Dự án sản xuất thử nghiệm và hoàn thiện công nghệ tuyển quặng thiếc chứa hàm lượng sắt cao

 
CN. Lê Văn Kiên, Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
I. Mở đầu
Sự cạn dần nguồn tài nguyên quặng thiếc ở Việt Nam làm cho quặng thiếc khai thác hiện nay chủ yếu là quặng có chất lượng thấp, xâm nhiễm mịn, hàm lượng tạp chất cao gây khó khăn cho khâu luyện kim sản xuất thiếc (Sn) kim loại. Một trong các thành phần tạp chất nói trên là sắt (Fe). Khi hàm lượng Fe trong quặng Sn cao, quá trình nấu luyện gặp nhiều khó khăn, làm giảm mức thực thu kim loại Sn, tiêu tốn điện năng lớn hơn làm cho chi phí sản xuất tăng, nên, trong thực tế sản xuất tại công ty TNHH MTV Mỏ và Luyện kim Thái Nguyên, loại quặng có hàm lượng Fe cao thường chỉ sử dụng để phối liệu sản xuất thiếc chất lượng thấp. Tuy nhiên, khi lượng quặng chất lượng thấp ngày càng lớn thì không thể trộn, bắt buộc phải xử lý nâng cao chất lượng để sản xuất Sn kim loại đáp ứng tiêu chuẩn của thị trường. Ngoài quặng nguyên khai chất lượng thấp nói trên, trong quá trình tuyển nâng cao chất lượng quặng Sn để luyện Sn kim loại đã đưa ra một lượng quặng trung gian chưa thể thải bỏ do còn chứa hàm lượng Sn cao (4 ÷ 7%) nhưng đồng thời cũng chứa hàm lượng Fe cao (8 ÷ 30% Fe), không xử lý được lượng quặng trung gian này sẽ gây mất mát tài nguyên, làm giảm hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất thiếc, đồng thời làm tăng nguồn chất thải là nguy cơ gây ô nhiễm môi trường và chiếm diện tích đất cho việc lưu giữ chất thải này.
Để giải quyết vấn đề nêu trên, tiếp thu kết quả nghiên cứu của các đề tài đã thực hiện như:
- Đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ cấp Bộ Nghiên cứu công nghệ xử lý khử các tạp chất có hại nâng cao chất lượng quặng tinh thiếc từ nguyên liệu quặng thiếc có thành phần vật chất phức tạp” thuộc nhiệm vụ KH&CN cấp Bộ Công Thương năm 2015 do Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim chủ trì.
- Đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ cấp tỉnh Thái Nguyên “Nghiên cứu cải tiến quy trình công nghệ tận thu quặng thiếc chứa hàm lượng sắt cao” thuộc nhiệm vụ KH&CN cấp Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Thái Nguyên năm 2015 do trường Cao Đẳng Cơ khí Luyện kim Thái Nguyên chủ trì.
Công ty TNHH MTV Mỏ và Luyện kim Thái Nguyên, đơn vị nghiên cứu, triển khai KHCN và thử nghiệm sản xuất các sản phẩm hàng hóa của Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim - Bộ Công Thương đã mạnh dạn triển khai Dự án “Dự án sản xuất thử nghiệm và hoàn thiện công nghệ tuyển quặng thiếc chứa hàm lượng sắt cao”, mã số: DASXTN.07/2018, thời gian thực hiện từ tháng 07/2018 đến tháng 07/2020 và một phần kinh phí thực hiện của Dự án được hỗ trợ bằng nguồn kinh phí từ ngân sách Nhà nước cấp thông qua tỉnh Thái Nguyên.
II. Mục tiêu của dự án sản xuất thử nghiệm
- Quy trình công nghệ xử lý giảm hàm lượng sắt từ 17% Fe xuống  ≤ 4% Fe có trong quặng tinh thiếc;
- Sản phẩm tinh quặng thiếc sau khi tách sắt đáp ứng yêu cầu cấp cho luyện kim để sản xuất thiếc kim loại đạt chất lượng cao
- Nâng cao hiệu quả sản xuất thiếc, nâng cao hiệu suất thu hồi thiếc kim loại. Tận thu thêm quặng sắt, tăng thêm lợi nhuận cho quá trình sản xuất thiếc.
III. Kết quả chính đã thực hiện của Dự án:
1. Nghiên cứu thành phần vật chất mẫu:
Đã sử dụng các phương pháp phân tích và thu được kết quả như sau:
- Kết quả phân tích rơnghen ngoài khoáng chứa thiếc là casiterit còn có các khoáng chứa sắt oxit là gơtit, hematit và các khoáng chứa sắt sunfua là pyrotin beudantit…
- Kết quả phân tích hóa Sn = 43,87 ÷ 45,43% và hàm lượng Fe = 16,14 ÷17,28%. Hàm lượng Pb = 2,21% ÷ 3,02%; As = 1,08% ÷ 1,39%; S = 0,7%; Sb = 0,86 ÷ 0,92%.
- Kết quả phân tích thành phần độ hạt mẫu quặng cho thấy, hàm lượng thiếc và sắt phân bố tương đối đồng đều trong các cấp hạt, ngoại trừ cấp hạt mịn -0,045 mm có sự khác biệt nhiều so với các cấp khác khi hàm lượng thiếc cao hơn và hàm lượng sắt thấp hơn.
Các kết quả phân tích thu được cho thấy, mẫu nghiên cứu công nghệ thuộc Dự án có hàm lượng (Sn = 43,87 ÷ 45,43%) thấp hơn so với đề tài cấp bộ 2015 (hàm lượng Sn = 53,8%), hàm lượng sắt tương đương (mẫu đề tài cấp bộ hàm lượng sắt = 16,25%, mẫu Dự án hàm lượng Fe = 16,14 ÷17,28%), hàm lượng các tạp chất khác như Pb, As, Sb cao hơn so với các mẫu quặng đã được nghiên cứu của hai đề tài cấp bộ và cấp tỉnh nêu trên (mẫu đề tài cấp bộ hàm lượng Pb = 0,5%; As = 0,57%; S = 0,7%; Sb = 0,18%, mẫu Dự án hàm lượng Pb = 2,21% ÷ 3,02%; As = 1,08% ÷ 1,39%; S = 0,7%; Sb = 0,86 ÷ 0,92%). Ngoài ra, trong mẫu nghiên cứu của Dự án, thành phần các khoáng chứa sunfua như pyrotin, beudantit, asenopyrit cũng nhiều hơn mẫu quặng của các đề tài.
Với kết quả nghiên cứu trên có thể áp dụng công nghệ đã nghiên cứu của hai đề tài trên vào để thực hiện hoàn thiện công nghệ của dự án bao gồm phương pháp tuyển từ khô, tuyển từ ướt, xử lý hóa.
2. Nghiên cứu bổ sung và hoàn thiện công nghệ tuyển từ quặng thiếc chứa sắt
Tiếp thu những kết quả đã đạt được từ các nghiên cứu trước, sử dụng sơ đồ tuyển từ gồm 2 khâu: tuyển từ khô và tuyển từ ướt. Kết quả nghiên cứu hoàn thiện công nghệ tuyển từ quặng thiếc chứa sắt cao như sau: 
+ Điều kiện và chế độ công nghệ phù hợp cho khâu tuyển từ khô được xác định như sau: Độ hạt phù hợp cho tuyển từ khô là -0,5 mm, năng suất cấp liệu là 200 kg/h, cường độ từ trường là 16.000 ơxtet;
+ Điều kiện và chế độ công nghệ phù hợp cho khâu tuyển từ ướt được xác định như sau: Độ hạt phù hợp cho tuyển từ ướt là -0,125 mm, năng suất cấp liệu 200 kg/h, cường độ từ trường 16.000 ơxtet, nồng độ bùn cấp liệu 10% rắn.
Bảng 1. Tổng hợp  tinh quặng sau tuyển từ
Tên sản phẩm Thu hoạch, % Hàm lượng, % Thực thu Sn, %
Sn Fe
Quặng tinh Sn 1 58,65 68,95 3,04 92,09
Quặng tinh Sn 2 3,77 49,65 7,01 4,26
Quặng tinh tổng hợp 62,41 67,78 3,28 96,35
 
3. Nghiên cứu bổ sung và hoàn thiện công nghệ hóa tuyển quặng thiếc chứa sắt
Mẫu nghiên cứu là sản phẩm quặng tinh thu được sau khâu tuyển từ ướt có cường độ từ trường 16.000 ơxtet.
Bảng 2.  Hàm lượng mẫu nghiên cứu
Thu hoạch, % Hàm lượng Sn, % Hàm lượng sắt, %
37,59 4,26 38,96
 
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình hóa tuyển, bao gồm: độ hạt; tỷ lệ R/L; tốc độ khuấy; nhiệt độ, nồng độ axit, thời gian hóa tuyển... Nghiên cứu đã xác định, ở độ hạt 100% cấp hạt -0,125 mm, tức, theo lý thuyết khoảng 85% cấp hạt -0,074mm là phù hợp để không bị tăng chi phí nghiền, quặng không bị quá nghiền khi đưa vào khâu tuyển. Thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố sau tới hiệu suất quá trình tuyển: (i)- Thời gian hóa tuyển; (ii)- Nồng độ axit; (iii)- Tỉ lệ R/L của bùn quặng; (iv)- Nhiệt độ của quá trình hóa tuyển; (v)- Tốc độ quay của thiết bị hóa tuyển; (vi)- Số lần lọc rửa axit.
Bảng 3. Kết quả phân tích hóa đa nguyên tố mẫu sau hòa tách
Thành phần Sn Cu Pb Fe SiO2 S As Bi Sb
Hàm lượng, % 55,57 0,0065 0,09 2,72     0,08   2,63
 
Kết quả nghiên cứu bổ sung và hoàn thiện công nghệ tuyển đã xác lập được qui trình, các điều kiện và chế độ công nghệ phù hợp cho quá trình xử lý tách tạp chất Fe, làm giàu quặng Sn như sau: (i)- Độ hạt đưa hòa tách: 100% -0,125 mm; (ii)- Nồng độ axit HCl: 20%; (iii)- Thời gian hòa tách: 16 giờ; (iv)- Nhiệt độ: 70oC; (v)- Tốc độ vòng quay: 200 vòng/phút; và (vi)- Tỷ lệ R/L: 1/2.
So sánh với kết quả nghiên cứu của đề tài, kết quả nghiên cứu bổ sung và hoàn thiện công nghệ hóa tuyển đã bổ sung thêm được chế độ tối ưu cho tốc độ khuấy của thiết bị hóa tuyển, độ hạt đưa hóa tuyển; thời gian hòa tách có thay đổi từ 8 giờ lên 16 giờ; tỷ lệ R/L nâng từ tỷ lệ 1/4 lên 1/2; nồng độ axit HCl và nhiệt độ được giữ nguyên. Với các điều kiện, chế độ công nghệ đã xác lập, quá trình hóa tuyển (hòa tách) đã đưa được quặng thiếc có hàm lượng 4,26% lên trên > 48% với thực thu bộ phận đạt 98%.
IV. Kết luận
Dự án đã triển khai các nội dung bám sát đề cương được phê duyệt, đã nghiên cứu hoàn thiện công nghệ tuyển quặng thiếc chứa hàm lượng sắt cao, đưa ra qui trình, các điều kiện, chế độ công nghệ phù hợp cho phép tuyển loại bỏ được tạp chất Fe có trong mẫu quặng Sn, thu được tinh quặng Sn đáp ứng được yêu cầu về chất lượng làm nguyên liệu cho quá trình luyện kim sản xuất Sn kim loại chất lượng cao.
 

Đối tác
MO MIEN NAM
Vimluki
cie
Bộ Công thương
Doi tac 5