Tài liệu Khai thác chế biến muối mỏ

ĐỀ TÀI Tình hình thị trường, khai thác và chế biến muối mỏ kali trên thế giới, triển vọng phát triển tại Việt Nam I. MỞ ĐẦU ......................................................................................... 5 II. THỊ TRƯỜNG CÁC SẢN PHẨM KALI .................................... 6 1. Lĩnh vực sử dụng............................................................................ 6 2. Thị trường phân kali trên thế giới................................................. 7 3. Cung cầu phân kali trên thế giới ................................................. 10 4. Thị trường phân kali tại Việt Nam.............................................. 10 Dự kiến năm 2005 .............................................................................. 11 5. Giá KCl trên thế giới và tại Việt Nam......................................... 11 III. TRỮ LƯỢNG, TÌNH HÌNH KHAI THÁC VÀ SẢN XUẤT MUỐI KALI TRÊN THẾ GIỚI...................................................... 14 1. Trữ lượng kali trên thế giới ......................................................... 14 Mỹ...................................................................................................... 19 Canađa ............................................................................................... 19 CHLB Đức ......................................................................................... 20 Các nước Liên Xô cũ.......................................................................... 20 Thái Lan............................................................................................. 20 2. Năng lực sản xuất muối mỏ kali trên thế giới............................. 20 Canađa và Mỹ .................................................................................... 21 Nga và Belarus ................................................................................... 21 Đức .................................................................................................... 21 Gioocđani........................................................................................... 22 3. Một số mỏ muối kali lớn trên thế giới ......................................... 23 IV. CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VÀ TUYỂN QUẶNG KALI ..... 28 1. Công nghệ khai thác..................................................................... 28 2. Công nghệ tuyển quặng kali : ...................................................... 32 3. Các công đoạn chính của quá trình khai thác và tuyển quặng kali :................................................................................................... 33 4. Tiêu hao năng lượng trong sản xuất muối kali và các biện pháp tiết kiệm năng lượng......................................................................... 48 5. Công nghệ sản xuất muối kali từ nước biển ............................... 60 KCl..................................................................................................... 61 K2O .................................................................................................... 61 NaCl................................................................................................... 61 Nước .................................................................................................. 61 Các chất không tan:............................................................................ 61 Cỡ hạt:................................................................................................ 61 6. Các vấn đề về môi trường ............................................................ 61 I. MỞ ĐẦU Sau đạm và lân, kali là thành phần dinh dưỡng quan trọng thứ ba đối với cây trồng. Đối với một số cây trồng thì nó thực tế đã trở thành chất dinh dưỡng quan trọng hàng đầu hoặc quan trọng thứ hai. Không có chất nào có thể thay thế cho các loại phân kali trong nông nghiệp, vì vậy phân kali là yếu tố quan trọng thiết yếu để duy trì và nâng cao sản lượng lương thực. Bón phân kali nhằm tăng cường chất dinh dưỡng kali và cân đối các chất dinh dưỡng N,P,K để đảm bảo năng suất thu hoạch cây trồng bền vững là biện pháp thực hành thông thường hiện nay trong các hệ thống nông nghiệp hiện đại trên thế giới. Kali có ở một số loại quặng khác nhau, nhưng chỉ 2 loại quặng kali có khả năng khai thác công nghiệp là quặng trầm tích ở độ sâu từ 400 m đến trên 1000 m và các mỏ nước muối trong các hồ nước muối như ở khu vực Biển Chết (Trung Đông), Hồ Muối Lớn (Mỹ), hồ Qarhan ( Trung Quốc),v.v. Nhiều mỏ quặng kali trên thế giới đã được phát hiện trong quá trình thăm dò khai thác dầu mỏ trong những môi trường trầm tích. Hầu hết các mỏ quặng kali đều có những đặc điểm địa tầng chung, như nguyên liệu dạng "đá mềm" với các tính chất cơ học tương tự nhau, có các lớp đá trầm tích che phủ bên trên, v.v. Những loại khoáng kali có ý nghĩa kinh tế quan trọng nhất là sylvinit, sylvit, langbeinit, kainit và carnalit. Ở nhiều mỏ quặng kali trên thế giới, như mỏ Saskatchewan ở Canađa (cho đến nay là mỏ kali lớn nhất thế giới), quặng chủ yếu là sylvinit. Đây là hỗn hợp các tinh thể sylvit (KCl) và halit (NaCl) riêng rẽ, cùng với những kết tủa không tan như đất sét, cát, đôlômit (magiê-canxi cacbonat), hematit (sắt oxit) và anhydrit (canxi sunfat). Trong các loại quặng kali, sylvinit là loại quặng dễ chế biến nhất. Thông thường nó được khai thác và tinh chế với những lượng lớn để sản xuất KCl. Các sản phẩm phụ trong quá trình khai thác, chế biến quặng này là các muối NaCl và MgCl2, chúng được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất các hoá chất cơ bản phục vụ cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau. II. THỊ TRƯỜNG CÁC SẢN PHẨM KALI 1. Lĩnh vực sử dụng Khoảng 95% mức tiêu thụ kali trên thế giới phục vụ cho sản xuất các loại phân bón. Phần còn lại được sử dụng để sản xuất kali hydroxit và các hoá chất trung gian khác cho các ngành công nghiệp như sản xuất thuỷ tinh, chất tảy rửa, chất dẻo và dược phẩm. Kali clorua (KCl) là loại phân kali thông dụng nhất. Kali sunfat (K2SO4) là nguồn cung cấp kali quan trọng thứ 2, và sau đó là kali & magiê sunfat, kali nitrat, kali phốt phát, các dung dịch kali thiosunfat và kali polysunfua. Các loại muối kali khác như kali cacbonat, kali bicacbonat có ứng dụng hạn chế hơn. 2. Thị trường phân kali trên thế giới Có thể thấy, trong các thập niên 1960, 1970 của thế kỷ trước tiêu thụ phân kali đã tăng mạnh từ 8 triệu tấn lên 24 triệu tấn/năm, còn trong các thập niên 1980 và 1990 tiêu thụ phân kali giữ ổn định ở mức khoảng 24 triệu tấn/năm. Trong thời gian từ năm 2000 cho đến nay, tiêu thụ phân kali giảm xuống và ổn định ở mức khoảng 22 triệu tấn/năm. Cụ thể, phân bố mức tiêu thụ kali tại các khu vực trên thế giới trong thời gian 1960-2000 như sau: Đơn vị: Triệu tấn K2O Khu vực châu Liên Năm Âu 1960 Châu Các Châu châu Xô cũ Mỹ Phi Á 4,4 0,77 2,3 0,1 0,81 0,1 8,48 1970 7,34 2,57 4,65 0,23 1,25 0,25 16,29 1980 8,33 4,9 7,93 0,37 2,56 0,3 24,39 nước khác Tổng số 1990 6,59 5,61 6,87 0,44 5,21 0,34 24,61 1995 4,9 0,94 7,41 0,4 6,35 0,55 20,55 2000 4,2 0,74 8,12 0,44 7,91 0,74 22,15 Thị trường phân kali tại châu Á Nhu cầu phân kali tại châu Á hiện nay khá cao và đang tăng nhanh. Tiêu thụ phân kali trong khu vực đã tăng đến khoảng 9,1 triệu tấn (quy theo K2O) trong năm 2003. Nhu cầu tại đây tăng với tốc độ cao hơn (55,6%/năm) so với mức trung bình toàn thế giới (2%/năm), nhưng năm 2003 đã có bước tăng đột biến 11% so với 2002. Trong thời kỳ 19931994, tiêu thụ phân kali tại châu Á mới chiếm khoảng 23 % tổng mức tiêu thụ toàn cầu, thì đến 2004-2005 đã chiếm 37 % và dự báo sẽ tăng đến 40% vào thời kỳ 2005-2006. Hiện nay, Trung Quốc (TQ) là nước tiêu thụ phân kali lớn nhất ở châu Á, chiếm 43% tổng nhu cầu tại châu lục này, tiếp theo là Ấn Độ chiếm 19 %, Malayxia chiếm 9 %. Các nước khác như Nhật Bản, Inđônêxia, Hàn Quốc cũng tiêu thụ những lượng phân kali lớn. TQ cũng sẽ tiếp tục là nước có mức tăng nhu cầu kali nhanh nhất ở châu Á. Dự báo, nhu cầu phân kali của nước này trong 10 năm tới có thể tăng gấp đôi, vì các nhà nông học đang khuyến khích nông dân tăng cường bón phân kali để giảm sự mất cân đối do sử dụng thiên về đạm. Tại các nước châu Á hiện cũng có xu hướng trồng các loại cây với nhu cầu kali cao, ví dụ các cây trồng cho mục đích xuất khẩu (đặc biệt là cọ dừa như ở Malayxia, Inđônêxia) hoặc cây lương thực (Việt Nam, Inđônêxia). Theo Tổ chức Nông Lương (FAO) của LHQ, dự báo nhu cầu phân kali trên toàn thế giới sẽ tiếp tục tăng với tốc độ 2,7 triệu tấn/năm. châu Á chiếm 60% của mức tăng trưởng này. Nếu châu Á không sản xuất thêm phân kali thì sự mất cân đối cung cầu hiện nay sẽ ngày càng tăng - đến năm 2008 khu vực này sẽ phải nhập gần 17 triệu tấn quặng kali /năm. Nhìn chung, các quốc gia không có nguồn nguyên liệu kali thường vẫn phải nhập khẩu để đáp ứng nhu cầu về phân bón kali. Trên thực tế, hầu như toàn bộ nhu cầu phân kali của châu Á đều được đáp ứng nhờ nhập khẩu. Canađa, Nga và Bêlarusia chiếm 80% lượng phân kali được nhập vào khu vực. Do phân kali phải được nhập từ những nơi xa dưới dạng hàng rời đóng bao, nên chi phí vận chuyển khá cao. Ví dụ, tháng 12/2004 giá quặng kali tại Vancuvơ (Canađa) là 120-130 USD/tấn, FOB, khi vận chuyển đến châu Á phải cộng thêm chi phí vận chuyển khoảng 15-40 USD/tấn. Vì vậy, đây cũng là một trong những động lực thúc đẩy sự phát triển của sản xuất phân kali ngay trong khu vực. Công ty Asia Pacific Potash (hiện đang phát triển mỏ kali Udon Thani tại Somboon, Thái Lan), cho rằng chi phí sản xuất phân kali tại Thái Lan, cộng với chi phí vận chuyển đường sắt và đưa lên tàu thuỷ sẽ thấp hơn 50 USD/tấn. 3. Cung cầu phân kali trên thế giới Nhìn chung, trong những năm qua và dự báo tới năm 2010 năng lực sản xuất vẫn cao hơn so với nhu cầu tiêu thụ phân kali. 4. Thị trường phân kali tại Việt Nam Dự báo nhu cầu phân bón KCl tại Việt Nam (tính theo hàm lượng dinh dưỡng K2O) như sau : Đơn vị: 1000 tấn Giai đoạn Nhu cầu chất dinh Nhu cầu dưỡng K2O phân KCl 2001-2005 534 890 2006-2010 598 996 2011-2015 669 1115 Như vậy, theo dự báo thì vào thập niên tới nhu cầu phân bón KCl ở nước ta sẽ vượt ngưỡng 1 triệu tấn/năm. Tình hình nhập khẩu phân KCl của Việt Nam: Hiện nay Việt Nam đang phải nhập khẩu toàn bộ KCl với số lượng như sau: Đơn vị: tấn Năm 2000 Dự kiến năm 2005 531.000 600.000 5. Giá KCl trên thế giới và tại Việt Nam 5.1.Trên thế giới Trong hơn 10 năm qua, giá phân KCl (loại tiêu chuẩn) xuất khẩu từ Canađa, nước sản xuất phân kali lớn nhất thế giới, dao động ở mức 107-120 USD/tấn (FOB tại cảng Vancuvn Tương tự các loại khoáng chất khác, giá các loại sản phẩm muối kali cũng phụ thuộc thành phần hóa học và sự phân bố cỡ hạt của chúng. Muối kali đạt chất lượng dùng làm phân bón được bán trên thị trường có hàm lượng K2O tối thiểu 60% và được phân loại theo các dạng sau : sản phẩm hạt to, sản phẩm hạt nhỏ, sản phẩm loại tiêu chuẩn, sản phẩm hạt mịn. Cùng một loại quặng với thành phần hóa học như nhau, sản phẩm hạt càng to thì giá bán càng cao. Quy cách cỡ hạt đối với muối kali đạt chất lượng phân bón trên thị trường thế giới : Tỷ lệ lọt sàng (% tích luỹ) Cỡ sàng Tyler (mesh) Lỗ sàng (mm) Sản Sản phẩm phẩm hạt to hạt nhỏ 6 3,360 25,0 17,5 8 2,380 73,0 53,0 10 1,680 97,0 88,0 Sản phẩm Sản phẩm tiêu hạt mịn chuẩn 7,0 14 1,190 20 99,5 98,8 29,0 0,841 99,5 50,0 0,2 28 0,600 99,7 78,0 1,0 35 0,420 87,0 16,0 65 0,210 98,0 77,0 100 0,149 93,0 5.2. Tại Việt Nam Giá phân kali clorua tại Việt Nam (CIF Hải Phòng) tháng 11/2003 ở mức 141 USD/tấn và tháng 3/2004: 150-160 USD/tấn (dạng bột) và 180-190 USD/tấn (dạng hạt). Hiện nay giá mua KCl ở mức khoảng 150 USD/tấn (FOB cảng Vancuvơ, Canađa) và giá nhập đến Việt Nam (CIF Thành phố Hồ Chí Minh) khoảng 210-220 USD/tấn. III. TRỮ LƯỢNG, TÌNH HÌNH KHAI THÁC VÀ SẢN XUẤT MUỐI KALI TRÊN THẾ GIỚI Trong khi phân đạm có thể được sản xuất từ bất cứ nguồn nhiên liệu hoá thạch nào và phân lân có thể được sản xuất từ quặng phôtpho được phân bố khá rộng rãi trên thế giới, thì khả năng sản xuất phân kali tương đối bị hạn chế, vì chỉ rất ít quốc gia có quặng chứa kali. Hiện nay, chỉ 15 nước trên thế giới có trữ lượng quặng kali quy mô lớn và có ngành sản xuất phân kali với sản lượng đáng kể, tập trung chủ yếu ở châu Âu, châu Mỹ, Trung Đông. Nhưng một số nước (ví dụ Pháp) đã khai thác gần hết trữ lượng quặng kali của mình, một số nước khác hoặc sẽ gặp phải những trở ngại kỹ thuật nếu muốn tăng sản lượng phân kali. Ví dụ, một số mỏ muối kali của Canađa đang gặp khó khăn do bị ngập nước. Trong tình hình chung hiện nay, thương mại quốc tế đối với phân kali bị chi phối bởi 6 nước sản xuất chính, chiếm 90% công suất phân kali toàn cầu. Đó là : Canađa, Nga, Belarus, Đức, Ixraen, Gioocđani. Canađa và các nước Liên Xô cũ là những nước cung cấp phân kali hàng đầu cho châu Á. Hiện tại, nước sản xuất phân kali duy nhất ở châu Á là TQ. Nhưng Thái Lan cũng có hai mỏ kali lớn sẽ bắt đầu đi vào sản xuất trong vài năm tới. 1. Trữ lượng kali trên thế giới Trữ lượng quặng kali trên thế giới hiện nay được thống kê ở mức 17,8 tỉ tấn quy đổi theo K2O, trong đó 8,4 tỉ tấn được xác định là có khả năng khai thác thương mại. Với nhu cầu tiêu thụ kali trên thế giới hiện nay (khoảng 20-25 triệu tấn/năm) thì nguồn nguyên liệu kali còn đủ đáp ứng nhu cầu trong nhiều thế kỷ tới. Các loại khoáng sản chứa kali là : Khoáng sản Hàm lượng Thành phần K 2O (% khối lượng) Clorua: Sylvinit Hỗn hợp KCl.NaCl khoảng 28 Sylvit KCl 63,1 Carnalit KCl.MgCl2.6HÂÂ2O 17 Kainit 4KCl.4MgSO4.11HÂÂ2O 18,9 Hanksit KCl.9Na2SO4.2Na2CO3 3 Sunfat: Polyhalit K2SO4.2MgSO4.2CaSO4.2HÂ- 15,5 Â2O Langeinit 22,6 K2SO4.2MgSO4 Leonit 25,5 K2SO4.MgSO4.4HÂÂ2O Schoenit 23,3 K2SO4.MgSO4.4HÂÂ2O Krugit 10,7 K2SO4.MgSO4.4CaSO4.2HÂ- Glaserit Syngenit Aphthitalit Kalinit Alunit Â2O 3K2SO4.Na2SO4 K2SO4.CaSO4.HÂÂ2O (K,Na)2SO4 42,6 28,8 29,8 9,9 11,4 Trữ lượng quặng kali tại các nước trên thế giới như sau : Nước Trữ lượng quặng kali (triệu tấn K2O) Canađa 9.700 Nga 2.200 Belarus 1.000 Đức 850 Thái Lan 800 Braxin 600 Gioocđani 580 Ixraen 580 Trung Quốc 450 Mỹ 300 Anh 30 Các nước khác 700 Tổng cộng toàn thế 17.800 giới Những mỏ kali lớn trên thế giới là : mỏ Saskatchewan (Canađa), mỏ New Brunsvick (Canađa), mỏ Boulby (Anh), mỏ Zechstein (Đức), mỏ New Mexico (Mỹ), mỏ Udon (Thái Lan),v.v. Canađa là nước có trữ lượng kali lớn nhất trên thế giới (chiếm khoảng 40% trữ lượng kali thế giới). Phần lớn các mỏ muối kali của Canađa nằm ở những địa tầng dày, trải phẳng của tỉnh Saskatchewan, chúng chạy dài thành những lớp với chiều dài khoảng 720 km và chiều rộng khoảng 240 km. Muối kali nằm ở độ sâu từ 1000 m đến 3000 m, tổng trữ lượng ước tính đạt 6,7 tỷ tấn K2O. Thái Lan có khoảng 800 triệu tấn muối mỏ kali chủ yếu là carnalit và sylvinit ở vùng Udon. Các mỏ ở Udon chủ yếu chứa quặng sylvinit và một tỷ lệ nhỏ các chất không tan như đất sét, hematit, thạch anh, sunfat và borat. Các mỏ muối kali tại các nước SNG chủ yếu là carnalit nên chi phí tinh chế cao. TQ là nước tiêu thụ phân kali lớn thứ hai trên thế giới (sau Mỹ), nhưng bản thân nước này chỉ có trữ lượng muối kali không lớn, chủ yếu là nguồn muối kali ở hồ nước muối Quarhan. Ngoài những mỏ ngầm dưới lòng đất và mỏ nước muối, còn một lượng kali rất lớn nằm trong nước biển các đại dương, nhưng hiện nay việc khai thác không có hiệu quả kinh tế cao. Chất lượng muối mỏ kali ở một số nước như sau : Hàm lượng K2O Hàm lượng KCl (% khối lượng) (% khối lượng) Mỹ 18-25 28,5-39,6 Canađa 18-25 28,5-39,6 Quốc gia CHLB Đức 10-20 15,8-31,7 Các nước Liên Xô cũ 10-22 15,8-34,9 Thái Lan 16-27 - Chất lượng muối mỏ kali của các nước khác nhau chủ yếu là do các nước có các chủng loại khoáng sản chứa kali khác nhau và hàm lượng kali trong cùng loại khoáng sản của các nước cũng khác nhau. 2. Năng lực sản xuất muối mỏ kali trên thế giới Năng lực sản xuất phân bón chứa kali trên thế giới đã tăng mạnh trong thế kỷ trước để đáp ứng các yêu cầu phát triển về dinh dưỡng đối với cây trồng. Trong giai đoạn 1998-2001, sản lượng kali dao động ổn định ở mức 25,4-25,8 triệu tấn/năm so với mức tiêu thụ khoảng 21,9-22,8 triệu tấn/năm. Hiện nay, trên thế giới chỉ có một số nhỏ các nhà sản xuất kali quy mô lớn (khoảng 14 nhà sản xuất) cung cấp toàn bộ các sản loại sản phẩm kali cho tất cả các khu vực trên toàn cầu. Bốn nước có năng lực sản xuất lớn nhất trên thế giới là Canađa, LB Nga, Belarus và Đức. Sản lượng kali thế giới giao động ở mức 25-26 triệu tấn K2O, với tốc độ tăng trưởng khoảng 2-3%/năm. Các khu vực nhập khẩu chính (châu Á và Mỹ Latinh) sẽ còn tiếp tục phụ thuộc vào nước ngoài vì mức chênh