Luận án tiến sĩ 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 cơng 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 mơn 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 hồn thiện luận án của mình.
NCS xin trân trọng cảm ơn Chính phủ Việt Nam, thơng qua Bộ Khoa học và
Cơng 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 44/15ĐTĐL.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 khống 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 mơi 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 khống vật bằng phân tích thành
phần tỷ trọng trong dung dịch nặng. ......................................................................... 64
4.4. Thí nghiệm đánh giá mức độ giải phóng khống 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 vịng 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 mơ pilot. ................................................ 111
5.5.1. Tính tốn, 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, CƠNG 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 khống 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 vịng kín quặng graphit mỏ Bảo Hà theo sơ đồ 1.......97
Bảng 5.7. Kết quả tuyển nổi vịng kín quặng graphit mỏ Bảo Hà theo sơ đồ 2........99
Bảng 5.8. Kết quả tuyển nổi vịng kín tuyển graphit mỏ Bảo Hà theo sơ đồ 3 ......103
Bảng 5.9. Kết quả tuyển nổi vịng kín tuyển graphit mỏ Bảo Hà theo sơ đồ 4 ......104
Bảng 5.10. Kết quả tuyển nổi vịng 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 cơng 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 q 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 thơ [21] ..............................................................................................21
Hình 1.10. Sơ đồ cơng nghệ tuyển quặng graphit Bảo Hà ........................................29
Hình 2.1. Sơ đồ gia cơng 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 cơng 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 mơi trường xơ 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 khống tạp bám trên vảy quặng tinh thơ graphit .....................61
Hình 4.1 Mơ hình và ngun lý thiết bị nghiền chà xát ............................................63
Hình 4.2 Mơ hình và ngun 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 vịng kín tuyển quặng graphit (SĐ1) ............98
Hình 5.6. Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi vịng kín tuyển quặng graphit (SĐ2) ..........100
Hình 5.7. Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi vịng kín tuyển quặng graphit (SĐ3 ...........102
Hình 5.8. Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi vịng kín tuyển quặng graphit (SĐ4 ...........105
Hình 5.9. Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi vịng kín tuyển quặng graphit (SĐ5) ..........107
Hình 5.10. Hình ảnh quặng tinh graphit vảy thơ .....................................................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 khống 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 khơng cao, các khống 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 cơng 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 cơng nghiệp, cơng 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 vơ 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 cơng 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 cơng trình trước đây và chưa được
thử nghiệm trên quy mơ pilot. Cơng 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 cơng nghiệp nói chung,
các lĩnh vực cơng 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 cơng 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 thơng số cơng nghệ đến các q 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 hố 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 tốn
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 mơi 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 hố q trình nghiền chà xát chọn lọc, tuyển
tách, phân cấp graphit vảy.
- Nghiên cứu sơ đồ và đề xuất quy trình cơng 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 q
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 tốn 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 thơ. 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 cơng nghệ tuyển,
cũng như điều chỉnh q 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 vơ 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 thơ và áp dụng q 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 thơ 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 thơ +0,149mm sạch bằng q 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 khống 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 khống vật vừa đảm bảo độ hạt thơ 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.


7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GRAPHIT:
TÀI NGUYÊN, KHAI THÁC, CHẾ BIẾN VÀ SỬ DỤNG
1.1. Giới thiệu sơ lược về graphit
1.1.1. Tính chất hóa lý graphit

Graphit là một dạng thù hình của cacbon, kết tinh trong hệ lục phương (Hình
1.1). Tinh thể graphit thường là các tấm lục giác mỏng, hoặc tập hợp méo mó của các
tấm dạng bơng. Rất hiếm gặp các tấm lục giác dày lớn. Graphit thường xuất hiện ở
dạng mạch nhỏ, tập hợp phân phiến và dạng khối. Ngồi ra, graphit cịn có dạng tập
hợp hạt nhỏ, trịn giống như hình cầu và các cầu tỏa tia [27].

Hình 1.1. Mạng tinh thể graphit
Graphit có ánh kim loại, màu xám thép đến đen, mềm, tỷ trọng 1,9 ÷ 2,3 (thường
là 2,1 ÷ 2,3) g/cm3, độ cứng 1÷ 2 Mohs; nhiệt độ nóng chảy 3.927°C [27].
Graphit là chất dẫn điện rất tốt, mỗi nguyên tử cacbon liên kết cộng hóa trị với
3 ngun tử cacbon khác hình thành nên mạng phẳng với các ơ hình lục giác, do đó
mỗi nguyên tử cacbon trong mạng còn dư 1 electron, các electron còn lại này có thể
chuyển động tự do bên trên và bên dưới mặt mạng cho nên khả năng dẫn điện của
graphit có tính định hướng. Các mạng cacbon này liên kết với nhau bằng lực Van der
Waals hình thành nên cấu trúc tinh thể 3 chiều (Hình 1.1b). Do đặc điểm cấu trúc có
sự liên kết lỏng lẻo giữa các tấm (lớp) trong graphit nên graphit thường dễ vỡ, dễ tách
lớp do đó trong cơng nghiệp graphit khơng được dùng ở dạng nguyên chất như là các
vật liệu có cấu trúc ổn định, mà được sử dụng dưới dạng kết hợp với các nguyên liệu


8
khác. Bên cạnh đó các electron tự do chỉ có thể chuyển động dọc theo các bề mặt,
cho nên khả năng dẫn điện của graphit có tính định hướng.
Graphit có nhiều đặc tính đặc biệt như độ trơ, độ bền và khả năng bôi trơn tự
nhiên cao, độ bền ăn mòn, độ dẫn điện, dẫn nhiệt và chịu nhiệt cao, chịu nhiệt cao lên
tới 2.500oC; độ giãn nở nhiệt thấp, độ bền hóa học cao ở nhiệt độ bình thường, có khả
năng kháng cháy, có độ ma sát thấp, cường độ nén cao [20] [28]. Graphit là phi kim
duy nhất có một số đặc tính hố lý nêu trên giống kim loại.
1.1.2. Các dạng tồn tại graphit trong tự nhiên
Có hai loại graphit là graphit tổng hợp và graphit tự nhiên. Trong đó, graphit tự

nhiên chia làm ba loại graphit vơ định hình (amorphous graphite), graphit vảy (flake
graphite/ plumbago) và graphit mạch (vein graphite/ crystalline graphite) [19].
Graphit vơ định hình thực tế là một dạng vi tinh thể của graphit (Hình 1.2a).
Đây là dạng phổ biến nhất của graphit, nhưng có chất lượng thấp nhất [14], [15]. Hàm
lượng C của graphit vơ định hình trong quặng thấp, trong khoảng 20 ÷ 40% C (đơn
vị tỉ lệ khối lượng của cacbon). Sau khi làm giàu, hàm lượng C có thể đạt 70 ÷ 85%.
Loại graphit này khi khai thác thường ở dạng các khối từ 1 cm đến 10 cm [11].
Graphit vảy thường tồn tại ở dạng các vảy gián đoạn, kích cỡ đường kính từ 50
÷ 800 micromet và dày 1 ÷ 150 micromet [11] (Hình 1.2b). Thân quặng dạng lớp
mỏng, tấm, và thấu kính. Quặng graphit dạng này có hàm lượng C đạt 5 ÷ 30% C và
đạt 85 ÷ 95% hoặc hơn sau khi làm giàu. Sản phẩm thương mại của loại này thường
đạt 80 ÷ 99,9% C với kích thước hạt khoảng 2 ÷ 800 micromet.
Graphit mạch (cịn gọi là graphit bướu) (Hình 1.2c) là loại hiếm gặp nhất trong
số 3 loại graphit tự nhiên và cũng là loại có chất lượng cao nhất và giá trị nhất.
Bảng 1.1 cho thấy sự so sánh về đặc điểm, chỉ tiêu sản phẩm, và giá của các loại
graphit tự nhiên khác nhau [20]. Trong các loại graphit tự nhiên thì graphit vảy là loại
được quan tâm nhất và có nhu cầu lớn nhất. Ngồi ra cịn có graphit tổng hợp hay còn
gọi là graphit nhân tạo được tổng hợp từ vật liệu cacbon vơ định hình.


9
Bảng 1.1. Đặc điểm của các loại graphit tự nhiên
Vô định hình

Vảy

Mạch

Rất phổ biến

Phổ biến

Hiếm gặp

Vi tinh thể

Vảy tinh thể, thơ

Tinh thể thơ

Hình thái tinh thể

Hạt

Vảy, tấm

Tấm, kim

Kích thước (micromet)

>37

50 ÷ 177

> 177

Tỷ trọng (g/cm3)

2,31

2,29

2,26

20 ÷ 40

10 ÷ 12

> 90

Hàm lượng sulfur (%)

0,1

0,1

0,7

Độ kết tinh graphit (%)

28

99,9

100

Khoảng cách mặt (002)

0,031 nm

0,3355 nm

0,3354 cm

0,091

0,031

0,029

70 ÷ 85

85 ÷ 95

95 ÷ 99

Mức chất lượng

Thấp

Cao

Rất cao

Giá (USD/tấn)

600 ÷ 800

950 ÷ 3.000

> 3.500

50

49

1

Loại
Độ hiếm
Dạng tinh thể

Hàm lượng C trong quặng (%)

Điện trở suất (.cm)
Độ tinh khiết sản phẩm (%)

Tỷ lệ trữ lượng, %

a

b

c

Hình 1.2. Ảnh chụp quặng graphit tự nhiên
a. Ảnh dưới kính hiển vi điện tử qt của graphit vơ định hình; b. Ảnh mẫu graphit vảy
trên nền thạch anh; c. Ảnh mẫu graphit dạng mạch
1.1.3. Ứng dụng của graphit trong cuộc sống
Graphit tự nhiên có rất nhiều cơng dụng khác nhau như chế tạo vật liệu chịu lửa

(graphit-Mg, graphit-Al, nồi nấu kim loại, graphit trương nở, phụ gia đúc, tráng khuôn


10
và lõi đúc), đệm phanh, dầu bôi trơn, pin khô, pin kiềm, thép thấm cacbon
(recarburizing stell), chổi cacbon, điện tử, bút chì, phủ dẫn điện, sơn đóng gói, mài
bóng, bơi trơn lõi khoan, thuốc nổ (kiểm soát tốc độ cháy), lò phản ứng hạt nhân, nồi
hơi,...Ứng dụng đặc biệt với graphit vảy là nguồn nguyên liệu cho sản xuất pin
Lithium-ion, ba thành phần chính của pin lithium - ion là điện cực âm, điện cực
dương, và chất điện phân. Điện cực âm thông thường làm từ graphit, điện cực dương
là một oxit kim loại và chất điện phân là muối lithium. Yêu cầu graphit cho điện cực
âm phải có độ xốp cao, bề mặt tiếp xúc lớn. Các tính chất này, graphit nhân tạo khơng
có được, mà chỉ có ở graphit tự nhiên dạng vảy. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của
phương tiện giao thông, đồ dân dụng chạy điện và thiết bị lưu trữ năng lượng tái
tạo,… nhu cầu về graphit vảy tăng trưởng từ 30  40 % mỗi năm [12], [15].
Theo số liệu của Roskyl, tỷ lệ sử dụng graphit tự nhiên cho các lĩnh vực công
nghiệp trong năm 2019 như sau: Vật liệu chịu lửa 46%; pin 24 %; khuôn đúc trong
luyện kim chiếm 10%; chất bôi trơn 5%; vật liệu chống ma sát chiếm 2%; graphit
hình cầu 2% và các ứng dụng khác chiếm 10%, được biểu đồ hóa như Hình 1.3 [16].

Hình 1.3. Tỉ lệ sử dụng graphit vào các ngành công nghiệp năm 2019 [16]
Đối với vật liệu chịu lửa, khi sử dụng graphit dạng vảy để sản xuất, đã làm tăng
khả năng chịu sốc nhiệt, chịu ăn mòn và độ bền của vật liệu.
Như vậy, với các thơng tin về tính chất, dạng tồn tại trong tự nhiên và các ứng
của graphit như nêu trên có thể nhận thấy graphit là khoáng sản ngày càng được quan
tâm và phát triển cho công nghiệp hiện đại ngày nay.


11
1.2. Tiềm năng, phân bố, khai thác, phương pháp tuyển và sử dụng quặng

graphit trên thế giới.
1.2.1. Tiềm năng và phân bố quặng graphit trên thế giới.
Theo số liệu thống kê của Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) từ năm 1996
đến nay thì các quốc gia có trữ lượng graphit tự nhiên đáng kể là Brazil, Trung Quốc,
Thổ Nhĩ Kỳ, Mozambique, Ấn Độ, Mexico, Madagascar…
Tổng trữ lượng graphit tự nhiên trên toàn thế giới theo số liệu thống kê năm
2021 đạt 320 triệu tấn, so với tổng trữ lượng graphit tự nhiên toàn thế giới xác định
tại thời điểm năm 2009 là 220 triệu tấn. Như vậy, theo thống kê thì trữ lượng graphit
tăng khoảng 100 triệu tấn trên tồn thế giới [14], [15].
1.2.2. Tình hình sản xuất quặng graphit trên thế giới.
Trung Quốc là quốc gia sản xuất graphit hàng đầu thế giới với ước tính 700
ngàn tấn/năm. Mozambique là nước sản xuất graphit đứng thứ hai với 100.000
tấn/năm, tiếp theo là Brazil, Canada, Ukraina và Nga [16].
Báo cáo của Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ lần đầu tiên nhắc đến Việt Nam
trong thống kê về khai thác và chế biến graphit tự nhiên năm 2014 trong đó nêu Việt
Nam (cùng với Mexico) sản xuất (và cung cấp) graphit vơ định hình (khơng có graphit
vảy, graphit mạch) [16].
Sản lượng graphit năm 2021 cho thấy Trung Quốc vẫn là nước sản xuất graphit
lớn nhất thế giới với sản lượng 820.000 tấn, đứng thứ 2 là Brazil 86.000 tấn, tiếp đến
Mozambique 30.000 tấn, Madagascar 22.000 tấn.
Bảng 1.2. Trữ lượng, sản lượng graphit của một số nước trên thế giới [16]
Tên nước
Úc

Sản lượng graphit qua các năm (tấn)
2017

2018

2019

2020

Trữ lượng
2021 (tấn)

2021

-

1.000

1.000

-

-

(3)

Brazil

90.000

95.000

96.000

63.600

86.000

72.000.000

Canada

40.000

40.000

40.000

8.000

8.600

(3)

625.000

693.000

700.000

762.000

820.000

73.000.000

-

800

800

300

300

(3)

Trung Quốc
Đức