bộ giáo dục đào tạo trờng đại học mỏ - địa chất ************* Trần Văn Sơn Nghiên cứu giảm hàm lợng sắt sản phẩm trung gian quặng thiếc giàu sắt Quỳ Hợp phơng pháp hoà tách luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hà Nội - 2007 giáo dục đào tạo trờng đại học mỏ - địa chất ************* Trần Văn Sơn Nghiên cứu giảm hàm lợng sắt sản phẩm trung gian quặng thiếc giàu sắt Quỳ Hợp phơng pháp hoà tách Chuyên ngành: Tuyển khoáng M số: 60.53.10 luận văn thạc sỹ kỹ thuật ngời hớng dẫn khoa học TS Nguyễn Hoàng sơn Hà Nội - 2007 lời cam đoan Tác giả xin cam đoan rằng: công trình khoa học cha đợc cá nhân tổ chức công bố Tất số liệu luận văn trung thực, khách quan đợc tác giả trực tiếp làm thí nghiệm Trung tâm Công nghệ xử lý quặng, Viện Công nghệ xạ Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2007 Tác giả Trần Văn Sơn Mục lục trang Lêi cam ®oan Môc lôc Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu Ch−¬ng Giíi thiƯu má thiÕc Q Hỵp 10 1.1 Các loại quặng thiếc sắt 10 1.2 Tiềm quặng thiếc Việt Nam 16 1.3 Sơ lợc vỊ má thiÕc gèc Q Hỵp 17 Chơng Công nghệ tuyển qng thiÕc 18 2.1 Các phơng pháp tuyển quặng thiếc 18 2.2 Phơng pháp hoá tuyển 20 Chơng Mẫu phơng pháp luận nghiên cứu 28 3.1 Thành phần vËt chÊt cđa mÉu nghiªn cøu 28 3.2 Cơ sở trình hoà tách sắt axit 36 3.3 Điều kiện phơng pháp thí nghiệm 36 3.4 Phơng pháp tính hiệu suất hoà tách sắt 40 Chơng Nghiên cứu chế độ công nghệ trình hoà tách sắt 41 4.1 Khảo sát ảnh hởng độ mịn nghiền tới trình hoà tách 41 4.2 Khảo sát ảnh hởng nhiệt độ tới trình hoà tách 42 4.3 Khảo sát ảnh hởng thời gian tới trình hoà tách 43 4.4 Khảo sát ảnh hởng chi phí axit tới trình hoà tách 44 4.5 Khảo sát ảnh hởng tỷ lệ rắn lỏng tới trình hoà tách 45 4.6 Tìm điều kiện hợp lý cho trình hoà tách sắt 46 4.7 Hoà tách nhiều bậc ngợc dòng 47 4.8 Xử lý thải lỏng trình hoà tách 49 Ch−¬ng Quy hoạch thực nghiệm trình hòa tách 55 5.1 Phơng pháp kế hoạch hóa thùc nghiÖm 55 5.2 Quy hoạch thực nghiệm xác định phụ thuộc hiệu suất hoà tách vào thông số 64 Chơng Quy trình công nghệ hoà tách sắt từ quặng thiêc giàu sắt 67 6.1 Xây dựng quy trình hoà tách sắt 67 6.2 Khái toán chi phí công nghệ hòa tách sắt 68 KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 71 Tài liệu tham khảo 73 danh mục bảng Bảng 1.1 Các kho¸ng vËt thiÕc chđ u 12 Bảng 1.2 Yêu cầu chất lợng quặng tinh thiếc Liên Xô (cũ) 14 Bảng 1.3 Yêu cầu chất lợng quặng tinh thiếc đa lun kim 14 B¶ng 3.1 KÕt thí nghiệm độ mịn nghiền 29 Bảng 3.2 Kết phân tích thành phần độ hạt mẫu quặng đầu 30 Bảng 3.3 Kết phân tích hoá mẫu quặng đầu 31 Bảng 3.4 Kết phân tích từ cấp hạt 34 B¶ng 4.1 ảnh hởng độ mịn nghiền tới trình hoà tách sắt 41 Bảng 4.2 ảnh hởng nhiệt độ tới trình hoà tách sắt 42 B¶ng 4.3 ¶nh h−ëng cđa thêi gian tới trình hoà tách sắt 43 B¶ng 4.4 ¶nh h−ëng cđa chi phÝ axit tíi trình hoà tách sắt 44 Bảng 4.5 ảnh hởng tỷ lệ rắn lỏng tới trình hoà tách sắt 45 Bảng 4.6 Kết thí nghiệm hoà tách hai giai đoạn 48 Bảng 4.7 Giá trị giới hạn cho phép thông số nồng độ chất ô nhiễm nớc mặt 50 Bảng 4.8 Kết phân tích mẫu nớc sau xử lý dung dịch thải lỏng 52 Bảng 5.1 Các kết tính trớc 60 Bảng 5.2 Các kÕt qu¶ tÝnh tr−íc 62 Bảng 5.3 Các kết tÝnh tr−íc 63 Bảng 5.4 Giá trị Zj0 ∆Zj 64 Bảng 5.5 Ma trận kế hoạch thực nghiệm mức tối u kết thí nghiệm 65 Bảng 5.6 Kết thí nghiệm tâm thực nghiƯm 65 B¶ng 6.1 Các thiết bị chủ yếu công nghệ hoà tách sắt quặng thiếc 68 danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 3.1 Sơ đồ gia công chuẩn bÞ mÉu thÝ nghiƯm 28 Hình 3.2 ảnh phân tích khoáng tớng dới kính hiển vi 32 H×nh 3.3 BiĨu đồ phân tích nhiễu xạ rơnghen 33 Hình 3.4 Sơ đồ thí nghiệm hoà tách sắt quặng thiếc 37 Hình 3.5 Hệ thiết bị hoà tách sắt 39 H×nh 4.1 ảnh hởng độ mịn nghiền tới trình hoà tách sắt 44 Hình 4.2 ảnh hởng nhiệt độ tới trình hoà tách sắt 43 Hình 4.3 ảnh hởng thời gian tới trình hoà tách sắt 44 Hình 4.4 ảnh hởng chi phí axit tới trình hoà tách sắt 45 Hình 4.5 ảnh hởng tỷ lệ rắn lỏng tới trình hoà tách sắt 46 Hình 4.6 Sơ đồ hòa tách nhiều bặc ngợc dòng (hai giai đoạn) 48 Hình 4.7 So sánh kết hoà tách sắt theo sơ đồ I II giai đoạn với thời gian hoà tách 49 Hình 6.1 Quy trình hoà tách sắt quặng thiÕc 67 Mở đầu Tính cấp thiết đề tài Thiếc kim loại màu có nhiều ứng dụng quan trọng nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt ngành hàng không, điện tử, thực phẩm Trên giới nhu cầu sử dụng kim loại màu nói chung kim loại thiếc nói riêng ngày gia tăng Khoáng sàng quặng thiếc có hai loại khoáng sàng quặng thiếc gốc khoáng sàng quặng thiếc sa khoáng Quặng thiếc sa khoáng dễ khai thác, dễ tuyển nhiều nớc giới kể nớc ta quặng thiếc sa khoáng gần nh đo cạn kiệt, công nghiệp khai thác, công nghệ chế biến thiếc sa khoáng đo bớc vào giai đoạn cuối Quặng thiếc gốc thờng có hàm lợng thiếc thấp, thành phần vật chất phức tạp, chi phí khai thác chi phí tuyển cao Vấn đề tìm kiếm, khai thác mỏ thiếc gốc chế biến chúng có hiệu nhiệm vụ cần thiết Nguồn quặng thiếc Xí nghiệp Tuyển tinh - Luyện thiếc (Công ty Kim loại màu Nghệ Tĩnh), chủ yếu thu mua quặng thiếc đo sơ tun tõ c¸c vØa thiÕc gèc cđa má thiÕc Q Hợp, hàm lợng sắt quặng đầu cao, thành phần vật chất tơng đối phức tạp, khó tuyển Loại quặng Xí nghiệp qua vài khâu tuyển lấy đợc tinh quặng thiếc đạt chất lợng yêu cầu đa luyện ( 5,0%), lại chủ yếu quặng trung gian có hàm lợng sắt cao, từ 15,0 đến 25,0% Fe, nhiều lô quặng lên đến 36,0% Fe Bài toán công nghệ tuyển Công ty phấn đấu đạt quặng tinh thiếc đa vào luyện để có hiệu là: Hàm lợng sắt (Fe) nhỏ 4,0% yêu cầu nhỏ 3,0% 2,5%; Hàm lợng thiếc (Sn) lớn 65,0% Đáp ứng yêu cầu cấp bách luận văn đo chọn đề tài: Nghiên cứu giảm hàm lợng sắt sản phẩm trung gian quặng thiếc giàu sắt Quỳ Hợp phơng pháp hoà tách nhằm tìm chế độ hòa tách với chi phí hợp lý, đạt đợc chất lợng tinh quặng mà toán đặt Đối tợng phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tợng nghiên cứu đề tài quặng thiếc trung gian giàu sắt Quỳ Hợp Phạm vi nghiên cứu đề tài nghiên cứu thông số công nghệ ảnh hởng đến trình hòa tách sắt quặng thiếc axit sunfuric Mục đích đề tài Mục đích đề tài xác định điều kiện công nghệ hợp lý cho trình hòa tách sắt axit H2SO4 để thu tinh quặng thiếc có hàm lợng thiếc (Sn) lớn 65%, hàm lợng sắt (Fe) nhỏ 4% đáp ứng chất lợng quặng đa luyện Nhiệm vụ đề tài - Nghiên cứu thành phần vật chất mẫu nghiên cứu; - Xác định điều kiện công nghệ hợp lý cho trình hòa tách sắt quặng thiếc axit sunfuric; - Bằng quy hoạch thực nghiệm lập phơng trình mô tả ảnh hởng nhân tố nh thời gian, nhiệt độ, chi phí axit đến trình hòa tách sắt; - Kiến nghị sơ đồ hòa tách hợp lý Nội dung nghiên cứu a Lấu mẫu nghiên cứu thành phần vật chất mẫu nghiên cứu b Khảo sát thông số ảnh hởng đến trình hoá tuyển: + ảnh hởng kích thớc hạt; + ảnh hởng thời gian hòa tách; + ảnh hởng nhiệt độ hòa tách; + ảnh hởng nồng độ axit; + ảnh hởng tỷ lệ rắn lỏng c Xác định điều kiện hòa tách hợp lý d Thí nghiệm hoà tách nhiều bậc ngợc dòng e Xử lý môi trờng trình hoà tách f Xác định đợc phơng trình toán học tổng quát mô tả ảnh hởng nhân tố đến trình hòa tách mô hình hóa thực nghiệm g Kiến nghị sơ đồ hoà tách hợp lý Phơng pháp nghiên cứu - Phơng pháp thực nghiệm: lấy mẫu, thí nghiệm, phân tích tiêu chất lợng; - Sử dụng phần mềm Exel để vẽ đồ thị mô tả phụ thuộc yếu tố công nghệ đến trình hòa tách sắt; - Sử dụng lý thuyết xác suất thống kê để lập quy hoạch thực nghiệm mô tả tả ảnh hởng nhân tố đến trình hòa tách sắt ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Xác định đợc mức độ xâm nhiễm sắt thiếc quặng; - Vẽ đợc đờng cong biểu diễn mối quan hệ yếu tố công nghệ riêng rẽ đến trình hoà tách sắt; - Thải lỏng trình hoà tách đo đợc xử lý sữa vôi sục khí Sau xử lý thải môi trờng, dùng tuần hoàn trình hoà tách; - Bằng quy hoạch thực nghiệm đo tìm đợc phơng trình mô tả phụ thuộc hiệu suất hoà tách sắt vào thời gian, nhiệt độ chi phí axit trình hoà tách sắt, từ tìm đợc hớng điều chỉnh thông số công nghệ trình hoà tách nhằm đạt đợc hiệu suất hoà tách cao nhất; - Từ kết nghiên cứu đo đa đợc sơ đồ công nghệ chế độ hoà tách hợp lý để thu đợc tinh quặng thiếc đạt chất lợng đem luyện; - Sơ tính đợc chi phí hoà tách cho kg quặng 59 đó: u: kết thực nghiệm thứ u tính theo phơng trình hồi qui sau đo loại bỏ hệ số nghĩa yu : giá trị trung bình m lần thực nghiệm thực nghiệm thứ u yu -u: sai số lý thuyết thực nghiệm thực nghiệm thứ u 5.1.3 Mô hình hóa thực nghiệm bậc tâm trực giao Mô hình hóa thực nghiệm bậc nhằm nâng cao độ phù hợp so với bậc Có nhiều giải pháp tìm phơng trình hồi qui bậc 2, phổ biến hai phơng pháp: dùng ma trận tâm trực giao dùng ma trận tâm xoay Trong phơng trình hồi qui bậc có số hạng cần phải làm nhiêu thực nghiệm để tìm hệ số hồi qui tơng ứng cho số hạng Số thực nghiệm mô hình hóa thực nghiệm bậc tâm trực giao đợc tính theo công thức: N = 2n-q + 2n + N0 víi: 2n-q: sè thùc nghiƯm ë ma trËn gèc 2n: sè thùc nghiƯm ë ®iĨm N0: số thực nghiệm điểm tâm, thờng lấy N0=1 Để ma trận đảm bảo tính chất trực giao phải đa thêm tham số , đặt: xi2 = xi2 - ϕ víi: n − q + 2.d ϕ = n−q + 2n + N vµ d= N n − q − − n − q −1 Ta cã thĨ tÝnh tr−íc c¸c giá trị d ghi bảng 5.1 Phơng trình hồi qui bậc 2, n yếu tố có dạng tỉng qu¸t nh− sau: y = b0x0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + + b12x1x2 + b13x1x3 + b23x2x3 + + b11(x12-ϕ) + b22(x22-ϕ) + b33(x32-ϕ) + 60 Bảng 5.1 Các kết tính trớc Mô h×nh N d ϕ 22 1,000 0,6667 23 15 1,2154 0,7303 24 25 1,4142 0,8000 25-1 27 1,5467 0,7698 25 43 1,7244 0,8433 Các bớc tiến hành qui hoạch hãa thùc nghiƯm bËc t©m trùc giao: B−íc1: Chän mức thực nghiệm Chọn giá trị điểm tâm; xác định mức cao, mức thấp; xác định cánh tay đòn d Bớc 2: Lập ma trân thực nghiệm mr hóa mô hình hóa thực nghiệm bậc t©m trùc giao B−íc 3: TÝnh hƯ sè håi qui phơng trình bậc tâm trực giao: n n ∑ xiu yu bi = u =1 N ; n ∑ xiu x ju yu bij = u =1 N ∑x ∑ (x u =1 u =1 iu iu x ju ) ∑ (x iu ; bii = ∑ (x − ϕ ) yu u =1 N iu − ϕ )2 u =1 B−íc 4: Đánh giá tính có nghĩa hệ số hồi qui Do số thực nghiệm lớn làm lặp lại toàn thực nghiệm nên ngời ta thờng lặp lại thực nghiệm tâm tính phơng sai coi nh sai số chung thí nghiệm Dùng chuẩn t (student) để đánh giá tính cã nghÜa cđa c¸c hƯ sè håi qui: ti tÝnh>ti b¶ng(P,f) Víi: ti tinh = bi Sbi ; tij tinh = bij Sbij ; tii tinh = bii Sbii 61 ®ã: Sb2i = S bii S 02 ; Sb2ij = ∑ ( xiu ) S 02 ; ∑ ( xiu xiu )2 N0 = ;S = ( y0 k − y0 ) ∑ 2 N − k =1 ∑ ( xiu − ϕ ) S02 N0: sè thÝ nghiƯm lỈp lại tâm P: độ tin cậy thống kê f: bậc tự do, f=N0-1 Nếu ttính>tbảng hệ số hồi qui lớn sai số thực nghiệm, tức hệ số có nghĩa Bớc 5: Đánh giá tính phù hợp mô hình theo phơng trình hồi qui bậc tâm trực giao: Dùng chuẩn phân phối Fisher để đánh giá, sử dụng bất đẳng thức: Ftính < Fbảng(P,f1,f2) Ftinh = S phuhop S 02 víi S phu hop = N ∑ ( yu − ŷu)2 N − L u =1 ®ã: - N: sè thực nghiệm - L: số số hạng lại sau đo đánh giá tính có nghĩa hệ sè håi qui - f1=N-L ; f2=N0-1 (N0:sè thùc nghiÖm lặp tâm) 5.1.4 Mô hình hóa thực nghiệm bậc tâm xoay Mô hình hóa thực nghiệm bậc tâm xoay đợc tiến hành dựa sở ma trËn cét bËc cao ma trËn cã c¸c tÝnh chÊt sau: N ∑x iu = N λ2 u =1 N ∑x iu u =1 x 2ju = N với i=1ữn 62 với điều kiện: λ4 n > λ2 n + suy ra: λ4 = víi n.( N + N * ) n > * ( n + 2) N n+2 (λ2≅1) n: số yếu tố khảo sát N: số thực nghiệm ma trËn bËc t©m xoay, N=Ngèc+N*+N0 ` N*: sè thùc nghiƯm ë ®iĨm N0: sè thùc nghiƯm ë tâm (N0>1) khoảng cách từ tâm đến điểm đợc tính theo công thức: d=2(n-q)/4 Ta tính trớc điều kiện thực nghiệm theo bảng 5.2 Bảng 5.2 Các kết tính trớc n 2n-q N N* N0 d 22 4 1,414 23 6 1,682 24 16 2,000 25 32 10 10 2,378 25-1 16 10 2,000 Phơng trình hồi qui có dạng tổng quát: y = b0 x0 + ∑ bi xi + ∑ bij xi x j + ∑ xbii xi2 C¸c hƯ số b đợc tính theo công thức sau: N N bi = C3 ∑ xiu yu bij = 2C4 ∑ xiu x ju yu u =1 N u =1 N N N bii = C4 ∑ xiu2 yu + C5 ∑∑ xiu2 yu − C6 ∑ yu u =1 i =1 u =1 u =1 víi c¸c hƯ sè Ci đợc tính trớc cho bảng 5.3 63 Bảng 5.3 Các kết tính trớc n C1 C2 C3 C4 C5 C6 0,2000 0,1000 0,1250 0,1250 0,0188 0,1438 0,1667 0,0569 0,0731 0,0625 0,0069 0,0695 0,1428 0,0357 0,0357 0,0312 0,0037 0,0350 C¸c hƯ sè håi qui có nghĩa thỏa mon bất đẳng thức: ttính>tbảng(P,f0=N0-1) với b∗ ttinh = Sb∗ N0 ®ã: ∑(y S02 = − y0 ) 0m m =1 N0 − Sbo2=C1S02 Sbi2=C3S02 Sbij2=2C4S02 Sbii2=C6S02 Đánh giá tính phù hợp mô hình tìm đợc thông qua phơng trình hồi qui theo chuÈn F: Ftinh = S phuhop S 02 < Fb¶ng(P,fphuhop,f0) N0 N ) ∑ ( yu − y)2 u =1 víi S phu hop = f sk ∑(y − 0m − y )2 m =1 f0 f phuhop f0: bËc tù cđa thùc nghiƯm lỈp ë t©m, f0=N0-1 fsk: bËc tù cđa sù sai khác lí thuyết thực nghiệm, fsk=N-L L: số hệ số có nghĩa phơng trình hồi qui khảo sát tính phù hợp fphuhop: bậc tự phơng sai phù hợp, fphuhop=fsk-f0 Ftính