Nghiên cứu công nghệ điều chế tinh bột liên kết ngang làm phụ gia tăng tính chọn lọc cho thuốc tuyển quặng apatit

BỘ CÔNG THƯƠNG HỘI HÓA HỌC VIỆT NAM









BÁO CÁO ĐỀ TÀI



NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ĐIỀU CHẾ TINH BỘT LIÊN KẾT
NGANG LÀM PHỤ GIA TĂNG TÍNH CHỌN LỌC
CHO THUỐC TUYỂN QUẶNG APATIT





Chủ nhiệm đề tài: ThS. Văn Thị Lan

Hà Nội 12-2011


BỘ CÔNG THƯƠNG HỘI HÓA HỌC VIỆT NAM






BÁO CÁO ĐỀ TÀI





NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ĐIỀU CHẾ TINH BỘT LIÊN KẾT
NGANG LÀM PHỤ GIA TĂNG TÍNH CHỌN LỌC
CHO THUỐC TUYỂN QUẶNG APATIT
(Thực hiện theo Hợp đồng đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp
công nghiên cứu Khoa học và Phát triển công nghệ số 195.11 RD/HĐ-KHCN,
ngày 05/05/2011 giữa Bộ Công Thương và Hội Hóa học Việt Nam)




Chủ nhiệm đề tài: ThS. Văn Thị Lan

Các thành viên tham gia: Hà Văn Vợi Viện HHCN Việt Nam
Nguyễn Khánh Hằng Hội Hóa học Việt Nam
Hà Huy Hoàng Viện HHCN Việt Nam









Hà Nội 12-2011

MỤC LỤC

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2
MỞ ĐẦU 3
Chương 1. TỔNG QUAN 4
1.2. Cơ chế tuyển nổi quặng 7
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tuyển nổi 10
1.4. Vấn đề nghiên cứu và sử dụng thuốc tuyển quặng apatit hiện nay 13
1.5. Các thuốc tập hợp hữu cơ dùng tuyển nổi quặng apatit loại III Lào Cai 15
1.6. Tinh bột và ứng dụng của tinh bột trong tuyển khoáng 19
1.6.1. Cấu trúc của tinh bột 19
1.6.1. Sử dụng tinh bột trong quá trình tuyển khoáng 20
1.6.2. Các phương pháp điều chế tinh bột liên kết ngang 24
Chương 2. THỰC NGHIỆM 29
2.1. Điều chế tinh bột liên kết ngang 29
2.1.1. Hóa chất, dụng cụ thí nghiệm 29

2.1.2. Phương pháp tiến hành thí nghiệm 29
2.2. Phương pháp qui hoạch hoá thực nghiệm bậc 2 tâm xoay 29
2.3. Xác định độ liên kết ngang của sản phẩm tinh bột liên kết ngang 30
2.4. Thí nghiệm tuyển nổi quặng apatit trong phòng thí nghiệm 32
2.4.1. Chuẩn bị mẫu quặng, mẫu thuốc 32
2.4.2. Nghiên cứu thử nghiệm tuyển nổi trong phòng thí nghiệm 33
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36
3.1. Kết quả tổng hợp 5 mẫu tinh bột liên kết ngang có độ liên kết ngang khác nhau
36

3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng tạo liên kết ngang cho tinh
bột 37

3.2.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH 37
3.2.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố: nhiệt độ, thời gian và tỷ lệ tác nhân
phản ứng 38

3.3. Quy trình điều chế tinh bột liên kết ngang quy mô phòng thí nghiệm 43
3.4. Điều chế thử 1 kg tinh bột liên kết ngang phục vụ cho thử tuyển 44
3.5. Kết quả thử nghiệm tuyển nổi trong phòng thí nghiệm 44
3.5.1. Kết quả thí nghiệm tuyển nổi sơ bộ 44
3.5.2. Thí nghiệm tuyển nổi vòng hở xác định chi phí thuốc tuyển 47
3.5.3. Thử tuyển vòng hở với các mẫu thuốc tuyển khác nhau 49
3.5.4. Thí nghiệm tuyển nổi vòng kín 51
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53
1. Kết luận 53
2. Kiến nghị 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

2
TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI



Đề tài “Nghiên cứu công nghệ điều chế tinh bột liên kết ngang làm phụ gia
tăng tính chọn lọc cho thuốc tuyển quặng apatit” được nghiên cứu dựa trên cơ sở
phản ứng tạo liên kết ngang giữa tinh bột sắn và natri trimetaphotphat. Mục tiêu
của đề tài là từ nguồn tinh bột sẵn có, nghiên cứu điều chế mẫu tinh bột liên kết
ngang có độ liên kết phù hợp làm chất phụ gia nâng cao tính chọn lọ
c của thuốc
tuyển quặng apatit loại III Lào Cai.
Với các nội dung đã đăng kí trong hợp đồng và thuyết minh đề tài, nhóm nghiên
cứu đã thực hiện và hoàn thành các công việc như sau:
- Phân tích xác định thành phần mẫu quặng apatit loại III Lào Cai.
- Tổng hợp 05 mẫu tinh bột liên kết ngang với mức độ liên kết ngang khác
nhau trong phòng thí nghiệm.
- Thử tuyển trong phòng thí nghiệm quặng apatit loại III Lào Cai với thuốc
tuyển có sử dụng phụ gia tinh bột liên k
ết ngang.
- Đã phân tích đánh giá kết quả tuyển khi dùng thuốc tuyển có phụ gia mới
và thấy rằng mẫu thuốc tập hợp VH2000 có chứa 5% tinh bột liên kết ngang với
hàm lượng liên kết ngang 0,03% P liên kết có hiệu quả tuyển tương đương với
thuốc 1502 NY của Thụy Điển.
- Đã xác định các thông số tối ưu của phản ứng điều chế sản phẩm tinh bột
có mức liên kết ngang 0,03%P liên kết.
-Xây dựng quy trình công nghệ điều chế tinh bột liên kết ngang qui mô
phòng thí nghiệm.

- Điều chế thử 01kg sản phẩm phục vụ cho thử tuyển với hàm lượng P liên
kết 0,029%.



3
MỞ ĐẦU


Hiện nay, nhu cầu về quặng apatit tuyển cho sản xuất phân bón ngày càng
tăng. Do đó, ngoài việc các nhà máy tuyển quặng apatit hiện tại đang từng bước
nâng công suất tuyển, thì các nhà máy tuyển quặng mới cũng đang được lên kế
hoạch xây dựng thêm. Để đáp ứng nhu cầu nguyên liệu quặng apatit cho các nhà
máy tuyển, Công ty Apatit đã tăng cường công tác khai thác mỏ nhưng chất
lượng quặng apatit nguyên khai ngày càng giảm dẫn đến khó tuyển, nên việ
c
nghiên cứu tạo các chất hỗ trợ và nâng cao độ chọn lọc của thuốc tuyển cũng như
thực thu quặng tuyển là rất cần thiết.
Các sản phẩm tinh bột liên kết ngang với hàm lượng photpho liên kết trong
khoảng 0,01 đến 0,1% là một trong những tác nhân có khả năng nâng cao tính
chọn lọc trong tuyển nổi apatit, với giá thành rẻ và thân thiện với môi trường vì
các sản phẩm từ tinh bột nói chung có khả năng phân h
ủy sinh học trong khoảng
thời gian ngắn.
Có nhiều tác nhân tạo liên kết ngang cho tinh bột khác nhau như natri meta
photphat, photpho oxiclorua, các axit đa chức…Các sản phẩm tinh bột liên kết
ngang tạo thành từ các tác nhân trên làm tăng khả năng tách apatit ra khỏi các
khoáng vật không có ích khác như cặn silicat, cacbonat và một số hợp chất chứa
kim loại do đó nâng cao tính chọn lọc trong tuyển nổi apatit và tuyển nổi một số
khoáng vật khác [1].

Nguồn tinh bột của nước ta rất dồ
i dào, giá thành rẻ nên đó là cơ sở để sản
xuất các loại tinh bột biến tính phục vụ cho các ngành công nghiệp khác nhau
trong đó có công nghiệp tuyển khoáng. Vì vậy, năm 2011 Hội Hóa học Việt Nam
đã được Bộ Công Thương giao nhiệm vụ thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ
điều chế tinh bột liên kết ngang làm phụ gia tăng tính chọn lọc cho thuốc tuyển
quặng apatit”.


4
Chương 1. TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu về quặng apatit ở Việt Nam
Ở Việt Nam có vùng trầm tích apatit ở Lào Cai với trữ lượng được đánh
giá là 1-1,5 tỷ tấn. Ngay từ những năm 1940 vùng mỏ apatit Lào Cai đã được
khai thác. Sau khi hoà bình lập lại, năm 1955, với sự giúp đỡ của các chuyên gia
Liên Xô, chúng ta đã tiến hành thăm dò kỹ hơn toàn khu mỏ này. Theo các kết
quả nghiên cứu, quặng apatit loại III Lào Cai là loại quặng phong hóa, nhìn
chung quặng mềm, bở rời. T
ỷ lệ các hạt mịn nguyên sinh tương đối lớn nhưng
bên cạnh đó còn có những phần thô lỏi do phong hoá chưa hoàn toàn được gọi là
phần “nửa cứng” có hàm lượng cacbonat tương đối cao. Quặng có chứa khoáng
vật apatit Ca
5
F (PO
4
)
3
, thạch anh SiO
2

, dolomit [(Ca,Mg)CO
3
], vật chất than,
felspat, muscovit [H
2
KAl
3
(SiO
4
)
3
] . và liên tinh apatit với các khoáng vật khác.
Trong đó các khoáng vật chứa nhôm, sắt, dolomit là các khoáng vật thường gây
khó khăn phức tạp cho công nghệ tuyển.
Tuỳ theo mức độ phong hoá khác nhau người ta đã phân loại apatit Việt
Nam thành 4 loại quÆng ®ã lµ quÆng lo¹i I, lo¹i II, lo¹i III vµ lo¹i IV dùa vµo
thành phần hoá học và khoáng vật học của quặng.
Trong những năm gần đây, do nhu cầu sản xuất phân lân tăng lên, hàng
năm chúng ta sản xuất trên 300.000 tấn apatit loại I, 100.000 tấn loại II và trên
500.000 tấn lo
ại III. Quặng loại III để phục vụ Nhà máy tuyển quặng để sản xuất
khoảng 300.000 tấn tinh quặng tuyển. Hiện nay nhà máy phân bón DAP đã đi
vào hoạt động tương đối ổn định, lượng tinh quặng tuyển sử dụng mỗi ngày vào
khoảng 600 tấn tương đương với khoảng 200.000 tấn/ năm và tương lai khi các
nhà máy đi vao hoạt động ổn định công suất thì lượng tinh quặng cầ
n sử dụng sẽ
là 600.000- 700.000 tấn/năm. Khi đánh giá nguồn quặng apatit tại Lào Cai chúng
ta có thể thấy:

5

- Quặng apatit loại I không nhiều, diện phân bố lại rộng nên việc khai thác
ngày càng khó khăn, hiệu quả kinh tế kém.
- Quặng loại II, III và IV chiếm trữ lượng lớn. Trừ quặng apatit loại II có
thể sử dụng ngay để sản xuất phân lân nung chảy, còn lại apatit loại III và IV đều
phải qua làm giàu mới có giá trị sử dụng công nghiệp.
Như vậy để có thể nâng cao hiệu quả sử dụng, chúng ta phải tiến hành
tuy
ển quặng apatit loại II và III, đặc biệt ưu tiên hàng đầu là tuyển quặng apatit
loại III là loại quặng có hàm lượng P
2
O
5
vào khoảng 10-21% (hiện tại, trung bình
là 15-18%), lại có chứa nhiều thạch anh và các silcat, là các khoáng có đặc tính
tuyển khác biệt với khoáng apatit.
Căn cứ vào đặc điểm thạch học người ta chia toàn bộ khu mỏ apatit Lào
Cai thành 8 tầng, kí hiệu từ dưới lên trên (theo mặt cắt địa chất) là tầng KS1,
KS2, KS7, KS8. Trong đó quặng apatit nằm ở các tầng KS4, KS5, KS6 và
KS7. Trong từng tầng lại được chia thành các đới phong hóa hóa học và chưa
phong hoá hoá học.
Tầng KS4 (còn gọi là tầng d
ưới quặng) là tầng nham thạch apatit cacbonat
- thạch anh - muscovit có chứa cacbon. Nham thạch của tầng này thường có màu
xám sẫm, hàm lượng chất chứa cacbon tương đối cao, khoáng vật chứa cacbonat
là đolomit và canxit trong đó đolomit nhiều hơn canxit. Tầng này gồm 2 loại
phiến thạch chính là đolomit -apatit - thạch anh và apatit - thạch anh - đolomit,
chứa khoảng 35÷40% apatit, các dạng trên đều chứa một lượng cacbon nhất định
và các hạt pirit xâm tán xen kẽ nhau. Chiều dày của tầng từ
35÷40m.
Tầng KS5 (còn gọi là tầng quặng): Đây là tầng apatit cacbonat. Nham

thạch apatit cacbonat nằm trên lớp phiến thạch dưới quặng và tạo thành tầng chứa
quặng chủ yếu trong khu vực bể fotforit. Nằm dọc theo trung tâm khu mỏ lào Cai
từ đông nam lên tây bắc chạy dài 25 km. Quặng apatit hầu như đơn khoáng thuộc
phần phong hoá của tầng quặng (KS5) có hàm lượng P
2
O
5
từ 28 ÷40% gọi là

6
quặng loại I, chiều dày tầng quặng dao động từ 3÷4m tới 10÷12m. Ngoài ra, còn
có các phiến thạch apatit - đolomit, đolomit-apatit - thạch anh - muscovit.
KS6, KS7 (còn gọi là tầng trên quặng). Nằm trên các lớp nham thạch của
tầng quặng và thường gắn liền với các bước chuyển tiếp trầm tích cuối cùng.
Nham thạch của tầng này khác với loại apatit cacbonat ở chỗ nó có hàm lượng
thạch anh, muscovit và cacbonat cao hơn nhiều và hàm lượng apatit giảm. Phiến
th
ạch của tầng này có màu xám xanh nhạt, ở trong đới phong hoá thường chuyển
thành màu nâu sẫm. Về thành phần khoáng vật khoáng vật tầng trên quặng gần
giống như tầng dưới quặng nhưng ít muscovit và hợp chất chứa cacbon hơn và
hàm lượng apatit thì cao hơn rõ rệt. Chiều dày của tầng quặng này từ 35÷40m.
Xuất phát từ điều kiện thành tạo của tầng quặng và dựa vào kết quả phân tích
thành phần v
ật chất, vị trí phân bố, đặc tính cơ lý và công nghệ, quặng apatit Lào Cai
được chia làm 2 kiểu: kiểu quặng apatit nguyên sinh và kiểu apatit phong hoá. Các
tầng cốc san (KS) được chia làm 2 đới: đới phong hoá hoá học và đới chưa phong hoá
hoá học.
Quặng apatit loại 3 Lào Cai là quặng apatit-thạch anh nằm trong đới phong hoá
thuộc các KS4 và KS6, KS7 có chứa 12÷20% P
2

O
5
.
Đây chính là đất đá thải trong quá trình khai thác quặng apatit loại I và là
nguyên liệu cho nhà máy tuyển quặng apatit loại III Lào Cai.
Bảng 1.1. Tính chất cơ lý của quặng apatit

Loại quặng
Thể trọng ở trạng
thái tự nhiên
Độ ẩm tự
nhiên %

Hệ số tơi xốp

Độ cứng
Loại 1
Loại 2
Loại 3
KS4
KS6,7
2,44
3,0

1,89
1,83
11,33
1,41

17,1

17,1
1,45
1,58

1,5
1,5
2-3
8-10

3-4
3-4


7
Quặng apatit loại III là quặng phong hoá (thứ sinh) được làm giầu tự nhiên
nên quặng mền và xốp hơn quặng nguyên sinh
Theo các tài liệu địa chất, trong các loại quặng apatit loại I loại II cũng như
loại III Lào cai, khoáng vật apatit đều có cấu trúc Ca
5
F (PO
4
)
3
thuộc loại fluor
apatit, trong đó có khoảng 42,26% P
2
O
5
; 3,78%F và khoảng 50% CaO các mẫu
quặng 3 ở các cốc san đã được lấy và phân tích thành phần hóa học như sau:

Bảng 1.2. Thành phần hoá học (%) của các mẫu quặng apatit loại III
Thành phần Quặng 3 KS4 Quặng 3 KS6,7
P
2
O
5
13÷23 10÷21
CaO
10÷26 17÷33
Fe
2
O
3
2,2÷5,3 1,2÷4,6
MgO
0,3÷5 0,2÷3,4
Al
2
O
3
3,1÷9,5 2,5÷9,5
F
0,8÷6,8 1,2÷4,5
MnO -
0,4÷2,4
Như vậy, do quặng apatit loại III bị phong hoá ở các mức độ khác nhau
nên thành phần và tính chất quặng sẽ biến đổi tuỳ theo điều kiện tạo thành của
các tầng chứa quặng và tuỳ thuộc địa điểm khai thác.
1.2. Cơ chế tuyển nổi quặng

Những cơ sở lý thuyết cơ bản về tuyển nổi dựa trên thành tựu nghiên cứu
hoá lý hiện đại. Ngày nay, người ta dựa trên cơ sở lý thuyết để
điều khiển quá
trình công nghệ tuyển nổi cũng như có thể điều chỉnh tỷ lệ thành phần các cấu tử
tạo ra đơn thuốc tập hợp phù hợp với tính chất của từng loại quặng tuyển.

8
Ðể giải thích sự bám dính của thuốc tập hợp lên bề mặt hạt khoáng người
ta đưa ra nhiều giả thuyết giải thích bằng hoá học lượng tử giữa mức năng lượng
của các orbital đầy điện tử của tác nhân thuốc tập hợp với orbital trống của hạt
khoáng, hoặc là giải thích bằng mô hình orbital phân tử. Tựu trung lại, ngày nay
người ta phân biệt 3 loại cơ chế c
ơ bản về sự bám dính của các tác nhân thuốc tập
hợp lên bề mặt hạt khoáng:
- Sự hấp phụ do lực tĩnh điện
- Sự hấp phụ hoá học.
- Sự hấp phụ vật lý
Trong đó sự hấp phụ hoá học là quan trọng hơn cả vì nó quyết định tính
chọn riêng và tính tập hợp của thuốc đối với một khoáng chất nhất định mà
nh
ững tính chất này được quyết định bởi độ dài, cấu trúc của hidrocabon, cấu tạo
của nhóm chức và thành phần tỉ lệ của các cấu tử có mặt trong hệ thống thuốc tập
hợp [2].
Sự hấp phụ hoá học được xảy ra do sự hình thành có liên kết phối trí giữa
thuốc tập hợp và hạt khoáng. Mối liên kết phối trí này được tạo nên trong phần
lớn các trường hợp có s
ự tác dụng của tác nhân thuốc tập hợp (trong thành phần
có chứa những nguyên tử có đôi điện tử tự do như N, S, O, P hoặc là các liên kết
đôi) với hạt khoáng, mà nó chứa các cation có số lượng tử chính n ≥2. Sự bám
dính của các phân tử tác nhân thuốc tập hợp có chứa các nguyên tử cho điện tử

có thể xảy ra trên bất kỳ vị trí nào của bề mặt hạt khoáng mà ở đó có chứa các
orbital trống được hình thành trong quá trình đập vỡ hoặc nghiền quặng.
Ðiều kiện cần thiết để có sự tác dụng giữa khoáng chất và tác nhân thuốc
tập hợp dạng ion (Y-) (ngoại trừ trường hợp xảy ra phản ứng dị thể) là sự thủy
phân hoặc oxi hoá khoáng chất tạo nên liên kết phân cực trên lớp bề mặt. Kết quả
sự tách và đẩy hạt tích điện âm xảy ra dễ dàng.

9
Me
X

+


Y
-


Æ

Me
Y
+


X-


Dạng liên kết phối trí này có tính đối ứng δ và π. Như vậy, sự bám dính
giữa các tác nhân thuốc tập hợp và bề mặt hạt khoáng xảy ra càng chặt chẽ hơn

và chọn lọc hơn khi mối liên kết của chúng có những tính chất cơ bản (như: độ
dài, năng lượng, số phối trí) gần với liên kết trong mạng tinh thể của khoáng vật.
Hạn chế của quan
điểm này là không xem xét về bản chất liên kết tác nhân -
khoáng chất. Không có sự nhìn nhận nhất quán về sự tác dụng của tác nhân ion
và không ion.
Sử dụng những khái niệm trên cho phép ta có một số quan điểm thống nhất
về sự bám dính lên bề mặt hạt khoáng của bất kỳ một loại thuốc tập hợp nào và
hình dung được cơ chế sự bám dính của bất kỳ một loại thuốc tập h
ợp này trên bề
mặt hạt khoáng như sau:

R
C
O
O
////////////////////////////


R
C
O-H
O
////////////////////////////


R
C NH
O
O

////////////////////////////


R
P = O
O
O
////////////////////////////
Axit béo dạng ion Axit béo dạng axit Amit axit béo Phosphat este

Hình 1.1. Cơ chế bám dính của thuốc trên bề mặt hạt khoáng

Trong quá trình hấp phụ phần lớn các thuốc tập hợp trong phân tử của nó
có chứa O, N, P biểu hiện các tính chất theo những quy luật sau:
Tính axit của các thuốc tập hợp càng yếu thì nó càng bám chặt lên bề mặt
hạt khoáng, phù hợp với quy luật của sự hình thành phức chất trong dung dịch.
Lgβ = a (-LgKa) +b
Trong đó: Ka là hằng số proton hoá

10
β là hằng số tạo phức
Khi có sự hình thành liên kết π hoặc có sự tác dụng tĩnh điện thì xảy ra quy luật
ngược lại. Giá trị hằng số phức của thuốc tập hợp với các cation kim loại có trong
mạng tinh thể của các hạt khoáng cần tách càng lớn thì thuốc tập hợp càng có
tính chọn lọc cao.
Tăng sự chọn lựa của thuốc tập hợp dạng tạo phức cho phép thực hiện
tuyển nổi khoáng vật trong môi trường axit do tính tan của hợp chất phức trong
điều kiện nay tăng và dẫn đến giải hấp phụ của những trung tâm hấp phụ hoạt hoá
yếu của khoáng chất đồng hành. Quan niệm về cơ chế phối trí giữa thuốc tập hợp
và hạt khoáng cho phép ta giải thích sự tác dụng cộng hưởng khi sử dụng hỗn

h
ợp các loại thuốc tập hợp. Bề mặt của khoáng chất có thể xem xét như một tổ
hợp của những trung tâm hấp phụ với lực axit - bazơ Lewis và Bronsted khác
nhau. Như vậy cùng một lúc làm đầy những trung tâm này bằng các thuốc tập
hợp anion, electrophin và trung tính gây nên một sự hấp phụ cực đại, do đó dẫn
đến sự kị nước hoá và ưa nước hoá bề mặt hạt khoáng [2].
1.3. Các y
ếu tố ảnh hưởng đến quá trình tuyển nổi

Để tuyển nổi, quặng được nghiền đến cỡ hạt nhất định. Khi nghiền, các
khoáng vật bị vỡ theo những bề mặt bất kỳ, do đó tính chất của bề mặt mới được
tạo ra không hoàn toàn giống nhau. Ngoài ra, bề mặt khoáng vật còn bị thay đổi
do sự hấp phụ các ion lạ, các phân tử khí, bị oxi hoá v.v Tính không đồng nhất
của bề mặt khoáng vật có ảnh hưởng đế
n hoạt tính hấp phụ và hoá học của nó.
Khả năng của khoáng vật tương tác với thuốc tập hợp có ảnh hưởng trực tiếp đến
kết quả cuối cùng của quá trình tuyển nổi. Hoạt tính hấp phụ thuốc tập hợp của
bề mặt khoáng vật có liên quan chặt chẽ với tính chất của bề mặt khoáng vật. Khi
hấp phụ hoá học các thuốc tập h
ợp anion thì giữa các anion của thuốc và cation
của khoáng vật xuất hiện liên kết hoá học, năng lượng liên kết này trong một
chừng mực nào đó đặc trưng cho hoạt tính bề mặt của khoáng vật [3].

11
Hoạt tính bề mặt khoáng vật đối với thuốc tuyển nổi và nước phụ thuộc
vào trạng thái năng lượng của nó và phụ thuộc vào dạng của các liên kết hoá học
chiếm ưu thế trong mạng tinh thể. Những khoáng vật giống nhau về thành phần
hoá học nhưng khác nhau về cấu trúc tinh thể và các mối liên kết sẽ có những
tính chất khác nhau, ví dụ như màu sắc, độ cứng, tính dẫn
điện và tính nổi v.v

Trong tinh thể, ngoài các liên kết ion và đồng hoá trị, còn có thể có các liên
kết kim loại, hydro, phân tử và các loại liên kết chuyển tiếp khác. Những liên kết
đồng hoá trị, kim loại và ion là các liên kết bền, độ bền của liên kết phân tử kém
hơn. Độ bền của liên kết hydro phụ thuộc vào độ âm điện của các nguyên tử
tương tác với nhau, độ âm điện càng lớn thì liên kết càng bền. Trong một số

trường hợp, liên kết hydro có ý nghĩa lớn đối với sự tương tác của thuốc tuyển
với khoáng vật.
Do tính không đồng nhất mà trên bề mặt khoáng vật một vùng có thể bị
bao phủ bởi lớp hấp phụ một thuốc tuyển nào đó, trong khi ở vùng khác thì bị
hidrat hoá hoặc hấp phụ các ion của thuốc tuyển khác hoặc thậm chí bị bao phủ
bởi các ion của một khoáng vật khác có trong bùn d
ưới dạng hoà tan. Cũng do
tính không đồng nhất của bề mặt khoáng vật và sự phân bố của các ion hoặc
phân tử của một loại thuốc tuyển được hấp phụ trên nó không đều đặn, ở vùng
này chúng phân bố dày đặc hơn còn trên vùng khác thì lại có mật độ phân bố thấp
hơn [4].
Tất cả các hiện tượng nêu trên ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ thuốc tập
hợp lên bề mặ
t khoáng vật, ảnh hưởng khác nhau đến tính tập hợp và chọn lọc
của quá trình tuyển nổi.
Một trong những đặc tính quan trọng của thuốc tập hợp là chiều dài phân
tử của nó. Phần chính của chiều dài phân tử thuốc tập hợp thuộc về mạch
hidrocacbon, trong khi đó nhóm định chức có chiều dài tương đối nhỏ, nhưng
chiều rộng thì lớn hơn mạch hidrocacbon.

12
Chiều dài của mạch hidrocacbon và cấu trúc của nó ảnh hưởng rất lớn đến
tác dụng làm kỵ nước của thuốc tuyển và như vậy làm tăng tính tập hợp của
chúng. Các nghiên cứu cho thấy, khi mạch hidrocacbon của phân tử các hợp chất

hữu cơ kéo dài thêm một nhóm CH
2
thì độ hoà tan của chúng trong nước giảm
trung bình 4,25 lần. Hiện tượng này có quan hệ với năng lượng tương tác phân
tán khi các mạch hidrocacbon tiếp xúc nhau dọc theo chiều dài, năng lượng này
tăng lên theo mức độ kéo dài thêm mạch.
Thành phần của nhóm định chức cũng có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả tác
dụng tập hợp của thuốc. Nhóm định chức có thể có tính axit hoặc kiềm. Sự thay
đổi về thành phần và cấ
u trúc của nó có ảnh hưởng đế tác dụng tập hợp của
thuốc. Nếu một nguyên tố nào đó trong nhóm định chức bị thay thế bằng một
nguyên tố khác thì dẫn đến sự thay đổi năng lượng liên kết hoá học của ion kỵ
nước của thuốc tập hợp với mạng tinh thể khoáng vật và ảnh hưởng đến năng lực
tập hợp của thuốc t
ập hợp.
Như đã thấy, trong thành phần của mình, các axit cacboxylic có nhóm
- COOH có ái lực rất mạnh với nước, các muối của nó với kim loại kiềm là
những hợp chất rất dễ bị hoà tan. Tất cả những điều đó chứng tỏ tác dụng tập hợp
yếu của của thuốc tuyển loại này. Do đó việc thay thế nhóm này bằng các nhóm
định chức khác có thể có được thuố
c tuyển có hoạt tính tuyển và độ chọn lọc
riêng cao cho việc tuyển nổi quặng apatit. Qua kết quả của nhiều năm nghiên cứu
và thực nghiệm trên thế giới, người ta đã chú trọng vào các thuốc tập hợp lưỡng
tính dạng axylaminoaxit, các thuốc tập hợp có chứa photpho, nitơ hoặc các thuốc
tập hợp có chứa đồng thời photpho và nitơ v.v Các kết quả thử nghiệm trong
phòng thí nghiệm cho thấy mộ
t số hợp chất dạng này cho phép tuyển quặng apatit
trong một dải pH rộng, tinh quặng apatit thu được có hàm lượng P
2
O

5
khá cao
(39-40%) với thực thu đạt 92-94% [5].

13
Mặt khác, việc sử dụng phối hợp nhiều loại thuốc tập hợp, sử dụng các
chất hiệu chỉnh, đè chìm dạng polime hữu cơ, hỗn hợp polime hữu cơ, polime
biến tính cũng làm tăng đáng kể hiệu quả tuyển nổi quặng apatit.
Việc làm tăng khả năng nhũ hóa, phân tán thuốc tập hợp trong bùn tuyển
cũng làm tăng đáng kể hiệ
u quả tuyển nổi, giảm chi phí thuốc tập hợp. Sự tương
hợp của nhóm kỵ nước của chất tạo nhũ, phân tán với chất cần phân tán có một
tầm quan trọng đặc biệt. Các chất tạo nhũ, phân tán có chứa nhóm kỵ nước có
cấu trúc tương tự như chất cần phân tán, tạo nhũ sẽ cho kết quả rất khả quan
trong quá trình tạo nhũ, phân tán.
Thành phần củ
a các thuốc tập hợp trong thuốc tuyển được điều chỉnh tuỳ
theo thành phần của quặng để quá trình tuyển có thể nhận được độ chọn lọc cao
và hiệu suất thu hồi cao. Môi trường tuyển cũng phụ thuộc vào thành phần quặng.
Một số loại quặng được tuyển trong môi trường kiềm yếu (apatit nephelin được
tuyển ở pH 9,5-10), một số loại khác có thể được tuy
ển ở môi trường có giá trị
pH thấp hơn. Một số chất vô cơ và hữu cơ cũng được bổ sung vào môi trường
tuyển để cải thiện tính chất của bùn hoặc giải nén các khoáng đi kèm. Trong
những trường hợp tối ưu, quặng loại III vào tuyển có hàm lượng từ 16 đến 18%
P
2
O
5
nhưng tinh quặng thu được có hàm lượng gần 40% P

2
O
5
với hệ số thực thu
93-94%.
1.4. Vấn đề nghiên cứu và sử dụng thuốc tuyển quặng apatit hiện nay

Tuyển nổi là phương pháp giữ vị trí quan trọng trong các công nghệ kết
hợp làm giàu quặng. Chính vì thế việc nghiên cứu và điều chế các thuốc tuyển
hữu hiệu cũng như nghiên cứu các chế độ cấp thuốc tuyển là những hướng quan
trọng và cần thiết nhằm nâng cao thực thu, thu hoạch và chất lượng quặng tinh
tuyển. Tính cấp thiết của nhiệm vụ này càng hiện hữu khi mà chất l
ượng quặng
nguyên khai đưa vào tuyển làm giàu ngày càng giảm, quặng càng ngày càng khó

14
tuyển do liên quan đến độ xâm nhiễm, phong hoá, tạp chất; việc áp dụng công
nghệ tuyển trong điều kiện sử dụng nước tuần hoàn.
Việc nghiên cứu tổng hợp các loại thuốc tuyển thế hệ mới nhằm nâng cao
tính chọn lọc được tiến hành theo hướng chế tạo các hợp chất có chứa các nhóm
chức khác nhau như các loại thuốc tập hợp có chứa nitơ: IM-50 của Nga, AERO
6493 củ
a Mỹ, các hợp chất chứa nhóm sulphonic, các hợp chất lưỡng tính dạng
N-axilaminoaxit như OS-100 của Thuỵ điến, AAK, Talaktam của Nga, Arkomon
SO của Đức , hoặc gắn các nhóm đặc hiệu đối với khoáng vật cần tuyển vào
phân tử của hợp chất thuốc tuyển như các mono/diphosphoric acid esters , Flotol
7-9, di-cacboxylic axit và các dẫn xuất của chúng.
Hiện nay, những nghiên cứu về tuyển nổi quặng apatit được chú trọng theo
hướng nghiên cứu sử d
ụng hỗn hợp các loại thuốc tuyển nhằm nâng cao hiệu quả

tuyển nổi dựa trên luận cứ khoa học về việc tạo ra hệ hấp phụ kỵ nước hỗn hợp từ
các hợp chất chứa các nhóm chức khác nhau, có các đặc tính hoá lý và năng
lượng tự do khác nhau để phù hợp với đặc tính không đồng đều về tính chất hoá
lý cũng như năng lượng tự do của bề
mặt khoáng vật. Những nghiên cứu và thực
tế đã cho thấy hiệu tuyển quặng apatit tăng rõ rệt khi sử dụng thuốc tuyển truyền
thống là các axit béo kết hợp với các chất hoạt động bề mặt không ion có chứa
các nhóm phân cực trong phân tử của chúng. Tác động của các hợp chất này rất
đa dạng: tuy không thể hiện tính khả tuyển đối với apatit nhưng chúng làm thay
đổi cơ bản hiệ
u quả tuyển nổi của các thuốc tuyển truyền thống, cải thiện tính
chất bọt, khả năng bám dính hạt khoáng trên bề mặt phân chia pha….Việc sử
dụng kết hợp này đã làm tăng tính tập hợp, độ chọn lọc khi tuyển nổi apatit, giảm
chi phí thuốc tuyển khoảng từ 20-30%, và đặc biệt có hiệu quả khi sử dụng trong
công nghệ tuyển với việc sử dụng n
ước tuần hoàn. Hơn nữa, có thể điều chỉnh
các tính chất trên của các hợp chất này bằng việc thay đổi thành phần và cấu trúc
phân tử của chúng [6].


15
1.5. Các thuốc tập hợp hữu cơ dùng tuyển nổi quặng apatit loại III Lào Cai.
1.5.1 Axit oleic kỹ thuật.
Thuốc tập hợp hữu cơ truyền thống sử dụng để tuyển nổi quặng apatit và
photphorit là loại axit oleic kỹ thuật. Trong công nghiệp chúng được sản xuất
bằng phương pháp thuỷ phân dầu mỡ động vật, thực vật. Thành phần axit béo cơ
bản: axit oleic C
17
H
33

COOH, axit palmitic C
15
H
31
COOH, axit stearic
C
17
H
35
COOH (chiếm khoảng 92-97%) và các chất không xà phòng hoá (2,5 -
6,5%). Chỉ số xà phòng hoá và chỉ số axit 175-210, chỉ số iot 80-105, nhiệt độ
đông đặc dao động từ 10-34
0
C. Axit oleic là loại thuốc tập hợp hiếm, đắt tiền vì
nó không những được dùng trong công nghệ tuyển nổi mà còn được dùng trong
các lĩnh vực công nghệ khác. Vì vậy, người ta đã có nhiều cố gắng tìm kiếm các
loại thuốc tập hợp khác có hiệu quả tuyển nổi cao hơn, rẻ tiền hơn để thay thế
axit oleic.
1.5.2. Dầu tallo(TM) và dầu tallo tinh luyện (DTM)
Dầu tallo và dầu tallo tinh luyện là thuốc tập hợp hữu c
ơ thông dụng trong
thực tiễn tuyển nổi quặng apatit tại Liên Xô (cũ). Dầu tallo là sản phẩm phụ công
nghệ sản xuất xenlulo. Nó được điều chế theo công nghệ phân tách xà phòng
sunfat bằng axit sunfuric. Dầu tallo tinh luyện được sản xuất bằng cách chưng cất
dầu tallo lấy phân đoạn 200
o
C-235
o
C. Thành phần hoá học của dầu chủ yếu là
axit béo và axit nhựa trong TM. Tổng hàm lượng axit hữu cơ và các chất trung

tính ≥ 90%. Trong DTM tổng hàm lượng axit hữu cơ 91-95%, chỉ số axit 150-
158 chỉ số xà phòng hoá 160-170.
1.5.3. Axit béo kỹ thuật (TжK)
Nhà máy tuyển apatit Lào Cai được xây dựng theo công nghệ tuyển khử
slam và theo thiết kế TжK được dùng là thuốc tập hợp.
TжK là sản phẩm phụ của công nghệ sản xuất axit béo đa ch
ức. Thành
phần hoá học chủ yếu là hỗn hợp các axit béo (axit stearic, axit palmitic, axit
oleic, axit linoleic, axit oxystearic) và lượng nhỏ các chất không xà phòng hoá.

16
1.5.4. Thuốc tập hợp MTK
MTK là thuốc tập hợp mới của cộng hoà Liên bang Nga. Nó được sản xuất
thử ở quy mô pilot để tuyển nổi quặng apatit loại III thay thế cho các loại thuốc
tập hợp truyền thống. Thuốc tập hợp MTK được đưa vào Việt Nam nghiên cứu
tuyển thử với quặng apatit loại III Lào Cai ở mức độ phòng thí nghiệm cũng như
trên dây chuyền tuyển pilot . Loại thuố
c này được đánh giá là loại thuốc tập hợp
có thể thay thế TжK. MTK sử dụng để tuyển nổi quặng apatit, boxit và các loại
quặng khoáng không chứa sunfua.
MTK được chế tạo theo công nghệ oxi hoá paraphin lỏng tách bằng
phương pháp cacbamid. Thành phần chủ yếu MTK: Dung dịch xà phòng của các
axit béo và các chất phụ gia đặc biệt. Hàm lượng hữu cơ ≥40% khối lượng. Chỉ
số axit ≥102. Thành phần MTK có thể thay đổi tuỳ thu
ộc vào quy trình công
nghệ chế tạo chúng nhằm đạt được tính tập hợp và tính chọn lọc cao đối với mỗi
loại quặng tuyển.
1.5.5. Thuốc tập hợp B жC
BжC là thuốc tập hợp từ lâu đã được dùng để tuyển nổi quặng apatit. BжC
đã được sử dụng để tuyển nổi quặng apatit loại III Lào Cai ở mức độ phòng thí

nghiệm và cũng được
đánh giá là có thể dùng để tuyển nổi quặng apatit loại III
Lào Cai. BжC là sản phẩm ôxi hoá trực tiếp hydrocacbon. Thành phần của nó là
hỗn hợp các chất hữu cơ chứa oxi: các rượu béo 44,7-53,6%; axit béo 36-29%.
Phần chủ yếu rượu béo là glycol, phần axit là các axit monocacboxylic mạnh
nhánh. BжC có ưu điểm là ít nhạy cảm với môi trường nước cứng và có tác dụng
chọn lọc đối với quặng apatit trong điều kiện có nhiều slam.
1.5.6. Thuố
c tập hợp MK17-21
MK17-21 là hỗn hợp các axit monocacboxylic có mạch cacbon từ C17-
C21, gốc có cấu trúc thẳng và phân nhánh. Chúng được chế tạo bằng cách trực
tiếp oxi hoá các izoparaphin bằng oxi không khí hoặc được tách từ những phân
đoạn axit béo tổng hợp. MK17-21 tương đối trơ với sự thay đổi thành phần ion

17
của bùn quặng tuyển nổi. Trong phòng thí nghiệm, kết quả tuyển quặng apatit
loại III Lào Cai bằng MK17-21cho tinh quặng đạt các chỉ tiêu công nghệ theo
thiết kế nhà máy tuyển. Các nghiên cứu phối hợp MK17-21 với AAK để tuyển
quặng apatit loại III Lào Cai cho thấy hiệu quả tuyển nổi và tính chọn lọc tăng,
tính chất bọt được cải thiện nhiều.
1.5.7. Thuốc tập hợp AAK
Những năm gần đây N - axylaminaxit
được sử dụng rộng rãi để tuyển
quặng apatit. AAK được chế tạo qua giai đoạn ngưng tụ muối natri của axit
aminohexanic với axit béo bậc cao ở nhiệt độ 160
0
C - 200
0
C . Sử dụng AAK để
tuyển nổi apatit các tác giả đã kết luận: AAK tuyển nổi hữu hiệu quặng apatit

cacbonat. Tính chọn lọc đối với quặng apatit tăng nhiều khi sử dụng AAK với
các thuốc tập hợp axit béo biến tính khác. Trong phòng thí nghiệm đã nghiên cứu
tuyển AAK với quặng apatit loại III Lào Cai.
1.5.8. Thuốc tập hợp KTM
KTM là loại thuốc tập hợp tuyển quặng apatit hoàn toàn mới. Là sản phẩm
ngưng tụ giữa hỗn hợp axit béo của dầu tallo với cacbamit. Thuốc tập hợp KTM
được coi là một trong những thuốc đặc chủng có tính chọn lọc cao đối với quặng
apatit. KTM đã được nghiên cứu tuyển nổi quặng apatit loại III Lào Cai. Kết quả
cho thấy KTM có thể dùng thay thế TжK theo thiết kế để tuyển apatit Lào Cai .
1.5.9. Thuốc tập hợp Flotol 7,9.
Thuốc tập hợp Flotol 7,9 là hỗn hợp axit α - hydroxi - ankyliden -
diphosphonic. Flotol 7,9 được điều chế bằng phương pháp ngưng tụ axit béo C7 -
C9 với PCl
3
sau đó thuỷ phân thu được sản phẩm. Trước đây, ở Liên Xô (cũ)
Flotol 7,9 được sản xuất theo tiêu chuẩn TY 6.09 - 4426 – 77, sản phẩm chứa 55-
65% hoạt chất, axit phosphoric <10%, axit béo <10%. Trong phòng thí nghiệm
đã dùng Floltol 7,9 cùng với HЧK tuyển nổi quặng apatit loại III Lào Cai đạt hiệu
quả tuyển nổi và tính chọn lọc cao.
1.5.10. Thuốc tập hợp VH-2005.

18
Thuốc tập hợp VH-2005 là hỗn hợp các axit béo no và không no với mạch
hidrocacbon từ C10-C22. Thuốc tập hợp VH-2005 được điều chế bằng cách oxi
hoá các phân đoạn khác nhau của parafin tách ra từ dầu mỏ và thuỷ phân từ dầu
mỡ động thực vật. Thuốc tập hợp VH-2005 là bước đột phá mới của công nghệ
chế tạo thuốc tập hợp tuyển nổi apatit loại III ở trong nước. Hiện nay lo
ại thuốc
tập hợp này đã được cải tiến thành các loại thuốc tuyển thế hệ mới trên cơ sở của
VH-2000 như VH-2004. Các loại thuốc này đang được sử dụng có hiệu quả để

tuyển quặng apatit loại III tại Nhà máy tuyển apatit Lào Cai.
1.5.11. Thuốc tập hợp MD của Thuỵ Điển
Thuốc tập hợp MD của Thuỵ Điển là hỗn hợp c
ủa các axit béo với chiều
dài mạch hidrocacbon khác nhau cộng với một số phụ gia khác. Đây là loại thuốc
tập hợp apatit loại III của hãng Akzo Nobel, từ thế hệ thuốc tập hợp MD 20245,
MD 20370, ATRAC 1502NY, đến nay hãng này không ngừng hoàn thiện và đưa
ra những thuốc tuyển thế hệ mới ATRAC 1502NY cải tiến. Các thuốc tuyển loại
sau có những tính năng ưu việt hơn so với thuốc tuyển loại trước cả v
ề hiệu quả
tuyển nổi cũng như về các chỉ tiêu kinh tế nhằm cạnh tranh với thuốc tuyển nội.
Thuốc tập hợp ATRAC 1502NY đang được sử dụng kết hợp với thuốc tập
hợp VH-2005 với tỷ lệ 30/70 để tuyển nổi quặng apatit loại III rất có hiệu quả.

1.5.12. Các thuốc tập hợp dạng sunfo succinat
- Các thuốc tập hợp d
ạng này đã được Phần Lan đưa vào thử nghiệm tại
phòng thí nghiệm, pilot và sử dụng tuyển có hiệu quả quặng apatit loại III Lào
Cai đầu những năm 1990. Đây là hỗn hợp của K-100, K-200, K-300. K-100 với
thành phần chính là sunfosuccinat .
- Thuốc tập hợp để tuyển quặng của apatit của hãng Khios (Cộng hoà liên
bang Ðức) là Flotinor có dạng ankenyl succinat.

19
- Năm 2005, nhóm đề tài của Viện Hoá học Công nghiệp cũng đã tổng hợp
thành công thuốc tập hợp dạng ankyl sunfosuccinat và đã thử nghiệm tuyển trên
quặng apatit loại III Lào Cai trong phòng thí nghiệm cho kết quả khả quan.
- Các thuốc tập hợp dạng N-ankylmonoamid, ankyleste của axit ankyl
(ankenyl) succinic được coi là thuốc tập hợp mới, đặc chủng có tính chọn lọc
riêng cao, tuyển nổi có hiệu quả quặng apatit.

1.5.13. Các thuốc tập hợp dạng axit ankyl hydroxamic
Các thuốc tập hợp dạng ankyl hydroxamic đã được sử dụng tại Nga dưới
dạng tên thương mại là IM-50. Thuốc tập hợp AERO 6493 dạng ankyl
hydroxamic cũng được sử dụng để tuyển nổi khoáng vật cacbonat-apatit tại Utah
(Mỹ)
Tại Việt Nam, năm 2006, nhóm nghiên cứu tại Viện Hoá học Công nghiệp
đã tổng hợp được loại thuốc tập hợp này trong phòng thí nghiệm và đã thử
nghiệm cho hiệ
u quả chọn lọc cao đối với quặng apatit Lào Cai [7].

1.6. Tinh bột và ứng dụng của tinh bột trong tuyển khoáng
1.6.1. Cấu trúc của tinh bột
Tinh bột là một cacbohiđrat cao phân tử bao gồm các đơn vị D-glucozơ nối
với nhau bởi liên kết α-glucozit. Công thức phân tử gần đúng là (C
6
H
10
O
5
)
n
trong
đó n có giá trị từ vài trăm đến khoảng mười nghìn. Tinh bột có dạng hạt màu
trắng tạo bởi hai loại polime là amilozơ và amilopectin [8]
Amilozơ là polime mạch thẳng gồm các đơn vị D-glucozơ liên kết với nhau
bởi liên kết α-1,4- glucozit (Hình 1.2).

20

Hình 1.2: Một phần cấu trúc amilozơ

Amilopectin là polime mạch nhánh, ngoài chuỗi glucozơ thông thường còn
có những chuỗi nhánh liên kết với chuỗi chính bằng liên kết α-1,6-glucozit (Hình
1.3).

Hình 1.3: Một phần cấu trúc amilopectin
Các hạt tinh bột là những tinh thể đa hình phụ thuộc vào nguồn gốc xuất
xứ trong đó hai loại polime được sắp xếp đối xứng xuyên tâm. Bên trong hạt tinh
bột có phần kết tinh do amilozơ và phần phân nhánh của amilopectin tạo thành
làm cho chúng không tan trong nước lạnh và tương đối trơ với các enzim thuỷ
phân [9].
1.6.1. Sử dụng tinh bột trong quá trình tuyển khoáng

Tinh bột và tinh bột biến tính được sử dụng rộng rãi trong quá trình tuyển
nổi nhiều loại quặng với vai trò là chất đè chìm trong cả quá trình tuyển nổi anion

21
và cation. Trong quá trình tuyển nổi anion quặng photphat, tinh bột được sử dụng
làm chất đè chìm canxit và dolomit.
Các nghiên cứu cho thấy, trong công nghệ
tuyển quặng ở môi trường kiềm, sự tương tác của tinh bột kiềm hoá với canxit và
dolomit có liên quan đến sự tạo phức bazơ [Ca(Mg)OH] và phức axit dẫn tới việc
hình thành các liên kết hidro với nhóm polyhidroxyl của tinh bột. Tính đè chìm
của tinh bột đối với các loại khoáng vật tăng theo dãy sau:
Apatit < dolomit < canxit < forsterite (Mg
2
SiO
4
) < frogopit (KMg
3
(OH,

F)
2
AlSi
3
O
10
) [1].
Ngoài ra tinh bột nói chung có tác dụng keo tụ chọn lọc slam. Sự keo tụ
chọn lọc bằng các polime là một kĩ thuật đã được nghiên cứu rộng rãi nhằm đạt
được sự kết khối chọn lọc. Haseman đã tìm ra quy trình keo tụ chọn lọc đối với
quặng photphat năm 1953. Sự keo tụ chọn lọc dựa trên các điều kiện hoá lí đã
kiểm chứng qua thực nghiệm:
- Làm tăng độ
phân tán của những khoáng chất tạp.
- Phá huỷ độ bền phân tán của các khoáng có ích qua sự hấp phụ chọn lọc
của một khối keo tụ chọn lọc.
- Thúc đẩy sự lớn lên của khối keo tụ có thành phần chủ yếu là các khoáng
có ích.
Về nguyên tắc, phương pháp này rất đơn giản. Đầu tiên, tác nhân phân tán
vô cơ (hoặc ít thông dụng hơn là các polime hữu cơ có phân tử lượng thấp) được
thêm vào bùn quặng để
đảm bảo không xảy ra sự đông tụ tạp khoáng. Trong thực
tế, chất phân tán được cho vào ngay từ khâu nghiền, khi các bề mặt mới được
hình thành và sự nhiễm bẩn chéo giữa các hạt khoáng chất xảy ra. Bước thứ hai
là các polime hữu cơ phân tử lượng lớn được thêm vào để hấp phụ chọn lọc đối
với một loại khoáng. Bước thứ ba là quá trình va chạm để hình thành khối keo tụ.
Cuố
i cùng những hạt keo tụ lắng xuống trong khi những hạt khoáng phân tán vẫn
tồn tại trong huyền phù. Pha keo tụ và phân tán có thể tách bằng nhiều cách [
10

.

22
Các cơ chế hấp thụ các chất keo tụ cũng đã được miêu tả. Một cách tóm
tắt, các lực liên quan đến sự hấp thụ của các polime là:
- Liên kết tĩnh điện
- Liên kết hidro
- Liên kết cộng hoá trị
Từ những năm 60 người ta đã tìm thấy sự hấp thụ (và keo tụ) của tinh bột
tự nhiên và biến tính lên thạch anh, hematit. Cho rằng cả 2 bề mặt đều có khả
năng tạo liên kết hidro với tất cả các loại tinh bột (không ion, anion, cation), và
KLPT đều tương đương. Sự đóng góp của liên kết hidro đối với sự hấp thụ của
chúng lên bề mặt khoáng cũng tương đương.
Sự hấp thụ của tinh bột (hồ hoá với NaOH 0,5M) lên canxit cũng đã được
nghiên cứu. Các đường đẳng nhiệt hấp phụ thể hiện ái lực lớn với canxit và tỉ
trọng hấp phụ giảm khi tăng pH. Đặc tính hấp phụ này tương tự như sự hấp phụ
của tinh bột ngô lên hematit. Các kết quả nghiên cứu cho thấy tính tan của canxit
ở pH cố định tăng khi nồng độ tinh bột tăng. Phức tạo thành giữa tinh bột và các
dạng bề mặt canxi do đó có thể coi như một cơ chế hấp thụ cho hệ tinh bột-
canxit. Tạp chất có trong tinh bộ
t như các chất béo và photphat có thể ảnh hưởng
đến cơ chế hấp phụ. Sự ion hoá của các nhóm hidroxyl tinh bột (pK~12) liên
quan đến phản ứng tạo phức trên bề mặt các khoáng canxit.
Các nhà nghiên cứu cũng đã kết luận rằng liên kết giữa tinh bột và canxit
có bản chất hoá học. Những nghiên cứu về nhiệt hoá học đối với hệ tinh
bột/canxit cho thấy sự hấp thụ của tinh bột lên bề m
ặt canxit là một quá trình toả
nhiệt. Các thí nghiệm giải hấp phụ chỉ ra rằng quá trình giải hấp phụ là quá trình
không thuận nghịch, điều này chứng tỏ ái lực của các polime đối với bề mặt
khoáng lớn.

Sự hấp phụ của tinh bột khoai tây biến tính (FLOCGEN 100) lên các bề
mặt khoáng khác nhau, trong đó có apatit cũng đã được nghiên cứu. Sự hấp phụ
đẳng nhiệt của apatit/FLOCGEN 100 ở pH 7 cho thấy đường bão hoà h
ấp phụ bắt

23
đầu ở khoảng 12mg/l. Dựa trên hình dạng của đường đẳng nhiệt, các nghiên cứu
cho thấy lực hấp phụ trong hệ là do các liện kết hidro sinh ra và lực hấp phụ
tương tự nhau trên các khoáng khác nhau của tinh bột [11].
Việc làm tăng thu hoạch toàn phần quặng photphat trong kĩ thuật tuyển
loại slam là rất cần thiết. Tinh bột ngô đã hồ hoá được sử dụng như một chất keo
tụ chọn lọc
đối với apatit. Sự phân tán đầy đủ đạt được khi điều chỉnh pH bằng
NaOH. Thực nghiệm cho thấy sự keo tụ chọn lọc quặng có thể làm tăng thu
hoạch toàn phần P
2
O
5
lên ít nhất là 10%. Nói cách khác, ứng dụng của sự keo tụ
trong trường hợp này tương đương với việc thu hoạch với cỡ hạt nhỏ đến 1µm.
Người ta cũng đã sử dụng tinh bột để keo tụ slam quặng photphat có cỡ hạt
nhỏ hơn 53µm. Các hạt lớn hơn 53µm nổi bình thường. Có thể thu hồi đến 75%
P
2
O
5
từ slam.
Tóm lại việc sử dụng tinh bột trong tuyển quặng apatit nhằm hai mục đích.
Thứ nhất là tinh bột có tác dụng đè chìm các khoáng có hại chứa Ca và Mg, giúp
làm tăng độ chọn lọc của của quá trình tuyển. Thứ hai là tinh bột giúp keo tụ

slam, cải thiện mức thu hoạch P
2
O
5
.
Hiện nay, loại tinh bột biến tính được sử dụng phổ biến nhất trong tuyển
khoáng là tinh bột hồ hóa trước nhưng những dạng tinh bột biến tính khác như
tinh bột liên kết ngang ngày càng được sử dụng nhiều vì những đặc tính riêng có
của nó. Tinh bột liên kết ngang là tinh bột được khâu mạch một phần nên khi hồ
hóa để phân tán vào trong bùn tuyển, cấu trúc xoắn của các phân tử tinh bột trong
hạt tinh bột không bị v
ỡ ra hoàn toàn thành những phân tử riêng biệt mà tạo
thành những nhóm phân tử nhỏ. Những nhóm phân tử này có tác dụng keo tụ
mạnh hơn so với phân tử tinh bột đơn lẻ.
Có rất nhiều loại tinh bột liên kết ngang khác nhau như tinh bột liên kết
ngang với axit đa chức, tinh bột liên kết ngang dạng photphat, tinh bột liên kết
ngang nội phân tử. Theo các tài liệu đã công bố, đối với tinh bột liên kết ngang
dùng trong tuyển khoáng, chính mức độ liên kế
t ngang đóng vai trò quyết định