Nghiên Cứu Khả Năng Thu Hồi Niken Từ Quặng Crômit Ở Cổ Định, Thanh Hóa

Luận văn nghiên cứu khả năng thu hồi niken từ quặng mỏ crômit tại khu vực Cổ Định, Thanh Hóa, phân tích phương pháp và hiệu quả xử lý.

• Tác giả: Vũ Tân Cơ
• Trường học: Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim
• Chuyên ngành: Tuyển khoáng
• Đề tài: Nghiên Cứu Khả Năng Thu Hồi Niken Từ Quặng Crômit Tại Cổ Định, Thanh Hóa
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết đề tài
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Thanh Hóa

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu thu hồi niken từ quặng crômit

Nghiên cứu này tập trung vào khả năng thu hồi niken từ quặng crômit tại Cổ Định, Thanh Hóa. Quặng crômit là nguồn tài nguyên khoáng sản quan trọng, chứa các kim loại có giá trị như niken và côban. Tuy nhiên, công nghệ hiện tại chỉ tập trung vào thu hồi crôm, bỏ qua các nguyên tố có ích khác. Đề tài nhằm tìm ra phương pháp hiệu quả để thu hồi niken từ quặng thải, nâng cao giá trị kinh tế của tài nguyên. Công nghệ thu hồi được nghiên cứu bao gồm các phương pháp như nung hoàn nguyên, sunfua hóa, và tuyển nổi. Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần giải quyết vấn đề thiếu hụt niken trong công nghiệp luyện kim.

1.1. Tầm quan trọng của niken trong công nghiệp

Niken là kim loại có vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp như chế tạo máy, hàng không, và kỹ thuật điện. Khoảng 65% niken được sử dụng để sản xuất thép không gỉ. Tuy nhiên, nguồn cung niken tại Việt Nam hạn chế, chủ yếu phải nhập khẩu. Quặng crômit tại Cổ Định chứa khoảng 3.1 triệu tấn niken, nhưng chưa được khai thác hiệu quả. Nghiên cứu này nhằm tận dụng nguồn tài nguyên này, giảm thiểu lãng phí và đáp ứng nhu cầu nội địa.

1.2. Đặc điểm quặng crômit tại Cổ Định

Quặng crômit tại Cổ Định có thành phần chính là crômit, cùng với các khoáng vật như gơtit, hydroxit sắt, và clorit. Hàm lượng niken trong quặng khoảng 0.64%, chủ yếu tồn tại dưới dạng xâm tán trong các khoáng vật sắt và silicat. Việc thu hồi niken từ quặng này đòi hỏi các phương pháp công nghệ tiên tiến, bao gồm nung hoàn nguyên và tuyển nổi. Nghiên cứu này sẽ đánh giá hiệu quả của các phương pháp này trong việc tách niken từ quặng thải.

II. Phương pháp nghiên cứu và công nghệ thu hồi

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp như nung hoàn nguyên, sunfua hóa, và tuyển nổi để thu hồi niken từ quặng crômit. Quá trình nghiên cứu bao gồm các bước: chuẩn bị mẫu, nghiền quặng, xác định chế độ nhiệt, và thử nghiệm các phương án công nghệ. Kết quả nghiên cứu cho thấy, phương pháp nung hoàn nguyên kết hợp với tuyển từ mang lại hiệu quả cao nhất, với tỷ lệ thu hồi niken đạt 80-85%. Công nghệ thu hồi này không chỉ giúp tận dụng nguồn tài nguyên khoáng sản mà còn giảm thiểu tác động môi trường từ quặng thải.

2.1. Chuẩn bị mẫu và nghiền quặng

Mẫu nghiên cứu được lấy từ bãi thải của mỏ Crômit Cổ Định, với khối lượng 250 kg. Quặng được nghiền đến độ mịn tối ưu để đảm bảo hiệu quả thu hồi niken. Quá trình nghiền được thực hiện với các chế độ thời gian và nhiệt độ khác nhau, nhằm xác định điều kiện tối ưu cho quá trình nung và tuyển nổi. Kết quả nghiên cứu cho thấy, độ mịn nghiền ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả thu hồi niken.

2.2. Nung hoàn nguyên và sunfua hóa

Phương pháp nung hoàn nguyên được áp dụng để chuyển đổi các oxit niken thành dạng kim loại, dễ dàng thu hồi hơn. Quá trình nung được thực hiện ở nhiệt độ 850-950°C, với sự hỗ trợ của chất khử như than hoặc cốc. Sau đó, quặng được sunfua hóa để tạo thành các sunfua niken, dễ dàng tách ra trong quá trình tuyển nổi. Kết quả thí nghiệm cho thấy, phương pháp này mang lại hiệu quả cao, với hàm lượng niken trong quặng tinh đạt 3-8%.

III. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy, khả năng thu hồi niken từ quặng crômit tại Cổ Định là khả thi, với tỷ lệ thu hồi đạt 80-85%. Phương pháp nung hoàn nguyên kết hợp với tuyển nổi được đánh giá là hiệu quả nhất. Nghiên cứu này không chỉ giúp tận dụng nguồn tài nguyên khoáng sản mà còn góp phần giảm thiểu tác động môi trường từ quặng thải. Công nghệ thu hồi này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong ngành khai thác và chế biến khoáng sản tại Việt Nam.

3.1. Hiệu quả kinh tế và môi trường

Việc thu hồi niken từ quặng thải không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn giảm thiểu tác động môi trường. Quặng thải từ mỏ Crômit Cổ Định chứa nhiều kim loại nặng, gây ô nhiễm nếu không được xử lý đúng cách. Công nghệ thu hồi niken giúp tận dụng nguồn tài nguyên này, đồng thời giảm thiểu lượng quặng thải ra môi trường. Điều này góp phần phát triển bền vững ngành khai thác khoáng sản tại Việt Nam.

3.2. Tiềm năng ứng dụng trong tương lai

Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc khai thác và chế biến quặng crômit tại Việt Nam. Công nghệ thu hồi niken có thể được áp dụng rộng rãi tại các mỏ khoáng sản khác, giúp tận dụng nguồn tài nguyên và nâng cao hiệu quả kinh tế. Đồng thời, nghiên cứu cũng góp phần phát triển các phương pháp công nghệ tiên tiến trong ngành khai thác và chế biến khoáng sản.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1. Vài nét về khoáng vật và quặng niken. Trong tự nhiên có tới 55 khoáng vật chứa niken, đại đa số các khoáng vật niken được tạo thành ở nhiệt độ và áp suất cao, đồng thời chúng còn được tạo thành trong quá trình nguội dần của magma. Các mỏ niken thường chứa một trong hai loại quặng: Quặng sunfua magma, thành phần chính là pentlandit (Ni,Fe)9S8 và quặng laterit, thành phần chính của quặng có chứa niken là limônit (Fe,Ni)O(OH) và garnierit (niken silicat ngậm nước (Ni,Mg)6(Si4O10)(OH)8.

Tùy thuộc vào quá trình thành tạo, các quặng sunfua niken được chia ra làm các loại sau: - Các loại quặng xâm nhiễm: Đây là loại phổ biến nhất trong các loại quặng sunfua niken. Các khoáng vật sunfua trong các loại quặng này được phân bố giữa các lớp ôlêvin, secpentin hóa và pirôxen. - Các loại quặng hình dăm: Đây là các loại quặng giầu, hàm lượng niken từ 2 đến 25%. Quặng phân bố ở các nếp gẫy của secpentin, philit…và nằm trong các khối sunfua hạt mịn, bao gồm các khoáng pyrôtin, pentlandit, chancôpyrit.

- Các loại quặng đặc xít: Các loại quặng đặc xít gần liền với quặng hình dăm ở phần dưới của thân quặng, chúng gồm chủ yếu là pyrôtin, pentlandit và chancôpyrit. Các loại quặng niken silicat: Đây là đất đá rời và bùn phong hóa siêu basic. Đặc trưng của loại này là hàm lượng niken không cao, thường nhỏ hơn 1% nhưng có trữ lượng rất lớn. Các khoáng vật chính của chúng là: Garnierit, ((Ni,Mg)6(Si4O10)(OH)8), nepuit, pherigaluarit.

Tỷ lệ niken:côban trong các quặng này từ 20-30:1. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 Báo cáo tổng kết đề tài 8 1. Các ứng dụng chủ yếu của niken. Niken có nhiều tính chất đặc biệt: Cứng nhưng lại dẻo, dễ cán kéo và rèn nên dễ gia công thành nhiều dạng khác nhau như tấm mỏng, băng, ống… do có nhiệt độ nóng chảy cao, nên được dùng rộng rãi trong kỹ thuật nhiệt độ cao.

Niken không bị ôxi hoá khi để lâu trong không khí ở nhiệt độ cao đến 5000C và có độ bền chống ăn mòn và độ bền cơ cao hơn các kim loại màu khác. Hợp kim niken có nhiều tính chất quý: Bền, dẻo, chịu axit, chịu nhiệt, điện trở cao. nên được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp: Chế tạo máy, hàng không, kỹ thuật tên lửa, chế tạo ôtô, máy hoá, kỹ thuật điện, chế tạo dụng cụ, công nghiệp hoá học, dệt, dụng cụ gia đình, thực phẩm…. Hình 1: Sử dụng niken trong các ngành công nghiệp khác nhau tại Mỹ.

Giao thông 36% Hoá chất CN khác 10% 14% CN dầu khí 6% Thiết bị điện 12% Chế tạo máy CN đồ gia Xây dựng 6% dụng 10% 6% Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 Báo cáo tổng kết đề tài 9 Thép không rỉ thường chứa 6 - 8% Ni (18 - 20% Cr) dùng làm vật liệu chống ăn mòn và chống axit trong công nghiệp đóng tàu, thiết bị hoá học. Hợp kim chịu nóng niken với crôm (niken là thành phần chủ yếu) là vật liệu vô cùng quan trọng, được dùng để chế tạo cánh động cơ phản lực, ống chịu nóng và nhiều chi tiết của máy bay phản lực và tuốc bin khí. Nicrôm là hợp kim chứa 75 - 85% Ni, 10 - 20% Cr và một ít sắt dùng làm dây nung, hợp kim này có điện trở cao và không bị ôxi hóa ở nhiệt độ cao. Hợp kim pecmaloi là hợp kim niken với sắt có độ thẩm từ lớn, được dùng trong kỹ thuật điện.

Niken còn được dùng (làm chất phủ bảo vệ) để bảo vệ các kim loại màu khác khỏi bị ăn mòn bằng cách mạ. Một số lượng lớn niken dùng để chế tạo acquy kiềm có dung lượng cao và bền. Ngoài ra niken còn được dùng làm chất xúc tác thay cho platin đắt tiền. Những phương pháp tuyển quặng niken.

Hiện nay công nghệ tuyển khoáng mới chỉ tuyển các loại quặng sunfua niken mà chủ yếu là sunfua đồng – niken và một phần nhỏ quặng arsen chứa niken. Các phương pháp tuyển quặng niken silicat đang được tiếp tục nghiên cứu, vẫn chưa được ứng dụng ở sản xuất. Phần lớn quặng niken có hàm lượng lớn hơn 1% niken và tất cả những quặng có hàm lượng niken lớn hơn 3% đều được đưa vào luyện kim mà không qua công đoạn làm giàu sơ bộ. Những quặng có hàm lượng từ 1 đến 3%, đôi khi có hàm lượng lớn hơn nữa, chỉ được làm giàu trong trường hợp chúng có chứa một lượng nhất định đồng nào đó[7].

*) Công nghệ tuyển các loại quặng sunfua chứa niken: Tính nổi của các khoáng vật sunfua niken gần với tính nổi của pyrit. Khi dùng các thuốc tập hợp có gốc mạch các bon dài thì tính nổi của chúng tốt hơn so với khi dùng các thuốc tập hợp có gốc mạch các bon ngắn. Tính nổi của pentlandit cao hơn so với pyrôtin, mặt khác tính nổi của chúng phụ thuộc nhiều vào mức độ thay đổi đồng hình của niken trong các khoáng vật bởi sắt và côban và còn phụ thuộc vào mức độ ôxy hóa của chúng. Pentlandit và pyrôtin bị ôxy Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 Báo cáo tổng kết đề tài 10 hóa khá nhanh so với các khoáng vật sunfua khác.

Tính nổi của các khoáng vật này được cải thiện rõ rệt khi kích động chúng bằng đồng sunfat. Nếu cho thêm natri sunfua trước khi kích động bằng đồng sunfat sẽ làm tăng khả năng hấp phụ của xantat lên bề mặt của pyrôtin và pentlandit. Đối với quặng đồng – niken, các nhà máy tuyển khoáng trên thế giới hiện nay thường áp dụng một trong 3 sơ đồ công nghệ sau: - Tuyển tập hợp các khoáng vật đồng và niken từ quặng đầu, bỏ qua việc tuyển tách quặng tinh tập hợp. - Tuyển tập hợp đồng và niken, sau đó tuyển tách riêng đồng và niken từ quặng tinh tập hợp thành các quặng tinh riêng rẽ.

- Tuyển tách trực tiếp đồng rồi đến niken từ quặng đầu. *) Công nghệ tuyển các loại quặng niken laterit. Đối với quặng niken laterit có hàm lượng niken lớn hơn 0.7% đã có thể là nguyên liệu cung cấp cho luyện kim (thủy luyện) để xử lý, thu hồi niken có hiệu quả. Đại đa số các dự án tính cho khai thác chế biến quặng niken với hàm lượng 0.5% niken sử dụng công nghệ thủy luyện autoclav.

Các dự án mới nhất năm 2006 dự kiến khai thác, chế biến quặng niken nghèo với hàm lượng đến 0.5% niken và đều sử dụng công nghệ thủy luyện mới như Activox, PLASTON, CESL … Các khoáng vật chứa niken trong các quặng niken laterit thường gặp là limônit (Fe,Ni)O(OH) và đa số ở dạng silicat ngậm nước, chủ yếu là garnierit ((Ni,Mg)6(Si4O10)(OH)8), nepuit, pherigaluarit. Khi tuyển các loại quặng chứa các khoáng vật này thường phải áp dụng sơ đồ tổng hợp với việc sử dụng phương pháp thiên tích[3] Học viện Mekhanobr (Nga) đã nghiên cứu công nghệ tuyển đối với quặng niken oxit mỏ Buruktal gồm các công đoạn: Nung quặng có độ hạt -12 + 0 mm trong thời gian 1 giờ ở nhiệt độ 13000C, sau đó nghiền và tuyển nổi. Quặng tinh thu được có hàm lượng niken 4 – 4. Ở Nhật khi Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 Báo cáo tổng kết đề tài 11 tuyển quặng laterit chứa niken có hàm lượng từ 0.13% Ni bằng sơ đồ hỗn hợp: Quặng đầu đem trộn với 5 % clorua canxi, 2 – 3 % than rồi nung ở nhiệt độ 12700C trong thời gian 1 giờ, thiêu phẩm nhận được đem khuấy 30 phút trong dung dịch CuSO4 ở nhiệt độ 600C, sau đó cho thêm Na2S và H2SO4 đến pH = 6 và tuyển nổi.

Quặng tinh thu được chứa 4 – 8 % Ni, thực thu đạt 78 – 90 %. Với quặng niken laterit còn có thể dùng phương pháp nung khử - sunfua hóa rồi tuyển nổi, với quặng niken bị oxy hóa chứa khoảng 1 % niken, đem nung sunfua hóa ở nhiệt độ 7500C để thu được thiêu phẩm chủ yếu là sunfua niken. Thiêu phẩm đem nghiền và tuyển nổi đã thu được quặng tinh chứa từ 2.6 % Ni với thực thu 84 – 89 %[2]. Việc áp dụng công đoạn nhiệt hóa sơ bộ có ý nghĩa nhất định khi tuyển các loại quặng kim loại mầu và hiếm, người ta đã nghiên cứu các phương pháp chuẩn bị nguyên liệu cho tuyển nổi quặng oxit niken dựa trên sự hoàn nguyên quặng bằng bột cốc hoặc than ở nhiệt độ 850 – 9500C với tiêu hao chất khử 6 – 10% so với khối lượng quặng và sau đó sunfua hóa vật liệu đã được hoàn nguyên.

Kết quả thí nghiệm bán công nghiệp ở xí nghiệp liên hiệp Iujuralniken (Nga) khi tuyển quặng có hàm lượng 0.6 % Ni đã nhận được quặng tinh tuyển nổi có hàm lượng niken từ 3 – 8 % với thực thu 80 – 85 %[5]. Quá trình gia công nhiệt nguyên liệu quặng trong một số trường hợp sẽ làm tăng tính hòa tách chọn lọc các cấu tử có ích: Khi nung hoàn nguyên quặng niken laterit của Ấn độ có hàm lượng ~ 1 % Ni và 72.5 % oxit sắt, sau khi hòa tách bằng axit đã thu được 86.6 % Ni trong dung dịch và chỉ có 4. Sơ lược về Mỏ Crômit Cổ Định Thanh Hoá. Mỏ Crômit Cổ Định Thanh Hoá thuộc địa phận của hai huyện Nông Cống và Triệu Sơn, cách thành phố Thanh Hoá khoảng 18 km, cách cảng Lê Môn 15 km.

Năm 1927 người Pháp phát hiện ra mỏ Crômit và tiến hành khai thác từ năm 1930÷1940. Năm 1956 mỏ được thành lập, năm 1957 đoàn Địa Chất số 2 đã tiến hành thăm dò và đánh giá trữ lượng toàn mỏ. Những năm tiếp theo là năm 1959 đoàn Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007 Báo cáo tổng kết đề tài 12 Địa Chất số 2, năm 1963 đoàn Địa Chất 34, năm 1981 đoàn Địa Chất 32 nay là Đoàn 401 đã tiếp tục thăm dò bổ xung toàn bộ các khu vực xung quanh vùng núi Nưa. Trữ lượng khoáng sàng Crômit Cổ Định Thanh Hoá là 20 784 000 tấn Cr2O3 , 3 067 000 tấn niken và 271 290 tấn côban, nằm trong diện tích 33 km2 [1].

Kết quả tìm kiếm thăm dò qua nhiều giai đoạn đã xác định được các tầng chứa quặng chủ yếu là thân quặng 1 (thân quặng dưới) và thân quặng 2 (thân quặng trên). Thân quặng dưới có quy mô trữ lượng lớn nhất mỏ. Tầng trầm tích chứa quặng được cấu tạo chủ yếu bởi lớp sét, cuội, sỏi, thứ yếu là sét xanh đen, sét xốp bở rời và sét hạt sắt. Thân quặng trên nằm trong lớp sét, cát, cuội sỏi có diện tích phân bố hẹp.

Thành phần cát quặng cũng tượng tự như thân quặng dưới gồm: Sét 40 – 50%, bột 10 – 15%, cát 25 – 30%.