Tài liệu Nghiên cứu khả năng thu hồi niken trong quặng mỏ crômit cổ định, thanh hoá

céng hßa x∙ héi chñ nghÜa viÖt nam Bé c«ng th−¬ng ViÖn khoa häc vµ c«ng nghÖ Má - LuyÖn kim B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG THU HỒI NIKEN TRONG QUẶNG MỎ CRÔMIT CỔ ĐỊNH-THANH HÓA Chñ nhiÖm ®Ò tµi: KS. Vò t©n c¬ 6854 15/5/2008 thµnh phè HÀ NỘI – 2007 1 Báo cáo tổng kết đề tài NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN 1. Vũ Tân Cơ Kỹ sư Tuyển khoáng 2. Chu Văn Hoàn Kỹ sư Tuyển khoáng 3. Vũ Văn Hà Kỹ sư Tuyển khoáng 4. Nguyễn Bảo Linh Kỹ sư Tuyển khoáng 5. Đặng Xuân Tuyên Kỹ sư Tuyển khoáng 6. Nguyễn Đức Minh Kỹ sư Hóa 7. Trần Đức Dũng Kỹ thuật viên Tuyển khoáng Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 2 Báo cáo tổng kết đề tài MỤC LỤC Chương 1 .............................................................................................................7 TỔNG QUAN .................................................................................................7 1.1. Vài nét về khoáng vật và quặng niken. ................................................7 1.2. Các ứng dụng chủ yếu của niken. ........................................................8 1.3. Những phương pháp tuyển quặng niken. .............................................9 1.4. Sơ lược về Mỏ Crômit Cổ Định Thanh Hoá......................................11 1.5. Yêu cầu về chất lượng quặng tinh niken............................................13 Chương 2 ...........................................................................................................14 CHUẨN BỊ MẪU NGHIÊN CỨU ...............................................................14 2.1. Mục tiêu và yêu cầu nghiên cứu: .......................................................14 2.2. Mẫu nghiên cứu..................................................................................14 2.2.1. Gia công mẫu. .............................................................................14 2.3. Nghiên cứu thành phần vật chất mẫu:................................................15 2.3.1. Phương pháp nghiên cứu:............................................................15 2.3.2. Kết qủa nghiên cứu: ....................................................................16 2.3.3. Nhận xét kết quả nghiên cứu thành phần vật chất mẫu. .............19 Chương 3 ...........................................................................................................20 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .........................................................................20 3.1. Chế độ nghiền quặng..........................................................................20 3.1.1. Thời gian nghiền. ........................................................................20 3.1.2. Xác định chế độ nghiền...............................................................21 3.2. Thăm dò các phương án công nghệ. ..................................................23 3.2.1. Sơ đồ nung hoàn nguyên - tuyển từ. ..........................................23 3.2.2. Sơ đồ nung sunfua hóa – tuyển nổi.............................................25 3.2.2.1. Xác định chất sunfua hóa. ....................................................26 3.2.2.2. Xác định thời gian nung.......................................................27 3.2.2.2. Xác định chế độ nhiệt...........................................................29 3.2.3. Sơ đồ nung thiên tích – tuyển nổi. .............................................30 3.2.3.1. Chế độ thuốc tuyển cho khâu tuyển nổi...............................30 3.2.3.2. Nghiên cứu thăm dò một số chế độ nung. ...........................31 3.2.4 Thăm dò các khả năng hòa tách bằng axit. ..................................33 3.2.5. Thăm dò các sơ đồ tuyển.............................................................34 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................38 1. Kết luận. ................................................................................................38 2. Kiến nghị. ..............................................................................................39 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................40 PHỤ LỤC ......................................................................................................41 Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 3 Báo cáo tổng kết đề tài Danh mục bảng biểu Bảng 1. Thành phần quặng tinh từ quặng đồng - niken của một số nơi trên thế giới.....................................................................................................................13 Bảng 2. Thành phần hóa học chủ yếu của mẫu nghiên cứu..............................14 Bảng 3: Bảng thành phần khoáng vật theo cấp hạt. ..........................................16 Bảng 4: Kết quả nghiên cứu thành phần độ hạt mẫu nghiên cứu. ...................17 Bảng 5. Kết quả phân tích ICP mẫu nghiên cứu. ..............................................18 Bảng 6: Kết quả nghiên cứu độ mịn phụ thuộc thời gian nghiền. ....................20 Bảng 7: Kết quả nghiên cứu độ mịn nghiền tối ưu ...........................................22 Bảng 8: Kết quả thu hồi niken bằng phương pháp nung hoàn nguyên kết hợp với tuyển từ..............................................................................................................24 Bảng 9: Kết quả xác định các chất sunfua hóa. ................................................27 Bảng 10. Kết quả xác định thời gian nung........................................................28 Bảng 11. Kết quả xác định chế độ nhiệt cho khâu nung sunfua hóa. ...............29 Bảng 12. Kết quả xác định chủng loại thuốc tập hợp. ......................................31 Bảng 13. Kết quả tuyển nổi mẫu TT1. ..............................................................32 Bảng 14. Kết quả tuyển nổi mẫu TT2. ..............................................................32 Bảng 15. Kết quả tuyển nổi mẫu TT3. ..............................................................32 Bảng 16. Kết quả tuyển nổi mẫu TT4. ..............................................................33 Bảng 17. Kết quả tuyển nổi mẫu TT5. ..............................................................33 Bảng 18. Kết quả thí nghiệm hòa tách niken từ quặng crômit mỏ Cổ Định Thanh Hóa. ...................................................................................................................34 Bảng 19. Kết quả thí nghiệm theo sơ đồ hình 12..............................................35 Bảng 20. Kết quả phân tích ICP quặng tinh niken sơ đồ 1. ..............................35 Bảng 21. Kết quả thí nghiệm theo sơ đồ hình 13..............................................37 Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 4 Báo cáo tổng kết đề tài Danh mục hình vẽ Hình 1: Sử dụng niken trong các ngành công nghiệp khác nhau tại Mỹ. ...........8 Hình 2: Sơ đồ gia công mẫu..............................................................................15 Hình 3. Đường đặc tính độ hạt mẫu nghiên cứu. ..............................................17 Hình 4: Đồ thị biểu diễn tương quan giữa độ mịn và thời gian nghiền. ...........21 Hình 5: Sơ đồ thí nghiệm xác định chế độ nghiền...........................................21 Hình 6: Ảnh hưởng của độ mịn nghiền tới chỉ tiêu tuyển. ...............................23 Hình 7. Sơ đồ thí nghiệm nung từ hóa – tuyển từ.............................................24 Hình 8. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hàm lượng và thực thu niken trong quặng tinh niken. ...............................................................................................25 Hình 9. Sơ đồ thí nghiệm nung sunfua hóa – tuyển nổi....................................26 Hình 10. Ảnh hưởng của thời gian nung đến hàm lượng và thực thu niken trong quặng tinh. .........................................................................................................28 Hình 11. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hàm lượng và thực thu niken trong quặng tinh. .........................................................................................................30 Hình 12. Sơ đồ công nghệ nghiên cứu khả năng thu hồi niken từ quặng mỏ crômit Cổ Định – Thanh Hóa (sơ đồ 1). ...........................................................36 Hình 13. Sơ đồ công nghệ nghiên cứu khả năng thu hồi niken từ quặng mỏ crômit Cổ Định – Thanh Hóa (sơ đồ 2). ...........................................................37 Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 5 Báo cáo tổng kết đề tài MỞ ĐẦU Từ lâu niken đã là kim loại có vai trò quan trọng và được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành kỹ thuật khác nhau như chế tạo máy, hàng không, kỹ thuật tên lửa, chế tạo ôtô, máy hoá, kỹ thuật điện, chế tạo dụng cụ, công nghiệp hoá học, dệt, dụng cụ gia đình, thực phẩm… Khoảng 65% niken tiêu thụ ở phương Tây được dùng làm thép không rỉ, 12% được dùng làm "siêu hợp kim", 23% còn lại được dùng trong luyện thép, pin sạc, chất xúc tác và các hóa chất khác, đúc tiền, sản phẩm đúc và bảng kim loại... Nền công nghiệp nước ta đang trên đà phát triển mạnh, niken ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân. Toàn bộ các sản phẩm có thể chế biến từ quặng niken đều phải nhập khẩu với tổng giá trị khoảng 14,5 triệu USD năm 2005. Trữ lượng khoáng sản niken của nước ta khá nhỏ và tập trung chủ yếu ở tỉnh Sơn La: Mỏ niken Bản Phúc (có khoảng 400.000 tấn niken và 50.000 tấn đồng, với hàm lượng Ni = 0.53 %, hàm lượng Cu = 0.7 – 1.63 %). Ngoài ra theo kết quả điều tra thăm dò địa chất, nước ta còn có khoảng 3.1 triệu tấn niken tồn tại ở mỏ Crômit Cổ Định – Thanh Hóa. Tuy nhiên với công nghệ hiện tại đang áp dụng sản xuất ở mỏ Crômit Cổ Định Thanh Hóa mới chỉ thu hồi được quặng tinh crôm, chưa thu hồi được các nguyên tố có ích đi kèm là niken, côban gây lãng phí và làm giảm hiệu quả sử dụng tài nguyên. Hiện nay nguồn cung cấp niken đã không đủ để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ đang có xu hướng gia tăng. Dự trữ niken năm 2004 đã giảm hơn 20 %, xuống chỉ còn 76 ngàn tấn, giá niken đến tháng 6 năm 2007 đã lên tới trên dưới 50.000 USD/tấn so với mức giá bình quân 8.800 USD/tấn của năm 2003. Để nâng cao giá trị kinh tế, tiềm năng của tài nguyên và đáp ứng nhu cầu về chất lượng của nguyên liệu niken cho luyện kim, việc nghiên cứu các hướng công nghệ tuyển, các khả năng thu hồi quặng tinh chứa niken đạt chất lượng tiêu Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 6 Báo cáo tổng kết đề tài chuẩn cung cấp cho luyện kim nhằm thu hồi niken một cách có hiệu quả đối với quặng mỏ Crômit Cổ Định trong bối cảnh hiện nay là hết sức cần thiết. Đề tài “Nghiên cứu khả năng thu hồi niken trong quặng mỏ Crômit Cổ Định Thanh Hóa” do Viện Khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim thực hiện nhằm giải quyết hướng đi cho vấn đề trên. Đề tài được triển khai tại Phòng Nghiên cứu công nghệ Tuyển khoáng Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim. Phân tích hóa các sản phẩm trong quá trình nghiên cứu do phòng Phân tích hóa lý Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim đảm nhiệm. Phân tích đối chứng tiến hành tại Trung tâm phân tích và thí nghiệm địa chất, Cục Địa chất Việt Nam. Các phân tích trọng sa, thạch học và rơnghen được phân tích tại Viện Địa chất Khoáng sản, Trung tâm phân tích và thí nghiệm địa chất và trung tâm vật liệu mới Trường đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 7 Báo cáo tổng kết đề tài Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Vài nét về khoáng vật và quặng niken. Trong tự nhiên có tới 55 khoáng vật chứa niken, đại đa số các khoáng vật niken được tạo thành ở nhiệt độ và áp suất cao, đồng thời chúng còn được tạo thành trong quá trình nguội dần của magma. Các mỏ niken thường chứa một trong hai loại quặng: Quặng sunfua magma, thành phần chính là pentlandit (Ni,Fe)9S8 và quặng laterit, thành phần chính của quặng có chứa niken là limônit (Fe,Ni)O(OH) và garnierit (niken silicat ngậm nước (Ni,Mg)6(Si4O10)(OH)8.4H2O). Tùy thuộc vào quá trình thành tạo, các quặng sunfua niken được chia ra làm các loại sau: - Các loại quặng xâm nhiễm: Đây là loại phổ biến nhất trong các loại quặng sunfua niken. Các khoáng vật sunfua trong các loại quặng này được phân bố giữa các lớp ôlêvin, secpentin hóa và pirôxen. - Các loại quặng hình dăm: Đây là các loại quặng giầu, hàm lượng niken từ 2 đến 25%. Quặng phân bố ở các nếp gẫy của secpentin, philit…và nằm trong các khối sunfua hạt mịn, bao gồm các khoáng pyrôtin, pentlandit, chancôpyrit. - Các loại quặng đặc xít: Các loại quặng đặc xít gần liền với quặng hình dăm ở phần dưới của thân quặng, chúng gồm chủ yếu là pyrôtin, pentlandit và chancôpyrit. Các loại quặng niken silicat: Đây là đất đá rời và bùn phong hóa siêu basic. Đặc trưng của loại này là hàm lượng niken không cao, thường nhỏ hơn 1% nhưng có trữ lượng rất lớn. Các khoáng vật chính của chúng là: Garnierit, ((Ni,Mg)6(Si4O10)(OH)8), nepuit, pherigaluarit. Tỷ lệ niken:côban trong các quặng này từ 20-30:1. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 8 Báo cáo tổng kết đề tài 1.2. Các ứng dụng chủ yếu của niken. Niken có nhiều tính chất đặc biệt: Cứng nhưng lại dẻo, dễ cán kéo và rèn nên dễ gia công thành nhiều dạng khác nhau như tấm mỏng, băng, ống… do có nhiệt độ nóng chảy cao, nên được dùng rộng rãi trong kỹ thuật nhiệt độ cao. Niken không bị ôxi hoá khi để lâu trong không khí ở nhiệt độ cao đến 5000C và có độ bền chống ăn mòn và độ bền cơ cao hơn các kim loại màu khác. Hợp kim niken có nhiều tính chất quý: Bền, dẻo, chịu axit, chịu nhiệt, điện trở cao... nên được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp: Chế tạo máy, hàng không, kỹ thuật tên lửa, chế tạo ôtô, máy hoá, kỹ thuật điện, chế tạo dụng cụ, công nghiệp hoá học, dệt, dụng cụ gia đình, thực phẩm…. Hình 1: Sử dụng niken trong các ngành công nghiệp khác nhau tại Mỹ. CN khác 10% Giao thông 36% Hoá chất 14% CN dầu khí 6% Chế tạo máy 6% Thiết bị điện 12% CN đồ gia dụng 6% Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Xây dựng 10% Năm 2007 9 Báo cáo tổng kết đề tài Thép không rỉ thường chứa 6 - 8% Ni (18 - 20% Cr) dùng làm vật liệu chống ăn mòn và chống axit trong công nghiệp đóng tàu, thiết bị hoá học. Hợp kim chịu nóng niken với crôm (niken là thành phần chủ yếu) là vật liệu vô cùng quan trọng, được dùng để chế tạo cánh động cơ phản lực, ống chịu nóng và nhiều chi tiết của máy bay phản lực và tuốc bin khí. Nicrôm là hợp kim chứa 75 - 85% Ni, 10 - 20% Cr và một ít sắt dùng làm dây nung, hợp kim này có điện trở cao và không bị ôxi hóa ở nhiệt độ cao. Hợp kim pecmaloi là hợp kim niken với sắt có độ thẩm từ lớn, được dùng trong kỹ thuật điện. Niken còn được dùng (làm chất phủ bảo vệ) để bảo vệ các kim loại màu khác khỏi bị ăn mòn bằng cách mạ. Một số lượng lớn niken dùng để chế tạo acquy kiềm có dung lượng cao và bền. Ngoài ra niken còn được dùng làm chất xúc tác thay cho platin đắt tiền. 1.3. Những phương pháp tuyển quặng niken. Hiện nay công nghệ tuyển khoáng mới chỉ tuyển các loại quặng sunfua niken mà chủ yếu là sunfua đồng – niken và một phần nhỏ quặng arsen chứa niken. Các phương pháp tuyển quặng niken silicat đang được tiếp tục nghiên cứu, vẫn chưa được ứng dụng ở sản xuất. Phần lớn quặng niken có hàm lượng lớn hơn 1% niken và tất cả những quặng có hàm lượng niken lớn hơn 3% đều được đưa vào luyện kim mà không qua công đoạn làm giàu sơ bộ. Những quặng có hàm lượng từ 1 đến 3%, đôi khi có hàm lượng lớn hơn nữa, chỉ được làm giàu trong trường hợp chúng có chứa một lượng nhất định đồng nào đó[7]. *) Công nghệ tuyển các loại quặng sunfua chứa niken: Tính nổi của các khoáng vật sunfua niken gần với tính nổi của pyrit. Khi dùng các thuốc tập hợp có gốc mạch các bon dài thì tính nổi của chúng tốt hơn so với khi dùng các thuốc tập hợp có gốc mạch các bon ngắn. Tính nổi của pentlandit cao hơn so với pyrôtin, mặt khác tính nổi của chúng phụ thuộc nhiều vào mức độ thay đổi đồng hình của niken trong các khoáng vật bởi sắt và côban và còn phụ thuộc vào mức độ ôxy hóa của chúng. Pentlandit và pyrôtin bị ôxy Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 Báo cáo tổng kết đề tài 10 hóa khá nhanh so với các khoáng vật sunfua khác. Tính nổi của các khoáng vật này được cải thiện rõ rệt khi kích động chúng bằng đồng sunfat. Nếu cho thêm natri sunfua trước khi kích động bằng đồng sunfat sẽ làm tăng khả năng hấp phụ của xantat lên bề mặt của pyrôtin và pentlandit. Đối với quặng đồng – niken, các nhà máy tuyển khoáng trên thế giới hiện nay thường áp dụng một trong 3 sơ đồ công nghệ sau: - Tuyển tập hợp các khoáng vật đồng và niken từ quặng đầu, bỏ qua việc tuyển tách quặng tinh tập hợp. - Tuyển tập hợp đồng và niken, sau đó tuyển tách riêng đồng và niken từ quặng tinh tập hợp thành các quặng tinh riêng rẽ. - Tuyển tách trực tiếp đồng rồi đến niken từ quặng đầu. *) Công nghệ tuyển các loại quặng niken laterit. Đối với quặng niken laterit có hàm lượng niken lớn hơn 0.7% đã có thể là nguyên liệu cung cấp cho luyện kim (thủy luyện) để xử lý, thu hồi niken có hiệu quả. Đại đa số các dự án tính cho khai thác chế biến quặng niken với hàm lượng 0.75-1.5% niken sử dụng công nghệ thủy luyện autoclav. Các dự án mới nhất năm 2006 dự kiến khai thác, chế biến quặng niken nghèo với hàm lượng đến 0.5% niken và đều sử dụng công nghệ thủy luyện mới như Activox, PLASTON, CESL … Các khoáng vật chứa niken trong các quặng niken laterit thường gặp là limônit (Fe,Ni)O(OH) và đa số ở dạng silicat ngậm nước, chủ yếu là garnierit ((Ni,Mg)6(Si4O10)(OH)8), nepuit, pherigaluarit. Khi tuyển các loại quặng chứa các khoáng vật này thường phải áp dụng sơ đồ tổng hợp với việc sử dụng phương pháp thiên tích[3] Học viện Mekhanobr (Nga) đã nghiên cứu công nghệ tuyển đối với quặng niken oxit mỏ Buruktal gồm các công đoạn: Nung quặng có độ hạt -12 + 0 mm trong thời gian 1 giờ ở nhiệt độ 13000C, sau đó nghiền và tuyển nổi. Quặng tinh thu được có hàm lượng niken 4 – 4.5 %, thực thu 90 – 92 %[2]. Ở Nhật khi Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 11 Báo cáo tổng kết đề tài tuyển quặng laterit chứa niken có hàm lượng từ 0.44 % - 1.13% Ni bằng sơ đồ hỗn hợp: Quặng đầu đem trộn với 5 % clorua canxi, 2 – 3 % than rồi nung ở nhiệt độ 12700C trong thời gian 1 giờ, thiêu phẩm nhận được đem khuấy 30 phút trong dung dịch CuSO4 ở nhiệt độ 600C, sau đó cho thêm Na2S và H2SO4 đến pH = 6 và tuyển nổi. Quặng tinh thu được chứa 4 – 8 % Ni, thực thu đạt 78 – 90 %. Với quặng niken laterit còn có thể dùng phương pháp nung khử - sunfua hóa rồi tuyển nổi, với quặng niken bị oxy hóa chứa khoảng 1 % niken, đem nung sunfua hóa ở nhiệt độ 7500C để thu được thiêu phẩm chủ yếu là sunfua niken. Thiêu phẩm đem nghiền và tuyển nổi đã thu được quặng tinh chứa từ 2.2 – 2.6 % Ni với thực thu 84 – 89 %[2]. Việc áp dụng công đoạn nhiệt hóa sơ bộ có ý nghĩa nhất định khi tuyển các loại quặng kim loại mầu và hiếm, người ta đã nghiên cứu các phương pháp chuẩn bị nguyên liệu cho tuyển nổi quặng oxit niken dựa trên sự hoàn nguyên quặng bằng bột cốc hoặc than ở nhiệt độ 850 – 9500C với tiêu hao chất khử 6 – 10% so với khối lượng quặng và sau đó sunfua hóa vật liệu đã được hoàn nguyên. Kết quả thí nghiệm bán công nghiệp ở xí nghiệp liên hiệp Iujuralniken (Nga) khi tuyển quặng có hàm lượng 0.6 % Ni đã nhận được quặng tinh tuyển nổi có hàm lượng niken từ 3 – 8 % với thực thu 80 – 85 %[5]. Quá trình gia công nhiệt nguyên liệu quặng trong một số trường hợp sẽ làm tăng tính hòa tách chọn lọc các cấu tử có ích: Khi nung hoàn nguyên quặng niken laterit của Ấn độ có hàm lượng ~ 1 % Ni và 72.5 % oxit sắt, sau khi hòa tách bằng axit đã thu được 86.6 % Ni trong dung dịch và chỉ có 4.7 % sắt. 1.4. Sơ lược về Mỏ Crômit Cổ Định Thanh Hoá. Mỏ Crômit Cổ Định Thanh Hoá thuộc địa phận của hai huyện Nông Cống và Triệu Sơn, cách thành phố Thanh Hoá khoảng 18 km, cách cảng Lê Môn 15 km. Năm 1927 người Pháp phát hiện ra mỏ Crômit và tiến hành khai thác từ năm 1930÷1940. Năm 1956 mỏ được thành lập, năm 1957 đoàn Địa Chất số 2 đã tiến hành thăm dò và đánh giá trữ lượng toàn mỏ. Những năm tiếp theo là năm 1959 đoàn Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 Báo cáo tổng kết đề tài 12 Địa Chất số 2, năm 1963 đoàn Địa Chất 34, năm 1981 đoàn Địa Chất 32 nay là Đoàn 401 đã tiếp tục thăm dò bổ xung toàn bộ các khu vực xung quanh vùng núi Nưa. Trữ lượng khoáng sàng Crômit Cổ Định Thanh Hoá là 20 784 000 tấn Cr2O3 , 3 067 000 tấn niken và 271 290 tấn côban, nằm trong diện tích 33 km2 [1]. Kết quả tìm kiếm thăm dò qua nhiều giai đoạn đã xác định được các tầng chứa quặng chủ yếu là thân quặng 1 (thân quặng dưới) và thân quặng 2 (thân quặng trên). Thân quặng dưới có quy mô trữ lượng lớn nhất mỏ. Tầng trầm tích chứa quặng được cấu tạo chủ yếu bởi lớp sét, cuội, sỏi, thứ yếu là sét xanh đen, sét xốp bở rời và sét hạt sắt. Thân quặng trên nằm trong lớp sét, cát, cuội sỏi có diện tích phân bố hẹp. Thành phần cát quặng cũng tượng tự như thân quặng dưới gồm: Sét 40 – 50%, bột 10 – 15%, cát 25 – 30%. Thân quặng trên và thân quặng dưới được phân cách bởi lớp cây mục, cát, sét. Chiều dày của lớp trung bình khoảng 3.5 m. Thành phần của lớp gồm cát và sét chiếm khoảng 60 – 85%, cây mục khoảng 15 – 40%. Khoáng sản chủ yếu của mỏ là crômit, ngoài ra các thành phần có ích đi kèm là Ni, Co và sét bentônit. Các khoáng vật thường gặp gồm: Crômit, hêmatit, sidorit, magnetit, serpentinit, olevin, pyrôxen, hocblen…Hàm lượng Cr2O3 trung bình dao động từ 2.83 đến 4.80%. Hàm lượng niken khoảng từ 0.39 – 0.64% và côban khoảng từ 0.035 – 0.059%. Năm 1958 chính phủ Trung Quốc giúp đỡ Việt Nam xây dựng một nhà máy tuyển khoáng với công nghệ tuyển trọng lực và khai thác bằng sức nước với các thiết bị tuyển trọng lực thông thường bao gồm máy lắng, bàn đãi cát, bàn đãi bùn, sàng song, sàng rung, hòm phân loại, phễu khử bùn, bể cô đặc, xyclon với các chỉ tiêu thiết kế như sau: Năng suất quặng nguyên 450000 t/năm; Hàm lượng quặng đầu 3% Cr2O3; Hàm lượng quặng tinh ≥ 46% Cr2O3; Năng suất quặng tinh 20 000 t/năm; Thực thu tuyển khoáng 70%. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 13 Báo cáo tổng kết đề tài 1.5. Yêu cầu về chất lượng quặng tinh niken. Một trong những tính chất đặc biệt khi tuyển các loại quặng niken là quặng tinh niken nhận được có hàm lượng niken thấp đáng kể. Quặng tinh sunfua niken có hàm lượng niken từ 10 – 15 % được coi là rất giầu, những loại quặng tinh như vậy rất hiếm khi nhận được. Thông thường hàm lượng niken trong quặng tinh sunfua niken thay đổi từ 3 – 6 %. Đối với quặng niken silicat hiện nay với hàm lượng từ 0.7 % trở lên đã được cung cấp cho thủy luyện để thu hồi niken. Bảng 1. Thành phần quặng tinh từ quặng đồng - niken của một số nơi trên thế giới. Tên quặng tinh Ni Cu Co Fe S SiO2 Niken-đồng 6.5 – 3.7 5.9 – 2.0 0.12 39 28 - Niken (nhà máy Tompson- Canađa) 7.8 0.2 - - - - Đồng 1.5 – 1.6 29 - 30 - 30 33 2 Pirôtin 0.1 – 1.55 0.05 – 0.17 Niken (Nhà máy tuyển Lin Leic) 10 – 14 1–2 Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim - 56 – 60 36 – 37 0.3 – 0.4 28 – 34 33 – 40 1–3 - Năm 2007 14 Báo cáo tổng kết đề tài Chương 2 CHUẨN BỊ MẪU NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu và yêu cầu nghiên cứu: Nghiên cứu khả năng thu hồi quặng tinh niken có hàm lượng > 1.2 % phục vụ cho luyện kim. 2.2. Mẫu nghiên cứu. Do đặc điểm tồn tại của nike, trong quá trình tuyển niken đã đi vào quặng thải nên mẫu nghiên cứu được lấy tại bãi thải của mỏ Crômit Cổ Định Thanh Hóa. Mẫu có khối lượng 250 kg và có các thành phần khoáng vật cơ bản như sau: Crômit, gơtit, hydroxit sắt, clorit, olevin, sét - kaolinit... Các thành phần hoá học chính của mẫu nghiên cứu được ghi trong bảng 2: Bảng 2. Thành phần hóa học chủ yếu của mẫu nghiên cứu. Thành phần Ni Co Fe2O3 MgO SiO2 Hàm lượng % 0.57 0.051 28.66 18.60 32.22 Trong quá trình nghiên cứu cũng đã tiến hành thí nghiệm kiểm tra với mẫu tự tạo. Mẫu được lấy từ khai trường khai thác của khu vực Mỹ Cái, sau khi tiến hành tuyển lấy quặng tinh cromit, phần quặng thải được sử dụng làm mẫu nghiên cứu thăm dò khả năng thu hồi niken của đề tài. 2.2.1. Gia công mẫu. Mẫu nghiên cứu được gia công theo sơ đồ hình 1. Khối lượng mẫu tối thiểu trong các quá trình phân chia, giản lược được tính theo công thức: Qmin > kd2, (kg). Trong đó: Qmin – Khối lượng mẫu tối thiểu, (kg). d – Độ hạt lớn nhất, (mm). k – Hệ số phụ thuộc, (Lấy k = 0.1) Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 15 Báo cáo tổng kết đề tài Hình 2: Sơ đồ gia công mẫu. Mẫu đầu Mẫu NC TPVC 1/4 Mẫu lưu Gia công -2mm Các mẫu thí nghiệm 2.3. Nghiên cứu thành phần vật chất mẫu: 2.3.1. Phương pháp nghiên cứu: Mẫu nghiên cứu thành phần khoáng vật được lấy từ mẫu nghiên cứu công nghệ tuyển khoáng. Đã áp dụng các phương pháp phân tích khác nhau như: Phân tích thạch học, phân tích rơnghen để xác định thành phần vật chất của mẫu nghiên cứu, ngoài ra còn sử dụng các phương pháp phân tích trọng sa, phân tích cấp hạt, phân tích hóa ... để xác định thành phần khoáng vật, thành phần hóa học và sự phân bố của các thành phần khoáng vật trong các cấp hạt. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 16 Báo cáo tổng kết đề tài 2.3.2. Kết qủa nghiên cứu: Các kết quả nghiên cứu và phân tích cho thấy thành phần khoáng vật của mẫu nghiên cứu chủ yếu gồm: Gơtit, hydroxit sắt, clorit, olevin, sét – kaolinit, crômit, fenspat v.v…Niken với hàm lượng thấp và chủ yếu nằm ở hai dạng chính là: Xâm tán mịn trong các khoáng vật sắt và trong các silicat niken như nepuit, willemseit, nimit, nikelalumit… Bảng 3 thể hiện thành phần khoáng vật theo cấp hạt được phân tích bằng phương pháp phân tích trọng sa nhân tạo. Kết quả phân tích thành phần độ hạt được ghi trong bảng 4 (xem thêm hình 3). Kết quả phân tích ICP mẫu nghiên cứu được nêu trong bảng 5 (xem chi tiết ở phụ lục 3). Các kết quả phân tích rơnghen xem phụ lục 4. Bảng 3: Bảng thành phần khoáng vật theo cấp hạt. Cấp hạt, mm Tên khoáng vật Sét – kaolinit +2 -2+1 - 1 + 0.5 - 0.5 + 0.04 -2 + 0.04 34 47 56 89 65 Clorit 12 9 4 1 5 Amfibol 12 6 7 1 5 Fenspat, Thạch anh 20 22 18 3 13 Cromit <1 ~1 ~1 ~1 ~1 Gơtit, hydroxit sắt 21 15 14 5 11 Từ bảng trên cho thấy sét – kaolinit chiếm chủ yếu trong mẫu, chiếm tới khoảng 65 %, thứ đến là fenspat, thạch anh khoảng 13 % và các khoáng vật sắt chiếm tới 12%, ngoài ra còn gặp một số khoáng vật khác như clorit, amfibol, mỗi thứ chiếm khoảng từ 5 - 6 %, crômit đến xấp xỉ 1 %. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 17 Báo cáo tổng kết đề tài Bảng 4: Kết quả nghiên cứu thành phần độ hạt mẫu nghiên cứu. TT Cấp hạt, mm Hàm lượng, % Thu hoạch, % Ni Phân bổ, % Co Ni Co 1 -5+2 12.73 0.59 0.058 13.29 14.55 2 -2+1 12.43 0.74 0.048 16.18 11.76 3 - 1 + 0.5 15.01 0.57 0.046 15.06 13.61 4 - 0.5 + 0.04 26.24 0.57 0.056 26.41 28.96 5 - 0.04 33.59 0.49 0.047 29.06 31.12 100.00 0.57 0.051 100.00 100.00 Quặng đầu Bảng 4 cho thấy cấp hạt thô + 2 mm khá nhiều, chiếm tới 12.73 %, cấp hạt mịn – 0,5 mm là 59.83 % và cấp – 0,04 mm chiếm tới 33.59 %. Hàm lượng niken trong các cấp hạt tương đối đồng đều, riêng cấp – 0.04 mm có thấp hơn chút ít (hàm lượng niken là 0.49 %) Hình 3. Đường đặc tính độ hạt mẫu nghiên cứu. 0.60 100 Hàm lượng Ni 90 0.50 Thu hoạch Ni, % 70 0.40 60 50 Phân bổ Ni, % 0.30 40 Hàm lượng, % Thu hoạch, Phân bổ, % 80 30 0.20 20 10 0 -5+2 0.10 -2+1 - 1 + 0.5 - 0.5 + 0.04 - 0.04 Cấp hạt, mm Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 18 Báo cáo tổng kết đề tài Bảng 5. Kết quả phân tích ICP mẫu nghiên cứu. Th. phần Ni Co Cr H.lượng % 0.57 0.051 0.75 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO SiO2 28.66 18.60 32.22 2.31 0.78 *) Mô tả các khoáng vật chủ yếu: Các khoáng vật chứa sắt: Chủ yếu là limônit, gơtit và một lượng rất nhỏ là manhêtit. Limônit (Fe2O3 ) có màu nâu, nâu sẫm, nâu đen, chúng tương đối mềm, các hạt khá tròn cạnh do bị phong hoá bào mòn ở dạng sa khoáng. Ở cấp hạt + 0,5 mm limônit rất tròn cạnh và bao thể cả crômpicôtit rất rễ bị vỡ khi có va đập hoặc ma sát mạnh. Thạch anh (SiO2): Có ở trong tất cả các cấp hạt, chúng có ánh thuỷ tinh, thấu quang và do bị nhuộm bởi hydroxit sắt nên thạch anh chuyển sang màu ánh vàng. Thạch anh có độ cứng cao, góc cạnh không bằng phẳng, dạng khối, dạng thù hình. Kích thước hạt thạch anh rất khác nhau, ở cấp hạt +2 mm cũng có những hạt thạch anh tự do. Fenspat: Phân bố tương đối đều trong các cấp hạt chúng có màu trắng, trắng xám, đôi khi có màu lục phớt xanh, tỷ trọng của fenspat thấp, không có từ tính và không tan trong axít. Crômpicôtit: Khoáng vật chứa crôm trong mẫu là crômpicôtit, hầu hết chúng ở dạng hạt tự do và chủ yếu tập trung cấp hạt - 0,5 mm, lượng cộng sinh không đáng kể và nằm ở cấp hạt +2 mm. Các khoáng vật chứa crôm ở dạng này đều có từ tính yếu, có một ít hạt có từ tính mạnh chúng bền vững trong axít. Màu sắc của khoáng vật chứa crôm dễ nhận biết, chúng có màu đen ánh kim, bột có màu nâu. Nhóm sét - kaolinit: Sét – kaolinit có màu trắng, trắng đục, rất mềm và thường xâm nhiễm với các hydroxit sắt, tập hợp này không bền vững trong axit HCl. Khi dùng HCl hoà tan nhóm khoáng vật này thì hầu như các hydroxit sắt bị tan, còn lại kaolinit và các khoáng vật khác không bị tác động bởi HCl. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 19 Báo cáo tổng kết đề tài Amfibol: Amfibol có màu trắng, trắng xám, ánh thủy tinh, tinh thể hình kim, hình sợi. Amfibol thường cộng sinh với epdot, clorit, thạch anh, zoizit và các khoáng vật khác. Nhóm clorit: Clorit có nhiều điểm giống khoáng mica, cắt khai giống mica, những vảy mỏng và dẻo không đàn hồi. Tỷ trọng của nhóm này thấp, màu sắc tương đối đa dạng: Màu lục, đen lục, màu tím hoặc hồng. 2.3.3. Nhận xét kết quả nghiên cứu thành phần vật chất mẫu. Các kết quả nghiên cứu thành phần vật chất mẫu cho thấy khoáng vật chủ yếu trong mẫu là sét – kaolinit, chiếm đến xấp xỉ 65 % và phân bố tăng dần từ cấp hạt thô đến các cấp hạt mịn. Fenspat và thạch anh chiếm khoảng 13 %, tiếp đến là các khoáng vật chứa sắt cũng chiếm đến xấp xỉ 12 %. Clorit và amfibol mỗi thứ chiếm khoảng 5 – 6 %. Ngoài ra còn gặp các khoáng vật khác như crômit, các khoáng vật silicat niken như: Nepuit, willemseit, nimit, nikelalumit… Niken với hàm lượng thấp và chủ yếu nằm ở hai dạng chính là: Xâm tán mịn trong các khoáng vật sắt và trong các silicat niken. Như vậy để thu hồi niken cần thiết phải có các giải pháp tách các khoáng vật chứa sắt và các khoáng chứa niken ra khỏi tập hợp các khoáng vật như fenspat, thạch anh, amfibol, clorit và các khoáng sét – kaolinit … Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007