Nghiên cứu tuyển quặng apatit loại II vùng Mỏ Cóc mẫu MCQII2 bằng sơ đồ kết hợp tuyển nổi trọng lực và tuyển nổi thông thường độ hạt 0,5 mm

MỤC LỤC MỤC LỤC 1 MỞ ĐẦU 6 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 8 1.1. Tổng quan về apatit và apatit Lào cai 8 1.1.1.Khái niệm về apatit và phân loại 8 1.1.2.Trên thế giới 9 1.1.3.Ở Việt Nam 10 1.2.Tổng quan về tuyển quặng apatit loại II trên thế giới và ở Việt Nam 13 1.2.1Tình hình tuyển quặng loại II trên thế giới 13 1.2.2.Tình hình tuyển quặng II ở Việt Nam 22 1.3.Tổng quan về tuyển nổi trọng lực Hydrofloat 28 1.3.1.Nguyên lý tuyển nổi trọng lực 28 1.3.2.Thiết bị tuyển nổi trọng lực hydrofloat 29 CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP VÀ MẪU NGHIÊN CỨU 39 2.1 Mục đích nghiên cứu 39 2.2 Mẫu nghiên cứu 40 CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM TUYỂN NỔI 44 3.1. Mẫu thuốc tuyển 44 3.2. Thiết bị thí nghiệm 44 3.3. Cách thức tiến hành thí nghiệm điều kiện 45 3.3.1.Thí nghiệm xác định nồng độ bùn tối ưu 46 3.3.2.Thí nghiệm xác định ảnh hưởng chi phí C 49 3.3.3. Thí nghiệm xác định ảnh hưởng chi phí hồ tinh bột đến kết quả tuyển nổi. 52 3.3.4. Thí nghiệm xác định chi phí thuốc tập hợp 55 3.4. Sơ đồ tuyển nổi vòng hở với các khâu tuyển tinh 58 3.5. Sơ đồ vòng hở với khâu tuyển vét 61 3.6. Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi vòng kín 63 3.7. Kết luận 65 CHƯƠNG 4: THÍ NGHIỆM TUYỂN NỔI TRỌNG LỰC 66 4.1 Mẫu thuốc tuyển 66 4.2.Thiết bị thí nghiệm 66 4.3. Phương pháp thí nghiệm 69 4.4. Kết quả thí nghiệm tuyển nổi trọng lực. 70 4.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng nước tạo tầng sôi 70 4.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của chi phí xô đa 73 4.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của chi phí hồ tinh bột 74 4.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của chi phí thuốc tập hợp 76 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ TUYỂN QUẶNG APATIT LOẠI II MẪU MCQII2 KHI KẾT HỢP TUYỂN NỔI TRONG LỰC VÀ TUYỂN NỔI TRUYỀN THỐNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG THỰC TẾ 79 5.1. Kết quả tổng hợp 79 5.2. Khả năng ứng dụng thực tế của phương pháp kết hợp tuyển nổi trọng lực và tuyển nổi truyền thống. 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 8

1.1 Tổng quan về apatit và apatit Lào cai 8

1.1.1.Khái niệm về apatit và phân loại 8

1.1.2.Trên thế giới 9

1.1.3.Ở Việt Nam 10

1.2.Tổng quan về tuyển quặng apatit loại II trên thế giới và ở Việt Nam 13

1.2.1Tình hình tuyển quặng loại II trên thế giới 13

1.2.2.Tình hình tuyển quặng II ở Việt Nam 22

1.3.Tổng quan về tuyển nổi trọng lực Hydrofloat 28

1.3.1.Nguyên lý tuyển nổi trọng lực 28

1.3.2.Thiết bị tuyển nổi trọng lực hydrofloat 29

CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP VÀ MẪU NGHIÊN CỨU 39

2.1 Mục đích nghiên cứu 39

2.2 Mẫu nghiên cứu 40

CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM TUYỂN NỔI 44

3.1 Mẫu thuốc tuyển 44

3.2 Thiết bị thí nghiệm 44

3.3 Cách thức tiến hành thí nghiệm điều kiện 45

3.3.1.Thí nghiệm xác định nồng độ bùn tối ưu 46

3.3.2.Thí nghiệm xác định ảnh hưởng chi phí C 49

3.3.3 Thí nghiệm xác định ảnh hưởng chi phí hồ tinh bột đến kết quả tuyển nổi 52

3.3.4 Thí nghiệm xác định chi phí thuốc tập hợp 55

3.4 Sơ đồ tuyển nổi vòng hở với các khâu tuyển tinh 58

3.5 Sơ đồ vòng hở với khâu tuyển vét 61

3.6 Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi vòng kín 63

3.7 Kết luận 65

CHƯƠNG 4: THÍ NGHIỆM TUYỂN NỔI TRỌNG LỰC 66

4.1 Mẫu thuốc tuyển 66

4.2.Thiết bị thí nghiệm 66

4.3 Phương pháp thí nghiệm 69

4.4 Kết quả thí nghiệm tuyển nổi trọng lực 70

4.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng nước tạo tầng sôi 70

4.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của chi phí xô đa 73

4.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của chi phí hồ tinh bột 74

4.4.4 Khảo sát ảnh hưởng của chi phí thuốc tập hợp 76

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ TUYỂN QUẶNG APATIT LOẠI II MẪU MCQII-2 KHI KẾT HỢP TUYỂN NỔI TRONG LỰC VÀ TUYỂN NỔI TRUYỀN THỐNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG THỰC TẾ 79

5.1 Kết quả tổng hợp 79

5.2 Khả năng ứng dụng thực tế của phương pháp kết hợp tuyển nổi trọng lực và tuyển nổi truyền thống 80

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Trữ lượng dự trữ (khai thác) và trữ lượng tài nguyên của các nước

đứng đầu thế giới thời điểm 2010 9

Bảng 1.2 Sản lượng khai thác quặng apatit các nước trên thế giới 10

Bảng 1.3 Trữ lượng quặng apatit đã thăm dò và trữ lượng dự báo 11

Bảng 1.4.Thành phần hóa học trong quặng Apatit Lào Cai 12

Bảng 1.5 Tình hình khai thác quặng apatit ở nước ta 12

Bảng 1.6: Các chỉ tiêu tuyển quặng loại II theo sơ đồ tuyển kết hợp 27

Bảng1.7 Bảng thông số của thiết bị tuyển Hydrofloat 35

Bảng 2.1 Thành phần độ hạt mẫu nghiên cứu 43

Bảng 2.2 Thành phần hóa học của quặng nguyên khai 43

Bảng 2.3.Thành phần khoáng vật của quặng nguyên khai 43

Bảng 2.4 Kết quả phân tích rây mẫu quặng nghiên cứu 44

Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng nồng độ bùn 48

Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng chi phí C 51

Bảng 3.3: Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng chi phí hồ tinh bột 54

Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng chi phí thuốc tập hợp: 57

Bảng 3.5: Kết quả thí nghiệm tuyển nổi vòng hở với các khâu tuyển tinh 62

Bảng 3.6: Kết quả thí nghiệm sơ đồ tuyển nổi vòng hở với 03 khâu tuyển tinh và 01 khâu tuyển vét 64

Bảng 3.7: Kết quả thí nghiệm vòng kín 66

Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm tuyển với lưu lượng nước thay đổi 71

Bảng 4.2 Kết quả thí nghiệm tuyển với chi phí xô đa thay đổi 73

Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm tuyển với chi phí hồ tinh bột thay đổi 75

Bảng 4.4 Kết quả thí nghiệm tuyển với chi phí hồ tinh bột thay đổi 77

Bảng 5.1.Bảng kết quả sơ đồ kết hợp tuyển nổi trọng lực và tuyển nổi thôngthường 79

DANH MỤC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Sơ đồ tuyển huyền phù quặng Janatas (Karatau) 19

Hình 1.2: Sơ đồ tuyển hoá - tuyển nổi quặng Karatau 21

Hình 1.3: Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi mẫu quặng 201 24

Hình 1.4: Sơ đồ tuyển kết hợp trọng lực - tuyển nổi mẫu quặng 201 và 202 26

Hình 1.5: Sơ đồ tuyển kết hợp theo phương án 2 mẫu quặng 201 28

Hình 1.6: Sơ đồ kết hợp theo phương án 3 mẫu quặng 201 29

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy Hydrofloat 34

Hình 1.8 Quy mô thử nghiệm để dánh giá hoạt động của thiết bị Hydrofloat 36

Hình 1.9 Kết quả thử nghiệm thu hồi Photphat thô 37

Hình 1.10 Máy tuyển Hydrofloat quy mô bán công nghiệp 37

Hình 1.11 Thiết bị Hydrofloat trong sản xuất 38

Hình 1.13 Kali thô thu hồi từ vòng tuyển vét với kích thước cấp liệu vượt quá 3mm 39

Hình 2.1 Ảnh chụp mẫu quặng phóng to 160 lần 41

Hình 2.2 Sơ đồ gia công mẫu quặng nguyên khai 42

Hình 3.1 Máy tuyển nổi 45

Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi điều kiện 47

Hình 3.3: Ảnh hưởng nồng độ bùn đến kết quả tuyển nổi 49

Hình 3.4 Ảnh hưởng của chi phí NaOH đến kết quả tuyển nổi 52

Hình 3.5: Ảnh hưởng của chi phí hồ tinh bột đến kết quả tuyển nổi 55

Hình 3.6: Ảnh hưởng của chi phí thuốc tập hợp đến kết quả tuyển nổi 58

Hình 3.7: Sơ đồ tuyển nổi vòng hở một tuyển tinh 59

Hình 3.8: Sơ đồ tuyển nổi vòng hở hai tuyển tinh 60

Hình 3.9: Sơ đồ tuyển nổi vòng hở ba tuyển tinh 60

Thí nghiệm được tiến hành với điều kiện mà ta đã chọn ở tuyển điều kiện vòng hở: 61

Hình 3.10: Sơ đồ tuyển nổi vòng hở với 3 khâu tuyển tinh và 01 khâu tuyển vét .63

Hình 3.11: Sơ đồ thí nghiệm vòng kín với 03 khâu tuyển tinh và 01 khâu tuyển vét 65

Hình 4.2 Thiết bị tuyển nổi trọng lực tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Tuyển khoáng Đại học Mỏ Địa chất 69

Hình 4.3.Sơ đồ thí nghiệm 70

Hình 4.4 Đồ thị ảnh hưởng của lưu lượng nước đến kết quả tuyển 72

Hình 4.5 Đồ thị ảnh hưởng chi phí thuốc tập hợp 74

Hình 4.6 Đồ thị ảnh hưởng chi phí thuốc đè chìm 76

Hình 4.7 Đồ thị ảnh hưởng chi phí thuốc tập hợp 78

Hình 6 Sơ đồ kiến nghị tuyển quặng apatit loại II 83

MỞ ĐẦU

I Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài

Ngày nay, với sự phát triển của nền nông ngiệp nước nhà, nhu cầu phânbón trong nước ngày càng cao trong đó đặc biệt là các loại phân chứa gốcphosphat.Để đáp ứng nhu cầu, việc khai thác quặng apatit ngày càng được đẩymạnh Do nguồn cung cấp nguyên liệu chính cho các nhà máy tuyển hiện nay làquặng apatit loại III ngày càng cạt kiệt Trong khi quặng apatit loại II, có trữlượng lớn nhưng mới chỉ được khai thác một phần rất nhỏ làm phân lân nungchảy Vì vậy cần phải nghiên cứu công nghệ tuyển các loại quặng apatit loại II,

để thay thế dần cho quặng apatit loại III và đáp ứng được nhu cầu về nguyênliệu ngày càng tăng của các nhà máy sản xuất phân bón Hiện tại các nghiên cứu

về tuyển quặng apatit loại II đã được triển khai đến quy mô bán công nghiệp và

đã thu được một số kết quả khả quan, do đó để tận dụng tài nguyên, cần có kếhoạch nghiên cứu dần việc tuyển quặng apatit loại II để đưa vào sử dụng

1 Lý do lựa chọn đề tài

Quặng apatit loại II tại vùng Lào Cai có trữ lượng khá lớn xong chưa cóphương án tuyển hiệu quả, do đây là loại quặng xâm nhiễm thô, có độ cứng caonên nếu áp dụng phương pháp tuyển nổi thông thường như với quặng III thì khátốn chi phí đập nghiền, apatit – dolomit lại có tỉ trọng , tính chất lý hóa gần nhưnhau nên việc sử dụng các phuoeng pháp tuyển truyền thống gặp nhiều khó khăn

và không mang lại hiệu quả kinh tế

Đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu tuyển quặng apatit loại II vùng Mỏ Cóc mẫu MCQII-2 bằng sơ đồ kết hợp tuyển nổi trọng lực và tuyển nổi thông thường

độ hạt -0,5 mm”được đặt ra để giải quyết vấn đề tuyển quặng loại II có hiệu quả

nhằm đáp ứng nhu cầu của các nhà máy sản xuất phân bón và dần thay thế cho nguồn apatit loại III đang cạn và giảm được chi phí đập nghiền khá hiệu quả

2 Mục tiêu của đề tài

- Đánh giá khả năng kết hợp phương pháp tuyển nổi trọng lực và tuyển nổithông thường để tuyển có hiệu quả mẫu quặng II vùng Mỏ Cóc - Lào Cai

- Xác định các thông số và sơ đồ tuyển để từ quặng MCQII-2 thu được tinhquặng apatit có hàm lượng P2O5 ≥ 32%

- Trên cơ sở đó, đánh giá khả năng ứng dụng của thiết bị tuyển nổi trọnglực vào thực tế để cải thiện sơ đồ xử lý quặng apatit loại II và khả năng kết hợpphương pháp tuyển nổi trọng lực và tuyển nổi thông thường để tuyển hiệu quảquặng loại II tại Lào Cai

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

3.1 Cách tiếp cận

Trên cơ sở tài liệu tham khảo thí nghiệm tuyển nổi thông thường và tuyểnnổi trọng lực đối với apatit loại II tại Việt Nam và thế giới Sau đó tối ưu hóacác thông số điều kiện của quá trình

3.2 Phương pháp nghiên cứu

- Tổng hợp tài liệu về tuyển quặng apatit nói chung và quặng apatit –dolomit trên thế giới và Việt Nam

- Thí nghiệm trong phòng thí nghiệm: tuyển nổi thí nghiệm điều kiện,tuyển nổi vòng hở, tuyển nổi vòng kín, tuyển nổi trọng lực và đưa ra các thông

số tối ưu

- Đánh giá và đưa ra kết luận

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu tuyển mẫu quặng apatit loại II vùng Mỏ Cóc - Lào Cai mẫuMCQII-2 cấp hạt -0,5 mm

4.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu tuyển quặng MCQII-2 (apatit loại II vùng Mỏ Cóc – Lào Cai)bằng phương pháp kết hợp tuyển nổi trọng lực và tuyển nổi thông thường

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN1.1 Tổng quan về apatit và apatit Lào cai

1.1.1.Khái niệm về apatit và phân loại

Apatit là quặng chứa hợp chất của phospho, có công thức hoá học tổng quát là

Ca5(F,Cl) [PO4]3 Nó là nguyên liệu chính để sản xuất phospho và các hợp chấtcủa nó Phospho và các hợp chất chứa phospho được ứng dụng rộng rãi trongnền kinh tế quốc dân, ngành công nghiệp phân bón sử dụng khoảng 90% nhucầu về phospho, ở đây phospho được sử dụng dưới dạng các loại phân bón chứaphosphat (phân lân) như supe phosphat đơn và kép, amophos, nitrophos,phosphat kết tủa, các loại phân lân nung chảy Các ngành công nghiệp khác sửdụng 10% nhu cầu còn lại Phospho đỏ được sử dụng rộng rãi trong luyện kim

và công nghiệp sản xuất diêm, phosphatnatri trong công nghiệp sản xuất bột giặt

và chất tẩy rửa, phosphatcanxi trong công nghiệp sản xuất giấy, ferophosphotrong công nghiệp luyện kim, các este của axit phosphoric trong công nghiệpchất dẻo, thuốc trừ sâu và hoá dược, các hợp chất sunfua và clorua chứaphospho là những hoá chất quan trọng trong tổng hợp hữu cơ

Theo thành phần hoá học, khoáng vật, thạch học quặng apatit được phân chia rabốn dạng cơ bản:

- Quặng I: Là loại quặng apatit hầu như đơn khoáng thuộc phần không phonghoá của tầng KS5 hàm lượng P2O5 chiếm khoảng 28 – 40%

- Quặng II: Quặng apatit – carbonat thuộc phần chưa phong hoá của tầng quặngKS5 và hàm lượng P2O5 chiếm khoảng 18 – 25%

- Quặng III: Quặng apatit - thạch anh thuộc phần chưa phong hoá của tầng KS4

và các tầng trên quặng KS6 và KS7 hàm lượng P2O5 chiếm khoảng từ 12 – 20%,trung bình là 15%

- Quặng IV: Quặng apatit - thạch anh - mica thuộc phần chưa phong hoá củatầng dưới quặng KS4 và các tầng trên quặng KS6 và KS7 hàm lượng P2O5 là từ

8 -10%.Trữ lượng và tình hình khai thác quặng apatit

1.1.2.Trên thế giới

Theo thống kê, trữ lượng quặng apatit trên thế giới hiện vào khoảng 63,1 tỉ tấn

P2O5 Trong đó, quặng apatit – cacbonat là kiểu phosphorit trầm tích khá phổbiến trên thế giới là nguồn nguyên liêu phosphat khổng lồ cung cấp khoảng 80-90% sản lượng phosphat trên toàn thế giới trong 10 năm qua Những bể quặngapatit chủ yếu nằm ở Nga, Cộng hòa Nam Phi, Braxin, Phần Lan, Dimbabue,Canada; còn photphorit có ở nhiều nơi nhất là Châu Phi, Bắc Mỹ

Bảng 1.1 Trữ lượng dự trữ (khai thác) và trữ lượng tài nguyên của các nước đứng đầu thế giới thời điểm 2010.

Tên quốc gia Trữ lượng dự trữ (10 6 tấn) Tài nguyên (10 6 tấn)

Tên quốc gia Tổng Khối Lượng Thành Phần hữu hiệu P 2 O 5

1.1.3.Ở Việt Nam

Quặng apatit Lào Cai có nguồn gốc liên quan chặt chẽ đến phụ thành hệdolomit – lục nguyên được tạo thành trong điều kiện biển tiến với sự sụt lúnkiểu địa hào vào đầu giai đoạn hoạt động nền Rifei – Paleozoi và được trải quaquá trình biến chất khu vực yếu Từ Rifei muộn đáy bồn trầm tích được nâng lêncao, sau đó lại bị lún chìm với nhiều lần dao động hình thành hệ lục nguyên –cacbonat (Điệp Cam Đường) được chia ra 3 phụ thành hệ: phụ thành hệ lụcnguyên - cacbonat (tầng KS1 đến KS3) có bề dày 430m, phụ thành hệ dolomit -lục nguyên chứa photphat (tầng KS4 đến KS7) có bề dày 300m và phụ thành hệlục nguyên – cacbonat (tầng KS8) có bề dày 350m Phụ thành hệ dolomit – lụcnguyên chứa photphat đã bị biến chất được đặc trưng bởi các đá phiến giàudolomit, apatit, thạch anh, muscovit, fenspat

Bảng 1.3 Trữ lượng quặng apatit đã thăm dò và trữ lượng dự báo

(Tính đến ngày 31/12/2011)

Đơn vị: triệu tấnLoại

IV 22,290 116,640 138,930 151,780 290,710 1074,000 1364,710Tổng 103,08

5 295,093 398,178 337,818 735,996 1666,617 2402,613

Bảng 1.4.Thành phần hóa học trong quặng Apatit Lào Cai

Loại I Loại II Loại III(KS4) Loại IV(KS6,7)

Trong khi diện tích đất nông nghiệp nước ta ngày càng bị thu hẹp do quátrình đô thị hóa và chuyển đổi sang các ngành khác, đến năm 2025 giảm đi 10-15% đất nông nghiệp, mà nhu cầu lương thực ngày càng tăng Để đảm bảolương thực trong nước, chủ trương chính phủ là thâm canh nông nghiệp Do đó,nhu cầu phân bón ngày càng cao, đặc biệt là các loại phân có gốc phosphat Sảnlượng khai thác và chế biến quặng apatit ở nước ta sẽ tăng cao Theo dự báo, từnăm 2017 đến 2030 sản lượng các loại quặng khai thác cần phải đáp ứng nhưsau:

- Quặng loại I: 900 nghìn tấn/năm;

- Quặng loại II: 6.895 nghìn tấn/năm;

- Quặng loại III: 3.150 nghìn tấn/năm;

- Quặng loại IV: 10.945 nghìn tấn/năm

Quặng apatit loại II có trữ lượng tài nguyên lớn nhưng mới chỉ được sửdụng trực tiếp để sản xuất phân lân nung chảy nên sản lượng khai thác và sửdụng còn rất hạn chế, mặt khác quặng loại I và loại III ngày càng cạn kiệt dần.Giai đoạn sắp tới, quặng II không chỉ được sử dụng trực tiếp cho sản xuất phânlân nung chảy mà còn làm giàu quặng để cung cấp cho nhu cầu sản xuất phânbón, sản xuất thức ăn gia súc, sản xuất axit photphoric trích ly đáp ứng cho nhucầu hóa chất trong nước đang ngày càng tăng Do đó, việc nghiên cứu khai thác,chế biến và sử dụng quặng II ngay từ bây giờ là điều cần thiết.

1.2.Tổng quan về tuyển quặng apatit loại II trên thế giới và ở Việt Nam

1.2.1Tình hình tuyển quặng loại II trên thế giới

Quặng phosphat – carbonat là nguồn trữ lượng nguyên liệu phosphatkhổng lồ trên thế giới mà cho đến nay mới bắt đầu nghiên cứu sử dụng Một sốkhoáng sàng phosphat nguồn gốc trầm tích biển trên thế giới: Karatau (Liên Xô),Florida (Mỹ), Jamacotra (Ấn Độ), Khupsugun (Mông Cổ), Yunan (Trung Quốc)

…carbonat ở những khoáng sàng này chủ yếu là dolomit

Nghiên cứu sử dụng quặng phosphat – dolomit được tiến hành đồng thờitrên hai phương diện:

- Tuyển tách dolomit tối đa ra khỏi quặng và sau đó xử lý quặng tiếp tụcbằng axit để sản xuất phân bón

- Tìm kiếm phương hướng sử dụng trực tiếp những quặng giàu dolomitkhông qua tuyển hoặc chỉ tuyển sơ bộ

Quặng phosphat – dolomit đã được thử nghiệm với hầu hết các phươngpháp tuyển truyền thống như: Tuyển rửa, tuyển huyền phù, tuyển hoá, tuyển tĩnhđiện, kết bông chọn lọc, nung thiêu, tuyển nổi thuận, tuyển nổi ngược

- Nung thiêu là một trong những phương pháp truyền thống để tuyểnquặng phosphat – carbonat Nó được áp dụng rộng rãi để khử carbonat và các

hợp chất hữu cơ trong quặng ở các nước Bắc Phi, Trung Đông và Mỹ Bản chấtcủa phương pháp này là dùng nhiệt độ cao để làm bốc vật chất hữu cơ, phân huỷcarbonat và sau đó là dùng nước để hoá vôi và rửa các sản phẩm tạo thành khiphân huỷ carbonat.

Ở nhiệt độ 300oC vật chất hữu cơ bị cháy và bốc khỏi quặng, đến 6000Cthành phần carbonat có trong mạng tinh thể carbonat fluorapatit được tách ra,cấu trúc tinh thể co lại Dolomit bị phân huỷ ở 7500C và đến 9500C thì canxit bịphân huỷ Nung thiêu là phương pháp hữu hiệu để xử lý quặng phosphatcarbonat độ hạt thô (ở Bắc Phi), có hàm lượng vật chất than cao, có hàm lượngcarbonat phân tán trong các vi liên tinh với apatit cao

Nhược điểm của phương pháp này là chi phí năng lượng lớn, không loạiđược thạch anh và các silicat và trong nhiều trường hợp cụ thể không tách đượchoàn toàn CaO và MgO khi mà những hợp chất này kết hợp với thạch anh

- Tuyển nổi: Hàng năm bằng phương pháp tuyển nổi, thế giới đã tuyểnđược 60 -70 triệu tấn quặng phosphat Tuyển nổi là phương pháp tuyển rất cóhiệu quả trong việc tách apatit ra khỏi các khoáng vật khác Phương pháp tuyểnnổi đã được áp dụng ở quy mô công nghiệp để tách apatit và canxit ởJacupirauga (Braxin), Xiliniavi (Phần Lan), thậm chí để tách dolomit vàphosphorit ở Karatau (Liên Xô), Kondo (Mỹ) và Jamacotra (Ấn Độ) Phosphat

và đolomit có tính chất tuyển nổi rất giống nhau vì vậy trong quá trình tuyển nổinếu không áp dụng các thuốc tập hợp, đè chìm có độ chọn riêng cao cũng nhưcác sơ đồ tuyển phức tạp thì khó có thể tách chúng một cách hữu hiệu.Hiện naytrên thế giới trong công nghệ tuyển nổi người ta áp dụng phương pháp tuyển nổithuận và tuyển nổi ngược

- Tuyển nổi ngược là sơ đồ truyền thống để tuyển quặng phosphat –dolomit Bản chất của sơ đồ này là đè chìm các khoáng vật phosphat bằng axit

và tuyển nổi dolomit bằng các thuốc tập hợp dạng axit béo (CMK)

Được áp dụng lần đầu tiên tại nhà máy tuyển Karatau (Liên Xô), đó là sơ

đồ tuyển nổi ngược dùng axit phosphoric Phosphat bị đè chìm bởi axitphosphoric ở pH = 4,9 - 5 và đolomit được tuyển nổi bởi axit béo tổng hợp, từquặng đầu 22,5% P2O5 và 3,7% MgO qua các giai đoạn tuyển nổi nhận được tinhquặng 28,2% P2O5 và 1,5% MgO với mức thực thu P2O5 là 70% Sau đó cácchuyên gia Liên Xô đã áp dụng sơ đồ này tuyển hiệu quả các quặng Abutartun(Ai Cập), Lào Cai (Việt Nam), Khupsugun (Mông Cổ), gần đây nó được thửnghiệm Jamacotra (Ấn Độ) và Yunan (Trung Quốc) cho kết quả khả quan

Sơ đồ tuyển nổi khuấy tiếp xúc 2 giai đoạn: Đầu tiên quặng được khuấytiếp xúc với thuốc tuyển ở pH = 10, sau đó quặng lại được khuấy tiếp xúc tiếptục ở pH = 4 và tiến hành tuyển nổi dolomit Để tạo ra môi trường axit có thể ápdụng axit suphuric, axit clohydric, axit axetic (dấm) hoặc một số axit khác,phương án khuấy tiếp xúc hai giai đoạn áp dụng có hiệu quả để tuyển quặngphosphat – dolomit Florida (Mỹ)

Phương án tuyển dùng thuốc đè chìm là axit fluosilixic được thử nghiệmvới quy mô bán công nghiệp tại nhà máy tuyển Kondo (Mỹ) Quặng vào tuyểnnổi chứa 20,8 – 25,2% P2O5; 0,69 – 1,1% MgO và 20,5 – 26,8% SiO2 Ở giaituyển nổi carbonat, để đè chìm phosphat và silicat người ta dùng fluosilixic(H2SiF6) chí phí 0,41 – 1 kg/tấn, thuốc tập hợp dùng là axit béo chưng cất từ dầutalo ở dạng nhũ tương 5%, chi phí 0,56 – 0,63 kg/tấn Sản phẩm ngăn máy tuyểnnổi carbonat khuấy tiếp xúc với 0,18 – 0,27 kg/tấn este amin bậc nhất ở dạngaxetat để tuyển nổi cation silicat Sản phẩm ngăn máy tuyển nổi cation là tinhquặng phosphat chứa 25,5 – 31,6% P2O5; 0,59 – 0,84% MgO và 7,4 – 19,4

%SiO2

Phương pháp tuyển nổi quặng phosphat – carbonat có sử dụng axitcarbonic dạng khí, bùn quặng được làm bão hoà bởi axit carbonic dạng khí vàsau đó tuyển nổi carbonat bằng thuốc tập hợp dạng anion, lượng axit carboniccấp vào bùn quặng được xác định sao cho pH bùn quặng giảm xuống khoảng 4 –

6, phương án này áp dụng tuyển trong phòng thí nghiệm có hiệu quả quặngphosphat – dolomit Florida (Mỹ)

Phương án sử dụng thuốc đè chìm phosphat là axit hydroxyl etylendiphospho để tuyển quặng phosphat – carbonat Với quặng phosphat – dolomit ởKondo (Mỹ) từ quặng đầu 21% P2O5 và 3,2% MgO có thể nhận được tinh quặng32%P2O5, ít hơn 1% MgO, với thực thu P2O5 khoảng 80%

Phosphat có thể bị đè chìm khi khuấy tiếp xúc bùn quặng sunphat nhôm

và muối kali hoặc natri của axit nho, quặng Abutartur (Ai Cập) chứa 26,4% P2O5

và 3,51% MgO, có thể nhận được 32,10% P2O5 và 0,43% MgO với chế độ thuốctuyển: Sunphat nhôm 200 g/t, tatrat (muối axit nho) 400 g/t, axit oleic 1300 g/t,etanol 650 g/t và NaOH 500 g/t, pH = 7,8

Sơ đồ tuyển nổi quặng phosphat – carbonat có sử dụng thuốc tập hợplưỡng tính cataflot, với thuốc tập hợp này có thể thực hiện sơ đồ tuyển anion –cation chỉ dùng một thuốc tập hợp, với điều kiện thay đổi pH.Đầu tiên với pH tựnhiên ta tuyển carbonat, sau đó trong môi trường axit tạo bởi axit phosphoric tatuyển silicat Phương án này được áp dụng cho kết quả khả quan với quặngphosphat – carbonat ở Tuynizi, Maroc, Ai Cập, Pháp, Florida (Mỹ)

Cho đến nay, sơ đồ tuyển nổi ngược trong môi trường axit vẫn là phươnghướng chính để tuyển quặng phosphat - đolomit nguồn gốc trầm tích khó tuyển,

có thể dùng nhiều loại axit có hiệu quả nhưng hiệu quả nhất vẫn là axitphosphoric

- Tuyển nổi thuận: Người ta có thể tuyển nổi chọn riêng có hiệu quả apatit

và carbonat đối với những quặng có nguồn gốc macma Ở Braxin, từ quặng 5%

P2O5 khi đè chìm canxit bằng tinh bột và tuyển nổi apatit bằng dầu talo có thểnhận được tinh quặng 36 – 38% với mức thực thu P2O5 là 80% Ở Phần Lan, từquặng 4% P2O5 khi áp dụng thuốc tuyển mới dạng dẫn xuất lưỡng tính từ sarcozinnhận được tinh quặng 36 – 37% với mức thực thu P2O5 là 85%

Tuyển nổi tách apatit và carbonat trong môi trường kiềm là một việc phứctạp, cho đến nay vấn đề đã trở nên ít khó khăn hơn Carbonat có thể bị đè chìmbởi thuỷ tinh lỏng, các polime nguồn gốc hữu cơ như tinh bột, dectrin, licnhin…Nhất là hỗn hợp của những thuốc đè chìm trên.Với những chế độ thuốc đè chìm

và thuốc tập hợp dạng axit béo, trong nhiều trường hợp có thể người ta đã đạtđược những kết quả khả quan

Những năm gần đây đã xuất hiện một loại thuốc tập hợp có độ chọn riêngcao đối với sơ đồ tuyển nổi thuận Thuốc tập hợp lưỡng tính dạng N – axit hoáaxit amin OS – 100 ( Thuỵ Điển), dẫn xuất của sarcozin (Phần Lan), DAK (LiênXô)… Đây là những thuốc tập hợp chọn riêng cao đối với apatit, cho nhiều chỉtiêu công nghệ tốt và có khả năng làm việc trong các chế độ nước tuần hoànphức tạp

Những thử nghiệm với thuốc tập hợp Flotol 7,9 (dẫn xuất alkyl của axitphosphoric) ở Liên Xô với quặng mỏ Cordor thành phần vật chất phức tạp chonhững kết quả lý tưởng

Sơ đồ tuyển nổi thuận thường được áp dụng đối với quặng apatit –carbonat nguồn gốc macma.Đối với quặng phosphat – carbonat nguồn gốc trầmtích, các sơ đồ này thường kém hiệu quả và ít được áp dụng hơn.Tuy nhiên, đốivới quặng trầm tích đã bị biến chất, khi mà chất phosphat đã ở dạng apatit người

ta vẫn có thể thử nghiệm với các sơ đồ tuyển nổi thuận tương tự

Đối với quặng phosphat – dolomit nguồn gốc trầm tích để tuyển nổi chọnriêng chúng bằng sơ đồ tuyển nổi thuận thì thông thường đó là những chế độthuốc tuyển phức tạp với hỗn hợp các thuốc tập hợp, hỗn hợp các thuốc đè chìm.Nghiên cứu tuyển nổi thuận quặng phosphat – dolomit Karatau với thuốc đèchìm là hồ tinh bột, thuốc tập hợp là hỗn hợp của 3 loại thuốc, từ quặng 23,5%

P2O5; 2 – 2,4% MgO nhận được tinh quặng 28,5% P2O5; 1,8% MgO với mứcthực thu 76% P2O5

- Tuyển huyền phù là một trong những phương pháp phổ biến và quen biếtnhất để tuyển than và nhiều loại khoáng sản khác Tuy nhiên, đối với quặngphosphat phương pháp này mới được thử nghiệm , người ta phát hiện ra rằngtrong thành phần của nhiều quặng phosphat – carbonat và phosphat - carbonatthạch anh có nhiều thành phần thạch học khác nhau với hàm lượng P2O5 và MgOkhác nhau, các thành phần thạch học này có thể tách ra khỏi nhau ở cấp hạt thôhơn nhiều so với cấp hạt giải phóng các khoáng vật

Những nghiên cứu đầu tiên về đặc tính trọng lực và tính khả tuyển bằnghuyền phù đã được nghiên cứu cho các quặng phosphat – dolomit Florida (Mỹ)

và Karatau (Liên Xô) Kết quả cho thấy rằng phương pháp tuyển huyền phù rất

có triển vọng đối với quặng khó tuyển Karatau, tuỳ theo mục đích mà người talấy tỷ trọng phân tách là 2,9 g/cm3 (để tách thạch anh và một phần carboant)hoặc 3,0 g/cm3 (để tách phần nặng là tinh quặng phosphat)

Đối với quặng Karatau, tuyển huyền phù thực hiện các chức năng sau:

- Tách đá vây quanh làm nghèo quặng

- Tách quặng ra các thành phần làm nguyên liệu cho lò điện và nguyên liệu

xử lý axit

- Tuyển quặng sơ bộ trước khi tuyển nổi hoặc nung thiêu

- Xem hình 1.1

NghiÒn Nguyªn liÖu cho lß ®iÖn

Hình 1.1: Sơ đồ tuyển huyền phù quặng Janatas (Karatau)

- Các phương pháp tuyển hoá: Các nhà khoa học Mỹ công bố rằng khi sụckhí SO2 vào bùn quặng có thể làm giảm đáng kể thành phần MgO của tinh quặngtuyển nổi từ quặng phosphat – carbonat Trong quá trình sục khí này, một sốmuối mangan, sắt, đồng, có trong quặng phosphat làm chất xúc tác quá trình oxihoá SO2 pha lỏng thành axit suphuric và axit này phân huỷ carbonat canxi vàmanhe thành sunphat Nhiều nghiên cứu khác tập trung vào quá trình ngâm chiết

các quặng phosphat nghèo, kết hợp quá trình sản xuất phân bón phức hợp.Quátrình ngâm chiết trong axit này thường có rượu hoặc axeton trong bùn quặng.

Mô tả quá trình xử lý quặng phosphat nghèo ở Úc: Quặng được xử lý bởihỗn hợp nước, axeton, SO2 và sau đó tách quặng không tan Dung dịch được đunnóng, kết tủa dicanxi phosphat và sunphat canxi, axeton và một phần SO2 đượcthu hồi và quay vào quá trình công nghệ

Một sơ đồ xử lý độc đáo quặng phosphat – dolomit là sơ đồ tuyển hoá tuyển nổi quặng Karatau của Liên Xô: Quặng được nghiền mịn và sau đó đưavào quá trình phân huỷ carbonat trong dung dịch đặc biệt, manhe chuyển vàodung dịch dạng hỗn hợp MgSO4 + Mg(H2PO4)2, còn CaO kết tủa thành thạch caoCaSO4 Mức độ thu hồi MgO khoảng 60 -70% Vì trong dung dịch cóMg(H2PO4)2 nên phosphat không đi và dung dịch được, phần rắn gồm có thạchcao, phosphat và thạch anh Pha lỏng được đi sản xuất manhe phosphat anmoni

-30 – 35% P2O5, 17 – 20% Mg và 7 – 8% N, sản phẩm cát của bể cô đặc đượcphân theo cấp -0,074 mm Nước tràn bể cô đặc cùng với đuôi tuyển nổi đi xử lýaxit (H2SO4), cát của máy phân cấp đưa đi tuyển nổi Tuyển nổi đựơc tiến hành ở

pH = 6 – 8,5 với thuốc tập hợp cation, sản phẩm bọt thu hồi tới 90% thạch cao

và 60% cặn không tan, sản phẩm ngăn máy được đưa đi cô đặc, lọc, sấy và sảnxuất axit phosphoric trích ly (xem hình 1.2)

Các nhà khoa học Mỹ đưa ra một số đề án thay đổi bề mặt khoáng vật đưavào tuyển, bề mặt của các khoáng vật phosphat được phủ một màng mỏngsunphit, sau đó phosphat sẽ có khả năng được tuyển nổi bằng các thuốc tập hợpđối với quặng sunphit Trong quá trình tuyển nổi phosphat đi vào sản phẩm bọt,carbonat và silicat còn lại trong sản phẩm ngăn máy

Manhe phosphat ammoni

Sấy

Quặng đầu -15mm

Xử lý H2SO4

Lọc

Tinh quặng để trích ly axit phosphoric

Bã thải

Hỡnh 1.2: Sơ đồ tuyển hoỏ - tuyển nổi quặng Karatau

Như vậy việc phõn tỏch quặng phosphat – carbonat – silicat chỉ cần tiếnhành trong một cụng đoạn tuyển nổi Từ quặng phosphat – carbonat trungFlorida chứa 9,5% P2O5; 1,47%MgO sau chế độ tuyển như trờn nhận được tinhquặng 29% P2O5; 0,85% MgO và 12,4% SiO2, thực thu P2O5 là 82,4%

Một đề án khác của các nhà khoa học Anh là khi trong bùn quặng cóthuốc tuyển ta thêm vào manhetit nghiền mịn, những hạt manhetit này sẽ bámmột cách chọn lọc lên chỉ một khoảng vật Sau đó quá trình tuyển được tiến hànhtrong các máy tuyển từ cường độ cao.Quặng đưa vào tuyển là đá vôi chứaphosphat 8% P2O5, khoáng vật chính là canxi Quặng được nghiền, khử slam vàcấp 0,01 – 0,25 mm đi tuyển Tinh quặng manhetit đựơc nghiền tới cấp hạt -0,03mm và 24 giờ trước khi sử dụng thì trộn theo tỷ lệ nhất định với chất hoạttính bề mặt Khuấy tiếp xúc bùn đặc, hỗn hợp manhetit với chất hoạt tính bề mặt

ở pH = 11 trong vòng 10 phút Sau đó trong trường điện từ yếu người ta loại đimanhetit thừa không bám vào các hạt khoáng.Ở máy tuyển từ cường độ caongười ta tách sản phẩm từ chủ yếu là canxit và sản phẩm không từ là tinh quặngphosphat Sau quá trình tuyển như vậy ta nhận được tinh quặng 25 – 26% P2O5với mức thực thu 80% P2O5 Chi phí manhetit 25 – 50 kg/tấn, chi phí hoạt tính bềmặt 1,1 – 2,8 kg/tấn

1.2.2.Tình hình tuyển quặng II ở Việt Nam

Quặng loại II hiện được sử dụng với quy mô nhỏ, làm nguyên liệu cho một số nhà máy phân lân nung chảy, lớn nhất là nhà máy phân lân Văn Điển Quặng cục loại II yêu cầu để sản xuất phân lân nung chảy có hàm lượng P2O5 22 - 24%,

độ ẩm < 4%, độ hạt 50 – 200 mm Các dạng sử dụng khác: Sản xuất phospho vàng, axit phosphoric trích ly mới ở quy mô bán công nghiệp

Quặng II hiện chủ yếu được tuyển trong phòng thí nghiệm bằng các phương pháp:

- Tuyển theo phương pháp tuyển nổi

Quặng apatit – carbonat Lào Cai đầu tiên được nghiên cứu trong phòng thínghiệm và quy mô bán công nghiệp tại Viện nghiên cứu quốc gia về nguyên liệu

Mỏ Hoá Chất, Liên Xô năm 1958 Từ mẫu quặng Mỏ Cóc 24,28% P2O5 và

6,01% MgO, bằng sơ đồ tuyển nổi tập hợp chọn riêng dùng axit phosphoric đãnhận được tinh quặng 34% P2O5 với mức thực thu P2O5 là 75% Chi phí thuốctuyển là 2,0 kg/tấn xà phòng lỏng, 0,5 kg/tấn thuỷ tinh lỏng và 10 kg/tấn H3PO4.Tại phòng thí nghiệm của trường Đai học Mỏ - Địa Chất cũng áp dụng sơ đồtrên, từ quặng Mỏ Cóc 27% P2O5 cũng nhận được tinh quặng 37,5%P2O5 vớimức thực thu P2O5 là 72,5% Chi phí thuốc tuyển là 1,5 kg/tấn axit oleic; 1,5 kg/tấn thuỷ tinh lỏng; 5,0 kg/tấn xôda và gần 30 kg/tấn axit sunphuaric (tuyển trongchế độ không dùng nước tuần hoàn).

Trong nghiên cứu hợp tác giữa trường Đại học Mỏ địa chất và công ty thiết kế

mỏ hoá chất có tiến hành một đề tài nghiên cứu bổ xung tuyển quặng II, trong

đó các tác giả tập trung nghiên cứu các phương pháp tuyển không phải là sơ đồtuyển nổi ngược với axit phosphoric.Mẫu quặng nghiên cứu là quặng loại II MỏCóc Lần đầu tiên thử nghiệm nung hoá vôi và phương pháp tuyển nổi thuận vớicác thuốc đè chìm khác nhau: Thuỷ tinh lỏng (với mođun 2,5 - 3,25), than hoạttính, taniauh, quebracho, natri sunphat và amonsunphat cũng như hỗn hợp thuỷtinh lỏng với đồng sunphat và thuỷ tinh lỏng với natri phosphat dibasic Theokết quả nghiên cứu thì nung hoá vôi là không có hiệu quả với quặng loại II LàoCai.Các sơ đồ tuyển nổi thuận cho kết quả không cao.So với sơ đồ tuyển nổingược dùng axit phosphoric thì hàm lượng quặng tinh apatit thấp hơn 4 -5%.Tất cả các nghiên cứu trên đều tập trung nghiên cứu mẫu quặng loại II Mỏ Cóc.Các nghiên cứu cũng cho thấy rằng bằng sơ đồ tuyển nổi ngược với axit phosphoric cho kết quả tốt hơn các sơ đồ tuyển nổi thuận và phương pháp nung hoá vôi

Tuyển nổi ngược: Mẫu 201 được tuyển nổi theo sơ đồ hình 1.3 với chi phí thuốctuyển 500 g/tấn CKK và 6500 g/tấn H3PO4 (5000 g/t vào tuyển chính và 500 g/tvào mỗi tuyển tinh) nhận được tinh quặng 29,27% P2O5; 2,33% MgO, với thựcthu P2O5 là 80,36% Khi tăng chi phí H3PO4 lên 12000 g/t (9000 g/t vào tuyển

chính và 1000g/t vào mỗi tuyển tinh) nhận được tinh quặng 30,97% P2O5; 1,62%MgO với mức thực thu P2O5 là 83,30%.

Tuyển nổi thuận: Với chế độ thuốc tuyển 500g/t thuỷ tinh lỏng; 105g/t flotol và52,5 g/t HΨK, đã thu được tinh quặng 34,79% PK, đã thu được tinh quặng 34,79% P2O5; 1,88% MgO với mức thựcthu P2O5 là 87,77%

- Tuyển theo phương pháp tuyển trọng lực

Các chuyên gia Nga cũng đã tiến hành khảo sát và nghiên cứu khả năng áp dụngphương pháp tuyển trọng lực cho một số mẫu quặng loại II Lào Cai, kết quả chothấy:

Mẫu quặng Đông Hồ: Hàm lượng silic cao nên khả năng tuyển trọng lực là tốt

Từ mẫu 202 tách ra được 30,6% sản phẩm thải với hàm lượng P2O5 5,7%; MgO9,7% và 33,6% cặn không tan Mất mát P2O5 theo sản phẩm nhẹ 9,4%

Hình 1.3: Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi mẫu quặng 201

Từ mẫu này ta có thể nhận được sản phẩm giàu (cấp tỷ trọng +3,05 g/cm3)31,4% P2O5; 3,6% MgO; 1,1% cặn không tan và sản phẩm trung gian với thuhoạch 36,5% có 22,4% P2O5; 7,2%MgO và 4,7% cặn không tan Sản phẩm trung

gian này có thể tuyển nổi tiếp tục hoặc được sử dụng để sản xuất phân lân nungchảy.

Từ mẫu 201 khu Mỏ Cóc có thể tách ra sản phẩm quặng thải cấp tỷ trọng nhẹvới thu hoạch 15,7%, hàm lượng P2O5 11,6%; MgO 10,8% và cặn không tan13,7% Có thể tách ra cấp tỷ trọng nặng (+3,05g/cm3) tinh quặng 32,1%P2O5;3,7%MgO; 2,4% cặn không tan Nếu tăng tỷ trọng phân tách tới 3,1 g/cm3 thìhàm lượng P2O5 trong sản phẩm nặng tăng tới 34 – 35% P2O5

- Sơ đồ tuyển kết hợp trọng lực - tuyển nổi

Để xác định các chỉ tiêu tuyển quặng II theo sơ đồ tuyển kết hợp, các sản phẩmphân tách trọng lực cũng như cấp vụn mẫu 201 và 202 được thử nghiệm xử lýtiếp tục Quá trình tuyển tách các khoáng vật silic vào cấp tỷ trọng nhẹ khôngnhững chỉ giảm tải trọng vào các khâu nhiều tốn kém là nghiền và tuyển nổi, màcòn tạo điều kiện thuận lợi để nhận tinh quặng apatit chất lượng cao, vì lúc đónhiệm vụ của công đoạn tuyển nổi chỉ là phân tách các khoáng vật apatit vàcarbonat

Phương án 1: Tuyển trọng lực một giai đoạn và sau đó tuyển nổi tiếp tục cấp tỷ

trọng nặng

QuÆng sau ®Ëp

TuyÓn träng lùc (mét giai ®o¹n)

TuyÓn næi

Ph©n cÊp

NghiÒn

CÊp tû träng nhÑ

Hình 1.4: Sơ đồ tuyển kết hợp trọng lực - tuyển nổi mẫu quặng 201

và 202 Bảng 1.6: Các chỉ tiêu tuyển quặng loại II theo sơ đồ tuyển kết hợp

Các sản phẩm và

các chỉ tiêu

Tuyển nổingược

Tuyển nổithuận

Tuyển nổingược

Tuyển nổithuận

Phương án 2: Tuyển huyền phù hai giai đoạn Tuyển nổi chỉ tiến hành với các

TuyÓn träng lùc 2 giai ®o¹n

Hình 1.5: Sơ đồ tuyển kết hợp theo phương án 2 mẫu quặng 201

Phương án 3: Sử dụng sơ đồ tuyển huyền phù hai giai đoạn theo sơ đồ hình 1.6,

tuyển nổi chỉ tiến hành với cấp tỷ trọng nặng và cấp hạt vụn còn cấp tỷ trọng sảnphẩm trung gian dạng cục là sản phẩm hàng hoá Theo sơ đồ này, từ quặng dạngapatit – carbonat khu Mỏ Cóc có thể nhận được tinh quặng 36% P2O5

Hình 1.6: Sơ đồ kết hợp theo phương án 3 mẫu quặng 201

1.3.Tổng quan về tuyển nổi trọng lực Hydrofloat

1.3.1.Nguyên lý tuyển nổi trọng lực

Về nguyên lý, thiết bị này gần giống như các thiết bị phân cấp dòng nước ngược

đã được áp dụng rất lâu để phân cấp các hạt khoáng mịn mà cụ thể là các máyphân cấp thủy lực.Theo nguyên lý phân cấp dòng nước ngược thì các hạt vật liệuđược đưa vào thiết bị dạng cột thẳng đứng trong đó có dòng nước chảy ngượclên với tốc độ xác định Các hạt thô có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ dòng nước

ngược sẽ lắng xuống đáy thiết bị và tháo tải ra ngoài, còn các hạt mịn có tốc độrơi nhỏ hơn tốc độ dòng nước ngược sẽ bị cuốn theo dòng nước chảy tràn trênmiệng thiết bị Các thiết bị này hoạt động trong điều kiện rơi tự do và phân táchtheo độ hạt Đã từ lâu người ta cũng biết rằng, trong những thiết bị phân cấpdạng 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 cáchtháo tải các hạt lắng đọng một cách hạn chế để tạo ra bùn đặc trong thiết bị.Nóimột cách khác, các hạt rắn tích tụ dưới đáy thiết bị phân cấp tạo nên một lớp vậtliệu có vai trò như một lớp huyền phù tự sinh, ngăn cản các hạt khoáng nhẹ hơn

đi qua nó Các thiết bị tuyển dạng phân cấp rơi vướng mắc như trên được ápdụng nhiều để tuyển các loại quặng sa khoáng

Gần đây người ta nhận thấy rằng lớp vật liệu hạt rắn tạo môi trường phân táchnhư trên có thể tạo ra bằng cách duy trì vật liệu dưới dạng tầng sôi.Tầng sôi làtrạng thái đặc biệt của các hạt khoáng mịn trong môi trường khí hoặc lỏng,chúng có khả năng duy trì mật độ cao nhưng vẫn ở trạng thái lơ lửng, tách rờinhau.Trạng thái tầng sôi được tạo ra bằng cách cho chất lỏng (hoặc chất khí) sụcqua 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 tiếp xúc tối đa giữa các pharắn và pha lỏng (cũng như giữa pha rắn và pha khí) tuy nhiên để phân táchkhoáng vật theo nguyên lý tuyển trọng lực thì mới chỉ được phát hiện và ápdụng trong những năm gần đây

1.3.2.Thiết bị tuyển nổi trọng lực hydrofloat

Thiết bị tuyển nổi trọng lực (hindered settling bed seperator (HSBS)) còn gọi là thiết bị phân 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 này chủ yếu theo tỷ trọng và ở mức độ thấp hơn là theo độhạt

HSBS đã được sử dụng làm thiết bị phân cấp trong công nghiệp khoáng sản từnửa thế kỉ trước.Trong thiết bị này, nếu các hạt nhỏ có tốc độ rơi thấp hơn tốc độdòng nước tạo tầng sôi thì chúng sẽ đi vào vùng phía trên của lớp tầng sôi, còncác hạt thô có tốc độ rơi cao hơn sẽ đi xuống phía dưới của vùng tầng sôi.Tuynhiên, nếu trong cấp liệu kích thước hạt nằm trong một giới hạn nào đó thì sựphân chia được thực hiện chủ yếu bởi sự khác nhau về khối lượng riêng củahạt.Các hạt mịn có khối lượng riêng thấp đi vào máng hứng sản phẩm tràn, trongkhi đó các hạt thô có tỷ trọng cao đi vào sản phẩm cặn qua cửa tháo đá và đi rangoài.

Cần lưu ý rằng, hiệu suất phân tuyển theo tỉ trọng của máy HSBS chỉ phù hợpvới cấp liệu có cỡ hạt nằm trong một giới hạn hẹp, hơn nữa tốc độ dòng nước đilên thường thấp nên các máy này khi tuyển vật liệu đầu có độ hạt nằm trong giớihạn quá rộng, thường có sự lẫn lộn của các hạt thô có tỉ trọng thấp vào phần có tỉtrọng lớn Điều này dẫn đến sự tích tụ các hạt thô có tỉ trọng trung bình ở phíatrên của lớp tầng sôi; những hạt này quá nhẹ không thể đi qua lớp tầng sôi vàquá nặng không thể nâng lên để vào sản phẩm tràn Tăng tốc độ dòng nước đilên được xem là giải pháp để chuyển các hạt thô có tỉ trọng thấp vào sản phẩmtràn, song việc tăng tốc độ dòng nước đi lên cũng làm trôi hết các hạt mịn có tỉtrọng lớn vào máng tràn và sự lẫn lộn này sẽ làm giảm hiệu quả tuyển chung củamáy

HSBS có các ưu điểm nổi bật như: diện tích chiếm chỗ nhỏ, dễ điều chỉnh tỷtrọng phân tuyển, làm việc ổn định, có thể thay đổi năng suất trong phạm vi rấtrộng và hiệu suất tuyển cao HSBS có thể ứng dụng để: tuyển than (Reed, 1995;Honaker, 2000) tuyển khoáng sản cát (Mankosa, 1995) và tái chế dây dẫn điện(Mankosa và Carve, 1995) HSBS cũng có thể được sử dụng cho nhiều ngànhcông nghiệp khác như: làm giàu quặng sắt, thiếc, chì, kẽm v.v

Như chúng ta được biết thì trong quá trình tuyển nổi thì giai đoạn phân tách tổhợp bóng khí- hạt khoáng ra khỏi bùn quặng có bản chất trọng lực Tổ hợp bóngkhí hạt khoáng do có tỷ trọng nhẹ hơn nước nên nổi lên khỏi bùn tuyển nổi, vàosản phẩm bọt và được tách ra ngoài Tuy nhiên các hạt thô quá không tuyển nổiđược cho dù chúng kỵ nước và bám vào được bóng khí Nguyên nhân là dotrong điều kiện thủy động học của ngăn máy tuyển nổi thì trọng lực cũng nhưcác lực ly tâm sinh ra luôn phá vỡ các tổ hợp bóng khí – hạt khoáng hình thành

và do đó ngăn cản các hạt thô đi vào sản phẩm bọt

Để khắc phục hiện tượng trên người ta kết hợp quá trình tuyển nổi và tuyểntrọng lực, tức là tuyển nổi vật liệu trong một thiết bị trọng lực nào đó và các quátrình này được gọi là tuyển nổi Trong các tài liệu tham khảo có mô tả các quátrình tuyển nổi - máy lắng, tuyển nổi -phân ly vít, tuyển nổi bàn đãi Trong cácquá trình trên, vật liệu được xử lý thuốc tuyển để tạo sự khác biệt về tính ưa kỵnước của các hạt vật liệu cần phân tách trước khi cấp vào thiết bị trọng lực.Thông thường ngoài các thuốc tập hợp phổ biến thì người ta bổ sung thêm dầukhông cực để tăng cường độ kỵ nước của hạt vật liệu thô Trong quá trình tuyểnnổi – máy lắng, nước dưới lưới được cấp dưới dạng hỗn hợp nước-bóng khítrong đó pha khí được phân tán dưới dạng các bóng khí mịn Các bóng khí nàykhi đi qua lớp vật liệu sẽ bám dính vào các hạt kỵ nước, tạo tổ hợp với chúng vàthúc đẩy quá trình phân tầng vật liệu trong đó các hạt kỵ nước tập trung trên bềmặt lớp vật liệu Trong quá trình tuyển nổi bàn đãi thì các hạt kỵ nước được tiếpxúc với không khí khi chúng vượt qua các gờ đặt vuông góc với các gờ thôngthường của bàn đãi và sau đó nổi trên bề mặt màng nước tương tự như tuyển nổimàng Quá trình tuyển nổi bàn đãi được áp dụng phổ biến để tuyển tách khử lưuhuỳnh ra khỏi các tinh quặng trọng lực, ví dụ như tách arsenopyrit ra khỏi tinhquặng thiếc

Gần đây tại trường đại học Virginia (Mỹ) đã nghiên cứu phát triển quá trìnhtuyển kết hợp tuyển nổi với tuyển tầng sôi trong thiết bị gọi là Hydrofloat Thiết

bị này về cấu tạo hoàn toàn giống như thiết bị tuyển tầng sôi cấp liệu theophương ngang (máy Crossflow TBS) Sự khác biệt ở đây là nước tạo tầng sôiđược sục khí và chứa các bóng khí nhỏ được tạo ra bởi các ống khuấy tĩnh(static mixer) Máy HydroFloat gồm một thùng hình chữ nhật được chia thànhcác buồng phân chia nhỏ ở phía trên, phía dưới là côn khử nước (xem hình 1.7).Thiết bị này hoạt động tương tự như các máy HSBS truyền thống, trong đó cấpliệu rơi ngược với dòng nước đi lên, song lớp tầng sôi phải được thông khí liêntục bằng khí nén được phun lên từ hệ thống ống phun, tạo nên một lượng nhỏcác bóng khí trong lớp tầng sôi Các bóng khí này sẽ bám dính vào các hạt kịnước (bao gồm các hạt có tính kị nước tự nhiên hoặc nó được làm kị nước bềmặt bằng thuốc tập hợp) chứa trong lớp tầng sôi tạo thành tập hợp hạt - bóng khí

có tỉ trọng thấp thúc đẩy các hạt này đi vào sản phẩm nhẹ thoát ra qua ngưỡngtràn ở trên Các hạt ưa nước tích tụ và được tháo ra tại đáy thiết bị Sơ đồ cấu tạo

và hoạt động của thiết bị Hydrofloat được trình bày tại hình vẽ Các thiết bịtuyển nổi trọng lực cho phép nâng cao độ hạt tuyển nổi đến vài mm

Tăng kích thước giới hạn trên của tuyển nổi hạt thô là một thách thức lâu dàitrong ngành công nghiệp chế biến khoáng sản Hydrofloat làm tăng đáng kể thuhồi có chọn lọc các hạt thô bằng cách áp dụng nguyên tắc tuyển nổi - trọng lực

cơ bản

Trong 15 năm qua công nghệ này đã được áp dụng thành công với các khoáng sản công nghiệp với khả năng thu hồi các hạt thô lên đến 3mm Gần đây, công việc thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đối với quặng sunfua đã chỉ ra rằng thiết bị mới này có khả năng thu hồi được các khoáng sản kim loại khi ở chế độ nghiền thô Do vậy giảm được rất nhiều chi phí năng lượng nghiền Ngoài ra

thiết bị này còn ứng dụng để tuyển tách than, quặng sắt, khoáng chất công

nghiệp, các kim loại cơ bản, các chất sunfit,

Máy tuyển Hydrofloat nâng cao thu hồi hạt thô bởi các ưu điểm sau:

- Tăng khả năng va chạm hạt khoáng-bóng khí

- Tăng số lần trượt bóng khí-hạt khoáng

- Tăng thời gian lưu lại trong bùn quặng

- Giảm sự hỗn loạn và tách rời

- Giảm các giới hạn nổi

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy Hydrofloat

Hydrofloat được thiết kế riêng cho xử lý nguyên liệu hạt thô Với thiết bị mới này có thể tối đa hóa hiệu quả sử dụng bằng cách thiết kế vòng tuyển nổi phân chia vật liệu đầu nơi mà vật liệu thô được điều chỉnh riêng biệt từ mùn Thiết bị

Cấpliệu

Bảng điều khiển

Xả tràn Cảm biến

Các hạt mịn/nhẹ Mặt phân cắt lớp tầng sôi

Ống trộn tĩnh Bơm

Đầu nước vào

Các hạt thô/nặng Cấp

nước

Cấp

khí

Nước +khí bơm vào

Van xả Xảđáy

Hydrofloat được phát minh để cung cấp một giải pháp cho ngành công nghiệp

để vượt qua một thách thức lâu dài - thu hồi hiệu quả của các hạt thô hơn

Năng suất (t/h)

HF - 600 Bán công nghiệp/công nghiệp 610x1380 325 6-9

HF - 900 Bán công nghiệp/công nghiệp 910x2080 635 13-19

Thiết bị tuyển nổi thông thường và thiết bị tuyển nổi cột rất thích hợp cho việc

xử lý các loại quặng khác nhau ở độ thạt từ 50-150µm Tuy nhiên với cấp hạtthô hơn thì các thiết bị này kém hiệu quả do vấn đề về tính nổi và dòng chuyểnđộng của vật liệu

Để đánh giá đầy đủ những lợi thế, tiềm năng về công nghệ của Hydrofloat, mộtvòng thử nghiệm với công suất 5t/h đã được lắp đặt và đánh giá trong một nhàmáy công nghiệp tuyển photphat.Nguồn cấp nguyên liệu của vòng kiểm tra liêntục được phân loại, điều chỉnh và nâng cấp bằng cách sử dụng công nghệHydorfloat.Kết quả kiểm tra cho thấy Hydrofloat có thể tạo ra một sản phẩm

photphat cao cấp trong một giai đoạn duy nhất của thiết bị phân tách Chấtlượng sản phẩm dao động từ 70-72% BPL (phosphate xương vôi = 2,185 x%

P2O5) và 5-10% insols (axit chất rắn không hòa tan) Thực thu BPL vượt quá98% theo tỷ lệ nguyên liệu đầu lớn hơn 2t/h mỗi ft2 của diện tích mặt cắt ngangthiết bị phân tách Những kết quả này vượt trội so với tuyển nổi cột truyềnthống, thu hồi ít hơn 90% các sản phẩm có giá trị tại một năng suất dưới 1 t/hmỗi ft2

Hình 1.8 Quy mô thử nghiệm để dánh giá hoạt động của thiết bị Hydrofloat

Bước đầu từ kết quả trong phòng thí nghiệm và quy mô bán công nghiệp

đã chỉ ra rằng máy tuyển nổi trọng lực Hydrofoat có khả năng đạt được thực thuBPL (phosphate xương vôi) vượt trội so với các máy tuyển nổi cơ khí và máytuyển nổi cột truyền thống Điều này đặc biệt rõ ràng đối với hạt có kích thước

>35 mesh.Thu hồi của hạt thô, những hạt có hàm lượng cao dẫn đến cải tiến rấtnhiều chất lượng sản phẩm

Phân cấp

Dòng ngang

Thùng khuấy Sấy

QUẶNG TINH PHOSPHATE

Cửa tháo sp thô (+ 0.6 mm)

Sấy Tang quay

SẢN PHẨM THẢI

CẤP LIỆU

Tuyển tách

Máy tuyển HydroFloat

Hình 1.9 Kết quả thử nghiệm thu hồi Photphat thô

Đồ thị này cho thấy khả năng thu hồi cao và có chọn lọc rất cao khi sử dụng thiết bị HydroFloat để tuyển phosphate thô Dữ liệu từ 4 nhà máy khác nhau chokết quả phù hợp

Hình 1.10 Máy tuyển Hydrofloat quy mô bán công nghiệp

Sản phẩm Inslo (%) Thực thu

P 2 O 5 (%)

Hình 1.11 Thiết bị Hydrofloat trong sản xuất

Sự phát triển của thiết bị Hydrofloat được dựa trên việc áp dụng nguyên tắc cơbản của quá trình tuyển nổi Sự có mặt của lớp tầng sôi làm tăng tỷ lệ va chạmgiữa hạt khoáng và bóng khí, thiết bị Hydrofloat vượt trội như một thiết bị đểtuyển vét

Thiết bị này được lắp đặt ở phần cuối khâu gia công để thu hồi các hạt thô vàtrung bình Các hạt này thường bị mất mát khi sử dụng thiết bị tuyển thôngthường Từ các kết quả thử nghiệm và trong công nghiệp cho thấy Hydrofoat cóthể thu hồi được các hạt có thể lên đến hoặc vượt quá 3mm đối với kali và 2mmđối với sulfides.Quan trọng nhất Hydrofloat có thể thu hồi được các hạt có tính

kị nước kém

Hình 1.12 Thu hồi khoáng vật đồng có kích thước 250 µm không được giải phóng từ một dòng đuôi thải thể hiện tốc độ nổi cao của thiết bị HydroFloat.

Hình 1.13 Kali thô thu hồi từ vòng tuyển vét với kích thước cấp liệu vượt quá

3mm

CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP VÀ MẪU

NGHIÊN CỨU2.1 Mục đích nghiên cứu

Quặng apatit loai II Lào Cai ( quặng apatit – cacbonat) là nguồn nguyênliệu quan trọng, có trữ lượng lớn đối với ngành sản xuất phân bón Việt Nam.Trong các vùng quặng apatit loại II Lào Cai thì quặng vùng Mỏ Cóc đượcnghiên cứu kỹ hơn và có khả năng tuyển thu được tinh quặng apatit có chấtlượng đạt yêu cầu bằng các sơ đồ tuyển nổi thuận, tuyển nổi ngược hoặc các sơ

đồ tuyển nổi hai giai đoạn Tuy nhiên so với quặng loại 3 đang được tuyển tạicác nhà máy đang hoạt động thì tinh quặng apatit loại II có giá thành cao hơn,chủ yếu liên quan đến chi phí nghiền quặng Nếu giảm được chi phí nghiềnquặng thì giảm được giá thành tinh quặng apatit loại II và do đó có thể triển khaisản xuất tuyển quặng apatit loại này Do quặng apatit loại II vùng Mỏ Cóc có độhạt xâm nhiễm thô nên có khả năng tuyển quặng loại này ở độ hạt thô hơn đểgiảm chi phí nghiền nếu có công nghệ và thiết bị phù hợp

Mặt khác hiện nay trên thế giới xuất hiện một số loại thiết bị cho phéptuyển nổi vật liệu ở độ hạt thô hơn ( đến 1-2mm) được gọi là thiết bị tuyển nổitrọng lực Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên lý kết hợp tuyển nổi và tuyểntrọng lực và đã được áp dụng ở nước ngoài để tuyển than cũng như các đốitượng quặng phi kim Thiết bị này cho phép tuyển nổi vật liệu hạt thô với năngxuất cao hơn, đầu tư ít hơn và giá thành tuyển thấp Nếu áp dụng được vớiquặng apatit loại II Lào Cai thì giá thành tuyển sẽ giảm đáng kể do giảm chi phínghiền

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu tuyển nổi mẫu quặng apatit loại II vùng

Mỏ Cóc – Lào Cai bằng sơ đồ tuyển nổi kết hợp tuyển nổi trọng lực và tuyển nổi

thông thường với độ mịn nghiền thô -0,5mm Cấp hạt +0,2-0,5 mm sẽ đượctuyển trên thiết bị tuyển nổi trọng lực và cấp -0,2 mm sẽ được tuyển bằng tuyểnnổi thông thường Tinh quặng và đá thải của sơ đồ là tinh quặng và đá thải kếthợp của hai quá trình tuyển trên.

2.2 Mẫu nghiên cứu

Mẫu nghiên cứu là mẫu quặng apatit loại 2 vùng Mỏ Cóc

Hình 2.1 Ảnh chụp mẫu quặng phóng to 160 lần

(Cb: Cacbonat; Q: Thạch anh; Fe: Felspat) Mẫu quặng được lấy với khối lượng 500 kg, vận chuyển đến phòng thí nghiệm Bộ môn Tuyển khoáng trường Đại học Mỏ Địa chất và được gia công theo sơ đồ gia công mẫu như ở hình 2.2 dưới đây