Bộ khoa học và công nghệ viện năng lợng nguyên tử việt nam Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ cấp bộ năm 2005-2006 Nghiên cứu lựa chọn quy trình công nghệ xử lý quặng fenspat đắc lắc đạt tiêu chuẩn chất lợng làm nguyên liệu gạch granit nhân tạo, xơng gốm trắng, xơng gốm đỏ xây dựng M số: Bo/05/03-02 Cơ quan chủ trì: Viện Công nghệ xạ hiếm Chủ nhiệm đề tài: ThS. Nguyễn Duy Pháp Hà Nội, tháng 7 - 2007 1 Những ngời thực hiện đề tài 1 Nguyễn Duy Pháp Thạc sĩ, NCV Trung tâm CN tuyển khoáng 2 Nguyễn Đức Hng Thạc sĩ, NCVC Trung tâm CN tuyển khoáng 3 Dơng Văn Sự Thạc sĩ, NCV Trung tâm CN tuyển khoáng 4 Phạm Quỳnh Lơng Thạc sĩ, NCV Trung tâm CN tuyển khoáng 5 Nguyễn Đức Thái Thạc sĩ, NCV Trung tâm CN tuyển khoáng 6 Nguyễn Doanh Ninh Kỹ s, NCVC Trung tâm CN tuyển khoáng 7 Nguyễn Trung Sơn Kỹ s, NCVC Trung tâm CN tuyển khoáng 8 Phan Ngọc Bích Kỹ s, NCVC Trung tâm CN tuyển khoáng 9 Bùi Thị Bảy Cử nhân, NCV Trung tâm CN tuyển khoáng 10 Tạ Vũ Nguyệt ánh Kỹ s, NCV Trung tâm CN tuyển khoáng Các cơ quan đơn vị phối hợp thực hiện 1 Công ty Cổ phần khoáng sản DAKLAK. 2 Trung tâm Phân tích Thí nghiệm Địa chất. 3 Phòng thí nghiệm Khoáng Thạch học, Đại học Mỏ Địa chất Hà Nội 4 Bộ môn Vật lý chất rắn, Đại học Khoa học Tự nhiên. 5 Viện Nghiên cứu Sành sứ Thuỷ tinh Công nghiệp. 2 Mục lục Đề mục Trang Những ngời thực hiện đề tài 1 Mục lục 2 Tóm tắt 4 Astract 5 Những từ viết tắt và ký hiệu 6 Mở đầu 7 Phần tổng quan 8 I Một số nét về quặng fenspat và các lĩnh vực sử dụng 9 I.1 Thành phần và tính chất hoá lý của quặng fenspat 9 I.2 Các lĩnh vực sử dụng 10 II Một số phơng pháp làm giàu quặng fenspat 12 II.1 Phơng pháp tuyển thủ công (phân loại sản phẩm theo cảm quan, màu sắc) 13 II.2 Phơng pháp tuyển rửa 13 II.3 Phơng pháp tuyển phân cấp 13 II.4 Phơng pháp tuyển từ 13 II.5 Phơng pháp tuyển nổi 13 III Tình hình khai thác và chế biến fenspat 15 III.1 Trên thế giới 15 III.2 Việt Nam 15 III.2.1 Trữ lợng và thành phần vật chất một số mỏ fenspat lớn ở Việt Nam 15 III.2.2 Tình hình khai thác và chế biến quặng fenspat ở Việt Nam 16 IV Đối tợng, mục tiêu và phơng pháp nghiên cứu 17 IV.1 Đối tợng nghiên cứu 17 IV.1.1 Đặc điểm địa chất thân quặng 18 IV.1.2 Tình hình khai thác chế biến fenspat EASO, Đăc Lắc 18 IV.2 Mục tiêu nghiên cứu 19 IV.3 Phơng pháp nghiên cứu 19 IV.4 Điều kiện nghiên cứu 20 Kết quả thực nghiệm 21 V Kết quả nghiên cứu thành phần vật chất mẫu 21 V.1 Mẫu nghiên cứu 21 V.2 Gia công mẫu 21 V.3 Kết quả nghiên cứu thành phần vật chất mẫu quặng 22 V.3.1 Thành phần khoáng vật, thạch học 22 V.3.2 Thành phần hoá học 28 V.3.3 Tính chất cơ lý đá 28 V.3.4 Đặc tính độ hạt 2 mm 28 V.4 Kết luận về thành phần vật chất 30 VI Kết quả nghiên cứu công nghệ 33 VI.1 Tuyển phân cấp và tuyển từ 33 VI.1.1 Khâu tuyển phân cấp 33 3 VI.1.2 Khâu tuyển từ 34 VI.1.3 Tuyển sơ đồ kết hợp phân cấp và tuyển từ 37 VI.2 Xử lý hoá học, sấy khô và tuyển từ 38 VI.2.1 Vai trò của xử lý hoá học 39 VI.2.2 Thí nghiệm khảo sát mối quan hệ giữa nồng độ dung dịch, thời gian tiếp xúc và pH môi trờng 39 VI.2.2.a Điều kiện thí nghiệm 39 VI.2.2.b Kết quả thí nghiệm 40 VI.2.2.c Xác định lợng nớc rửa 42 VI.2.3 Mối quan hệ giữa độ ẩm, nhiệt độ và thời gian mất nớc của mẫu 42 VI.2.3.a Mất nớc tự nhiên 42 VI.2.3.b Mất nớc bằng sấy 42 VI.2.3.c Kết luận 43 VI.2.4 Kết quả tuyển mẫu xử lý hoá học 43 VI.2.4.a Mẫu rửa nớc 44 VI.2.4.b Mẫu rửa axit HCl 44 VI.2.4.c Mẫu rửa axit HNO 3 46 VI.2.4.d Mẫu rửa axit H 2 SO 4 47 VI.2.4.e Mẫu rửa kiềm 49 VI.2.4.f Nhận xét chung 51 VI.3 Xác định thời gian khuấy rửa sử dụng axit H 2 SO 4 làm tác nhân hoá học 51 VI.4 Sơ đồ kiến nghị tuyển phân cấp, xử lý hoá học và tuyển từ 54 VII Tuyển nổi kết hợp tuyển từ 55 VII.1 Tuyển nổi khoáng biotit 56 VII.2 Tuyển từ tách các khoáng chứa sắt ra khỏi sản phẩm chìm 57 VII.3 Âp dụng tuyển nổi kết hợp tuyển từ để tuyển mẫu fenspat Đắc Lắc 58 VIII Lựa chọn sơ đồ tuyển 59 IX Thử nghiệm tuyển sơ đồ thu hồi sản phẩm 61 X Đánh giá thử nghiệm khả năng làm men, xơng gốm sứ cao cấp từ sản phẩm thử nghiệm quy trình công nghệ 62 XI Đề xuất sơ đồ công nghệ chế biến sâu fenspat Đắc Lắc 64 Kết luận và kiến nghị 68 Tài liệu tham khảo 69 Phụ lục 71 Báo cáo tổng kết kinh phí 72 Quy trình công nghệ xử lý quặng fenspat 73 Phơng án lấy mẫu Phiếu kết quả phân tích Phiếu đánh giá thử nghiệm sản phẩm làm men, xơng gốm 4 Tóm tắt Đề tài đã nghiên cứu tuyển quặng fenspat vùng EASO, tỉnh Đắc Lắc để thu đợc các sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lợng làm men, làm xơng gốm sứ xây dựng. Trên cơ sở nghiên cứu thành phần vật chất quặng và các giải pháp gia công, chế biến đề tài đã xác định đợc đá chứa quặng fenspat Đắc Lắc có nguồn gốc đá sienit porphyr, sienit biotit và pegmatit. Các khoáng vật fenspat kali chủ yếu là orthocla, microclin lẫn albit (fenspat natri), plagiocla. Các khoáng tạp chủ yếu là biotit, hornblend, calcit, thạch anh sẽ giải phóng ra khỏi các khoáng fenspat ở độ hạt 0,5+0,125 mm chiếm tới 77,5%. Đề tài đã nghiên cứu tuyển phân cấp, tuyển nổi, tuyển từ và khả năng kết hợp các phơng pháp trên để nâng cao chất lợng fenspat. Đặc biệt là đã nghiên cứu lựa chọn các tác nhân ảnh hởng đến quá trình làm sạch bề mặt hạt khoáng nh nớc, kiềm, các axit mạnh. Kết quả đã lựa chọn đợc axit sunphuric làm chất tẩy rửa bề mặt thích hợp với chi phí 12kg axit/tấn quặng, thời gian ngâm khuấy là 20 phút. Đã lựa chọn sơ đồ phù hợp để tuyển fenspat. Các sản phẩm thu đợc gồm sản phẩm làm xơng gốm trắng, xơng gốm đỏ. Đặc biệt là tinh quặng có hàm lợng kiềm lớn hơn 12,5%, hàm lợng Fe 2 O 3 <0,2%, TiO 2 <0,03% và đã thử nghiệm thành công làm men sứ và xơng gốm sứ cao cấp. Sản phẩm thải chính là nhóm khoáng biotit, hornblend giàu sắt có thể chôn lấp đơn giản. Sơ đồ công nghệ do đề tài nghiên cứu đã kết hợp quá trình xử lý hóa học bề mặt (làm sạch bề mặt hạt khoáng và tăng chất lợng) với quá trình tuyển từ phù hợp với đối tợng quặng fenspat Đắc Lắc. Từ khoá: - Quặng fenspat, đá sienit, đá pegmatit, fenspat kali, plagiocla, biotit - Quy trình công nghệ, xử lý bề mặt, tuyển từ, axit, kiềm - Men sứ, xơng gốm sứ 5 ABSTRACT This project was investigated to process feldspar from the EASO area in the DakLak province in order to attain high quality product of enamel and ceramic bodies of building. Based on studied composition of matter and process with solutions, this project was identified the rock bearing feldspar which has an origin of rock of porphyry sienite, biotite sienite and pegmatite. The potassium feldspar minerals are mainly orthoclase and microcline mixed albite mineral (sodium feldspar) with plagioclase. Its major impurities are biotitic, hornblende, calcite and quartz which will be separated in size of –0.5+0.125 mm to appropriate 77.5%. The project is investigated classification, froth flotation, magnetic separation and the ability to combine the above methods to upgrage the feldspar quality. Especially we were chosen agents to wash the surface of mineral grain as water, alkali and strong acids. Sulfuric acid is chosen to determine the level of spending on 12kg acids per ton, stirring times of 20 minutes. Flow sheet of beneficiation is chosen to fit processing feldspar. Products are investigated good to make the enamel with the high ceramic body which have high content of alkali more than 12.5% and less than 0.2% ferrous oxide with 0.03% dioxide titanium. In addition the residue is a group of abundant ferrous mineral such as biotitic, hornblende, which can be simple, disposed. Flow sheet for technology of this project is combined by washing the surface (cleaning the surface of mineral and quality upgrade) with beneficiation for DakLak feldspar. Keywords: - Feldspar ore, syenite rock, pegmatite, potassium feldspar, plagioclase, biotitic - Technological procedure, washing surface, magnetic separation, acid, alkali - Enamel, ceramic bodies. 6 Các từ viết tắt và ký hiệu dùng trong báo cáo Ký hiệu, từ viết tắt Giải nghĩa C1, C2 Cấp độ tìm kiếm thăm dò, đánh giá trữ lợng tài nguyên KM100, KM200, KM325 Mác sản phẩm nm Đơn vị chiều dài, nanomet mm Đơn vị chiều dài, milimet ml Đơn vị thể tích, mililit mesh Số mắt lỗ trên 1 đơn vị diện tích sàng tiêu chuẩn pH Chỉ số axit 0 C Độ cencius Tỷ trọng là tỷ số giữa trọng lợng của một thể tích nào đó với trọng lợng nớc có cùng thể tích g, kg, t Đơn vị khối lợng, gram, kilogram, tấn TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam MKN Chỉ số mất khi nung ơxtest Đơn vị cờng độ từ trờng 7 Phần mở đầu Xuất phát từ nhu cầu thực tế sản xuất của Công ty Cổ phần Khoáng sản Đắc Lắc về chế biến fenspat Đắc Lắc và khả năng tổ chức nghiên cứu triển khai công nghệ của Viện Công nghệ xạ hiếm, đề tài Nghiên cứu lựa chọn quy trình công nghệ xử lý quặng fenspat Đắc Lắc đạt tiêu chuẩn chất lợng làm nguyên liệu gạch granit nhân tạo, xơng gốm trắng, xơng gốm đỏ xây dựng đã đợc Bộ Khoa học và Công nghệ phê duyệt nghiên cứu trong 2 năm từ tháng 5 năm 2005 đến tháng 12 năm 2006. Trong 2 năm qua, tiếp cận các tài liệu trong nớc và ngoài nớc cùng với kinh nghiệm nghiên cứu của Viện, đề tài đã tiến hành nghiên cứu theo các nội dung đăng ký và mục tiêu đề ra: - Nghiên cứu lựa chọn quy trình công nghệ xử lý quặng fenspat Đắc Lắc đạt tiêu chuẩn chất lợng làm nguyên liệu gạch granit nhân tạo, xơng gốm trắng, xơng gốm đỏ xây dựng và một số nghiên cứu đánh giá khả năng làm men của sản phẩm fenspat Đắc Lắc sau xử lý; - Bớc đầu xây dựng cơ sở sơ đồ công nghệ xử lý quặng fenspat Đắc Lắc phục vụ cho công tác chuyển giao công nghệ. Kết quả nghiên cứu phòng thí nghiệm bớc đầu đã thực hiện đợc mục tiêu của đề tài. Kinh phí đề tài trong 2 năm đợc phân bổ trong bảng thống kê dới đây Kinh phí TT Nội dung các khoản chi Số tiền (triệu VN đồng) Tỷ lệ % 1 Thuê khoán chuyên môn 102,00 34,00 2 Nguyên vật liệu, năng lợng 55,20 18,40 3 Thiết bị, máy móc 96,80 32,27 4 Chi khác 45,98 15,33 Tổng cộng 300,00 100,00 8 Tổng quan I. Một số nét về quặng fenspat và các lĩnh vực sử dụng I.1. Thành phần và tính chất hoá lý của quặng fenspat Fenspat [14] là nhóm khoáng vật tạo đá phong phú, có công thức chung là MAl(Al,Si) 3 O 8 , trong đó M =K, Na, Ca, Ba, Rb, Sr hoặc Fe. Fenspat phân bố rộng rãi nhất và chiếm 60% trong vỏ Trái đất. Fenspat có trong tất cả các loại đá (phiến kết tinh, migmatit, gneiss, granit và các đá magma khác). Fenspat thờng có màu trắng, trong mờ, có độ cứng 6 (theo thang Mohs), tinh thể đơn nghiêng hoặc 3 nghiêng, cát khai theo hai phơng 90 0 và 86 0 , fenspat bị biến đổi thành kaolin và sét. Các mỏ fenspat thờng gặp trong thiên nhiên là fenspat kali (công thức hoá học KalSi 3 O 8 ), fenspat natri (NaAlSi 3 O 8 ) và fenspat canxi (CaAl 2 Si 2 O 8 ). Trong nhóm fenspat kali còn có thể phân ra thành các nhóm khoáng theo nhiệt độ nóng chảy nh: - Nóng chảy ở nhiệt độ cao: sanidin (KalSi 3 O 8 ), natrosanidin [(K- Na)AlSi 3 O 8 . - Nóng chảy ở nhiệt độ trung bình: orthocla (KalSi 3 O 8 ) và natriorthocla [(K-Na)AlSi 3 O 8 ]. - Nóng chảy ở nhiệt độ thấp: microclin (KalSi3O8) và anorthocla [(Na- K)AlSi 3 O 8 ]. Nhóm fenspat natri có albit (NaAlSi 3 O 8 ) làm đại diện tiêu biểu. Nhóm fenspat canxi có anorthit (CaAl 2 Si 2 O 8 ) làm đại diện. Thành phần hoá học quặng fenspat xác định theo công thức hoá học cho ở bảng I. 1. Bảng I.1 Thành phần hoá học của khoáng vật fenspat Thành phần hoá học, % TT Fenspat K 2 O Na 2 O Cao Al 2 O 3 SiO 2 1 Kali 16,90 - - 18,40 64,70 2 Natri - 10,59 - 19,40 68,81 3 Canxi - - 20,10 36,62 43,28 9 Trong thiên nhiên ít tồn tại mỏ fenspat dạng đơn khoáng mà phần lớn chúng tồn tại dới dạng đa khoáng nh kali-natri fenspat và natri-kali fenspat (plagiocla). Một số tính chất hoá lý đặc trng của các khoáng fenspat [5] thể hiện ở bảng I. 2. Bảng I. 2 Một số tích chất hoá lý của khoáng vật fenspat Loaị quặng Công thức hoá học Tỷ trọng g/cm 3 Độ cứng Mohs Độ từ thẩm cm 3 /g Nhiệt độ nóng chảy o C Hoá tính Fenspat Kali KAlSi 3 O 8 2,54-2,55 6-6,5 0,376 1330-1450 Tan trong HF và dung dịch KOH sôi Fenspat Natri NaAlSi 3 O 8 2,61 6-6,5 0 1100-1250 Tan trong NaOH, tan ít trong HF Fenspat Canxi CaAl 2 Si 2 O 8 2,76 6-6,5 - 1528-1562 Tan trong KOH, HCl và các axit khác I.2. Các lĩnh vực sử dụng fenspat Phần lớn quặng fenspat đợc sử dụng làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp thuỷ tinh, gốm sứ, xây dựng Một phần không nhỏ đợc ứng dụng cho các ngành sản xuất que hàn, bột màu, đá nhân tạo, bột mài Tuỳ thuộc vào thành phần khoáng vật quặng fenspat mà ngời ta sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau. Fenspat kali sử dụng trong các ngành gốm sứ, thuỷ tinh đặc biệt là sứ cách điện, hàng sứ cao cấp, điện cực, bột mài. Nguyên liệu cho các hộ tiêu thụ trên đòi hỏi quặng fenspat có thành phần fenspat kali cao (>60%). Chất lợng sản phẩm quặng đợc đánh giá theo giá trị tỷ lệ hàm lợng K 2 O/Na 2 O, hàm lợng của chất vô ích (Fe 2 O 3 , TiO 2 ) và thạch anh tự do. Đối với công nghệ sản xuất thuỷ tinh chất lợng sản phẩm quặng không đánh giá theo giá trị tỷ lệ hàm lợng K 2 O/Na 2 O mà theo giá trị hàm lợng kiềm fenspat kali. Fenspat kali có vai trò rất quan trọng, nó là yếu tố làm thay đổi tính chất, màu sắc và nhiệt độ nóng chảy của thuỷ tinh. Đối với các ngành công nghiệp khác nhau thì yêu cầu chất lợng [...]... đạt tiêu chuẩn chất lợng làm nguyên liệu gạch granit nhân tạo, xơng gốm trắng, xơng gốm đỏ xây dựng và một số nghiên cứu đánh giá khả năng làm men của sản phẩm fenspat Đắc Lắc sau xử lý - Bớc đầu xây dựng cơ sở sơ đồ công nghệ xử lý quặng fenspat Đắc Lắc phục vụ cho công tác chuyển giao công nghệ IV.3 Phơng pháp nghiên cứu Các phơng pháp nghiên cứu đánh giá chất lợng mẫu bao gồm: 1 Nghiên cứu thành phần... Sản phẩm làm xơng gốm đỏ - Độ hạt từ 0,1 mm đến 2 mm; - Hàm lợng K2O+Na2O>8%, Fe2O3 . đợc quy trình công nghệ fenspat Đắc Lắc đạt tiêu chuẩn chất lợng làm nguyên liệu gạch granit nhân tạo, xơng gốm trắng, xơng gốm đỏ xây dựng nên mẫu nghiên cứu là quặng fenspat Đắc Lắc đợc lấy. hỏi chất lợng nguyên liệu cha cao. Mục tiêu của đề tài đặt ra là: - Nghiên cứu lựa chọn quy trình công nghệ xử lý quặng fenspat Đắc Lắc đạt tiêu chuẩn chất lợng làm nguyên liệu gạch granit nhân. biến fenspat Đắc Lắc và khả năng tổ chức nghiên cứu triển khai công nghệ của Viện Công nghệ xạ hiếm, đề tài Nghiên cứu lựa chọn quy trình công nghệ xử lý quặng fenspat Đắc Lắc đạt tiêu chuẩn chất