Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Tuyển khoáng: Nghiên cứu công nghệ tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai nhằm thu hồi tối đa graphit dạng vảy

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:167

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận văn "Nghiên cứu công nghệ tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai nhằm thu hồi tối đa graphit dạng vảy" nhằm làm sáng tỏ cơ sở khoa học về các vấn đề: Ảnh hưởng đặc điểm thành phần vật chất của khoáng vật graphit và mẫu quặng graphit mỏ Bảo Hà-Lào Cai, xác định dạng tồn tại khoáng graphit cấu trúc vảy trong quặng. Ảnh hưởng phương pháp gia công chuẩn bị quặng trong quá trình chế biến.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Tuyển khoáng: Nghiên cứu công nghệ tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai nhằm thu hồi tối đa graphit dạng vảy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO ĐẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRẦN THỊ HIẾN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TUYỂN QUẶNG GRAPHIT MỎ BẢO HÀ, LÀO CAI NHẰM THU HỒI TỐI ĐA GRAPHIT DẠNG VẢY LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KỸ THUẬT TUYỂN KHOÁNG HÀ NỘI - 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO ĐẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRẦN THỊ HIẾN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TUYỂN QUẶNG GRAPHIT MỎ BẢO HÀ, LÀO CAI NHẰM THU HỒI TỐI ĐA GRAPHIT DẠNG VẢY Ngành : Kỹ thuật Tuyển khoáng Mã số : 9520607 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS NGUYỄN HOÀNG SƠN 2. TS ĐÀO DUY ANH HÀ NỘI - 2022
i LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan rằng: Đây là công trình nghiên cứu của tác giả, kết quả trong luận án chưa được cá nhân hoặc tổ chức khác công bố. Các số liệu trong luận án đều trung thực, chính xác, khách quan. Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả Trần Thị Hiến
ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận án “Nghiên cứu công nghệ tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai nhằm thu hồi tối đa graphit dạng vảy”. Nghiên cứu sinh (NCS) luôn nhận được sự quan tâm giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi của các thầy hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Hoàng Sơn và TS Đào Duy Anh, sự tận tình giúp đỡ của các tập thể: Bộ môn Tuyển khoáng, Khoa Mỏ, Khoa Sau đại học - Trường Đại học Mỏ - Địa chất (HUMG). NCS cũng nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình và đóng góp nhiều ý kiến quý giá của của các thầy cô trong Bộ môn Tuyển khoáng - HUMG và các chuyên gia đầu ngành Tuyển khoáng, địa chất và các lĩnh vực liên quan. Những kiến thức, kinh nghiệm mà các thầy, cô và các chuyên gia truyền đạt đã giúp cho NCS hoàn thành được bản luận án này. NCS xin bày tỏ lòng biết ơn trước sự giúp đỡ quý báu đó để NCS tiếp thu, bổ sung hoàn thiện luận án của mình. NCS xin trân trọng cảm ơn Chính phủ Việt Nam, thông qua Bộ Khoa học và Công nghệ đã cấp kinh phí thực hiện đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu công nghệ tuyển và chế biến sâu quặng graphit mỏ Bảo Hà tỉnh Lào Cai” mã số 44/15- ĐTĐL.CN-CNN do nghiên cứu sinh làm chủ nhiệm, trong nội dung luận án có sử dụng kết quả của đề tài này. Xin chân thành cảm ơn!
iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của luận án ....................................................................................... 1 2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận án .......................................................................... 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 2 4. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 3 5. Nội dung vấn đề nghiên cứu ................................................................................... 4 6. Ý nghĩa khoa học .................................................................................................... 4 7. Ý nghĩa thực tiễn ..................................................................................................... 5 8. Điểm mới của luận án ............................................................................................. 5 9. Điểm bảo vệ của luận án ......................................................................................... 6 10. Cấu trúc của luận án .............................................................................................. 6 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GRAPHIT: ............................................................ 7 TÀI NGUYÊN, KHAI THÁC CHẾ BIẾN VÀ SỬ DỤNG ....................................... 7 1.1. Giới thiệu sơ lược về graphit................................................................................ 7 1.1.1. Tính chất hóa lý graphit ............................................................................ 7 1.1.2. Các dạng tồn tại graphit trong tự nhiên ...................................................... 8 1.1.3. Ứng dụng của graphit trong cuộc sống ...................................................... 9 1.2. Tiềm năng, phân bố, khai thác, phương pháp tuyển và sử dụng quặng graphit trên thế giới. ...................................................................................................................... 11 1.2.1. Tiềm năng và phân bố quặng graphit trên thế giới. ................................... 11 1.2.2. Tình hình khai thác quặng graphit trên thế giới. ....................................... 11 1.2.3. Tình hình tiêu thụ và giá bán quặng graphit trên thế giới. ......................... 12 1.2.4. Phương pháp tuyển quặng graphit. .......................................................... 14 1.2.5. Sơ đồ tuyển quặng graphit dạng vảy trên thế giới..................................... 17 1.3. Tiềm năng, phân bố, các nghiên cứu công nghệ tuyển và sử dụng quặng graphit ở Việt Nam. ............................................................................................................... 23 1.3.1. Tiềm năng và phân bố quặng graphit của Việt Nam ................................. 23
iv 1.3.2. Nhu cầu và nguồn cung cấp graphit trong nước ....................................... 24 1.3.3. Các nghiên cứu tuyển quặng graphit tại Việt Nam ................................... 25 1.4. Tình hình nghiên cứu quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai. ............................... 27 1.4.1. Vị trí địa lý mỏ graphit Bảo Hà. .............................................................. 27 1.4.2. Sơ lược đặc điểm địa chất và thành phần vật chất mỏ graphit Bảo Hà. ...... 27 1.4.3. Kết quả nghiên cứu sơ bộ tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà. ...................... 28 1.5. Nhận xét, đánh giá chương tổng quan................................................................ 29 CHƯƠNG 2. ............................................................................................................. 31 THÀNH PHẦN VẬT CHẤT MẪU QUẶNG, ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU .... 31 2.1 Mục đích nghiên cứu. .......................................................................................... 31 2.2. Mẫu nghiên cứu .................................................................................................. 31 2.3. Kết quả nghiên cứu thành phần vật chất mẫu quặng ......................................... 33 2.3.1. Phân tích thành phần độ hạt .................................................................... 33 2.3.2. Phân tích thành phần hóa học.................................................................. 35 2.3.3. Phân tích nhiễu xạ tia Rơnghen ............................................................... 35 2.3.4. Phân tích khoáng tướng, thạch học .......................................................... 36 2.3.5. Phân tích kính hiển vi điện tử quét (SEM) ............................................... 37 2.4. Kết luận về nghiên cứu thành phần vật chất mẫu quặng graphit Bảo Hà. ......... 41 2.5. Định hướng nghiên cứu công nghệ .................................................................... 42 CHƯƠNG 3. ............................................................................................................. 44 NGHIÊN CỨU TUYỂN NỔI SƠ BỘ MẪU QUẶNG............................................. 44 3.1 Mục tiêu và phương pháp thí nghiệm. ................................................................ 44 3.2. Thí nghiệm xác định đặc tính nghiền. ................................................................ 44 3.3. Thí nghiệm điều kiện chế độ tuyển nổi sơ bộ .................................................... 45 3.3.1. Thí nghiệm xác định độ mịn nghiền tối ưu .............................................. 46 3.3.2. Thí nghiệm xác định nồng độ tuyển nổi quặng graphit. ............................ 50 3.3.3. Thí nghiệm xác định chi phí thuốc điều chỉnh môi trường . ...................... 51 3.3.4. Thí nghiệm xác định chi phí thuốc đè chìm ............................................. 52
v 3.3.5. Thí nghiệm xác định chủng loại và chi phí thuốc tập hợp. ........................ 54 3.3.6. Thí nghiệm xác định chủng loại và chi phí thuốc tạo bọt ......................... 55 3.4. Thí nghiệm tuyển vét ......................................................................................... 56 3.5. Thí nghiệm tuyển tinh ....................................................................................... 58 3.6. Kết luận về thí nghiệm tuyển sơ bộ mẫu quặng graphit ở độ hạt nghiền thô .... 61 CHƯƠNG 4. ............................................................................................................. 62 NGHIÊN CỨU THU HỒI QUẶNG TINH GRAPHIT VẢY THÔ BẰNG NGHIỀN CHÀ XÁT VÀ TUYỂN NỔI .................................................................................... 62 4.1. Mục đích nghiên cứu. ......................................................................................... 62 4.2. Khái niệm về công nghệ và thiết bị nghiền chà xát. .......................................... 62 4.3. Phương pháp luận đánh giá mức độ giải phóng khoáng vật bằng phân tích thành phần tỷ trọng trong dung dịch nặng. ......................................................................... 64 4.4. Thí nghiệm đánh giá mức độ giải phóng khoáng vật bằng phương pháp nghiền chà xát. ...................................................................................................................... 68 4.4.1. Phân tích thành phần tỷ trọng quặng tinh graphit tuyển sơ bộ cấp +0,149mm. ....................................................................................................................... 69 4.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số đến quá trình nghiền chà xát ....... 70 4.5. Nghiên cứu điều kiện nghiền chà xát và tuyển nổi nâng cao chất lượng sản phẩm graphit........................................................................................................................ 78 4.5.1. Xác định ảnh hưởng nồng độ bùn quặng.................................................. 79 4.5.2. Xác định ảnh hưởng của tốc độ cánh khuấy đến hiệu quả quá trình nghiền chà xát. ................................................................................................................. 82 4.5.3. Xác định tỷ lệ bi/quặng. .......................................................................... 83 4.5.4. Xác định ảnh hưởng thời gian nghiền chà xát .......................................... 84 4.6. Kết luận về nghiên cứu thu hồi quặng tinh graphit vảy thô bằng nghiền chà xát và tuyển nổi. .............................................................................................................. 86
vi CHƯƠNG 5. ............................................................................................................. 88 NGHIÊN CỨU SƠ ĐỒ TUYỂN NỔI NHẰM THU HỒI TỐI ĐA QUẶNG TINH GRAPHIT DẠNG VẢY ........................................................................................... 88 5.1 Mục đích nghiên cứu ........................................................................................... 88 5.2. Thí nghiệm tuyển tinh thu hồi quặng tinh graphit hạt mịn ................................ 88 5.3. Thí nghiệm nghiền và tuyển lại sản phẩm trung gian ........................................ 92 5.4 Thí nghiệm tuyển sơ đồ vòng kín ....................................................................... 95 5.4.1. Sơ đồ vòng kín với hai lần nghiền chà xát lại quặng tinh. ......................... 96 5.4.2. Sơ đồ vòng kín với ba lần nghiền chà xát quặng tinh ................................. 101 5.4.3. Sơ đồ 5 xử lý sản phẩm trung gian đưa sang khâu tuyển tinh 4 ............... 106 5.5. Thí nghiệm tuyển quặng graphit quy mô pilot. ................................................ 111 5.5.1. Tính toán, thiết kế lắp đặt chạy thử hệ thống thiết bị thí nghiệm pilot với năng suất 100 kg/h. ................................................................................................ 111 5.5.2. Kết quả chạy thử nghiệm trên dây chuyền pilot ..................................... 113 5.5.3. Kết quả phân tích quặng tinh và quặng thải chạy pilot............................ 113 5.5.4. Nhận xét quá trình chạy pilot. ............................................................... 115 5.6. Sơ đồ kiến nghị và các chỉ tiêu công nghệ dự kiến. ......................................... 116 5.7. Kết luận chương 5 ............................................................................................ 119 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 120 I. Kết luận ................................................................................................................ 120 II. Kiến nghị ............................................................................................................ 121 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO CÁO, CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA CÁC TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ ................................................................................................ 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 123
vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Đặc điểm của các loại graphit tự nhiên ......................................................9 Bảng 1.2. Trữ lượng, sản lượng graphit của một số nước trên thế giới [16] ............11 Bảng 1.3. Tiêu chuẩn chất lượng, lĩnh vực sử dụng, giá sản phẩm graphit [12]. .....13 Bảng 1.4. Kết quả thí nghiệm nghiền - tuyển quặng graphit [21] ............................22 Bảng 1.5. Thống kê trữ lượng, tài nguyên dự báo quặng graphit Việt Nam [1] .......24 Bảng 2.1. Khối lượng và hàm lượng của các đơn mẫu và mẫu gộp đại diện cho nghiên cứu công nghệ tuyển .................................................................................................32 Bảng 2.2. Kết quả phân tích thành phần độ hạt quặng graphit mỏ Bảo Hà ..............34 Bảng 2.3. Thành phần hóa học mẫu quặng graphit tổng hợp mỏ Bảo Hà ................35 Bảng 2.4. Kết quả phân tích rơnghen mẫu quặng graphit tổng hợp .........................35 Bảng 2.5. Thành phần khoáng vật chính trong các cấp hạt ......................................40 Bảng 3.1. Kết quả xác định thời gian nghiền mẫu quặng graphit mỏ Bảo Hà..........45 Bảng 3.2 Điều kiện và kết quả tuyển nổi sơ bộ quặng graphit ................................47 Bảng 3.3. Kết quả thí nghiệm tuyển vét tuyển sơ bộ ................................................57 Bảng 3.4. Kết quả tuyển tinh và phân cấp độ hạt quặng tinh graphit tuyển sơ bộ....59 Bảng 3.5. Kết quả phân tích XRD các cấp hạt quặng tinh tuyển sơ bộ graphit ........59 Bảng 3.6. Kết quả phân tích EDX các cấp hạt quặng tinh graphit tuyển sơ bộ ........60 Bảng 4.1 Thành phần tỷ trọng quặng tinh graphit tuyển sơ bộ cấp +0,149mm........70 Bảng 4.2 Điều kiện các thí nghiệm nghiền chà xát tinh quặng tuyển nổi graphit ....71 Bảng 4.3. Ảnh hưởng của nồng độ bùn đến kết quả nghiền chà xát .........................71 Bảng 4.4. Ảnh hưởng của tốc độ nghiền đến kết quả nghiền chà xát .......................74 Bảng 4.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ B/q đến hiệu quả nghiền chà xát. ............................76 Bảng 4.6 Điều kiện và kết quả các thí nghiệm tuyển nổi sau nghiền chà xát ...........80 Bảng 4.7. Kết quả nghiền chà xát phân đoạn đến hiệu quả tuyển ............................86 Bảng 5.1. Kết quả thí nghiệm tuyển tinh theo sơ đồ PA 1........................................90 Bảng 5.2. Kết quả thí nghiệm tuyển tinh theo sơ đồ PA 2........................................92 Bảng 5.3. Kết quả thí nghiệm tuyển lại các sản phẩm trung gian theo sơ đồ 1 ........93
viii Bảng 5.4. Kết quả nghiền tuyển lại các sản phẩm trung gian sơ đồ 2 ......................95 Bảng 5.5. Tổng hợp điều kiện và tiêu hao thuốc tuyển thí nghiệm ..........................96 Bảng 5.6. Kết quả tuyển nổi vòng kín quặng graphit mỏ Bảo Hà theo sơ đồ 1.......97 Bảng 5.7. Kết quả tuyển nổi vòng kín quặng graphit mỏ Bảo Hà theo sơ đồ 2........99 Bảng 5.8. Kết quả tuyển nổi vòng kín tuyển graphit mỏ Bảo Hà theo sơ đồ 3 ......103 Bảng 5.9. Kết quả tuyển nổi vòng kín tuyển graphit mỏ Bảo Hà theo sơ đồ 4 ......104 Bảng 5.10. Kết quả tuyển nổi vòng kín tuyển graphit mỏ Bảo Hà theo sơ đồ 5 ....108 Bảng 5.11. Thành phần hóa học đa nguyên tố quặng tinh graphit vảy ...................109 Bảng 5.12. Thành phần hóa học đa nguyên tố quặng tinh graphit mịn ..................109 Bảng 5.13. Thành phần khoáng vật quặng tinh graphit vảy ...................................109 Bảng 5.14. Thành phần hóa học đa nguyên tố quặng thải graphit ..........................111 Bảng 5.15. Các chỉ tiêu công nghệ chính ................................................................112 Bảng 5.16. Kết quả thực nghiệm thí nghiệm trên dây chuyền pilot. ......................113 Bảng 5.17. Thành phần hóa học đa nguyên tố quặng tinh graphit vảy ...................114 Bảng 5.18. Thành phần hóa học đa nguyên tố quặng tinh graphit mịn ..................114 Bảng 5.19. Thành phần hóa học đa nguyên tố quặng thải graphit ..........................114 Bảng 5.20. Thành phần khoáng vật quặng tinh graphit ..........................................115 Bảng 5.21. Các chỉ tiêu dự kiến của quặng graphit mỏ Bảo Hà .............................117
ix DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Mạng tinh thể graphit ..................................................................................7 Hình 1.2. Ảnh chụp quặng graphit tự nhiên ................................................................9 Hình 1.3. Tỉ lệ sử dụng graphit vào các ngành công nghiệp năm 2019 [16] ............10 Hình 1.4. Nhu cầu sử dụng graphit trên thế giới từ năm 2011÷ 2020 [26]...............13 Hình 1.5. Các quá trình chế biến graphit [10] ...........................................................15 Hình 1.6. Sơ đồ tuyển quặng graphit Mỏ Nanshu [26] .............................................19 Hình 1.7. Sơ đồ nguyên tắc tuyển quặng graphit dạng vảy [26] ...............................20 Hình 1.8 . Sơ đồ tuyển quặng graphit Nam Phi: a) nghiền tuyển nổi; b) nghiền tuyển nổi kết hợp với sàng phân cấp [21]. ..........................................................................21 Hình 1.9. Sơ đồ nguyên tắc nghiền lại trên các thiết bị nghiền khác nhau và tuyển nổi quặng tinh thô [21] ..............................................................................................21 Hình 1.10. Sơ đồ công nghệ tuyển quặng graphit Bảo Hà ........................................29 Hình 2.1. Sơ đồ gia công mẫu các đơn mẫu graphi ..................................................32 Hình 2.2. Sơ đồ gộp mẫu graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai ............................................33 Hình 2.3. Sơ đồ phân tích độ hạt mẫu quặng graphit tổng hợp ................................33 Hình 2.4. Đường đặc tính độ hạt quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai ......................34 Hình 2.5. Giản đồ phân tích rơnghen mẫu quặng graphit mỏ Bảo Hà Lào Cai ........36 Hình 2.6. Graphit (Gp) dạng vảy, tấm và pyrotin (Pyr) thạch anh (q), Biotit (bt), plagioclas (Pl) và sericit trong mẫu nghiên cứu ........................................................37 Hình 2.7. Graphit (Gra), K- felspat (K-Fsp) .............................................................38 Hình 2.8. Plagiocla (K; Na; Ca- felspat), thạch anh (Qz), kaolint (Kao), pyrit (Py), titan (Ti).....................................................................................................................38 Hình 2.9. Graphit (Gra), plagiocla (K; Na; Ca- felspat), thạch anh (Qz), kaolint (Kao), pyrit (Py), titan (Ti) ...................................................................................................39 Hình 2.10. Graphit (Gra), plagiocla (K; Na; Ca- felspat), thạch anh (Qz), hematit .39 (Fe), titan (Ti) ............................................................................................................39 Hình 2.11. Hình dạng vảy graphit và các tạp chất trên vảy graphit ..........................40
x Hình 2.12. Sơ đồ định hướng nghiên cứu công nghệ...............................................43 Hình 3.1. Sơ đồ nguyên tắc nghiên cứu chế độ tuyển nổi quặng graphit .................45 Hình 3.2. Ảnh hưởng độ mịn nghiền đến kết quả tuyển nổi graphit ...........................50 Hình 3.3. Ảnh hưởng nồng độ tuyển đến kết quả tuyển nổi graphit ...........................51 Hình 3.4. Ảnh hưởng của chi phí thuốc điều chỉnh môi trường xô đa đến kết quả tuyển nổi graphit .................................................................................................................52 Hình 3.5. Ảnh hưởng của thủy tinh lỏng đến kết quả tuyển nổi graphit .......................53 Hình 3.6. Ảnh hưởng chi phí dầu hỏa đến kết quả tuyển quặng graphit.........................55 Hình 3.7. Ảnh hưởng chi phí thuốc tạo bọt đến kết quả tuyển nổi ...........................56 Hình 3.8. Sơ đồ thí nghiệm tuyển vét graphit trong sản phẩm ngăn máy.................57 Hình 3.9. Sơ đồ nghiên cứu độ hạt quặng tinh graphit tuyển sơ b ............................58 Hình 3.10. Hình ảnh khoáng tạp bám trên vảy quặng tinh thô graphit .....................61 Hình 4.1 Mô hình và nguyên lý thiết bị nghiền chà xát ............................................63 Hình 4.2 Mô hình và nguyên lý thiết bị nghiền chà xát của hãng FLsmith ..............64 Hình 4.3 Thiết bị ly tâm thí nghiệm trong phân tích tỷ trọng bằng dung dịch nặng 65 Hình 4.4 Sơ đồ thí nghiệm phân tích thành phần tỷ trọng cấp +0,149mm quặng tinh tuyển nổi sơ bộ graphit ..............................................................................................66 Hình 4.5 Thiết bị thí nghiệm tuyển nổi và nghiền chà xát ........................................69 Hình 4.6. Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ bùn đến hệ số KO .....................................72 Hình 4.7. Đồ thị ảnh hưởng thời gian nghiền chà xát đến các hệ số KP ,KL, KO ......73 Hình 4.8. Đồ thị ảnh hưởng của tốc độ chà xát đến hệ số KO ...................................75 Hình 4.9 Đồ thị ảnh hưởng của tốc độ chà xát đến các hệ số KP , KL và KO ............75 Hình 4.10, Đồ thị ảnh hưởng của tỷ lệ bi/quặng đến hệ số KO .................................77 Hình 4.11. Đồ thị ảnh hưởng của tỷ lệ bi/quặng đến các hệ số KP, KL và KO ..........78 Hình 4.12. Sơ đồ nghiền chà xát tuyển nổi quặng tinh graphit mỏ Bảo Hà .............79 Hình 4.13. Ảnh hưởng nồng độ % rắn đến hiệu quả nghiền chà xát thu hồi graphit vảy (+0,149 mm). ......................................................................................................81 Hình 4.14. Ảnh hưởng tốc độ quay cánh khuấy đến hiệu quả nghiền chà xát thu hồi graphit vảy (+0,149 mm)...........................................................................................82
xi Hình 4.15. Ảnh hưởng tỷ lệ bi/quặng đến hiệu quả nghiền chà xát thu hồi graphit vảy (+0,149 mm) ..............................................................................................................83 Hình 4.16. Ảnh hưởng thời gian nghiền chà xát đến hiệu quả nghiền chà xát thu hồi graphit dạng vảy (+0,149 mm) ..................................................................................85 Hình 5.1. Sơ đồ thí nghiệm tuyển tinh theo PA1 ......................................................89 Hình 5.2. Sơ đồ thí nghiệm tuyển tinh theo PA2 ......................................................91 Hình 5.3. Sơ đồ 1 thí nghiệm tuyển lại các sản phẩm trung gian .............................93 Hình 5.4. Sơ đồ 2 nghiền và tuyển lại các sản phẩm trung gian ...............................94 Hình 5.5. Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi vòng kín tuyển quặng graphit (SĐ1) ............98 Hình 5.6. Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi vòng kín tuyển quặng graphit (SĐ2) ..........100 Hình 5.7. Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi vòng kín tuyển quặng graphit (SĐ3 ...........102 Hình 5.8. Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi vòng kín tuyển quặng graphit (SĐ4 ...........105 Hình 5.9. Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi vòng kín tuyển quặng graphit (SĐ5) ..........107 Hình 5.10. Hình ảnh quặng tinh graphit vảy thô .....................................................110 Hình 5.11. Hình ảnh quặng tinh graphit vảy mịn....................................................110 Hình 5.12. Hình ảnh quặng thải graphit ..................................................................111 Hình 5.13. Sơ đồ kiến nghị tuyển thu hồi graphit vảy mỏ Bảo Hà tỉnh Lào Cai ....118
xii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT : Hàm lượng trong quặng đầu : Mức thu hoạch của sản phẩm : Hàm lượng trong sản phẩm quặng tinh hoặc thải : Mức thực thu Q.tinh: Quặng tinh SNG: Cộng đồng các quốc gia độc lập Vh: Vài hạt Ak: Độ tro NCS: Nghiên cứu sinh
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Việt Nam có trữ lượng và tài nguyên quặng graphit vào khoảng 26,327 triệu tấn, tập trung chủ yếu ở hai tỉnh Yên Bái và Lào Cai, trong đó trữ lượng và tài nguyên dự báo quặng graphit của mỏ Bảo Hà tỉnh Lào Cai khoảng 3,171 triệu tấn [1]. Chất lượng, giá trị sản phẩm graphit phụ thuộc vào các yếu tố chính như kích thước hạt graphit, hàm lượng cacbon của graphit và thành phần khoáng tạp có trong sản phẩm … Những nghiên cứu về thành phần vật chất quặng cho thấy, quặng graphit nguyên khai tại các mỏ và điểm quặng của Việt Nam đều có thành phần chính là cacbon không cao, các khoáng tạp nhiều nên không thể sử dụng ngay mà cần phải đem tuyển làm giàu để đạt chất lượng thương phẩm. Đặc điểm cơ lý, hóa học, cấu trúc hạt quyết định khả năng ứng dụng và giá trị của các sản phẩm graphit, trong đó quy trình gia công và tuyển có vai trò quyết định chất lượng sản phẩm quặng tinh graphit. Trong số các mỏ và điểm quặng graphit đã phát hiện cho đến hiện nay, graphit mỏ Bảo Hà, tỉnh Lào Cai được đánh giá là có chất lượng, giá trị tốt hơn cả, đặc biệt, quặng graphit có cấu trúc dạng vảy ở mỏ này có tỷ lệ lớn chiếm trên 90%. Graphit cấu trúc dạng vảy là loại có thể xử lý làm giàu để thu được sản phẩm ở mức chất lượng cao nhất, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, công nghệ cao và đời sống, do đó, cũng là sản phẩm có giá trị thương phẩm cao nhất trong số các loại sản phẩm graphit trên thị trường, graphit vảy giá dao động từ 750 ÷ 1600 $/tấn, trong khi graphit dạng hạt mịn có cấu trúc vô định hình giá khoảng 500 $/tấn [16, 25]. Với ưu điểm về thành phần vật chất quặng graphit của mỏ Bảo Hà như đã nêu, việc nghiên cứu khâu gia công và tuyển làm giàu là đưa ra phương pháp gia công quặng nguyên khai phải đảm bảo vừa tách được các hạt quặng graphit ra khỏi tạp chất đi kèm đồng thời phải giữ được tối đa các hạt graphit có cấu trúc dạng vảy có trong mẫu quặng nghiên cứu và sau đó nghiên cứu tuyển để làm giàu và thu hồi quặng tinh graphit cấu trúc vảy có chất lượng cao nhất nhằm nâng cao giá trị sản phẩm, cũng như nâng cao hiệu quả quá trình khai thác, chế biến quặng graphit tại mỏ Bảo Hà.
2 Đề tài “Nghiên cứu công nghệ tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai nhằm thu hồi tối đa graphit dạng vảy” được nghiên cứu nhằm xác lập quy trình công nghệ tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà, tỉnh Lào Cai, thu hồi tối đa graphit dạng vảy, những nội dung chưa được nghiên cứu đầy đủ trong các công trình trước đây và chưa được thử nghiệm trên quy mô pilot. Công trình nghiên cứu này vừa có tính khoa học, vì làm sáng tỏ những vấn đề có tính lý luận chung về thành phần vật chất cũng như cấu trúc của quặng graphit mỏ Bảo Hà và vấn đề nghiền chọn lọc đối với loại quặng này, luận án vừa có ý nghĩa thực tế đó là nâng cao giá trị kinh tế, chất lượng của sản phẩm graphit, đáp ứng yêu cầu nguyên liệu khâu chế biến tiếp theo thay thế hàng nhập khẩu. Trong những năm tới, với sự phát triển của các ngành công nghiệp nói chung, các lĩnh vực công nghiệp sử dụng nguyên liệu graphit cũng sẽ phát triển theo, nhu cầu graphit sẽ ngày càng lớn. Nghiên cứu đưa ra quy trình, các điều kiện, chế độ công nghệ tuyển phù hợp để thu hồi một cách có hiệu quả quặng graphit mỏ Bảo Hà, tỉnh Lào Cai, chuyển giao công nghệ vào sản xuất để đưa tiềm năng khoáng sản thành nguồn lực phát triển kinh tế, xã hội là nhiệm vụ hết sức cần thiết. 2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận án Đưa ra luận giải làm sáng tỏ cơ sở khoa học về các vấn đề: + Ảnh hưởng đặc điểm thành phần vật chất của khoáng vật graphit và mẫu quặng graphit mỏ Bảo Hà-Lào Cai, xác định dạng tồn tại khoáng graphit cấu trúc vảy trong quặng. + Ảnh hưởng phương pháp gia công chuẩn bị quặng trong quá trình chế biến. + Ảnh hưởng phương pháp và quy trình tuyển mẫu quặng graphit mỏ Bảo Hà, tỉnh Lào Cai, nhằm thu được: * Quy trình công nghệ, các điều kiện, chế độ tuyển phù hợp cho quặng graphit mỏ Bảo Hà, Tỉnh Lào Cai, thu hồi tối đa graphit dạng vảy. * Quặng tinh graphit tổng hợp đạt chất lượng như sau: + Hàm lượng cacbon 80 ÷ 92% C; + Thực thu tổng hợp ≥ 90%; Trong đó: Quặng tinh graphit vảy +100 mesh (+0,149 mm) có hàm lượng C ≥ 94%. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3 Đối tượng nghiên cứu của luận án là mẫu quặng graphit nguyên khai mỏ graphit Bảo Hà, tỉnh Lào Cai. Phạm vi nghiên cứu: - Đặc điểm thành phần vật chất quặng graphit mỏ Bảo Hà, tỉnh Lào Cai; - Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến các quá trình nghiền, tuyển nổi, phân tích chìm nổi trong dung dịch tỷ trọng nặng quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai; - Áp dụng quá trình nghiền chà xát quặng tinh graphit tuyển sơ bộ; - Tối ưu hóa các sơ đồ và chế độ nghiền chà xát và tuyển nổi nhằm thu hồi tối đa lượng graphit dạng vảy. 4. Phương pháp nghiên cứu. Trong luận án đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp tổng hợp, hệ thống hoá để phân tích các tài liệu về graphit và tuyển quặng graphit trên Thế giới và Việt Nam. - Phương pháp thực nghiệm: + Gồm phân tích thành phần khoáng vật và thạch học của quặng graphit; phân bố và đặc điểm kích thước hạt của graphit, phân tích hàm lượng hóa học của graphit trong mẫu nghiên cứu, các phương pháp lát mỏng thạch học (sử dụng thiết bị kính hiển vi quang học Leica DM750P), phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD, thiết bị Siemens D5005 với ống phát bằng Cu, tia phát xạ Kα1,2, điện thế 40 kV, dòng điện 30 mA), kính hiển vi điện tử quét (SEM, thiết bị JEOL JSM-6310, điện thế 15 kV, dòng điện 6 nA, độ chính xác 0,10 % khối lượng), phương pháp phân tích hóa hàm lượng cacbon và sulfur (trên thiết bị Horiba EMIA-320V2), phương pháp phân tích chìm nổi trong dung dịch thành phần tỷ trọng nặng trên thiết bị ly tâm. + Thí nghiệm trong phòng trên các thiết bị nghiền bi, nghiền chà xát và tuyển nổi. - Phương pháp kế thừa: Luận án Tiến sĩ được kế thừa từ kết quả đề tài cấp nhà nước: Nghiên cứu công nghệ tuyển và chế biến sâu quặng graphit mỏ Bảo Hà tỉnh Lào Cai Mã số: ĐTĐL.CN.44/15, do NCS làm chủ nhiệm.
4 - Phương pháp phân tích đánh giá: Kết quả thí nghiệm thu được được tính toán và xử lý bằng phần mềm Excel, Word, vẽ biểu đồ và tìm điểm tối ưu của các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình tuyển. 5. Nội dung vấn đề nghiên cứu Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, luận án giải quyết các nội dung cơ bản sau: - Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về công nghệ tuyển quặng graphit, các dạng tồn tại, tính chất hóa lý của graphit, phương pháp chế biến quặng graphit, lĩnh vực sử dụng và giá trị sản phẩm thời gian gần đây. - Lấy mẫu nghiên cứu làm sáng tỏ đặc điểm cấu trúc, thành phần vật chất, đặc biệt là xác định thành phần khoáng vật graphit tồn tại trong thành tạo quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai làm cơ sở để xây dựng phương án công nghệ tuyển quặng phù hợp nhằm tạo ra các sản phẩm có giá trị thương mại cao, phục vụ nhu cầu các ngành công nghiệp trong nước và xuất khẩu. - Nghiên cứu nghiền thô và tuyển nổi graphit hạt thô ở các chế độ công nghệ với các thông số sau: Chi phí thuốc tập hợp, thuốc đè chìm, pH môi trường, tốc độ khuấy, nồng độ bùn quặng. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết phương pháp nghiền chà xát chọn lọc, tuyển tách, phân cấp graphit vảy trong dung dịch tỷ trọng nặng. Nghiên cứu đề xuất hệ số nghiền chà xát tối ưu từ đây nghiên cứu tối ưu hoá quá trình nghiền chà xát chọn lọc, tuyển tách, phân cấp graphit vảy. - Nghiên cứu sơ đồ và đề xuất quy trình công nghệ tuyển quặng graphit Bảo Hà, tỉnh Lào Cai. 6. Ý nghĩa khoa học - Đã nghiên cứu làm rõ đặc điểm cấu trúc, thành phần vật chất, xác định thành phần khoáng vật graphit tồn tại trong thành tạo quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai. Từ đây làm cơ sở khoa học để nghiên cứu và đề xuất sơ đồ công nghệ tuyển nhằm thu hồi tối đa lượng graphit trong quặng. - Đã đề xuất được phương pháp luận nghiên cứu, đánh giá và tối ưu hóa quá trình nghiền chà xát quặng tinh graphit nhằm thu hồi tối đa lượng graphit vảy thô.
5 Phương pháp luận này bao gồm phân tích rây và phân tích thành phần tỷ trọng sản phẩm nghiền chà xát và từ đó tính toán hệ số nghiền chà xát tối ưu. - Đã làm rõ cơ sở khoa học của phương hướng sơ đồ và chế độ công nghệ tuyển quặng graphit với tuyển nổi sơ bộ ở độ mịn nghiền thô kết hợp với nghiền chà xát lại quặng tinh tuyển sơ bộ nhằm thu hồi tối đa lượng graphit dạng vảy có trong quặng. - Phương pháp luận nghiên cứu nghiền chà xát cũng như sơ đồ và chế độ công nghệ tuyển đề xuất có thể được áp dụng cho các đối tượng quặng graphit khác tại Việt Nam. 7. Ý nghĩa thực tiễn - Đã đề xuất được sơ đồ và chế độ công nghệ để tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà - Lào Cai nhằm thu hồi tối đa lượng graphit dạng vảy trong đó có một lượng đáng kể graphit vảy thô. Sơ đồ và chế độ công nghệ tuyển đề xuất không chỉ mang lại giá trị sản phẩm cao mà còn giảm chi phí năng lượng nghiền và tuyển do tuyển sơ bộ ở chế độ nghiền thô. - Kết quả nghiên cứu của luận án có thể được sử dụng cho các nghiên cứu ở quy mô lớn hơn cũng như làm tài liệu cơ sở để thiết kế thiết bị và sơ đồ công nghệ tuyển, cũng như điều chỉnh quá trình tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai trong thực tế. 8. Điểm mới của luận án 1. Đã làm rõ dạng tồn tại graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai là graphit dạng vảy trong đó graphit dạng vảy chiếm 90-95%; graphit vô định hình 5-10% và xác định được một lượng tạp chất dạng silicat xâm nhiễm mịn trong nền graphit. Đặc điểm thành phần vật chất trên của quặng làm cơ sở để nghiên cứu đề xuất sơ đồ và chế độ tuyển nhằm thu hồi tối đa lượng graphit dạng vảy trong quặng. 2. Đề xuất được phương pháp luận và hệ số nghiền chà xát tối ưu nhằm đánh giá quá trình nghiền chà xát quặng tinh graphit vừa đảm bảo chất lượng graphit vảy thô vừa tránh vỡ vụn sản phẩm này. 3. Lần đầu tiên ở Việt Nam đã nghiên cứu đề xuất sơ đồ và chế độ công nghệ tuyển quặng graphit ở độ mịn nghiền thô và áp dụng quá trình nghiền chà xát để nghiền lại quặng tinh graphit. Sơ đồ và chế độ công nghệ tuyển đề xuất cho phép thu hồi tối đa lượng graphit dạng vảy trong đó có một lượng vảy thô có giá trị cao đồng thời giảm chi phí năng lượng nghiền. Áp dụng tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà Lào Cai đã thu được quặng tinh graphit vảy thô cỡ hạt +0,149 mm có hàm lượng C >94%,
6 thực thu tương ứng >33%; quặng tinh graphit vảy mịn -0,149 mm có hàm lượng C >82%, thực thu tương ứng >60%, với tổng thực thu >93%. 9. Điểm bảo vệ của luận án Luận điểm 1: Quặng graphit mỏ Bảo Hà chứa graphit có cấu trúc dạng vảy với tỷ lệ graphit có cấu trúc dạng vảy chiếm đến 90%, trong đó, có một lượng đáng kể graphit vảy thô, tạp chất dạng silicat xâm nhiễm mịn trong nền graphit. Luận điểm 2. Có thể thu hồi graphit vảy thô +0,149mm sạch bằng quá trình tuyển nổi cấp liệu nghiền thô -0,5mm kết hợp nghiền chà xát quặng tinh thu được và tuyển nổi lại. Sơ đồ và chế độ công nghệ tuyển đề xuất cho phép thu được lượng graphit dạng vảy ở cỡ hạt +0,149mm có hàm lượng >94% C với mức thực thu 33%. Lượng graphit vảy mịn còn lại cũng được thu hồi vào sản phẩm quặng tinh hàm lượng >82% C với mức thực thu 60%. Tổng thực thu graphit đạt trên 90%. Luận điểm 3. Có thể áp dụng phương pháp phân tích tỷ trọng trong dung dịch nặng bằng máy ly tâm để đánh giá mức độ giải phóng khoáng vật trong sản phẩm graphit. Từ đây đề xuất tiêu chí KO để tối ưu hóa quá trình nghiền chà xát để vừa đảm bảo mức độ giải phóng khoáng vật vừa đảm bảo độ hạt thô của sản phẩm graphit dạng vảy. KO (t)= (+0,149mm(t). +0,149mm-2,1(t))/ (λ+0,149mm ) Trong đó +0,149mm là thu hoạch cấp +0,149 mm trong sản phẩm nghiền (%); +0,149mm-2,1: Tỷ lệ khối lượng cấp tỷ trọng -2,1 trong phân tích chìm nổi cấp +0,149 mm trong sản phẩm, tính theo phần đơn vị; λ +0,149mm: Thu hoạch cấp +0,149 mm trong cấp liệu nghiền (%). 10. Cấu trúc của luận án Ngoài phần mở đầu, danh mục chữ viết tắt, danh mục bảng biểu, hình vẽ, đồ thị, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục, Luận án được kết cấu thành 5 chương gồm: Chương 1: Tổng quan về graphit: Tài nguyên, khai thác, chế biến và sử dụng. Chương 2: Thành phần vật chất mẫu quặng và định hướng nghiên cứu. Chương 3: Nghiên cứu tuyển nổi sơ bộ mẫu quặng. Chương 4: Nghiên cứu thu hồi quặng tinh graphit vảy thô bằng nghiền chà xát và tuyển nổi. Chương 5: Nghiên cứu sơ đồ tuyển nổi nhằm thu hồi tối đa tinh quặng graphit dạng vảy.