Nghiên cứu khả năng tuyển thu hồi quặng Bauxit trong quặng đuôi thải cấp hạt 1mm Nhà máy tuyển Bauxit Tân Rai bằng phân cấp ruột xoắn

1. Mở đầu

Nhà máy tuyển quặng bauxit Tân Rai - Lâm Đồng là một phần của Dự án tổ hợp bauxit - nhôm Lâm Đồng, do Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin tư vấn thiết kế với công suất 1.779.050 tấn quặng tinh/năm và quặng tinh đạt hàm lượng: Al2O3 ≥ 47,11%; SiO2 ≤ 2,75. Công nghệ tuyển quặng bauxit là sử dụng công nghệ tuyển rửa trọng lực, thu hồi quặng tinh +1mm cấp sang nhà máy sản xuất alumin, quặng đuôi thải -1mm được bơm thải ra đập quặng đuôi, khối lượng quặng đuôi thải lớn ~1,5 triệu tấn/năm. Từ khi nhà máy đi vào vận hành sản xuất năm 2013 đến nay cho thấy, nhà máy hoạt động ổn định, chất lượng quặng tinh đạt so với thiết kế, cụ thể theo kế hoạch sản xuất 2019 của Công ty Nhôm Lâm Đồng quặng tinh sản xuất có hàm lượng Al2O3≥47,81%; SiO2≤1,81%. Mặt khác, qua phân tích quặng đuôi thải cấp hạt -1mm cho thấy có thể tuyển thu hồi quặng bauxit cấp +0,5mm trong quặng đuôi thải phối trộn với quặng tinh +1mm sản xuất thành quặng tinh hỗn hợp nhưng vẫn đảm bảo chất lượng quặng tinh cấp cho nhà máy sản xuất alumin. Để thu hồi quặng bauxit tận thu trên, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin đã tiến hành nghiên cứu tuyển thu hồi quặng bauxit bằng thiết bị phân cấp ruột xoắn. Sau đây là một số kết quả nghiên cứu khả năng thu hồi quặng bauxit trong quặng đuôi thải cấp hạt -1mm nhà máy tuyển bauxit Tân Rai bằng phân cấp ruột xoắn quy mô phòng thí nghiệm.

2. Mẫu nghiên cứu

Mẫu nghiên cứu được lấy tại vị trí lấy mẫu tại đầu ra bơm bùn của bể cô đặc bơm ra hồ chứa quặng đuôi thải. Kết quả phân tích cho thấy nồng độ pha rắn trong bùn thải dao động 70 gam/lít, kết quả phân tích thành phần vật chất, hóa học và độ hạt của mẫu thí nghiệm được thể hiện tại các bảng 1, bảng 2 và bảng 3.

Bảng 1. Kết quả phân tích thành phần khoáng vật và khoảng hàm lượng

Ghi chú: - Tanh: Thạch anh; Cris: Cristobalit; Am: Amphibol; Tcao: Thạch cao; Vô: Vô định hình; Lep: Lepidocrocit; K.vật sét gồm Illit, Kaolinit và Clorit.

- Trong mẫu có chất vô định hình (dạng keo) nên hàm lượng có sự thay đổi.

Bảng 2. Kết quả phân tích hóa học toàn phần mẫu nghiên cứu

Bảng 3. Kết quả phân tích thành phần độ hạt mẫu nghiên cứu

Từ kết quả phân tích phân tích trên cho thấy:

- Thành phần tạo quặng bauxit chủ yếu là khoáng vật gibbsit, ngoài ra còn có các khoáng vật chứa sắt như gơtit, hêmatít và khoáng vật sét.

- Thành phần hóa học chiếm chủ yếu trong mẫu quặng đuôi thải là Al2O3 và Fe2O3; phần còn lại chiếm lượng nhỏ là: SiO2, TiO2, CaO và MgO.

- Cấp hạt mịn trong mẫu chiếm đa số, chủ yếu là cấp -0,045mm (chiếm 64,43%);

- Kích thước cấp hạt giảm thì hàm lượng Al2O3 cũng giảm theo, ở cấp hạt +0,5mm hàm lượng Al2O3 là 46,17%, cấp hạt +0,3mm là 42,45%, cấp +0,1 mm là 39,28%, cấp +0,074 mm là 38,38.

Như vậy, có thể tuyển thu hồi quặng bauxit cấp hạt thô (+0,5mm) trong quặng đuôi thải cấp hạt -1mm bằng thiết bị phân cấp.

3. Kết quả nghiên cứu

Để thu hồi quặng bauxit cấp hạt thô trong quặng đuôi thải, nhóm nghiên cứu đã sử dụng thiết bị phân cấp ruột xoắn tiến hành thí nghiệm. Sơ đồ thí nghiệm được thể hiện tại hình 1, hình ảnh thực hiện thí nghiệm tại hình 2, thông số kỹ thuật máy phân cấp ruột xoắn thể hiện tại bảng 4.

Bảng 4. Thông số kỹ thuật máy phân cấp ruột xoắn thí nghiệm		Hình 1. Sơ đồ thí nghiệm tuyển
Đường kính ruột xoắn (mm)	Ф300
Chiều dài ruột xoắn (mm)	2000
Công suất động cơ (kW)	2,2
Góc nghiêng đặt máy phân cấp (độ)	13
Tốc độ quay trục máy phân cấp (v/phút) được điều chỉnh bằng biến tấn	8÷14

Máy phân cấp ruột xoắn

Thí nghiệm trên máy phân cấp ruột xoắn

Hình 2. Thực hiện thí nghiệm trên máy phân cấp ruột xoắn

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của máy phân cấp ruột xoắn:

- Kích thước ranh giới của hạt phân cấp;

- Năng suất cấp liệu;

- Hàm lượng pha rắn cấp liệu máy phân cấp ruột xoắn;

- Tốc độ quay trục máy phân cấp ruột xoắn.

3.1 Nghiên cứu tuyển thí nghiệm điều kiện

Căn cứ vào thực tế hàm lượng pha rắn trong quặng đuôi thải cấp hạt -1mm dao động khoảng 70 gam/lít, do đó nhóm nghiên cứu lựa chọn hàm lương pha rắn là 70 gam/lít để tiến hành thí nghiệm trên thiết bị phân cấp ruột xoắn. Do đó nhóm nghiên cứu tiến hành thí nghiệm các yếu tổ ảnh hưởng tới hiệu quả thu hồi quặng bauxit: năng suất cấp liệu, tốc độ quay, hiệu suất phân cấp.

3.1.1 Thí nghiệm xác định năng suất cấp liệu

Điều kiện thí nghiệm:

* Thông số thay đổi:

- Năng suất cấp liệu: 80 kg/giờ; 100 kg/giờ; 120 kg/giờ; 140 kg/giờ.

* Thông số cố định:

- Tốc độ quay: 12 Vòng/phút; - Hàm lượng pha rắn: 70 gam/lít.

Kết quả thí nghiệm đã xác định được, với năng suất cấp liệu 120 kg/h thì sản phẩm cát thu được có thu hoạch 28,71%, hàm lượng Al2O3 là 39,26% là cao nhất. Do đó lựa chọn năng suất cấp liệu 120 kg/h cho các thí nghiệm tiếp theo.

3.1.2 Thí nghiệm xác định tốc độ quay máy phân cấp ruột xoắn

Điều kiện thí nghiệm:

*Thông số thay đổi:

- Tốc độ quay của trục: 8 (20 Hz), 10 (25 Hz), 12 (30 Hz), 14 (35 Hz) (vòng/phút).

* Thông số cố định:

- Năng suất cấp liệu: 120 kg/h; - Hàm lượng pha rắn: 70 gam/lít.

Kết quả thí nghiệm đã xác định được, với tốc độ quay của trục là 12 vòng/phút thu được sản phẩm cát có chất lượng là tối ưu nhất.

Lựa chọn năng suất cấp liệu là 120 kg/h, tốc độ quay của thiết bị phân cấp ruột xoắn là 12 vòng/phút để tiến hành thí nghiệm tiếp theo.

3.1.3 Thí nghiệm xác định hiệu suất máy phân cấp ruột xoắn

Kết quả thí nghiệm với các điều kiện tối ưu trên bằng thiết bị phân cấp ruột xoắn đã xác định được độ hạt ranh giới là d50=0,1mm, hiệu suất phân cấp của máy phân cấp ruột xoắn là 78,16%. Kết quả tính toán hiệu suất phân cấp khi sử dụng phân cấp ruột xoắn thể hiện tại bảng 5

Bảng 5. Kết quả tính toán hiệu suất phân cấp khi sử dụng phân cấp ruột xoắn

3.2 Thí nghiệm tuyển theo sơ đồ

Sản phẩm cát của máy phân cấp ruột xoắn thu được có hàm lượng Al2O3 còn thấp do trong sản phẩm cát vẫn có tỷ lệ cấp hạt mịn lẫn vào. Do đó, để nâng cao hàm lượng Al2O3 cần tiếp tục loại bỏ cấp hạt mịn có trong sản phẩm cát, thiết bị sử dụng sàng kích thước lưới a=0,5mm kết hợp với phun nước rửa (có áp lực) trên mặt sàng để loại bỏ cấp hạt mịn. Thí nghiệm sử dụng sàng có kích thước 800x400mm, lưới 0,5mm. Sơ đồ thí nghiệm thể hiện ở hình 3, kết quả thí nghiệm được thể hiện ở bảng 6. Chế độ thí nghiệm như sau:

+ Chi phí nước rửa cấp vào sàng lấy theo kinh nghiệm thực tế: 2m3/tấn;

+ Áp lực nước rửa: 1 at

Hình 3. Sơ đồ thí nghiệm

Bảng 6. Kết quả thí nghiệm tuyển theo sơ đồ

Quặng bauxit cấp hạt +0,5mm thu được phối trộn với quặng tinh +1mm sản xuất hiện nay của nhà máy tuyển. Theo kế hoạch sản xuất năm 2019 của Công ty TNHH MTV nhôm Lâm Đồng, khối lượng quặng tinh +1mm sản xuất là 1.575.000 tấn, khối lượng quặng tinh +0,5mm thu hồi được ~ 105.000 tấn. Cân bằng sản phẩm sau khi phối trộn thể hiện ở bảng 7.

- Kết quả thí nghiệm theo sơ đồ thu được quặng bauxit cấp hạt +0,5mm với hàm lượng Al2O3 là 45% và hàm lượng SiO2 là 3,39%.

- Quặng bauxit thu được (+0,5mm) phối trộn với quặng tinh sản xuất (+1mm) thành quặng phối trộn đảm bảo chất lượng cấp sang nhà máy sản xuất alumin, kết quả phối trộn thể hiện ở bảng 7. Quặng phối trộn thu được theo tỷ lệ thu được có hàm lượng Al2O3 đạt 47,43% và hàm lượng SiO2 là 1,92%, đảm bảo chất lượng cấp cho nhà máy sản xuất alumin.

Bảng 7. Bảng cân bằng sản phẩm sau khi phối trộn quặng tinh

4. Kết luận

Kết quả nghiên cứu tuyển thu hồi quặng bauxit trong quặng đuôi thải cấp hạt -1mm tại nhà máy tuyển quặng bauxit Tân Rai bằng máy phân cấp ruột xoắn đã rút ra một số kết luận sau:

- Quặng đuôi thải cấp hạt -1mm được tuyển bằng thiết bị phân cấp ruột xoắn kết với sàng phân loại lưới 0,5mm đã thu được sản phẩm quặng bauxit trên sàng cấp hạt +0,5mm có hàm lượng Al2O3 đạt 45%, hàm lượng SiO2 đạt 3,39% với sản lượng dự kiến thu được hàng năm là 105.00 tấn/năm. Việc tuyển thu hồi trên góp phần tận thu tài nguyên, giảm lượng bùn thải ra hồ thải góp phầm làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

- Phối trộn quặng bauxit cấp hạt +0,5mm với quặng tinh +1mm thu được quặng tinh hỗn hợp có đạt chất lượng (hàm lượng: Al2O3 là 47,43% và hàm lượng SiO2 là 1,92%) cấp cho nhà máy sản xuất alumin.

Đề nghị Bộ Công thương cho Viện KHCN Mỏ-Vinacomin được tiếp tục triển khai dự án sản xuất thử nghiệm tận thu quặng bauxit trong quặng đuôi thải cấp hạt -1mm tại Công ty TNHHMTV nhôm Lâm Đồng trước khi áp dụng vào sản xuất.

ThS. Nguyễn Văn Minh, ThS. Nguyễn Huy Hùng - Viện KHCN Mỏ-Vinacomin

(Tài liệu hội thảo “Bảo vệ môi trường trong khai thác, chế biến, sử dụng than, khoáng sản và dầu khí”)