Nghiên cứu tuyển quặng apatit loại II vùng Mỏ Cóc bằng sơ đồ kết hợp tuyển nổi trọng lực và tuyển nổi thông thường độ hạt 0,5 mm

MỞ ĐẦU I. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài Ngày nay, với sự phát triển của nền nông ngiệp nước nhà, nhu cầu phân bón trong nước ngày càng cao trong đó đặc biệt là các loại phân chứa gốc phosphat.Để đáp ứng nhu cầu, việc khai thác quặng apatit ngày càng được đẩy mạnh. Do nguồn cung cấp nguyên liệu chính cho các nhà máy tuyển hiện nay là quặng apatit loại III ngày càng cạt kiệt. Trong khi quặng apatit loại II, có trữ lượng lớn nhưng mới chỉ được khai thác một phần rất nhỏ làm phân lân nung chảy. Vì vậy cần phải nghiên cứu công nghệ tuyển các loại quặng apatit loại II, để thay thế dần cho quặng apatit loại III và đáp ứng được nhu cầu về nguyên liệu ngày càng tăng của các nhà máy sản xuất phân bón. Hiện tại các nghiên cứu về tuyển quặng apatit loại II đã được triển khai đến quy mô bán công nghiệp và đã thu được một số kết quả khả quan, do đó để tận dụng tài nguyên, cần có kế hoạch nghiên cứu dần việc tuyển quặng apatit loại II để đưa vào sử dụng. 1. Lý do lựa chọn đề tài Quặng apatit loại II tại vùng Lào Cai có trữ lượng khá lớn xong chưa có phương án tuyển hiệu quả, do đây là loại quặng xâm nhiễm thô, có độ cứng cao nên nếu áp dụng phương pháp tuyển nổi thông thường như với quặng III thì khá tốn chi phí đập nghiền, apatit – dolomit lại có tỉ trọng , tính chất lý hóa gần như nhau nên việc sử dụng các phuoeng pháp tuyển truyền thống gặp nhiều khó khăn và không mang lại hiệu quả kinh tế. Đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu tuyển quặng apatit loại II vùng Mỏ Cóc bằng sơ đồ kết hợp tuyển nổi trọng lực và tuyển nổi thông thường độ hạt 0,5 mm”được đặt ra để giải quyết vấn đề tuyển quặng loại II có hiệu quả nhằm đáp ứng nhu cầu của các nhà máy sản xuất phân bón và dần thay thế cho nguồn apatit loại III đang cạn và giảm được chi phí đập nghiền khá hiệu quả. 2. Mục tiêu của đề tài Đánh giá khả năng kết hợp phương pháp tuyển nổi trọng lực và tuyển nổi thông thường để tuyển có hiệu quả mẫu quặng II vùng Mỏ Cóc Lào Cai Xác định các thông số và sơ đồ tuyển để từ quặng MCQ II2 thu được tinh quặng apatit có hàm lượng P2O5 ≥ 32%. Trên cơ sở đó, đánh giá khả năng ứng dụng của thiết bị tuyển nổi trọng lực vào thực tế để cải thiện sơ đồ xử lý quặng apatit loại IIvà khả năng kết hợp phương pháp tuyển nổi trọng lực và tuyển nổi thông thường để tuyển hiệu quả quặng loại II tại Lào Cai.

MỞ ĐẦU

I.Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài

Ngày nay, với sự phát triển của nền nông ngiệp nước nhà, nhu cầu phân bón trong nước ngày càng cao trong đó đặc biệt là các loại phân chứa gốc phosphat.Để đáp ứng nhu cầu, việc khai thác quặng apatit ngày càng được đẩy mạnh Do nguồn cung cấp nguyên liệu chính cho các nhà máy tuyển hiện nay là quặng apatit loại III ngày càng cạt kiệt Trong khi quặng apatit loại II, có trữ lượng lớn nhưng mới chỉ được khai thác một phần rất nhỏ làm phân lân nung chảy Vì vậy cần phải nghiên cứu công nghệ tuyển các loại quặng apatit loại II, để thay thế dần cho quặng apatit loại III và đáp ứng được nhu cầu về nguyên liệu ngày càng tăng của các nhà máy sản xuất phân bón Hiện tại các nghiên cứu về tuyển quặng apatit loại II đã được triển khai đến quy mô bán công nghiệp và đã thu được một số kết quả khả quan, do đó để tận dụng tài nguyên, cần có kế hoạch nghiên cứu dần việc tuyển quặng apatit loại II để đưa vào sử dụng.

1 Lý do lựa chọn đề tài

Quặng apatit loại II tại vùng Lào Cai có trữ lượng khá lớn xong chưa có phương án tuyển hiệu quả, do đây là loại quặng xâm nhiễm thô, có độ cứng cao nên nếu áp dụng phương pháp tuyển nổi thông thường như với quặng III thì khá tốn chi phí đập nghiền, apatit – dolomit lại có tỉ trọng , tính chất lý hóa gần như nhau nên việc sử dụng các phuoeng pháp tuyển truyền thống gặp nhiều khó khăn và không mang lại hiệu quả kinh tế.

Đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu tuyển quặng apatit loại II vùng Mỏ Cóc bằng sơ đồ kết hợp tuyển nổi trọng lực và tuyển nổi thông thường độ hạt -0,5 mm”được đặt ra

để giải quyết vấn đề tuyển quặng loại II có hiệu quả nhằm đáp ứng nhu cầu của các nhà máy sản xuất phân bón và dần thay thế cho nguồn apatit loại III đang cạn và giảm được chi phí đập nghiền khá hiệu quả.

2 Mục tiêu của đề tài

- Đánh giá khả năng kết hợp phương pháp tuyển nổi trọng lực và tuyển nổi thông thường để tuyển có hiệu quả mẫu quặng II vùng Mỏ Cóc- Lào Cai

- Xác định các thông số và sơ đồ tuyển để từ quặng MCQ II2 thu được tinh quặng apatit có hàm lượng P2O5 ≥ 32%.

- Trên cơ sở đó, đánh giá khả năng ứng dụng của thiết bị tuyển nổi trọng lực vào thực tế để cải thiện sơ đồ xử lý quặng apatit loại IIvà khả năng kết hợp phương pháp tuyển nổi trọng lực và tuyển nổi thông thường để tuyển hiệu quả quặng loại II tại Lào Cai.

3.Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu3.1 Cách tiếp cận

Trên cơ sở tài liệu tham khảo thí nghiệm tuyển nổi thông thường và tuyển nổi trọng lực đối với apatit loại II tại Việt Nam và thế giới Sau đó tối ưu hóa các thông số điều kiện của quá trình

3.2 Phương pháp nghiên cứu

- Tổng hợp tài liệu về tuyển quặng apatit nói chung và quặng apatit –đolomit trên thế giới và Việt Nam.

- Thí nghiệm trong phòng thí nghiệm: tuyển nổi thí nghiệm điều kiện, tuyển nổi vòng hở, tuyển nổi vòng kín, tuyển nổi trọng lực và đưa ra các thông số tối ưu.

- Đánh giá và đưa ra kết luận

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu4.1 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu tuyển mẫu quặng apatit loại II vùng Mỏ Cóc - Lào Cai cấp hạt -0,5 mm

4.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu tuyển quặng MCQ II2 (apatit loại II vùng Mỏ Cóc – Lào Cai) bằng phương pháp kết hợp tuyển nổi trọng lực và tuyển nổi thông thường.

PHẦN I: TỔNG QUAN1.1 Tổng quan về apatit và apatit Lào cai

1.1.2 Khái niệm về apatit và phân loại

Apatit là quặng chứa hợp chất của phospho, có công thức hoá học tổng quát là Ca-5(F,Cl) [PO4]3 Nó là nguyên liệu chính để sản xuất phospho và các hợp chất của nó. Phospho và các hợp chất chứa phospho được ứng dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân, ngành công nghiệp phân bón sử dụng khoảng 90% nhu cầu về phospho, ở đây phospho được sử dụng dưới dạng các loại phân bón chứa phosphat (phân lân) như supe phosphat đơn và kép, amophos, nitrophos, phosphat kết tủa, các loại phân lân nung chảy Các ngành công nghiệp khác sử dụng 10% nhu cầu còn lại Phospho đỏ được sử dụng rộng rãi trong luyện kim và công nghiệp sản xuất diêm, phosphatnatri trong công nghiệp sản xuất bột giặt và chất tẩy rửa, phosphatcanxi trong công nghiệp sản xuất giấy, ferophospho trong công nghiệp luyện kim, các este của axit phosphoric trong công nghiệp chất dẻo, thuốc trừ sâu và hoá dược, các hợp chất sunfua và clorua chứa phospho là những hoá chất quan trọng trong tổng hợp hữu cơ

Theo thành phần hoá học, khoáng vật, thạch học quặng apatit được phân chia ra bốn dạng cơ bản:

- Quặng I: Là loại quặng apatit hầu như đơn khoáng thuộc phần không phong hoá của tầng KS5 hàm lượng P2O5 chiếm khoảng 28 – 40%.

- Quặng II: Quặng apatit – carbonat thuộc phần chưa phong hoá của tầng quăng KS5 và hàm lượng P2O5 chiếm khoảng 18 – 25%.

- Quặng III: Quặng apatit - thạch anh thuộc phần chưa phong hoá của tầng KS4 và các tầng trên quặng KS6 và KS7 hàm lượng P2O5 chiếm khoảng từ 12 – 20%, trung bình là 15%.

- Quặng IV: Quặng apatit - thạch anh - mica thuộc phần chưa phong hoá của tầng dưới quặng KS4 và các tầng trên quặng KS6 và KS7 hàm lượng P2O5 là từ 8 -10%.Trữ lượng và tình hình khai thác quặng apatit

1.1.3 Trên thế giới

Theo thống kê, trữ lượng quặng apatit trên thế giới hiện vào khoảng 63,1 tỉ tấn P2O5 Trong đó, quặng apatit – cacbonat là kiểu phosphorit trầm tích khá phổ biến trên thế giới là nguồn nguyên liêu phosphat khổng lồ cung cấp khoảng 80-90% sản lượng phosphat trên toàn thế giới trong 10 năm qua Những bể quặng apatit chủ yếu nằm ở Nga, Cộng hòa Nam Phi, Braxin, Phần Lan, Dimbabue, Canada; còn photphorit có ở nhiều nơi nhất là Châu Phi, Bắc Mỹ.

Bảng 1.1 Trữ lượng dự trữ (khai thác) và trữ lượng tài nguyên của các nước đứngđầu thế giới thời điểm 2010.

Tên quốc gia Trữ lượng dự trữ (106

- Tài nguyên: nguồn quặng apatit ở mọi cấp độ có thể được khai thác ở một thời điểm trong tương lai, bao gồm nguồn dự trữ.

Bảng 1.2 Sản lượng khai thác quặng apatit các nước trên thế giới

Theo các nhà nghiên cứu về quặng apatit dự đoán rằng sản lượng apatit sẽ đạt cực điểm trong vòng 25 năm tới sau đó giảm dần do nguồn tài nguyên bị cạn kiệt.

1.1.4 Ở Việt Nam

Quặng apatit Lào Cai có nguồn gốc liên quan chặt chẽ đến phụ thành hệ dolomit – lục nguyên được tạo thành trong điều kiện biển tiến với sự sụt lún kiểu địa hào vào đầu giai đoạn hoạt động nền Rifei – Paleozoi và được trải qua quá trình biến chất khu vực yếu Từ Rifei muộn đáy bồn trầm tích được nâng lên cao, sau đó lại bị lún chìm với nhiều lần dao động hình thành hệ lục nguyên – cacbonat (Điệp Cam Đường) được chia ra 3 phụ thành hệ: phụ thành hệ lục nguyên - cacbonat (tầng KS1

đến KS3) có bề dày 430m, phụ thành hệ dolomit - lục nguyên chứa photphat (tầng KS4 đến KS7) có bề dày 300m và phụ thành hệ lục nguyên – cacbonat (tầng KS8) có bề dày 350m Phụ thành hệ dolomit – lục nguyên chứa photphat đã bị biến chất được đặc trưng bởi các đá phiến giàu dolomit, apatit, thạch anh, muscovit, fenspat.

Bảng 1.3 Trữ lượng quặng apatit đã thăm dò và trữ lượng dự báo

Bảng 1.4.Thành phần hóa học trong quặng Apatit Lào Cai

Tên hợp chất Hàm lượng trong quặng %

Loại I Loại II Loại III(KS4) Loại IV(KS6,7)

Trong khi diện tích đất nông nghiệp nước ta ngày càng bị thu hẹp do quá trình đô thị hóa và chuyển đổi sang các ngành khác, đến năm 2025 giảm đi 10-15% đất nông nghiệp, mà nhu cầu lương thực ngày càng tăng Để đảm bảo lương thực trong nước, chủ trương chính phủ là thâm canh nông nghiệp Do đó, nhu cầu phân bón ngày càng cao, đặc biệt là các loại phân có gốc phosphat Sản lượng khai thác và chế biến quặng apatit ở nước ta sẽ tăng cao Theo dự báo, từ năm 2017 đến 2030 sản lượng các loại quặng khai thác cần phải đáp ứng như sau:

- Quặng loại I: 900 nghìn tấn/năm; - Quặng loại II: 6.895 nghìn tấn/năm; - Quặng loại III: 3.150 nghìn tấn/năm; - Quặng loại IV: 10.945 nghìn tấn/năm.

Quặng apatit loại II có trữ lượng tài nguyên lớn nhưng mới chỉ được sử dụng trực tiếp để sản xuất phân lân nung chảy nên sản lượng khai thác và sử dụng còn rất

hạn chế, mặt khác quặng loại I và loại III ngày càng cạn kiệt dần Giai đoạn sắp tới, quặng II không chỉ được sử dụng trực tiếp cho sản xuất phân lân nung chảy mà còn làm giàu quặng để cung cấp cho nhu cầu sản xuất phân bón, sản xuất thức ăn gia súc, sản xuất axit photphoric trích ly đáp ứng cho nhu cầu hóa chất trong nước đang ngày càng tăng Do đó, việc nghiên cứu khai thác, chế biến và sử dụng quặng II ngay từ bây giờ là điều cần thiết.

1.2.Tổng quan về tuyển quặng apatit loại II trên thế giới và ở Việt Nam

I.2.1 Tình hình tuyển quặng loại II trên thế giới

Quặng phosphat – carbonat là nguồn trữ lượng nguyên liệu phosphat khổng lồ trên thế giới mà cho đến nay mới bắt đầu nghiên cứu sử dụng Một số khoáng sàng phosphat nguồn gốc trầm tích biển trên thế giới: Karatau (Liên Xô), Florida (Mỹ), Jamacotra (Ấn Độ), Khupsugun (Mông Cổ), Yunan (Trung Quốc)…carbonat ở những khoáng sàng này chủ yếu là dolomit.

Nghiên cứu sử dụng quặng phosphat – dolomit được tiến hành đồng thời trên hai phương diện:

- Tuyển tách dolomit tối đa ra khỏi quặng và sau đó xử lý quặng tiếp tục bằng axit để sản xuất phân bón.

- Tìm kiếm phương hướng sử dụng trực tiếp những quặng giàu dolomit không qua tuyển hoặc chỉ tuyển sơ bộ.

Quặng phosphat – dolomit đã được thử nghiệm với hầu hết các phương pháp tuyển truyền thống như: Tuyển rửa, tuyển huyền phù, tuyển hoá, tuyển tĩnh điện, kết bông chọn lọc, nung thiêu, tuyển nổi thuận, tuyển nổi ngược.

- Nung thiêu là một trong những phương pháp truyền thống để tuyển quặng phosphat – carbonat Nó được áp dụng rộng rãi để khử carbonat và các hợp chất hữu cơ trong quặng ở các nước Bắc Phi, Trung Đông và Mỹ Bản chất của phương pháp

này là dùng nhiệt độ cao để làm bốc vật chất hữu cơ, phân huỷ carbonat và sau đó là dùng nước để hoá vôi và rửa các sản phẩm tạo thành khi phân huỷ carbonat.

Ở nhiệt độ 300oC vật chất hữu cơ bị cháy và bốc khỏi quặng, đến 6000C thành phần carbonat có trong mạng tinh thể carbonat fluorapatit được tách ra, cấu trúc tinh thể co lại.Dolomit bị phân huỷ ở 7500C và đến 9500C thì canxit bị phân huỷ Nung thiêu là phương pháp hữu hiệu để xử lý quặng phosphat carbonat độ hạt thô (ở Bắc Phi), có hàm lượng vật chất than cao, có hàm lượng carbonat phân tán trong các vi liên tinh với apatit cao.

Nhược điểm của phương pháp này là chi phí năng lượng lớn, không loại được thạch anh và các silicat và trong nhiều trường hợp cụ thể không tách được hoàn toàn CaO và MgO khi mà những hợp chất này kết hợp với thạch anh.

- Tuyển nổi: Hàng năm bằng phương pháp tuyển nổi, thế giới đã tuyển được 60 -70 triệu tấn quặng phosphat Tuyển nổi là phương pháp tuyển rất có hiệu quả trong việc tách apatit ra khỏi các khoáng vật khác Phương pháp tuyển nổi đã được áp dụng ở quy mô công nghiệp để tách apatit và canxit ở Jacupirauga (Braxin), Xiliniavi (Phần Lan), thậm chí để tách dolomit và phosphorit ở Karatau (Liên Xô), Kondo (Mỹ) và Jamacotra (Ấn Độ) Phosphat và đolomit có tính chất tuyển nổi rất giống nhau vì vậy trong quá trình tuyển nổi nếu không áp dụng các thuốc tập hợp, đè chìm có độ chọn riêng cao cũng như các sơ đồ tuyển phức tạp thì khó có thể tách chúng một cách hữu hiệu.Hiện nay trên thế giới trong công nghệ tuyển nổi người ta áp dụng phương pháp tuyển nổi thuận và tuyển nổi ngược.

- Tuyển nổi ngược là sơ đồ truyền thống để tuyển quặng phosphat – dolomit Bản chất của sơ đồ này là đè chìm các khoáng vật phosphat bằng axit và tuyển nổi dolomit bằng các thuốc tập hợp dạng axit béo (CMK).

Được áp dụng lần đầu tiên tại nhà máy tuyển Karatau (Liên Xô), đó là sơ đồ tuyển nổi ngược dùng axit phosphoric Phosphat bị đè chìm bởi axit phosphoric ở pH

= 4,9 - 5 và đolomit được tuyển nổi bởi axit béo tổng hợp, từ quặng đầu 22,5% P2O5 và 3,7% MgO qua các giai đoạn tuyển nổi nhận được tinh quặng 28,2% P2O5 và 1,5% MgO với mức thực thu P2O5 là 70% Sau đó các chuyên gia Liên Xô đã áp dụng sơ đồ này tuyển hiệu quả các quặng Abutartun (Ai Cập), Lào Cai (Việt Nam), Khupsugun (Mông Cổ), gần đây nó được thử nghiệm Jamacotra (Ấn Độ) và Yunan (Trung Quốc) cho kết quả khả quan.

Sơ đồ tuyển nổi khuấy tiếp xúc 2 giai đoạn: Đầu tiên quặng được khuấy tiếp xúc với thuốc tuyển ở pH = 10, sau đó quặng lại được khuấy tiếp xúc tiếp tục ở pH = 4 và tiến hành tuyển nổi đolomit Để tạo ra môi trường axit có thể áp dụng axit suphuric, axit clohydric, axit axetic (dấm) hoặc một số axit khác, phương án khuấy tiếp xúc hai giai đoạn áp dụng có hiệu quả để tuyển quặng phosphat – đolomit Florida (Mỹ).

Phương án tuyển dùng thuốc đè chìm là axit fluosilixic được thử nghiệm với quy mô bán công nghiệp tại nhà máy tuyển Kondo (Mỹ) Quặng vào tuyển nổi chứa 20,8 – 25,2% P2O5; 0,69 – 1,1% MgO và 20,5 – 26,8% SiO2 Ở giai tuyển nổi carbonat, để đè chìm phosphat và silicat người ta dùng fluosilixic (H2SiF6) chí phí 0,41 – 1 kg/tấn, thuốc tập hợp dùng là axit béo chưng cất từ dầu talo ở dạng nhũ tương 5%, chi phí 0,56 – 0,63 kg/tấn Sản phẩm ngăn máy tuyển nổi carbonat khuấy tiếp xúc với 0,18 – 0,27 kg/tấn este amin bậc nhất ở dạng axetat để tuyển nổi cation silicat Sản phẩm ngăn máy tuyển nổi cation là tinh quặng phosphat chứa 25,5 – 31,6% P2O5; 0,59 – 0,84% MgO và 7,4 – 19,4 %SiO2.

Phương pháp tuyển nổi quặng phosphat – carbonat có sử dụng axit carbonic dạng khí, bùn quặng được làm bão hoà bởi axit carbonic dạng khí và sau đó tuyển nổi carbonat bằng thuốc tập hợp dạng anion, lượng axit carbonic cấp vào bùn quặng được xác định sao cho pH bùn quặng giảm xuống khoảng 4 – 6, phương án này áp dụng tuyển trong phòng thí nghiệm có hiệu quả quặng phosphat – đolomit Florida (Mỹ).

Phương án sử dụng thuốc đè chìm phosphat là axit hydroxyl etylen diphospho để tuyển quặng phosphat – carbonat Với quặng phosphat – đolomit ở Kondo (Mỹ) từ quặng đầu 21% P2O5 và 3,2% MgO có thể nhận được tinh quặng 32%P2O5, ít hơn 1% MgO, với thực thu P2O5 khoảng 80%.

Phosphat có thể bị đè chìm khi khuấy tiếp xúc bùn quặng sunphat nhôm và muối kali hoặc natri của axit nho, quặng Abutartur (Ai Cập) chứa 26,4% P2O5 và 3,51% MgO, có thể nhận được 32,10% P2O5 và 0,43% MgO với chế độ thuốc tuyển: Sunphat nhôm 200 g/t, tatrat (muối axit nho) 400 g/t, axit oleic 1300 g/t, etanol 650 g/t và NaOH 500 g/t, pH = 7,8.

Sơ đồ tuyển nổi quặng phosphat – carbonat có sử dụng thuốc tập hợp lưỡng tính cataflot, với thuốc tập hợp này có thể thực hiện sơ đồ tuyển anion – cation chỉ dùng một thuốc tập hợp, với điều kiện thay đổi pH.Đầu tiên với pH tự nhiên ta tuyển carbonat, sau đó trong môi trường axit tạo bởi axit phosphoric ta tuyển silicat Phương án này được áp dụng cho kết quả khả quan với quặng phosphat – carbonat ở Tuynizi, Maroc, Ai Cập, Pháp, Florida (Mỹ).

Cho đến nay, sơ đồ tuyển nổi ngược trong môi trường axit vẫn là phương hướng chính để tuyển quặng phosphat - đolomit nguồn gốc trầm tích khó tuyển, có thể dùng nhiều loại axit có hiệu quả nhưng hiệu quả nhất vẫn là axit phosphoric.

- Tuyển nổi thuận: Người ta có thể tuyển nổi chọn riêng có hiệu quả apatit và carbonat đối với những quặng có nguồn gốc macma Ở Braxin, từ quặng 5% P2O5 khi đè chìm canxit bằng tinh bột và tuyển nổi apatit bằng dầu talo có thể nhận được tinh quặng 36 – 38% với mức thực thu P2O5 là 80% Ở Phần Lan, từ quặng 4% P2O5 khi áp dụng thuốc tuyển mới dạng dẫn xuất lưỡng tính từ sarcozin nhận được tinh quặng 36 – 37% với mức thực thu P2O5 là 85%.

Tuyển nổi tách apatit và carbonat trong môi trường kiềm là một việc phức tạp, cho đến nay vấn đề đã trở nên ít khó khăn hơn Carbonat có thể bị đè chìm bởi thuỷ

tinh lỏng, các polime nguồn gốc hữu cơ như tinh bột, dectrin, licnhin… Nhất là hỗn hợp của những thuốc đè chìm trên.Với những chế độ thuốc đè chìm và thuốc tập hợp dạng axit béo, trong nhiều trường hợp có thể người ta đã đạt được những kết quả khả quan.

Những năm gần đây đã xuất hiện một loại thuốc tập hợp có độ chọn riêng cao đối với sơ đồ tuyển nổi thuận Thuốc tập hợp lưỡng tính dạng N – axit hoá axit amin OS – 100 ( Thuỵ Điển), dẫn xuất của sarcozin (Phần Lan), DAK (Liên Xô)… Đây là những thuốc tập hợp chọn riêng cao đối với apatit, cho nhiều chỉ tiêu công nghệ tốt và có khả năng làm việc trong các chế độ nước tuần hoàn phức tạp.

Những thử nghiệm với thuốc tập hợp Flotol 7,9 (dẫn xuất alkyl của axit phosphoric) ở Liên Xô với quặng mỏ Cordor thành phần vật chất phức tạp cho những kết quả lý tưởng.

Sơ đồ tuyển nổi thuận thường được áp dụng đối với quặng apatit – carbonat nguồn gốc macma.Đối với quặng phosphat – carbonat nguồn gốc trầm tích, các sơ đồ này thường kém hiệu quả và ít được áp dụng hơn.Tuy nhiên, đối với quặng trầm tích đã bị biến chất, khi mà chất phosphat đã ở dạng apatit người ta vẫn có thể thử nghiệm với các sơ đồ tuyển nổi thuận tương tự.

Đối với quặng phosphat – đolomit nguồn gốc trầm tích để tuyển nổi chọn riêng chúng bằng sơ đồ tuyển nổi thuận thì thông thường đó là những chế độ thuốc tuyển phức tạp với hỗn hợp các thuốc tập hợp, hỗn hợp các thuốc đè chìm Nghiên cứu tuyển nổi thuận quặng phosphat – đolomit Karatau với thuốc đè chìm là hồ tinh bột, thuốc tập hợp là hỗn hợp của 3 loại thuốc, từ quặng 23,5% P2O5; 2 – 2,4% MgO nhận được tinh quặng 28,5% P2O5; 1,8% MgO với mức thực thu 76% P2O5.

- Tuyển huyền phù là một trong những phương pháp phổ biến và quen biết nhất để tuyển than và nhiều loại khoáng sản khác Tuy nhiên, đối với quặng phosphat phương pháp này mới được thử nghiệm , người ta phát hiện ra rằng trong thành phần

của nhiều quặng phosphat – carbonat và phosphat - carbonat thạch anh có nhiều thành phần thạch học khác nhau với hàm lượng P2O5 và MgO khác nhau, các thành phần thạch học này có thể tách ra khỏi nhau ở cấp hạt thô hơn nhiều so với cấp hạt giải phóng các khoáng vật.

Những nghiên cứu đầu tiên về đặc tính trọng lực và tính khả tuyển bằng huyền phù đã được nghiên cứu cho các quặng phosphat – đolomit Florida (Mỹ) và Karatau (Liên Xô) Kết quả cho thấy rằng phương pháp tuyển huyền phù rất có triển vọng đối với quặng khó tuyển Karatau, tuỳ theo mục đích mà người ta lấy tỷ trọng phân tách là 2,9 g/cm3 (để tách thạch anh và một phần carboant) hoặc 3,0 g/cm3 (để tách phần nặng là tinh quặng phosphat).

Đối với quặng Karatau, tuyển huyền phù thực hiện các chức năng sau: - Tách đá vây quanh làm nghèo quặng.

- Tách quặng ra các thành phần làm nguyên liệu cho lò điện và nguyên liệu xử lý axit.

- Tuyển quặng sơ bộ trước khi tuyển nổi hoặc nung thiêu - Xemhình2.1

NghiÒn Nguyªn liÖu cho lß ®iÖn

Hình 2.1: Sơ đồ tuyển huyền phù quặng Janatas (Karatau)

- Các phương pháp tuyển hoá: Các nhà khoa học Mỹ công bố rằng khi sục khí SO2 vào bùn quặng có thể làm giảm đáng kể thành phần MgO của tinh quặng tuyển nổi từ quặng phosphat – carbonat Trong quá trình sục khí này, một số muối mangan, sắt, đồng, có trong quặng phosphat làm chất xúc tác quá trình oxi hoá SO2 pha lỏng thành axit suphuric và axit này phân huỷ carbonat canxi và manhe thành sunphat Nhiều nghiên cứu khác tập trung vào quá trình ngâm chiết các quặng phosphat nghèo,

kết hợp quá trình sản xuất phân bón phức hợp.Quá trình ngâm chiết trong axit này thường có rượu hoặc axeton trong bùn quặng.

Mô tả quá trình xử lý quặng phosphat nghèo ở Úc: Quặng được xử lý bởi hỗn hợp nước, axeton, SO2 và sau đó tách quặng không tan Dung dịch được đun nóng, kết tủa dicanxi phosphat và sunphat canxi, axeton và một phần SO2 được thu hồi và quay vào quá trình công nghệ.

Một sơ đồ xử lý độc đáo quặng phosphat – đolomit là sơ đồ tuyển hoá - tuyển nổi quặng Karatau của Liên Xô: Quặng được nghiền mịn và sau đó đưa vào quá trình phân huỷ carbonat trong dung dịch đặc biệt, manhe chuyển vào dung dịch dạng hỗn hợp MgSO4 + Mg(H2PO4)2, còn CaO kết tủa thành thạch cao CaSO4 Mức độ thu hồi MgO khoảng 60 -70% Vì trong dung dịch có Mg(H2PO4)2 nên phosphat không đi và dung dịch được, phần rắn gồm có thạch cao, phosphat và thạch anh Pha lỏng được đi sản xuất manhe phosphat anmoni 30 – 35% P2O5, 17 – 20% Mg và 7 – 8% N, sản phẩm cát của bể cô đặc được phân theo cấp -0,074 mm Nước tràn bể cô đặc cùng với đuôi tuyển nổi đi xử lý axit (H2SO4), cát của máy phân cấp đưa đi tuyển nổi Tuyển nổi đựơc tiến hành ở pH = 6 – 8,5 với thuốc tập hợp cation, sản phẩm bọt thu hồi tới 90% thạch cao và 60% cặn không tan, sản phẩm ngăn máy được đưa đi cô đặc, lọc, sấy và sản xuất axit phosphoric trích ly (xem hình 2.2).

Các nhà khoa học Mỹ đưa ra một số đề án thay đổi bề mặt khoáng vật đưa vào tuyển, bề mặt của các khoáng vật phosphat được phủ một màng mỏng sunphit, sau đó phosphat sẽ có khả năng được tuyển nổi bằng các thuốc tập hợp đối với quặng sunphit Trong quá trình tuyển nổi phosphat đi vào sản phẩm bọt, carbonat và silicat còn lại trong sản phẩm ngăn máy

Hình 2.2: Sơ đồ tuyển hoá - tuyển nổi quặng Karatau

Như vậy việc phân tách quặng phosphat – carbonat – silicat chỉ cần tiến hành trong một công đoạn tuyển nổi Từ quặng phosphat – carbonat trung Florida chứa 9,5% P2O5; 1,47%MgO sau chế độ tuyển như trên nhận được tinh quặng 29% P2O5; 0,85% MgO và 12,4% SiO2, thực thu P2O5 là 82,4%.

Một đề án khác của các nhà khoa học Anh là khi trong bùn quặng có thuốc tuyển ta thêm vào manhetit nghiền mịn, những hạt manhetit này sẽ bám một cách chọn lọc lên chỉ một khoảng vật Sau đó quá trình tuyển được tiến hành trong các máy tuyển từ cường độ cao.Quặng đưa vào tuyển là đá vôi chứa phosphat 8% P2O5, khoáng vật chính là canxi Quặng được nghiền, khử slam và cấp 0,01 – 0,25 mm đi tuyển Tinh quặng manhetit đựơc nghiền tới cấp hạt - 0,03mm và 24 giờ trước khi sử dụng thì trộn theo tỷ lệ nhất định với chất hoạt tính bề mặt Khuấy tiếp xúc bùn đặc, hỗn hợp manhetit với chất hoạt tính bề mặt ở pH = 11 trong vòng 10 phút Sau đó trong trường điện từ yếu người ta loại đi manhetit thừa không bám vào các hạt khoáng.Ở máy tuyển từ cường độ cao người ta tách sản phẩm từ chủ yếu là canxit và sản phẩm không từ là tinh quặng phosphat Sau quá trình tuyển như vậy ta nhận được tinh quặng 25 – 26% P2O5 với mức thực thu 80% P2O5 Chi phí manhetit 25 – 50 kg/tấn, chi phí hoạt tính bề mặt 1,1 – 2,8 kg/tấn.

1.2.1 Tình hình tuyển quặng II ở Việt Nam

Quặng loại II hiện được sử dụng với quy mô nhỏ, làm nguyên liệu cho một số nhà máy phân lân nung chảy, lớn nhất là nhà máy phân lân Văn Điển Quặng cục loại II yêu cầu để sản xuất phân lân nung chảy có hàm lượngP2O5 22 – 24%, độ ẩm < 4%, độ hạt 50 – 200 mm Các dạng sử dụng khác: Sản xuất phospho vàng, axit phosphoric trích ly mới ở quy mô bán công nghiệp.

Quặng II hiện chủ yếu được tuyển trong phòng thí nghiệm bằng các phương pháp:

- Tuyển theo phương pháp tuyển nổi

Quặng apatit – carbonat Lào Cai đầu tiên được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và quy mô bán công nghiệp tại Viện nghiên cứu quốc gia về nguyên liệu Mỏ Hoá Chất, Liên Xô năm 1958 Từ mẫu quặng Mỏ Cóc 24,28% P2O5 và 6,01% MgO, bằng sơ đồ tuyển nổi tập hợp chọn riêng dùng axit phosphoric đã nhận được tinh quặng 34%

P2O5 với mức thực thu P2O5 là 75% Chi phí thuốc tuyển là 2,0 kg/tấn xà phòng lỏng, 0,5 kg/tấn thuỷ tinh lỏng và 10 kg/tấn H3PO4.

Tại phòng thí nghiệm của trường Đai học Mỏ - Địa Chất cũng áp dụng sơ đồ trên, từ quặng Mỏ Cóc 27% P2O5 cũng nhận được tinh quặng 37,5%P2O5 với mức thực thu P-2O5 là 72,5% Chi phí thuốc tuyển là 1,5 kg/tấn axit oleic; 1,5 kg/tấn thuỷ tinh lỏng; 5,0 kg/tấn xôda và gần 30 kg/tấn axit sunphuaric (tuyển trong chế độ không dùng nước tuần hoàn).

Trong nghiên cứu hợp tác giữa trường Đại học Mỏ địa chất và công ty thiết kế mỏ hoá chất có tiến hành một đề tài nghiên cứu bổ xung tuyển quặng II, trong đó các tác giả tập trung nghiên cứu các phương pháp tuyển không phải là sơ đồ tuyển nổi ngược với axit phosphoric.Mẫu quặng nghiên cứu là quặng loại II Mỏ Cóc Lần đầu tiên thử nghiệm nung hoá vôi và phương pháp tuyển nổi thuận với các thuốc đè chìm khác nhau: Thuỷ tinh lỏng (với mođun 2,5 - 3,25), than hoạt tính, taniauh, quebracho, natri sunphat và amonsunphat cũng như hỗn hợp thuỷ tinh lỏng với đồng sunphat và thuỷ tinh lỏng với natri phosphat dibasic Theo kết quả nghiên cứu thì nung hoá vôi là không có hiệu quả với quặng loại II Lào Cai.Các sơ đồ tuyển nổi thuận cho kết quả không cao.So với sơ đồ tuyển nổi ngược dùng axit phosphoric thì hàm lượng quặng tinh apatit thấp hơn 4 -5%.

Tất cả các nghiên cứu trên đều tập trung nghiên cứu mẫu quặng loại II Mỏ Cóc.Các nghiên cứu cũng cho thấy rằng bằng sơ đồ tuyển nổi ngược với axit phosphoric cho kết quả tốt hơn các sơ đồ tuyển nổi thuận và phương pháp nung hoá vôi.

Tuyển nổi ngược: Mẫu 201 được tuyển nổi theo sơ đồ hình 1.3 với chi phí thuốc tuyển 500 g/tấn CKK và 6500 g/tấn H3PO4 (5000 g/t vào tuyển chính và 500 g/t vào mỗi tuyển tinh) nhận được tinh quặng 29,27% P2O5; 2,33% MgO, với thực thu P2O5 là 80,36% Khi tăng chi phí H3PO4 lên 12000 g/t (9000 g/t vào tuyển chính và 1000g/t

vào mỗi tuyển tinh) nhận được tinh quặng 30,97% P2O5; 1,62% MgO với mức thực thu P2O5 là 83,30%.

Tuyển nổi thuận: Với chế độ thuốc tuyển 500g/t thuỷ tinh lỏng; 105g/t flotol và 52,5 g/t HΨK, đã thu được tinh quặng 34,79% P2O5; 1,88% MgO với mức thực thu P2O5 là 87,77%.

- Tuyển theo phương pháp tuyển trọng lực

Các chuyên gia Nga cũng đã tiến hành khảo sát và nghiên cứu khả năng áp dụng phương pháp tuyển trọng lực cho một số mẫu quặng loại II Lào Cai, kết quả cho thấy: Mẫu quặng Đông Hồ: Hàm lượng silic cao nên khả năng tuyển trọng lực là tốt Từ mẫu 202 tách ra được 30,6% sản phẩm thải với hàm lượng P2O5 5,7%; MgO 9,7% và 33,6% cặn không tan Mất mát P2O5 theo sản phẩm nhẹ 9,4%.

Từ mẫu này ta có thể nhận được sản phẩm giàu (cấp tỷ trọng +3,05 g/cm3) 31,4% P2O5; 3,6% MgO; 1,1% cặn không tan và sản phẩm trung gian với thu hoạch 36,5% có 22,4% P2O5; 7,2%MgO và 4,7% cặn không tan Sản phẩm trung gian này có thể tuyển nổi tiếp tục hoặc được sử dụng để sản xuất phân lân nung chảy.

Từ mẫu 201 khu Mỏ Cóc có thể tách ra sản phẩm quặng thải cấp tỷ trọng nhẹ với thu hoạch 15,7%, hàm lượng P2O5 11,6%; MgO 10,8% và cặn không tan 13,7% Có thể tách ra cấp tỷ trọng nặng (+3,05g/cm3) tinh quặng 32,1%P2O5; 3,7%MgO; 2,4% cặn không tan Nếu tăng tỷ trọng phân tách tới 3,1 g/cm3 thì hàm lượng P2O5 trong sản phẩm nặng tăng tới 34 – 35% P2O5.

- Sơ đồ tuyển kết hợp trọng lực - tuyển nổi

Để xác định các chỉ tiêu tuyển quặng II theo sơ đồ tuyển kết hợp, các sản phẩm phân tách trọng lực cũng như cấp vụn mẫu 201 và 202 được thử nghiệm xử lý tiếp tục Quá trình tuyển tách các khoáng vật silic vào cấp tỷ trọng nhẹ không những chỉ giảm tải trọng vào các khâu nhiều tốn kém là nghiền và tuyển nổi, mà còn tạo điều kiện thuận lợi để nhận tinh quặng apatit chất lượng cao, vì lúc đó nhiệm vụ của công đoạn tuyển nổi chỉ là phân tách các khoáng vật apatit và carbonat.

Phương án 1: Tuyển trọng lực một giai đoạn và sau đó tuyển nổi tiếp tục cấp tỷ trọng

nặng.

Hình 1.4: Sơ đồ tuyển kết hợp trọng lực - tuyển nổi mẫu quặng 201 và 202

Bảng 1.6: Các chỉ tiêu tuyển quặng loại II theo sơ đồ tuyển kết hợp

Phương án 2: Tuyển huyền phù hai giai đoạn Tuyển nổi chỉ tiến hành với các cấp tỷ

TuyÓn träng lùc 2 giai ®o¹n

Hình 1.5: Sơ đồ tuyển kết hợp theo phương án 2 mẫu quặng 201

Phương án 3: Sử dụng sơ đồ tuyển huyền phù hai giai đoạn theo sơ đồ hình 1.6,

tuyển nổi chỉ tiến hành với cấp tỷ trọng nặng và cấp hạt vụn còn cấp tỷ trọng sản phẩm trung gian dạng cục là sản phẩm hàng hoá Theo sơ đồ này, từ quặng dạng apatit – carbonat khu Mỏ Cóc có thể nhận được tinh quặng 36% P2O5.

QuÆng th¶iQuÆng tinh apatit

Hình 1.6: Sơ đồ kết hợp theo phương án 3 mẫu quặng 201

1.3 Tổng quan về tuyển nổi trọng lực Hydrofloat

1.3.1 Nguyên lý tuyển nổi trọng lực

Về nguyên lý, thiết bị này gần giống như các thiết bị phân cấp dòng nước ngược đã được áp dụng rất lâu để phân cấp các hạt khoáng mịn mà cụ thể là các máy phân cấp thủy lực.Theo nguyên lý phân cấp dòng nước ngược thì các hạt vật liệu được đưa vào thiết bị dạng cột thẳng đứng trong đó có dòng nước chảy ngược lên với tốc độ xác định Các hạt thô có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ dòng nước ngược sẽ lắng xuống đáy

thiết bị và tháo tải ra ngoài, còn các hạt mịn có tốc độ rơi nhỏ hơn tốc độ dòng nước ngược sẽ bị cuốn theo dòng nước chảy tràn trên miệng thiết bị Các thiết bị này hoạt động trong điều kiện rơi tự do và phân tách theo độ hạt Đã từ lâu người ta cũng biết rằng, trong những thiết bị phân cấp dạng này, nếu nồng độ các hạt rắn lớn thì các hạt khoáng sẽ phân tách theo cả tỷ trọng Điều kiện phân cấp rơi vướng mắc nêu trên có thể được tạo ra bằng cách tháo tải các hạt lắng đọng một cách hạn chế để tạo ra bùn đặc trong thiết bị.Nói một cách khác, các hạt rắn tích tụ dưới đáy thiết bị phân cấp tạo nên một lớp vật liệu có vai trò như một lớp huyền phù tự sinh, ngăn cản các hạt

khoáng nhẹ hơn đi qua nó Các thiết bị tuyển dạng phân cấp rơi vướng mắc như trên được áp dụng nhiều để tuyển các loại quặng sa khoáng.

Gần đây người ta nhận thấy rằng lớp vật liệu hạt rắn tạo môi trường phân tách như trên có thể tạo ra bằng cách duy trì vật liệu dưới dạng tầng sôi.Tầng sôi là trạng thái đặc biệt của các hạt khoáng mịn trong môi trường khí hoặc lỏng, chúng có khả năng duy trì mật độ cao nhưng vẫn ở trạng thái lơ lửng, tách rời nhau.Trạng thái tầng sôi được tạo ra bằng cách cho chất lỏng (hoặc chất khí) sục qua lớp vật liệu đặt trên tấm lưới phân phối Các thiết bị tuyển tầng sôi đã được áp dụng từ lâu trong công nghệ hóa học để duy trì tiếp xúc tối đa giữa các pha rắn và pha lỏng (cũng như giữa pha rắn và pha khí) tuy nhiên để phân tách khoáng vật theo nguyên lý tuyển trọng lực thì mới chỉ được phát hiện và áp dụng trong những năm gần đây.

1.3.2 Thiết bị tuyển nổi trọng lực hydrofloat

Thiết bị tuyển nổi trọng lực (hindered settling bed seperator (HSBS)) còn gọi là thiết bị phân tách rơi vướng mắc là loại thiết bị trong đó các hạt cấp liệu rơi ngược với dòng nước đều đặn đi lên từ đáy thiết bị Các hạt vật liệu được phân tách trong các thiết bị này chủ yếu theo tỷ trọng và ở mức độ thấp hơn là theo độ hạt

HSBS đã được sử dụng làm thiết bị phân cấp trong công nghiệp khoáng sản từ nửa thế kỉ trước.Trong thiết bị này, nếu các hạt nhỏ có tốc độ rơi thấp hơn tốc độ dòng

nước tạo tầng sôi thì chúng sẽ đi vào vùng phía trên của lớp tầng sôi, còn các hạt thô có tốc độ rơi cao hơn sẽ đi xuống phía dưới của vùng tầng sôi.Tuy nhiên, nếu trong cấp liệu kích thước hạt nằm trong một giới hạn nào đó thì sự phân chia được thực hiện chủ yếu bởi sự khác nhau về khối lượng riêng của hạt.Các hạt mịn có khối lượng riêng thấp đi vào máng hứng sản phẩm tràn, trong khi đó các hạt thô có tỷ trọng cao đi vào sản phẩm cặn qua cửa tháo đá và đi ra ngoài.

Cần lưu ý rằng, hiệu suất phân tuyển theo tỉ trọng của máy HSBS chỉ phù hợp với cấp liệu có cỡ hạt nằm trong một giới hạn hẹp, hơn nữa tốc độ dòng nước đi lên thường thấp nên các máy này khi tuyển vật liệu đầu có độ hạt nằm trong giới hạn quá rộng, thường có sự lẫn lộn của các hạt thô có tỉ trọng thấp vào phần có tỉ trọng lớn Điều này dẫn đến sự tích tụ các hạt thô có tỉ trọng trung bình ở phía trên của lớp tầng sôi; những hạt này quá nhẹ không thể đi qua lớp tầng sôi và quá nặng không thể nâng lên để vào sản phẩm tràn Tăng tốc độ dòng nước đi lên được xem là giải pháp để chuyển các hạt thô có tỉ trọng thấp vào sản phẩm tràn, song việc tăng tốc độ dòng nước đi lên cũng làm trôi hết các hạt mịn có tỉ trọng lớn vào máng tràn và sự lẫn lộn này sẽ làm giảm hiệu quả tuyển chung của máy.

HSBS có các ưu điểm nổi bật như: diện tích chiếm chỗ nhỏ, dễ điều chỉnh tỷ trọng phân tuyển, làm việc ổn định, có thể thay đổi năng suất trong phạm vi rất rộng và hiệu suất tuyển cao HSBS có thể ứng dụng để: tuyển than (Reed, 1995; Honaker, 2000) tuyển khoáng sản cát (Mankosa, 1995) và tái chế dây dẫn điện (Mankosa và Carve, 1995) HSBS cũng có thể được sử dụng cho nhiều ngành công nghiệp khác như: làm giàu quặng sắt, thiếc, chì, kẽm v.v.

Như chúng ta được biết thì trong quá trình tuyển nổi thì giai đoạn phân tách tổ hợp bóng khí- hạt khoáng ra khỏi bùn quặng có bản chất trọng lực Tổ hợp bóng khí hạt khoáng do có tỷ trọng nhẹ hơn nước nên nổi lên khỏi bùn tuyển nổi, vào sản phẩm bọt và được tách ra ngoài Tuy nhiên các hạt thô quá không tuyển nổi được cho dù chúng kỵ nước và bám vào được bóng khí Nguyên nhân là do trong điều kiện thủy động học

của ngăn máy tuyển nổi thì trọng lực cũng như các lực ly tâm sinh ra luôn phá vỡ các tổ hợp bóng khí – hạt khoáng hình thành và do đó ngăn cản các hạt thô đi vào sản phẩm bọt.

Để khắc phục hiện tượng trên người ta kết hợp quá trình tuyển nổi và tuyển trọng lực, tức là tuyển nổi vật liệu trong một thiết bị trọng lực nào đó và các quá trình này được gọi là tuyển nổi Trong các tài liệu tham khảo có mô tả các quá trình tuyển nổi - máy lắng, tuyển nổi -phân ly vít, tuyển nổi bàn đãi Trong các quá trình trên, vật liệu được xử lý thuốc tuyển để tạo sự khác biệt về tính ưa kỵ nước của các hạt vật liệu cần phân tách trước khi cấp vào thiết bị trọng lực Thông thường ngoài các thuốc tập hợp phổ biến thì người ta bổ sung thêm dầu không cực để tăng cường độ kỵ nước của hạt vật liệu thô Trong quá trình tuyển nổi – máy lắng, nước dưới lưới được cấp dưới dạng hỗn hợp nước-bóng khí trong đó pha khí được phân tán dưới dạng các bóng khí mịn Các bóng khí này khi đi qua lớp vật liệu sẽ bám dính vào các hạt kỵ nước, tạo tổ hợp với chúng và thúc đẩy quá trình phân tầng vật liệu trong đó các hạt kỵ nước tập trung trên bề mặt lớp vật liệu Trong quá trình tuyển nổi bàn đãi thì các hạt kỵ nước được tiếp xúc với không khí khi chúng vượt qua các gờ đặt vuông góc với các gờ thông thường của bàn đãi và sau đó nổi trên bề mặt màng nước tương tự như tuyển nổi màng Quá trình tuyển nổi bàn đãi được áp dụng phổ biến để tuyển tách khử lưu huỳnh ra khỏi các tinh quặng trọng lực, ví dụ như tách arsenopyrit ra khỏi tinh quặng thiếc.

Gần đây tại trường đại học Virginia (Mỹ) đã nghiên cứu phát triển quá trình tuyển kết hợp tuyển nổi với tuyển tầng sôi trong thiết bị gọi là Hydrofloat Thiết bị này về cấu tạo hoàn toàn giống như thiết bị tuyển tầng sôi cấp liệu theo phương ngang (máy Crossflow TBS) Sự khác biệt ở đây là nước tạo tầng sôi được sục khí và chứa các bóng khí nhỏ được tạo ra bởi các ống khuấy tĩnh (static mixer) Máy HydroFloat gồm một thùng hình chữ nhật được chia thành các buồng phân chia nhỏ ở phía trên, phía dưới là côn khử nước (xem hình 1.7).

Thiết bị này hoạt động tương tự như các máy HSBS truyền thống, trong đó cấp liệu rơi ngược với dòng nước đi lên, song lớp tầng sôi phải được thông khí liên tục bằng khí nén được phun lên từ hệ thống ống phun, tạo nên một lượng nhỏ các bóng khí trong lớp tầng sôi Các bóng khí này sẽ bám dính vào các hạt kị nước (bao gồm các hạt có tính kị nước tự nhiên hoặc nó được làm kị nước bề mặt bằng thuốc tập hợp) chứa trong lớp tầng sôi tạo thành tập hợp hạt - bóng khí có tỉ trọng thấp thúc đẩy các hạt này đi vào sản phẩm nhẹ thoát ra qua ngưỡng tràn ở trên Các hạt ưa nước tích tụ và được tháo ra tại đáy thiết bị Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của thiết bị Hydrofloat được trình bày tại hình vẽ Các thiết bị tuyển nổi trọng lực cho phép nâng cao độ hạt tuyển nổi đến vài mm.

Tăng kích thước giới hạn trên của tuyển nổi hạt thô là một thách thức lâu dài trong ngành công nghiệp chế biến khoáng sản Hydrofloat làm tăng đáng kể thu hồi có chọn lọc các hạt thô bằng cách áp dụng nguyên tắc tuyển nổi - trọng lực cơ bản

Trong 15 năm qua công nghệ này đã được áp dụng thành công với các khoáng sản công nghiệp với khả năng thu hồi các hạt thô lên đến 3mm Gần đây, công việc thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đối với quặng sunfua đã chỉ ra rằng thiết bị mới này có khả năng thu hồi được các khoáng sản kim loại khi ở chế độ nghiền thô Do vậy giảm được rất nhiều chi phí năng lượng nghiền Ngoài ra thiết bị này còn ứng dụng để tuyển tách than, quặng sắt, khoáng chất công nghiệp, các kim loại cơ bản, các chất sunfit,

Máy tuyển Hydrofloat nâng cao thu hồi hạt thô bởi các ưu điểm sau: - Tăng khả năng va chạm hạt khoáng-bóng khí

- Tăng số lần trượt bóng khí-hạt khoáng - Tăng thười gian lưu lại trong bùn quặng - Giảm sự hỗn loạn và tách rời

- Giảm các giới hạn nổi

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy Hydrofloat

Hydrofloat được thiết kế riêng cho xử lý nguyên liệu hạt thô Với thiết bị mới này có thể tối đa hóa hiệu quả sử dụng bằng cách thiết kế vòng tuyển nổi phân chia vật liệu đầu nơi mà vật liệu thô được điều chỉnh riêng biệt từ mùn Thiết bị Hydrofloat được phát minh để cung cấp một giải pháp cho ngành công nghiệp để vượt qua một thách thức lâu dài - thu hồi hiệu quả của các hạt thô hơn 150-200 µm.

Bảng1.7 Bảng thông số của thiết bị tuyển Hydrofloat

Số hiệu máy Quy môKích thước

Thiết bị tuyển nổi thông thường và thiết bị tuyển nổi cột rất thích hợp cho việc xử lý các loại quặng khác nhau ở độ thạt từ 50-150µm Tuy nhiên với cấp hạt thô hơn thì các thiết bị này kém hiệu quả do vấn đề về tính nổi và dòng chuyển động của vật liệu Để đánh giá đầy đủ những lợi thế, tiềm năng về công nghệ của Hydrofloat, một vòng thử nghiệm với công suất 5t/h đã được lắp đặt và đánh giá trong một nhà máy công

nghiệp tuyển photphat.Nguồn cấp nguyên liệu của vòng kiểm tra liên tục được phân loại, điều chỉnh và nâng cấp bằng cách sử dụng công nghệ Hydorfloat.Kết quả kiểm tra cho thấy Hydrofloat có thể tạo ra một sản phẩm photphat cao cấp trong một giai đoạn duy nhất của thiết bị phân tách Chất lượng sản phẩm dao động từ 70-72% BPL (phosphate xương vôi = 2,185 x% P2O5) và 5-10% insols (axit chất rắn không hòa tan) Thực thu BPL vượt quá 98% theo tỷ lệ nguyên liệu đầu lớn hơn 2t/h mỗi ft2 của diện tích mặt cắt ngang thiết bị phân tách Những kết quả này vượt trội so với tuyển nổi cột truyền thống, thu hồi ít hơn 90% các sản phẩm có giá trị tại một năng suất dưới 1 t/h mỗi ft2.

Hình 1.8 Quy mô thử nghiệm để dánh giá hoạt động của thiết bị Hydrofloat

Bước đầu từ kết quả trong phòng thí nghiệm và quy mô bán công nghiệp đã chỉ ra rằng máy tuyển nổi trọng lực Hydrofoat có khả năng đạt được thực thu BPL

(phosphate xương vôi) vượt trội so với các máy tuyển nổi cơ khí và máy tuyển nổi cột truyền thống Điều này đặc biệt rõ ràng đối với hạt có kích thước >35 mesh.Thu hồi của hạt thô, những hạt có hàm lượng cao dẫn đến cải tiến rất nhiều chất lượng sản

Sấy Tang quay

Cửa tháo sp thô

Hình 1.9 Kết quả thử nghiệm thu hồi Photphat thô

Đồ thị này cho thấy khả năng thu hồi cao và có chọn lọc rất cao khi sử dụng thiết bị HydroFloat để tuyển phosphate thô Dữ liệu từ 4 nhà máy khác nhau cho kết quả phù

Hình 1.11 Thiết bị Hydrofloat trong sản xuất

Sự phát triển của thiết bị Hydrofloat được dựa trên việc áp dụng nguyên tắc cơ bản của quá trình tuyển nổi Sự có mặt của lớp tầng sôi làm tăng tỷ lệ va chạm giữa hạt khoáng và bóng khí, thiết bị Hydrofloat vượt trội như một thiết bị để tuyển vét Thiết bị này được lắp đặt ở phần cuối khâu gia công để thu hồi các hạt thô và trung bình Các hạt này thường bị mất mát khi sử dụng thiết bị tuyển thông thường Từ các kết quả thử nghiệm và trong công nghiệp cho thấy Hydrofoat có thể thu hồi được các hạt có thể lên đến hoặc vượt quá 3mm đối với kali và 2mm đối với sulfides.Quan trọng nhất Hydrofloat có thể thu hồi được các hạt có tính kị nước kém.

Hình 1.12 Thu hồi khoáng vật đồng có kích thước 250 µm không được giải phóng từ một dòng đuôi thải thể hiện tốc độ nổi cao của thiếtbị HydroFloat.

Hình 1.13 Kali thô thu hồi từ vòng tuyển vét với kích thước cấp liệu vượt quá 3mm

CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP VÀ MẪU NGHIÊN CỨU2.1 Mục đích nghiên cứu

Một trong những vấn đề trọng tâm của tuyển apatit là việc tuyển tách giữa apatit và caxit, đôlômit vì các khoáng vật này có tính chất hoá lý gần giống nhau, có cùng cation Ca++ trên bề mặt cát khai, các ion PO43- và CO32- có kích thước gần như nhau nên chúng có tính nổi giống nhau Việc dùng nhiều phương hướng để tuyển quặng apatit loại II là một vấn đề hết sức cần thiết để ta có thể đạt được chất lượng tinh quặng yêu cầu phục vụ cho những khâu tiếp theo sau đó mà giảm thiểu đáng kể chi phí đập nghiền.

Mục đích của công tác thí nghiệm trong đề tài là đánh giá khả năng kết hợp phương pháp tuyển nổi trọng lực và tuyển nổi thông thường để tuyển quặng apatit – carbonat Mỏ Cóc - Lào Cai cụ thể là: MCQ II2 cấp hạt -0,5 mm

2.2 Mẫu nghiên cứu

Mẫu nghiên cứu là mẫu quặng apatit loại 2 vùng Mỏ Cóc.

Hình 2.1 Ảnh chụp mẫu quặng phóng to 160 lần

(Cb: Cacbonat; Q: Thạch anh; Fe: Felspat)

Mẫu quặng được lấy với khối lượng 500 kg, vận chuyển đến phòng thí nghiệm Bộ môn Tuyển khoáng trường Đại học Mỏ Địa chất và được gia công theo sơ đồ gia công mẫu như ở hình 2.2 dưới đây

Hình 2.2 Sơ đồ gia công mẫu quặng nguyên khai

Bảng 2.1 Thành phần độ hạt mẫu nghiên cứu

Bảng 2.2 Thành phần hóa học của quặng nguyên khai

Thành phần hóa học Đơn vị Hàm lượng phân tích

Bảng 2.3.Thành phần khoáng vật của quặng nguyên khai

Cấp hạt Thu hoạch (%) Hàm lượng

- Mẫu quặng apatit loại II này là loại hình quặng apatit – carbonat trầm tích biển và do đó có thể tham khảo các tài liệu liên quan về tuyển đối tượng này để áp dụng.

- Quặng apatit này là loại quặng khó tuyển nổi do tính chất tuyển nổi của 2 khoáng vật apatit và dolomit khá giống nhau Điều này cho thấy cần thiết phải có các thuốc tập hợp có tính chọn riêng cao cũng như các chế độ đè chìm đặc thù.

- Mẫu quặng nghiên cứu có độ xâm nhiễm thô nên nếu có phương pháp tuyển cấp hạt thô thì không cần thiết phải nghiền mịn như tuyển nổi thông thường.

CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM TUYỂN NỔI