Kết quả nghiên cứu thu hồi niken trong quặng thải mỏ crôm Cổ Định, Thanh Hóa bằng phương pháp nung sunfua hóa tuyển nổi

Kết quả nghiên cứu khẳng định khả năng và hiệu quả tuyển tận thu niken bằng phương pháp nung sunfua hóa tuyển nổi cho quặng thải mỏ crômit Cổ Định, Thanh Hóa hoàn toàn hiện thực

Nickel recovering from Co Dinh ore waste by thermal sulfuzation

Nguyễn Văn Chiến, Trần Thị Hiến Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim

Tóm tắt

    Kết quả nghiên cứu tuyển thu hồi niken trong quặng thải mỏ crômit Cổ Định, Thanh Hóa bằng phương pháp nung sunfua hóa (tuyển nổi đã thu được quặng tinh niken có hàm lượng 1,21% Ni, thực thu 67,44% Ni tạo điều kiện cho các khâu xử lý luyện kim tiếp sau.

Abstract

    A refined ore containing 1,21%Ni has been recovered from the Co Dinh ore waste by thermal sulfuration. The real revenue was of 67,44%Ni.

1. Mở đầu

    Hiện nay, công nghiệp nước ta trên đà phát triển mạnh, niken ngày càng 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.Trữ lượng khoáng sản niken của nước ta khá nhỏ và tập trung chủ yếu ở tỉnh Sơn La (mỏ niken Bản Phúc). Ngoài ra, theo kết quả điều tra thăm dò địa chất, nước ta còn có khoảng hơn ba triệu tấn niken, khoảng 283 ngàn tấn côban tồn tại ở mỏ crômit Cổ Định, Thanh Hóa [1, 2]. Tuy nhiên, với công nghệ đang áp dụng sản xuất ở mỏ crômit Cổ Định, Thanh Hóa mới chỉ thu hồi được quặng tinh crôm, chưa tận thu được các nguyên tố có ích đi kèm là niken, côban [3]. Để nâng cao giá trị kinh tế, tận thu tài nguyên, tránh lãng phí, tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên một cách hợp lý, việc nghiên cứu thu hồi niken từ quặng thải mỏ crômit Cổ Định, Thanh Hóa đạt chất lượng quặng tinh cung cấp cho luyện kim với hàm lượng <1,2%Ni trong bối cảnh hiện nay là hết sức cần thiết.

2. Thực nghiệm

    Các kết quả nghiên cứu và phân tích cho thấy thành phần khoáng vật chính của mẫu nghiên cứu gồm gơtit, limônit, antigorit, thạch anh, amfi- bol, fenspat, v.v... Khoáng vật chủ yếu là sét - kaolinit. 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 trong các khoáng vật chứa sắt và trong các khoáng silicat chứa 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...

    Để có thể tận thu niken trong quặng thải mỏ crômit Cổ Định, Thanh Hóa nhất thiết phải sử dụng công nghệ tiền xử lý. Bài viết này chỉ đề cập đến kết quả nghiên cứu nung sunfua hóa (tiền xử lý) - tuyển nổi, niken trong thiêu phẩm chủ yếu tồn tại ở dạng sunfua. Sau khi nghiền thiêu phẩm đã sử dụng phương pháp tuyển nổi để thu hồi niken trong sản phẩm bọt.

3. Kết quả và thảo luận

    Nghiên cứu tuyển thu hồi niken trong quặng thải có chứa hàm lượng 0,64% niken mỏ crômit Cổ Định, Thanh Hóa bằng phương pháp nung sunfua hóa tuyển nổi thu được kết quả sau đây:

3.1. Chế độ tiền xử lý

    Để nung sunfua hóa các loại quặng ôxyt, hỗn hợp olevin, laterit chứa niken... người ta thường dùng các chất sunfua hóa khác nhau, đối với mẫu nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm với các chất sunfua hóa như: pyrit (FeS₂), sunfat natri (Na₂SO₄), thạch cao (CaSO₄) [4, 5].

    Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ rõ các quá trình sunfua hóa trải qua 3 thời kỳ:

- Thời kỳ ủ mầm pha sunfua hóa; - Thời kỳ mầm phát triển theo các cạnh, gờ; - Thời kỳ phát triển thẳng đứng so với bề mặt của lớp sunfua tạo ra.

    Vào thời kỳ đầu tiên, trên bề mặt hạt khoáng cần sunfua hóa tạo ra màng sunfua dầy đặc, bao gồm các tinh thể định hướng vô trật tự với độ lớn khoảng chục A0. Cuối thời kỳ này có những hạt tạo ra các tinh thể có mạng liên kết định hướng chặt chẽ với mạng tinh thể có trong hạt khoáng. Tiếp đó, các hạt tinh thể tiếp tục lan theo các cạnh ra toàn bề mặt rồi phát triển thành lớp sun- fua bền chắc từ bề mặt hạt khoáng [6].

    Chế độ sunfua hóa như sau:

- Chất sunfua hóa: pyrit (FeS₂) 10% (khối lượng quặng đầu) - Thời gian nung: 1 giờ 30 phút - Nhiệt độ nung: 800°C.

    Sau khi nghiền thiêu phẩm, dùng phương pháp tuyển nổi và sử dụng các thuốc tuyển: Na₂CO₃, Na₂SiO₃, Na₂S; CuSO₄, xantat; dầu thông và kết quả được trình bày ở bảng 1.

Bảng 1. Kết quả thí nghiệm chế độ tiền xử lý

3.2. Kết quả thí nghiệm tuyển nổi

    Chế độ nghiền quặng

    Kết quả các thí nghiệm chế độ nghiền tối ưu cho thấy độ mịn nghiền đến 81% cấp - 0,071mm là tốt nhất, điều này cũng chứng tỏ độ hạt cần thiết cho tuyển nổi mẫu nghiên cứu là không quá mịn. Nếu nghiền mịn hơn, các chỉ tiêu tuyển đều giảm.

    Chế độ thuốc tuyển

    - Xác đinh chế độ thuốc điều chỉnh môi trường: Ni trong thiêu phẩm chủ yếu tồn tại ở dạng sunfua, vì vậy có thể nổi trong môi trường axit yếu cũng như môi trường kiềm. Đối với mẫu nghiên cứu này, đã tiến hành thí nghiệm điều chỉnh môi trường bằng axit H₂SO₄ và xôđa Na₂CO₃.

    Từ kết quả các thí nghiệm cho thấy với pH khoảng 7,4 quặng tinh thô thu được là tốt nhất, có thu hoạch là 34,7%; hàm lượng 1,15%Ni ứng với thực thu là 63,3%.

    - Kết quả thí nghiệm xác định chế độ thuốc đè chìm: Để đè chìm các tạp chất có hại trong tuyển nổi niken, các thuốc đè chìm thường dùng là thủy tinh lỏng, hồ tinh bột... đối với mẫu nghiên cứu, thuốc đè chìm được dùng để thí nghiệm là thủy tinh lỏng (Na₂SiO₃).

    Kết quả thí nghiệm cho thấy, chi phí thủy tinh lỏng khoảng 300 g/t có tác dụng tốt cho quá trình tuyển nổi niken. Quặng tinh thô nhận được có chất lượng tốt hơn cả, hàm lượng 1,17%Ni, tương ứng với thực thu 64,55%.

    - Xác định chế độ thuốc tập hợp: Đê xác định chế độ thuốc tập hợp, đã tiến hành thí nghiệm với thuốc tập hợp là butyl xantôgenat kali (C₄H₉OCS₂K).

    Kết quả thí nghiệm với chi phí butyl xantôgenat kali thay đổi từ 0 đến 1000 g/t cho thấy, với chi phí butyl xantôgenat kali 500 g/t cho kết quả tốt hơn cả, với thu hoạch quặng tinh thô 38,87%; hàm lượng 1,12%Ni ứng với thực thu 69,10%.

    - Xác đinh chế độ thuốc tạo bọt: Để xác định chế độ thuốc tạo bọt, đối với mẫu nghiên cứu, đã tiến hành thí nghiệm với thuốc tạo bọt là dầu thông, thuốc tập hợp là butyl xantôgenat kali.

    Kết quả thí nghiệm cho thấy với chi phí dầu thông khoảng 200 g/t cho kết quả khá tốt, thu hoạch quặng tinh thô 40,17%; hàm lượng 1,12%Ni ứng với thực thu 70,30%.

    - Thí nghiệm tuyển vét: Để nâng cao mức thực thu niken, đã tiến hành nghiên cứu thí nghiệm tuyển vét. Kết quả nghiên cứu cho thấy, đối với mẫu nghiên cứu chỉ cần 1 lần tuyển vét là đủ.

    - Thí nghiệm tuyển tinh: Để nâng cao chất lượng quặng tinh thô, đáp ứng yêu cầu chất lượng sản phẩm cho thì trường cũng như mục tiêu đã đặt ra, đã tiến hành nghiên cứu sơ đồ tuyển gồm một số công đoạn tuyển tinh. Kết quả nghiên cứu cho thấy, đối với mẫu nghiên cứu chỉ cần 2 lần tuyển tinh là đủ.

    - Thí nghiệm sơ đồ tuyển: Từ kết quả thí nghiệm các điều kiện chế độ tuyển các mẫu đơn lẻ và thí nghiệm sơ đồ hở, đã tiến hành thí nghiệm sơ đồ tuyển vòng kín, nhằm kiểm tra lại các điều kiện và chế độ tuyển, đồng thời cũng để khẳng định lại các chỉ tiêu công nghệ tuyển nổi có thể đạt được trong phòng thí nghiệm đối với mẫu quặng nghiên cứu.

    Đã tiến hành nghiên cứu trên sơ đồ công nghệ như hình 1.

Bảng 2. Kết quả nghiên cứu sơ đồ vòng kín

Hình 1. Sơ đồ công nghệ tuyển thu hồi Ni trong quặng crômit-niken Cổ Định-Thanh Hóa

    Đây là sơ đồ có thể hài hòa giữa hàm lượng và thực thu niken trong quặng tinh, gồm 1 khâu tuyển chính, 1 khâu tuyển vét, 1 khâu tuyển trung gian và 2 khâu tuyển tinh. Quặng đầu sau khi tiền xử lý được nghiền tới 81% cấp -0,074 mm, đưa vào tuyển chính, sau 1 lần tuyển vét đã nhận được quặng thải có hàm lượng Ni là 0,32% với phân bố Ni là 32,56 %. Sản phẩm trung gian 1 và sản phẩm bọt của khâu tuyển vét được đưa vào khâu tuyển trung gian, sản phẩm ngăn máy của khâu này (TG3) được vòng lại khâu tuyển vét nhằm tận thu niken. Sản phẩm bọt của khâu tuyển trung gian cùng với sản phẩm trung gian 2 (TG2) được đưa vào tuyển tinh I cùng với quặng tinh thô.

    Sau 2 lần tuyển tinh, quặng tinh cuối cùng nhận được có thu hoạch 35,39%, hàm lượng Ni là 1,21%, với thực thu Ni là 67,44%, kết quả thể hiện ở bảng 2.

4. Kết luận

    Ở quy mô phòng thí nghiệm đã nghiên cứu xác định được sơ đồ công nghệ tuyển tận thu niken bằng phương pháp nung sunfua hóa tuyển nổi đối với quặng thải mỏ crômit Cổ Định-Thanh Hóa. Khi tuyển thiêu phẩm sau quá trình tiền xử lý đã thu được quặng tinh cuối cùng, có mức thu hoạch 35,3%; hàm lượng Ni là 1,21%; mức thực thu 67,44%. Quặng thải có hàm lượng Ni là 0,32%; với phân bố Ni là 32,56%.

    Kết quả nghiên cứu khẳng định khả năng và hiệu quả tuyển tận thu niken bằng phương pháp nung sunfua hóa tuyển nổi cho quặng thải mỏ crômit Cổ Định, Thanh Hóa hoàn toàn hiện thực, theo sơ đồ tuyển hình 1. Quặng tinh thu được đáp ứng yêu cầu chất lượng chế biến sâu thu hồi niken bằng phương pháp thủy luyện.

[symple_box color="yellow" text_align="left" width="100%" float="none"]

Tài liệu trích dẫn

1. Quy hoạch phân vùng thăm dò, khai thác, chế biến và sử dụng quặng crômit, mangan giai đoạn 2007-1015, định hướng đến năm 2025, Bộ Công-Thương, 2007
2. Nguyễn Xuân Đạo, Tìm kiếm crôm-niken-côban vùng Núi Nưa, Thanh Hóa, Đ 401, 1983
3. Vũ Tân Cơ và cộng sự, Nghiên cứu khả năng thu hồi niken trong quặng mỏ crômit Cổ Định Thanh Hóa, VIM- LUKI, Hà Nội, 2007
4. Sổ tay Tuyển khoáng, Các quá trình cơ bản, Nhà xuất bản “Lòng đất”, Matxcơva, 1983 (tiếng Nga)
5. A. Abramov, Những phương pháp tuyển nổi làm giàu quặng, Nhà xuất bản “Lòng đất”, Matxcơva, 1984 (tiếng Nga)
6. M. A. Fisman, D. X. Xobonev, Thực tế tuyển các loại quặng kim loại mầu và hiếm, Tập 3: Tuyển các loại quặng niken và côban, Matxcơva, 1961 (tiếng Nga).

[/symple_box][symple_clear_floats]