BÁO CÁO CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHOÁNG SẢN

xu li khoang san

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC  CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHOÁNG SẢN TIỂU LUẬN: CƠ SỞ LÝ THUYẾT & THIẾT BỊ LÀM GIÀU QUẶNG CBHD: GV Phan Đình Tuấn Sinh viên: Huỳnh Đình Nghĩa MSSV: 61002104 Lớp: HC10VS Cơ sở lý thuyết & thiết bị làm giàu quặng Năm học: 2013 – 2014 MỤC LỤC 1. Cơ sở lý thuyết làm giàu quặng 1.1. Tổng quan - Khoáng sản là khoáng vật và đá được con người khai thác và sử dụng nhằm tạo ra của cải vật chất của nền kinh tế quốc dân. Những nơi tập trung nhiều khoáng sản có khả năng khai thác gọi là mỏ khoáng sản. - Dựa vào nguồn gốc hình thành, người ta chia các mỏ khoáng sản ra thành: mỏ khoáng sản nội sinh và mỏ khoáng sản ngoại sinh. - Các mỏ khoáng sản chứa hai thành phần là quặng và không quặng. Trong đó, hàm lượng quặng có trong khoáng sản quyết định đến việc khai thác và chế biến khoáng sản. - Với những mỏ khoáng sản có hàm lượng quặng thấp, việc làm giàu quặng trước khi chế biến sẽ thuận lợi và đem lại hiệu quả cao hơn so với việc chế biến trực tiếp từ quặng khai thác từ các mỏ khoáng sản. - Quặng sau khi được làm giàu quặng gọi là tinh quặng. - Quá trình làm giàu quặng bao gồm nhiều công đoạn khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng của chất lượng quặng sau làm giàu như tuyển thô, tuyển tinh và tuyển vét. 1.2. Cơ sở lý thuyết làm giàu quặng - Mỗi quặng khác nhau có các đặc trưng riêng là cơ sở để tiến hành lựa chọn phương pháp làm giàu quặng phù hợp với nó, bao gồm: + Tính chất khoáng; + Thành phần hóa học; Trang 2 Cơ sở lý thuyết & thiết bị làm giàu quặng + Hạt/phân bố hạt. Trong đó, kích thước hạt tập trung (hay phân bố hạt) là quan trọng trong làm giàu quặng. - Thông thường với các quặng có kích thước lớn, người ta thường sử dụng các quá trình cơ học tác động vào quặng nhằm tạo ra các hạt có kích thước nhỏ hơn và đồng đều hơn, tạo thuận lợi cho việc tinh quặng sau này. Một số quá trình cơ học thường được sử dụng nhất bao gồm nghiền, sàng, đập,… - Quá trình nghiền, đập, sàng từ quặng nguyên khai cho đến sản phẩm có kích thước dùng được phải trải qua nhiều giai đoạn, phụ thuộc vào quặng ban đầu và sản phẩm cuối. Bảng 1. Các giai đoạn nghiền và đập quặng Các giai đoạn đập, xay, nghiền Kích thước quặng (mm) Mức đập xay (i) Thiết bị Ban đầu Sản phẩm Đập thô 400÷1500 150÷250 3÷6 Đập hàm Đập vừa 150÷300 20÷100 3÷8 Đập hình nón Đập nhỏ 20÷100 5÷15 3÷8 Đập trục Nghiền thô 20÷40 0,3÷1,0 20÷60 Nghiền đũa Nghiền mịn 0,3÷20 0,1÷0,074 60÷100 Nghiền bi - Các quá trình nghiền, đập, sàng,… phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ cứng, độ bền, độ giòn của quặng. - Một số phương pháp tinh quặng: + Cơ học: bàn đãi, vít tuyển,… + Tuyển từ + Tuyển điện + Tuyển nổi + Các phương pháp tuyển đặc biệt khác (tuyển hóa học, ly tâm, vật lý khuếch tán,…). 2. Các phương pháp và thiết bị làm giàu quặng 2.1. Phương pháp cơ học - Đây là phương pháp đơn giản nhất để làm giàu quặng. Việc phân riêng các thành phần không quặng ra khỏi khoáng sản bằng phương pháp cơ học phụ thuộc vào các đặc tính vật lý của các chất khác nhau có trong khoáng sản như khối lượng riêng, kích thước hạt,… - Tuyển trọng lực là phương pháp cơ học được sử dụng nhiều nhất. Đây là phương pháp làm giàu quặng dựa vào sự khác nhau về tỷ trọng của các hạt khoáng vật có ích với khoáng vật hay đất đá. Trong các môi trường tuyển khác nhau, chúng có tốc độ vận chuyển khác nhau, vì vậy có thể chia tách riêng biệt ra từng loại. Môi trường thường dùng nhất là nước và không khí. Trang 3 Cơ sở lý thuyết & thiết bị làm giàu quặng - Để phân chia khoáng vật có hiệu quả cao, trước khi đưa đi tuyển trọng lực cần thiết phải phân cấp thủy lực. Quá trình phân cấp thủy lực sẽ chia tách được các loại hạt có tốc độ rơi khác nhau. Những hạt khoáng vật có kích thước và tỷ trọng khác nhau nhưng có vận tốc cuối như nhau gọi là rơi đồng đều. Khi phân cấp thủy lực, trong mỗi cấp hạt, các khoáng vật nhẹ nhưng có đường kính lớn có cùng tốc độ rơi với các khoáng vật nặng nhưng có đường kính nhỏ. Điều đó tạo điều kiện cho quá trình phân lớp trên mặt bàn đãi đạt hiệu quả cao, là điều kiện tốt để tiến hành tuyển trọng lực. 2.1.1. Bàn đãi gằn Hình 1. Bàn đãi Hình 2. Cấu tạo bàn đãi gằn Trang 4 Cơ sở lý thuyết & thiết bị làm giàu quặng 1. Mặt bàn, 2. Máng nước, 3. Các đường gờ, 4. Máng cấp liệu và nước, 5. Bộ truyền động. - Cấu tạo: Mặt bàn đãi gằn là mặt phẳng (có thể hình thang, hình chữ nhật hoặc hình thoi) được đặt nghiêng từ A → B và dốc từ C → D. Mặt bàn được phủ lớp nhựa hoặc cao su, có các rãnh, gờ để tạo dòng chảy rối. Các đường gờ có chiều dài tăng dần từ A → B, chiều dày giảm dần từ C → D. Mặt bàn chuyển động theo nguyên lý lắc - gằn và tiến lùi (khi lùi giật mạnh để các hạt nặng không lùi kịp) nhờ cơ cấu truyền động kiểu cam – khuỷu. Hình 3. Quỹ đạo chuyển động của các hạt khoáng vật - Nguyên lý hoạt động: + Quặng được cấp vào máng và chạy dọc theo bàn, còn nước được cấp theo máng quả trám tràn thành lớp mỏng trên mặt bàn. Như vậy khi di chuyển trên mặt bàn, các hạt khoáng vật sẽ chịu tác dụng của các lực sau: Lực trọng lực giữa các hạt khoáng vật; Lực ma sát giữa hạt khoáng và mặt bàn tác dụng dọc theo bàn; Lực đẩy của nước dọc theo bàn từ C → D (bàn dốc) và ngang theo bàn từ A → B (bàn nghiêng). + Dưới tác dụng của trọng lực và lực ma sát, các hạt khoáng vật chuyển động dọc theo bàn với tốc độ khác nhau V 1 > V 2 , trong đó V 1 là tốc độ di chuyển theo hướng ngang của các hạt khoáng nặng (hạt khoáng nặng lực ma sát lớn, trọng lực lớn, khi bàn giật lùi đột ngột nó lùi chậm hơn). Dưới tác dụng của dòng nước chảy ngang trên mặt bàn U 2 > U 1 , các hạt khoáng nhẹ sẽ trôi nhanh hơn. Tổng hợp tác dụng hai vecto vận tốc, ta được quỹ đạo ON cho các hạt khoáng nặng và OM cho các hạt khoáng nhẹ. Trang 5 Cơ sở lý thuyết & thiết bị làm giàu quặng + Những đường gờ mặt bàn có tác dụng hỗ trợ việc phân chia khoáng vật. Dòng chảy trên bề mặt sẽ cuốn các hạt khoáng nhẹ ra mép bàn, trong khi dòng chảy rối sẽ đưa các hạt nặng ra cuối bàn. + Tốc độ chuyển động của bàn phụ thuộc vào kích thước hạt quặng đưa vào. Làm giàu quặng cỡ hạt lớn thì chuyển động của bàn phải có bước đi dài và số lần dao động ít. Làm giàu quặng cỡ hạt nhỏ thì bàn có bước đi ngắn hơn nhưng tần số dao động lớn. + Độ dốc của bàn cũng có ảnh hưởng lớn đến kết quả tuyển. Nếu độ dốc lớn thì tốc độ chảy ngang lớn, các hạt khoáng nhẹ sẽ trôi hết, nếu tốc độ nhỏ thì tác động của nước chưa đủ để phân chia khoáng vật. Thường quặng có cỡ hạt to thì độ dốc α = 6÷10 0 , cỡ hạt nhỏ thì α = 1,5÷2,5 0 . Độ dốc và độ nghiêng của thiết bị có thể điều chỉnh được nhờ hệ thống truyền động. + Bàn đãi công nghiệp thường có kích thước 4,5m×1,8m, độ dày đường gờ 6÷12mm. Năng suất bàn đãi phụ thuộc vào diện tích bàn và kích thước quặng nạp vào. Với quặng mịn (0,2mm) năng suất khoảng 0,3÷0,6 tấn/h, quặng hạt lớn hơn, năng suất có thể đạt 0,7÷1 tấn/h. Lượng nước tiêu hao cho tuyển là 2÷4 m 3 /h. + Có thể nâng cao năng suất bàn đãi và thu được tinh quặng sạch bằng cách láp ráp bàn đãi 2,3 hoặc 4 tầng. Mỗi tầng có một chức năng tuyển riêng. 2.1.2. Vít tuyển Hình 4. Một vít tuyển đang hoạt động tại mỏ quặng - Vít tuyển là loại thiết bị làm giàu quặng bằng phương pháp cơ học hoạt động dựa trên cơ chế phân riêng các hạt có sự khác biệt đáng kể về khối lượng riêng. - Cấu tạo một vít tuyển: Trang 6 Cơ sở lý thuyết & thiết bị làm giàu quặng Hình 5. Cấu tạo vít tuyển - Vít tuyển có cấu tạo hình trụ gồm các “đĩa” nghiêng xoắn theo kiểu lò xo xung quanh trục. Trên các “đĩa” có gắn các tấm chặn không khít với phía thành vít tuyển. Ở đáy vít tuyển có hai bộ phận hứng quặng và không quặng sau khi tách ra nhờ vít tuyển nằm ở phía thành và phía trục của vít tuyển. - Nguyên lý hoạt động: Bằng cách cho nước và quặng chảy từ phía trên vít tuyển xuống đáy, do sự chênh lệch khối lượng riêng của các thành phần trong quặng, cụ thể là phần quặng và không quặng nên chúng sẽ tách ra trên mặt các “đĩa” của vít tuyển. Các hạt nhẹ có xu hướng chuyển động phía thành vít tuyển còn các hạt nặng có xu hướng chuyển động phía trục vít tuyển. Các tâm chặn trên các đĩa cho hiệu quả tách quặng cao hơn. Như vậy bằng cách hứng các hạt nhẹ ở đáy phía thành vít tuyển và các hạt nặng ở đáy phía trục vít tuyển, người ta đã tách được quặng ra khỏi tạp chất. 2.2. Tuyển từ Trang 7 Cơ sở lý thuyết & thiết bị làm giàu quặng Hình 6. Máy tuyển từ ướt - Tuyển từ là quá trình lợi dụng sự chênh lệch từ tính của các khoáng chất để phân loại quặng trong từ trường. - Quặng sắt là loại quặng tiêu biểu cho hình thức phân loại bằng phương pháp tuyển từ. - Phương pháp tuyển từ chia thành hai loại: tuyển từ nung và tuyển từ ướt, trong đó phương pháp tuyển từ ướt cho hiệu quả cao hơn. - Tuyển từ nung: các chất khoáng với từ tính yếu (quặng hê-ma-tít, quặng sắt nâu, quặng si- đê-vít, quặng sắt vàng) có thể phân loại bằng cách nung, nâng cao từ tính, các chất khoáng sau khi nung trở thành Fe 3 O 4 hoặc γ-Fe 2 O 3 , đặc tính của từ tính giống như chất khoáng với từ tính thiên nhiên. - Tuyển từ ướt thường áp dụng cho các quặng có cỡ hạt dưới 3mm như quặng sắt từ, quặng sắt vàng từ, quặng khô, quặng ti tan, cũng có thể dùng để loại bỏ sắt trong các vật liệu như than, quặng phi kim loại, vật liệu xây dựng. - Nguyên lý hoạt động: Sau khi bột quặng qua thùng cấp quặng vào trong máng, dưới tác động của dòng nước ở ống phun nước cấp quặng, hạt quặng chảy vào trong khu cấp quặng của máng. Dưới tác dụng của từ trường, các hạt quặng có tính từ phát sinh từ nên tạo thành nhóm từ, hoặc các mắt xích từ, các nhóm từ hoặc các mắt xích từ này chịu tác dụng từ trong bột quặng, vận động theo hướng cực từ, nên bị hút vào trong thùng. - Dưới đây là bảng thông số hoạt động một số máy tuyển từ: Bảng 2. Thông số hoạt động một số máy tuyển từ của công ty Phan Hưng Long cung cấp trên thị trường Việt Nam Quy cách Cường độ từ trường（oe） Năng lực xử lý （t/h） Công suất mô tơ （kw） Trọng lượng （kg） CTB600×1200 1450 8-15 1.5 910 CTB600×1800 1500 15-25 2.2 1340 Trang 8 Cơ sở lý thuyết & thiết bị làm giàu quặng CTB750×1800 1550 30-45 3 2050 CTB900×1800 1650 35-60 4 3000 CTB1050×2400 1650 60-95 5.5 5020 CTB1200×3000 1650 80-150 7.5 7800 CTB1500×3000 1650 120-200 11 9600 * Một số thiết bị tuyển từ: 2.2.1. Tuyển từ con lăn nam châm đất hiếm Hình 7. Nguyên lý hoạt động máy tuyển từ nam châm đất hiếm - Cấu tạo: Máy tuyển từ con lăn nam châm đất hiếm NdFeB cường độ cao được cấu tạo bởi một lô từ bằng nam châm vĩnh cửu NdFeB loại N35 (đường kính 76mm) và một lô dẫn không từ (đường kính 70mm). Lô từ được quay bằng một động cơ xoay chiều có công suất (0,75KW) vớitốc độ quay được điều khiển tùy ý bằng một bộ biến đổi tần số có thể thay đổi từ 0÷500 vòng/phút. Một băng tải có chiều dày 0,6mm được vòng qua lô với mục đích đưa liệu vào lô từ. - Nguyên lý hoạt động: Khi vật liệu được đưa vào lô từ, phần tử không có từ tính sẽ rời khỏi băng trước, các phần tử có từ tính với các giá trị có độ từ cảm χ 0 (m 3 /kg) khác nhau sẽ rời khỏi băng với các vị trí khác nhau. Vị trí rời khỏi băng của các khoáng vật không từ và có từ tính khác nhau có thể thay đổi tùy theo yêu cầu của công nghệ cho từng loại vật liệu Trang 9 Cơ sở lý thuyết & thiết bị làm giàu quặng nhờ sự thay đổi tốc độ quay của lô từ. Dựa trên nguyên lí này người ta có thể lấy các sản phẩm không từ và các sản phẩm có từ tính khác nhau trong nguyên liệu đầu vào bằng các lưỡi cắt các dòng phần tử rời khỏi băng ở các vị trí khác nhau. Vị trí của lưỡi cắt có thể thay đổi được tùy theo đối tượng cần tuyển. Năng lượng siêu mạnh của loại nam châm NdFeB đã tạo ra độ phân giải rất cao của các dòng sản phẩm có từ tính khác nhau. Khi nguyên liệu đầu vào có chứa nhiều sản phẩm không từ và có từ tính yếu khác nhau đi qua máy, nhờ vào việc thay đổi tốc độ của băng tải và di chuyển hệ thống lưỡi cắt cùng một lúc chúng ta có thể thu được các sản phẩm không từ và có từ tính khác nhau. Đó chính là ưu điểm cơ bản của loại thiết bị này. 2.2.2. Máy tuyển từ tang trống khô Hình 8. Nguyên lý hoạt động của máy tuyển từ tang trống khô - Cấu tạo: Máy tuyển từ tang trống khô bao gồm 1 tang trống từ bằng nam châm đất hiếm, 1 hệ thống cấp liệu, 1 hệ thống máng hứng sản phẩm, khung đỡ, 1 bộ truyền động và 1 hệ thống điều khiển. Trống từ gồm 1 cụm nam châm vĩnh cửu 10 cực từ có cường độ từ trường trên mặt trống từ 2.500÷3.000 Oe (tuỳ theo yêu cầu của từng đối tượng cần tuyển) được gắn trên trục cố định. Một vỏ thép không gỉ hình trụ được gắn vào mặt bích thép không gỉ quay xung quanh cụm từ. - Nguyên lý hoạt động: Sau khi đi vào mặt tang, sản phẩm không từ sẽ được rơi xuống máng hứng sản phẩm không từ. Còn các phần tử có từ tính sẽ bám vào bề mặt của tang va Trang 10 . mặt các “đĩa” của vít tuyển. Các hạt nhẹ có xu hướng chuyển động phía thành vít tuyển còn các hạt nặng có xu hướng chuyển động phía trục vít tuyển. Các. mặt bích thép không gỉ quay xung quanh cụm từ. - Nguyên lý hoạt động: Sau khi đi vào mặt tang, sản phẩm không từ sẽ được rơi xu ng máng hứng sản phẩm không