2.2.1. Khái quát chung về hoá tuyển
Hoà tách - về ph−ơng diện hoá học, là quá trình hoà tan chọn lọc các cấu tử có ích hoặc các cấu tử có hại từ quặng, tinh quặng hoặc từ các nguyên liệu khác vào dung dịch nhờ tác dụng của dung môi hoà tan thích hợp nh− axit, kiÒm...
Hoà tách là một trong những công đoạn quan trọng nhất trong quy trình công nghệ xử lý quặng.
Mục tiêu chủ yếu của quá trình hoà tách trong công nghệ xử lý quặng là tách chọn lọc và triệt để kim loại cần tách ra khỏi quặng.
Kết quả của quá trình hoà tách đ−ợc thể hiện qua hiệu suất hoà tan kim loại cần tách có trong quặng với các điều kiện công nghệ khả thi cả về mặt công
nghệ cả về mặt kinh tế. Nghiên cứu quá trình hoà tách cần phải xác định hiệu quả
công nghệ của quá trình thể hiện qua những tiêu chuẩn sau:
+ Đảm bảo hiệu suất hoà tách kim loại cần tách cao nhất.
+ Mức chi phí tác nhân hoà tách vì giá thành tác nhân hoà tách ảnh h−ởng lớn đến giá thành xử lý quặng.
+ Đảm bảo tính chọn lọc của quá trình hoà tách. Điều này có thể đạt đ−ợc bằng cách chọn đ−ợc tác nhân và điều kiện phản ứng (nồng độ chất phản ứng nhiệt độ, ...) sao cho hạn chế đ−ợc tốc độ hoà tách của các cấu tử khác.
Nh− vậy phải xác định đ−ợc chế độ tối −u cho quá trình hoà tách, có thể
đạt đ−ợc hiệu suất hoà tách kim loại cần tách lớn nhất và hiệu suất tách các cấu tử khác nhỏ nhất, chi phí tác nhân thích hợp.
2.2.2. Các ph−ơng pháp hoá tuyển
Nh− trên đo trình bày, trong tự nhiên có rất nhiều loại khoáng hoặc quặng chứa sắt, nh−ng phần lớn chúng đều hoà tan trong các axit vô cơ. Việc lựa chọn tác nhân hoà tách tuỳ thuộc vào đặc điểm và thành phần hoá học và khoáng vật của quặng và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác.
Hiện nay phương pháp cơ bản để hoà tách quặng là phương pháp hoà tách bằng axit.
Trong các ph−ơng pháp hoà tách bằng axit phổ biến nhất là hoà tách bằng axit sunfuric. Hoà tách bằng axit sunfuric có những −u điểm sau: công nghệ sản xuất axit sunfuric đơn giản, rẻ tiền, dễ hoà tan quặng, độ ăn mòn thiết bị không lớn phương pháp hoà tách bằng axit sunfuric vừa đạt hiệu suất hoà tách cao, vừa
đạt hiệu quả kinh tế đối với hầu hết các loại quặng.
Axit nitric HNO3 có khả năng ô xy hoá mạnh, dễ hoà tan quặng nh−ng đắt.
Axit clohiđric HCl chỉ đ−ợc sử dụng trong phòng thí nghiệm, nh−ng giá
thành cũng cao và đặc biệt gây ăn mòn thiết bị rất lớn.
Những kỹ thuật hoà tách chính hiện nay trong xử lý quặng là:
- Hoà tách khuấy trộn trong điều kiện áp suất th−ờng;
- Hoà tách ở áp suất cao;
- Hoà tách trộn ủ trong axit mạnh;
- Hoà tách đống;
- Hoà tách ngầm dưới mặt đất.
Ng−ời ta cũng th−ờng sắp xếp các công nghệ trên vào hai loại chính:
- Hoà tách khuấy trộn;
- Hoà tách tĩnh.
2.2.2.1. Hoà tách khuấy trộn
Trong hoà tách khuấy trộn, pha rắn (quặng) d−ới dạng mịn và pha lỏng (chứa tác nhân hoà tách) đều ở trạng thái chuyển động. Đây là phương pháp lâu
đời nhất và đ−ợc sử dụng rộng roi nhất trên thế giới. Hầu hết các nhà máy xử lý quặng công nghiệp đều sử dụng phương pháp hoà tách khuấy trộn.
Quá trình hoà tách đ−ợc tiến hành trong các thùng đ−ợc trang bị máy khuấy. Có hai loại thiết bị khuấy trộn: bằng cơ học và bằng không khí (pachuca).
Việc lựa chọn ph−ơng pháp khuấy trộn phụ thuộc vào các thông số nh− tỉ trọng quặng, cỡ hạt, phân bố cỡ hạt. Ưu điểm của ph−ơng pháp này là ở chỗ hiệu quả
hoà tách cao hơn so với phương pháp thấm lọc, khả năng cơ giới hoá và tự động hoá cao, tuy nhiên chi phí năng l−ợng lớn.
Hoà tách theo kiểu khuấy trộn có thể tiến hành gián đoạn, liên tục hoặc liên tục cùng dòng, ng−ợc dòng. Việc bổ xung tác nhân hoà tách vào thiết bị đầu tiên hoặc đ−ợc phân bố vào hầu hết các thùng hoà tách. Ng−ời ta có thể thực hiện hoà tách khuấy trộn theo hai bậc, bậc sau có nồng độ tác nhân cao hơn để có thể tách triệt để kim loại cần hoà tách.
2.2.2.2. Hoà tách đống
Trong hoà tách đống pha lỏng chứa tác nhân hoà tách chuyển động qua lớp quặng ở trạng thái tĩnh.
Nguyên tắc của ph−ơng pháp này là: quặng sau khi đ−ợc xử lý cơ học đ−ợc xếp thành đống lớn, dung dịch hoà tách được tưới từ trên xuống, thấm dần qua lớp quặng và thực hiện quá trình hoá học hoà tan kim loại cần tách trong quặng.
Dung dịch đ−ợc thu lại và đem xử lý để thu hồi kim loại.
Ph−ơng pháp này có những −u điểm chủ yếu sau: có thể sử dụng đ−ợc ngay tại nơi khai thác, đỡ đ−ợc chi phí vận chuyển, chi phí vốn đầu t− thấp, việc giải quyết bo thải đơn giản hơn, quặng đ−ợc nghiền thô hơn do đó giảm đ−ợc chi phí cho khâu nghiền, hạn chế vấn đề bụi. Tuy nhiên cũng tồn tại một số nh−ợc
điểm nh− thời gian hoà tách kéo dài, hiệu suất hoà tách không cao, chỉ thích hợp với loại quặng nghèo. Chi phí tác nhân trong hoà tách đống thường thấp hơn so với hoà tách khuấy trộn đối với cùng một loại quặng. Đối với loại quặng dễ thấm
−ớt, dễ tách kim loại có ích có thể đạt hiệu suất thu hồi kim loại có ích tốt với mức chi phí axit thấp.
2.2.2.3. Hoà tách áp suất cao
Hoà tách axit áp suất cao đ−ợc ứng dụng đối với loại quặng khó phân huỷ, không thể xử lý một cách có hiệu quả kinh tế ở các điều kiện hoà tách bình thường. Đối với loại quặng chứa một lượng đáng kể khoáng sunfua thì có thể sử dụng kỹ thuật hoà tách ở nhiệt độ và áp suất cao mà không cần hoặc chỉ cần một l−ợng nhỏ axit sunfuric ban đầu. Vì khoáng sunfua có thể chuyển thành axit sunfuric và sunfat sắt (II), sau đó chuyển thành sunfat sắt (III), khi áp suất ôxy tăng lên.
Ưu điểm của phương pháp này là đạt hiệu suất hoà tách cao ngay cả đối với các khoáng khó phân huỷ. Chi phí tác nhân hoà tách thấp. Ph−ơng pháp này
có nh−ợc điểm là khả năng ăn mòn thiết bị cao nên chỉ thích hợp đối với loại quặng khó hoà tách bằng các ph−ơng pháp thông th−ờng.
Các thiết bị dùng để hoà tách áp lực là autoclave. Có hai loại autoclave nằm ngang và kiểu đứng.
2.2.2.4. Ph−ơng pháp hoà tách trộn ủ axit mạnh
Kỹ thuật hoà tách trộn ủ axit mạnh đ−ợc tiến hành nh− sau:
Quặng đ−ợc nghiền đến độ hạt thích hợp, trộn với axit có nồng độ cao (từ 3 -8M) với tỉ lệ lỏng rắn 10% đến 20% thể tích, đủ để tác nhân hoà tách thấm vào quặng. Hỗn hợp sau khi trộn có thể đ−ợc ủ ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường và giữ ở một thời gian nhất định tuỳ theo từng loại quặng để các phản ứng hoà tan kim loại cần hoà tách xảy ra. Sau đó tiến hành rửa quặng hoặc theo ph−ơng pháp khuấy trộn hoặc thấm rửa bình th−ờng.
Ưu điểm của ph−ơng pháp này có thể xử lý đ−ợc các quặng khó hoà tan với chi phí axit thấp hơn hoà tách khuấy trộn thông th−ờng.
2.2.2.5. Ph−ơng pháp hoà tách tại chỗ
Phương pháp hoà tách ngầm : Mỏ quặng sau khi xác định được diện tích,
đánh giá trữ l−ợng, thành phần hoá học và khoáng hoá, xác định đặc điểm địa chất của vùng quặng. Quặng không phải khai thác lên, khoan các lỗ xuống vùng quặng, bơm tác nhân hoà tách vào trong lòng đất chứa quặng. Đào các ronh, hố
để thu dung dịch đ−a đi xử lý.
Phương pháp này thuận lợi để thu hồi kim loại có ích từ các thân quặng không thể thu hồi theo ph−ơng pháp thông th−ờng một cách kinh tế đ−ợc. Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi thăm dò địa chất tỉ mỉ.
Ph−ơng pháp hoà tách tại chỗ: Khác với ph−ơng pháp hoà tách ngầm, quặng được khai thác bằng nổ mìn và để nguyên dưới đất. Tác nhân hoà tách
thấm qua lớp quặng và hoà tan kim loại có ích. Hệ thống thu hồi dung dịch ở bên d−ới lớp quặng.
2.2.3. Các yếu tố ảnh h−ởng tới quá trình hoá tuyển
Nh− trên đo trình bày trong các ph−ơng pháp hoà tách thì hoà tách khuấy trộn đ−ợc sử dụng phổ biến nhất và đ−ợc nghiên cứu nhiều nhất. Thông th−ờng khi nghiên cứu công đoạn hoà tách th−ờng nghiên cứu ảnh h−ởng của một loạt các yếu tố lên hiệu suất hoà tách nh−: nồng độ tác nhân hoà tách, nhiệt độ hoà tách, kích thước hạt, tỷ lệ rắn lỏng mức độ khuấy trộn, thời gian hoà tách và phạm vi khoáng cần tách bị bao bởi các khoáng tạo đá.
Hoà tách là công đoạn quan trọng trong quy trình công nghệ xử lý quặng, có nhiệm vụ chuyển kim loại cần tách từ quặng sang dạng hoà tan trong dung dịch. Chế độ hoà tách đ−ợc lựa chọn trên cơ sở mục tiêu là hiệu suất hoà tách có tính đến các chi phí về mặt kinh tế và tính khả thi của công nghệ từ đó lựa chọn các điều kiện thích hợp của các yếu tố trên. Các yếu tố này liên quan chặt chẽ với nhau. Đối với nhiều loại quặng, khả năng hoà tách và tốc độ hoà tách có thể đạt
đ−ợc ở một loạt chế độ hoà tách, nh−ng chế độ tối −u không dễ lựa chọn.
a. ảnh hưởng của nồng độ tác nhân hoà tách.
Nồng độ của tác nhân hoà tách có ảnh hưởng nhiều tới quá trình hoà tách, trong quá trình hoà tách nồng độ tác nhân phải đ−ợc duy trì ở nồng độ có hiệu quả để phân huỷ các khoáng cần tách. Việc chọn nồng độ axit tối −u là một trong những vấn đề quan trọng nhất đối với quá trình hoà tách vì nó xác định trực tiếp tốc độ hoà tách.
b. ảnh hưởng của nhiệt độ:
Nhiệt độ, nồng độ tác nhân và thời gian hoà tách có mối liên hệ với nhau.
Sự tăng nhiệt độ làm tăng quá trình hoà tách, nh−ng trên thực tế tăng nhiệt độ sẽ dẫn đến tác nhân phản ứng bị phân huỷ, xảy ra các phản ứng phụ, làm tăng tác
nhân phản ứng, làm tăng nồng độ tạp chất trong dung dịch, thiết bị sẽ bị ăn mòn nhiều, tiêu tốn năng l−ợng lớn. Tuy nhiên khi tăng nhiệt độ sẽ tăng đ−ợc khả
năng hoà tách các loại khoáng khó tan, nên chỉ trong tr−òng hợp cần thiết mới thực hiện hoà tách ở nhiệt độ cao.
c. ảnh h−ởng của tỉ lệ rắn lỏng:
Tỉ lệ rắn lỏng thích hợp đ−ợc duy trì trong quá trình hoà tách để đảm bảo sự tiếp xúc có hiệu quả giữa pha lỏng có tác nhân hoà tách và bề mặt các hạt rắn.
Trong quá trình hoà tách việc chọn tỉ lệ rắn lỏng tuỳ thuộc vào thành phần khoáng của quặng và nồng độ tác nhân phản ứng. Khi tiến hành hoà tách với tỉ lệ rắn lỏng cao thì có thể giảm đ−ợc thể tích yêu cầu của chu trình hoà tách và giảm
đ−ợc chi phí tác nhân hoà tách trong khi nồng độ tác nhân không đổi. Điều này khá quan trọng khi hoà tách đối với loại quặng khó hoà tan. Thường thì tỉ lệ rắn:
lỏng từ 1: 0,8 đến 1: 2.
d. ảnh h−ởng của cỡ hạt quặng nghiền:
Cỡ hạt nhỏ sẽ làm tăng bề mặt tiếp xúc pha, điều đó dẫn đến sự phân huỷ quặng, hoà tách xảy ra dễ dàng và nhanh chóng hơn. Tuy nhiên cỡ hạt quá nhỏ
đòi hỏi tiêu tốn năng l−ợng lớn cho quá trình nghiền, làm giảm khả năng tách pha (lắng, lọc) sau quá trình hoà tách.
Trên thực tế, quá trình hoà tách khuấy trộn quặng thông th−ờng đ−ợc thực hiện với cỡ hạt 100 - 150 àm.
e. ảnh hưởng của mức độ khuấy trộn:
Khuấy trộn làm giảm trở lực tổng cộng của quá trình khuếch tán và đảm bảo sự phân bố đồng đều tác nhân hoà tách trong không gian phản ứng. Trên thực tế người ta điều khiển tốc độ khuấy trộn đủ để ngăn cản việc lắng của các hạt quặng trong pha lỏng bằng các thiết bị khuấy thông th−ờng (cánh khuấy) hay khuấy trộn bằng khí nén.
f. ảnh h−ởng của thời gian hoà tách:
Đối với hầu hết các loại quặng, thời gian hoà tách cần thiết đ−ợc xác định bởi nhiều yếu tố nh− chi phí tác nhân hoà tách, nhiệt độ, thành phần và loại khoáng, cỡ hạt nghiền... Nếu kéo dài thời gian hoà tách thì chi phí tác nhân hoà tách sẽ tăng. Tuỳ theo từng loại quặng, thời gian hoà tách tối −u đ−ợc xác định dựa trên việc tính toán kinh tế của việc kéo dài thời gian hoà tách với l−ợng kim loại có ích thu đ−ợc thu thêm đ−ợc.