Nghiên cứu khả năng thu hồi niken trong quặng mỏ crômit cổ định, thanh hoá

cộng hòa x hội chủ nghĩa việt nam
Bộ công thơng
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim
Báo cáo tổng kết đề tài
NGHIấN CU KH NNG THU HI NIKEN
TRONG QUNG M CRễMIT
C NH-THANH HểA


Chủ nhiệm đề tài: KS. Vũ tân cơ






6854
15/5/2008


thành phố H NI 2007
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

1
NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN


1. Vũ Tân Cơ Kỹ sư Tuyển khoáng
2. Chu Văn Hoàn Kỹ sư Tuyển khoáng

3. Vũ Văn Hà Kỹ sư Tuyển khoáng
4. Nguyễn Bảo Linh Kỹ sư Tuyển khoáng
5. Đặng Xuân Tuyên Kỹ sư Tuyển khoáng
6. Nguyễn Đức Minh Kỹ sư Hóa
7. Trần Đức Dũng Kỹ thuật viên Tuyển khoáng














Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

2
MỤC LỤC
Chương 1 7

TỔNG QUAN 7
1.1. Vài nét về khoáng vật và quặng niken 7
1.2. Các ứng dụng chủ yếu của niken. 8

1.3. Những phương pháp tuyển quặng niken 9
1.4. Sơ lược về Mỏ Crômit Cổ Định Thanh Hoá 11
1.5. Yêu cầu về chất lượng quặng tinh niken 13
Chương 2 14
CHUẨN BỊ MẪU NGHIÊN CỨU 14
2.1. Mục tiêu và yêu cầu nghiên cứu: 14
2.2. Mẫu nghiên cứu 14
2.2.1. Gia công mẫu. 14
2.3. Nghiên cứu thành phần vật chất mẫu: 15
2.3.1. Phương pháp nghiên cứu: 15
2.3.2. Kết qủa nghiên cứu: 16
2.3.3. Nhận xét kết quả nghiên cứu thành phần vật chất mẫu. 19
Chương 3 20
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 20
3.1. Chế độ nghiền quặng 20
3.1.1. Thời gian nghiền. 20
3.1.2. Xác định chế độ nghiền 21
3.2. Thăm dò các phương án công nghệ. 23
3.2.1. Sơ đồ nung hoàn nguyên - tuyển từ. 23
3.2.2. Sơ đồ nung sunfua hóa – tuyển nổi 25
3.2.2.1. Xác định chất sunfua hóa 26
3.2.2.2. Xác định thời gian nung 27
3.2.2.2. Xác định chế độ nhiệt 29
3.2.3. Sơ đồ nung thiên tích – tuyển nổi. 30
3.2.3.1. Chế độ thuốc tuyển cho khâu tuyển nổi 30
3.2.3.2. Nghiên cứu thăm dò một số chế độ nung. 31
3.2.4 Thăm dò các khả năng hòa tách bằng axit. 33
3.2.5. Thăm dò các sơ đồ tuyển 34
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38
1. Kết luận. 38

2. Kiến nghị 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO 40
PHỤ LỤC 41


Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

3


Danh mục bảng biểu

Bảng 1. Thành phần quặng tinh từ quặng đồng - niken của một số nơi trên thế
giới 13

Bảng 2. Thành phần hóa học chủ yếu của mẫu nghiên cứu 14
Bảng 3: Bảng thành phần khoáng vật theo cấp hạt 16
Bảng 4: Kết quả nghiên cứu thành phần độ hạt mẫu nghiên cứu. 17
Bảng 5. Kết quả phân tích ICP mẫu nghiên cứu 18
Bảng 6: Kết quả nghiên cứu độ mịn phụ thuộc thời gian nghiền. 20
Bảng 7: Kết quả nghiên cứu độ mịn nghiền tối ưu 22
Bảng 8: Kết quả thu hồi niken bằng phương pháp nung hoàn nguyên kết hợp với
tuyển từ 24

Bảng 9: Kết quả xác định các chất sunfua hóa. 27
Bảng 10. Kết quả xác định thời gian nung 28
Bảng 11. Kết quả xác định chế độ nhiệt cho khâu nung sunfua hóa. 29
Bảng 12. Kết quả xác định chủng loại thuốc tập hợp. 31

Bảng 13. Kết quả tuyển nổi mẫu TT1 32
Bảng 14. Kết quả tuyển nổi mẫu TT2 32
Bảng 15. Kết quả tuyển nổi mẫu TT3 32
Bảng 16. Kết quả tuyển nổi mẫu TT4 33
Bảng 17. Kết quả tuyển nổi mẫu TT5 33
Bảng 18. Kết quả thí nghiệm hòa tách niken từ quặng crômit mỏ Cổ Định Thanh
Hóa. 34

Bảng 19. Kết quả thí nghiệm theo sơ đồ hình 12 35
Bảng 20. Kết quả phân tích ICP quặng tinh niken sơ đồ 1 35
Bảng 21. Kết quả thí nghiệm theo sơ đồ hình 13 37
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

4
Danh mục hình vẽ
Hình 1: Sử dụng niken trong các ngành công nghiệp khác nhau tại Mỹ 8

Hình 2: Sơ đồ gia công mẫu 15
Hình 3. Đường đặc tính độ hạt mẫu nghiên cứu 17
Hình 4: Đồ thị biểu diễn tương quan giữa độ mịn và thời gian nghiền 21
Hình 5: Sơ đồ thí nghiệm xác định chế độ nghiền 21
Hình 6: Ảnh hưởng của độ mịn nghiền tới chỉ tiêu tuyển. 23
Hình 7. Sơ đồ thí nghiệm nung từ hóa – tuyển từ 24
Hình 8. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hàm lượng và thực thu niken trong
quặng tinh niken 25

Hình 9. Sơ đồ thí nghiệm nung sunfua hóa – tuyển nổi 26
Hình 10. Ảnh hưởng của thời gian nung đến hàm lượng và thực thu niken trong

quặng tinh 28

Hình 11. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hàm lượng và thực thu niken trong
quặng tinh 30

Hình 12. Sơ đồ công nghệ nghiên cứu khả năng thu hồi niken từ quặng mỏ
crômit Cổ Định – Thanh Hóa (sơ đồ 1). 36

Hình 13. Sơ đồ công nghệ nghiên cứu khả năng thu hồi niken từ quặng mỏ
crômit Cổ Định – Thanh Hóa (sơ đồ 2). 37

Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

5
MỞ ĐẦU
Từ lâu niken đã là kim loại có vai trò quan trọng và được sử dụng rất rộng
rãi trong các ngành kỹ thuật khác nhau như 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… Khoảng 65% niken tiêu thụ ở phương
Tây được dùng làm thép không rỉ, 12% được dùng làm "siêu hợp kim", 23% còn
lại được dùng trong luy
ện thép, pin sạc, chất xúc tác và các hóa chất khác, đúc
tiền, sản phẩm đúc và bảng kim loại
Nền công nghiệp nước ta đang trên đà phát triển mạnh, niken ngày càng
được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân. Toàn bộ
các sản phẩm có thể chế biến từ quặng niken đều phải nhập khẩu với tổng giá trị
khoảng 14,5 triệu USD năm 2005. Trữ lượ
ng khoáng sản niken của nước ta khá

nhỏ và tập trung chủ yếu ở tỉnh Sơn La: Mỏ niken Bản Phúc (có khoảng 400.000
tấn niken và 50.000 tấn đồng, với hàm lượng Ni = 0.53 %, hàm lượng Cu = 0.7
– 1.63 %). Ngoài ra theo kết quả điều tra thăm dò địa chất, nước ta còn có
khoảng 3.1 triệu tấn niken tồn tại ở mỏ Crômit Cổ Định – Thanh Hóa.
Tuy nhiên với công nghệ hiện tại đang áp dụng sản xuất ở mỏ Crômit Cổ
Đị
nh Thanh Hóa mới chỉ thu hồi được quặng tinh crôm, chưa thu hồi được các
nguyên tố có ích đi kèm là niken, côban gây lãng phí và làm giảm hiệu quả sử
dụng tài nguyên.
Hiện nay nguồn cung cấp niken đã không đủ để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ
đang có xu hướng gia tăng. Dự trữ niken năm 2004 đã giảm hơn 20 %, xuống
chỉ còn 76 ngàn tấn, giá niken đến tháng 6 năm 2007 đã lên tới trên dưới 50.000
USD/tấn so với mức giá bình quân 8.800 USD/tấn củ
a năm 2003.
Để nâng cao giá trị kinh tế, tiềm năng của tài nguyên và đáp ứng nhu cầu
về chất lượng của nguyên liệu niken cho luyện kim, việc nghiên cứu các hướng
công nghệ tuyển, các khả năng thu hồi quặng tinh chứa niken đạt chất lượng tiêu
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

6
chuẩn cung cấp cho luyện kim nhằm thu hồi niken một cách có hiệu quả đối với
quặng mỏ Crômit Cổ Định trong bối cảnh hiện nay là hết sức cần thiết.
Đề tài “Nghiên cứu khả năng thu hồi niken trong quặng mỏ Crômit Cổ
Định Thanh Hóa” do Viện Khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim thực hiện
nhằm giải quyết hướng đi cho vấn đề trên.
Đề tài được triển khai tại Phòng Nghiên cứ
u công nghệ Tuyển khoáng
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim. Phân tích hóa các sản phẩm

trong quá trình nghiên cứu do phòng Phân tích hóa lý Viện Khoa học và Công
nghệ Mỏ - Luyện kim đảm nhiệm. Phân tích đối chứng tiến hành tại Trung tâm
phân tích và thí nghiệm địa chất, Cục Địa chất Việt Nam. Các phân tích trọng
sa, thạch học và rơnghen được phân tích tại Viện Địa chất Khoáng sản, Trung
tâm phân tích và thí nghiệm địa chất và trung tâm vật liệu mới Trường đại họ
c
Khoa học tự nhiên Hà Nội.









Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

7
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. 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)
9

S
8
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
(Si
4
O
10
)(OH)
8
.4H
2
O).
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
(Si
4
O
10
)(OH)
8
), nepuit, pherigaluarit. Tỷ lệ niken:côban trong các
quặng này từ 20-30:1.
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

8
1.2. 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 500
0
C 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%
Chế tạo máy
6%
CN dầu khí
6%
CN khác
10%
CN đồ gia
dụng
6%
Xây dựng
10%
Thiết bị điện
12%
Hoá chất
14%




Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

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.
1.3. Những phương pháp tuyển quặ
ng 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 đư
a 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 v
ới 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
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

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 quặ
ng 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 x
ử lý, thu hồi niken có hiệu
quả. Đại đa số các dự án tính cho khai thác chế biến quặng niken với hàm lượng
0.75-1.5% 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 ng
ậm nước, chủ yếu là garnierit
((Ni,Mg)
6
(Si
4

O
10
)(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 1300
0
C, sau đó nghiền và tuyển nổi. Quặng tinh
thu được có hàm lượng niken 4 – 4.5 %, thực thu 90 – 92 %[2]. Ở Nhật khi
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

11
tuyển quặng laterit chứa niken có hàm lượng từ 0.44 % - 1.13% Ni bằng sơ đồ
hỗn hợp: Quặng đầu đem trộn với 5 % clorua canxi, 2 – 3 % than rồi nung ở
nhiệt độ 1270
0
C trong thời gian 1 giờ, thiêu phẩm nhận được đem khuấy 30 phút
trong dung dịch CuSO
4
ở nhiệt độ 60
0
C, sau đó cho thêm Na
2
S và H

2
SO
4
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 750
0
C để thu được thiêu phẩm chủ yếu là sunfua niken.
Thiêu phẩm đem nghiền và tuyển nổi đã thu được quặng tinh chứa từ 2.2 – 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 bộ
t cốc hoặc than ở nhiệt độ 850 –
950
0
C 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 4.7 % sắt.
1.4. 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
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

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
Cr
2
O
3
, 3 067 000 tấn niken và 271 290 tấn côban, nằm trong diện tích 33 km
2

[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 sắ
t. 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%. Thân quặng trên và thân
quặng dưới được phân cách bởi lớp cây mục, cát, sét. Chiều dày của lớp trung

bình khoảng 3.5 m. Thành phần của lớp gồm cát và sét chiếm khoảng 60 – 85%,
cây mục khoảng 15 – 40%. Khoáng sản chủ yếu của mỏ là crômit, ngoài ra các
thành phần có ích đi kèm là Ni, Co và sét bentônit. Các khoáng vật thường gặ
p
gồm: Crômit, hêmatit, sidorit, magnetit, serpentinit, olevin, pyrôxen,
hocblen…Hàm lượng Cr
2
O
3
trung bình dao động từ 2.83 đến 4.80%. Hàm lượng
niken khoảng từ 0.39 – 0.64% và côban khoảng từ 0.035 – 0.059%.
Năm 1958 chính phủ Trung Quốc giúp đỡ Việt Nam xây dựng một nhà
máy tuyển khoáng với công nghệ tuyển trọng lực và khai thác bằng sức nước
với các thiết bị tuyển trọng lực thông thường bao gồm máy lắng, bàn đãi cát, bàn
đãi bùn, sàng song, sàng rung, hòm phân loại, phễu khử bùn, bể cô đặc, xyclon
với các chỉ tiêu thiết kế như sau: Năng suất quặ
ng nguyên 450000 t/năm; Hàm
lượng quặng đầu 3% Cr
2
O
3
; Hàm lượng quặng tinh ≥ 46% Cr
2
O
3
; Năng suất
quặng tinh 20 000 t/năm; Thực thu tuyển khoáng 70%.
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

13
1.5. Yêu cầu về chất lượng quặng tinh niken.
Một trong những tính chất đặc biệt khi tuyển các loại quặng niken là
quặng tinh niken nhận được có hàm lượng niken thấp đáng kể. Quặng tinh
sunfua niken có hàm lượng niken từ 10 – 15 % được coi là rất giầu, những loại
quặng tinh như vậy rất hiếm khi nhận được. Thông thường hàm lượng niken
trong quặng tinh sunfua niken thay đổi từ 3 – 6 %. Đối với quặng niken silicat
hiện nay với hàm lượng từ 0.7 % tr
ở lên đã được cung cấp cho thủy luyện để thu
hồi niken.
Bảng 1. Thành phần quặng tinh từ quặng đồng - niken của một số nơi trên thế
giới.
Tên quặng tinh Ni Cu Co Fe S SiO
2

Niken-đồng 6.5 – 3.7 5.9 – 2.0 0.12 39 28 -
Niken (nhà máy
Tompson- Canađa)
7.8 0.2 - - - -
Đồng 1.5 – 1.6 29 - 30 - 30 33 2
Pirôtin 0.1 – 1.55 0.05 – 0.17 - 56 – 60 36 – 37 1 – 3
Niken (Nhà máy
tuyển Lin Leic)
10 – 14 1 – 2 0.3 – 0.4 28 – 34 33 – 40 -

Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

14
Chương 2
CHUẨN BỊ MẪU NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu và yêu cầu nghiên cứu:
Nghiên cứu khả năng thu hồi quặng tinh niken có hàm lượng > 1.2 %
phục vụ cho luyện kim.
2.2. Mẫu nghiên cứu.
Do đặc điểm tồn tại của nike, trong quá trình tuyển niken đã đi vào quặng
thải nên mẫu nghiên cứu được lấy tại bãi thải của mỏ Crômit Cổ Định Thanh
Hóa. Mẫu có khối lượng 250 kg và có các thành phần khoáng vật cơ b
ản như
sau: Crômit, gơtit, hydroxit sắt, clorit, olevin, sét - kaolinit Các thành phần hoá
học chính của mẫu nghiên cứu được ghi trong bảng 2:
Bảng 2. Thành phần hóa học chủ yếu của mẫu nghiên cứu.
Thành phần Ni

Co

Fe
2
O
3
MgO SiO
2

Hàm lượng % 0.57 0.051 28.66 18.60 32.22
Trong quá trình nghiên cứu cũng đã tiến hành thí nghiệm kiểm tra với
mẫu tự tạo. Mẫu được lấy từ khai trường khai thác của khu vực Mỹ Cái, sau khi
tiến hành tuyển lấy quặng tinh cromit, phần quặng thải được sử dụng làm mẫu
nghiên cứu thăm dò khả năng thu hồi niken của đề tài.
2.2.1. Gia công mẫu.
Mẫu nghiên cứu được gia công theo sơ đồ hình 1.
Khối lượng mẫu tối thiểu trong các quá trình phân chia, gi
ản lược được
tính theo công thức: Q
min
> kd
2
, (kg).
Trong đó: Q
min
– Khối lượng mẫu tối thiểu, (kg).
d – Độ hạt lớn nhất, (mm).
k – Hệ số phụ thuộc, (Lấy k = 0.1)
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

15
Hình 2: Sơ đồ gia công mẫu.

2.3. Nghiên cứu thành phần vật chất mẫu:
2.3.1. Phương pháp nghiên cứu:
Mẫu nghiên cứu thành phần khoáng vật được lấy từ mẫu nghiên cứu
công nghệ tuyển khoáng. Đã áp dụng các phương pháp phân tích khác nhau
như: Phân tích thạch học, phân tích rơnghen để xác định thành phần vật chất
của mẫu nghiên cứu, ngoài ra còn sử dụng các phương pháp phân tích trọng
sa, phân tích cấ
p hạt, phân tích hóa để xác định thành phần khoáng vật,
thành phần hóa học và sự phân bố của các thành phần khoáng vật trong các
cấp hạt.
Mẫu đầu
1
/
4 M
ẫu
l
ưu
Mẫu NC TPVC

Gia công -2mm
Các mẫu thí nghiệm
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

16
2.3.2. Kết qủa nghiên cứu:
Các kết quả nghiên cứu và phân tích cho thấy thành phần khoáng vật của
mẫu nghiên cứu chủ yếu gồm: Gơtit, hydroxit sắt, clorit, olevin, sét – kaolinit,
crômit, fenspat v.v…Niken với hàm lượng thấp và chủ yếu nằm ở hai dạng
chính là: Xâm tán mịn trong các khoáng vật sắt và trong các silicat niken như
nepuit, willemseit, nimit, nikelalumit…
Bảng 3 thể hiện thành phần khoáng vật theo cấp hạt được phân tích bằng
phương pháp phân tích trọng sa nhân tạo. Kết quả phân tích thành phần độ hạt
được ghi trong bảng 4 (xem thêm hình 3). Kết quả phân tích ICP mẫu nghiên
cứu được nêu trong bảng 5 (xem chi tiết ở phụ lục 3). Các kết quả phân tích
rơnghen xem phụ lục 4.
Bảng 3: Bảng thành phần khoáng vật theo cấp hạt.
Cấp hạt, mm

+ 2 - 2 + 1 - 1 + 0.5 - 0.5 + 0.04 -2 + 0.04
Sét – kaolinit
34 47 56 89 65
Clorit
12 9 4 1 5
Amfibol
12 6 7 1 5
Fenspat, Thạch anh
20 22 18 3 13

Cromit
< 1 ~1 ~1 ~1 ~1
Gơtit, hydroxit sắt
21 15 14 5 11

Từ bảng trên cho thấy sét – kaolinit chiếm chủ yếu trong mẫu, chiếm tới
khoảng 65 %, thứ đến là fenspat, thạch anh khoảng 13 % và các khoáng vật sắt
chiếm tới 12%, ngoài ra còn gặp một số khoáng vật khác như clorit, amfibol,
mỗi thứ chiếm khoảng từ 5 - 6 %, crômit đến xấp xỉ 1 %.


Tên khoáng vật
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

17
Bảng 4: Kết quả nghiên cứu thành phần độ hạt mẫu nghiên cứu.
Hàm lượng, % Phân bổ, %
TT Cấp hạt, mm
Thu
hoạch, %
Ni Co Ni Co
1 - 5 + 2 12.73 0.59 0.058 13.29 14.55
2 - 2 + 1 12.43 0.74 0.048 16.18 11.76
3 - 1 + 0.5 15.01 0.57 0.046 15.06 13.61
4 - 0.5 + 0.04 26.24 0.57 0.056 26.41 28.96
5 - 0.04 33.59 0.49 0.047 29.06 31.12
Quặng đầu 100.00 0.57 0.051 100.00 100.00

Bảng 4 cho thấy cấp hạt thô + 2 mm khá nhiều, chiếm tới 12.73 %, cấp
hạt mịn – 0,5 mm là 59.83 % và cấp – 0,04 mm chiếm tới 33.59 %. Hàm lượng
niken trong các cấp hạt tương đối đồng đều, riêng cấp – 0.04 mm có thấp hơn
chút ít (hàm lượng niken là 0.49 %)
Hình 3. Đường đặc tính độ hạt mẫu nghiên cứu.


















Thu hoạch Ni, %
Phân bổ Ni, %
Hàm lượng Ni
0
10
20
30

40
50
60
70
80
90
100
- 5 + 2 - 2 + 1 - 1 + 0.5 - 0.5 + 0.04 - 0.04
Cấp hạt, mm
Thu hoạch, Phân bổ,
%
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
Hàm lượng,
%
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

18
Bảng 5. Kết quả phân tích ICP mẫu nghiên cứu.
Th. phần Ni

Co

Cr Fe

2
O
3
Al
2
O
3
CaO MgO SiO
2

H.lượng % 0.57 0.051 0.75 28.66 2.31 0.78 18.60 32.22

*) Mô tả các khoáng vật chủ yếu:
Các khoáng vật chứa sắt: Chủ yếu là limônit, gơtit và một lượng rất nhỏ
là manhêtit. Limônit (Fe
2
O
3
) có màu nâu, nâu sẫm, nâu đen, chúng tương đối
mềm, các hạt khá tròn cạnh do bị phong hoá bào mòn ở dạng sa khoáng. Ở cấp
hạt + 0,5 mm limônit rất tròn cạnh và bao thể cả crômpicôtit rất rễ bị vỡ khi có
va đập hoặc ma sát mạnh.
Thạch anh (SiO
2
): Có ở trong tất cả các cấp hạt, chúng có ánh thuỷ tinh,
thấu quang và do bị nhuộm bởi hydroxit sắt nên thạch anh chuyển sang màu ánh
vàng. Thạch anh có độ cứng cao, góc cạnh không bằng phẳng, dạng khối, dạng
thù hình. Kích thước hạt thạch anh rất khác nhau, ở cấp hạt +2 mm cũng có
những hạt thạch anh tự do.
Fenspat: Phân bố tương đối đều trong các cấp hạt chúng có màu trắng,

trắng xám, đôi khi có màu lục phớt xanh, tỷ tr
ọng của fenspat thấp, không có từ
tính và không tan trong axít.
Crômpicôtit: Khoáng vật chứa crôm trong mẫu là crômpicôtit, hầu hết
chúng ở dạng hạt tự do và chủ yếu tập trung cấp hạt - 0,5 mm, lượng cộng sinh
không đáng kể và nằm ở cấp hạt +2 mm. Các khoáng vật chứa crôm ở dạng này
đều có từ tính yếu, có một ít hạt có từ tính mạnh chúng bền vững trong axít.
Màu sắc của khoáng vật chứa crôm dễ nhận biết, chúng có màu đen ánh kim, b
ột
có màu nâu.
Nhóm sét - kaolinit: Sét – kaolinit có màu trắng, trắng đục, rất mềm và
thường xâm nhiễm với các hydroxit sắt, tập hợp này không bền vững trong axit
HCl. Khi dùng HCl hoà tan nhóm khoáng vật này thì hầu như các hydroxit sắt bị
tan, còn lại kaolinit và các khoáng vật khác không bị tác động bởi HCl.
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

19
Amfibol: Amfibol có màu trắng, trắng xám, ánh thủy tinh, tinh thể hình
kim, hình sợi. Amfibol thường cộng sinh với epdot, clorit, thạch anh, zoizit và
các khoáng vật khác.
Nhóm clorit: Clorit có nhiều điểm giống khoáng mica, cắt khai giống
mica, những vảy mỏng và dẻo không đàn hồi. Tỷ trọng của nhóm này thấp, màu
sắc tương đối đa dạng: Màu lục, đen lục, màu tím hoặc hồng.
2.3.3. Nhận xét kết quả nghiên cứu thành phần vật chất mẫu.
Các kết quả
nghiên cứu thành phần vật chất mẫu cho thấy khoáng vật chủ
yếu trong mẫu là sét – kaolinit, chiếm đến xấp xỉ 65 % và phân bố tăng dần từ
cấp hạt thô đến các cấp hạt mịn. Fenspat và thạch anh chiếm khoảng 13 %, tiếp

đến là các khoáng vật chứa sắt cũng chiếm đến xấp xỉ 12 %. Clorit và amfibol
mỗi thứ chiếm khoảng 5 – 6 %. Ngoài ra còn gặp các khoáng vật khác như
crômit, các khoáng vật silicat niken như: Nepuit, willemseit, nimit,
nikelalumit…
Niken với hàm l
ượng thấp và chủ yếu nằm ở hai dạng chính là: Xâm tán
mịn trong các khoáng vật sắt và trong các silicat niken. Như vậy để thu hồi
niken cần thiết phải có các giải pháp tách các khoáng vật chứa sắt và các khoáng
chứa niken ra khỏi tập hợp các khoáng vật như fenspat, thạch anh, amfibol,
clorit và các khoáng sét – kaolinit …





Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

20
Chương 3
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
3.1. Chế độ nghiền quặng.
Các thí nghiệm xác định chế độ nghiền được tiến hành trên mẫu đã nung
với chế độ sau:
- Chất sunfua hóa: 10 % pyrit.
- Thời gian nung: 1.5 giờ.
- Nhiệt độ nung: 800
0
C

3.1.1. Thời gian nghiền.
Các thí nghiệm xác định thời gian nghiền quặng được thực hiện trong
máy nghiền bi sắt có dung tích 7 lít. Thời gian nghiền được xác định từ 10 phút
đến 26 phút với bước nhảy là 4 phút.
Kết quả xác định thời gian nghiền được nêu trong bảng 6 và hình 4.
Bảng 6: Kết quả nghiên cứu độ mịn phụ thuộc thời gian nghiền.
TT Thời gian nghiền, (ph) Thu hoạch cấp – 0,074 mm, (%)
1 10 74.93
2 14 81.47
3 18 85.45
4 22 89.12
5 26 91.87

Kết quả xác định thời gian nghiền cho thấy quặng crômit mỏ Cổ Định
Thanh Hóa thuộc loại tương đối dễ nghiền.
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

21
Hình 4: Đồ thị biểu diễn tương quan giữa độ mịn và thời gian nghiền.
50
60
70
80
90
100
10 14 18 22 26
Thời gian nghiền, (Phút)
Thu hoạch cấp -0,074 mm (%)

3.1.2. Xác định chế độ nghiền.
Các thí nghiệm xác định chế độ nghiền được thực hiện theo sơ đồ tuyển
gồm một công đoạn nghiền và một công đoạn tuyển với chế độ thuốc tuyển như
hình 5.
Hình 5: Sơ đồ thí nghiệm xác định chế độ nghiền.















Kết quả các thí nghiệm xác định độ m
ịn nghiền được nêu trong bảng 7 và
hình 6.
Tuyển nổi niken
- Na
2
CO
3
: 500 g/t

- Na
2
SiO
3
: 500 g/t
- Na
2
S: 400 g/t
- CuSO
4
: 200 g/t
- XT: 300 g/t
- DT: 100 g/t
Quặng tinh Ni
SP ngăn máy
Nghiền
Mẫu đã nun
g
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

22
Kết quả các thí nghiệm cho thấy độ mịn nghiền từ 85.45 % đến 89.12 %
cấp – 0.074 mm đã cho kết quả tốt. Điều này cũng chứng tỏ độ hạt cần thiết cho
tuyển nổi niken là tương đối mịn. Với độ mịn nghiền đến 85.45 % cấp –
0.074mm, quặng tinh niken thu được có hàm lượng Ni là 0.81 %, ứng với thực
thu niken là 20.70 %.
Bảng 7: Kết quả nghiên cứu độ mịn nghiền
Hàm l

ượng,% Thực thu,% % cấp –
0,074 mm
Sản phẩm
Thu
hoạch,(%)
Ni Co Ni Co
Quặng tinh
14.00 0.59 0.085 14.49 23.33
Quặng thải
86.00 0.57 0.045 85.51 76.67
81.47

Cộng
100.00 0.57 0.051 100.00 100.00
Quặng tinh
14.57 0.81 - 20.70
-
Quặng thải
85.43 0.53 - 79.30
-
85.45

Cộng
100.00 0.57 - 100.00
-
Quặng tinh
11.71 0.92 - 18.90
-
Quặng thải
88.29 0.52 - 81.10

-
89.12

Cộng
100.00 0.57 - 100.00
-
Quặng tinh
14.25 0.70 0.143 17.50 39.96
Quặng thải
85.75 0.55 0.036 82.50 60.04
91,87

Cộng
100.00 0.57 0.051 100.00 100.00



Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

23
Hình 6: Ảnh hưởng của độ mịn nghiền tới chỉ tiêu tuyển.
Thực thu Ni
Hàm lượng
Ni
0
10
20
30

40
50
81.47 85.45 89.12 91.87
Độ mịn nghiền, % cấp -0,074 mm
Thực thu niken, %
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2

3.2. Thăm dò các phương án công nghệ.
3.2.1. Sơ đồ nung hoàn nguyên - tuyển từ.
Một phần niken có trong quặng mỏ crômit Cổ Định xâm tán mịn trong các
khoáng vật chứa sắt nên khả năng thu hồi niken bằng cách tách chúng ra khỏi
các khoáng vật sắt là rất khó, bằng phương pháp tuyển cơ học chỉ có thể thu hồi
chúng cùng với các khoáng sắt là có khả năng hơn cả, ngoài ra một phần niken
cũng nằm trong các khoáng silicat chứa niken nên có thể thu hồi chúng b
ằng
cách nung hoàn nguyên kết hợp với tuyển từ. Các thí nghiệm nghiên cứu khả
năng thu hồi niken bằng phương pháp nung hoàn nguyên kết hợp với tuyển từ
được thực hiện theo sơ đồ hình 8. Các chế độ thí nghiệm nung hoàn nguyên như
sau:
- Chất hoàn nguyên: 7 % than.
- Thời gian nung: 2 giờ
- Chế độ nhiệt: Thay đổi từ 750
0
C đến 950

0
C.
Kết quả các thí nghiệm được ghi trong bảng 8.
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

24
Hình 7. Sơ đồ thí nghiệm nung từ hóa – tuyển từ.















Bảng 8: Kết quả thu hồi niken bằng phương pháp nung hoàn nguyên kết hợp với
tuyển từ.
Hàm lượng,% Thực thu,%
Nhiệt độ
nung, (độ)
Sản phẩm

Thu
hoạch,(%)
Ni Co Ni Co
Quặng tinh 2.86
0.96 0.118 4.82 6.62
Quặng thải 97.14
0.56 0.049 95.18 93.38
750
Cộng 100.00
0.57 0.051 100.00 100.00
Quặng tinh 8.42
1.17 0.115 17.28 18.99
Quặng thải 91.58
0.51 0.045 82.72 81.01
850
Cộng 100.00
0.57 0.051 100.00 100.00
Quặng tinh 10.39 0.95 - 17.32 -
Quặng thải 89.61 0.52 - 82.68 -
950
Cộng 100.00 0.57 - 100.00 -
Tuyển từ 1,5 A
Quặng thải
Quặng tinh Ni
Nung t
0
C
- Than
Quặn
g

đầu
Nghiền – 0,1 mm