Khỏi niệm về cụng nghệ và thiết bị nghiền chà xỏt

10. Cấu trỳc của luận ỏn

4.2. Khỏi niệm về cụng nghệ và thiết bị nghiền chà xỏt

Nghiền chà xỏt là quỏ trỡnh nghiền với sự chuyển động tự do của vật nghiền tương tự như cỏc quỏ trỡnh nghiền tang quay, tuy nhiờn, kớch thước của bi nghiền nhỏ hơn nhiều, cũng như cỏch thức tạo chuyển động cho bi khỏc nghiền bi thụng thường nờn tỏc dụng nghiền cú sự khỏc biệt căn bản.

Mỏy nghiền bi dạng tang quay là mỏy nghiền bi truyền thống cú dạng một tang nghiền nằm ngang với 40% thể tớch được chất đầy bởi cỏc viờn bi thộp kớch thước 25- 150 mm. Khi tang của mỏy nghiền quay thỡ khối bi được nõng lờn, cú thế năng và năng lượng này sẽ chuyển đổi thành động năng khi cỏc viờn bi rơi hoặc trượt xuống.

Vật liệu cần nghiền (quặng hay vật chất khỏc) được phõn tỏn giữa cỏc viờn bi và được phỏ vỡ bằng lực nộn ộp hoặc ma sỏt giữa cỏc viờn bi hoặc do va đập giữa quặng với bi. Năng lượng cấp cho mỏy nghiền chuyển thành tốc độ quay của tang, tốc độ này thường bị giới hạn trong khoảng 2/3 đến 4/5 tốc độ tới hạn khi gia tốc ly tõm đối với bi nghiền tương đương gia tốc trọng lực. Sự giới hạn năng lượng này dẫn đến mật độ năng lượng riờng của thiết bị là tương đối nhỏ [21].

Một cỏch tiếp cận khỏc là cấp cho bi nghiền mức năng lượng cần thiết bằng cỏch sử dụng một buồng nghiền tĩnh với cơ cấu khuấy trộn quay. Buồng nghiền được chất đầy bởi vật nghiền (bi nghiền) và chỳng được chuyển động bằng một cơ cấu khuấy rotor. Cơ cấu khuấy cú trang bị cỏc thanh quay trong một ngăn nghiền đặt thẳng đứng. Vật liệu cần nghiền ở trạng thỏi huyền phự lơ lửng trong nước. Huyền phự này được thỏo khỏi buồng hoặc tuần hoàn lại bằng một bơm bựn hỳt từ đỏy thiết bị. Tốc độ quay của đầu thanh khuấy thường khoảng 4m/s hoặc nhỏ hơn. Cỏc mỏy nghiền này là cỏc mỏy nghiền tốc độ thấp và thường gọi là mỏy nghiền chà xỏt. Lực nghiền trong mỏy nghiền chà xỏt phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của bi nghiền và kớch thước, trọng lượng bi và lực này nhỏ hơn nhiều so với lực nghiền trong mỏy nghiền bi thụng thường. Hơn nữa, lực tỏc động nghiền này hoàn toàn cú thể điều chỉnh (điều chỉnh tốc độ khuấy và lựa chọn bi nghiền) cho phự hợp với mục tiờu nghiền. Lực nghiền này chủ yếu là lực xiết tỏc động theo phương tiếp tuyến bề mặt hạt vật liệu, chớnh vỡ vậy, mỏy nghiền chà xỏt được ỏp dụng rộng rói khi cần nghiền chọn lọc hoặc làm sạch bề mặt hạt vật liệu. Hỡnh 4.1 và Hỡnh 4.2 là mụ hỡnh cấu tạo và nguyờn lý hoạt động của thiết bị nghiền chà xỏt.

Hỡnh 4.2. Mụ hỡnh và nguyờn lý thiết bị nghiền chà xỏt của hóng FLsmith

4.3. Phương phỏp luận đỏnh giỏ mức độ giải phóng khoỏng vật bằng phõn tớch thành phần tỷ trọng trong dung dịch nặng.

Cú nhiều phương phỏp nghiờn cứu và đỏnh giỏ mức độ giải phúng khoỏng vật trong gia cụng, chế biến khoỏng sản. Thụng thường cú thể là phương phỏp soi kớnh đếm hạt hoặc hiện đại hơn là phõn tớch MLA (Mineral Liberation Analysis). Đối với những khoỏng vật cú sự khỏc biệt lớn về khối lượng riờng so với đất đỏ thải thỡ cú thể ỏp dụng phương phỏp phõn tớch tỷ trọng trong chất lỏng nặng. Graphit tinh thể sạch cú tỷ trọng trong khoảng 1,9 ữ 2,31 g/cm3 nhẹ hơn nhiều so với cỏc khoỏng vật đất đỏ đi kốm (thạch anh, fenspat, mica, caolanh…) cú tỷ trọng khoảng 2,6 ữ 2,7 g/cm3. Chớnh vỡ vậy, cú thể dựng thành phần tỷ trọng của sản phẩm graphit (tương tự như đối với sản phẩm than) để đỏnh giỏ mức độ giải phúng graphit. Cỏc cấp tỷ trọng sẽ nằm trong khoảng 2,1 g/cm3 đến 2,6 g/cm3. Cỏc hạt graphit sạch sẽ đi vào cấp tỷ trọng

-2,1 g/cm3 trong khi cỏc hạt liờn tinh chưa giải phúng hết sẽ nằm vào cỏc cấp tỷ trọng nặng hơn.

Tỷ trọng của hạt liờn tinh graphit với khoỏng vật đỏ thải cú thể tớnh theocụngthức: liờntinh = x. graphit + (1 - x). đỏ thải ,

Trong đú liờntinh , graphit và đỏ thải lần lượt là tỷ trọng của hạt liờn tinh, hạt graphit sạch và hạt đỏ thải sạch;

Tỷ trọng của graphit sạch mỏ Bảo Hà được xỏc định bằng 1,96. Tỷ trọng của đỏ thải trong quặng Bảo Hà (chủ yếu là cỏc khoỏng silicat) lấy bằng 2,65.

Vớ dụ tỷ trọng của liờn tinh 95% graphit bằng: 95G = 0,95*1,96 + 0,05* 2,65 =1,9945 Tỷ trọng của liờn tinh 80% graphit bằng:

80G = 0,80*1,96 + 0,20*2,65 =2,098

Quặng tinh tuyển nổi sơ bộ mẫu quặng graphit bao gồm cỏc hạt graphit sạch (với tỷ lệ graphit lớn hơn 90 ữ 95%) và cỏc hạt liờn tinh graphit với đỏ thải. Chớnh vỡ vậy tỷ lệ khối lượng cấp tỷ trọng nhỏ hơn 2,1 g/cm3 (-2,1 tớnh theo phần đơn vị) cú thể sử dụng để đỏnh giỏ mức độ giải phúng khoỏng vật trong sản phẩm này. -2,1 cú giỏ trị biến thiờn từ 0 đến 1; giỏ trị -2,1 càng cao thỡ sản phẩm quặng tinh graphit càng được giải phúng.

Phõn tớch thành phần tỷ trọng trong dung dịch nặng (phõn tớch chỡm nổi) bằng mỏy ly tõm khụng nộn.

Phõn tớch thành phần tỷ trọng quặng tinh graphit được tiến hành bằng phương phỏp thụng dụng, tức là phõn tớch chỡm nổi trong mỏy ly tõm thớ nghiệm. Cỏc dung dịch nặng được chuẩn bị cú tỷ trọng chớnh xỏc là 2,1; 2,2; 2,3; 2,4; 2,5 g/cm3 và 2,6 g/cm3 bằng cỏch pha trộn bromoform (tỷ trọng 2,94 g/cm3) với etanol tinh khiết 99% theo cỏc tỷ lệ tinh toỏn. Quỏ trỡnh tiến hành từ tỷ trọng thấp đến cao. Cỏc cấp tỷ trọng sau đú được rửa sạch, sấy khụ và phõn tớch xỏc định hàm lượng C.

Hỡnh 4.4. Sơ đồ thớ nghiệm phõn tớch thành phần tỷ trọng cấp +0,149mm quặng tinh tuyển nổi sơ bộ graphit

Đề xuất cỏc hệ số đỏnh giỏ quỏ trỡnh nghiền chà xỏt

Như đó thấy ở mục trờn, quặng tinh graphit tuyển nổi sơ bộ cũn chứa rất nhiều hạt liờn tinh cú hàm lượng C thấp nờn nếu tiếp tục tuyển tinh thỡ chất lượng quặng tinh graphit khụng được cải thiện cho dự tuyển tinh nhiều lần. Để thu được quặng tinh cú hàm lượng C cao thỡ trước hết phải giải phúng khoỏng vật, cụ thể là bằng cỏc quỏ trỡnh nghiền. Kết quả của quỏ trỡnh nghiền thỡ một mặt khoỏng vật graphit được giải phúng nhưng mặt khỏc thỡ kớch thước cỏc hạt khoỏng cũng bị giảm đi. Với mục đớch nghiền chà xỏt quặng tinh graphit sao cho vừa giải phúng khoỏng vật graphit lại vừa trỏnh vỡ vụn làm giảm tỷ lệ graphit vảy thụ, đó đề xuất cỏc hệ số sau đõy làm tiờu chớ đỏnh giỏ quỏ trỡnh nghiền chà xỏt.

Hệ số giải phúng graphit

Để đỏnh giỏ định lượng mức độ giải phúng khoỏng vật của sản phẩm graphit, đó đề xuất hệ số giải phúng graphit, cú giỏ trị bằng tỷ lệ giữa khối lượng cỏc hạt graphit đó giải phúng chia cho khối lượng sản phẩm, tức là

Trong đú KL - Hệ số giải phúng graphit trong sản phẩm;

+0,149mm-2,1 - Giỏ trị tỷ lệ khối lượng cấp tỷ trọng -2,1 trong phõn tớch chỡm nổi cấp +0,149 mm trong sản phẩm, tớnh theo phần đơn vị;

Hệ số KL càng cao thỡ graphit trong sản phẩm đú càng được giải phúng. Giỏ trị cao nhất về mặt lý thuyết của hệ số này là bằng 1.

Hệ số bảo toàn graphit vảy thụ trong quỏ trỡnh nghiền

Quỏ trỡnh nghiền chà xỏt cũng như bất cứ quỏ trỡnh nào dẫn đến giảm kớch cỡ vật liệu, và trong trường hợp cụ thể của chỳng ta là giảm kớch cỡ cỏc hạt graphit thụ cấp hạt +0,149mm. Để đặc trưng cho hiện tượng này, một hệ số được đề xuất gọi là hệ số bảo toàn graphit vảy thụ trong quỏ trỡnh nghiền, cú giỏ trị bằng tỷ lệ phần khối lượng cấp +0,149mm trong sản phẩm nghiền chia cho khối lượng cấp +0,149 mm cú trong cấp liệu nghiền

�� = �+0,149

+0,149 (4.2)

Trong đú +0,149mm là thu hoạch cấp +0,149mm trong sản phẩm nghiền (%); +0,149mm: Thu hoạch cấp +0,149mm trong cấp liệu (%);

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

Hệ số nghiền chà xỏt tối ưu

Một trong cỏc mục tiờu của luận ỏn này là xỏc định cỏc thụng số của quỏ trỡnh nghiền chà xỏt quặng tinh graphit tuyển nổi sơ bộ sao cho thu được tối đa graphit dạng vảy chất lượng cao. Như vậy quỏ trỡnh nghiền phải đạt hai mục tiờu: thứ nhất là phải giải phúng tối đa graphit trong cấp +0,149 mm và thứ hai phải bảo toàn cấp

+0,149 mm. Hai nhiệm vụ này là ngược nhau vỡ càng giải phúng graphit thỡ lượng cấp hạt +0,149 mm càng giảm.

Hệ số nghiền chà xỏt tối ưu được đề xuất để tớnh đến ảnh hưởng của hai mục tiờu trờn

KO = KP. KL

Về mặt vật lý thỡ hệ số KO phản ỏnh lượng graphit dạng vảy cấp tỷ trọng -2,1 cú thể thu được trong quỏ trỡnh nghiền. Cũng như cỏc hệ số KP và KL, hệ số KO là phụ thuộc vào thời gian nghiền.

��−= �,��+0,149 mm(t)ì�+�,���

�� (�)

+�,��� �� ( 4.3)

Hệ số KO này sẽ được sử dụng để khảo sỏt ảnh hưởng của cỏc thụng số đến hiệu quả quỏ trỡnh nghiền chà xỏt quặng tinh graphit tuyển nổi sơ bộ.

4.4. Thớ nghiệm đỏnh giỏ mức độ giải phóng khoỏng vật bằng phương phỏp nghiền chà xỏt.

Hiệu quả quỏ trỡnh nghiền chà xỏt chọn lọc chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khỏc nhau, tuy nhiờn, trong phạm vi giới hạn của nghiờn cứu này, khụng khảo sỏt tất cả cỏc yếu tố ảnh hưởng của chỳng, mà chỉ đi sõu nghiờn cứu một số yếu tố chớnh bao gồm: Tốc độ khuấy, tỉ lệ rắn/lỏng, thời gian nghiền khuấy chà xỏt và sự ảnh hưởng của tỷ lệ bi/quặng.

Để đỏnh giỏ mức độ giải phúng khoỏng vật bằng phương phỏp nghiền chà xỏt, quỏ trỡnh nghiờn cứu đó sử dụng dung dịch tỷ trọng nặng để phõn tỏch đối với sản phẩm sau nghiền chà xỏt, sau khi xỏc định được giỏ trị phự hợp của cỏc yếu tố khảo sỏt nờu trờn qua thớ nghiệm phõn tỏch bằng dung dịch nặng, sẽ tiếp tục sử dụng phương phỏp tuyển nổi để nghiờn cứu, khảo sỏt chi tiết ảnh hưởng của sự biến đổi giỏ trị cỏc yếu tố tỏc động đến hiệu quả chà xỏt, qua đú xỏc định cỏc giỏ trị tối ưu của cỏc yếu tố tỏc động được khảo sỏt nhằm thu hồi tối đa graphit dạng vảy của mẫu nghiờn cứu. Sản phẩm nghiền của cỏc nghiờn cứu ảnh hưởng nồng độ bựn quặng, tốc độ nghiền chà xỏt, tỷ lệ bi/quặng, thời gian nghiền chà xỏt đến hiệu quả giải phúng khoỏng vật graphit được phõn tớch trong dung dịch tỷ trọng nặng 2,1 ữ 2,6g/cm3.

Mẫu nghiờn cứu: Quặng tinh thụ sau tuyển tinh 1 được rõy tỏch cấp -0,149 mm, quặng tinh thụ cấp +0,149mm khi đú cú hàm lượng cacbon: 49 ữ 50% C được sử dụng làm mẫu nghiờn cứu đỏnh giỏ cỏc yếu tốảnh hưởng đến hiệu quảnghiền chà xỏt.

Thiết bị nghiền chà xỏt: Dung tớch 1 lớt; cỏnh nghiền chà xỏt kiểu chõn vịt; bi nghiền cú kớch thước <5mm

Hỡnh 4.5. Thiết bị thớ nghiệm tuyển nổi và nghiền chà xỏt

Dung dịch bromoform (HCBr3) tỷ trọng 2,89 g/cm3 được pha loóng tạo thành cỏc cấp dung dịch tỷ trọng khỏc nhau: 2,1; 2,2; 2,3; 2,4; 2,5 và 2,6 g/cm3 và phõn ly trong thiết bị ly tõm phũng thớ nghiệm.

Cỏch thức thớ nghiệm được tiến hành như sau: Quặng tinh thụ cấp +0,149 mm được nghiền chà xỏt ở cỏc điều kiện khỏc nhau, sau đú tiếp tục được rõy tỏch cấp - 0,149 mm, cấp +0,149 mm, cấp +0,149 mm thu được đưa phõn tớch trong cỏc dung dịch nặng nờu trờn, sau đõy là một số kết quả thớ nghiệm nghiền chà xỏt.

4.4.1. Phõn tớch thành phần tỷ trọng quặng tinh graphit tuyển sơ bộ cấp +0,149mm. Sau giai đoạn nghiền và tuyển nổi thụ quặng graphit nguyờn khai đó

loại bỏ phần lớn khoỏng tạp chất đi kốm, thu được quặng tinh graphit cú thực thu cao ~93%, nhưng hàm lượng cacbon chỉ đạt 49,40% C từ quặng nguyờn khai cú hàm lượng 11,80% C, tương ứng hệ số làm giầu 4,19 lần. Sản phẩm quặng tinh này đó được phõn cấp thành 5 cấp hạt và phõn tớch hàm lượng cacbon cũng như thành phần khoỏng, kết quả cho thấy hàm lượng cacbon trong cỏc cấp hạt cũn rất thấp, bờn cạnh đú qua hỡnh ảnh phõn tớch SEM (Mục 3.3) cho thấy cỏc khoỏng tạp vẫn cũn tồn tại, xen kẹp trong cỏc tấm graphit mà nghiền tuyển giai đoạn 1 vẫn chưa thể loại bỏ dẫn đến hàm lượng cacbon trong sản phẩm chưa cao.

tinh 1 được phõn cấp tỏch cấp hạt -0,149mm; cấp +0,149 mm được đưa phõn tớch tỷ trọng.

Kết quả phõn tớch thành phần tỷ trọng mẫu quặng tinh graphit tuyển sơ bộ được trỡnh bày ở Bảng 4.1.

Bảng 4.1. Thành phần tỷ trọng quặng tinh graphit tuyển sơ bộ cấp +0,149mm

STT Cấp tỷ trọng, g/cm3 Thu hoạch,% Hàm lượng C,%

1 -2,1 15,15 94,10 2 +2,1-2,2 22,15 76,82 3 +2,2 -2,3 4,76 65,62 4 +2,3 -2,4 7,74 45,59 5 +2,4 -2,5 3,42 36,81 6 +2,5 -2,6 18,14 20,22 7 +2,6 28,64 9,69 Tổng cộng 100,00 45,62

Như đó thấy, cấp -2,1 g/cm3 cú hàm lượng C đạt trờn 94% gồm cỏc hạt graphit đó cơ bản được giải phúng khỏi tạp chất. Cỏc cấp tỷ trọng cũn lại là cỏc liờn tinh graphit với đỏ thải theo cỏc tỷ lệ khỏc nhau. Đỏng lưu ý là cấp +2,6 g/cm3 chỉ cú khoảng 10% graphit nhưng cũng đó nổi vào sản phẩm bọt, cú thể núi đõy là cỏc hạt chỉ cú những lớp mỏng graphit trờn bề mặt, tỷ lệ khối lượng khụng lớn nhưng tỷ lệ bề mặt lại cao và làm cho hạt dễ đi vào phần nổi.

4.4.2 Nghiờn cứu ảnh hưởng của cỏc thụng số đến quỏ trỡnh nghiền chà xỏt

Đó tiến hành nghiờn cứu ảnh hưởng cửa một số thụng số cơ bản đến quỏ trỡnh chà xỏt: nồng độ bựn, tốc độ khuấy chà xỏt, tỷ lệ bi/quặng. Đối với mỗi bộ thụng số nờu trờn tiến hành thớ nghiệm và tớnh toỏn cỏc hệ số của quỏ trỡnh tương ứng với cỏc thời gian nghiền chà xỏt 5’, 10’, 15’ và 20’. Điều kiện cỏc thớ nghiệm chà xỏt được tổng hợp trong Bảng 4.2.

4.4.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ bựn.

Đó tiến hành loạt thớ nghiệm xỏc định ảnh hưởng của nồng độ bựn đến hiệu quả nghiền chà xỏt (cỏc thớ nghiệm CX1 ữ CX5). Kết quả thớ nghiệm được trỡnh bày tại Bảng 4.3 và cỏc đồ thị Hỡnh 4.6 ữHỡnh 4.7.

Bảng 4.2. Điều kiện cỏc thớ nghiệm nghiền chà xỏt tinh quặng tuyển nổi graphitSố hiệu thớ Số hiệu thớ nghiệm Nồng độ bựn,% rắn Tốc độ khuấy, vũng/phỳt Tỷ lệ bi/quặng CX1 30 700 4/1 CX2 35 700 4/1 CX3 40 700 4/1 CX4 45 700 4/1 CX5 50 700 4/1 CX6 45 300 4/1 CX7 45 500 4/1 CX8 45 700 4/1 CX9 45 900 4/1 CX10 45 700 1/1 CX11 45 700 2/1 CX12 45 700 3/1 CX13 45 700 4/1 CX14 45 700 5/1

Bảng 4.3. Ảnh hưởng của nồng độ bựn đến kết quả nghiền chà xỏt

Số hiệu thớ nghiệm Nồng độ bựn, % rắn Thời gian nghiền, phỳt Thu hoạch cấp +0,149mm trong sản phẩm nghiền +0,149mm KP

Thu hoạch cấp tỷ trọng -2,1 trong cấp +0,149mm sản phẩm nghiền +0,149mm-2,1 KL KO CX1 30 5 28 0,47 52 0,52 0,24 10 24 0,40 64 0,64 0,26 15 18 0,30 72 0,72 0,22 20 15 0,25 78 0,78 0,20 CX2 35 5 29 0,48 54 0,54 0,26 10 25 0,42 68 0,68 0,28 15 19 0,32 75 0,75 0,24 20 15 0,25 80 0,80 0,20 5 31,2 0,52 58,5 0,59 0,30

Số hiệu thớ nghiệm Nồng độ bựn, % rắn Thời gian nghiền, phỳt Thu hoạch cấp +0,149mm trong sản phẩm nghiền +0,149mm KP

Thu hoạch cấp tỷ trọng -2,1 trong cấp +0,149mm sản phẩm nghiền +0,149mm-2,1 KL KO CX3 40 10 26,7 0,45 70,6 0,71 0,31 15 20,6 0,34 77,2 0,77 0,27 20 16,8 0,28 82,2 0,82 0,23 CX4 45 5 31,5 0,53 59,8 0,60 0,31 10 26,8 0,45 72,8 0,73 0,33 15 20,9 0,35 77,2 0,77 0,27 20 17 0,28 83,5 0,84 0,24