Báo cáo nghiên cứu khoa học: nghiên cứu phương pháp tuyển than bằng thiết bị tuyển nổi trọng lực

1.2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI (nêu được kết quả cần đạt tới của NC là gì)Xác định được các chỉ tiêu công nghệ tuyển đạt được và các thông số quá trình tuyển nổi trọng lực đối với một số mẫu than cám 6mm vùng Quảng Ninh, từ đó đánh giá khả năng áp dụng công nghệ này. 1.3. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU1.3.1. Đối tượng nghiên cứu: (đối tượng cụ thể cần NC là gì)Quá trình tuyển nổi trọng lực than cám cấp hạt 6mm quy mô phòng thí nghiệm1.3.2. Phạm vi nghiên cứu: (hạn chế vùng NC trong đối tượng nêu trên)Giới hạn trong 23 mẫu than cám vùng Quảng Ninh(than cọc sáu và than vàng danh)1.4. CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU1.4.1. Cách tiếp cận: (tiếp cận từ góc độ nào)Trên cơ sở tài liệu tham khảo thiết kế thiết bị thí nghiệm và nghiên cứu thí nghiệm quá trình tuyển nổi trọng lực than cám trên thiết bị thiết kế. Sau đó tối ưu hóa các thông số điều kiện của quá trình.1.4.2. Phương pháp nghiên cứu: (sử dụng phương pháp, tổ hợp các phương phápgì) Thu thập tài liệu, tổng hợp – phân tích để viết tổng quan Thiết kế chế tạo thiết bị thí nghiêm Thí nghiệm tuyển nổi trong thiết bị tuyển nổi trọng lực 

CHƯƠNG 1:

TÍNH CẤP THIẾT,MỤC TIÊU,ĐỐI TƯỢNG,PHẠM VI

NGHIÊN CỨU,CÁCH TIẾP CẬN.

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI (nêu được lý do, ý nghĩa của NC với thực tiễn hiện nay)

Hiện tại ở vùng than Quảng Ninh tồn đọng một lượng than cám chất lượng xấu với khốilượng lớn, chiếm nhiều diện tích và lãng phí tài nguyên Việc nghiên cứu công nghệtuyển thu hồi sử dụng các than cám này bằng công nghệ đơn giản và rẻ tiền sẽ mang lạihiệu quả lớn về kinh tế xã hội và bảo vệ môi trường Tuyển nổi thông thường chỉ áp dụngđược đối với cấp hạt -0,5mm Tuyển tầng sôi thì tốn nhiều chi phí nước nhưng lại khônghiệu quả đối với cấp -0,5mm Nếu nâng cao được độ hạt tuyển nổi lên đến 6 mm sẽ gópphần giải quyết vấn đề tuyển các loại than cám nêu trên trên một thiết bị Việc nghiêncứu phương pháp tuyển than bằng thiết bị tuyển nổi trọng lực là một vấn đề cấp thiết có ýnghĩa thực tiễn

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI (nêu được kết quả cần đạt tới của NC là gì)

Xác định được các chỉ tiêu công nghệ tuyển đạt được và các thông số quá trình tuyển nổitrọng lực đối với một số mẫu than cám -6mm vùng Quảng Ninh, từ đó đánh giá khả năng

áp dụng công nghệ này

1.3 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu: (đối tượng cụ thể cần NC là gì)

Quá trình tuyển nổi trọng lực than cám cấp hạt -6mm quy mô phòng thí nghiệm

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu: (hạn chế vùng NC trong đối tượng nêu trên)

Giới hạn trong 2-3 mẫu than cám vùng Quảng Ninh(than cọc sáu và than vàng danh)

1.4 CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.4.1 Cách tiếp cận: (tiếp cận từ góc độ nào)

Trên cơ sở tài liệu tham khảo thiết kế thiết bị thí nghiệm và nghiên cứu thí nghiệm quátrình tuyển nổi trọng lực than cám trên thiết bị thiết kế Sau đó tối ưu hóa các thông sốđiều kiện của quá trình

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu: (sử dụng phương pháp, tổ hợp các phương pháp gì)

- Thu thập tài liệu, tổng hợp – phân tích để viết tổng quan

- Thiết kế chế tạo thiết bị thí nghiêm

- Thí nghiệm tuyển nổi trong thiết bị tuyển nổi trọng lực

CHƯƠNG 2:

TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH TUYỂN THAN CẤP HẠT MỊN TRÊN THẾ

GIỚI VÀ VIỆT NAM

2.1 Tình hình tuyển than cấp hạt mịn trên thế giới

Vấn đề tuyển than hạt mịn trong những năm gần đây được quan tâm nghiên cứu khánhiều trên thế giới Trong nhiều loại than cấp liệu cho nhà máy tuyển, lượng than mịn (-3(6)mm) chiếm đến hàng chục phần trăm tỷ lệ khối lượng Lượng than hạt mịn đưa vềcác nhà máy tuyển ngày càng tăng và chất lượng của chúng ngày càng giảm, do khâukhai thác đã được cơ giới hóa và tự động hóa cao độ đồng thời năng suất khai thác rất lớn Trước kia công nghệ tuyển than hạt mịn chỉ được áp dụng đối với than luyện cốc, cònđối với than năng lượng thì phương án truyền thống là tách cấp hạt mịn (cám khô hoặccám mịn) và tuyển cấp hạt thô Tuy nhiên ngày nay càng có nhiều nhà máy tuyển thanmới xây dựng xem xét phương án đưa độ sâu tuyển tới độ hạt gần tới 0,5 (3)mm ngay cảđối với than năng lượng Việc nâng cao chất lượng và giá trị sản phẩm than hạt mịn chophép đa dạng hóa sản phẩm và áp dụng các công nghệ tiên tiến để bảo vệ môi trường.Phương pháp tuyển than chủ yếu là tuyển trọng lực, phương pháp này có hiệu quả caođối với các cấp hạt thô, nhưng độ hạt than đưa tuyển càng giảm thì hiệu quả tuyển càngkém và chi phí tuyển càng tăng Trong những năm gần đây, trên thế giới đã xuất hiệnnhiều thiết bị tuyển than cấp hạt mịn Song song với nó là sự cải tiến sơ đồ công nghệ xử

lý than cấp hạt mịn, đã cho phép tuyển than cấp hạt mịn có hiệu quả hơn đồng thời chiphí tuyển và khử nước than cấp hạt mịn rẻ hơn

Phương pháp tuyển than cấp hạt mịn tốt nhất là đáp ứng được các yêu cầu về kinh tế;

tỷ lệ thu hồi; chất lượng của các sản phẩm tuyển; vấn đề khử nước các sản phẩm tuyển.Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến việc xử lý than cấp hạt mịn theo Korte và Bosman là:

- Tính khả tuyển của than và thu hoạch của cấp tỷ trọng lân cận;

- Hiệu suất tuyển;

- Yêu cầu về chất lượng của sản phẩm;

- Giá bán sản phẩm;

- Giá thành tuyển 1 tấn than

Các thiết bị tuyển trọng lực phổ biến nhất để tuyển than cấp hạt mịn là: xyclon huyềnphù, xyclon nước, máng xoắn, máy lắng, bàn đãi và gần đây là thiết bị tuyển tầng sôi.Ngoài ra, để thu hồi than cấp hạt -0,5mm có thể sử dụng phương pháp tuyển nổi bằngthiết bị tuyển nổi cột

2.2 Tình hình tuyển than hạt mịn tại Việt Nam

Tài nguyên khoáng sản than tại Việt Nam chủ yếu tập trung tại vùng Quảng Ninh.Trong những năm gần đây sản lượng khai thác than vùng này đạt đến trên 35-40 triệutấn/năm trong khi tại các vùng than khác ngoài Quảng Ninh sản lượng chỉ đạt chưa đếnvài triệu tấn Chính vì vậy trong báo cáo này chỉ tập trung vào đối tượng than hạt mịnvùng Quảng Ninh

2.2.1 Đặc điểm tính chất than hạt mịn vùng Quảng Ninh

Đặc điểm tính chất than hạt mịn vùng Quảng Ninh đã được nghiên cứu tổng kết kháchi tiết trong các tài liệu và các số liệu ở đây được trích dẫn từ các tài liệu này

Bảng 1.1: Thành phần độ hạt than cấp hạt 0-6mm của các mỏ than khu vực Hòn Gai

Độtro,

Thuhoạch,

Độtro,

Thuhoạch,

Độtro,

Thuhoạch, Độ tro,1-6 30,95 24,46 40,46 26,27 36,21 26,21 33,22 30,230,1-1 37,11 18,47 41,32 19,17 39,92 16,55 43,54 18,43-0,1 31,94 25,08 18,22 27,94 23,87 25,24 23,24 27,53

Bảng 1.2: Kết quả đánh giá tính khả tuyển than cấp hạt nhỏ và mịn vùng Hòn Gai

Mỏ than Cấp hạt,mm Chỉ tiêu T,% Tính khả tuyển

− Than cấp hạt mịn (cấp 0,1 - 1mm) của các mỏ than vùng Hòn Gai thuộc loại khótuyển.

Than vùng Cẩm Phả

Các mỏ than có sản lượng lớn khu vực Cẩm Phả là Cọc Sáu, Đèo Nai, Mông Dương,Thống Nhất, Cao Sơn, Khe Chàm và Dương Huy Thành phần độ hạt than nguyên khaicấp 0-6mm được trình bày tại bảng 1.3

− Than cấp hạt mịn của các mỏ than vùng Cẩm Phả thuộc loại trung bình tuyển đếnkhó tuyển

Bảng 1.3: Thành phần độ hạt than cấp 0-6mm của các mỏ than khu vực Cẩm Phả

2.2.2 Tình hình tuyển than cấp hạt mịn tại các nhà máy tuyển than Việt Nam

Loại than sản xuất hàng năm của tập đoàn Than & Khoáng sản chủ yếu là các loạithan cám cỡ hạt 0 – 15mm, than cục xô chiếm một tỷ lệ rất nhỏ (xem bảng 1.4) Sảnlượng than cám sản xuất năm 2010 của cả tập đoàn vào khoảng 38,7 triệu tấn, trong đólượng than cám xấu (từ cám 5 trở lên) chiếm xấp xỉ 30 triệu tấn Như vậy, lượng thancám chất lượng xấu chưa qua tuyển của toàn tập đoàn chiếm tỷ lệ rất cao, loại than này cógiá trị kinh tế thấp và rất khó tiêu thụ Các loại than cám đã qua tuyển là cám 1, cám 2 vàcám 3 ở Việt Nam chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ và chỉ có trong các nhà máy tuyển than.Tất cả than hạt mịn và nhỏ vùng Quảng Ninh đều không được tuyển tại mỏ mà đượctách ra đi tiêu thụ dạng cám hoặc chuyển đến nhà máy tuyển Hiện tại vùng than Quảng

Ninh có các nhà máy tuyển: các nhà máy tuyển than Cửa Ông, nhà máy tuyển than HònGai (Nam Cầu Trắng) và nhà máy tuyển than Vàng Danh.

Bảng 1.4: Sản lượng than nguyên khai và các loại than cám của toàn tập đoàn năm

2010

Loại than cám Độ tro

trungbình, %

Khối lượng, tấnTuyển than

Cửa Ông

Tuyển thanHòn Gai

Tuyển thanVàng Danh

Tổng tậpđoàn TKV

than sạch của máy lắng cấp hạt (1-35) mm hoặc (1 - 50) mm được tuyển nâng cao chấtlượng bằng máy tuyển xyclon huyền phù Cấp hạt - 1 mm được phân loại thành sản phẩmthan bùn (-0,1mm) và than cám mịn (0,1 - 1mm) bằng xyclon Ngoài ra, than cám mịnđược tuyển nâng cao chất lượng bằng các thiết bị máng xoắn.

Xưởng tuyển than Cửa Ông I với dây chuyền công nghệ tách cám khô và tuyển thancục bằng máng rửa Dây chuyền xử lý bùn nước chủ yếu được thực hiện thông qua thiết

bị là các hố gầu, hố cạn và bể cô đặc cào tròn nên hiệu quả thu hồi than cám mịn đạt đượcrất thấp Xưởng tuyển than Cửa Ông III với dây chuyền công nghệ rất đơn giản chỉ táchcám khô không có các thiết bị tuyển nâng cấp chất lượng

Đối với cấp hạt than mịn cấp 0,1-1mm thì cả tại cả hai nhà máy tuyển than Cửa Ông II

và Nam Cầu Trắng đều lắp đặt máng xoắn để tuyển nâng cao chất lượng Trong thời gianđầu quá trình tuyển than mịn 0,1-1mm trên máng xoắn đạt độ tro than sạch 13-17% và độtro đá thải 55-65% Tuy nhiên thời gian gần đây hoạt động của máng xoắn không ổn định

và không có hiệu quả Lý do được xác định là do khâu bùn nước bị quá tải, các thiết bịxyclon phân cấp không hiệu quả dẫn đến cấp liệu máng xoắn không ổn định Kết quảkhảo sát hiệu quả làm việc của máng xoắn tại xưởng tuyển than Nam Cầu Trắng năm

2005, được cho ở bảng 1.5

\

Bảng 1.5: Kết quả tuyển than hạt mịn trên máng xoắn

từ 9% đến 13% Nhưng khi sử dụng xyclon thì chi phí tuyển cao hơn và mất mátmanhetit nhiều hơn do tuyển than hạt mịn và than vùng Vàng Danh có khối lượng riênglớn

2.2.3 Các nghiên cứu tuyển than hạt mịn tại Việt Nam

Các nghiên cứu tuyển than hạt mịn cấp 0,1-1mm vùng Hòn Gai - Cẩm Phả chủ yếutập trung vào nghiên cứu phương án thay thế hệ thống máng xoắn đang tồn tại bằng các

hệ thống xyclon nước

Bảng 1.6: Kết quả thử nghiệm bán công nghiệp tuyển thancấp hạt mịn bằng xyclon

nước

db,

mm

dc,mm

áp lực,atm

Năm 2004, tác giả Ninh Thị Mai đã tiến hành nghiên cứu tuyển than cấp 0 -3mm vùngCẩm Phả bằng bàn đãi Kết quả tuyển thu được rất khả quan nhưng do bàn đãi có năngsuất thấp nên không đáp ứng được yêu cầu thực tế tại các nhà máy tuyển than hiện nay Hiện nay, Công ty tuyển than Hòn Gai đã có hệ thống tuyển nổi cột để nâng cấp bùnthan mịn Tuy nhiên đối tượng chính của máy tuyển nổi cột là than cấp -0,1mm.

2.3 Các thiết bị tuyển than hạt mịn truyền thông và các kết quả đã đạt được

Phương pháp tuyển than cấp hạt mịn phổ biến nhất là phương pháp tuyển trọng lực,bằng các thiết bị tuyển: xyclon huyền phù, xyclon nước, máng xoắn, máy lắng, bàn đãi,thiết bị tuyển tầng sôi Ngoài ra, để thu hồi than cấp hạt -0,5mm có thể sử dụng phươngpháp tuyển nổi bằng thiết bị tuyển nổi cột

2.3.1 Xyclon huyền phù

Tuyển than hạt mịn bằng xyclon huyền phù ngày càng trở nên phổ biến hơn, bởicác nguyên nhân sau : tỷ trọng phân tuyển rõ ràng hơn so với các phương pháp tuyểnkhác và không chịu ảnh hưởng của thời tiết; khử pyrit và một số khoáng sản khác ở mứccao nhất; có nhiều công nghệ tiến bộ trong việc thu hồi huyền phù và điều khiển tự độngcác thiết bị

Việc sử dụng môi trường nặng để tuyển than cấp hạt mịn đã thành công từ trước.Ngày nay, công nghệ này đang được sử để tuyển than hạt mịn ở Nam Phi, Australia, Mỹ

Đa số, sử dụng xyclon nhỏ và áp lực cấp liệu cao để tuyển than cấp hạt mịn bằng xyclonhuyền phù

Khi tuyển than bằng xyclon huyền phù thì hiệu suất tuyển của cấp hạt mịn đạt đượckém hơn so với cấp hạt thô Tuy nhiên hiệu quả thu hồi này vẫn cao hơn so với một sốquá trình tuyển trong môi trường nước khác

Ưu điểm xyclon huyền phù: hiệu suất tuyển cao; sản phẩm than sạch có chất lượngcao; độ lệch đường cong phân phối nhỏ Nhưng nhược điểm là: do dung tích bé nên dễphản ứng với các biến động đầu vào; chi phí năng lượng cao; có giá thành tuyển cao hơn

do phải chi phí manhetit; khi tuyển than cấp hạt mịn thì việc thu hồi manhetit càng khó

khăn hơn Do đó, xyclon huyền phù chỉ áp dụng trong những trường hợp đơn lẻ đòi hỏithan chất lượng tốt và giá cao

2.3.2 Xyclon nước

Xyclon nước là loại xyclon được cải tiến về cấu trúc để tuyển than trong môi trườngnước, chính xác hơn là trong môi trường huyền phù tự sinh tạo nên bởi vật liệu mịn cótrong than cấp liệu Các nghiên cứu cho thấy có một miền bùn tỷ trọng cao tập trung tạiđỉnh côn của xyclon ngăn cản các hạt nhẹ đi qua Hiện tượng này được tăng cường khităng góc côn lên đến 900; ở góc côn này các hạt vật liệu nặng tuần hoàn tạo nên một miềnhuyền phù tự sinh phân tách vật liệu theo tỷ trọng Xyclon nước thường được áp dụng đốivới vật liệu cấp hạt 0,2 - 2,0 mm Các thiết bị này được sử dụng phổ biến trong nhữngnăm 60 - 70 thế kỷ trước

Xyclon nước có ưu điểm: năng suất cao; diện tích lắp đặt nhỏ; không có bộ phậnchuyển động; do tỷ trọng phân tuyển thấp nên độ tro than sạch có thể đạt khá thấp.Nhưng do mức độ hao mòn lớn; chi phí bảo dưỡng sửa chữa lớn; hơn nữa độ tro đá thảichưa đạt yêu cầu; chỉ có hiệu quả tuyển cao khi tuyển hai giai đoạn nên chúng dần bị thaythế bởi máng xoắn và gần đây là các thiết bị tuyển tầng sôi

2.3.3 Máng xoắn

Trong nhiều năm trước, thiết bị tuyển than cấp hạt mịn theo nguyên lý màng mỏngphổ biến nhất là máng xoắn Máng xoắn ngày nay là thiết bị tuyển than chi phí thấp vàđược sử dụng khá rộng rãi để tuyển than cấp hạt 0,2 - 2,0mm Thiết bị này trước kia đượcthiết kế để tuyển quặng sa khoáng biển nhưng sau đó được cải tiến để tuyển than hạt mịnvài chục năm gần đây Đầu tiên xuất hiện tại Australia nhưng sau đó thiết bị này được ápdụng phổ biến tại Nam Phi, Mỹ Tại Australia người ta ước lượng khoảng 8% khối lượngthan nguyên khai được tuyển trong máng xoắn

Máng xoắn để tuyển than có tỷ trọng phân tuyển nhỏ hơn so với máng xoắn để tuyểnquặng, để đáp ứng được yêu cầu phân chia chính xác giữa than và đá Dó đó máng xoắn

để tuyển than có một vài đặc điểm sau : Độ dốc thấp hơn để giảm tốc độ của bùn và làm

tăng thời gian vật liệu lưu lại trên máng xoắn; Đường kính ngoài lớn hơn và lưu lượngbùn vận chuyển lớn hơn.

Máng xoắn có sai số cơ giới vào khoảng 0,15 và tỷ trọng phân tuyển khoảng 1,8 Ưuđiểm của máng xoắn: sản phẩm than sạch không lẫn mùn; cấp liệu cho máng xoắn có thểthay đổi trong một giới hạn rộng, hàm lượng pha rắn trong cấp liệu 8,5% - 31,5%; tốc độcấp liệu 75 - 150l/ph; giá thành lắp đặt và tuyển thấp; dễ hoạt động và bảo dưỡng Nhưngchúng có: có tỷ trọng phân tuyển cao; dễ phản ứng với các biến động đầu vào (chất lượng

và hàm lượng phần rắn trong cấp liệu); tuyển than chỉ có hiệu quả với cấp hạt 0,2 - 1mm

và sử dụng hai giai đoạn tuyển (tuyển chính và tuyển vét)

2.3.4 Bàn đãi

Bàn đãi có thể thay thế được cho máng xoắn, nhưng nó có khả năng tuyển than ở cấphạt thô hơn, độ hạt đưa tuyển 0,075 - 9,5mm Nhưng để có hiệu quả tuyển cao thì cấp hạttrên nên chia thành hai hoặc ba cấp hạt hẹp rồi cấp liệu cho bàn đãi Thiết bị này phổ biếntrong thời kỳ đầu tuyển than và ngày nay vẫn được áp dụng trong một số xưởng tuyểnnhỏ

Ưu điểm của bàn đãi khi tuyển than cấp hạt mịn bao gồm: chi phí sản xuất thấp; có độmềm dẻo cao khi làm việc; tính chọn riêng cao; mức độ làm giàu cao; có thể nhìn thấytrực tiếp sự phân chia trên mặt bàn để đưa ra những điều chỉnh kịp thời; lượng nước yêucầu thấp, tỷ lệ rắn/lỏng trong cấp liệu vào khoảng 2,5 đến 1 Nhưng năng suất thấp lànhược điểm lớn của thiết bị này khiến cho chúng hầu như biến mất trong các xưởngtuyển hiện đại Nếu đảm bảo được vấn đề về năng suất thì phải cần rất nhiều thiết bị do

đó cần nhiều diện tích để đặt chúng Ngoài ra chúng chỉ có hiệu quả với từng cấp hạt hẹp;hiệu quả tuyển của máy phụ thuộc nhiều vào việc kiểm tra và điều chỉnh kịp thời cácthông số của máy

2.3.5 Máy lắng

Máy lắng tuyển than hạt mịn chính là máy lắng khí nén, nó được cải tiến từ các loạimáy lắng Batac và Tacub để tuyển hạt thô Tuy nhiên do những tiến bộ trong lĩnh vực tự

động hóa và kiểm soát quá trình công nghệ nên trong những máy tuyển này quá trìnhlắng các hạt mịn được kiểm soát và tối ưu hóa tối đa để nâng cao hiệu quả phân tách.Tiến bộ về công nghệ cho phép xác định nhanh chóng và áp dụng chu kỳ lắng tối ưuthích hợp với thành phần độ hạt cũng như thành phần tỷ trong của than hạt mịn đưatuyển Những máy lắng cải tiến này cho phép tuyển hiệu quả than cấp hạt 0,1-10mm.Máy lắng có chi phí tuyển và vận hành thấp Máy lắng rất có hiệu quả khi tách đất đá

ra khỏi than ở tỷ trọng phân tuyển cao nhưng sản phẩm than sạch có chất lượng thấp.Hơn nữa, chất lượng của than sạch cũng như tỷ trọng phân tuyển đều phụ thuộc vào từngcấp hạt hẹp đưa tuyển Nhất là đối với cấp hạt mịn (-6mm) tuyển bằng máy lắng có hiệuquả không cao

2.3.6 Thiết bị tuyển siêu trọng lực

Việc tăng cường quá trình phân tách theo tỷ trọng bằng cách chuyển từ trường trọnglực thông thường sang trường lực ly tâm cao hơn nhiều cũng được nghiên cứu nhiều đểcải thiện quá trình tuyển hạt mịn Mặc dù có nhiều kết quả triển vọng trong nghiên cứunhưng các thiết bị này ngày nay vẫn chưa được áp dụng trong thực tế Nổi bật trong cácthiết bị dạng này là thiết bi siêu trọng lực dạng Falcon, thiết bị này thường được dùng đểkhử lưu huỳnh dạng pyrit ra khỏi than là chính

2.3.7 Tuyển nổi cột

Tuyển nổi là phương pháp phổ biến để tuyển than hạt mịn cấp -0,5 mm từ những năm

1950 thế kỷ trước Do than có tính kỵ nước tự nhiên nên quá trình tuyển tách than khỏi đáthải diễn ra khá dễ dàng Nếu như trước kia quá trình tuyển than diễn ra trong các máytuyển than truyền thống dạng cơ giới tự hút hoặc cơ giới khí nén thì trong khoảng haichục năm gần đây tuyển than chủ yếu trong các máy tuyển nổi cột rất đa dạng về thiết kế.Ngày nay tuyển nổi cột được thừa nhận là thiết bị hiệu quả để tuyển than hạt mịn cấp-0,5mm và nhất là cấp -0,25mm Nếu như ở Bắc Mỹ thiết bị tuyển nổi cột chủ yếu làdạng CPT, Microcel thì ở Australia lại là máy Jameson, ở Trung Quốc, Nam Phi lại làmáy dạng Pneuflot

2.4 Thiết bị tuyển tầng sôi để tuyển than cấp hạt mịn

2.4.1 Nguyên lý tuyển tầng sôi

Về nguyên lý, thiết bị này gần giống như các thiết bị phân cấp dòng nước ngược đãđược áp dụng rất lâu để phân cấp các hạt khoáng mịn mà cụ thể là các máy phân cấp thủylực Theo nguyên lý phân cấp dòng nước ngược thì các hạt vật liệu được đưa vào thiết bịdạng cột thẳng đứng trong đó có dòng nước chảy ngược lên với tốc độ xác định Các hạtthô có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ dòng nước ngược sẽ lắng xuống đáy thiết bị và tháo tải rangoài, còn các hạt mịn có tốc độ rơi nhỏ hơn tốc độ dòng nước ngược sẽ bị cuốn theodòng nước chảy tràn trên miệng thiết bị Các thiết bị này hoạt động trong điều kiện rơi tự

do và phân tách theo độ hạt Đã từ lâu người ta cũng biết rằng, trong những thiết bị phâncấp dạng này, nếu nồng độ các hạt rắn lớn thì các hạt khoáng sẽ phân tách theo cả tỷtrọng Điều kiện phân cấp rơi vướng mắc nêu trên có thể được tạo ra bằng cách tháo tảicác hạt lắng đọng một cách hạn chế để tạo ra bùn đặc trong thiết bị Nói một cách khác,các hạt rắn tích tụ dưới đáy thiết bị phân cấp tạo nên một lớp vật liệu có vai trò như mộtlớp huyền phù tự sinh, ngăn cản các hạt khoáng nhẹ hơn đi qua nó Các thiết bị tuyểndạng phân cấp rơi vướng mắc như trên được áp dụng nhiều để tuyển các loại quặng sakhoáng

Gần đây người ta nhận thấy rằng lớp vật liệu hạt rắn tạo môi trường phân tách nhưtrên có thể tạo ra bằng cách duy trì vật liệu dưới dạng tầng sôi Tầng sôi là trạng thái đặcbiệt của các hạt khoáng mịn trong môi trường khí hoặc lỏng, chúng có khả năng duy trìmật độ cao nhưng vẫn ở trạng thái lơ lửng, tách rời nhau Trạng thái tầng sôi được tạo rabằng cách cho chất lỏng (hoặc chất khí) sục qua lớp vật liệu đặt trên tấm lưới phân phối.Các thiết bị tuyển tầng sôi đã được áp dụng từ lâu trong công nghệ hóa học để duy trì tiếpxúc tối đa giữa các pha rắn và pha lỏng (cũng như giữa pha rắn và pha khí) tuy nhiên đểphân tách khoáng vật theo nguyên lý tuyển trọng lực thì mới chỉ được phát hiện và ápdụng trong những năm gần đây

Thiết bị tuyển tầng sôi (hindered settling bed seperator (HSBS)) còn gọi là thiết bịphân tách rơi vướng mắc là loại thiết bị trong đó các hạt cấp liệu rơi ngược với dòng

nước đều đặn đi lên từ đáy thiết bị Các hạt vật liệu được phân tách trong các thiết bị nàychủ yếu theo tỷ trọng và ở mức độ thấp hơn là theo độ hạt

HSBS là thiết bị tuyển than cấp hạt mịn dựa trên sự khác nhau về tỷ trọng (hình 1.1)

Nó có khả năng xử lý vật liệu cỡ hạt 0.25 - 2mm với tỷ trọng phân tuyển thấp hơn so vớicác máy tuyển than cấp hạt mịn khác đang sử dụng Các hạt khoáng trong cấp liệu đượccấp vào máy sẽ va chạm tự do hoặc vướng mắc tuỳ thuộc vào nồng độ của các hạt trongmáy tuyển Các hạt trong quá trình rơi sẽ tạo thành lớp tầng sôi nằm phía trên điểm cấpnước tạo tầng sôi, sau đó các hạt này được phân tầng dựa trên tốc độ rơi vướng mắc củatừng hạt

Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ tuyển than cấp hạt mịn hiện đại với máy HSBS

HSBS đã được sử dụng làm thiết bị phân cấp trong công nghiệp khoáng sản từ nửa thế

kỉ trước Trong thiết bị này, nếu các hạt nhỏ có tốc độ rơi thấp hơn tốc độ dòng nước tạotầng sôi thì chúng sẽ đi vào vùng phía trên của lớp tầng sôi, còn các hạt thô có tốc độ rơicao hơn sẽ đi xuống phía dưới của vùng tầng sôi Tuy nhiên, nếu trong cấp liệu kíchthước hạt nằm trong một giới hạn nào đó thì sự phân chia được thực hiện chủ yếu bởi sựkhác nhau về khối lượng riêng của hạt Các hạt mịn có khối lượng riêng thấp đi vào mánghứng sản phẩm tràn, trong khi đó các hạt thô có tỷ trọng cao đi vào sản phẩm cặn qua cửatháo đá và đi ra ngoài

HSBS có các ưu điểm nổi bật như: diện tích chiếm chỗ nhỏ, dễ điều chỉnh tỷ trọngphân tuyển, làm việc ổn định, có thể thay đổi năng suất trong phạm vi rất rộng và hiệusuất tuyển cao HSBS có thể ứng dụng để: tuyển than (Reed, 1995; Honaker, 2000) tuyểnkhoáng sản cát (Mankosa, 1995) và tái chế dây dẫn điện (Mankosa và Carve, 1995).HSBS cũng có thể được sử dụng cho nhiều ngành công nghiệp khác như: làm giàu quặngsắt, thiếc, chì, kẽm v.v

2.4.2 Các thiết bị tuyển tầng sôi để tuyển than cấp hạt mịn

2.4.2.1 Máy tuyển tầng sôi cấp liệu giữa (TeeterBed Separators (TBS))

Sơ đồ nguyên lý của máy TBS được cho

ở hình 1.2 Thiết bị này sử dụng ống cấp liệu theo hướng tiếp tuyến vào tâm, để giảm tối

đa sự rối loạn do dòng nước tạo tầng sôi theo

phương thẳng đứng và cấp liệu đồng đều vào

thiết bị Quá trình phân chia của các hạt là do

sự rơi vướng mắc của chúng trong dòng nước đi lên Khi tốc độ rơi vướng mắc của các hạtbằng tốc độ của dòng nước đi lên thì lớp tầng sôi được tạo thành ở phía trên của ống phunnước đi lên, ngoài ra lớp tầng sôi này còn được giữ ở mật độ ổn định để ngăn các hạt có tỷtrọng thấp hơn đi vào nó Vùng gần ống cấp liệu kiềm chế lượng vật liệu vào máy và bắtđầu xảy ra sự phân chia do các hạt nhận được gia tốc khác nhau, còn lớp tầng sôi ở phíadưới ống cấp liệu được duy trì bởi khối lượng riêng và độ nhớt của bùn quặng

Vật liệu đầu đi vào lớp tầng sôi được phân chia theo tốc độ rơi vướng mắc của hạt.Các hạt mịn hoặc có tỷ trọng thấp sẽ đi vào phía trên của lớp tầng sôi, còn các hạt thô và

có tỷ trọng cao đi xuống phía dưới lớp tầng sôi Dòng nước tạo tầng sôi có thể được phun

ra bằng cách sử dụng tấm phân phối hoặc nhiều ống nhỏ Đại diện tiêu biểu của các loạithiết bị này là: TBS, CDS và Hydrosizers Các hạt rơi xuyên qua lớp tầng sôi đi vào hìnhcôn khử nước rồi được tháo qua van điều khiển đi vào sản phẩm nặng Van này hoạt độngthông qua bộ đo sự dao động tỷ trọng của lớp tầng sôi Kết quả tuyển than hạt mịn bằngthiết bị TBS tại Nam Phi được cho ở bảng 1.7

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị TBS

Bảng 1.7: Kết quả tuyển than cấp hạt 0,5 – 3mm bằng thiết bị TBS

Các chỉ tiêu công nghệ Giá trị

Độ lệch đường cong phân phối, EP 0,1043

2.4.2.2 Máy tuyển tầng sôi cấp liệu theo phương ngang (CrossFlow)

Máy HSBS cấp liệu theo phương ngang cũng là một thiết bị làm việc theo nguyên lýrơi vướng mắc Dòng nước ngược trong máy phân cấp được sử dụng để tạo ra lớp tầngsôi lỏng - rắn, sơ đồ nguyên lý của máy được cho ở hình 1.3 Có thể điều khiển được tốc

độ tháo sản phẩm nặng và lớp tầng sôi được tạo thành bởi các hạt rắn rơi ngược hướngvới dòng nước đi lên, dòng nước này được cấp đều đặn ngang qua toàn bộ tiết diện củamáy Cấp liệu được đưa vào theo phương ngang và tiếp tuyến với dòng chảy, điểm cấpliệu phía trên cùng của máy Để giảm tốc độ cấp liệu thì dòng cấp liệu trước khi đi vàobuồng phân chia phải đi qua koang cấp liệu Dòng cấp liệu khi đó sẽ chảy tràn ra trêntoàn bộ bề mặt phía trên của thiết bị sau đó chúng sẽ đi vào vùng phân chia Các hạt rắnnặng và thô lắng xuống dưới đáy, trong khi đó các hạt nhẹ và mịn được đưa ra ngoài bởidòng nước theo phương ngang đó là dòng sản phẩm tràn

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý của máy CrossFlow

Phương pháp này cho phép lượng nước theo cấp liệu dịch chuyển theo phương ngangtrên bề mặt của thiết bị và đi vào máng hứng sản phẩm tràn nên làm giảm đáng kể sự rốiloạn của dòng nước tạo tầng sôi theo phương thẳng đứng ở trong buồng phân chia Dòngnước tạo tầng sôi được bơm vào thông qua một bộ các ống phun nước

Nhiều báo cáo trên thế giới cho rằng máy CrossFlow cho hiệu suất phân cấp cao hơn

và tỷ trọng phân tuyển thấp hơn so với thiết bị có sử dụng hệ thống cấp liệu ly tâm hướngvào tâm thông thường Sự khác nhau về hiệu suất phân chia này có thể là do loại bỏ được

sự rối loạn của dòng nước cấp liệu nên làm giảm được tốc độ của dòng nước đi lên trongthiết bị tầng sôi theo phương ngang, giả thuyết này cần được xác nhận tính xác thực của

nó Kết quả tuyển than cấp hạt mịn trên máy tuyển Cross flow tại Mỹ được cho ở bảng1.8

Bảng 1.8: Kết quả tuyển than hạt mịn trên thiết bị CrossFlow

TT Độ tro trong các sản phẩm, % Thu hoạch

than sạch, %

Thực thuphần cháy, %Than đầu Than sạch Đá thải

2.4.2.3 Tuyển nổi – tầng sôi (Hydro-float)

Cần lưu ý rằng, hiệu suất phân tuyển theo tỉ trọng của máy HSBS chỉ phù hợp với cấpliệu có cỡ hạt nằm trong một giới hạn hẹp, hơn nữa tốc độ dòng nước đi lên thường thấpnên các máy này khi tuyển vật liệu đầu có độ hạt nằm trong giới hạn quá rộng, thường có

sự lẫn lộn của các hạt thô có tỉ trọng thấp vào phần có tỉ trọng lớn Điều này dẫn đến sựtích tụ các hạt thô có tỉ trọng trung bình ở phía trên của lớp tầng sôi; những hạt này quánhẹ không thể đi qua lớp tầng sôi và quá nặng không thể nâng lên để vào sản phẩm tràn.Tăng tốc độ dòng nước đi lên được xem là giải pháp để chuyển các hạt thô có tỉ trọngthấp vào sản phẩm tràn, song việc tăng tốc độ dòng nước đi lên cũng làm trôi hết các hạtmịn có tỉ trọng lớn vào máng tràn và sự lẫn lộn này sẽ làm giảm hiệu quả tuyển chungcủa máy [2],[3]

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý của máy HydroFloat

Một giải pháp là đưa bóng khí vào thùng máy để hỗ trợ sự dịch chuyển của các hạt thô

có tỉ trọng trung bình với điều kiện là các hạt có tỉ trọng thấp phải có tính kị nước tựnhiên hoặc nó được làm kị nước bề mặt bằng cách phủ lớp thuốc tập hợp Ý tưởng làmcác hạt than bám vào bóng khí là dựa vào quá trình tuyển nổi cột than hạt mịn Một thiết

bị mới là máy Hydro - Float để tuyển than được đề xuất dựa trên nguyên lý tuyển nổi này[1], [3]

Máy Hydro - Float gồm một thùng hình chữ nhật được chia thành các buồng phânchia nhỏ ở phía trên, phía dưới là côn khử nước (xem hình 1.4)

Thiết bị này hoạt động tương tự như các máy HSBS truyền thống, trong đó cấp liệurơi ngược với dòng nước đi lên, song lớp tầng sôi phải được thông khí liên tục bằng khínén được phun lên từ hệ thống ống phun, tạo nên một lượng nhỏ các bóng khí trong lớptầng sôi Các bóng khí này sẽ bám dính vào các hạt kị nước (bao gồm các hạt có tính kịnước tự nhiên hoặc nó được làm kị nước bề mặt bằng thuốc tập hợp) chứa trong lớp tầngsôi tạo thành tập hợp hạt - bóng khí có tỉ trọng thấp

Các tổ hợp hạt - bóng khí có tỉ trọng nhẹ được nâng lên phía trên lớp tầng sôi rồi trànvào phần trên của buồng phân ly Thường thiết bị Hydro- Float sử dụng kết hợp tuyển nổi

và tầng sôi trong cùng một thùng máy nên các hạt than lớn được thu hồi nhiều hơn Kếtquả tuyển than tại Australia bằng thiết bị HydroFloat được cho ở bảng 1.9

Bảng 1.9: Kết quả tuyển than hạt mịn bằng thiết bị HydroFloat [4]

Thu hoạch than sạch, %

Thành phần

độ hạt, mm

Độ tro thansạch, %

Theo cấp hạt Theo lũy tích

bị này quá trình phân tách được diễn ra theo cơ chế kết hợp tầng sôi và máy lắng Mặc dù

cơ chế hoạt động chưa được sáng tỏ

nhưng những số liệu thử nghiệm ban đầu cho thấy đây là thiết bị tuyển trọng lực cóhiệu quả cao

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý máy lắng cột

Kết quả tuyển than hạt mịn bằng máy lắng cột được cho ở bảng 1.10

Bảng 1.10: Kết quả tuyển than hạt mịn bằng máy lắng cột

TT Độ tro trong các sản phẩm, % Thực thu,

εTS, %

Hiệu suấttuyển, %Than sạch Đá thải Than đầu

CHƯƠNG 3:

MẪU NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

3.1.Mẫu nghiên cứu

Hai mẫu nghiên cứu là các mẫu than cám cấp -6mm lấy tại các mỏ than Cọc Sáu và VàngDanh tháng 11 năm 2015 với khối lượng 500 kg một mẫu Hai mẫu than trên được giacông trộn đều, phân tích thành phần độ hạt và sau đó sàng thành các cấp hạt -0,5; +0,5-1,6; +1,6-3 và +3-6mm để làm thí nghiệm tuyển trên thiết bị tuyển nổi trọng lực Đã tiếnhành phân tích chìm nổi xác định thành phần tỷ trọng than của các cấp hạt trên Thànhphần độ hạt của hai mẫu than được trình bày tại bàng 3.1 còn thành phần tỷ trọng các cấphạt than được trình bày tại các bảng 3.3 và 3.4

Bảng 3.1 Thành phần độ hạt mẫu nghiên cứu

Thu hoạch,% Độ tro, % Thu hoạch,% Độ tro, %

3.2 Kết quả phân tích chìm nổi các cấp hạt hai mẫu than

3.2.1 Mẫu than Cọc Sáu

Bảng 3.2.1.1: Kết quả phân tích chìm nổi cấp hạt 3-6 mm mẫu Cọc Sáu

-1,4 62,18 3,53 219,5 62,18 219,5 3,53 100 3132,43 31,321,4 - 1,5 1,68 15,97 26,83 63,86 246,33 3,86 37,82 2912,93 77,021,5 - 1,6 1,85 27,51 50,89 65,71 297,22 4,52 36,14 2886,1 79,861,6 - 1,7 1,24 40,7 50,47 66,95 347,69 5,19 34,29 2835,21 82,681,7 - 1,8 1,08 49,48 53,44 68,03 401,13 5,9 33,05 2784,74 84,261,8 - 1,9 1,29 59,82 77,17 69,32 478,3 6,9 31,97 2731,3 85,43+1,9 30,68 86,51 2654,13 100 3132,43 31,32 30,68 2654,13 86,51Tổng 100 31,32 3132,43