ĐỀ TÀI

Vấn đề phát triển thuốc

tuyển quặng apatit

MỤC LỤC

I. Quặng apatit...................................................................................... 6

II. VAI TRÒ CỦA QUẶNG APATIT TRONG CÔNG NGHIỆP

SẢN XUẤT PHÂN BÓN Ở NƯỚC TA........................................... 10

2.1. Yêu cầu đối với hàm lượng P2O5................................................ 12

2.2. Yêu cầu về hàm lượng oxit sắt và oxit nhôm ............................. 13

2.3. ảnh hưởng của hàm lượng cacbonat trong quặng .................... 14

2.4. ảnh hưởng của hàm lượng magiê.............................................. 14

2.5. ảnh hưởng của hàm lượng silic oxit và các silicat .................... 15

2.6. ảnh hưởng của cỡ hạt ................................................................ 16

III. LÀM GIÀU QUẶNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP TUYỂN NỔI 18

1. Tình hình nghiên cứu, áp dụng công nghệ làm giầu apatit bằng

phương pháp tuyển nổi trên thế giới............................................... 18

2. Tầm quan trọng và tình hình nghiên cứu, áp dụng phương pháp

tuyển nổi quặng apatit ở nước ta..................................................... 19

2.1. Tính cấp thiết.............................................................................. 19

2.2. Tình hình nghiên cứu áp dụng công nghệ làm giầu bằng phương

pháp tuyển nổi quặng apatit ở nước ta ............................................. 20

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

........................................................................................................... 23

Đơn vị : tấn ........................................................................................ 23

Bảng 4 Một số đặc trưng tuyển apatit II và IV Lào Cai ................... 25

IV. ĐẶC ĐIỂM CỦA KỸ THUẬT TUYỂN QUẶNG APATIT.... 27

1. Đặc trưng về cấu trúc của các khoáng chứa phôt pho có liên

quan đến tính khả tuyển của quặng apatit ..................................... 27

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

lọc quặng apatit ................................................................................ 29

3. Yêu cầu kỹ thuật của công nghệ tuyển quặng apatit loại III ..... 33

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

apatit loại III ..................................................................................... 33

3.2. Nâng cao hiệu quả công nghệ tuyển quặng apatit..................... 35

Bảng 6. So sánh chi phí tuyển 1 tấn quặng apatit ở một số nơi ....... 38

4. Yêu cầu kỹ thuật của công nghệ tuyển quặng apatit loại II ...... 41

4.1. Đánh giá khả năng tuyển quặng apatit cacbonat hóa ............... 42

4.2. Một số kết quả thử nghiệm tuyển quặng apatit cacbonat hóa ... 43

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

........................................................................................................... 44

Bảng 10. Thành phần khoáng và hoá học của các mẫu nghiên cứu49

4.3. ý kiến của các chuyên gia về vấn đề tuyển quặng apatit cacbonat

hoá (loại II và IV).............................................................................. 53

V. VẤN ĐỀ SẢN XUẤT THUỐC TẬP HỢP DÙNG TRONG

CÔNG NGHỆ TUYỂN QUẶNG APATIT ..................................... 54

1. Các hướng nghiên cứu chế tạo thuốc tuyển quặng apatit.......... 54

2. Đánh giá điều kiện và khả năng nghiên cứu phát triển các loại

thuốc tuyển quặng apatit ở nước ta ................................................ 56

2.1. Nguồn nguyên liệu ..................................................................... 56

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

........................................................................................................... 57

2.3. Năng lực cán bộ và kinh nghiệm nghiên cứu sản xuất ............. 57

2.4. Hợp tác quốc tế........................................................................... 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................ 58

PHỤ LỤC.......................................................................................... 59

A. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ....................................................... 60

a. Mục tiêu: ....................................................................................... 60

b. Yêu cầu:......................................................................................... 60

c. Những định hướng thực hiện: ...................................................... 61

d. Nội dung của khoa học công nghệ (những định hướng chung của

khai thác và tuyển):........................................................................... 62

B. CÁC SẢN PHẨM MỚI ............................................................... 67

I. Quặng apatit

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 25 điểm 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

Trữ lượng trong cân đối

Loại

quặng A + B

+ C1

%

P2O5 C2

% P2

O5

Trữ

lượng

khai

thác

giai

đoạn I

Trữ

lượng

khai

thác

giai

đoạn II

Trữ

lượng

dự kiến

khai

thác

Trữ

lượng

dự báo

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 tương ứng. 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 thấy đối 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

Tinh quặng apatit

Thời gian, địa điểm, quy mô

thí nghiệm Mẫu quặng

Hàm

lượng

Thu hồi

P2O5, %

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 mục đích 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

Nhà máy

Chỉ tiêu

Anof 1 Anof 2

Nhà máy tuyển

apatit Lào Cai

theo thiết kế

Hàm lượng quặng đầu vào, % 17,06 17,06 15,8

P2O5

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

P2O5% CO2 %

Sản phẩm Thu

hoạch,% 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 apatit đều 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 apatit

đôlômit 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 và đôlômit 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

P2O5, % Tiêu hao vật liệu,

kg/tấn

Chất điều

chỉnh

polyme

Quặng Sản

phẩm

Thu

hoạch, %Hàm

lượng

Hệ

số

thực

thu

Sô đa

Hữu

cơ Vô cơ

Chất

tập

hợp

pH

môi

trường

Tinh

quặng 10,2 34,5 62,0 - 0,7 - 0,21 7,8

Đuôi 89,8 2,4 38,0

Apatit -

đôlômit-

canxit

Quặng

đầu

100,0 5,7 100,0

vào

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

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

Apatit -

thạch

anh -

canxit Quặng

đầu

vào

100,0 4,4 100,0

Apatit-

silicat-

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 đôlômit

Quặng

đầu

vào

100,0 4,7 100,0

Kết quả ở bảng 8 cho thấy công nghệ được 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 và

đôlômit) 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 polyme ưa nước). Trong các điều 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 MgOCO2ApatitCacbonatThạch

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-9,0 29,8 8,1 20,8 21,6 46,3 27,5 1,5 1,5 1,5

thạch

anh-

apatit

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 giả đưa 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

các ưu 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 hành

đầu 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...