Tài liệu Nghiên cứu công nghệ tuyển graphit mỏ nậm thi, lào cai

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MỎ - LUYỆN KIM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TUYỂN GRAPHIT MỎ NẬM THI – LÀO CAI Chủ nhiệm đề tài: Th.sỹ Trần Thị Hiến 7353 19/5/2009 HÀ NỘI 12/2008 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MỎ - LUYỆN KIM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TUYỂN GRAPHIT MỎ NẬM THI – LÀO CAI Mã số đề tài: N56 Chủ nhiệm đề tài: Th.sỹ Trần Thị Hiến Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2008 THỦ TRƯỞNG CƠ QUAN CHỦ QUẢN Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2008 THỦ TRƯỞNG CƠ QUAN CHỦ QUẢN NHỮNG NGƯỜI THAM GIA ĐỀ TÀI 1 Vũ Tân Cơ Kỹ sư 2 Trần Thị Hiến Thạc sỹ 3 Chu Văn Hoàn Kỹ sư 4 Vũ Văn Hà Kỹ sư 5 Bùi Văn Ngụ Kỹ sư 6 Nguyễn Đức Minh Kỹ sư 7 Nguyễn Bảo Linh Kỹ sư 8 Trần Đức Dũng Kỹ thuật viên 2 Báo cáo tổng kết đề tài MỤC LỤC MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 6 CHƯƠNG I - TỔNG QUAN ..................................................................... 8 I.1. Nguồn nguyên liệu quặng graphit....................................................... 8 I.1. 1. Nguồn nguyên liệu quặng graphit Việt Nam.............................. 8 I.1. 2. Nguồn nguyên liệu quặng graphit trên thế giới.......................... 9 I.2. Khái quát đặc điểm, trữ lượng, thành phần hóa quặng graphit Lào Cai. .......................................................................................................... 10 I.3. Phương pháp tuyển quặng graphit. ................................................... 12 I.4. Tình hình nghiên cứu tuyển quặng graphit trong và ngoài nước. .... 13 I.5. Các yêu cầu kỹ thuật đối với quặng tinh graphit. ............................. 15 I.6. Giá và chất lượng đối với quặng tinh graphit trên thị thường .......... 16 CHƯƠNG II - MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ MẪU NGHIÊN CỨU ................................................................................ 17 II.1. MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU. .... 17 II.1.1. Mục tiêu nghiên cứu................................................................. 17 II.1.2. Phương pháp nghiên cứu.......................................................... 17 II.1.3. Các thiết bị được dùng trong quá trình nghiên cứu.................. 17 II.2. MẪU NGHIÊN CỨU...................................................................... 18 II.2.1. Mẫu nghiên cứu........................................................................ 18 II.2.2. Gia công mẫu............................................................................ 18 II.3. NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN VẬT CHẤT MẪU. .................... 20 II.3.1. Phương pháp nghiên cứu.......................................................... 20 II.3.2. Kết quả nghiên cứu................................................................... 20 II.3.3. Nhận xét kết quả nghiên cứu thành phần vật chất mẫu. .......... 24 CHƯƠNG III - NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ............... 25 III.1. Nghiên cứu chế độ tuyển................................................................ 25 III.1.1. Chế độ nghiền quặng. ............................................................. 25 III.1.1.1. Thời gian nghiền quặng. .................................................. 25 III.1.1.2. Xác định chế độ nghiền tối ưu. ........................................ 26 III.1.2. Chế độ thuốc tuyển. ................................................................ 28 III.1.2.1. Xác định chế độ thuốc điều chỉnh môi trường................. 28 III.1.2.2. Kết quả thí nghiệm xác định chế độ thuốc đè chìm......... 31 III.1.2.3. Xác định chế độ thuốc thuốc tập hợp............................... 32 Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Năm 2008 Báo cáo tổng kết đề tài 3 III.1.2.4. Xác định chế độ thuốc thuốc tạo bọt................................ 34 III.1.3. Kết quả nghiên cứu các yếu tố chính. ..................................... 35 III.1.4. Thí nghiệm tuyển tinh tách cấp +0,25 mm ............................. 36 III.2. Thí nghiệm sơ đồ tuyển nổi. .......................................................... 37 III.2.1. Thí nghiệm xác định số lần tuyển vét. .................................... 37 III.2.2. Thí nghiệm xác định số lần tuyển tinh.................................... 38 III.2.2.1.Thí nghiệm tuyển tinh không nghiền lại quặng tinh thô... 40 III.2.2.2.Thí nghiệm tuyển tinh có nghiền lại quặng tinh thô......... 41 III.2.2.3.Xác định chế độ tuyển các sản phẩm trung gian .............. 43 III.2.3. Thí nghiệm sơ đồ vòng kín. .................................................... 45 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................. 49 1.Kết luận. ............................................................................................... 49 2. Kiến nghị. ............................................ Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................... 52 PHỤ LỤC.................................................... Error! Bookmark not defined. Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Năm 2008 4 Báo cáo tổng kết đề tài Danh mục các bảng biểu Bảng 1: Sản lượng graphit một số nước trên thế giới giai đoạn 02÷06...... 10 Bảng 2: Chất lượng quặng tinh graphit theo ΓOCT 4596- 75..................... 15 Bảng 3: Chất lượng quặng graphit dạng tinh thể theo ΓOCT 5279-74....... 15 Bảng 4: Chất lượng quặng tinh graphit cho pin theo ΓOCT 17022– 81 ..... 16 Bảng 5: Giá và chất lượng mốt số quặng tinh graphit điển hình ................ 16 Bảng 6 : Thành phần các khoáng vật theo cấp hạt...................................... 20 Bảng 7: Kết quả nghiên cứu thành phần độ hạt mẫu nghiên cứu. ............. 21 Bảng 8: Kết quả nghiên cứu độ mịn phụ thuộc thời gian nghiền. .............. 25 Bảng 9: Kết quả nghiên cứu độ mịn nghiền tối ưu ..................................... 27 Bảng10: Kết quả xác định chi phí thuốc điều chỉnh môi trường H2SO4 ... 29 Bảng11:Kết quả xác định chi phí thuốc điều chỉnh môi trường Na2CO3 ... 30 Bảng 12: Kết quả xác định chi phí thuốc đè chìm bằng Na2SiO3 ............... 31 Bảng 13: Kết quả xác định chi phí thuốc tập hợp bằng dầu hỏa ................ 33 Bảng 14: Kết quả xác định chi phí thuốc tạo bọt ........................................ 34 Bảng 15: Kết quả xác định ảnh hưởng nồng độ tuyển nổi.......................... 35 Bảng 16: Kết quả tách cấp 0,25 mm ........................................................... 36 Bảng 17: Kết quả xác định số lần tuyển vét................................................ 38 Bảng 18: Kết quả xác định chi phí Na2SiO3 cho khâu tuyển tinh II........... 39 Bảng 19: Kết quả xác định số lần tuyển tuyển tinh .................................... 41 Bảng 20: Kết quả xác định số lần tuyển tuyển tinh .................................... 43 Bảng 21: Kết quả xác định số lần tuyển tuyển tinh .................................... 43 Bảng 22: Kết quả tuyển theo sơ đồ vòng kín số 1 ...................................... 45 Bảng 23: Kết quả tuyển theo sơ đồ vòng kín số 2 ...................................... 46 Bảng 24: Các chỉ tiêu công nghệ dự kiến. .................................................. 50 Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Năm 2008 5 Báo cáo tổng kết đề tài Danh mục các hình vẽ Hình 1: Sơ đồ gia công mẫu nghiên cứu..................................................... 19 Hình 2: Đường đặc tính độ hạt mẫu nghiên cứu........................................ 21 Hình 3: Đồ thị biểu diễn độ mịn và thời gian nghiền. ................................ 25 Hình 4: Sơ đồ thí nghiệm xác định chế độ nghiền tối ưu…………………26 Hình 5: Ảnh hưởng của độ mịn nghiền tới chỉ tiêu tuyển. ......................... 27 Hình 6: Sơ đồ thí nghiệm xác định chế độ thuốc tuyển.............................. 28 Hình 7: Ảnh hưởng của chi phí H2SO4 tới chỉ tiêu tuyển. .......................... 29 Hình 8: Ảnh hưởng của chi phí Na2CO3 tới chỉ tiêu tuyển. ....................... 30 Hình 9: Ảnh hưởng của chi phí Na2SiO3 tới chỉ tiêu tuyển. ...................... 32 Hình 10: Ảnh hưởng của chi phí dầu hỏa tới chỉ tiêu tuyển. ..................... 33 Hình 11: Ảnh hưởng của chi phí dầu hỏa tới chỉ tiêu tuyển. ..................... 34 Hình 12: Ảnh hưởng của nồng độ bùn quặng tới chỉ tiêu tuyển ................ 36 Hình 13: Sơ đồ thí nghiệm tách cấp +0,25 mm .......................................... 37 Hình 14: Sơ đồ thí nghiệm xác định số lần tuyển vét ................................. 38 Hình 15 : Sơ đồ thí nghiệm xác định số lần tuyển tuyển tinh 1.................. 40 Hình 16 : Sơ đồ thí nghiệm xác định số lần tuyển tuyển tinh 2.................. 42 Hình 17: Sơ đồ thí nghiệm các sản phẩm trung gian .................................. 44 Hình 18: Sơ đồ công nghệ tuyển quặng graphit Lào Cai (Sơ đồ 1)............ 47 Hình 19: Sơ đồ công nghệ tuyển quặng graphit Lào Cai (Sơ đồ 2)............ 48 Danh mục các ảnh chụp Ảnh 1: Graphit dạng vảy, tấm....................................................................... 22 Ảnh 2: Thạch anh có trong mẫu.................................................................. 22 Ảnh 3: Biotit, muscovit có trong mẫu......................................................... 23 Ảnh 4: Một số khoáng vật chứa sắt............................................................. 23 Các ký hiệu đặc biệt γ: Thu hoạch, % β: Hàm lượng, % ε: Thực thu, % Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Năm 2008 6 Báo cáo tổng kết đề tài MỞ ĐẦU Graphit được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp do các tính chất dẫn điện, nhiệt, bôi trơn và trơ về mặt hóa học... Tùy thuộc vào chất lượng quặng tinh graphit mà chúng được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau như luyện kim, hóa chất, cơ khí, thủy tinh, chế tạo các khuôn đúc, nồi nấu kim loại, điện cực và các linh kiện điện... Graphit đóng vai trò quan trọng trong y học, xử lý môi trường, công nghệ năng lượng và vận tải. Các ứng dụng mới và đang phát triển là các động lực cho tăng trưởng của graphit. Đặc biệt, graphit chất lượng cao có tiềm năng ứng dụng lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau như nguyên liệu sản xuất pin... Dự báo, nhu cầu graphit dùng cho sản xuất pin có thể tăng 25 nghìn tấn/năm trong 5 năm tới. Mỏ graphit Nậm Thi Lào Cai đã được Đoàn địa chất 24, dưới sự giúp đỡ của chuyên gia Liên Xô tìm kiếm – thăm dò từ năm 1958 đến 1962, mỏ có trữ lượng trên 18 triệu tấn, theo báo cáo địa chất thì đây là mỏ có trữ lượng lớn nhất Việt Nam. Tuy vậy, cho đến nay, mỏ vẫn chưa được nghiên cứu để có thể đưa vào khai thác, sử dụng. Hiện nay, nền công nghiệp nước ta trên đà phát triển mạnh, nguyên liệu graphit sẽ ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân. Để sử dụng graphit một cách có hiệu quả, nâng cao giá trị kinh tế, tiềm năng của tài nguyên và đáp ứng nhu cầu về chất lượng của nguyên liệu, việc nghiên cứu một công nghệ tuyển hợp lý để có được sản phẩm graphit với chất lượng cao, phục vụ nhu cầu của nhiều ngành công nghiệp là hết sức cần thiết. Thực hiện hợp đồng NCKH và phát triển công nghệ số 109.08.RD/HDKHCN ngày 31 tháng 1 năm 2008, Viện KH&CN Mỏ Luyện kim triển khai đề tài "Nghiên cứu công nghệ tuyển graphit mỏ Nậm Thi Lào Cai ". Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu xác định được công nghệ tuyển graphit để thu được quặng tinh graphit chất lượng cao, hàm lượng C ≥ 85%, A≤ 15%. Nghiên cứu xác lập sơ đồ công nghệ tuyển quặng graphit mỏ Nậm Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Năm 2008 Báo cáo tổng kết đề tài 7 Thi, sơ đồ công nghệ có tính khả thi để có thể nghiên cứu ứng dụng vào các cơ sở sản xuất. Công tác nghiên cứu được triển khai tại Phòng Nghiên cứu Tuyển khoáng thuộc Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim, Bộ Công Thương. Công tác phân tích được thực hiện tại: Phòng Phân tích thuộc trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Viện Luyện kim đen, Trung tâm Phân tích và Thí nghiệm địa chất- Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam. Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Năm 2008 Báo cáo tổng kết đề tài 8 CHƯƠNG I - TỔNG QUAN I.1. Nguồn nguyên liệu quặng graphit I.1. 1. Nguồn nguyên liệu quặng graphit Việt Nam. a. Trữ lượng quặng graphit ở Việt Nam Theo kết quả tìm kiếm thăm dò địa chất cho thấy quặng graphit Việt Nam chủ yếu nằm trong đới đứt gẫy Sông Hồng kéo dài từ Yên Bái đến Lào Cai. Ngoài ra còn một lượng không lớn nằm ở miền Trung nước ta chủ yếu là ở Hưng Nhượng Quảng Ngãi. Tổng trữ lượng quặng graphit ước khoảng 23 triệu tấn và tập trung chủ yếu ở Lào Cai chiếm khoảng 70 % tổng trữ lượng. b. Một số điểm quặng graphit Việt Nam. *. Quặng graphit Lào Cai. Mỏ gồm 3 khu: Nậm Thi, Nậm Cậy và Làng Ói kéo dài theo hướng Tây Bắc - Đông Nam. Theo kết quả tìm kiếm thăm dò của Đoàn địa chất 24, dưới sự giúp đỡ của chuyên gia Liên Xô tìm kiếm – thăm dò từ năm 1958 – 1962, thì trữ lượng khu này khoảng 18 triệu tấn. Hàm lượng cacbon 3,5 12,45%, chiều dày thân quặng từ 5 – 7 m, kéo dài ≥ 150 m theo phương tây bắc - đông nam và cắm dốc 40 ÷ 600. Nguồn gốc thành tạo của dải quặng thuộc khu vực Lào Cai trong đới đứt gãy Sông Hồng là loại trầm tích. *. Quặng graphit Yên Bái. Gồm 3 khu: Bảo Hà, Mậu A và Yên Thái Khu Bảo Hà: Các đá biến chất thuộc hệ tầng Ngòi Chi và Núi Con Voi tuổi Proterozoi là phổ biến. Có 21 thân quặng chiều dày 1,0 - 10,1m; dài 270 – 1370m; hàm lượng C: 10,36 - 22,65%. Graphit dạng vảy tập trung thành ổ, phân bố theo mặt ép phiến của đá vây quanh. Tài nguyên dự báo 2,25 triệu tấn. Khu Mậu A: Trong khu này xác định được 16 điểm quặng, trong đó có 4 điểm có triển vọng với hàm lượng cacbon từ 20 – 25%. Đới quặng hoá graphit dài khoảng gần 2 km, rộng 500 - 700 m, đã phát hiện nhiều hệ mạch graphit có chiều dài khác nhau, trong đó có mạch quặng dài 700 - 800 m, rộng 50 - 60 m, sâu 50 - 80 m. Tại những điểm thăm dò này thấy rằng graphit là những vảy nhỏ có kích thước từ 1 mm trở lên xâm tán trong các loại đá pegmatit và amphibolit, ít gặp những thân quặng đặc sít có hàm lượng cacbon lớn hơn 40%, đa phần là những thân quặng nhỏ rời rạc, trữ lượng khu này khoảng 10.000 tấn. Khu Yên Thái: Quặng phân bố trong trầm tích biến chất phức hệ Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Năm 2008 Báo cáo tổng kết đề tài 9 Sông Hồng. Đới quặng hoá dài 3,5 km, rộng 0,5 km. Có 6 thân quặng, dài từ 200 - 400 m, dày 1 - 25 m; hàm lượng C: 13, - 30,25%; trữ lượng khu này khoảng 1,3 triệu tấn. *. Quặng graphit Quảng Ngãi Đã phát hiện 12 chùm thân quặng phân bố trong đá phiến thạch anh mica - silimanit- granat, phiến graphit, thấu kính đá phiến silic dạng quarzit thuộc hệ tầng Tiên An. Các chùm thân quặng này phân bố ở các khu Suối La, Suối Gửi, Vĩnh Tuy, Bắc Đa Tri, Nùi Dầu, Phú Sơn, Chùm 20 (các chùm 6 và 9 đã được thăm dò). Các chùm thân quặng kéo dài từ vài trăm mét đến hơn 3,5 km. Mỗi chùm gồm nhiều thân quặng song song, dày từ vài chục centimet đến hơn 10 m; kéo dài từ vài trăm mét đến hàng nghìn mét. Hàm lượng graphit trong quặng từ 10% đến 45%. Hàm lượng carbon (C) từ 3,39 đến 44,74% (trung bình ở một số thân quặng đạt từ 20 - 22%). Tài nguyên dự báo toàn mỏ khoảng 4,4 triệu tấn (Cấp C1+C2 khoảng 690 248 tấn ). I.1. 2. Nguồn nguyên liệu quặng graphit trên thế giới. Hiện nay trữ lượng quặng graphit trên toàn thế giới chưa được thống kê một cách cụ thể. Tuy nhiên, theo USGS sản lượng graphit toàn thế giới năm 2006 có xu hướng giảm khoảng 1% so với năm 2005 (1,03 triệu tấn năm 2006 so với 1,04 triệu tấn năm 2005). Trung Quốc vẫn là nước đứng đầu về sản xuất graphit 720 nghìn tấn năm 2006, tiếp đó là Ấn Độ 120 nghìn tấn, Bắc Triều Tiên, Braxin, Canada. Sản lượng graphit của 5 nước này chiếm khoảng 95 % tổng sản lượng graphit trên toàn thế giới, riêng Trung Quốc đã chiếm khoảng 70%. Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Năm 2008 10 Báo cáo tổng kết đề tài Bảng 1: Sản lượng graphit một số nước trên thế giới giai đoạn 02÷06 Đơn vị: tấn Tên nước 2002 2003 2004 2005 2006 Úc 100 100 -- -- -- Braxin 60.922 70.739 76.332 75.515 75.600 Canada 25.000 25.000 28.000 28.000 28.000 629.000 710.000 700.000 720.000 720.000 Trung Quốc Cộng hòa Séc 16.000 9.000 5.000 3.000 3.000 Đức 3.312 2.840 3.155 2.638 2.600 130.000 110.000 120.000 130.000 120.000 Nam Triều Tiên 25.000 25.000 30.000 32.000 32.000 Hàn Quốc 94 58 247 39 50 Madagascar 2.000 15.000 15.000 15.000 15.000 Mehico 14.065 8.730 14.769 12.357 12.500 Nauy 2.400 2.400 2.300 2.300 2.300 Rumali 1.001 -- 500 500 500 Sri Lanka 3.619 3.387 3.400 3.000 3.200 Thụy Sỹ 900 850 800 800 800 Thổ Nhĩ Kỳ 1.393 942 1.000 1.100 1.200 Ucraina 7.500 7.500 7.500 7.500 7.500 Uzbekistan 60 60 60 60 60 Zimbabe 9.912 7.675 10.267 6.000 5.000 Ấn Độ Tổng cộng 932.000 999.000 1.020.000 1.040.000 1.030.000 I.2. Khái quát đặc điểm, trữ lượng, thành phần hóa quặng graphit Lào Cai. a. Đặc điểm quặng graphit Graphit là một dạng thù hình của cacbon. Tùy thuộc vào cấu trúc mà quặng graphit được phân ra dạng vảy, dạng tinh thể đặc sít và dạng ẩn tinh. Qua báo cáo địa chất cho thấy: - Quặng graphit mỏ Nậm Thi Lào Cai có thành phần khoáng vật khá phong phú, ngoài graphit có các khoáng vật tạo Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Năm 2008 Báo cáo tổng kết đề tài 11 đá chính gồm: Felspat, thạch anh, biotit, mica… các khoáng vật nhiệt dịch như: Pyrit, pyrotin, chancopyrit, sphalerit, acsenopyrit…quặng graphit mỏ Nậm Thi Lào Cai tồn tại dưới hai dạng kiến trúc: Tinh thể dạng vảy và tinh thể đặc sít. Quặng dạng vảy thường nằm trong đá gneis và quặng tinh thể đặc sít nằm trong đá pegmatit – granit. Graphit dạng tinh thể đặc sít: Đây là loại quặng được cấu tạo bởi các tinh thể graphit nằm chặt xít với nhau, các thành phần vật chất khác có dạng bao thể vây quanh, ở đây các tinh thể graphit đa phần được sắp xếp theo hình tia. Kích thước tinh thể dao động <0,1 mm. Các thành phần vật chất khác thường là các mạch, tảng đá pegmatit – granit, đôi khi bị graphit hóa yếu. Trường hợp khối lượng thành phần vật chất khác không đáng kể, quặng graphit thuộc loại giầu. Đối với quặng graphit tinh thể đặc sít thường có cấu tạo dạng khối ít hơn là dạng xâm tán hoặc ô mạng. Graphit dạng vảy: Đây là loại quặng được cấu tạo từ các tinh thể riêng biệt, đôi khi từ các kết hạch, có hình dạng vảy. Các vảy graphit phân bố trong quặng không theo quy luật nhất định khi thì lộn xộn, khi thì theo hướng phân phiên của đá gneis. Kích thước của vảy graphit dao dộng từ 0,1 đến 5 mm được xếp vào loại tinh thể vảy lớn các vảy thường rất mỏng và giòn. Đối với quặng graphit dạng vảy có hai loại cấu tạo chủ yếu là xâm tán và dạng dải. b. Trữ lượng quặng graphit mỏ Nậm Thi Lào Cai Mỏ graphit Nậm Thi Lào Cai đã được Đoàn địa chất 24, dưới sự giúp đỡ của chuyên gia Liên Xô tìm kiếm – thăm dò từ năm 1958 – 1962. Tuy vậy cho đến nay, mỏ vẫn chưa được nghiên cứu để đưa vào khai thác. Trong phạm vi tìm kiếm thăm dò đã xác định được 8 thân quặng graphit. Các thân quặng đều có đặc điểm chung là dạng mạch kéo dài theo phương Tây Bắc – Đông Nam, cắm về Đông Bắc. Trong số 8 thân quặng, thân quặng II có trữ lượng lớn nhất 11166,24 nghìn tấn quặng ở trạng thái ướt, chiếm 61,55 % trữ lượng cấp A+B+C1+C2 toàn mỏ, tỷ lệ giữa quặng giầu và nghèo là 74 %.Trữ lượng cấp A+B+C1+C2 toàn mỏ là 18142,89 nghìn tấn quặng ở trạng thái ướt, tỷ lệ quặng giầu đạt 73 %. c. Thành phần hóa học các thân quặng của mỏ Theo báo cáo địa chất, kết quả phân tích hóa học quặng graphit giầu có hàm lượng cacbon 8-50 % và quặng nghèo là 2 – 8 %. Quặng giầu được tính với hàm lượng cacbon trong mẫu đơn ≥8 % và quặng nghèo được tính với Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Năm 2008 Báo cáo tổng kết đề tài 12 hàm lượng cacbon trong mẫu đơn ≥2 %. Kết quả tính toán ở một số thân quặng chính như sau: - Đối với quặng giầu ở thân quặng II, hàm lượng cacbon theo tuyến thăm dò dao động từ 9,86 % đến 14,88 %, trung bình 12,45 %. Ở thân quặng V hàm lượng cacbon theo các công trình thăm dò dao động từ 12,86 % 17,09%, trung bình 14,68 %. Ở thân quặng VIII, hàm lượng cacbon trung bình theo công trình là 13,28 %. - Đối với quặng nghèo ở thân quặng II, hàm lượng cacbon theo tuyến dao động từ 3,30 – 7,60 %, trung bình 5,20 %. Ở thân quặng V, hàm lượng cacbon theo công trình thăm dò: 3,20 – 4,2 %, trung bình 3,66 %. Ngoài thành phần cacbon, các hợp chất khác có hàm lượng không đáng kể: CaO : 0,0 – 0,98 %; MgO : 0,0 – 2,30 %; SiO2; Fe2O3; Al2O3.... I.3. Phương pháp tuyển quặng graphit. Tính nổi của graphit phụ thuộc vào độ lớn của các tinh thể, đặc tính của tạp chất và mức độ ôxy hóa bề mặt, cũng như than graphit thuộc nhóm khoáng vật không cực, có tính kỵ nước tự nhiên rất cao. Tính nổi của graphit khá cao so với các khoáng vật khác trong quặng nên graphit thường được tuyển tách ra trước. Mặc dù graphit có thể tuyển nổi được chỉ bằng thuốc tạo bọt, tuy nhiên để tuyển nổi triệt để, cũng như trong tuyển nổi than, cần thiết phải sử dụng phối hợp thêm các thuốc tập hợp không cực. Thuốc tập hợp dùng để tuyển nổi graphit thường là dầu hỏa (0,2-0,25kg/t) hoặc dầu không cực nào đó, phối hợp với thuốc tạo bọt (dầu thông, T66...) trong môi trường kiềm (pH=8-9) hoặc môi trường axit (pH=4-5), được tạo bởi xôđa, vôi hoặc axit H2SO4. Để đè chìm các khoáng vật không quặng người ta sử dụng thủy tinh lỏng (0,25-1kg/t), sử dụng florua natri để đè chìm mica (khi chúng có trong quặng). Graphit dạng vảy có tỷ trọng tương đối nhẹ và có tính kỵ nước tự nhiên cao nên cho phép tuyển nổi cỡ hạt thô hơn. Phụ thuộc vào độ lớn của các tinh thể graphit người ta có thể chia quặng graphit ra làm 3 loại: Graphit dạng vảy (với kích thước vảy >0,1 mm), graphit tinh thể đặc sít (kích thước vảy <0,1 mm) và graphit tinh thể ẩn tinh (kích thước vảy <0,01 mm). Graphit dạng vẩy có tính nổi cao hơn graphit dạng ẩn tinh và dạng đặc sít. Tốc độ tuyển nổi chậm nhất là graphit ở dạng ẩn tinh do bề mặt háo nước của chúng, thông Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Năm 2008 13 Báo cáo tổng kết đề tài thường graphit dạng ẩn tinh còn chứa một số vật chất hữu cơ gây ra tác dụng đè chìm graphit khi tuyển nổi. Có 3 yêu cầu cơ bản đối với các sơ đồ tuyển nổi quặng graphit. - Chi phí nhỏ nhất cho khâu nghiền - Thu hoạch macximum đối với quặng tinh graphit vảy lớn. - Các quặng tinh có độ tro nhỏ nhất. Với mục tiêu giảm chi phí cho khâu nghiền cần thải ngay một lượng lớn ở khâu tuyển chính sau khi nghiền thô (đến 45-55 % cấp -0,074 mm), đối với quặng graphit xâm nhiễm, nghiền đến độ hạt cuối cùng chỉ được thực hiện đối với quặng tinh. Để tăng thu hoạch quặng tinh graphit tinh thể lớn có giá trị cao và hiếm người ta thường dùng sơ đồ tuyển nhiều giai đoạn nhằm thải bỏ các khoáng vật không quặng theo mức độ giải phóng các kết hạch từ graphit. Để giảm hàm lượng tro trong quặng tinh thực hiện nhiều lần tuyển tinh dựa trên tính nổi của graphit. Thông thường quặng tinh thô cần được tuyển 6-7 lần và được nghiền bổ sung 2-4 lần. Quặng tinh cuối cùng chứa > 90%C được sấy và phân ra các loại riêng biệt theo độ hạt. Trung gian tuyển nổi thường được sử dụng như sản phẩm graphit đúc chất lượng thấp. I.4. Tình hình nghiên cứu tuyển quặng graphit trong và ngoài nước. a. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài: Công nghệ tuyển graphit đã được nghiên cứu nhiều ở các nước và đã được áp dụng thành công vào thực tế sản xuất, tạo ra được các loại quặng tinh graphit phục vụ tốt cho các ngành sản xuất như pin, hóa chất, cơ khí, thủy tinh, nồi nấu kim loại, điện cực và các linh kiện điện, graphit được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp do có các tính chất dẫn điện, nhiệt, bôi trơn và trơ về mặt hóa học...Công nghệ tuyển chủ yếu áp dụng phương pháp tuyển nổi, bên cạnh đó còn sử dụng phương pháp tách–chiết để thu hồi quặng tinh graphit chất lượng cao. Liên hợp Stratmin Graphit của Canada đã sản xuất graphit từ quặng đầu có hàm lượng C từ 6-12 %, thu được quặng tinh graphit có hàm lượng C ≥ 85 %. Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Năm 2008 Báo cáo tổng kết đề tài 14 Mỏ graphit trầm tích ở phía nam Ethiopia đã làm giầu quặng graphit bằng phương pháp tuyển nổi từ quặng nguyên khai có hàm lượng từ 7-10% C trung bình là 9,01% C lên 71% C và quặng thải có hàm lượng <1% C. Nhà máy American graphit K0 của Mỹ đã xử lý quặng graphit có hàm lượng C trong quặng nguyên khai là 5,5%, quặng tinh nhận được có hàm lượng C >85% với tỷ lệ thực thu 87%. Sơ đồ công nghệ gồm 1 công đoạn tuyển chính, 4 lần tuyển tinh, có hai lần nghiền lại quặng tinh thô. Ở Nga có thể sản xuất 3 loại quặng tinh graphit có chất lượng khác nhau trong 1 sơ đồ công nghệ của 1 nhà máy tuyển, từ quặng đầu có hàm lượng ~7,25% C thu được sản phẩm có chất lượng ~91%C. Sơ đồ công nghệ gồm 1 khâu tuyển chính, 5 lần tuyển tinh, hai lần nghiền lại và một lần tuyển vét. b. Tình hình nghiên cứu ở trong nước Graphit được khai thác, chế biến ở các mỏ Mậu A - Yên Bái, Hưng Nhượng (Quảng Ngãi). Công nghệ khai thác lộ thiên, cơ giới hoá bằng ô tô - máy xúc kết hợp thủ công bán cơ giới chọn lọc quặng giầu sau đó tuyển tiếp để đạt quặng thương phẩm. Quặng graphit được làm giàu chủ yếu bằng phương pháp tuyển nổi. Đã có một số nghiên cứu về tuyển quặng graphit như: -“Nghiên cứu chế độ và sơ đồ tuyển một số mẫu quặng graphit khu moong mỏ Mậu A, Yên Bái” Viện Luyện Kim. Theo báo cáo trên thì quặng tinh thu được có hàm lượng đạt yêu cầu, tuy nhiên hàm lượng C trong quặng thải còn tương đối cao. Hiện nay, Công ty Khoáng sản Yên Bái đang khai thác và làm giầu. -“Nghiên cứu công nghệ tuyển mẫu graphit Hưng Nhượng Quảng Ngãi”, năm 1996 Viện Nghiên cứu Mỏ - Luyện kim, nghiên cứu này nhằm nâng cao các chỉ tiêu tuyển của dây chuyền tuyển quặng graphit đã được xây dựng lắp đặt đi vào sản xuất thành công những năm 1990. Xưởng tuyển graphit Hưng Nhượng - Quảng Ngãi đã sản xuất ra quặng tinh graphit 8082%C từ nguyên liệu quặng đầu vào dao động từ 30 - 35%C ứng với mức thực thu 67-70%. Hiện nay, dây chuyền này đã ngừng hoạt động do nhiều lý Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Năm 2008 15 Báo cáo tổng kết đề tài do. Tuy nhiên, quặng graphit mỏ Nâm Thi, Lào Cai vẫn chưa được đầu tư nghiên cứu để đưa vào khai thác sử dụng. Sản lượng graphit các năm gần đây (1995 - 1998) đạt từ 1.450-1.850 tấn. Nhu cầu sử dụng graphit ở ta còn rất nhỏ, chủ yếu chỉ để sản xuất pin và điện cực. I.5. Các yêu cầu kỹ thuật đối với quặng tinh graphit. Đối với các ngành công nghiệp khác nhau thì yêu cầu chất lượng của graphit cũng khác nhau. Tùy thuộc vào dạng khoáng vật và giá trị của graphit mà người ta chia ra thành các mác và loại tương ứng. Dưới đây là tiêu chuẩn chất lượng graphit và lĩnh vực sử dụng của chúng theo tiêu chuẩn của Liên Xô. Bảng 2: Chất lượng quặng tinh graphit theo ΓOCT 4596- 75 Chỉ số Độ tro không lớn hơn Hàm lượng Fe tinh theo Fe2O3 không lớn hơn Độ ẩm không lớn hơn Chất bốc Thu hoạch % cấp 0,2mm không lớn hơn Yêu cầu của mác nguyên liệu,% ΓT-1 ΓT-2 ΓT-3 7,0 8,5 10 1,6 1,6 1,6 1,0 1,5 1,0 1,5 1,0 1,5 25 25 25 Lĩnh vực sử dụng cơ bản Để chế tạo các sản phẩm gốm xứ, graphit chịu lửa Bảng 3: Chất lượng quặng graphit dạng tinh thể theo ΓOCT 5279-74 Chỉ số Độ tro không lớn hơn Độ ẩm không lớn hơn Thu hoạch % cấp +0,16 mm không lớn hơn Yêu cầu của mác nguyên liệu,% ΓЛ-1 ΓЛ -2 ΓЛ -3 13 18 25 1,0 1,0 1,0 40 40 40 Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Lĩnh vực sử dụng cơ bản ΓЛ-1: Phủ bề mặt chi tiết phức tạp ΓЛ -2: Sơn màu, bột bôi trơn chi tiết đơn giản ΓЛ -3: Bôi khuôn khi đúc không yêu cầu độ sạch cao Năm 2008 16 Báo cáo tổng kết đề tài Bảng 4: Chất lượng quặng tinh graphit cho pin theo ΓOCT 17022– 81 Yêu cầu của mác nguyên liệu,% Chỉ số Độ tro không lớn hơn Hàm lượng Cu không lớn hơn Độ ẩm không lớn hơn Chất bốc Thu hoạch % cấp +0,16mm không lớn hơn Thu hoạch % cấp 0,063mm không lớn hơn Thu hoạch % cấp 0,063mm không nhỏ hơn ΓЭ-1 10 Γ Э-2 14 ΓЭ -3 10 ΓЭ -4 14 0,05 0,05 0,05 0,05 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 40 40 40 40 25 25 - - - - 4 5 Lĩnh vựcsử dụng cơ bản Để sản xuất các nguồn điện I.6. Giá và chất lượng đối với quặng tinh graphit trên thị thường Bảng 5: Giá và chất lượng mốt số quặng tinh graphit điển hình Tên sản phẩm Yêu cầu chất lượng Giá bán, USD/tấn H.lượng C, % Độ hạt Graphite tinh thể lớn 94%÷97% +80 mesh 660-795 800-950 Graphite tinh thể lớn 90% +80 mesh 570-655 570-655 Graphite tinh thể trung bình 94%÷97% +100-80mesh 630-710 730-810 Tinh thể trung bình, carbon, 90% +100-80 mesh 440-495 440-495 Tinh thể trung bình 85%÷87% +100-80 mesh 450-555 420-475 Tinh thể bình thường 94%÷97% +100 mesh 525-640 600-750 Tinh thể bình thường 90% -100 mesh 410-475 410-475 Vô định hình 80%÷85% 240-260 240-260 2.007 3.00010.000 Graphite nhân tạo 99,95% Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Năm 2005 Năm 2006 Năm 2008 17 Báo cáo tổng kết đề tài CHƯƠNG II - MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ MẪU NGHIÊN CỨU II.1. MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU. II.1.1. Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu, xác định được công nghệ tuyển graphit để thu được quặng tinh graphit chất lượng cao, hàm lượng C ≥ 85%. - Nghiên cứu xác lập sơ đồ công nghệ tuyển quặng graphit mỏ Nậm Thi, sơ đồ công nghệ có tính khả thi để có thể nghiên cứu ứng dụng vào các cơ sở sản xuất. II.1.2. Phương pháp nghiên cứu Để định hướng cho việc lựa chọn công nghệ tuyển quặng graphit mỏ Nậm Thi đã tiến hành phân tích thành phần vật chất mẫu quặng đầu như phân tích khoáng vật thạch học, phân tích hóa học, đặc điểm và thành phần khoáng vật có trong quặng…. Một trong những nội dung nghiên cứu thành phần vật chất mẫu là nghiên cứu thành phần độ hạt mẫu, xác định mức thu hoạch, hàm lượng cacbon và mức phân bố cacbon của từng cấp hạt trong mẫu quặng nguyên khai. Dựa vào các kết quả phân tích cho thấy mẫu nghiên cứu có thành phần vật chất tương đối phức tạp, ngoài thành phần có ích chính trong mẫu quặng là các khoáng graphit, còn lại là các khoáng đi kèm bao gồm: Thạch anh tự do, felspat, cacbonat, các khoáng thuộc nhóm mica, các khoáng vật chứa sắt... Để tuyển tách graphit ra khỏi các thành phần khoáng tạp đi kèm trong quặng như: Thach anh, felspat, mica và các tạp chất khác không thể thực hiện bằng phương pháp tuyển trọng lực hay tuyển từ mà chỉ có thể sử dụng phương pháp tuyển nổi mới đạt hiệu quả theo yêu cầu II.1.3. Các thiết bị được dùng trong quá trình nghiên cứu. + Thiết bị gia công: - Máy đập hàm 100x150. - Máy đập trục150x 250 . - Máy sàng rung 300x600. - Máy nghiền bi sắt 1 lít, 7 lít . Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Năm 2008 18 Báo cáo tổng kết đề tài + Thiết bị nghiên cứu tuyển: - Máy tuyển nổi denver 2,5 lít - Máy tuyển nổi 1,5 lít. - Máy tuyển nổi 1 lít. - Máy tuyển nổi 0,5 lít. - Máy khuấy thuốc tuyển. - Tủ sấy. - Bộ rây tiêu chuẩn. Nước dùng thí nghiệm là nước máy Hà Nội có độ pH = 6,5-7 II.2. MẪU NGHIÊN CỨU. II.2.1. Mẫu nghiên cứu. Mẫu nghiên cứu công nghệ do Công ty TNHH 1 thành viên tư vấn thiết kế và khảo sát thăm dò địa chất Khoáng Sản Lào Cai lấy theo phương án lấy mẫu của Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim. Mẫu được lấy tại 2 hào: Hào 11 tuyến 11 và hào 13 tuyến 12 thân quặng II của mỏ graphit Nậm Thi. Mẫu có khối lượng 1300 kg và có các thành phần khoáng vật cơ bản như: Graphit, thạch anh, cacbonat, khoáng chứa sắt, khoáng vật khác. Hàm lượng C trong mẫu nguyên khai 9,45 % C, A= 85,17%. Kết quả phân tích hóa tại Trung tâm Nghiên cứu vật liệu học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội (xem thêm phụ lục), kết quả phân tích hóa kiểm tra đối chứng tại Viện Luyện Kim Đen – Tổng Công Ty Thép Việt Nam (phụ lục). II.2.2. Gia công mẫu. Mẫu nghiên cứu công nghệ được gia công theo sơ đồ hình 1. Mẫu thí nghiệm được gia công đến -2mm, khối lượng mẫu tối thiểu trong các quá trình phân chia, giản lược được tính theo công thức: Qmin > kd2, (kg). trong đó k = 0,1; d là đường kính hạt lớn nhất khi gia công, tính bằng mm. Sau khi gia công giản lược, gộp mẫu lập được các mẫu: - Mẫu nghiên cứu thành phần vật chất, phân tích hóa. - Các mẫu thí nghiệm công nghệ. - Mẫu lưu. Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Năm 2008