Vấn đề phát triển thuốc tuyển quặng apatit

12:00' AM - Thứ bảy, 12/05/2001

Quặng apatit tồn tại ở nhiều dạng khác nhau tùy thuộc quá trình hình thành quặng. Quặng apatit thường đi kèm với các hợp phần khoáng phức tạp. Trên thế giới có 25điểm quặng gốc chứa apatit được khai thác, thì chỉ có trên 10 điểm apatit được coi như sản phẩm chính, apatit còn lại ở các điểm khác chỉ được coi là sản phẩm phụ của quá trình khai thác các nguyên tố hiếm. Các khu vực có mỏ apatit lớn được khai thác trên thế giới là Marốc, Nga, Mỹ, Braxin, Trung Quốc ,v.v..

Ở Việt Nam có vùng trầm tích apatit ở Lào Cai với trữ lượng được đánh giá là 1 - 1,5 tỷ tấn. Ngay từ những năm 1940 vùng mỏ apatit Lào Cai đã được khai thác. Sau khi hoà bình lập lại, năm 1955, với sự giúp đỡ của các chuyên gia Liên Xô, chúng ta đã tiến hành thăm dò kỹ hơn toàn khu mỏ này. Theo các kết quả nghiên cứu, quặng apatit ở Lào Cai có đặc trưng pha tạp, gồm các pha chính là apatit , đôlomit, thạch anh và muscovit, v.v... tùy theo mức độ phong hoá khác nhau. Người ta đã phân loại apatit Việt Nam thành 4 loại với các trữ lượng được đánh giá như ở bảng 1, thành phần hoá học và khoáng vật học của quặng được trình bày ở     bảng 2:

Bảng 1. Trữ lượng các loại quặng apatit Lào Cai
(Số liệu
đến tháng 12/2001)

Đơn vị: nghìn tấn

Loại quặng

Trữ lượng trong cân đối

Trữ lượng khai thác giai đoạn I

Trữ lượng khai thác giai đoạn II

Trữ lượng dự kiến khai thác

Trữ lượng dự báo

A + B + C1

% P2O5

C2

% P2 O5

Loại I

20.040

35,67

14.8

34,66

8.700

12.243

13.930

3.000

Loại II

83.900

24,70

151.2

21,70

9.500

32.000

193.650

18.000

Loại III 147.593 15,08 62.2 14,93 48.500 59.100 125.240 12.000
Loại IV 137.930 10,72 220.4 11,27 - - - -

Loại quặng Trữ lượng trong cân đối Trữ lượng khai thác giai đoạn I Trữ lượng khai thác giai đoạn II Trữ lượng dự kiến khai thác Trữ lượng dự báo

Ghi chú: Trữ lượng được đánh giá cuối năm 2001 cũng không khác nhiều so với số liệu năm 1997. Số liệu năm 1997:

- Quặng apatit loại I: 36 triệu tấn    (34 - 35%P2O5)

- Quặng apatit loại II: 248 triệu tấn (21 - 24,7% P2O5)

- Quặng apatit loại III: 320 triệu tấn (14,9 - 15,5% P2O5)

- Quặng apatit loại IV: 358 triệu tấn (10,7 - 11,2% P2O5)

Mỏ Apatit Lào Cai trước đây, nay là Công ty Apatit Việt Nam, được Nhà nước giao nhiệm vụ thiết kế mỏ và khai thác quặng apatit tại Lào Cai, phục vụ cho công nghiệp sản xuất phân bón chứa lân. Trong các năm 1970-1980, hàng năm chúng ta đã khai thác khoảng 150.000 tấn quặng apatit loại I, 50.000 tấn loại II để đáp ứng nhu cầu sản xuất phân bón. Trong những năm gần đây, do nhu cầu sản xuất phân lân tăng lên, hàng năm chúng ta đã sản xuất trên 300.000 tấn apatit loại I, 100.000 tấn loại II và trên 500.000 tấn loại III. Quặng loại III để phục vụ Nhà máy tuyển quặng để sản xuất khoảng 300.000 tấn tinh quặng tuyển. Tới đây, sau năm 2005 khi Nhà máy sản xuất DAP đi vào hoạt động, khối lượng tinh quặng apatit cần sử dụng sẽ lên 700-800 nghìn tấn/ năm.

Bảng 2. Thành phần hóa học và khoáng vật trung bình của các loại quặng apatit Lào Cai

Thành Phần

Quặng loại I- KS5

Quặng loại II- KS5

Quặng loại III- KS4

Quặng loại IV- KS6-7

Thành phần hoá học,%

P2O5

28 - 40

18 - 25

13 - 25

10 - 21

H2O

2 - 12 3 - 12 38 - 60 24 - 42

CaO

43 - 55 40 - 49 10 - 26 17 - 33

Fe2O3

0,7 - 7,5 0,9 - 2,0 2,2 - 5,3 1,2 - 4,6

MgO

0,2 - 2,9 3,3 - 7,1 0,3 - 5,0 0,2 - 3,4

Al2O3

0,4 - 6,3 0,2 - 1,2 3,1 - 9,5 2,5 - 9,5

F

2,5 - 3,5 1,8 - 3,0 0,8 - 6,8 1,2 - 4,5

MnO

0,1 - 1,1 0,2 - 0,9 - 0,4 - 2,4

Mất khi nung

1,1 - 4,7 8,7 - 15,6 3,4 - 9,0 1,7 - 7,9

Thành phần khoáng vật,%

Apatit

90 - 98 60 - 80 30 - 50 25 - 45

Thạch anh

1 - 7 2 - 7 25 - 30 30 - 35

Muscovit

1 - 2 1,5 - 2 5,7 - 25 1,5 - 4,0

Hyđroxit sắt & mangan

2 - 3 1 - 3 3 - 5,5 4 - 6

Canxit

- 12 - 15 - -

Đôlômit

-  25 - 30 1 - 5 1 - 3

Vật liệu hữu cơ

- - 5 - 7 0,5 - 1,0

Nhôm hyđroxit

- - 8 -

Ghi chú: KS là ký hiệu các tầng quặng

II. VAI TRÒ CỦA QUẶNG APATIT TRONG CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT PHÂN BÓN Ở NƯỚC TA

1. Khả năng và tình hình chế biến quặng apatit ở Việt Nam

Apatit là một trong những nguồn nguyên liệu chủ yếu được dùng cho công nghiệp hóa chất và các sản phẩm phân bón chứa lân. Hiện nay trên thế giới có 3 hướng chính để chế biến quặng apatit là:

- Điều chế phốt pho vàng và tiếp tục chế biến sâu hơn thành phốt pho đỏ, axit photphoric và các hợp chất chứa phốt pho khác (các muối phôt phat, các thuốc thử là hợp chất của phốt pho với lưu huỳnh hoặc halogen...)

- Phân hủy quặng apatit bằng các axit vô cơ mạnh (chủ yếu là axit sunfuric) để sản xuất axit photphoric trích ly, các loại phân bón chứa lân : supephotphat đơn, giầu và kép, amophot, monoamoniphotphat (MAP), điamoniphotphat (DAP)..., thức ăn gia súc (prexipitat),v.v..

- Xử lý apatit theo phương pháp nhiệt hoặc thủy nhiệt để sản xuất các loại phân lân nung chảy, phân lân thủy nhiệt.

Tuỳ theo yêu cầu và đặc điểm của quặng apatit mà người ta chọn phương pháp xử lý thích hợp.

Ở Việt Nam, chúng ta đã nghiên cứu áp dụng hầu hết các biện pháp xử lý như trên đối với quặng apatit Lào Cai. Cho đến nay nhiều sản phẩm chứa lân xuất phát từ apatit Lào Cai đã có bước phát triển liên tục và ổn định, như : supephôtphat đơn (ở Công ty Supephôtphat và hoá chất Lâm Thao và ở Long Thành - Công ty Phân bón miền Nam), phân lân nung chảy ở Công ty Phân lân nung chảy Văn Điển và Công ty Phân lân Ninh Bình, v.v... Những sản phẩm này đã góp phần rất quan trọng trong việc ổn định và tăng năng suất cây trồng ở nuớc ta.

Trong những năm 1997-1998, Công ty Apatit Việt Nam đã đầu tư một dây chuyền sản xuất phốt pho vàng cỡ nhỏ tại Lào Cai. Tuy vấn đề thiết bị và một số chỉ tiêu kinh tế và môi trường còn có một số vấn đề phải khắc phục và xem xét lại, nhưng nhìn chung có thể khẳng định khả năng xử lý quặng apatit Lào Cai theo phương pháp nhiệt khử để sản xuất phốt pho nguyên tố là hoàn toàn mang tính thực tiễn.

2. Yêu cầu về apatit nguyên liệu

Để có thể đáp ứng thuận lợi cho sản xuất, quặng apatit cần phải đáp ứng một số yêu cầu cơ bản sau:

2.1. Yêu cầu đối với hàm lượng P2O5

Hướng sử dụng quặng apatit phụ thuộc vào yêu cầu tổng thể đối với quặng. Yếu tố có nghĩa nhất đối với quặng apatit là hàm lượng P2O5 trong quặng. Thông thường khi sản xuất supephôtphat đơn, hàm lượng P2O5 hữu hiệu của sản phẩm chỉ bằng cỡ một nửa hàm lượng P2O5 toàn phần trong quặng. Khi sản xuất các loại phân bón giầu lân hơn (supephôtphat kép, prexipitat, amophôt...) người ta xử lý quặng apatit bằng axit photphoric, vì vậy khi đó có thể sử dụng quặng apatit nghèo hơn. Dĩ nhiên, sử dụng quặng apatit càng giầu thì càng tốt. Việc sử dụng quặng apatit có hàm lượng P2O5 là bao nhiêu cho phù hợp với quá trình sản xuất axit phôtphoric trích ly hoặc các sản phẩm phân bón khác, nói chung người ta cũng chưa xác định một cách cụ thể. Vấn đề này, trong rất nhiều trường hợp, phụ thuộc vào bài toán kinh tế và các vấn đề liên quan đến việc áp dụng sản phẩm. Tuy nhiên người ta thấy khi áp dụng các công nghệ sản xuất phân bón theo phương pháp nhiệt (sản xuất phân lân nung chảy, phân lân tecmo) hàm lượng P2O5 trong quặng apatit phải cỡ 20% mới có lợi. Hàm lượng P2O5 trong quặng apatit sử dụng cho các công nghệ khác cũng được quy định theo các mức tiêu chuẩn nhất định tùy theo công nghệ đòi hỏi.

2.2. Yêu cầu về hàm lượng oxit sắt và oxit nhôm

Các ôxit sắt và oxit nhôm là những tạp chất có hại khi xử lý quặng apatit bằng axit và cả khi sử dụng các sản phẩm. Các oxit đó thường nằm trong các khoáng vật glauconit, limonit, nephelin, đất sét, titanomanhetit... lẫn trong quặng apatit. Đối với các loại quặng chứa nhiều nhôm và đặc biệt là nhiều sắt, thì không nên dùng trong các công nghệ sản xuất axit phôtphoric trích ly (dùng axit sunfuric tác dụng với apatit) vì sản phẩm sẽ dễ bị tạp nhiễm và bị kết tủa do dung dịch quá bão hoà của các muối sắt (và nhôm) làm tách các muối phôtphat ngậm nước ra (chẳng hạn FePO4.2H2O) và làm giảm hàm lượng P2O5 trong axit sản phẩm, gây khó khăn hơn cho việc lọc. Khi sản xuất phân lân, hàm lượng cao của sắt và nhôm trong apatit cũng sẽ làm giảm chất lượng phân lân (giảm hàm lượng P2O5 hữu hiệu hoặc làm cho hạt phân bón không đạt được các tính chất vật lý cần thiết). Vì vậy trong thực tế người ta thường chỉ chấp nhận các loại quặng apatit có tỷ lệ trọng lượng Fe2O3/ P2O5 £ 0,115 ÷ 0,12.

Khi xử lý apatit bằng các axit khác (như HCl, HNO3) thì giới hạn tỷ lệ Fe2O3/ P2O5 cũng yêu cầu khác đi.

Khi xử lý apatit bằng các phương pháp nhiệt, tỷ lệ này ít có ý nghĩa thực tiễn. Khi dùng quặng apatit để điều chế phôtpho nguyên tố (phôtpho vàng) bằng phương pháp nhiệt, thì các oxit sắt và nhôm sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến lượng fero phôtpho tạo ra. Tuy nhiên vấn đề này không gây ra hậu quả lớn.

2.3. ảnh hưởng của hàm lượng cacbonat trong quặng

Trong quặng apatit, các hợp chất cacbonat có mặt chủ yếu dưới dạng các khoáng canxi cacbonat (canxit) và magiê cacbonat (đôlômit). Các khoáng này dễ dàng phản ứng với các axit sinh ra CO2, làm cho sản phẩm được tơi, xốp. Tuy nhiên do CO2 sinh ra nhiều nên dễ làm tăng thể tích bọt tạo ra, đồng thời phản ứng này cũng rất mãnh liệt nên có thể gây một số khó khăn cho công nghệ. Đấy là chưa kể đến hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất giảm đi khi một lượng khá lớn axit bị tiêu hao do phản ứng với các hợp chất cacbonat. Vì vậy trong thực tế, các mẫu quặng apatit thích hợp để xử lý bằng axit chỉ được phép chứa 5 ÷ 6% CO2. Đối với các mẫu quặng apatit được xử lý theo công nghệ nhiệt (như sản xuất phân lân nung chảy) thì hàm lượng CO2 không cần phải giới hạn chặt chẽ. Khi sản xuất phôtpho vàng, hàm lượng cacbonat cao trong quặng là một điều không mong muốn, vì sự phân hủy các lượng khoáng cacbonat cũng cần những lượng năng lượng khá lớn.

2.4. ảnh hưởng của hàm lượng magiê

Trong quặng apatit, magie chủ yếu nằm dưới dạng đôlômit MgCa(CO3)2. Ngoài ra magiê còn nằm dưới dạng các silicat (như tremonit, talk, secpentin,v.v....) Magiê có trong quặng thường làm cho quá trình xử lý quặng thành supephôtphat đơn khó khăn hơn do các hợp chất chứa magiê chuyển vào pha lỏng sẽ làm chậm quá trình phân hủy quặng, đồng thời làm cho sản phẩm dễ hút ẩm và dễ đóng vón hơn. Magiê cũng gây khó khăn cho công nghệ sản xuất axit phôtphoric trích ly do làm tăng độ nhớt của khối phản ứng. Cũng vì những lý do trên, hàm lượng magiê trong quặng apatit cần được khống chế. Chẳng hạn, để sản xuất supephôtphat đơn, tỷ lệ MgO/P2O5 chỉ nên vào cỡ 0,07 ÷ 0,08, còn để sản xuất axit phôtphoric trích ly và supephôtphat kép, tỷ lệ này cần dưới 0,05. Khi phân huỷ quặng apatit bằng HNO3 và HCl, hoặc khi dùng quặng apatit để sản xuất phôtpho nguyên tố, hàm lượng magiê không gây ảnh hưởng lớn. Cần phải thấy rằng trong phân bón, magiê cũng là nguyên tố có lợi cho cây trồng.

2.5. ảnh hưởng của hàm lượng silic oxit và các silicat

Khi xử lý quặng apatit bằng axit, SiO2 và các silicat ít tan khác nằm lại trong bã không tan. Nhìn chung, các chất này ít gây ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình xử lý quặng. Tuy nhiên khi hàm lượng của chúng cao, đương nhiên hàm lượng P2O5 sẽ phải giảm đi tươngứng. Ngoài ra nếu dùng HNO3 để xử lý quặng, các hợp chất silicat cũng góp phần làm tăng tiêu hao axit và làm cho quá trình lọc khó khăn hơn.

Trong các phương pháp xử lý quặng apatit bằng nhiệt, hàm lượng các silicat trong quặng có vai trò thúc đẩy quá trình phản ứng phân huỷ quặng, vì chúng sẽ liên kết với canxi để tạo thành canxi octosilicat (Ca2SiO4).

Lượng dư quá lớn SiO2 so với lượng cần thiết để tạo ra Ca2SiO4 cũng là một điều không lợi do khi nung chảy do sẽ có một lượng SiO2 phản ứng với các chất kiềm có trong phản ứng. Kết quả là sẽ có một lượng quặng apatit không được phân hủy và để phân hủy tiếp lượng này, đòi hỏi phải cung cấp thêm năng lượng.

Để sản xuất phôtpho vàng, hàm lượng SiO2 trong quặng apatit cũng cần được khống chế ở tỷ lệ SiO2/CaO cỡ 0,8÷ 1,0. Nếu tỷ lệ này thấp, người ta phải bổ sung thêm cát thạch anh hoặc quặng apatit nghèo vào phối liệu. Còn ngược lại khi tỷ lệ này cao, người ta chỉ bổ sung quặng chứa ít silic chứ không không tìm cách bổ sung CaO vào phối liệu.

2.6. ảnh hưởng của cỡ hạt

Trong đại đa số các trường hợp, quặng apatit được nghiền mịn theo yêu cầu công nghệ xử lý ở giai đoạn sau. Tuy nhiên phải thấy rằng khi xử lý apatit bằng axit, nhất là sản xuất supephôtphat đơn, vấn đề cỡ hạt của quặng apatit thường không cần đặt ra quá nghiêm ngặt. Riêng quặng apatit cho sản xuất phôtpho vàng, thì cỡ hạt quặng thường được chọn lọc theo yêu cầu cụ thể của công nghệ. Quặng apatit dùng cho quá trình tuyển nổi có các yêu cầu riêng (thường là 70 - 80% có cỡ hạt 0,074mm).

3. Vai trò của tuyển quặng apatit trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên chứa lân ở nước ta và một số vấn đề đặt ra

Quặng apatit có một vai trò không thể thay thế được trong công nghiệp sản xuất phân bón và các sản phẩm chứa lân ở nước ta. Tuy nhiên khi đánh giá nguồn quặng apatit tại Lào Cai chúng ta có thể thấy:

- Quặng apatit loại I không nhiều, diện phân bố lại rộng nên việc khai thác ngày càng khó khăn, hiệu quả kinh tế kém.

- Quặng nghèo ( loại II, III và IV) chiếm trữ lượng lớn. Trừ quặng apatit loại II có thể sử dụng ngay để sản xuất phân lân nung chảy, còn lại apatit loại III và IV đều phải qua làm giầu mới có giá trị sử dụng công nghiệp.

Tuyển nổi là một trong các giải pháp hiệu quả để làm giầu hai loại quặng này, tuy nhiên quặng loại IV có hiệu quả tuyển nổi thấp.

Như vậy để có thể nâng cao năng lực của mỏ, chúng ta phải tiến hành tuyển quặng aptit loại II và III, đặc biệt ưu tiên hàng đầu là tuyển quặng apatit loại III.

Qua tính toán, nếu quặng apatit loại II và III được tuyển hợp lý, chúng ta có thể nâng trữ lượng hiệu dụng của mỏ apatit Lào Cai thêm giá trị tương đương 150 triệu tấn quặng apatit loại I ( hàm lượngP2O5 ³ 32%), trong đó từ quặng apatit loại III khoảng 67 triệu tấn và từ quặng apatit loại II là khoảng 64 triệu tấn.

Để có thể đạt được mục tiêu này," Chiến lược phát triển Khoa học công nghệ khai thác và tuyển quặng apatit" đã được đưa ra. Có thể tóm tắt nội dung chiến lược này như ở phần Phụ lục.

III. LÀM GIÀU QUẶNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP TUYỂN NỔI

1. Tình hình nghiên cứu, áp dụng công nghệ làm giầu apatit bằng phương pháp tuyển nổi trên thế giới

Trong số các công nghệ được áp dụng để làm giầu quặng apatit, công nghệ tuyển nổi đã được các nhà công nghệ trên thế giới nghiên cứu và áp dụng rộng rãi từ hàng trăm năm trước đây. Ngay từ những năm 1930 ở Liên Xô cũ, các chuyên gia đã bắt đầu áp dụng các phương pháp tuyển nổi quặng phôtphat, đặc biệt là tuyển nổi các loại quặng apatit nephelin, là loại quặng phôtphat có nhiều ở nước này.

Trong thời gian gần đây nhờ các nghiên cứu mới nhất, các nhà khoa học công nghệ đã đưa ra nhiều sơ đồ làm giầu tổng hợp quặng apatit, kể cả các sơ đồ kết hợp với tuyển từ, tuyển trọng lực dùng môi trường nặng, nung thiêu kết, v.v...Tuy nhiên cũng phải thấy các phương pháp tuyển nổi vẫn chiếm một vị trí quan trọng trong số các phương pháp làm giầu quặng apatit. Các hướng nghiên cứu thường triển khai với phương pháp tuyển nổi là nghiên cứu các đặc tính mang tính quy luật về khoáng vật học của apatit và nghiên cứu về các thuốc tuyển. Người ta khẳng định rằng lý thuyết và công nghệ của quá trình tuyển nổi luôn tuân theo các quy luật chung. Các đặc trưng về tinh thể học, các tính chất hoá, lý của các khoáng có trong quặng apatit sẽ cho phép dự đoán các điều kiện đặc thù đối với một quá trình tuyển nổi chọn lọc. Tuy nhiên do cấu trúc và thành phần của các quặng phôtphat nói chung và quặng apatit nói riêng rất phức tạp nên hiện nay người ta chưa có các công nghệ và quá trình chung, phù hợp và thoả mãn mọi mục tiêu, đặc biệt mục tiêu kinh tế với mọi loại quặng phôtphat. Vấn đề nghiên cứu các điều kiên phù hợp cho từng loại quặng apatit của từng khu vực, thậm chí của từng mỏ cụ thể, hiện thời vẫn có ý nghĩa thực tiễn cao.

2. Tầm quan trọng và tình hình nghiên cứu, áp dụng phương pháp tuyển nổi quặng apatit ở nước ta

2.1. Tính cấp thiết

Nhìn chung trên thế giới và ở nước ta, các công nghệ xử lý quặng apatit để sản xuất các sản phẩm chứa lân đều cần dùng quặng có hàm lượng P2O5 cao (trên 30% P2O5), vì vậy để có thể tận dụng được tài nguyên, vấn đề làm giầu quặng là một vấn đề rất quan trọng.

Như ở phần trên đã trình bày, trong số các phương pháp làm giầu quặng apatit (xử lý nhiệt, tuyển trọng lực và một số phương pháp khác, thì tuyển nổi (flotation- sau đây gọi tắt là tuyển) là một trong những phương pháp quan trọng nhất.

Ở nước ta, apatit loại II là loại quặng có hàm lượng P2O5 trung bình (18 - 25%) và có hàm lượng các khoáng cacbonat cao. Một mặt, apatit loại II thuộc loại quặng tương đối khó tuyển, xử lý bằng axit thì không có lợi, mặt khác quặng này lại đáp ứng được cho công nghệ sản xuất phân lân nung chảy, nên yêu cầu tuyển làm giầu loại quặng này hiện tại chưa cần đặt ra quá bức thiết. Tuy nhiên nếu giải quyết hiệu quả vấn đề tuyển loại quặng này, chúng ta sẽ có thêm một nguồn nguyên liệu khá lớn cho công nghiệp các hợp chất chứa phôtpho trong tương lai.

Quặng apatit loại III là loại quặng nghèo, có hàm lượng P2O5 chỉ vào khoảng 10 - 21% (hiện tại, trung bình là 15 - 18%), lại có chứa nhiều thạch anh và các silcat..., là các khoáng có đặc tính tuyển khác biệt với khoáng apatit, nên hiện nay loại quặng này chính là mục tiêu áp dụng công nghệ tuyển làm giầu với mục đích tận dụng tài nguyên của chúng ta.

2.2. Tình hình nghiên cứu áp dụng công nghệ làm giầu bằng phương pháp tuyển nổi quặng apatit ở nước ta

- Tuyển quặng apatit loại III

Ngay từ năm 1958 các nhà khoa học Việt nam và Liên Xô (cũ) đã bắt đầu nghiên cứu khả năng làm giầu quặng apatit III tại Mỏ Cóc, Cam Đường, Lào Cai (16,5% P2O5) với môi tường tuyển gồm sođa, thuỷ tinh lỏng, dùng xà phòng làm chất tập hợp và đã thu được tinh quặng 35% P2O5; 4% các oxit (sắt, nhôm...) với tỷ lệ thu hồi P2O5 (thực thu) đạt 69%. Năm 1960 cũng ở Liên Xô, người ta thử nghiệm tuyển quặng apatit loại III tại Mỏ Cóc với hàm lượng 14,3% P2O5 và thu được tinh quặng chứa 31 ÷ 32% P2O5với hệ số thực thu P2O5 gần 60%.

Tại các phòng thí nghiệm ở Việt Nam, các nhà nghiên cứu cũng thí nghiệm tuyển quặng apatit với chất tập hợp là natri oleat. Các kết quả thí nghiệm cho thấyđối với các mẫu quặng có hàm lượng than cao hoặc chứa nhiều muscovit, thì tinh quặng thu được chỉ có hàm lượng P2O5 trung bình cỡ 30% với hệ số thực thu thấp (cỡ 50%).

Những kết quả trong phòng thí nghiệm vào năm 1974 với quặng ở vùng Cam Đường, Lào Cai, do các chuyên gia Liên Xô thực hiện với mục đích nghiên cứu khả năng dùng quặng apatit loại III Lào Cai cho sản xuất phân bón, cho thấy với quặng được nghiền đến cỡ hạt 0,1 mm, khử bùn (cỡ hạt 0,01 ÷ 0,02 mm), dùng chất tập hợp là cặn rượu bậc cao (0,1 ÷ 0,2 kg/T) để tuyển khoáng muscovit và sau đó tiến hành tuyển khoáng apatit, thì tinh quặng nhận được có hàm lượng P2O5 là 32%. Kết quả thử nghiệm tuyển trên lô lớn (60T) quặng apatit III Lào Cai (16,8 % P2O5) cho thấy tinh quặng thu được có hàm lượng P2O5 là 32% với hệ số thực thu 55%.

Cũng trong khoảng thời gian này tại một số phòng thí nghiệm ở CHDCND Triều Tiên, Rumani, CHDC Đức người ta cũng tiến hành thử nghiệm tuyển quặng apatit loại III Lào Cai với nhiều quy mô thử nghiệm khác nhau về tuyển quặng apatit loại III nghèo (khoảng 14% P2O5).

Qua nghiên cứu, người ta thấy có thể thu được tinh quặng apatit với hàm lượng P2O5 26 ÷ 32% và hệ số thực thu đạt đến 60 ÷ 70%. Nếu tăng hàm lượng P2O5 trong tinh quặng lên (32,2 ÷ 32,7 %) P2O5 thì hệ số này thấp xuống (chỉ đạt cỡ 47 ÷ 50%).

Người ta cho rằng sở dĩ hệ số thực thu khá thấp vì trong các mẫu quặng nghiên cứu có chứa nhiều cacbonat và có các thành khoáng hỗn tạp khác làm giảm tính khả tuyển của quặng apatit.

Trên cơ sở Nhà máy tuyển quặng apatit đang xây dựng dở dang theo thiết kế của Liên Xô (cũ), Nhà máy tuyển quặng apatit được xây dựng lại và đi vào hoạt động từ năm 1994. Nhà máy đã hoạt động nhưng còn nhiều khâu trong dây chuyền công nghệ như tự động hoá đo lường, xử lý trung hòa quặng đầu vào v.v... còn chưa hoạt động hoặc hoạt động kém hiệu quả. Quy trình tuyển nổi sử dụng trong Nhà máy là quy trình tuyển thuận: tuyển tách khoáng apatit (phần nổi) ra khỏi đuôi tuyển.

Trong thời gian đầu hoạt động Nhà máy đều sử dụng các loại thuốc tuyển nhập ngoại của Thuỵ Điển.

Trước 1990 Viện Hoá học Công nghiệp đã thực hiện Đề tài nghiên cứu chế tạo thuốc tuyển quặng apatit Lào Cai trong khuôn khổ đề tài cấp Nhà nước KC.06-01). Thuốc tuyển đã qua nhiều giai đoạn thử nghiệm và cải tiến với các tên DPO -92; DPO - 93; DPO - 93A; VH - 2k2 và gần đây nhất (năm 2000) là VH 2000. Vào những năm 1996 - 2001 Nhà máy bắt đầu tuyển thử nghiệm ở quy mô pilot và công nghiệp các loại thuốc tuyển do Viện Hoá học Công nghiệp nghiên cứu, sản xuất. Ngày 16/11/2001,Thuốc tuyển VH 2000 của Viện Hoá học Công nghiệp, đã được Hội đồng KHCN của Tổng Công ty Hoá chất Việt Nam đánh giá tương đương với một số thuốc tuyển nhập ngoại hiện có tại Nhà máy. Tổng công ty Hoá chất Việt Nam và Công ty Apatit Việt Nam đã quyết định sử dụng thuốc tuyển VH 2000 để thay thế một phần các loại thuốc tuyển ngoại. Trong các năm từ 1995 Nhà máy tuyển quặng apatit Lào Cai đã thử nghiệm và sử dụng thuốc tuyển nội trong sản xuất quặng apatit. Bảng 3 dưới đây trình bày số lượng thuốc tuyển quặng apatit trong các năm 1995 - 2002.

Bảng 3. Số lượng thuốc tuyển quặng apatit trong các năm 1995-2002

Đơn vị : tấn

Năm

Thuốc tuyển nội

Thuốc tuyển ngoại

Tổng số

1995

-

128

128,0

1996

5,0

195,5

200,0

1997

-

234,0

234,0

1998

-

216,0

216,0

1999

8,0

28-58,0

266,0

2000

33,5

281,0

315,0

2001

168,5

168,5

304,0

2002

160

150

310,0

Nhờ tối ưu hoá việc sử dụng công nghệ tuyển và thuốc tuyển, giảm công đoạn khử bùn quặng (slam), tận dụng tảng sót mà hiện tại dây chuyền công nghệ tuyển quặng apatit tại Công ty Apatit Lào Cai đã nâng được hệ số thực thu P2O5 lên trên 10% so với giai đoạn Nhà máy mới bắt đầu hoạt động. Tuy nhiên công nghệ tuyển quặng apatit loại III tại Lào Cai còn cần tiếp tục khắc phục một số vấn đề sau đây:

- Độ ẩm tinh quặng còn cao ( đến 18%).

- Các chỉ tiêu công nghệ tuyển còn dao động nhiều khi do sự dao động về chất lượng quặng đầu vào.

- Giá đầu vào sản xuất (trong đó có chi phí về thuốc tuyển) còn cao, làm cho tinh quặng kém tính cạnh tranh.

- Thuốc tuyển nội còn một số nhược điểm về tính chất bọt và hiện tại chưa thay thế hoàn toàn thuốc tuyển nhập ngoại.

Theo kết luận của Hội nghị đánh giá các kết quả nghiên cứu và sử dụng thuốc tuyển quặng apatit ngày 2/1/2003 thì trong năm 2003 Nhà máy tuyển vẫn tiếp tục áp dụng công thức thuốc tuyển hỗn hợp giữa thuốc tuyển VH 2000 (70%) và thuốc tuyển MD 20370 của Thụy Điển (30 %) để đạt được các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật tốt nhất.

- Tuyển apatit loại II ( và apatit loại IV)

Ngay từ những năm 1960 các chuyên gia Việt Nam, Liên Xô (cũ) và nhiều nước XHCH khác đã tiến hành thử nghiệm tuyển quặng apatit loại II và IV cuả Mỏ apatit Lào Cai. Trong những năm 1988 - 1990 Công ty Thiết kế mỏ - Hoá chất thuộc Tổng Cục Hoá chất (nay là Công ty Mỏ - Incodemic thuộc Tổng Công ty Hoá chất Việt nam) đã kết hợp với Viện nghiên cứu Quốc gia về Mỏ - Hoá chất (Viện GIGKHS) của Liên Xô (cũ) nghiên cứu đề tài "Nghiên cứu công nghệ có hiệu quả để tuyển quặng apatit - cacbonat loại II khoáng sàng Lào Cai".

Đề tài đã khảo sát và nghiên cứu tuyển 2 mẫu apatit loại II (mẫu số 201 và 202) và 2 mẫu tầng đất vây quanh (mẫu 203 và 204). Một số kết quả chính của các đợt thử nghiệm này được trình bày trong Bảng 4.

Bảng 4 Một số đặc trưng tuyển apatit II và IV Lào Cai

Thời gian, địa điểm, quy mô thí nghiệm

Mẫu quặng

Tinh quặng apatit

Hàm lượng P2O5, %

Thu hồi P2O5, %

Quặng loại II

Năm 1960 Liên Xô thử nghiệm pilot

24% P2O5, Mỏ Cóc, Cam Đường, Làng Cáng

34,0

75,0

Năm 1969, Việt Nam, trong phòng thí nghiệm

27% P2O5

37,5

72,5

Năm 1970, CHDC Đức

22,4 P2O5

32,0

80,0

Năm 1990, CHDCNN Triều Tiên, trong phòng thí nghiệm

23,3% P2O5, Mỏ Cóc

31,0 - 34,0

80,0

Năm 1990, Liên Xô và Việt Nam, trong phòng thí nghiệm

23,6% P2O5 Mỏ Cóc

34,0 - 35,0

80,0

Năm 1990, Liên Xô và Việt Nam, trong phòng thí nghiệm

17,5% P2O5 Ngòi Đum - Đông Hồ

30,0

80,0

Quặng loại IV

Năm 1978, Việt Nam, trong phòng thí nghiệm

11,7% P2O5

22,0 - 23,0

75,0 - 50,0

Năm 1970 CHDC Đức, trong phòng thí nghiệm tuyển

8,4% P2O5 KS4

16,0

49,0

Năm 1970 CHDC Đức, trong phòng thí nghiệm tuyển

8,7% P2O5 KS6

17,0

84,0

Năm 1990, Liên Xô, trong phòng thí nghiệm phương pháp tuyển trọng lực

5,2% P2O5 Mỏ Cóc

22,0

12,0

Năm 1990, Liên Xô, trong phòng thí nghiệm phương pháp tuyển trọng lực

9,3% P2O5 Ngòi Đum- Đông Hồ

24,0

54,0

IV. ĐẶC ĐIỂM CỦA KỸ THUẬT TUYỂN QUẶNG APATIT

1. Đặc trưng về cấu trúc của các khoáng chứa phôt pho có liên quan đến tính khả tuyển của quặng apatit

Bằng phương pháp nghiên cứu rơngen người ta thấy trong các khoáng canxi phôtphat, ion PO4 có cấu trúc tứ diện và khoảng cách giũa nguyên tử P đến các nguyên tử O không đều nhau (2,03; 1,50; 1,62 và 1,62 anstrom). Như vậy nguyên tử P không nằm ở trung tâm của tứ diện. Sự lệch của nguyên tử phôtpho khiến nó có thể dễ bị thay thế bởi nguyên tử cacbon, đồng thời các nguyên tử oxi có thể bị thay thế bởi các gốc florua (F) hoặc hyđroxyl (OH). Thực tế trong quặng apatit tự nhiên có tồn tại các dẫn xuất kiểu này: floapatit Ca10P6O24F2; cacbonatapatit 2Ca3(PO4)2.CaCO3.1/2H2O; hyđroxyapatit Ca10P6O24(OH)2; staffelit Ca10P5,2C0,8O23,2F1,5OH; kurxit Ca10P4,8C1,2O22,8(FOH)3,2 , v.v...

Sự có mặt của các khoáng cacbonat trong thành phần của các quặng phôtphat sẽ làm tăng độ tan trong nước và trong các axit của các loại quặng này.

Sự khác nhau về mặt cấu trúc của nhóm quặng apatit chính là đặc trưng vật lí, hoá lí và các tính chất tuyển nổi của chúng. So với khoáng floapatit, các khoáng thuộc nhóm flocacbonatapatit có bề mặt phát triển hơn do có nhiều vết nứt gãy và các vi lỗ. Ví dụ bề mặt riêng của khoáng floapatit có bề mặt riêng là 1m2/g nhưng ở loại flocacbonat apatit con số này có thể gấp 10 - 20 lần. Vì vậy các khoáng flocacbonat apatit dễ hấp phụ các chất tập hợp anion.

Bằng thực nghiệm người ta đã chứng minh rằng mức độ hấp phụ các chất tập hợp cacboxylic giảm dần từ khoáng phôtphorit đến floapatit nhưng hoạt tính tuyển nổi lại thay đổi theo chiều ngược lại: floapatit chuyển vào bọt khi nồng độ chất tập hợp chỉ vào khoảng 100 - 200g/tấn còn khi tuyển phôtphorit thì phải cần nồng độ chất tập hợp cỡ 1000 - 2000g/tấn hoặc hơn nữa, tức là khó tuyển hơn rất nhiều.

2. Cơ chế tương tác của các thuốc thử trong quá trình tuyển chọn lọc quặng apatit

Từ lâu, cơ chế tương tác của các thuốc thử trong quá trình tuyển nổi quặng apatit đã được các nhà khoa học lưu ý nghiên cứu. Quặng apatit (floapatit, cacbonatapatit, v.v...) là các loại khoáng dạng muối phân cực, mà trong thành phần mạng tinh thể có các ion canxi. Các khoáng đi kèm chủ yếu là cacbonat (canxit, đôlômit), các silicat (glauconit, fenspat, nephelin...), thạch anh,v.v... Do đặc tính ion mà đa số các khoáng này có tương tác với các thuốc thử tập hợp dạng anion chứa các nhóm cacboxylic hoặc sunfat ưa muối. Trong thực tế, người ta đã tuyển các quặng apatit với chất tập hợp chứa các muối cacboxylic, môi trường tuyển thường là kiềm nhẹ (pH 9,0 ÷ 9,5) . Kiềm liên kết với các ion canxi trong bùn quặng thành các loại xà phòng canxi khó tan. Ngoài ra môi trường này còn tạo điều kiện khoáng hoá bọt, làm các chất tập hợp hấp phụ tốt hơn vào bề mặt hạt khoáng. Lượng dư của các chất điều chỉnh dạng kiềm sẽ làm giảm khả năng tuyển nổi các quặng apatit. Độ chọn lọc của quá trình tuyển cũng tăng kên khi dùng thêm thủy tinh lỏng do thủy tinh lỏng hấp phụ trên bề mặt các hạt khoáng silicat, làm tăng tính hyđrat hoá của chúng và ngăn cản chúng tương tác với các thuốc thử tập hợp.

Khó nhất khi tuyển các quặng apatit loại II là tách chọn lọc các khoáng cacbonat (canxit, đôlômit) đi kèm. Để tách được chọn lọc các khoáng này người ta phải tiến hành tuyển nổi trong môi trường axit (xem phần tuyển thuận làm giầu quặng apatit loại II). Trong môi trường kiềm hoặc trung hoà, người ta đã dùng nhiều chất "nén" khác nhau như thuỷ tinh lỏng, các muối kim loại... nhưng kết quả vẫn không được như mong muốn. Các nhà nghiên cứu đã cố gắng tìm hiểu bản chất vấn đề thì thấy:

1- Nguyên nhân gây ra độ chọn lọc thấp của quá trình tuyển những hỗn hợp các khoáng apatit và cacbonat (đôlômit) chính là thế điện động (electrokinetic potential) của bề mặt các khoáng rất gần nhau.

Trong môi trường kiềm nhẹ và trung hoà, khi tăng nồng độ các chất tập hợp caboxylic, thế điện động bề mặt của apatit và các khoáng cacbonat tăng lên tương tự nhau. Tuy đôlômit có độ hấp phụ các chất tập hợp cao hơn một chút nhưng điều này không đủ để tách nó ra khỏi apatit.

Việc nghiên cứu sự tương quan giữa các tính chất tinh thể và tính chất tuyển của khoáng canxit và khoáng apatit cũng cho phép xác định được các điều kiện cần để tách chọn lọc hai khoáng này khỏi nhau. Ion canxi trên bề mặt tinh thể khoáng cacbonat là tương đối đồng nhất về mặt năng lượng với nhau hơn so với trên bề mặt hạt khoáng apatit. Chẳng hạn, khoảng cách giữa các ion canxi trên bề mặt mạng canxit là 0,05 anstrom còn trên bề mặt mạng apatit là 0,04 và 0,022 anstrom. Canxit hấp phụ tốt hơn các chất điều chỉnh ưa muối (các polyme chứa các nhóm ưa nước) nên làm tăng khả năng "nén" của canxit khi tuyển thuận apatit (môi trường kiềm yếu hoặc trung hoà)

2- Độ tan của các khoáng trong các môi trường cũng là vấn đề quan trọng

Khi nghiên cứu độ tan của khoáng apatit trong hệ tuyển, người ta thấy khi chuyển từ môi trường trung hoà và kiềm sang môi trường axit (pH 6) thì độ tan của các khoáng này tăng lên (từ 0,003 g/l lên 0,15 g/l). Trong môi trường axit, các khoáng apatit tương tác với môi trường để tạo ra axit phôtphoric. Trên cơ sở đó, các tính chất tuyển của chúng sẽ khác biệt hẳn với các khoáng cacbonat. Khi đó các khoáng cacbonat sẽ hấp phụ các chất tập hợp mạnh hơn các khoáng apatit và được tuyển loại khỏi apatit (quá trình tuyển ngược quặng apatit).

Bằng phương pháp đánh dấu phóng xạ người ta đã chứng minh được rằng trong môi trường axit, axit oleic hấp phụ mạnh trên bệ mặt hạt quặng đôlômit, còn ngược lại trong môi trường trung hòa, axit oleic lại hấp phụ mạnh trên bề mặt hạt quặng apatit.

Trong môi trường axit, các chất tập hợp chứa các nhóm cacboxylic chủ yếu nằm dưới dạng phân tử (chẳng hạn trong môi trường tuyển đôlômit, thì 95% axit oleic nằm dưới dạng phân tử), vì vậy trong môi trường axit, hiệu quả tập hợp của các chất tập hợp cacboxylic cần được kết hợp với các thuốc thử dạng alkylarylsunfonat (AAS) vì các chất này tạo phức với các chất tập hợp cacboxylic, làm tăng khả năng phân tán chất tập hợp và tăng mức hấp phụ của chúng trên giới hạn khí - lỏng và rắn - lỏng. Tuy nhiên còn nhiều cách khác giải thích cơ chế tập hợp của các thuốc thử chứa nhóm cacboxylic.

3 - Vấn đề đồng dạng trong cấu trúc của các khoáng và chất tập hợp cũng rất có ý nghĩa.

Khoáng apatit có tính kỵ nước và dễ dàng hấp phụ các chất hoạt động bề mặt có cấu trúc dị cực chứa nhóm ưa muối PO4-3, là nhóm đồng dạng với các anion có trong tinh thể khoáng apatit. Chính độ hyđrat hóa không đồng đều của bề mặt hạt khoáng apatit và độ hyđrat hóa thấp của ion PO4-3 cũng là điều kiện làm tăng mức độ hoạt động tuyển của khoáng apatit. Đây cũng là tiền đề rất quan trọng để định hướng chế tạo các loại thuốc tập hợp tuyển chọn lọc quặng apatit.

Các chất tập hợp có triển vọng nhất để tuyển chọn lọc quặng apatit là các chất hoạt động bề mặt có chứa nhóm chức ưa muối dạng phôtphat. Các thuốc thử này có thể làm tăng đại lượng âm điện của bề mặt hạt khoáng trong khi các chất hoạt động bề mặt có chứa các gốc ưa muối cacboxylic (COO-) chỉ làm thay đổi thế điện động của bề mặt hạt khoáng với một mức độ nhất định nào đó. Độ dài và cấu hình (mức độ phân nhánh...) của mạch cacbon trong phân tử của chất tập hợp cũng là những yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến tính khả tuyển và tính chọn lọc của chất tập hợp. Chỉ trên cơ sở các nghiên cứu kỹ lưỡng người ta mới có thể đưa ra được cấu trúc tối ưu của chất tập hợp thích hợp nhất với một loại quặng apatit đã cho.

Để có các thuốc tuyển tập hợp chứa nhóm phôtphat ưa muối, người ta có thể sử dụng các polyme ưa nước của các hợp chất vô cơ nhóm polyphôtphat. Để tăng độ chọn lọc của phép tuyển, người ta cũng sử dụng cả các thuốc thử khác với mụcđích điều chỉnh môi trường tuyển. Trong thực tế các chất được dùng cho mục đích này thường là các hợp chất họ xenlulo, ví dụ cacboxymetyl xenlulo (CMC).

4- Ngoài ra người ta còn thấy rằng quá trình hấp phụ các chất tập hợp lên bề mặt các khoáng luôn luôn kèm theo các hiệu ứng nhiệt. Vì vậy,đây cũng là một yếu tố được nghiên cứu để tìm ra các điều kiện tuyển chọn lọc tối ưu cho các mùa trong năm (có nhiệt độ khác nhau).

3. Yêu cầu kỹ thuật của công nghệ tuyển quặng apatit loại III

3.1. Yêu cầu chung và xu hướng sử dụng thuốc tập hợp tuyển quặng apatit loại III

- Yêu cầu chung

Nói chung apatit loại III là một loại quặng phức tạp, chứa nhiều khoáng khác nhau, nên cần thiết phải lựa chọn một công nghệ tuyển thích hợp. Theo yêu cầu của công nghệ tuyển hiện tại, quặng apatit đưa vào tuyển phải được nghiền mịn (trên 50% có cỡ hạt 0,074 mm). Chất tập hợp thường được dùng là hỗn hợp chất hoạt động bề mặt - xà phòng (liều lượng 0,15 ÷ 0,2 kg/T). Ngoài ra trong môi trường tuyển còn được bổ sung thêm một số chất khác (gudron, axit béo...) Thành phần của các thuốc thử trong thuốc tuyển được điều chỉnh tuỳ theo thành phần của quặng để qúa trình tuyển có thể nhận được độ chọn lọc cao và hiệu suất thu hồi cao. Môi trường tuyển cũng phụ thuộc vào thành phần quặng. Một số loại quặng được tuyển trong môi trường kiềm yếu (apatit nephelin được tuyển ở pH 9,5 ÷ 10), một số loại khác có thể được tuyển ở môi trường có giá trị pH thấp hơn. Một số chất vô cơ và hữu cơ cũng được bổ sung vào môi trường tuyển để cải thiện tính chất của bùn hoặc giải nén các khoáng đi kèm.Trong những trường hợp tối ưu, quặng loại III vào tuyển có hàm lượng 16 ÷ 18 % P2O5 (quặng apatit loại III Lào Cai có thể có hàm lượng trên 21% P2O5) nhưng tinh quặng thu được có hàm lượng gần 40 % P2O5 với hệ số thực thu đến 93 ÷ 94%.

- Xu hướng chế tạo thuốc tuyển

Hiện nay xu hướng sử dụng các hợp chất từ sản phẩm hoá dầu để chế tạo chất tập hợp đang được ưu tiên nghiên cứu và áp dụng, trong đó có các hợp chất dẫn xuất của các axit béo nhóm parafin (normal và iso) được nghiên cứu nhiều. Kết quả nghiên cứu cho thấy các axit no mạch nhánh (iso) có khả năng tập hợp cao hơn nhưng lại kém chọn lọc hơn so với các dẫn xuất của axit mạch thẳng. Ngoài các dẫn xuất của các axit cacboxylic, người ta còn nghiên cứu sử dụng cả các rượu no (16 ÷ 18 cacbon) oxyetylen hóa hoặc các axit béo oxyetylen hóa để làm chất tập hợp. Trong thực tiễn, người ta còn nghiên cứu sử dụng cả các axit béo, là sản phẩm phụ của một số ngành công nghiệp, để làm chất tập hợp. Điều này cho phép hạ giá thành thuốc tuyển. Vấn đề nghiên cứu các thuốc tập hợp mới, có chứa các nhóm chức phôtphat đồng dạng với các nhóm chức phôtphat trong khoáng apatit hoặc các chất tập hợp chứa nitơ, cũng là một hướng rất đáng quan tâm.

- Vấn đề nước thải

Tuyển quặng apatit là một quá trình sử dụng khá nhiều nước, vì vậy vấn đề tái sử dụng nước trong quá trình tuyển luôn luôn phải được tính toán kỹ. Do trong quá trình tuyển nguời ta có đưa vào hệ tuyển nhiều chất ion hoá ( để làm chất keo tụ - coagulator) nên trong nước thải của quá trình thường có chứa nhiều ion (Ca, Mg, SO4) , vì vậy nếu dùng lại (quay vòng) toàn phần nước thải, có thể làm giảm khả năng tạo bọt của thuốc tuyển. Trong thực tế người ta chỉ quay vòng khoảng 80% nước thải, còn lại 20% lượng nước sử dụng phải bổ sung bằng nước mới.

3.2. Nâng cao hiệu quả công nghệ tuyển quặng apatit

Theo các chuyên gia, để công nghệ tuyển quặng apatit đạt được hiệu quả cao người ta phải tính toán quá trình tuyển trong tổng thể các quá trình, từ khâu khai thác đến sử dụng tinh quặng apatit, trong đó quá trình tuyển quặng là một khâu quan trọng nhất. Để nâng cao hiệu quả của quá trình tuyển quặng apatit , trong đó có tuyển quặng apatit loại III, cần phải luôn luôn chú ý đến các yếu tố cho phép giảm giá thành sản xuất. Để đạt được mục tiêu giảm giá thành sản xuất cần phải:

- Xây dựng nhà xưởng với quy mô nhỏ gọn.

- Dùng thiết bị công suất lớn, tự động hoá cao và độ bền cao.

- Dùng công nghệ tuyển và thuốc tuyển tối ưu, chi phí tối thiểu về điện năng, về thuốc tuyển và vật liệu phụ.

- Thực thu tinh quặng ở mức tối đa, sử dụng được cả quặng nghèo (giá quặng rẻ).

- Tuyển tách và sử dụng được cả các sản phẩm phụ đi kèm một cách hiệu quả.

- Nơi sử dụng tinh quặng apatit nên xây dựng liền kề với nhà máy tuyển để giảm tối đa chi phí vận chuyển và các chi phí phát sinh khác.

Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật thực tế về tuyển quặng apatit ở một số nhà máy tuyển quặng ở Nga đã được so với các chỉ tiêu tương đương trong quá trình tuyển quặng apatit Lào Cai ở giai đoạn tuyển thử ( 1995 - 1997) được trình bày tại bảng 5.

Bảng 5. So sánh các chỉ tiêu kỹ thuật giữa một số nhà máy tuyển apatit của Nga và dây
chuyền tuyển apatit Lào Cai giai
đoạn 1995 - 1997

Chỉ tiêu

Nhà máy

Nhà máy tuyển apatit Lào Cai theo thiết kế

Anof 1

Anof 2

Hàm lượng quặng đầu vào, % P2O5

17,06

17,06

15,8

Hàm lượng tinh quặng, % P2O5

39,51

39,51

32 - 34

Hàm lượng P2O5 mất theo công nghệ,%

1,48

1,72

14,0

Hàm lượng P2O5 mất theo quặng đuôi,%

2,17

2,30

5,1

Thực thu P2O5 trong tinh quặng,%

Theo công nghệ

94,89

94,01

63,6

Theo hàng hoá

93,72

92,17

62,6

Thu hoạch

Tiêu hao quặng đầu vào cho 1 tấn tinh quặng khô, tấn

2,46

2,51 

3,62

Thu hoạch, %

40,6 

39,8

27,6 ( 37 - 40)*

Độ ẩm,%

Quặng đầu vào

2,14 

2,49

18,0

Tinh quặng

1,27 

0,88

2,2

* Theo số liệu tuyển quặng apatit loại III, sử dụng thuốc tuyển VH 2000; MD20245; MD20370 và hỗn hợp của VH 2000 với MD 20245 trong năm 2001.

Chi phí điện nước và các vật liệu khác cho 1 tấn quặng giữa nhà máy tuyển apatit Lào Cai và một số nơi khác được trình bày trong bảng 6.

Bảng 6. So sánh chi phí tuyển 1 tấn quặng apatit ở một số nơi

Quặng

 Điện năng, kWh

Nước, m3

Bi trục, kg

Bi thép, kg

Tấm lót, kg

Khai thác quặng ở Mỹ

Đồng

17,63

3,129

0.17

0.496

0.0559

Đồng - profile

16,09

2,983

0,307

0,652

0,075

Đồng - chì - kẽm

18,63

2,128

0,099

0,143

0,048

Đồng - chì - pyrit

23,92

3,359

0,139

0,310

-

Chì - kẽm

21,49

3,024

0,139

0,124

0,015

Chì - kẽm - bạc

29,39

3,379

0,432

0,772

0,114

Kẽm

15,76

2,068

0,119

0,100

0,021

Vàng - bạc

17,21

2,796

0,171

0,157

0,011

Khai thác quặng tại Nga

Apatit

21,0

4,300

-

0,9

0,13

Nhà máy tuyển apatit Lào Cai

Theo thiết kế

43,6

7,500

-

1,0

0,10

Thực tế (1995 - 1997)

58,75

1,000

-

0,8

0,092

  Từ các số liệu của các bảng 5 và 6, chúng ta có thể thấy quá trình tuyển quặng apatit ở Lào Cai còn cần phải cải tiến thêm để có thể đạt được hiệu quả như mong đợi. Vấn đề ở chỗ cần tìm hiểu xem yếu tố gì là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình tuyển.

Khi xem xét cân bằng vật liệu của quá trình tuyển thử quặng apatit loại III Lào Cai người ta thu được kết quả như trình bày ở bảng 7.

Bảng 7. Cân bằng vật liệu trong quá trình tuyển quặng apatit III Lào Cai

Sản phẩm

Thu hoạch,%

P2O5%

CO2 %

Hàm lượng

Hệ số thực thu

Hàm lượng

Hệ số thực thu

Tinh quặng

27,2

32,0

55,0

1,3

23,4

Bùn

22,7

14,0

20,0

0,7

10,6

Đuôi thải

39,1

6,0

15,8

0,3

7,0

Phần tảng sót (+10mm)

10,0

11,0

7,0

8,7

58,0

Hao hụt (khi tách nước và vận chuyển)

1,0

32,0

2,0

1,3

1,0

Tổng

100,0

15,8

100,0

1,5

100,0

Các chuyên gia về tuyển quặng apatitđều thấy rằng chi phí tuyển quặng giữa các xí nghiệp khác nhau sẽ rất khác nhau. Chi phí tuyển phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó yếu tố về tính chất (đặc trưng) của quặng apatit là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến giá thành sản phẩm tinh quặng. Quặng đầu vào càng giầu thì chi phí trên tấn tinh quặng càng giảm. Các yếu tố về thiết bị và thuốc tuyển cũng đóng vai trò quyết định tính khả thi về mặt kinh tế đối với quá trình tuyển cần lựa chọn vì chính các yếu tố này sẽ xác định độ ổn định, năng suất dây chuyền tuyển, hệ số thực thu P2O5, hệ số thu hoạch tinh quặng và hệ số sử dụng thiết bị.

4. Yêu cầu kỹ thuật của công nghệ tuyển quặng apatit loại II

Như ở phần trên đã nêu, quặng apatit loại II ở Lào Cai là loại quặng apatit cacbonat hóa mạnh. Do đặc trưng của khoáng mà việc tuyển nổi quặng apatit không mang hiệu quả cao như tuyển nổi quặng apatit loại III. Tuy nhiên qua các thí nghiệm tuyển quặng apatit cacbonat hóa, các nhà khoa học trong và ngoài nước đã chứng minh rằng khả năng tuyển quặng apatit cacbonat hóa với hiệu quả kinh tế chấp nhận được là hoàn toàn có tính hiện thực.

4.1. Đánh giá khả năng tuyển quặng apatit cacbonat hóa

Các loại quặng apatit cacbonat hóa chiếm một phổ rất rộng về hàm lượng P2O5 (từ vài phần trăm đến trên 20%), đồng thời hàm lượng các khoáng cacbonat cũng có sự thay đổi rất lớn. Nhìn chung, các quặng apatit cacbonat hóa có tiềm năng rất lớn trong công nghệ sản xuất phân phân bón chứa lân.

Có hai loại quặng apatit cacbonat hóa là apatit canxit hóa và apatit đôlômit hóa. Các loại quặng này đều thuộc diện khó tuyển.

Các nhà khoa học Nga đã tiến hành thử nghiệm tuyển quặng apatitđôlômit hóa (10 ÷ 15 % apatit, 60 ÷ 65 % đôlômit, 5 ÷ 20 % thạch anh, 1÷ 15% canxit, 5 ÷ 10% hematit) bằng các chất tập hợp anion (xà phòng, các alkyl sunfat...) riêng rẽ hoặc có kết hợp với các chất tập hợp không phân cực và thấy rằng trong môi trường tuyển là kiềm hoặc trung hoà, kết quả tuyển không khác nhau nhiều, đồng thời người ta thấy các tính chất tuyển của apatit vàđôlômit rất giống nhau. Nếu không dùng các giải pháp đặc biệt thì dường như không thể tách hai loại khoáng này ra khỏi nhau. Người ta đã dùng nhiều chất điều chỉnh môi trường tuyển (như natri silicat, natri hexametaphotphat, các loại phèn nhôm, v.v...) nhưng kết quả cũng không được như mong muốn. Người ta đã nghiên cứu dùng các thuốc thử hữu cơ để "nén" các khoáng cacbonat trong quá trình tuyển. Các chất "nén" thường được dùng là các hợp chất dẫn xuất của tinh bột và xenlulo (tinh bột kiềm hoá, CMC). Tuy nhiên khi dùng các chất tập hợp là các dẫn xuất của các axit cacboxylic, thì dù có dùng các chất "nén", hiệu suất thực thu và chất lượng tinh quặng apatit vẫn không cao, các yêu cầu kinh tế và công nghệ không đảm bảo. Biện pháp cụ thể được áp dụng để cải thiện công nghệ tuyển quặng apatit cacbonat hóa của các nhà khoa học Nga là nghiên cứu áp dụng các chất tập hợp phù hợp cho từng loại quặng.

4.2. Một số kết quả thử nghiệm tuyển quặng apatit cacbonat hóa

Trong các loại quặng apatit nghèo, cacbonat hóa, luôn luôn tồn tại các khoáng cacbonat (canxit và đôlômit) với hàm lượng lớn. Để thu được tinh quặng apatit người ta phải thực hiện một trong hai quá trình:

+ hoặc là tuyển lấy tinh quặng apatit ( phần nổi) - đó là quá trình tuyển thuận

+ hoặc tuyển nổi để loại phần cacbonat, còn tinh quặng apatit lưu lại trong khoang máy- đó là quá trình tuyển nghịch

Sau đây sẽ trình bày một số kết quả đã đạt được khi người ta sử dụng 2 giải pháp này.

- Kết quả tuyển thuận quặng apatit cacbonat hóa của các nhà khoa học Nga

Thực tế tuyển quặng apatit cacbonat hóa của mỏ Selidar (Nga)  được dẫn ra ở bảng 8.

Bảng 8. Kết quả tuyển thuận quặng apatit cacbonat hoá vùng Selidar

Quặng Sản phẩm Thu hoạch, % P2O5, % Tiêu hao vật liệu, kg/tấn pH môi trường
Hàm lượng Hệ số thực thu Sô đa Chất điều chỉnh polyme Chất tập hợp
Hữu cơ Vô cơ
Apatit -đôlômit- canxit Tinh quặng 10,2 34,5 62,0 - 0,7 - 0,21 7,8
Đuôi 89,8 2,4 38,0
Quặng đầu vào 100,0 5,7 100,0
Tinh quặng 10,5 32,8 68,3 - 0,85 - 0,25 7,8
Đuôi 89,5 1,8 31,7
Quặng đầu vào 100,5 5,1 100,0
Apatit -thạch anh -canxit Tinh quặng 8,5 33,2 64,5 2,0 0,6 1,0 0,25 9,3
Đuôi 91,5 1,7 35,5
Quặng đầu vào 100,0 4,4 100,0
Apatit-silicat-đôlômit Tinh quặng 11,3 34,2 81,6 2,0 1,1 1,0 0,24 9,3
Đuôi 88,7 0,9 18,4
Quặng đầu vào 100,0 4,7 100,0

Kết quả ở bảng 8 cho thấy công nghệđược lựa chọn của 2 tác giả LD. Ratobilskaia và RN. Moiseva đã cho kết quả tuyển khá tốt khi trong thành phần quặng có lẫn thạch anh hoặc silicat. Khi đó hàm lượng P2O5 trong đuôi quặng nhỏ và hệ số thực thu cao. Công nghệ này có thể áp dụng hiệu quả cho các loại quặng aptit chứa nhiều cacbonat (canxit vàđôlômit) ở các vùng khác nhau và đạt được yêu cầu đề ra: tuyển được apatit nghèo chứa hàm lượng các khoáng cacbonat cao.

Các nhà khoa học Nga đã thử tuyển thuận quặng apatit canxit hóa vùng Đông Xaian. Quặng có thành phần: apatit 6 - 15%, canxit 70 - 85%, phosterit 1 - 3%, manhetit 1 - 5%. Chất tập hợp là chất hoạt động bề mặt anion chứa các nhóm chức khác nhau: phôtphat, cacboxylic, v.v...Quá trình tuyển được tiến hành theo sơ đồ hình 2. Kết quả thử nghiệm được trình bày ở bảng 9.

Từ kết quả có thể thấy rõ các chất tập hợp có chứa các nhóm phôtphat ưa muối cho độ chọn lọc cao nhất. Các loại xà phòng nafta có độ chọn lọc trung bình, còn xà phòng natri oleat có độ chọn lọc thấp nhất.

Để tăng độ chọn lọc cho phép tuyển người ta đã nghiên cứu đưa vào hệ tuyển các chất "nén" khoáng cacbonat. Các polyme ưa nước (ví dụ CMC) đã được sử dụng cho mục đích này và đã cho kết quả tốt.

Công thức phù hợp cho thuốc tuyển apatit cacbonat hóa (theo phương pháp tuyển thuận), theo các nhà nghiên cứu Nga, là các hỗn hợp gồm chất hoạt động bề mặt chứa nhóm phôtphat ưa nước và chất "nén" cacbonat (là một loại polymeưa nước). Trong cácđiều kiện bình thường quá trình tuyển các loại quặng apatit rất nghèo (chỉ chứa khoảng 4 % P2O5) người ta vẫn thu được tinh quặng apatit chứa 32 ÷ 33 % P2O5 với hệ số thực thu P2O5 đạt đến 60 ÷ 66 %.

Bảng 9. Kết quả tuyển nổi (không bọt) các khoáng bằng các chất tập hợp có chứa các nhóm chức khác nhau

Tiêu hao g/tấn

Natri oleat

Xà phòng gốc nafta

Chất tập hợp có chứa các nhóm phôtphat ưa muối

Hiệu suất, %

Apatit

Canxit

Apatit

Canxit

Apatit

Canxit

30

47,5

43,2

14,0

10,6

17,6

9,0

60

70,0

63,0

20,3

14,1

26,9

10,0

120

95,0

93,0

36,0

23,9

37,7

11,8

240

96,7

96,7

52,0

40,0

45,2

19,5

480

96,7

96,7

77,0

65,3

52,0

26,0

960

96,8

96,8

92,0

89,8

64,0

36,0

2010

97,0

97,0

95,0

92,2

92,6

50,0

3000

99,0

99,0

95,0

94,0

96,0

70,0

5010

100,0

100,0

97,0

97,0

98,0

95,0

- Kết quả tuyển thuận và tuyển nghịch quặng apatit Lào Cai của các nhà tuyển khoáng Liên Xô và Việt Nam

Như phần trên đã nêu, vào năm 1988-1990 các nhà tuyển khoáng của Liên Xô (cũ) và Việt nam đã tiến hành khảo sát các phương pháp tuyển quặng apatit loại II và đất đá vây quanh ( tương đương quặng apatit loại IV) của Mỏ Apatit Lào Cai. Hai mẫu quặng loại II là mẫu 201 và 202, còn hai mẫu đất đá vây quanh là mẫu 203 và 204.

Thành phần của các mẫu được trình bày tại bảng 10.

Các tác giả đã nghiên cứu các kỹ thuật tuyển quặng theo 4 hướng sau:

+ Tuyển nổi ngược

+ Tuyển nổi thuận

+ Tuyển trọng lực

+ Tuyển nổi kết hợp với tuyển trọng lực

Bảng 10. Thành phần khoáng và hoá học của các mẫu nghiên cứu

Ký hiệu mẫu Hàm lượng, % Tỷ lệ thành phần khoáng vật, %
P2O5  CKT MgO CO2 Apatit Cacbonat Thạch anh Fenspat Mica và sét Hyđroxit sát và pyrit

201- apatit- đôlômit (Mỏ Cóc)

24,1

8,0

5,7

12,5

60

30

5,3

0,5

2,3

1,8

202- apatit -đôlômit-thạch anh (Ngòi Đum- Đông Hồ)

17,5

16,6

6,7

16,9

42

37,3

16,4

1,0

1,5

1,7

203- đolômit-thạch anh-apati

6,4

36,7

11,4

19,8

15,5

42

28,5

8,5

2,5

2,8

204-đolômit-thạch anh-apatit

9,0

29,8

8,1

20,8

21,6

46,3

27,5

1,5

1,5

1,5

Kết quả đạt được:

1/Tuyển nổi ngược: Tuyển tách các khoáng cacbonat ( chủ yếu là đôlômit) khỏi apatit. Khoáng apatit sẽ bị nén (đè chìm) tập trung vào các khoang máy tuyển, còn các khoáng cacbonat sẽ nổi theo bọt và được tách đi.

Các đặc điểm của quá trình tuyển đựoc xác định như sau:

Với các mẫu quặng apatit loại II ( mẫu 201 và 202):

Mẫu thử số 201 202

Môi trường tuyển

H3PO4, pH 5 H3PO=, pH 5

Thuốc tập hợp

dạng axit béo dạng axit béo

Tinh quặng apatit thu được

% P2O5 = 34,75; % MgO = 1,95 % P2O5 = 26,6; % MgO = 2,8

Hệ số thực thu P2O5

81,1% 75,6%

Hệ số thực thu đôlômit

81,6% -

Các tác giả cho rằng chất lượng tinh quặng còn có thể được nâng lên bằng áp dụng công đoạn tuyển tinh cation có sử dụng thuốc tập hợp dạng amin. Sản phẩm trung gian có thể dùng đế sản xuất phân lân nung chảy.

Với các mẫu đất đá vây quanh (mẫu 203 và 204):

Nếu tuyển theo sơ đồ hình 1 thì chỉ tiêu công nghệ đạt được rất thấp. Tinh quặng thu được chỉ có hàm lượng P2O5 14 - 20% với hệ số thực thu chỉ 25 - 42%.

Khi dùng thuốc nén apatit (muối hexametaphootphat) thì kết quả thu dược khá tốt. Tuy nhiên không thấy các tác giảđưa ra các con số cụ thể.

2/ Tuyển nổi thuận:

Các chuyên gia Liên Xô tại liên hợp mỏ - tuyển Kovđar đã tiến hành công nghệ tuyển nổi thuận quặng apatit bằng thuốc tập hợp axit béo hoặc một số loại khác kết hợp với thuốc phân tán - điều chỉnh alkanolamid hoặc lignosunfonat ở pH 10 ( dùng sô đa) và thuốc nén quặng cacbonat ( dùng thuỷ tinh lỏng) để tuyển thuận một số loại quặng apatit.

Một số thuốc tuyển thử nghiệm có chứa nhóm chức phôtphat ( flotol 7,9) đã có khả năng tuyển chọn lọc khoáng apatit khỏi các khoáng cacbonat.

Các chuyên gia Việt Nam cũng thử tuyển các mẫu quặng apatit bằng thuốc tập hợp AAK, là dạng thuốc tập hợp đi từ dẫn xuất của axit amin axyl hóa. Thuốc đè chìm là tinh bột kiềm hoá. Kết quả thu được cũng khá tốt (mẫu 201: tinh quặng apatit 31 - 32 % P2O5 và hệ số thực thu đạt tới 80 - 85%).

Tuyển thuận các mẫu quặng apatit loại IV (mẫu 203 và 204) cũng cho các chỉ tiêu công nghệ thấp giống như trường hợp tuyển ngược.

3/ Kết hợp tuyển nổi và tuyển trọng lực cho phép nhận được tinh quặng apatit có chất lượng tốt, sử dụng được hoàn toàn sản phẩm phụ nên sẽ rất hiệu quả. Tuy nhiên, theo các tác giả, vấn đề này còn cần được nghiên cứu kỹ thêm.

4.3. ý kiến của các chuyên gia về vấn đề tuyển quặng apatit cacbonat hoá (loại II và IV)

- Bằng tuyển nổi quặng apatit loại II có thể thu được tinh quặng apatit có hàm lượng 27 - 35% P2O5 và 2 - 3,5% MgO, thích hợp để xử lý với axit để sản xuất phân bón.

Tuyển nổi ngược có ưu điểm hơn so với tuyển thuận ở chỗ: chỉ tiêu công nghệ cao hơn (tinh quặng apatit đỡ nhiễm magie, tốc độ lắng lọc tinh quặng nhanh nên rút ngắn được chiều dài tuyến tuyển.

- Kết hợp giữa tuyển trọng lực và tuyển nổi cho hiệu quả cao nhất với cácưu điểm: tinh quặng apatit thu được có chất lượng tốt; không chất thải, sử dụng được sản phẩm phụ... nên giải pháp này cần xem xét kỹ lưỡng thêm để áp dụng vào thực tiễn sản xuất tinh quặng apatit từ quặng apatit loại II.

- Hiện tại tuyển nổi quặng apatit loại IV là chưa có triển vọng về mặt kinh tế do chỉ tiêu công nghệ đạt được còn thấp. Tuy nhiên một số vùng quặng loại IV có thể cần được tiếp tục nghiên cứu, kể cả nghiên cứu sử dụng bổ sung vào nguyên liệu sản xuất phân lân nung chảy.

V. VẤN ĐỀ SẢN XUẤT THUỐC TẬP HỢP DÙNG TRONG CÔNG NGHỆ TUYỂN QUẶNG APATIT

1. Các hướng nghiên cứu chế tạo thuốc tuyển quặng apatit

Trên thế giới hiện nay hướng nghiên cứu chế tạo các loại thuốc tuyển quặng, trong đó có tuyển quặng apatit là:

- Xác định tương quan giữa các tính chất hóa tinh thể và các tính chất hóa lý của các quặng và thuốc thử.

- Tìm các chế độ phản ứng mới cho công nghệ tuyển quặng.

- Nghiên cứu tổng hợp và áp dụng các chất tập hợp mới có hoạt độ cao và chọn lọc vào thực tiễn tuyển quặng.

Các chất tập hợp mới đang được chú trọng trong nghiên cứu tuyển quặng apatit là các chất hoạt động bề mặt có cấu trúc phân cực không đồng nhất, chứa các nhóm ưa muối PO4 và nhất là các hợp chất hữu cơ chứa nitơ. Qua kết quả thử nghiệm tuyển quặng photphat người ta thấy có triển vọng nhất là các hợp chất chứa các nhóm chức amin hoặc imin, dẫn xuất của các aminoaxit với các gốc axyl khác nhau (các axylaminoaxit). Một số hợp chất kiểu này cho phép tuyển các loại quặng apatit trong những vùng pH rộng, cho tinh quặng apatit đạt hàm lượng 39 - 40% P2O5 và hệ số thực thu P2O5 cao (92 - 94%). Các chất tập hợp này có hiệu quả kể cả khi tuyển các loại quặng lẫn nhiều cacbonat và silicat. Trong trường hợp này các thuốc tuyển truyền thống hầu như không mang lại hiệu quả cao. Ngoài ra, các chất tập hợp dạng axylaminoaxit và các muối của chúng không độc hại (đúng ra là có độ độc thấp), dễ dàng bị phân huỷ sinh học, dễ kết hợp với các chất tập hợp truyền thống, không gây ăn mòn thiết bị và nhiều ưu điểm khác.

Trong thực tế người ta đã sử sụng có hiệu quả các hợp chất kiểu R-NH-(CH2)n- COOH (n = 2) và các muối natri của chúng. Gốc R ở đây có thể là một gốc axyl kiểu R - CO-.

Để axyl hoá người ta người ta dùng một số axit cacboxylic có mạch cacbon C14-C18. Trong phương pháp điều chế người ta thường sử dụng phương pháp ngưng tụ aminoaxit bằng cloranhydrit của các axit cacboxylic. Tất nhiên giá thành các chất tập hợp mới sẽ khá cao nên thực tế các nhà tuyển quặng đã nghiên cứu pha lẫn các chất tập hợp mới và các chất tập hợp truyền thống (ví dụ các chất tập hợp đi từ các axit cacboxylic) để giảm giá thành thuốc tuyển mà vẫn thu được kết quả tuyển tốt kể cả khi giảm hoặc không dùng đến các chất điều chỉnh môi trường tuyển.

2. Đánh giá điều kiện và khả năng nghiên cứu phát triển các loại thuốc tuyển quặng apatit ở nước ta

Khi đánh giá các điều kiện nghiên cứu và phát triển các loại thuốc tuyển quặng apatit ở nước ta, trên cơ sở các kết quả thực tế đã đạt được các chuyên gia trong ngành đều nhất trí cho rằng Việt Nam hoàn toàn có thể nghiên cứu, sản xuất đáp ứng yêu cầu thay thế một phần và tiến tới thay thế hoàn toàn lượng thuốc tuyển quặng apatit cần thiết, đáp ứng yêu cầu trong nước về quặng tuyển cho sản xuất phân bón và công nghiệp các hợp chất chứa lân.

ý kiến này hoàn toàn có lý trên cơ sở phân tích các yếu tố sau đây:

2.1. Nguồn nguyên liệu

- Nguồn nguyên liệu dầu mỡ động thực vật để điều chế các axit béo, các alcol béo (một trong những thành phần của thuốc tuyển và cũng là nguyên liệu trung gian quan trọng để điều chế thuốc tuyển các loại) là rất phong phú ở nước ta.

- Parafin trong dầu mỏ của nước ta chiếm một tỷ lệ khá lớn. Đây là nguồn nguyên liệu quan trọng trong việc điều chế các axit béo tổng hợp, các alcol béo, các alkylphenol và các hợp chất này sẽ được sử dụng để điều chế thuốc tuyển.

- Ở nước ta có các loại axit béo thu hồi từ công nghiệp chế biến gỗ và các loại tinh bột. Đây đều là những nguyên liệu có thể được khai thác để điều chế thuốc tuyển.

2.2. Trang thiết bị, các điều kiện nghiên cứu, thử nghiệm và áp dụng

- Trong phòng thí nghiệm của Viện Hoá học Công nghiệp đã có các thiết bị để điều chế các axit béo từ dầu mỡ động thực vật, từ parafin. Việc nâng cấp và trang bị thêm các thiết bị cần thiết hoàn có thể chủ động được.

- Tại Xưởng Cầu Diễn (Viện Hoá học Công nghiệp) hiện đang có dây chuyền pilot sản xuất thuốc tuyển quặng apatit đang hoạt động ở quy mô bán công nghiệp. Dây chuyền có thể sẵn sàng vận hành theo các thông số kỹ thuật thay đổi theo yêu cầu.

- Các loại thuốc tuyển quặng apatit có địa chỉ thử nghiệm quy mô lớn: Dây chuyền tuyển pilot thuộc Nhà máy tuyển quặng apatit Lào Cai (Công ty Apatit Việt nam).

- Các loại thuốc tuyển đạt yêu cầu kỹ thuật sẽ có địa chỉ áp dụng: được đưa vào sử dụng trong sản xuất tinh quặng apatit tuyển tại Công ty Apatit Việt Nam.

2.3. Năng lực cán bộ và kinh nghiệm nghiên cứu sản xuất

- Đề tài "Nghiên cứu điều chế thuốc tập hợp hữu cơ để tuyển nổi quặng apatit loại III" đã được các cán bộ khoa học Viện Hoá học công nghiệp thực hiện thành công.

-Từ nghiên cứu thực hiện Đề tài, các cán bộ khoa học của Viện đã phát huy năng lực, tích luỹ kinh nghiệm và triển khai sản xuất thành công thuốc tuyển VH-2000 sử dụng có hiệu quả trong sản xuất tại Nhà máy tuyển Apatit Lào Cai, cạnh tranh có hiệu quả với thuốc tuyển nhập ngoại.

2.4. Hợp tác quốc tế

Từ năm 1990 đã có sự hợp tác trong nghiên cứu, đào tạo, tham quan, khảo sát và thực tập về lĩnh vực chế tạo thuốc tuyển và công nghệ tuyển quặng apatit giữa một số viện nghiên cứu khoa học của Việt Nam với một số cơ quan nghiên cứu khoa học nước ngoài, đặc biệt là Cộng hoà liên bang Nga. Sự hợp tác đã đem lại những kiến thức, kinh nghiệm và nâng cao năng lực mọi mặt cho cán bộ Việt Nam trong lĩnh vực nghiên cứu chế tạo và sử dụng thuốc tuyển quặng apatit. Trong điều kiện hiện tại, điều kiện hội nhập quốc tế, khả năng tiếp tục hợp tác trong lĩnh vực này là rất có triển vọng.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1/ G.A. Gan; L.I.Gabrielova; N.X.Vlaxova.

Flotasionnye reagenti i ikh primenenie, Moskva "Neđra", 1986. (tiếng Nga)

2/ A.M. Holman;I.L.Đmitrieva.

Flotasionnye reagenti, Moskva "Nayka", 1986. (tiếng Nga)

3/ L.Đ.Ratobilskaya; N.N.Boico; A.O. Kozenicov.

Obogasenye phosphatikh rud, Moskva "Neđra", 1979. (tiếng Nga)

4/ Báo cáo tổng kết đề tài "Nghiên cứu công nghệ có hiệu quả để tuyển quặng apatit - cacbonat loại II khoáng sàng Lào Cai". Công ty thiết kế Mỏ -Hoá chất (Việt Nam), Viện GIGKHS (Liên Xô cũ), Moskva, 1990.

5/ Tổng hợp và đánh giá kết quả sử dụng thuốc tuyển,Viện Hoá học Công nghiệp, Hà Nội, 11/2002.

6/ Báo cáo các kết quả nghiên cứu và sử dụng trong sản xuất công nghiệp thuốc tuyển VH - 2000, Viện Hoá học Công nghiệp, Hà Nội, 12/ 2002.

7/ Chiến lược phát triển KHCN khai thác và tuyển quặng apatit, Hà Nội, 2003.

PHỤ LỤC

MỘT SỐ NÉT TRONG CHIẾN LƯỢC PHÁT TRIỂN KHCN
KHAI THÁC VÀ TUYỂN QUẶNG APATIT

(Tóm lược các nét chính)

A. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

a. Mục tiêu:

Khai thác nguồn quặng apatit đáp ứng đủ nhu cầu cung cấp nguyên liệu cho sản xuất phân bón và các sản phẩm chứa lân từ nay đến năm 2020 và sau năm 2020, đồng thời có khối lượng quặng tinh xuất khẩu sang các nước trong khu vực, giá cả cạnh tranh trên cơ sở phát huy tiềm năng tài nguyên, cơ sở vật chất hiện có với sự đầu tư đổi mới về công nghệ và thiết bị.

b. Yêu cầu:

Từ nay đến năm 2005:

- Nâng cao các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của dây chuyền khai thác và tuyển quặng apatit.

- Nâng công suất tuyển quặng, tăng tỷ lệ thu hồi apatit trong tinh quặng tuyển.

- ứng dụng các biện pháp kỹ thuật tiến bộ để cải tiến đổi mới thiết bị.

Từ năm 2006 đến năm 2010

- Đầu tư đổi mới công nghệ , thiết bị nâng công suất khai thác và tuyển quặng apatit.

- Lựa chọn công nghệ có hiệu quả,xây dựng Luận chứng KTKT lập các dây chuyền sản xuất mới.

c. Những định hướng thực hiện:

Định hướng chung:

- Từ nay đến năm 2010, khai thác các loại quặng tại khu trung tâm mỏ (Ngòi Bo - Ngòi Đum). Phát huy tối đa công suất Nhà máy tuyển.

- Từ năm 2011 đến năm 2020 phát triển khu khai thác lên phía bắc Ngòi Đum (Bắc Ngòi Đum - Bát Xát). Xây dựng thêm 1 nhà máy tuyển quặng apatit loại III mới (gần khu khai thác). Trong giai đoạn này Nhà máy tuyển hiện có ở Tà Loỏng tiếp tục tuyển quặng apatit loại II ở các kho chứa cũ.

- Từ sau năm 2020 sẽ khai thác và tuyển quặng loại II ở khu trung tâm mỏ (vì cơ bản khu vực này đã hết quặng apatit loại II và III). Quặng apatit loại II khai thác bằng phương pháp lộ thiên đến độ sâu tối đa cho phép sau đó chuyển sang khai thác bằng phương pháp hầm lò.

Nhà máy tuyển quặng III mới xây dựng được cải tạo mở rộng để tuyển quặng loại II. Nhà máy tuyển quặng III tại Tà Loỏng vẫn tuyển quặng III lưu kho và quặng III sẽ khai thác ở Khu vực Đông nam mỏ ( khu vực Phú Nhuận).

Định hướng cụ thể:

Từ nay đến năm 2005:

- Mở thêm từ 4 đến 6 khai trường mới

- Hoàn thiện xây dựng giai đoạn II Nhà máy tuyển, đạt sản lượng 760.000 tấn tinh quặng/ năm.

- Đầu tư đổi mới thiết bị để đến năm 2005 cơ bản có được trang thiết bị mới hoàn toàn phù hợp với công nghệ khai thác và sản lượng.

Từ năm 2006 đến 2020:

- Mở rộng vùng khai thác về hai đầu Khu trung tâm.

- Đầu tư chiều sâu Nhà máy tuyển quặng III, nâng công suất lên 900.000 tấn tinh quặng/ năm.

- Lập luận chứng kinh tế kỹ thuật về tuyển quặng apatit loại II.

Xây dựng các cơ sở sản xuất sản phẩm mới.

d. Nội dung của khoa học công nghệ (những định hướng chung của khai thác và tuyển):

1/ Nhằm đánh giá một cách đúng đắn cơ sở nguyên liệu của khoáng sàng phải thiết lập các điều kiện có cơ sở về mặt kinh tế có tính đến phương hướng sử dụng quặng, tiến hành thăm dò bổ sung nâng cấp trữ lượng (đặc biệt là vùng Đông Nam và Tây Bắc khoáng sàng), tính toán lại trữ lượng theo các điều kiện mới và khẳng định trữ lượng của các loại quặng.

2/ Một phần trữ lượng quặng I và II nằm ở lưu vực sông, suối (hoặc dưới mực nước mặt) trong thiết kế khai thác đã loại trừ không huy động do chưa nghiên cứu đầy đủ đặc tính của đất đá ngậm nước xen lẫn các thân quặng. Cần phải nghiên cứu đất đá ngậm nước và đưa những kiến nghị về công nghệ khai thác, trữ lượng quặng năm dưới mạng sông suối.

3/ Mức độ nghiên cứu địa chất các quặng gốc apatit loại II chưa đủ điều kiện cho việc thiết kế khai thác và chế biến chúng ở quy mô lớn. Khối lượng nguyên liệu quặng apatit loại II có thể được tăng lên nhờ sự thăm dò bổ sung các trữ lượng cấp C2 và các tầng sâu chứa quặng chưa khoan tới, do vậy cần có kế hoạch cho đầu tư thăm dò nâng cấp quặng II.

4/ Trữ lượng quặng apatit loại IV hiện đang xếp ngoài cân đối do hàm lượng P2O5 thấp (cỡ 11% P2O5), quặng lại khó tuyển, thực thu thấp và chưa có hiệu quả kinh tế. Cần nghiên cứu xem xét triển vọng tổng quan về apatit loại IV như là một nguyên liệu thực thụ trên cơ sở nghiên cứu về công nghệ tuyển và thuốc tuyển loại quặng này.

5/ Trong điều kiện khai thác dần đi đến vỉa quặng mỏng, hàm lượng trong quặng thấp hơn và điều kiện địa chất phức tạp hơn so với khu trưng tâm đã khai thác. Cần phải nghiên cứu lựa chọn thiết bị khai thác phù hợp, đề xuất sơ đồ khai thác thích ứng, trên cơ sở nghiên cứu thực hiện đề án giảm tổn thất và nghèo quặng.

6/ Quản lý công nghệ khai thác là một vấn đề rất mấu chốt phải quan tâm. Trước hết phải xây dựng các chỉ tiêu định mức kỹ thuật về tổn thất và nghèo quặng cho các khai trường, xây dựng mối quan hệ trách nhiệm về quản lý các chỉ tiêu công nghệ quan trọng đối với mỗi phòng ban và chuyên viên kỹ thuật có liên quan.

7/ Từ kết quả nghiên cứu lựa chọn thiết bị khai thác phù hợp, tiến hànhđầu tư để đổi mới, thay thế thiết bị, trước mắt là sớm có thiết bị xúc loại thuỷ lực gầu ngược, máy khoan xoay đập thuỷ lực để khoan xúc quặng, cải thiện ngay tình trạng mất mát và nghèo quặng quá lớn trong khai thác, nâng hàm lượng quặng thành phẩm và các chỉ tiêu kinh tế.

Phấn đấu sau 5 - 10 năm xí nghiệp có một thế hệ thiết bị khai thác mới hoàn toàn phù hợp với công nghệ xác định.

8/ Nghiên cứu đưa ra các giải pháp trung hoà hàm lượng P2O5, R2O3, MgO cho quặng apatit loại III sau khâu khai thác, tiếp theo các kết quả đã nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.

9/ Xây dựng Luận chứng KTKT khai thác và tuyển quặng apatit loại II, một trọng tâm kế hoạch sản xuất tương lai.

10/ Những nghiên cứu cơ bản và những chỉ tiêu KTKT đã nêu ở trên về Nhà máy tuyển quặng apatit loại II Lào Cai dẫn đến một giả thiết là nếu đầu tư xây lắp hoàn thiện thiết bị cho Nhà máy để đạt công suất theo thiết kế sẽ cho khả năng phát huy được hiệu quả hơn là xây dựng một nhà máy mới khác ở giai đoạn hiện nay. Do vậy hướng tới là đưa ra một phương án tổng thể cho việc:

- Lắp đặt hoàn thiện các thiết bị công nghệ theo đúng thiết kế, thiết bị có chất lượng (tuy nhiên vẫn có sự xem xét cải tiến để hoàn thiện hơn), đặc biệt các thiết bị đo lường - tự động hoá, các thiết bị điều khiển các phòng thí nghiệm, phân tích và và mọi phương tiện khác để có thể chỉ huy, điều hành từ Phòng trung tâm điều độ cho toàn nhà máy.

- Phát huy hết công suất của Nhà máy, ổn định chất lượng quặng đầu vào, đảm bảo chất lượng sửa chữa máy móc thiết bị.

- Nâng cao trình độ quản lý công nghệ, khả năng vận hành và trình độ kỹ thuật chuyên sâu.

11/ Để khai thác công suất thiết kế nhà máy tuyển theo dây chuyền sản xuất tinh quặng apatit đi từ quặng loại II cũng như tăng thực thu tinh quặng apatit cao hơn thiết kế và giảm giá thành quá trình tuyển, cần phải tiến hành công tác nghiên cứu khoa học một cách hệ thống và thường xuyên thông qua kết quả trên thiết bị pilot (xưởng pilot cần hoạt động song song với xưởng tuyển chính). Qua kết quả nghiên cứu trong những năm gần đây ở trong phòng thí nghiệm cũng như trên dây chuyền pilot cho thấy việc tăng tỷ lệ thu hồi P2O5 trong tinh quặng thương phẩm từ 60% theo thiết kế lên đến 75% về nguyên tắc là có thể được, đồng thời có thể nâng công suất nhà máy lên 10%, như vậy giá thành tinh quặng có thể giảm từ 15% đến 28% (vì nếu tăng được 1% tỷ lệ thu hồi P2O5 nghĩa là sản xuất tinh quặng apatit thương phẩm tăng thêm được khối lượng 14.000 tấn của công suất).

Nghiên cứu tối ưu hoá khả năng lọc tinh quặng, có giải pháp công nghệ để giảm độ ẩm tinh quặng ở mức tối đa để vận chuyển và sử dụng tinh quặng được thuận lợi.

12/ Hiện tại do cải tiến các chế độ thuốc tuyển mà khi tuyển quặng apatit loại III, lượng thực thu tinh quặng đã tăng 10% so với mức thu hồi thử nghiệm trong những năm 1970. Hiệu quả của việc tối ưu hoá chế độ thuốc tuyển của quá trình tuyển nổi phản ánh mức tăng tuyệt đối để thu hồi apatit trong tinh quặng là 5%.

13/ Trên cơ sở tuyển nổi quặng apatit loại III bằng các loại thuốc tập hợp khác nhau và thử nghiệm bán công nghiệp trên pilot đã chứng minh rằng cần tiếp tục và khẩn trương nghiên cứu đầu tư xây dựng cơ sở sản xuất thuốc tuyển trong nước dạng MTK công suất 1000 tấn/ năm (100% hoạt chất) có sự hợp tác với SNG để chủ động và hạ giá thành về chi phí thuốc tuyển trong sản xuất tinh quặng.

14/ Có thể khẳng định việc điều hành trên thực tế quá trình công nghệ tuyển quặng sẽ kéo theo những khó khăn nghiêm trọng do tính khách quan và chủ quan của đội ngũ cán bộ chỉ đạo công nghệ và công nhân vận hành có chuyên môn cao, nhất là khi nhà máy mới đi vào sản xuất. Nếu không nâng cao ý thức và trình độ chuyên môn về công nghệ tuyển thì không thể nâng cao được các chỉ tiêu công nghệ và định mức thực thu tinh quặng, do vậy cần sớm có kế hoạch đào tạo nâng cao trình độ chuyên môn và tay nghề cho cán bộ và công nhân Nhà máy.

15/ Để thiết lập dây chuyền mới về khai thác và tuyển quặng apatit loại II cần tiến hành bổ sung các thí nghiệm công nghệ tuyển loại quặng này với những mẫu đại diện có thành phần khác nhau. Nghiên cứu nhiều sơ đồ tuyển như sơ đồ tuyển nổi ngược, tuyển huyền phù,v.v...để lựa chọn được công nghệ thích hợp.

B. CÁC SẢN PHẨM MỚI

Hướng thiết lập ở khu mỏ các nhà máy mới để chế biến nguyên liệu apatit thành các sản phẩm thương mại chứa phôt pho: phôt pho, axit phôtphoric, v.v...

Sponsor links (Provided by VIEPortal.net - The web cloud services for enterprises)
Thiết kế web, Thiết kế website, Thiết kế website công ty, Dịch vụ thiết kế website, Dịch vụ thiết kế web tối ưu, Giải pháp portal cổng thông tin, Xây dựng website doanh nghiệp, Dịch vụ web bán hàng trực tuyến, Giải pháp thương mại điện tử, Phần mềm dịch vụ web, Phần mềm quản trị tác nghiệp nội bộ công ty,