vỡ vụn nhiều các vảy graphit, giải pháp nghiền chà xát nhiều giai đoạn là phù hợp Đề tài luận án đã chọn độ hạt 0,149 mm để phân tách sản phẩm graphit vảy thô (xem Mục 2.5)

Mục đích của chương này là nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số quá trình chà xát đến mức độ thu hồi graphit vảy thô +0,149 mm chất lượng cao bằng tuyển nổi Đầu tiên tác giả nghiên cứu đề xuất phương pháp luận xác định bằng thực nghiệm mức độ giải phóng khoáng vật graphit bằng nghiền chà xát Sau đó nghiên cứu tối ưu hóa quá trình nghiền chà xát-tuyển nổi để thu được quặng tinh graphit vảy thô hàm lượng trên 94%C với mức thực thu cao nhất.

Kh á i ni ệ m v ề công nghệ và thi ế t b ị nghiền chà xát

Nghiền chà xát là quá trình nghiền với sự chuyển động tự do của vật nghiền tương tựnhư các quá trình nghiền tang quay, tuy nhiên, kích thước của bi nghiền nhỏ hơn nhiều, cũng như cách thức tạo chuyển động cho bi khác nghiền bi thông thường nên tác dụng nghiền có sự khác biệt căn bản

Máy nghiền bi dạng tang quay là máy nghiền bi truyền thống có dạng một tang nghiền nằm ngang với 40% thể tích được chất đầy bởi các viên bi thép kích thước 25-

150 mm Khi tang của máy nghiền quay thì khối bi được nâng lên, có thế năng và năng lượng này sẽ chuyển đổi thành động năng khi các viên bi rơi hoặc trượt xuống

Vật liệu cần nghiền (quặng hay vật chất khác) được phân tán giữa các viên bi và được phá vỡ bằng lực nén ép hoặc ma sát giữa các viên bi hoặc do va đập giữa quặng với bi Năng lượng cấp cho máy nghiền chuyển thành tốc độ quay của tang, tốc độ này thường bị giới hạn trong khoảng 2/3 đến 4/5 tốc độ tới hạn khi gia tốc ly tâm đối với bi nghiền tương đương gia tốc trọng lực Sự giới hạn năng lượng này dẫn đến mật độ năng lượng riêng của thiết bị là tương đối nhỏ [21]

Một cách tiếp cận khác là cấp cho bi nghiền mức năng lượng cần thiết bằng cách sử dụng một buồng nghiền tĩnh với cơ cấu khuấy trộn quay Buồng nghiền được chất đầy bởi vật nghiền (bi nghiền) và chúng được chuyển động bằng một cơ cấu khuấy rotor Cơ cấu khuấy có trang bị các thanh quay trong một ngăn nghiền đặt thẳng đứng

Vật liệu cần nghiền ở trạng thái huyền phù lơ lửng trong nước Huyền phù này được tháo khỏi buồng hoặc tuần hoàn lại bằng một bơm bùn hút từ đáy thiết bị Tốc độ quay của đầu thanh khuấy thường khoảng 4m/s hoặc nhỏhơn Các máy nghiền này là các máy nghiền tốc độ thấp và thường gọi là máy nghiền chà xát Lực nghiền trong máy nghiền chà xát phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của bi nghiền và kích thước, trọng lượng bi và lực này nhỏhơn nhiều so với lực nghiền trong máy nghiền bi thông thường Hơn nữa, lực tác động nghiền này hoàn toàn có thể điều chỉnh (điều chỉnh tốc độ khuấy và lựa chọn bi nghiền) cho phù hợp với mục tiêu nghiền Lực nghiền này chủ yếu là lực xiết tác động theo phương tiếp tuyến bề mặt hạt vật liệu, chính vì vậy, máy nghiền chà xát được áp dụng rộng rãi khi cần nghiền chọn lọc hoặc làm sạch bề mặt hạt vật liệu Hình 4.1 và Hình 4.2 là mô hình cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị nghiền chà xát

Hình 4.1 Mô hình và nguyên lý thiết bị nghiền chà xát

Hình 4.2 Mô hình và nguyên lý thiết bị nghiền chà xát của hãng FLsmith

4.3 Phương pháp luận đánh giá mức độ giải phóng khoáng vật bằng phân tích thành phần tỷ trọng trong dung dịch nặng

Có nhiều phương pháp nghiên cứu và đánh giá mức độ giải phóng khoáng vật trong gia công, chế biến khoáng sản Thông thường có thể là phương pháp soi kính đếm hạt hoặc hiện đại hơn là phân tích MLA (Mineral Liberation Analysis) Đối với những khoáng vật có sự khác biệt lớn về khối lượng riêng so với đất đá thải thì có thể áp dụng phương pháp phân tích tỷ trọng trong chất lỏng nặng Graphit tinh thể sạch có tỷ trọng trong khoảng 1,9 ÷ 2,31 g/cm 3 nhẹhơn nhiều so với các khoáng vật đất đá đi kèm (thạch anh, fenspat, mica, caolanh…) có tỷ trọng khoảng 2,6 ÷ 2,7 g/cm 3 Chính vì vậy, có thể dùng thành phần tỷ trọng của sản phẩm graphit (tương tự như đối với sản phẩm than) để đánh giá mức độ giải phóng graphit Các cấp tỷ trọng sẽ nằm trong khoảng 2,1 g/cm 3 đến 2,6 g/cm 3 Các hạt graphit sạch sẽđi vào cấp tỷ trọng -2,1 g/cm 3 trong khi các hạt liên tinh chưa giải phóng hết sẽ nằm vào các cấp tỷ trọng nặng hơn.

Tỷ trọng của hạt liên tinh graphit với khoáng vật đá thải có thể tính theo công thức:

Trong đó liêntinh , graphit và đá thải lần lượt là tỷ trọng của hạt liên tinh, hạt graphit sạch và hạt đá thải sạch;

- x là tỷ lệ khối lượng graphit trong liên tinh tính theo phần đơn vị;

Tỷ trọng của graphit sạch mỏ Bảo Hàđược xác định bằng 1,96 Tỷ trọng của đá thải trong quặng Bảo Hà (chủ yếu là các khoáng silicat) lấy bằng 2,65

Ví dụ tỷ trọng của liên tinh 95% graphit bằng:

Tỷ trọng của liên tinh 80% graphit bằng:

Quặng tinh tuyển nổi sơ bộ mẫu quặng graphit bao gồm các hạt graphit sạch (với tỷ lệ graphit lớn hơn 90 ÷ 95%) và các hạt liên tinh graphit với đá thải Chính vì vậy tỷ lệ khối lượng cấp tỷ trọng nhỏ hơn 2,1 g/cm 3 (-2,1 tính theo phần đơn vị) có thể sử dụng đểđánh giá mức độ giải phóng khoáng vật trong sản phẩm này -2,1 có giá trị biến thiên từ0 đến 1; giá trị -2,1 càng cao thì sản phẩm quặng tinh graphit càng được giải phóng

Phân tích thành phần tỷ trọng trong dung dịch nặng (phân tích chìm nổi) bằng máy ly tâm không nén

Phân tích thành phần tỷ trọng quặng tinh graphit được tiến hành bằng phương pháp thông dụng, tức là phân tích chìm nổi trong máy ly tâm thí nghiệm Các dung dịch nặng được chuẩn bị có tỷ trọng chính xác là 2,1; 2,2; 2,3; 2,4; 2,5 g/cm 3 và 2,6 g/cm 3 bằng cách pha trộn bromoform (tỷ trọng 2,94 g/cm 3 ) với etanol tinh khiết 99% theo các tỷ lệ tinh toán Quá trình tiến hành từ tỷ trọng thấp đến cao Các cấp tỷ trọng sau đó được rửa sạch, sấy khô và phân tích xác định hàm lượng C

Hình 4.3 Thiết bị ly tâm thí nghiệm trong phân tích tỷ trọng bằng dung dịch nặng

Hình 4.4 Sơ đồ thí nghiệm phân tích thành phần tỷ trọng cấp +0,149mm quặng tinh tuyển nổi sơ bộ graphit Đề xuất các hệ số đánh giá quá trình nghiền chà xát

Như đã thấy ở mục trên, quặng tinh graphit tuyển nổi sơ bộ còn chứa rất nhiều hạt liên tinh có hàm lượng C thấp nên nếu tiếp tục tuyển tinh thì chất lượng quặng tinh graphit không được cải thiện cho dù tuyển tinh nhiều lần Để thu được quặng tinh có hàm lượng C cao thì trước hết phải giải phóng khoáng vật, cụ thể là bằng các quá trình nghiền Kết quả của quá trình nghiền thì một mặt khoáng vật graphit được giải phóng nhưng mặt khác thì kích thước các hạt khoáng cũng bị giảm đi Với mục đích nghiền chà xát quặng tinh graphit sao cho vừa giải phóng khoáng vật graphit lại vừa tránh vỡ vụn làm giảm tỷ lệ graphit vảy thô, đã đề xuất các hệ số sau đây làm tiêu chí đánh giá quá trình nghiền chà xát

Hệ số giải phóng graphit Để đánh giá định lượng mức độ giải phóng khoáng vật của sản phẩm graphit, đã đề xuất hệ số giải phóng graphit, có giá trị bằng tỷ lệ giữa khối lượng các hạt graphit đã giải phóng chia cho khối lượng sản phẩm, tức là

Trong đó KL - Hệ số giải phóng graphit trong sản phẩm;

+0,149mm-2,1 - Giá trị tỷ lệ khối lượng cấp tỷ trọng -2,1 trong phân tích chìm nổi cấp +0,149 mm trong sản phẩm, tính theo phần đơn vị;

Hệ số KL càng cao thì graphit trong sản phẩm đó càng được giải phóng Giá trị cao nhất về mặt lý thuyết của hệ số này là bằng 1

Hệ số bảo toàn graphit vảy thô trong quá trình nghiền

Quá trình nghiền chà xát cũng như bất cứ quá trình nào dẫn đến giảm kích cỡ vật liệu, và trong trường hợp cụ thể của chúng ta là giảm kích cỡ các hạt graphit thô cấp hạt +0,149mm Để đặc trưng cho hiện tượng này, một hệ số được đề xuất gọi là hệ số bảo toàn graphit vảy thô trong quá trình nghiền, có giá trị bằng tỷ lệ phần khối lượng cấp +0,149mm trong sản phẩm nghiền chia cho khối lượng cấp +0,149 mm có trong cấp liệu nghiền

+0,149 (4.2) Trong đó +0,149mm là thu hoạch cấp +0,149mm trong sản phẩm nghiền (%);

+0,149mm: Thu hoạch cấp +0,149mm trong cấp liệu (%);

Hệ số KP sẽ có giá trị tối đa bằng 1 ở thời điểm bắt đầu nghiền và sẽ giảm dần theo thời gian nghiền

Hệ số nghiền chà xát tối ưu

Một trong các mục tiêu của luận án này là xác định các thông số của quá trình nghiền chà xát quặng tinh graphit tuyển nổi sơ bộ sao cho thu được tối đa graphit dạng vảy chất lượng cao Như vậy quá trình nghiền phải đạt hai mục tiêu: thứ nhất là phải giải phóng tối đa graphit trong cấp +0,149 mm và thứ hai phải bảo toàn cấp

+0,149 mm Hai nhiệm vụ này là ngược nhau vì càng giải phóng graphit thì lượng cấp hạt +0,149 mm càng giảm

Hệ số nghiền chà xát tối ưu được đề xuất để tính đến ảnh hưởng của hai mục tiêu trên

Trong đó K P và KL là các hệ sốđã đề cấp ở trên

Về mặt vật lý thì hệ số KO phản ánh lượng graphit dạng vảy cấp tỷ trọng -2,1 có thể thu được trong quá trình nghiền Cũng như các hệ số KP và KL, hệ số KO là phụ thuộc vào thời gian nghiền

Kết hợp các công thức (3.1) và (3.2) ta có công thức (4.3) sau đây

Nghiên cứu điều kiện nghiền chà xát và tuyển nổi nâng cao chất lượng sản phẩm graphit

Từ kết quả thực nghiệm với dung dịch nặng nêu trên thấy rằng, để thu được quặng tinh graphit có hàm lượng cao bắt buộc phải nghiền lại phần nổi và tiếp tục làm giàu, trước khi tách các cấp hạt thành sản phẩm Thiết bị nghiền lựa chọn để giải phóng kết hạch mà vẫn đảm bảo được kích thước vảy graphit đó là thiết bị nghiền

79 khuấy chà xát, để sau khi tuyển tinh sản phẩm sẽcó hàm lượng cacbon đạt yêu cầu đồng thời, giữđược tối đa kích thước các vảy graphit Sơ đồ thực hiện được thể hiện trên Hình 4.12

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến chỉ tiêu kĩ thuật của quá trình nghiền chà xát quặng tinh graphit bao gồm: Nồng độ bùn vào nghiền, thời gian nghiền chà xát, tỷ lệ bi/quặng (B/q), tốc độ nghiền chà xát Quặng sau nghiền chà xát được đưa đi tuyển tinh sau đó rây tách cấp hạt +0,149 mm, nhằm xác định được thu hoạch, sau đó phân tích hàm lượng C và xác định thực thu, từ đó đánh giá kết quả nghiền chà xát lại quặng tinh Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố nêu trên đến hiệu suất nghiền (hàm lượng , tỷ lệ thu hồi ) được thể hiện trên đồ thị Hình 4.13 ÷ Hình 4.16

Hình 4.12 Sơ đồ nghiền chà xát tuyển nổi quặng tinh graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai Điều kiện các thí nghiệm nghiền chà xát được tổng hợp trong Bảng 4.6 Điều kiện tuyển nổi sau nghiền chà xát

- Nồng độ bùn tuyển tinh: 20% rắn

-Thủy tinh lỏng:150g/t, thời gian khuấy tiếp xúc 5 phút

4.5.1 Xác đị nh ảnh hưở ng n ồng độ bùn qu ặ ng Đã thực hiện loạt thí nghiệm TN4.1 ÷ TN4.5 nhằm khảo sát ảnh hưởng nồng độ bùn quặng đến hiệu quả nghiền chà xát và tuyển tinh tách quặng graphit dạng vảy

Kết quả thí nghiệm được thể hiện trong Bảng 4.6 và Hình 4.13.

Tinh quặng tuyển nổi sơ bộ

Tuyển nổi graphit Sản phẩm bọt (tinh quặng)

Cấp +0,149 mm (Q tinh graphit vảy thô ) Cấp -0,149 mm

Bảng 4.6 Điều kiện và kết quả các thí nghiệm tuyển nổi sau nghiền chà xát

Tốc độ cánh khuấy, m/s (vòng/phút)

Thời gian nghiền chà xát, phút

Tổng tinh quặng Tinh quặng graphit thô (+0,149mm) Thu hoạch so với quặng nguyên khai,%

Thực thu C so với quặng nguyên khai, %

Thu hoạch so với quặng nguyên khai,%

Thực thu C so với quặng nguyên khai, %

Hình 4.13 Ảnh hưởng nồng độ % rắn đến hiệu quả nghiền chà xát thu hồi graphit vảy (+0,149 mm)

Kết quả thí nghiệm cho thấy, khi nồng độ pha rắn thay đổi từ 30% đến 50% nghiền chà xát sau đó tuyển tinh, rây phân cấp thu được sản phẩm cấp +0,149 mm có thu hoạch bộ phận dao động từ25,33% đến 18,29% với hàm lượng cacbon thay đổi từ 75,32% đến 91,05%

Có thể thấy ảnh hưởng của nồng độ bùn quặng tới hiệu quả quá trình nghiền chà xát có liên quan đến tính linh động và tốc độ chuyển dịch cùa khối bùn quặng Theo

[21] độ nhớt của bùn quặng tăng dần khi tăng của nồng độ pha rắn do làm giảm độ linh động và tốc độ chuyển dịch của cả khối bùn quặng xuống rất nhanh Do vậy kết quả thí nghiệm trên có thể lý giải khi nồng độ pha rắn thấp, xác suất va chạm của các hạt vât liệu với nhau giảm, dẫn đến hiệu quả nghiền chà xát kém Ngược lại ở nồng độ bùn quặng quá lớn (50%), độ linh động của khối bùn quặng kém, dẫn đến khả năng chuyển dịch của vật liệu giảm làm hạn chế tác động va đập và chà xát của chúng vào nhau, do vậy, làm giảm hiệu quả quá trình nghiền chà xát Với nồng độ bùn quặng

45% rắn thu được quặng tinh graphit có thu hoạch toàn bộ 4,13% với hàm lượng cấp +0,149 mm đạt 94,47% C ứng với thực thu 33,09% Các thí nghiệm sau sẽ chọn nồng độ bùn nghiền chà xát là 45%

4.5.2 Xác định ảnh hưởng của tốc độ cánh khuấy đến hiệu quả nghiền chà xát Đã tiến hành loạt thí nghiệm TN4.6 ÷ TN4.9 nhằm khảo sát ảnh hưởng của tốc độ cánh khuấy đến hiệu quả nghiền chà xát và tuyển tinh tách quặng graphit dạng vảy Kết quả thí nghiệm được thể hiện trong Bảng 4.6 và Hình 4.14

Hình 4.14 Ảnh hưởng tốc độ quay cánh khuấy đến hiệu quả nghiền chà xát thu hồi graphit vảy (+0,149 mm)

Sự tăng tốc độ khuấy từ 500 v/phút đến 800 v/phút đã ảnh hưởng lớn tới hiệu quả tuyển tách trong quá trình nghiền khuấy chà xát Khi giảm tốc độ khuấy xuống

500 v/phút, hiệu quả nghiền chà xát giảm xuống thấp Có thể thấy rõ để quá trình nghiền khuấy chà xát có hiệu quả thì điều kiện quan trọng là phải đảm bảo tính linh động của bùn quặng Tức là tốc độ khuấy phải đủ lớn để không xảy ra hiện tượng hạt vật liệu bị lắng đọng và không chuyển động nhằm tạo lớp bọt nổi trên bề mặt thùng nghiền chà xát

Vì vậy ở thí nghiệm tốc độ khuấy thấp (500 v/phút) do thuỷ động lực của dòng chất lỏng quá nhỏ, không đủ cuốn theo các hạt vật liệu lớn nên các hạt thô bị sa lắng dưới đáy thùng, dẫn đến làm giảm xác suất va chạm và cường độ lực va đập, chà xát của vật liệu Khi tăng tốc độ khuấy lên trên 800 v/phút có ảnh hưởng không đáng kể

83 tới hiệu quả nghiền của vật liệu Có thể với cỡ hạt -0,5 mm của quặng tinh thô graphit đưa vào thí nghiệm, động năng do cánh khuấy quay với tốc độ 800 v/phút tạo ra đã đủ lớn để cả các hạt vật liệu lớn nhất có trạng thái chuyển động nằm trong vùng chuyển động lơ lửng trong dòng chất lỏng và bị dòng chất lỏng cuốn theo; đảm bảo cho xác suất va đập và chà xát vào nhau lớn Do vậy khi tăng tốc độ khuấy lên trên

800 v/phút chỉ có ý nghĩa làm tăng tính ổn định của trạng thái chuyển động lơ lửng của vật liệu trong dòng chất lỏng Với tốc độ khuấy 35m/s (700v/phút) thu được quặng tinh graphit có thu hoạch toàn bộ 4,14% với hàm lượng cấp +0,149 mm đạt 94,85% C ứng với thực thu 33,25% Thí nghiệm chếđộ tiếp theo sẽ lựa chọn tốc độ khuấy 35m/s (700v/phút)

Kết luận về nghiên cứu thu hồi quặng tinh graphit vảy thô bằng nghiền chà xát và tuyển nổi

xát và tuyển nổi Đã áp dụng phương pháp phân tích tỷ trọng trong dung dịch nặng bằng máy ly tâm để đánh giá mức độ giải phóng khoáng vật của sản phẩm graphit Từ đây đề xuất hệ số giải phóng graphit KL, hệ số bảo toàn graphit vảy thô trong quá trình nghiền KP và hệ số nghiền chà xát tối ưu K O đểđánh giá và xác định chếđộ nghiền chà xát tối ưu quặng tinh tuyển nổi sơ bộ graphit để vừa đảm bảo chất lượng quặng tinh graphit vừa đảm bảo giữ tối đa kích thước vảy graphit

Hệ số giải phóng graphit KL: K L =  +0,149mm-2,1

Hệ số bảo toàn graphit vảy thô trong quá trình nghiền KP : 𝐾𝑝 =  𝛾 +0,149

Hệ số nghiền chà xát tối ưu Ko: 𝑲𝒐 = 𝜸 +0,149 mm(t) ×𝜸 +𝟎,𝟏𝟒𝟗 𝒎𝒎−𝟐,𝟏(𝒕)

 +𝟎,𝟏𝟒𝟗 𝒎𝒎 Nghiên cứu thí nghiệm quá trình nghiền chà xát theo phương pháp luận đề xuất đã làm sáng tỏ các quy luật ảnh hưởng của một số thông số quá trình tạo cơ sở và luận giải các kết quả quá trình nghiền chà xát và tuyển nổi Sự phù hợp giữa hệ số K0 và mức thu hoạch tinh quặng graphit hạt thô khi chất lượng graphit đạt cao trên 90% đã khẳng định khảnăng áp dụng hệ số này trong việc tối ưu hóa quá trình nghiền chà xát

Nghiên cứu thí nghiệm nghiền chà xát – tuyển nổi đã cho phép thu được sản phẩm tinh quặng graphit vảy thô +0,149mm với hàm lượng >94% C Kết quả nghiên cứu đã xác lập được các thông số công nghệ phù hợp cho quá trình nghiền - chà xát mẫu quặng graphit mỏ Bảo Hà, tỉnh Lào Cai như sau: tốc độ nghiền chà xát 35 m/s

(700 v/ph); tỷ lệ bi/quặng 4/1; nồng độ pha rắn trong bùn quặng 45%; thời gian nghiền chà xát: 5 phút+ 5 phút với phương pháp nghiền phân đoạn

Theo sơ đồ tuyển nghiền chà xát – tuyển nổi đã nghiên cứu, sản phẩm graphit hạt mịn có hàm lượng C còn thấp cũng như còn tồn tại các sản phẩm trung gian chứa graphit Để thu được sản phẩm tinh quặng graphit hạt mịn có hàm lượng C cao hơn cũng như thực thu tổng thể graphit tối đa cần tiếp tục nghiên cứu tuyển vòng kín, tối ưu hóa các sơ đồ có tính đến việc xử lý các sản phẩm trung gian

M ục đí ch nghiên c ứ u

Trong Chương 4 đã nghiên cứu chế độ nghiền chà xát và tuyển nổi lại quặng tinh graphit thu được từ khâu tuyển sơ bộđể thu hồi graphit vảy thô Kết quảđã thu hồi được sản phẩm graphit vảy thô có hàm lượng 94,5% C với mức thực thu C trên 35% Quặng tinh graphit cấp -0,149 mm và các sản phẩm trung gian ở thí nghiệm trên có hàm lượng C thấp, chưa đáp ứng yêu cầu nguyên liệu cho các lĩnh vực sử dụng

Chương này sẽ thực hiện nghiên cứu tuyển tinh sản phẩm -0,149mm để thu hồi quặng tinh graphit cấp hạt -0,149 mm đạt yêu cầu chất lượng làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp với mức thu hồi C cao Đồng thời, nghiên cứu xử lý các sản phẩm trung gian (sản phẩm ngăn máy các khâu tuyển tinh) nhằm thu hồi thêm lượng graphit có trong các sản phẩm này Cuối cùng là thí nghiệm các phương án sơ đồ tuyển vòng kín ở quy mô phòng thí nghiệm và trên dây chuyền bán công nghiệp nhằm xác định được sơ đồ công nghệ hợp lý nhất cho tuyển nổi quặng graphit mỏ Bảo Hà, tỉnh Lào Cai thu được tối đa lượng graphit vảy thô có chất lượng cao cũng như các sản phẩm khác đáp ứng tiêu chuẩn nguyên liệu cho các ngành công nghiệp sử dụng graphit khác nhau.

Th í nghi ệ m tuy ể n tinh thu h ồ i qu ặ ng tinh graphit h ạ t m ị n

Mục đích thí nghiệm ở đây nhằm xác định sốlượng khâu tuyển tinh và chếđộ nghiền chà xát phù hợp Tùy theo số lượng khâu nghiền chà xát ta có hai phương án sơ đồ tuyển như sau

Nghiền chà xát và tuyển tinh theo phương án 1 (PA1)

Sơ đồ thí nghiệm được trình bày ở Hình 5.1 và kết quả tuyển tại Bảng 5.1 Khâu tuyển thu hồi graphit vảy thô được tiến hành với một khâu nghiền chà xát Sản phẩm cấp -0,149mm tách ra từ quặng tinh graphit được nghiền chà xát lại trước khi tuyển tinh Tuyển tinh được tiến hành qua bốn khâu để xác định chất lượng quặng tinh graphit hạt mịn thu được

Kết quả thí nghiệm cho thấy, sau 2 lần nghiền chà xát và 6 lần tuyển tinh thu được quặng tinh graphit vảy thô cỡ hạt +0,149 mm có hàm lượng cacbon 92,58% với thực thu 33,48% và quặng tinh graphit mịn sau 4 lần tuyển tinh có hàm lượng cacbon là 86,62% ứng với thực thu là 55,81% Tổng thực thu đạt được là 89,29%

Hình 5.1 Sơ đồ thí nghiệm tuyển tinh theo PA1

Bảng 5.1 Kết quả thí nghiệm tuyển tinh theo sơ đồ PA 1

Tên sản phẩm Thu hoạch,

Quặng tinh graphit vảy thô 4,26 92,58 33,48

Nghiền chà xát và tuyển tinh theo phương án 2 (PA2)

Sơ đồ thí nghiệm được trình bày ở Hình 5.2 và kết quả tuyển tại Bảng 5.2 Khâu tuyển thu hồi graphit vảy thô được tiến hành với hai khâu nghiền chà xát Sản phẩm cấp -0,149mm tách ra từ quặng tinh graphit được nghiền chà xát lại trước khi tuyển tinh Tuyển tinh được tiến hành qua ba khâu để xác định chất lượng quặng tinh graphit hạt mịn thu được

Kết quả thí nghiệm cho thấy, sau 3 lần nghiền chà xát và 6 lần tuyển tinh thu được quặng tinh graphit vảy có hàm lượng cacbon 94,25% ứng với thực thu là 33,16% và quặng tinh graphit vảy mịn có hàm lượng cacbon là 88,26% ứng với thực thu là 55,38%, tổng thực thu đạt 88,54%

Với hai phương án tuyển tinh và nghiền lại sản phẩm để thu được quặng tinh cho thấy: Phương án 1 thu được quặng tinh vảy thô cấp +0,149 mm có hàm lượng 92,66% C, phương án 2 cho được quặng tinh vảy thô cấp +0,149 mm có hàm lượng 94,25% C Hàm lượng cấp hạt mịn đều đạt trên 80% C Tổng thực thu vòng hở đạt

>88%, khi chạy vòng kín có sự quay vòng của các sản phẩm trung gian tổng thực thu sẽtăng Sự khác biệt giữa phương án 1 và phương án 2 đó là số lần nghiền chà xát, sau đó tuyển tinh để có thể thu được sản phẩm đáp ứng yêu cầu luận án đề ra

Hình 5.2 Sơ đồ thí nghiệm tuyển tinh theo PA2

Bảng 5.2 Kết quả thí nghiệm tuyển tinh theo sơ đồ PA 2

Tên sản phẩm Thu hoạch,

Th í nghi ệm nghiền và tuyển lại sản phẩm trung gian

Sơ đồ tuyển vòng hởtheo hai phương án nêu trên (Mục 5.2) đã thu hồi được các quặng tinh graphit vảy thô và vảy mịn đạt yêu cầu chất lượng, tuy nhiên thực thu mới đạt 88 ÷ 89% còn thấp vì còn lại một lượng đáng kể graphit nằm trong sản phẩm trung gian cần được tiếp tục tuyển thu hồi

Lượng graphit tồn tại trong sản phẩm trung gian chủ yếu là dạng xâm tán với đá tạp, vì vậy đã tiến hành nghiên cứu nghiền nhỏ hơn để giải phóng chúng sau đó tuyển nổi để thu hồi Đã tiến hành gộp các sản phẩm ngăn của tuyển tinh 1, tuyển tinh

2, tuyển tinh 3 là trung gian 1, trung gian 2, trung gian 3 và sản phẩm bọt của tuyển vét 1, tuyển vét 2 thành sản phẩm trung gian có thu hoạch toàn bộ là 23,88% với hàm lượng cacbon sau khi gộp là 4,66% với thực thu 9,96% C

Chế độ thí nghiệm như sau:

- Nghiền 72% cấp -0,074 mm (100% cấp-0,149 mm)

- Thuốc đè chìm (Na 2 SiO3): 200 g/t

- Thuốc tập hợp dầu hỏa: 20 g/t

- Thuốc tạo bọt Montanol 800: 10 g/t Sơ đồ thí nghiệm được thể hiện trên Hình 5.3 Kết quả thí nghiệm được thể hiện trên Bảng 5.3.

Hình 5.3 Sơ đồ 1 thí nghiệm tuyển lại các sản phẩm trung gian

Bảng 5.3 Kết quả thí nghiệm tuyển lại các sản phẩm trung gian theo sơ đồ 1

Sản phẩm bọt trung gian 30,03 7,17 14,03 90,39 9,01 Sản phẩm ngăn trung gian 69,97 16,71 0,64 9,61 0,96

Các sản phẩm trung gian 100,00 23,88 4,66 100,00 9,96

Từ kết quả thí nghiệm nghiền, tuyển lại sản phẩm trung gian cho thấy khi nghiền sản phẩm trung gian xuống 72% cấp - 0,074 mm đã thu được sản phẩm bọt trung gian có hàm lượng cacbon là 14,03% tương đương hàm lượng quặng đầu sẽ được quay vòng lại trong sơ đồ tuyển vòng kín, thực thu toàn bộ là 9,01%, sản phẩm ngăn tuyển trung gian có hàm lượng 0,64% C đã thải bỏđược

Ngoài ra, với chếđộ nghiền sản phẩm trung gian xuống 100% -0,149 mm (72% cấp -0,074 mm) đềtài cũng tiến hành nghiền sản phẩm trung gian xuống 87% cấp hạt -0,074 mm Chế độ thí nghiệm như sau

- Thuốc đè chìm (Na2SiO3): 200 g/t

- Thuốc tập hợp dầu hỏa: 20 g/t

Sơ đồ thí nghiệm được thể hiện trên Hình 5.4 Kết quả thí nghiệm được thể hiện trên Bảng 5.4.

Hình 5.4 Sơ đồ 2 nghiền và tuyển lại các sản phẩm trung gian

Na 2 SiO 3 : 200 g/t Dầu hỏa: 20 g/t Montanol 800: 10 g/t

Bảng 5.4 Kết quả nghiền tuyển lại các sản phẩm trung gian sơ đồ 2

Bọt tuyển tinh trung gian 6,62 1,58 52,07 73,93 7,36

Sản phẩm ngăn trung gian 70,85 16,92 0,57 8,66 0,86

Các sản phẩm trung gian 100,00 23,88 4,66 100,00 9,96

Từ kết quả thí nghiệm tuyển lại sản phẩm trung gian cho thấy khi nghiền toàn bộ sản phẩm trung gian xuống 100% cấp hạt -0,074 mm và tuyển tinh 2 lần thu được sản phẩm bọt trung gian có hàm lượng cacbon là 52,07%, thực thu toàn bộ là 7,36%, quặng đuôi (sản phẩm ngăn máy tuyển trung gian) có hàm lượng C là 0,57% rất thấp nên có thể thải bỏ

Với sơ đồ công nghệ tuyển gồm các khâu chính sau:

- 01 khâu tuyển chính, 1 lần nghiền thô;

- 03 lần nghiền lại quặng tinh, 06 lần tuyển tinh và 02 tuyển vét;

- Quặng trung gian được gộp chung lại và xử lý riêng; Đã thu được hai loại quặng tinh: Quặng tinh graphit dạng vảy có hàm lượng cacbon đạt 92 ÷ 94% và quặng tinh graphit mịn hàm lượng cacbon ≥82% Quặng thải có hàm lượng C 92%, lớn hơn so với sơ đồ Hình 5.5 là 2% Tuy nhiên xét về giá bán graphit thì sản phẩm graphit với hàm lượng cacbon > 94% sẽ có giá trị cao hơn cacbon > 92%

Khi thí nghiệm vòng hở theo phương án 2 đã thu được quặng tinh graphit vảy có hàm lượng cacbon > 94% Vì vậy đã tiến hành nghiên cứu tiếp với sơ đồ tuyển vòng kín theo phương án 2 để xem xét khảnăng nâng cao chất lượng cho quặng tinh graphit vảy thô + 0,149 mm

5.4.2 Sơ đồ vòng kín với ba lần nghiền chà xát quặng tinh

Thí nghiệm sơ đồ tuyển nổi vòng kín theo phương án hai (PA2) với 3 khâu nghiền chà xát lại quặng tinh được tiến hành theo 3 sơ đồ khác nhau thể hiện trên sơ đồ Hình 5.7, sơ đồ Hình 5.8 và sơ đồ Hình 5.9

5.4.2.1 Sơ đồ với ba lần nghiền chà xát không xử lý các sản phẩm trung gian (Sơ đồ 3)

Sơ đồ thí nghiệm và chế độ tuyển được thể hiện trên Hình 5.7 Đặc điểm của sơ đồ này là tinh quặng tuyển nổi sơ bộ được chà xát theo ba giai đoạn và các sản phẩm trung gian không xử lý và quay vòng lại các khâu tuyển chính và tuyển vét 1 Kết quả thí nghiệm và tính toán cân bằng định lượng các sản phẩm thí nghiệm được trình bày trong Bảng 5.8

Hình 5.7 Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi vòng kín tuyển quặng graphit (SĐ3)

Na 2 SiO 3 : 50 g/t Tuy ể n tinh graphit 4 Tuy ể n tinh graphit 5

Na 2 SiO 3 : 100 g/t Tuy ể n tinh graphit 3

Qu ặ ng nguyên khai, d = -2 mm

Nghiền bi: 100% - 0,5 mm (29,47% -0,074 mm) pH = tự nhiên Dầu hỏa: 90 g/t Montanol 800: 50 g/t

Na 2 SiO 3 : 150 g/t Tuy ể n tinh graphit 1 Nghiền chà xát 1: 50,82 % - 0,074 mm

Tuy ể n vét 1 graphit pH = tự nhiên

Tuy ể n vét 2 graphit pH = t ự nhiên Dầu hỏa: 20 g/t Montanol 800: 10 g/t

Bảng 5.8 Kết quả tuyển nổi vòng kín tuyển graphit mỏ Bảo Hà theo sơ đồ 3

Tên sản phẩm Thu hoạch, %

Kết quả thí nghiệm trong Bảng 5.8 cho thấy, nếu sử dụng sơ đồ3 để tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai sẽ thu được các loại quặng tinh: Quặng tinh graphit vảy

1 (+0,177 mm) có thu hoạch là 2,09%, hàm lượng C đạt 93,82%, tương ứng thực thu là 16,59%; quặng tinh vảy 2 (-0,177+0,149 mm) có thu hoạch 2,32%, hàm lượng C đạt 90,80%, tương ứng thực thu 17,82%; tổng thực thu quặng tinh graphit vảy thô là

Th í nghi ệ m tuy ển quặng graphit quy mô pilot

5.5.1 Tính toán, thi ế t k ế l ắp đặ t ch ạ y th ử h ệ th ố ng thi ế t b ị thí nghi ệ m pilot v ớ i năng suấ t 100 kg/h

Dây chuyền thí nghiệm tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà, tỉnh Lào Cai ở quy mô pilot được lắp đặt theo sơ đồ công nghệđã được nghiên cứu xác lập ở quy mô phòng thí nghiệm, dây chuyền được đặt tại Trung tâm thực nghiệm sản xuất Mỏ - Luyện kim Tam Hiệp, huyện Thanh Trì, Hà Nội Đây là cơ sở chuyên thực hiện các thí nghiệm ở quy mô lớn của Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim Mục tiêu thử

112 nghiệm tuyển quặng graphit ở quy mô pilot nhằm kiểm tra, đánh giá và hiệu chỉnh quy trình công nghệ cũng như các điều kiện và chế độ tuyển đã xác lập ở quy mô phòng thí nghiệm nhằm thu được cơ sở dữ liệu có độ tin cậy cao hơn phục vụ cho công tác triển khai công nghệ tuyển quặng graphit ở quy mô công nghiệp sau này Công tác thí nghiệm tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà, tỉnh Lào Cai ở quy mô pilot lấy sơ đồ công nghệ tuyển được xác lập ở quy mô phòng thí nghiệm làm cốt lõi Thí nghiệm pilot đã tiến hành trên sơ đồ công nghệ như Hình 5.9.

Các chỉ tiêu công nghệ xác lập từ khảo nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm được sử dụng làm cơ sở cho tính toán thiết kế, lắp đặt hệ thống thiết bị thí nghiệm pilot được trình bày Bảng 5.15.

Dây chuyền thiết bị thí nghiệm tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà ở quy mô pilot được tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật, công nghệ phục vụ cho thiết kế lắp đặt theo năng suất quặng đầu vào là 100 kg/h Trên cơ sởsơ đồ công nghệđã xác lập trong phòng thí nghiệm, tính toán cân bằng định lượng và bùn nước của toàn dây chuyền, từđó tính toán lựa chọn thiết bị để lắp đặt dây chuyền thí nghiệm tuyển quặng graphit mỏ

Bảo Hà tỉnh Lào Cai ở quy mô pilot

Chi tiết kết quả tính toán cân bằng định lượng, bùn nước công nghệ từng khâu của dây chuyền tuyển quặng graphit ởquy mô pilot được trình bày trong phụ lục 4

Bảng 5.15 Các chỉ tiêu công nghệ chính

QT graphit vảy thô +0,149 mm 4,09 94,40 33,41

5.5.2 Kết quả chạy thử nghiệm trên dây chuyền pilot

Kết quả quá trình chạy thửđược tổng hợp tại Bảng 5.16

Bảng 5.16 Kết quả thực nghiệm thí nghiệm trên dây chuyền pilot.

Từ kết quả Bảng 5.16 cho thấy, quặng tinh graphit vảy thô có thu hoạch 4,23%, hàm lượng cacbon (C ) đạt 94,17% ứng với thực thu là 33,52%; quặng tinh graphit mịn có thu hoạch 8,65% với hàm lượng C là 82,09% ứng với thực thu là 59,79%

Tổng thực thu quặng tinh là 93,31% Quặng thải tổng hợp có thu hoạch là 87,13%, hàm lượng cacbon là 0,91% ứng với phân bố cacbon là 6,69%

Thành phần hóa học của các sản phẩm thí nghiệm tuyển sơ đồvòng kín được phân tích tại Trung tâm phân tích hóa lý thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim và phân tích tại Trung tâm Phân tích Thí nghiệm Địa chất - Tổng cục Địa chất và Khoáng sản và tại Viện Hóa Công nghiệp; phân tích Rơnghen tại phòng phân tích khoáng vật Trung tâm Phân tích Thí nghiệm Địa chất - Tổng cục Địa chất và Khoáng sản

5.5.3 K ế t qu ả phân tích qu ặ ng tinh và qu ặ ng th ả i ch ạ y pilot

5.5.3.1 Kết quảphân tích hóa đa nguyên tố quặng tinh

Quặng tinh graphit sau khi tuyển được tiến hành phân tích hóa đa nguyên tố tại Trung tâm phân tích hóa lý - Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, phân

114 tích đối chứng tại Viện Hóa Công nghiệp Ngoài ra, đề tài tiến hành phân tích ICP tại Trung tâm Phân tích Thí nghiệm Địa chất.

Kết quả phân tích quặng tinh graphit vảy được thể hiện trên Bảng 5.17

Bảng 5.17 Thành phần hóa học đa nguyên tố quặng tinh graphit vảy Đơn vị phân tích Kết quả phân tích, %

Viện Hóa Công nghiệp 94,17 - - - - 5,51 0,32 Trung tâm phân tích - Vimluki 94,80 1,45 0,90 0,12 2,12 - -

Kết quả phân tích quặng tinh graphit mịn được thể hiện trên Bảng 5.18.

Bảng 5.18 Thành phần hóa học đa nguyên tố quặng tinh graphit mịn Đơn vị phân tích Kết quả phân tích, %

Viện Hóa Công nghiệp 82,09 - - - - 16,65 1,29 Trung tâm phân tích - Vimluki 82,40 2,77 2,70 0,15 3,87 - -

Kết quả phân tích quặng thải được thể hiện trên Bảng 5.19

Bảng 5.19 Thành phần hóa học đa nguyên tố quặng thải graphit

C Al 2 O 3 Fe 2 O 3 As(ppm) CaO K 2 O MgO MnO Pb(ppm)

5.5.3.2 Kết quả phân tích thành phần khoáng vật quặng tinh

Sản phẩm quặng tinh được tiến hành xác định thành phần khoáng vật và hóa học đa nguyên tố

Sản phẩm quặng tinh thu được khi tuyển sơ đồ được gửi phân tích Rơnghen Kết quả phân tích thành phần khoáng vật quặng tinh được trình bày ở Bảng 5.20.

Bảng 5.20 Thành phần khoáng vật quặng tinh graphit

Ký hiệu mẫu Thành phần khoáng vật Khoảng hàm lượng (%)

5.5.4 Nh ậ n xét quá trình ch ạ y pilot

- Đã tính toán đưa ra được bảng cân bằng định lượng, bùn nước với năng suất là 100 kg quặng nguyên khai/giờ Từ đó sơ bộ tính toán kiểm tra các thiết bị hiện có tại xưởng, cải tạo và sửa chữa các thiết bịđể tiến hành lắp đặt dây chuyền

- Lắp đặt được dây chuyền liên tục từ khâu cấp liệu - nghiền - tuyển nổi để thu hồi quặng tinh graphit

- Kiểm tra chạy thử không tải với dây chuyền liên tục, chạy có tải hiệu chỉnh các thông số bao gồm: Độ mịn nghiền (năng suất 90 -100 kg/giờ); chi phí thuốc tập hợp 900 ÷ 110 g/t; chi phí thuốc tạo bọt 50 ÷ 70 g/t

- Chạy liên tục đánh giá độổn định của dây chuyền và lấy sản phẩm quặng tinh graphit cung cấp cho luyện kim với khối lượng thu được là 550 kg (185 kg quặng tinh graphit vảy thô và 365 kg quặng tinh graphit mịn) Sản phẩm quặng tinh graphit làm giàu tốt, hàm lượng cacbon khoảng 11,80% trong quặng nguyên khai sau các khâu tuyển thu được hai sản phẩm quặng tinh graphit bao gồm: quặng tinh graphit vảy thô có thu hoạch 4,23%, hàm lượng cacbon (C) đạt 94,17% ứng với thực thu là 33,52%; quặng tinh graphit mịn có thu hoạch 8,65% với hàm lượng C là 82,09% ứng với thực thu là 59,79% Tổng thực thu quặng tinh là 93,31% Hàm lượng cacbon trong quặng đuôi rất thấp có thể thải bỏ Các chỉ tiêu vềhàm lượng và thực thu cacbon xấp xỉ các chỉ tiêu kiến nghị ở quy mô phòng thí nghiệm

116 Điều đó chứng tỏ với sơ đồ công nghệđề xuất trong phòng thí nghiệm có độ tin cậy cao Các chỉ tiêu vềhàm lượng và thực thực thu cacbon của quy mô tuyển pilot đáp ứng được đăng ký của đề tài

Dự tính chi phí tuyển quặng tinh graphit trên cơ sở giảđịnh cho một nhà máy với năng suất 200.000 tấn quặng nguyên khai/năm, tương đương 25.000 tấn quặng tinh/năm Với tổng chi phí để sản xuất 25.000 tấn quặng tinh trong 1 năm là 250,246 tỷ tương đương khoảng 10 triệu/1 tấn quặng tinh Với giá bán quặng tinh lấy trên cơ sở tham khảo trên thịtrường là 19,8 triệu đồng cho 1 tấn quặng tinh vảy (+0,149 mm) hàm lượng ≥ 94% C và 8,8 triệu đồng cho 1 tấn quặng tinh graphit mịn (-0,149 mm) hàm lượng ≥ 82% C Cho thấy, giá trị lãi trước thuế 1 năm là 62,15 tỷ đồng (giá trị lãi trước thuế cho 1 tấn quặng tinh là 2,486 triệu đồng) (phụ lục 4).

Sơ đồ kiến nghị và các chỉ tiêu công nghệ dự kiến

Từ kết quả nghiên cứu nêu trên đã đề xuất quy trình công nghệ chế biến quặng graphit gốc mỏ Bảo Hà - Lào Cai như Hình 5.13, áp dụng công nghệ tuyển nổi: Quặng nguyên khai được nghiền quặng tới độ hạt -0,5 mm (29,47% cấp -0,074 mm) rồi đưa tuyển nổi chính, ngăn máy khâu tuyển chính được bổ sung thêm thuốc và được tuyển vét 1, tuyển vét 2 Sản phẩm bọt khâu tuyển chính được tuyển tinh lần 1 bổ sung thêm

150 g/t thuốc đè chìm thủy tinh lỏng để nâng hàm lượng C trong quặng tinh Sản phẩm bọt khâu tuyển tinh 1 được mang đi nghiền - chà xát 1 (nghiền trục đứng) sao cho vảy graphit ít bị vỡ vụn mà chỉđất đá tạp bị vỡ, giảm độ hạt Sản phẩm sau nghiền

- chà xát 1 được cấp cho tuyển tinh lần 2 để nâng cao hàm lượng C, tại khâu này cũng cần bổ sung 150g/t thuốc đè chìm thủy tinh lỏng Phần bọt của khâu tuyển tinh 2 được rây phân cấp hạt +0,25 mm và +0,177 mm đây chính là sản phẩm quặng tinh graphit vảy 1 Sản phẩm -0,177 mm tiếp tục được nghiền - chà xát lần 2 (nghiền trục đứng), sản phẩm sau nghiền - chà xát 2 được cấp cho khâu tuyển tinh lần 3, tại khâu này cũng sẽ cấp bổ sung thêm 100 g/t thuốc đè chìm thủy tinh lỏng đểnâng hàm lượng C trong quặng tinh Phần bọt của khâu tuyển tinh 3 được rây phân cấp hạt +0,149 mm, đây chính là sản phẩm quặng tinh graphit vảy 2 Sản phẩm -0,149 mm tiếp tục được nghiền - chà xát lần 3, sản phẩm sau nghiền - chà xát 3 được cấp cho khâu tuyển tinh lần 4, tại khâu này cũng sẽ cấp bổ sung thêm 50 g/t thuốc đè chìm thủy tinh lỏng để nâng hàm lượng C trong quặng tinh Sản phẩm bọt của khâu tuyển tinh 4 được cấp cho khâu tuyển tinh 5, bọt của khâu tuyển tinh 5 được cấp cho khâu tuyển tinh 6 Sản

117 phẩm bọt của khâu tuyển tinh 6 sẽ là sản phẩm quặng tinh graphit mịn Sản phẩm ngăn máy của tuyển tinh 4 và tuyển tinh 5 được đưa sang tuyển tinh 2 trung gian Sản phẩm ngăn máy của khâu tuyển tinh lần 1, tuyển tinh lần 2, tuyển tinh lần 3 kết hợp cùng với sản phẩm bọt của khâu tuyển vét 1, khâu tuyển vét 2 được nghiền xuống

87% -0,074 mm đem đi tuyển lại trung gian thu được sản phẩm bọt trung gian và sản phẩm ngăn, sản phẩm bọt trung gian được đưa sang tuyển tinh trung gian 1, sản phẩm bọt tuyển tinh trung gian 1 đưa sang tuyển tinh trung gian 2, sản phẩm bọt tuyển tinh trung gian 2 được gộp chung với trung gian 6 đưa sang tuyển tinh 4, sản phẩm ngăn tuyển tinh 1 và tuyển 2 trung gian được đưa lên tuyển chính trung gian, sản phẩm ngăn tuyển chính trung gian được thải bỏ Sơ đồ kiến nghị để tuyển nổi quặng graphit mỏ Bảo Hà tỉnh Lào Cai được thể hiện trên Hình 5.13 Các chỉ tiêu dự kiến được thể hiện trên Bảng 5.21

Bảng 5.21 Các chỉ tiêu dự kiến của quặng graphit mỏ Bảo Hà

Sản phẩm Thu hoạch, % Hàm lượng C, % Thực thu C, %

Hình 5.13 Sơ đồ kiến nghị tuyển thu hồi graphit vảy mỏ Bảo Hà tỉnh Lào Cai

100 % - 0,5 mm pH: 7 ÷ 7,5 Dầu hỏa: 90 g/t Montanol 800: 50 g/t

Na 2 SiO 3 : 150 g/t pH: 7 ÷ 7,5 Dầu hỏa: 20 g/t Montanol 800: 10 g/t pH: 7 ÷ 7,5 Dầu hỏa: 40 g/t Montanol 800: 25 g/t

Tuy ể n tinh 1 trung gian Tuy ể n tinh 2 trung gian

Tuy ể n tinh graphit 5 Tuy ể n tinh graphit 6

Qu ặ ng tinh graphit m ị n -0,149 mm

Qu ặ ng nguyên khai, d = -5 mm

Nghi ề n bi Phân cấp ruột xoắn

Tuy ể n tinh graphit 1 Nghi ề n chà xát 1: 50,82 % - 0,074 mm

Qu ặ ng tinh graphit v ả y +0,149 mm

Cô đặc, lọc ép Sấy

Quặng tinh graphit mịn - 0,149 mm

Kết luận chương 5

Với mục tiêu thu hồi tối đa graphit dạng vảy trong đó sản phẩm graphit vảy thô +0,149mnm có hàm lượng C > 94% và sản phẩm graphit hạt mịn hàm lượng > 80- 82% đã đề xuất và thí nghiệm 5 sơ đồ tuyển nổi vòng kín Các sơ đồ này khác biệt về sốlượng khâu nghiền chà sát lại tinh quặng tuyển nổi sơ bộcũng như các phương án xử lý sản phẩm trung gian Các sơ đồ đều cho sản phẩm quặng tinh graphit vảy thô hàm lượng trên 94% , quặng tinh graphit hạt mịn hàm lượng trên 80% với tổng thực thu graphit trên 90% Phương án sơ đồ tuyển nổi 5 được lựa chọn vì có tổng dung tích ngăn máy tuyển nổi theo tính toán là thấp nhất Theo phương án sơ đồnày đã thu được quặng tinh graphit hạt thô với hàm lượng 94,40 %C và thực thu 33,41%, quặng tinh graphit hạt mịn hàm lượng 82,92% C và thực thu 60,07%, tổng thực thu đạt 93,48% Đã tính toán thiết kế dây chuyền tuyển pilot 100 kg/giờ và thử nghiệm bán công nghiệp theo sơ đồ đề xuất trên dây chuyền này Kết quả thử nghiệm trên dây chuyền pilot khẳng định lại các kết quả thí nghiệm thu được Từ quặng nguyên khai sau quá trình tuyển đã thu được quặng tinh graphit hạt thô với hàm lượng 94,17 %C và thực thu 33,52%, quặng tinh graphit hạt mịn hàm lượng 82,09% C và thực thu 59,79%, tổng thực thu đạt 93,31%

Trên cơ sở kết quả thí nghiệm trong phòng và thử nghiệm bán công nghiệp đã đề xuất sơ đồ kiến nghị như Hình 5.13.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

1 Giá trị sử dụng sản phẩm graphit phụ thuộc vào loại hình tinh thể, kích thước hạt và hàm lượng C trong đó sản phẩm graphit dạng vảy thô với hàm lượng C > 94

% có giá trị cao nhất

2 Graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai chủ yếu tồn tại dưới dạng cấu trúc vảy, chiếm

90 đến 95% khối lượng, trong đó có một lượng vảy thô Graphit vô định hình chỉ chiếm 5-10% Trong nền graphit vảy có chứa một lượng tạp chất dạng khoáng silicat xâm nhiễm mịn có thể làm giảm chất lượng quặng tinh graphit Việc thu hồi graphit vảy thô chất lượng cao, sẽ nâng cao hiệu quả kinh tế quá trình khai thác, chế biến quặng graphit mỏ Bảo Hà, tỉnh Lào Cai

3 Bằng quá trình tuyển nổi quặng ở độ hạt nghiền thô -0,5mm và nghiền chà xát quặng tinh tuyển nổi có thểthu được một lượng đáng kể graphit vảy thô +0,149 mm chất lượng cao Quá trình nghiền thô và tuyển nổi sơ bộ không những cho phép giảm chi phí năng lượng nghiền mà còn nâng cao đáng kể giá trị sản phẩm

4 Đã áp dụng phương pháp phân tích tỷ trọng trong dung dịch nặng bằng máy ly tâm để đánh giá mức độ giải phóng khoáng graphit của quá trình nghiền chà xát

Từđó đề xuất hệ số nghiền chà xát tối ưu K O đểđánh giá và xác định chếđộ nghiền chà xát tối ưu quặng tinh graphit tuyển nổi sơ bộgraphit để vừa giữđược tối đa lượng graphit dạng vảy có trong quặng, vừa đảm bảo chất lượng quặng tinh graphit đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn nguyên liệu cho các ngành chế biến tiếp theo

5 Đã đề xuất được sơ đồ và các chế độ công nghệ tuyển quặng graphit mỏ Bảo

Hà, Lào Cai Sơ đồ bao gồm 01 khâu nghiền thô, 01 khâu tuyển chính, 02 khâu tuyển vét, 03 khâu nghiền chà xát chọn lọc, 06 khâu tuyển tinh; 01 lần nghiền chà xát, tuyển lại các sản phẩm trung gian Sơ đồ khuyến nghị trình bày ở hình vẽ 5.13

Chế độ công nghệ tối ưu được xác lập: Nghiền sơ bộ đến -0,5mm (30% -

0,074mm) Thuốc tuyển sử dụng cho tuyển chính: dầu hỏa: 90g/t, Montanol 800: 50 g/t; cho vét 1: 40g/t dầu hỏa và 25 g/t montanol 800; khâu tuyển vét 2: 20g/t dầu hỏa và 10 g/t Montanol 800 Trong các khâu tuyển tinh cần bổ sung thủy tinh lỏng

6 Thí nghiệm tuyển theo sơ đồ và chế độ công nghệ tối ưu như trên đã thu được quặng tinh graphit vảy thô +0,149mm hàm lượng >94% với mức thực thu 33- 35% và quặng tinh graphit mịn có hàm lượng >82% với mức thực thu 60% Tổng thực thu graphit đạt 93-95%

7 Đã tính toán đưa ra được bảng cân bằng định lượng, bùn nước, tính toán kiểm tra thiết bị và thí nghiệm tuyển mẫu lớn với năng suất tuyển là 100 kg quặng nguyên khai/giờ Đã chạy thử nghiệm liên tục để đánh giá độ ổn định của sơ đồ công nghệ, lấy sản phẩm quặng tinh graphit với khối lượng thu được là 550 kg (185 kg quặng tinh graphit vảy thô và 365 kg quặng tinh graphit mịn) Sản phẩm quặng tinh graphit được làm giàu tốt, từ hàm lượng cacbon khoảng 11,80% trong quặng nguyên khai sau các khâu tuyển thu được hai sản phẩm quặng tinh graphit bao gồm: quặng tinh graphit vảy thô có thu hoạch 4,23%, hàm lượng cacbon (C) đạt 94,17% ứng với thực thu là 33,52% và quặng tinh graphit mịn có thu hoạch 8,65% với hàm lượng C là 82,09% ứng với thực thu là 59,79% Tổng thực thu quặng tinh graphit là 93,31% Hàm lượng cacbon trong quặng đuôi rất thấp có thể thải bỏ Các chỉ tiêu về hàm lượng và thực thu cacbon ở thí nghiệm mẫu lớn xấp xỉ các chỉ tiêu kiến nghị ở quy mô phòng thí nghiệm Điều đó chứng tỏsơ đồ và các chếđộ công nghệ tuyển đề xuất trong phòng thí nghiệm có độ tin cậy cao Các chỉ tiêu vềhàm lượng và thực thực thu cacbon của quy mô tuyển pilot đáp ứng được mục tiêu đã đặt ra.

Kiến nghị

1 Cần tiếp tục nghiên cứu và tối ưu hóa quá trình nghiền chà xát trên thiết bị ở quy mô lớn hơn.

2 Cần nghiên cứu tuyển nổi quặng graphit Bảo Hà, Lào Cai trên một số thiết bị dạng tuyển nổi trọng lực (trước tiên là thiết bịHydrofloat) để nâng cao độ hạt và thu hoạch graphit vảy thô

3 Nghiên cứu sơ đồ và chế độ công nghệ đề xuất cho các loại quặng graphit tại các vùng mỏ khác của Việt Nam

DANH MỤC CÁC BÀI BÁO CÁO, CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA CÁC

1 Trần Thị Hiến (2016), “Cấu trúc địa chất, thành phần khoáng vật và định hướng công nghệ tuyển, chế biến sâu quặng graphit mỏ Bảo Hà – Lào Cai”, Báo cáo Hội nghị Khoa học Những thành tựu mới trong Tuyển – Chế biến khoáng sản tại Việt Nam, tr 104 - 110

2 Đào Duy Anh, Đỗ Hồng Nga, Trần Thị Hiến (2016), “Ứng dụng, tình hình khai thác, chế biến graphit trên thế giới và Việt Nam”, Tạp chí Công nghiệp Mỏ, 30(1), tr

3 Trần Thị Hiến, Đào Duy Anh, Trần Ngọc Anh (2017), “Nghiên cứu công nghệ tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà, tỉnh Lào Cai”, Tạp chí Công nghiệp Mỏ, 31(4), tr

4 Trần Thị Hiến, Đào Duy Anh, Đỗ Hồng Nga, Trần Ngọc Anh (2018), “Công nghệ tuyển và chế biến sâu quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai”, Hội nghị Toàn quốc Khoa học Trái đất và Tài nguyên với Phát triển bền vững, tr 216 - 223

5 Trần Thị Hiến, Nguyễn Hoàng Sơn, Trần Ngọc Anh (2018), “Nghiên cứu công nghệ tuyển graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai nhằm thu hồi tối đa graphit dạng vảy”, Tuyển tập báo cáo hội nghị khoa học công nghệ tuyển khoáng toàn quốc lần thứ 5, tr.291 -

6 Trần Thị Hiến (2018), “Báo cáo tổng hợp kết quả khoa học công nghệđề tài nghiên cứu công nghệ tuyển và chế biến sâu quặng graphit mỏ Bảo Hà tỉnh Lào Cai”, Hà

7 Hien Tran Thi, Nga Do Hong (2017), “Sulfuric Acid Leaching Process for Producing High Purity Graphite from 92,6 % C to 98 % C”, World Journal of Research and Review, 5(1), tr 23 - 26

8 Hoang Thi Minh Thao, Tran Thi Hien, Dao Duy Anh, Pham Thi Nga (2017),

“Mineralogical characteristics of graphite ore from Bao Ha deposit, Lao cai Province and proposing a wise use”, Vietnam Journal of Earth Sciences, 39(4), tr 326 - 339

9 Tran Thi Hien, Dao Duy Anh, Dinh Thi Thu Hien (2018), “Bao Ha’S Graphit Flotation” XXIX international mineral processing congress 2018

Tiêu đề	Nghiên cứu công nghệ tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai nhằm thu hồi tối đa graphit dạng vảy
Tác giả	Trần Thị Hiến
Người hướng dẫn	PGS.TS Nguyễn Hoàng Sơn, TS Đào Duy Anh
Trường học	Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Chuyên ngành	Kỹ thuật Tuyển khoáng
Thể loại	Luận án Tiến sĩ
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	167
Dung lượng	6,54 MB

(LUẬN án TIẾN sĩ) nghiên cứu công nghệ tuyển quặng graphit mỏ bảo hà lào cai nhằm thu hồi tối đa graphit dạng vảy

Tính cấp thiết của luận án

Mục tiêu và nhiệm vụ của luận án

Phương pháp nghiên cứu

Nội dung vấn đề nghiên cứu

Ý nghĩa khoa học

Ý nghĩa thực tiễn

Điểm mới của luận án

Điểm bảo vệ của luận án

Cấu trúc của luận án

TỔ NG QUAN V Ề GRAPHIT

Giới thiệu sơ lược về graphit

Tiềm năng, phân bố, khai thác, phương pháp tuyển và sử dụng quặng graphit trên thế giới

Tình hình nghiên cứu quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai

Nhận xét, đánh giá chương tổng quan

Mục đích nghiên cứu

Mẫu nghiên cứu

Kết luận về nghiên cứu thành phần vật chất mẫu quặng graphit Bảo Hà

Định hướng nghiên cứu công nghệ

Mục tiêu và phương pháp thí nghiệm

Th í nghi ệ m x ác định đặ c t í nh nghi ề n

Th í nghi ệm điề u ki ệ n c hế độ tuyển nổi sơ bộ

Th í nghi ệ m tuy ể n v é t

Th í nghi ệ m tuy ể n tinh

K ế t lu ậ n v ề th í nghi ệ m tuy ển sơ bộ m ẫ u qu ặ ng graphit ở độ h ạ t nghi ề n thô

Mục đích nghiên cứu

Kh á i ni ệ m v ề công nghệ và thi ế t b ị nghiền chà xát

Nghiên cứu điều kiện nghiền chà xát và tuyển nổi nâng cao chất lượng sản phẩm graphit

Kết luận về nghiên cứu thu hồi quặng tinh graphit vảy thô bằng nghiền chà xát và tuyển nổi

M ục đí ch nghiên c ứ u

Th í nghi ệ m tuy ể n tinh thu h ồ i qu ặ ng tinh graphit h ạ t m ị n

Th í nghi ệm nghiền và tuyển lại sản phẩm trung gian

Th í nghi ệ m tuy ển quặng graphit quy mô pilot

Sơ đồ kiến nghị và các chỉ tiêu công nghệ dự kiến

Kết luận chương 5

Kết luận

Kiến nghị

Phõn tớch khoỏng tướng, thạch học