Tổng quan luận án
Công trình nghiên cứu "Nghiên cứu công nghệ tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai nhằm thu hồi tối đa graphit dạng vảy" được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Trần Thị Hiến, chuyên ngành Kỹ thuật Tuyển khoáng (mã số 9520607) tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS Nguyễn Hoàng Sơn và TS Đào Duy Anh (năm 2022).
Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu
Việt Nam sở hữu tổng trữ lượng và tài nguyên dự báo quặng graphit ước tính khoảng 26,327 triệu tấn, tập trung chủ yếu tại hai tỉnh Yên Bái và Lào Cai. Trong đó, mỏ graphit Bảo Hà (tỉnh Lào Cai) có trữ lượng và tài nguyên dự báo khoảng 3,171 triệu tấn. Quặng graphit nguyên khai tại các mỏ của Việt Nam nhìn chung có hàm lượng cacbon không cao và chứa nhiều khoáng tạp, không thể đưa vào sử dụng trực tiếp mà bắt buộc phải qua khâu tuyển làm giàu.
Trong các mỏ graphit đã phát hiện tại Việt Nam, mỏ Bảo Hà có đặc điểm nổi bật khi tỷ lệ graphit cấu trúc dạng vảy chiếm trên 90%. Graphit dạng vảy là nguồn nguyên liệu có giá trị thương phẩm cao nhất trên thị trường (dao động từ 750 đến 1.600 USD/tấn, so với mức khoảng 500 USD/tấn của graphit vô định hình). Tuy nhiên, thách thức công nghệ đặt ra là quy trình gia công nghiền và tuyển phải vừa bóc tách triệt để các khoáng vật tạp chất silicat xen kẹp, vừa phải bảo toàn tối đa kích thước hạt vảy graphit, tránh hiện tượng vỡ vụn làm suy giảm giá trị khoáng sản. Các nghiên cứu trước đây về mỏ Bảo Hà chưa giải quyết đầy đủ vấn đề nghiền chọn lọc và chưa được kiểm chứng trên quy mô dây chuyền pilot liên tục.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục tiêu tổng quát của luận án là xác lập cơ sở khoa học và quy trình công nghệ tuyển quặng graphit mỏ Bảo Hà nhằm thu hồi tối đa graphit dạng vảy có chất lượng thương phẩm cao. Các nhiệm vụ cụ thể được đánh số theo văn bản luận án gồm:
- Đưa ra luận giải làm sáng tỏ cơ sở khoa học về ảnh hưởng của đặc điểm thành phần vật chất khoáng vật graphit và mẫu quặng graphit mỏ Bảo Hà, xác định dạng tồn tại của khoáng vật graphit cấu trúc vảy trong quặng.
- Xác định ảnh hưởng của phương pháp gia công chuẩn bị quặng trong quá trình chế biến.
- Xác định ảnh hưởng của phương pháp và quy trình tuyển mẫu quặng graphit mỏ Bảo Hà nhằm thu được:
- Quy trình công nghệ, các điều kiện và chế độ tuyển phù hợp cho quặng graphit mỏ Bảo Hà nhằm thu hồi tối đa graphit dạng vảy.
- Quặng tinh graphit tổng hợp đạt hàm lượng cacbon từ 80 ÷ 92% C với mức thực thu tổng hợp $\ge 90%$; trong đó quặng tinh graphit vảy thô cấp hạt +100 mesh (+0,149 mm) đạt hàm lượng cacbon $C \ge 94%$.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Mẫu quặng graphit nguyên khai lấy từ mỏ graphit Bảo Hà, huyện Bảo Yên, tỉnh Lào Cai.
- Phạm vi nghiên cứu: Đặc điểm cấu trúc, thành phần vật chất mẫu quặng; ảnh hưởng của các thông số công nghệ nghiền thô, tuyển nổi sơ bộ, phân tích chìm nổi trong dung dịch tỷ trọng nặng; áp dụng quá trình nghiền chà xát đối với quặng tinh sơ bộ; tối ưu hóa sơ đồ và chế độ tuyển nổi vòng kín quy mô phòng thí nghiệm và thử nghiệm pilot với công suất 100 kg/h.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Các hướng nghiên cứu trước đây
Luận án đã tổng hợp và hệ thống hóa các công trình nghiên cứu công nghệ tuyển quặng graphit trên thế giới và tại Việt Nam:
- Nghiên cứu trên thế giới:
- Quy trình tuyển quặng graphit vảy tại mỏ Nanshu (Ấn Độ/Trung Quốc) áp dụng sơ đồ nhiều giai đoạn gồm 3 lần nghiền bi, 3 lần nghiền chà xát, 6 lần phân cấp và 11 khâu tuyển nổi để đạt quặng tinh 95% C.
- Sơ đồ tuyển quặng graphit Nam Phi kết hợp nghiền tuyển nổi và sàng phân cấp.
- Nghiên cứu thực nghiệm của các tác giả quốc tế đối với quặng tinh thô graphit mỏ Pingdu (Trung Quốc) có hàm lượng ban đầu 84,59% C [21]. Kết quả so sánh giữa ba loại thiết bị nghiền cho thấy: nghiền chà xát cho quặng tinh đạt 98,62% C (thực thu 94,15%); nghiền thanh đạt 93,21% C (thực thu 91,17%); nghiền bi chỉ đạt 87,67% C (thực thu 90,99%). Kính hiển vi điện tử quét (SEM) xác nhận nghiền chà xát chỉ làm giảm độ dày mà không phá vỡ kích thước diện tích vảy.
| Thiết bị nghiền |
Sản phẩm |
Thu hoạch C (%) |
Hàm lượng C (%) |
Thực thu C (%) |
| Nghiền chà xát |
Quặng tinh |
80,75 |
98,62 |
94,15 |
|
Trung gian |
4,22 |
63,03 |
3,14 |
|
Đuôi thải |
15,01 |
15,26 |
2,70 |
| Nghiền thanh |
Quặng tinh |
82,55 |
93,21 |
91,17 |
|
Trung gian |
2,65 |
82,05 |
2,58 |
|
Đuôi thải |
13,80 |
38,26 |
6,26 |
| Nghiền bi |
Quặng tinh |
87,77 |
87,67 |
90,99 |
|
Trung gian |
1,89 |
84,23 |
1,88 |
|
Đuôi thải |
10,34 |
58,26 |
7,12 |
- Nghiên cứu tại Việt Nam:
- Mỏ Mậu A (Yên Bái) - Viện Luyện kim Màu (1985): Thu được quặng tinh 80% C, hàm lượng C trong đuôi thải còn cao.
- Mỏ Hưng Nhượng (Quảng Ngãi) - Viện Nghiên cứu Mỏ - Luyện kim (1996): Quặng nghiền mịn đến 80% cấp -0,074 mm, quặng tinh đạt 80 ÷ 82% C, thực thu 67 ÷ 74,58%.
- Mỏ Nậm Thi (Lào Cai) - Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim (2008): Nghiền mịn đến 50,57% cấp -0,071 mm, qua sơ đồ 10 khâu tuyển, thu được quặng tinh 85,72% C, thực thu 91,43%.
- Mỏ Yên Thái (Yên Bái) - Trường Đại học Mỏ - Địa chất (2012): Nghiền quặng đầu đến 77% cấp -0,074 mm, quặng tinh đạt 90,11% C, thực thu 71,74%.
- Mỏ Bảo Hà (Lào Cai) - Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim (2013): Áp dụng sơ đồ nghiền mịn 78% cấp -0,074 mm, thu được quặng tinh 1 đạt $\ge 88%$ C và quặng tinh 2 đạt $\ge 80%$ C, thực thu tổng cộng 89 ÷ 90%.
Khoảng trống nghiên cứu luận án giải quyết
Hầu hết các công trình nghiên cứu tuyển quặng graphit tại Việt Nam đều áp dụng phương pháp nghiền mịn toàn phần quặng đầu vào (cỡ hạt mịn dưới 0,074 mm). Cách tiếp cận này dẫn tới việc phá vỡ cấu trúc vảy tự nhiên, làm nát các hạt vảy lớn, từ đó làm giảm chất lượng và giá bán của sản phẩm. Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống: thiết lập sơ đồ tuyển nổi sơ bộ ở độ hạt nghiền thô (-0,5 mm) kết hợp với khâu nghiền chà xát chọn lọc quặng tinh sơ bộ để tách khoáng tạp silicat mà không làm gãy vảy graphit, đồng thời kiểm chứng quy trình trên hệ thống pilot 100 kg/h.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết và khái niệm sử dụng
- Cấu trúc tinh thể và tính nổi tự nhiên của graphit: Graphit kết tinh trong hệ lục phương, các nguyên tử cacbon liên kết cộng hóa trị trong mặt phẳng lục giác và liên kết bằng lực Van der Waals yếu giữa các lớp. Cấu trúc này tạo ra độ trơn trượt, tính dẫn điện định hướng và bề mặt kỵ nước tự nhiên cao, cho phép áp dụng phương pháp tuyển nổi bọt.
- Cơ chế thuốc tuyển: Sử dụng dầu hỏa (kerosen) làm chất tập hợp không phân cực để tăng tính kỵ nước; dầu thông (hoặc terpineol) làm chất tạo bọt; xô đa ($Na_2CO_3$) điều chỉnh pH môi trường kiềm nhẹ; thủy tinh lỏng ($Na_2SiO_3$) làm chất đè chìm các khoáng vật silicat tạo đá.
- Nguyên lý nghiền chà xát: Dưới tác dụng của lực ma sát chà xát giữa các viên bi và hạt quặng, các lớp khoáng tạp silicat bám dính trên bề mặt vảy graphit bị bóc tách mà cấu trúc kích thước mặt phẳng của vảy graphit không bị đập vỡ vụn như khi dùng máy nghiền bi va đập.
- Đánh giá giải phóng khoáng vật: Áp dụng phương pháp phân tích chìm nổi trong dung dịch tỷ trọng nặng kết hợp lực ly tâm để xác định mức độ giải phóng liên kết giữa graphit và khoáng tạp ở các cấp hạt.
Phương pháp nghiên cứu và thiết bị thực nghiệm
- Lập mẫu nghiên cứu: Gộp từ 6 đơn mẫu đại diện cho 2 loại quặng chính theo tỷ lệ khối lượng: 35% quặng graphit phong hóa (hàm lượng 10,78% C) và 65% quặng graphit gốc (hàm lượng 11,85% C). Tổng khối lượng mẫu gộp là 5.000 kg với hàm lượng cacbon trung bình 11,15% C.
- Phân tích khoáng tướng và thạch học: Kính hiển vi quang học phân cực Leica DM750P trên lát mỏng thạch học độ dày 0,03 mm.
- Nhiễu xạ tia X (XRD): Thiết bị Siemens D5005 (ống phát Cu, bức xạ $K\alpha_{1,2}$, 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).
- Phân tích thành phần hóa học: Xác định hàm lượng C và S trên máy Horiba EMIA-320V2; phân tích đa nguyên tố bằng phương pháp ICP.
- Phân tích tỷ trọng: Phân tích chìm nổi bằng dung dịch nặng trên máy ly tâm phòng thí nghiệm.
- Thực nghiệm công nghệ: Thí nghiệm nghiền bi, nghiền chà xát và tuyển nổi trong phòng thí nghiệm; thử nghiệm liên tục trên dây chuyền pilot năng suất 100 kg/h.
- Xử lý số liệu: Tính toán, vẽ biểu đồ và xác định điểm tối ưu thông qua phần mềm Microsoft Excel và Word.
Nguồn tư liệu và dữ liệu
Dữ liệu của luận án được kế thừa và phát triển từ đề tài khoa học công nghệ cấp nhà nước mã số ĐTĐL.44/15-ĐTĐL.CN-CNN: "Nghiên cứu công nghệ tuyển và chế biến sâu quặng graphit mỏ Bảo Hà tỉnh Lào Cai" do chính nghiên cứu sinh làm chủ nhiệm, kết hợp các kết quả phân tích mẫu thực tế tại các phòng thí nghiệm chuyên ngành.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan về graphit: Tài nguyên, khai thác, chế biến và sử dụng
Chương 1 hệ thống hóa các đặc tính vật lý, hóa học, dạng tồn tại tự nhiên của graphit (vô định hình, vảy, mạch), tình hình thị trường và công nghệ chế biến trên thế giới cũng như tại Việt Nam:
- Phân loại và giá trị thương phẩm: Graphit vảy thô (>149 $\mu m$, tức cấp hạt 100 ÷ 50 mesh) có hàm lượng cacbon >99% C có giá bán lên tới 1.600 USD/tấn; loại hàm lượng 94 ÷ 97% C có giá trên 850 USD/tấn; trong khi graphit vô định hình mịn (<74 $\mu m$) chỉ đạt 350 ÷ 500 USD/tấn.
- Cơ cấu tiêu thụ toàn cầu (năm 2019): Vật liệu chịu lửa chiếm 46%, pin năng lượng chiếm 24%, khuôn đúc luyện kim chiếm 10%, chất bôi trơn 5%, vật liệu chống ma sát 2%, graphit hình cầu 2% và các lĩnh vực khác 10%. Nhu cầu sản xuất pin Lithium-ion cho xe điện thúc đẩy nhu cầu graphit vảy tăng trưởng 30 ÷ 40% mỗi năm.
- Đặc điểm mỏ Bảo Hà: Nằm trong đới cấu trúc Sông Hồng (hệ tầng Núi Con Voi và Ngòi Chi tuổi Proterozoi), mỏ gồm 21 thân quặng có chiều dày 1,0 ÷ 10,1 m, kéo dài 270 ÷ 1.150 m. Quặng gồm hai loại: quặng phong hóa (C: 11,79%, độ tro $A_k$: 85,23%, S: 0,15%) và quặng gốc (C: 11,19%, $A_k$: 86,58%, S: 1,75%).
Chương 2: Thành phần vật chất mẫu quặng, định hướng nghiên cứu
Chương 2 trình bày chi tiết các kết quả phân tích đặc tính lý - hóa và khoáng vật của mẫu quặng gộp đại diện mỏ Bảo Hà:
- Thành phần hóa học đa nguyên tố: Mẫu gộp có hàm lượng cacbon $C = 11,80%$, $SiO_2 = 57,10%$, $Al_2O_3 = 10,72%$, $Fe_2O_3 = 7,50%$, $S = 2,02%$, độ tro $A_k = 85,20%$ và chất bốc $V^{pt} = 1,00%$.
- Phân bố độ hạt và hàm lượng cacbon: Cấp hạt -0,25 +0,177 mm đạt hàm lượng cacbon cao nhất là 21,60%. Cấp hạt thô -2 +1 mm chiếm 29,60% khối lượng mẫu nhưng hàm lượng cacbon chỉ đạt 8,75%. Các cấp hạt mịn dưới 0,074 mm có hàm lượng C thấp (6,84 ÷ 8,85%).
| Cấp hạt (mm) |
Thu hoạch (%) |
Lũy tích thu hoạch (%) |
Hàm lượng C (%) |
Phân bố C (%) |
Lũy tích phân bố C (%) |
| -2 +1 |
29,60 |
29,60 |
8,75 |
22,59 |
22,59 |
| -1 +0,5 |
21,21 |
50,81 |
11,14 |
20,60 |
43,19 |
| -0,5 +0,25 |
16,18 |
66,99 |
15,73 |
22,20 |
65,38 |
| -0,25 +0,177 |
3,46 |
70,45 |
21,60 |
6,51 |
71,89 |
| -0,177 +0,149 |
5,96 |
76,40 |
15,96 |
8,29 |
80,18 |
| -0,149 +0,125 |
2,46 |
78,87 |
16,46 |
3,53 |
83,71 |
| -0,125 +0,074 |
6,74 |
85,61 |
11,73 |
6,89 |
90,61 |
| -0,074 +0,045 |
4,61 |
90,22 |
8,85 |
3,56 |
94,17 |
| -0,045 +0 |
9,78 |
100,00 |
6,84 |
5,83 |
100,00 |
| Cộng |
100,00 |
- |
11,47 |
100,00 |
- |
- Thành phần khoáng vật (kết quả XRD):
| Thành phần khoáng vật |
Công thức hóa học |
Khoảng hàm lượng (~%) |
| Thạch anh |
$SiO_2$ |
42 ÷ 44 |
| Graphit |
$C$ |
17 ÷ 19 |
| Illit |
$KAl_2AlSi_3O_{10}_2$ |
16 ÷ 18 |
| Felspat |
$K_{0.5}[AlSi_3O_8]$ |
9 ÷ 11 |
| Clorit |
$Mg_2Al_3AlSi_3O_{10}_8$ |
4 ÷ 6 |
| Canxit |
$CaCO_3$ |
1 ÷ 3 |
| Amphibol |
- |
$\le 1$ |
| Lepidocrocit |
$FeO.OH$ |
$\le 1$ |
- Đặc điểm khoáng tướng và SEM: Graphit xuất hiện chủ yếu dạng vảy, tấm kéo dài hoặc sợi uốn lượn, kích thước từ $(0,05 \times 0,2)$ mm đến $(0,15 \times 0,5)$ mm xen kẹp trong nền đá phiến thạch anh biotit. Giữa các lớp vảy graphit có các lớp khoáng vật silicat (felspat K, Na, Ca, illit, thạch anh) và khoáng sunfua (pyrotin, pyrit) xâm nhiễm mịn. Kết quả này định hướng công nghệ: nghiền thô để tuyển nổi sơ bộ loại bỏ đá thải, sau đó dùng nghiền chà xát để làm sạch vảy graphit.
Chương 3: Nghiên cứu tuyển nổi sơ bộ mẫu quặng
Chương 3 tập trung vào các thí nghiệm xác định chế độ tuyển nổi sơ bộ ở độ mịn nghiền thô:
- Độ mịn nghiền tối ưu: Nghiền quặng nguyên khai đến cấp hạt -0,5 mm là kích thước phù hợp để giải phóng sơ bộ graphit mà không làm vụn nát các hạt vảy lớn.
- Chế độ hóa học và điều kiện tuyển sơ bộ:
- Thuốc điều chỉnh môi trường: Xô đa ($Na_2CO_3$) được sử dụng để tạo môi trường kiềm nhẹ thích hợp cho quá trình tuyển.
- Thuốc đè chìm: Thủy tinh lỏng ($Na_2SiO_3$) được bổ sung nhằm ức chế sự nổi của thạch anh và các khoáng vật silicat.
- Thuốc tập hợp: Dầu hỏa (kerosen) với chi phí tối ưu để bám phủ chọn lọc lên bề mặt graphit kỵ nước.
- Thuốc tạo bọt: Dầu thông giúp ổn định lớp bọt khoáng.
- Kết quả khâu tuyển sơ bộ: Khâu tuyển chính kết hợp tuyển vét và tuyển tinh sơ bộ cho phép loại bỏ một lượng lớn đất đá thải (chiếm tỷ lệ khối lượng lớn trong quặng ban đầu), tập trung graphit vào sản phẩm bọt quặng tinh thô gồm cả cấp hạt vảy thô (+0,149 mm) và vảy mịn (-0,149 mm) để chuyển sang khâu xử lý tiếp theo.
Chương 4: Nghiên cứu thu hồi quặng tinh graphit vảy thô bằng nghiền chà xát và tuyển nổi
Chương 4 giải quyết khâu công nghệ then chốt nhằm nâng cao hàm lượng cacbon cho graphit vảy thô (+0,149 mm):
- Phân tích tỷ trọng trong dung dịch nặng: Sử dụng máy ly tâm phân tích thành phần tỷ trọng quặng tinh sơ bộ cấp hạt +0,149 mm để đánh giá mức độ dính bám của khoáng tạp silicat.
- Thiết lập tiêu chí tối ưu hóa nghiền chà xát: Luận án xây dựng phương pháp luận đánh giá quá trình nghiền chà xát thông qua việc tính toán các hệ số $K_P$, $K_L$ và hệ số tối ưu tổng hợp $K_O$. Tiêu chí $K_O$ phản ánh mối tương quan giữa mức độ giải phóng khoáng vật tạp chất và mức độ bảo toàn độ hạt thô của vảy graphit.
- Nghiên cứu các thông số công nghệ nghiền chà xát:
- Nồng độ bùn quặng: Ảnh hưởng trực tiếp đến mật độ tiếp xúc và lực ma sát giữa các hạt bi và vảy graphit.
- Tốc độ quay cánh khuấy: Xác định khoảng vận tốc tối ưu để tạo lực chà xát tách khoáng tạp mà không sinh ra lực va đập gây vỡ hạt.
- Tỷ lệ bi/quặng ($B/q$): Thiết lập tỷ lệ nạp bi phù hợp trong buồng nghiền chà xát.
- Thời gian nghiền chà xát: Xác định thời gian đủ để bóc màng tạp chất silicat bám dính trên các mặt phẳng tinh thể graphit.
- Hiệu quả công nghệ: Quá trình nghiền chà xát kết hợp tuyển nổi đã làm sạch bề mặt vảy, nâng cao hàm lượng cacbon của cấp hạt +0,149 mm lên trên 94% C.
Chương 5: Nghiên cứu sơ đồ tuyển nổi nhằm thu hồi tối đa quặng tinh graphit dạng vảy
Chương 5 hoàn thiện sơ đồ tuyển vòng kín và kiểm chứng thực nghiệm trên quy mô pilot:
- Thí nghiệm tuyển sơ đồ vòng kín: Khảo sát các sơ đồ tuyển tinh thu hồi graphit hạt mịn, nghiền tuyển lại các sản phẩm trung gian qua 5 sơ đồ vòng kín (SĐ1 đến SĐ5). Sơ đồ 5 (xử lý tuần hoàn các sản phẩm trung gian đưa sang khâu tuyển tinh 4) cho kết quả thu hồi tối ưu.
- Thử nghiệm trên dây chuyền pilot (năng suất 100 kg/h):
- Luận án đã tính toán, thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống pilot công suất 100 kg/h theo sơ đồ công nghệ đề xuất.
- Kết quả phân tích hóa học đa nguyên tố và khoáng vật của các dòng sản phẩm từ dây chuyền pilot khẳng định tính ổn định của quy trình.
- Các chỉ tiêu công nghệ đạt được:
- Quặng tinh graphit vảy thô (+0,149 mm): Hàm lượng cacbon đạt $C > 94%$, mức thực thu tương ứng đạt $> 33%$.
- Quặng tinh graphit vảy mịn (-0,149 mm): Hàm lượng cacbon đạt $C > 82%$, mức thực thu tương ứng đạt $> 60%$.
- Tổng thực thu cacbon: Đạt trên $93%$ (vượt chỉ tiêu thiết kế ban đầu $\ge 90%$).
Kết quả và những đóng góp mới
Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học
- Làm rõ đặc điểm khoáng vật học: Xác định rõ dạng tồn tại của khoáng vật graphit tại mỏ Bảo Hà (Lào Cai) với tỷ lệ graphit cấu trúc dạng vảy chiếm từ 90 ÷ 95% (graphit vô định hình chỉ chiếm 5 ÷ 10%), đồng thời chỉ ra đặc điểm xâm nhiễm của các lớp khoáng tạp silicat (thạch anh, felspat, illit) dạng màng mỏng xen kẹp giữa các lớp vảy graphit.
- Xây dựng phương pháp luận tối ưu hóa nghiền chà xát: Lần đầu tiên đề xuất phương pháp luận đánh giá mức độ giải phóng khoáng vật bằng phân tích tỷ trọng trong dung dịch nặng kết hợp lực ly tâm, từ đó thiết lập tiêu chí $K_O$ để tối ưu hóa quá trình nghiền chà xát, giúp bóc tách khoáng tạp silicat mà bảo toàn được kích thước hạt vảy thô.
- Xác lập cơ sở khoa học cho sơ đồ nghiền phân đoạn: Chứng minh tính đúng đắn của giải pháp tuyển nổi sơ bộ ở độ mịn nghiền thô (-0,5 mm) kết hợp khâu nghiền chà xát lại quặng tinh thô, giúp giảm chi phí năng lượng nghiền quặng đầu vào.
Đóng góp mới về mặt thực tiễn
- Xác lập quy trình công nghệ hoàn chỉnh: Đề xuất sơ đồ và chế độ công nghệ tuyển nổi quặng graphit mỏ Bảo Hà thu được hai dòng sản phẩm riêng biệt có giá trị kinh tế cao:
- Quặng tinh graphit vảy thô (+0,149 mm): Hàm lượng cacbon $C > 94%$, thực thu $> 33%$.
- Quặng tinh graphit vảy mịn (-0,149 mm): Hàm lượng cacbon $C > 82%$, thực thu $> 60%$.
- Tổng thực thu cacbon toàn sơ đồ đạt $> 93%$.
- Kiểm chứng thành công trên quy mô pilot: Chế tạo, lắp đặt và vận hành ổn định dây chuyền pilot năng suất 100 kg/h, cung cấp bộ thông số công nghệ tin cậy phục vụ thiết kế công nghiệp.
Kiến nghị và giải pháp đề xuất
- Áp dụng sơ đồ công nghệ nghiền thô - tuyển nổi sơ bộ kết hợp nghiền chà xát vào thiết kế xây dựng nhà máy tuyển quặng graphit tại mỏ Bảo Hà, tỉnh Lào Cai nhằm khai thác hiệu quả nguồn tài nguyên khoáng sản.
- Nghiên cứu ứng dụng phương pháp luận nghiền chà xát và quy trình tuyển phân cấp cho các mỏ quặng graphit khác có đặc tính tương tự tại khu vực Yên Bái và Trung Bộ.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của luận án
- Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm của luận án tập trung vào mẫu quặng gộp đại diện mỏ Bảo Hà với tỷ lệ phối trộn cố định (35% quặng phong hóa và 65% quặng gốc). Khi tính chất quặng trong từng thân quặng riêng biệt có sự biến đổi lớn về mức độ phong hóa hoặc hàm lượng lưu huỳnh, chế độ thuốc tuyển cần được điều chỉnh cục bộ.
- Nghiên cứu tuyển nổi mới dừng lại ở việc tạo ra quặng tinh vảy thô đạt hàm lượng >94% C; chưa đi sâu vào các khâu tinh chế hóa - nhiệt để tạo ra sản phẩm siêu tinh khiết (>99% C).
Hướng nghiên cứu tiếp theo
- Tiếp tục nghiên cứu công nghệ chế biến sâu (xử lý hóa học, thủy luyện hoặc nhiệt luyện) đối với dòng sản phẩm quặng tinh graphit vảy thô thu được từ mỏ Bảo Hà nhằm nâng cao hàm lượng cacbon đạt $\ge 99% C$, đáp ứng tiêu chuẩn sản xuất vật liệu điện cực pin Lithium-ion và graphit hình cầu.
- Nghiên cứu các giải pháp tuần hoàn tái sử dụng nước thải tuyển nổi và xử lý bã thải quặng đuôi nhằm đảm bảo an toàn môi trường cho khu vực khai thác chế biến mỏ Bảo Hà.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng và lĩnh vực sau:
- Nghiên cứu sinh, học viên và giảng viên ngành Kỹ thuật Tuyển khoáng, Khai thác mỏ, Địa chất công nghệ: Tham khảo phương pháp luận đánh giá giải phóng khoáng vật bằng phân tích tỷ trọng ly tâm, việc thiết lập tiêu chí tối ưu hóa nghiền chà xát ($K_O$), cũng như dữ liệu phân tích khoáng tướng học, XRD và SEM mẫu quặng graphit.
- Kỹ sư công nghệ và doanh nghiệp khai thác, chế biến khoáng sản: Sử dụng các thông số kỹ thuật, định mức tiêu hao thuốc tuyển, chế độ nghiền chà xát và sơ đồ công nghệ pilot 100 kg/h làm cơ sở tính toán, thiết kế và vận hành các xưởng/nhà máy tuyển graphit quy mô công nghiệp.
- Cơ quan quản lý nhà nước về khoáng sản (Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ Công Thương): Cung cấp cơ sở khoa học để thẩm định báo cáo thăm dò, đánh giá chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và phê duyệt dự án đầu tư khai thác tài nguyên quặng graphit tại Việt Nam.
Câu hỏi thường gặp
1. Tỷ lệ graphit cấu trúc dạng vảy trong quặng mỏ Bảo Hà chiếm bao nhiêu phần trăm?
Theo kết quả phân tích thành phần vật chất và khoáng tướng trong luận án, khoáng vật graphit tại mỏ Bảo Hà chủ yếu tồn tại ở cấu trúc dạng vảy với tỷ lệ chiếm từ 90 ÷ 95% tổng lượng graphit, trong khi graphit dạng vô định hình chỉ chiếm khoảng 5 ÷ 10%.
2. Vì sao luận án áp dụng công nghệ nghiền chà xát thay vì nghiền bi đối với quặng tinh graphit sơ bộ?
Nghiền bi chủ yếu tạo ra lực va đập và mài mòn mạnh, làm đập vỡ cấu trúc mặt phẳng của vảy graphit, biến các hạt vảy thô thành hạt mịn và làm giảm giá trị thương phẩm. Ngược lại, máy nghiền chà xát tạo ra lực ma sát chọn lọc giữa các hạt và bi nghiền, giúp bóc tách các lớp khoáng tạp silicat bám dính trên bề mặt vảy mà kích thước diện tích của vảy graphit hầu như không bị phá vỡ.
3. Mẫu quặng nghiên cứu công nghệ được phối trộn từ các loại quặng nào và theo tỷ lệ bao nhiêu?
Mẫu gộp công nghệ có tổng khối lượng 5.000 kg, được phối trộn từ 35% quặng graphit phong hóa (hàm lượng 10,78% C) và 65% quặng graphit gốc (hàm lượng 11,85% C) dựa trên cơ sở tính toán trữ lượng địa chất của toàn mỏ Bảo Hà, đạt hàm lượng cacbon trung bình là 11,15% C.
4. Các chỉ tiêu công nghệ chính đạt được khi chạy thử nghiệm trên dây chuyền pilot 100 kg/h là gì?
Thử nghiệm pilot với năng suất 100 kg/h theo sơ đồ công nghệ đề xuất đã thu được: quặng tinh graphit vảy thô cấp hạt +0,149 mm có hàm lượng $C > 94%$ (thực thu $> 33%$); quặng tinh graphit vảy mịn cấp hạt -0,149 mm có hàm lượng $C > 82%$ (thực thu $> 60%$); tổng mức thực thu cacbon đạt trên $93%$.
5. Hệ số $K_O$ được luận án đề xuất nhằm mục đích gì trong quá trình nghiên cứu?
Hệ số $K_O$ là tiêu chí tối ưu hóa tổng hợp được xây dựng từ phương pháp phân tích tỷ trọng trong dung dịch nặng bằng máy ly tâm. Tiêu chí này được sử dụng để đánh giá định lượng và tìm điểm cân bằng tối ưu giữa hai yếu tố: tối đa hóa mức độ giải phóng khoáng tạp silicat khỏi graphit và tối thiểu hóa sự vỡ vụn của các hạt graphit dạng vảy thô trong quá trình nghiền chà xát.
Kết luận
Luận án của nghiên cứu sinh Trần Thị Hiến đã giải quyết thành công bài toán công nghệ tuyển làm giàu quặng graphit mỏ Bảo Hà (Lào Cai) bằng việc kết hợp tuyển nổi sơ bộ ở độ mịn nghiền thô (-0,5 mm) với quá trình nghiền chà xát chọn lọc quặng tinh thô. Quy trình công nghệ xác lập đã được kiểm chứng ổn định trên hệ thống pilot công suất 100 kg/h, cho phép thu hồi trên 93% tổng lượng cacbon, trong đó dòng sản phẩm graphit vảy thô (+0,149 mm) đạt hàm lượng cacbon trên 94% với mức thực thu trên 33%. Công trình đóng góp cơ sở khoa học về phương pháp luận tối ưu hóa nghiền chà xát ($K_O$) và cung cấp các thông số kỹ thuật thực tiễn phục vụ thiết kế, xây dựng nhà máy tuyển graphit quy mô công nghiệp tại Việt Nam.
