Báo cáo nghiên cứu khoa học: nghiên cứu phương pháp tuyển than bằng thiết bị tuyển nổi trọng lực

CHƯƠNG 1:
TÍNH CẤP THIẾT,MỤC TIÊU,ĐỐI TƯỢNG,PHẠM VI
NGHIÊN CỨU,CÁCH TIẾP CẬN.
1.1 . TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI (nêu được lý do, ý nghĩa của NC với thực tiễn
hiện nay)
Hiện tại ở vùng than Quảng Ninh tồn đọng một lượng than cám chất lượng xấu với khối
lượng lớn, chiếm nhiều diện tích và lãng phí tài nguyên. Việc nghiên cứu công nghệ
tuyển thu hồi sử dụng các than cám này bằng công nghệ đơn giản và rẻ tiền sẽ mang lại
hiệu quả lớn về kinh tế xã hội và bảo vệ môi trường. Tuyển nổi thông thường chỉ áp dụng
được đối với cấp hạt -0,5mm. Tuyển tầng sôi thì tốn nhiều chi phí nước nhưng lại không
hiệu quả đối với cấp -0,5mm. Nếu nâng cao được độ hạt tuyển nổi lên đến 6 mm sẽ góp
phần giải quyết vấn đề tuyển các loại than cám nêu trên trên một thiết bị. Việc nghiên
cứu phương pháp tuyển than bằng thiết bị tuyển nổi trọng lực là một vấn đề cấp thiết có ý
nghĩa thực tiễn.
1.2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI (nêu được kết quả cần đạt tới của NC là gì)
Xác định được các chỉ tiêu công nghệ tuyển đạt được và các thông số quá trình tuyển nổi
trọng lực đối với một số mẫu than cám -6mm vùng Quảng Ninh, từ đó đánh giá khả năng
áp dụng công nghệ này.
1.3. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu: (đối tượng cụ thể cần NC là gì)
Quá trình tuyển nổi trọng lực than cám cấp hạt -6mm quy mô phòng thí nghiệm
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu: (hạn chế vùng NC trong đối tượng nêu trên)
Giới hạn trong 2-3 mẫu than cám vùng Quảng Ninh(than cọc sáu và than vàng danh)

1


1.4. CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.4.1. Cách tiếp cận: (tiếp cận từ góc độ nào)
Trên cơ sở tài liệu tham khảo thiết kế thiết bị thí nghiệm và nghiên cứu thí nghiệm quá
trình tuyển nổi trọng lực than cám trên thiết bị thiết kế. Sau đó tối ưu hóa các thông số

điều kiện của quá trình.
1.4.2. Phương pháp nghiên cứu: (sử dụng phương pháp, tổ hợp các phương pháp gì)
- Thu thập tài liệu, tổng hợp – phân tích để viết tổng quan
- Thiết kế chế tạo thiết bị thí nghiêm
- Thí nghiệm tuyển nổi trong thiết bị tuyển nổi trọng lực

2


CHƯƠNG 2:
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH TUYỂN THAN CẤP HẠT MỊN TRÊN THẾ
GIỚI VÀ VIỆT NAM
2.1. Tình hình tuyển than cấp hạt mịn trên thế giới
Vấn đề tuyển than hạt mịn trong những năm gần đây được quan tâm nghiên cứu khá
nhiều trên thế giới. Trong nhiều loại than cấp liệu cho nhà máy tuyển, lượng than mịn (3(6)mm) chiếm đến hàng chục phần trăm tỷ lệ khối lượng. Lượng than hạt mịn đưa về
các nhà máy tuyển ngày càng tăng và chất lượng của chúng ngày càng giảm, do khâu
khai thác đã được cơ giới hóa và tự động hóa cao độ đồng thời năng suất khai thác rất lớn
. Trước kia công nghệ tuyển than hạt mịn chỉ được áp dụng đối với than luyện cốc, còn
đối với than năng lượng thì phương án truyền thống là tách cấp hạt mịn (cám khô hoặc
cám mịn) và tuyển cấp hạt thô. Tuy nhiên ngày nay càng có nhiều nhà máy tuyển than
mới xây dựng xem xét phương án đưa độ sâu tuyển tới độ hạt gần tới 0,5 (3)mm ngay cả
đối với than năng lượng. Việc nâng cao chất lượng và giá trị sản phẩm than hạt mịn cho
phép đa dạng hóa sản phẩm và áp dụng các công nghệ tiên tiến để bảo vệ môi trường.
Phương pháp tuyển than chủ yếu là tuyển trọng lực, phương pháp này có hiệu quả cao
đối với các cấp hạt thô, nhưng độ hạt than đưa tuyển càng giảm thì hiệu quả tuyển càng
kém và chi phí tuyển càng tăng. Trong những năm gần đây, trên thế giới đã xuất hiện
nhiều thiết bị tuyển than cấp hạt mịn. Song song với nó là sự cải tiến sơ đồ công nghệ xử
lý than cấp hạt mịn, đã cho phép tuyển than cấp hạt mịn có hiệu quả hơn đồng thời chi
phí tuyển và khử nước than cấp hạt mịn rẻ hơn .
Phương pháp tuyển than cấp hạt mịn tốt nhất là đáp ứng được các yêu cầu về kinh tế;

tỷ lệ thu hồi; chất lượng của các sản phẩm tuyển; vấn đề khử nước các sản phẩm tuyển.
Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến việc xử lý than cấp hạt mịn theo Korte và Bosman là:
-

Tính khả tuyển của than và thu hoạch của cấp tỷ trọng lân cận;

-

Hiệu suất tuyển;

-

Yêu cầu về chất lượng của sản phẩm;

3


-

Giá bán sản phẩm;

-

Giá thành tuyển 1 tấn than.
Các thiết bị tuyển trọng lực phổ biến nhất để tuyển than cấp hạt mịn là: xyclon huyền
phù, xyclon nước, máng xoắn, máy lắng, bàn đãi và gần đây là thiết bị tuyển tầng sôi.
Ngoài ra, để thu hồi than cấp hạt -0,5mm có thể sử dụng phương pháp tuyển nổi bằng
thiết bị tuyển nổi cột.
2.2. Tình hình tuyển than hạt mịn tại Việt Nam
Tài nguyên khoáng sản than tại Việt Nam chủ yếu tập trung tại vùng Quảng Ninh.

Trong những năm gần đây sản lượng khai thác than vùng này đạt đến trên 35-40 triệu
tấn/năm trong khi tại các vùng than khác ngoài Quảng Ninh sản lượng chỉ đạt chưa đến
vài triệu tấn. Chính vì vậy trong báo cáo này chỉ tập trung vào đối tượng than hạt mịn
vùng Quảng Ninh.
2.2.1. Đặc điểm tính chất than hạt mịn vùng Quảng Ninh
Đặc điểm tính chất than hạt mịn vùng Quảng Ninh đã được nghiên cứu tổng kết khá
chi tiết trong các tài liệu và các số liệu ở đây được trích dẫn từ các tài liệu này.
Than vùng Hòn Gai
Các mỏ than chiếm tỷ trọng lớn ở khu vực Hòn Gai là Hà Tu, Hà Lầm, Núi Béo và
Tân Lập. Thành phần độ hạt các cấp hạt 0 - 6mm được trình bày tại bảng 1.1 còn chỉ tiêu
T tính khả tuyển các cấp hạt than mịn được trình bày tại bảng 1.2 .

4


Bảng 1.1: Thành phần độ hạt than cấp hạt 0-6mm của các mỏ than khu vực Hòn Gai
Cấp
hạt,
mm
1-6

Hà Tu

Hà Lầm

Tân Lập

Núi Béo

Thu

hoạch,
30,95

Độ
tro,
24,46

Thu
hoạch,
40,46

Độ
tro,
26,27

Thu
hoạch,
36,21

Độ
tro,
26,21

Thu
hoạch,
33,22

Độ tro,
30,23

0,1-1

37,11

18,47

41,32

19,17

39,92

16,55

43,54

18,43

-0,1

31,94

25,08

18,22

27,94

23,87

25,24

23,24

27,53

Cộng

100

22,44

100

23,64

100

22,12

100

24,46

Bảng 1.2: Kết quả đánh giá tính khả tuyển than cấp hạt nhỏ và mịn vùng Hòn Gai
Mỏ than
Hà Tu
Hà Lầm
Tân Lập
Núi Béo

Cấp hạt,mm

Chỉ tiêu T,%

Tính khả tuyển

0,1-1

8,80

Khó tuyển

1-6

6,70

Trung bình tuyển

0,1-1

9,20

Khó tuyển

1-6

2,71

Dễ tuyển

0,1-1

8,27

Khó tuyển

1-6

3,67

Dễ tuyển

0,1-1

-

1-6

8,67

Khó tuyển

Các đặc điểm tính chất cơ bản:
−

Tỷ lệ than cám 0 - 6mm của các mỏ than vùng Hòn Gai chiếm tỷ lệ từ 65% đến

75%;
−

Trong thành phần than cấp hạt nhỏ -6mm, tỷ lệ cấp hạt siêu mịn -0,1mm dao động

trong khoảng 18,22% (Hà Lầm) tới 31,94% (Hà Tu) và cấp hạt mịn -1mm từ 59,54%
(Hà Lầm) tới 69,05% (Hà Tu);

5


−

Than cấp hạt mịn (cấp 0,1 - 1mm) của các mỏ than vùng Hòn Gai thuộc loại khó

tuyển.
Than vùng Cẩm Phả
Các mỏ than có sản lượng lớn khu vực Cẩm Phả là Cọc Sáu, Đèo Nai, Mông Dương,
Thống Nhất, Cao Sơn, Khe Chàm và Dương Huy. Thành phần độ hạt than nguyên khai
cấp 0-6mm được trình bày tại bảng 1.3 .
Các đặc điểm tính chất cơ bản:
−

Tỷ lệ than cám 0-6mm của các mỏ than vùng Cẩm Phả chiếm tỷ lệ từ 65% đến

75%;
−

Trong thành phần than cấp hạt nhỏ -6mm, tỷ lệ cấp hạt siêu mịn -0,1mm dao động

trong khoảng 16,64% (Khe Chàm) tới 22,03% (Thống Nhất) và cấp hạt mịn -1mm từ
46,87% (Đèo Nai) tới 54,55% (Mông Dương);

−

Than cấp hạt mịn của các mỏ than vùng Cẩm Phả thuộc loại trung bình tuyển đến

khó tuyển.

6


Bảng 1.3: Thành phần độ hạt than cấp 0-6mm của các mỏ than khu vực Cẩm Phả
Cấp hạt, mm

0-0,1

0,1-1

1-3

3-6

(0-6)

Thu hoạch,%

21,09

32,68

25,72

20,50

100,00

Độ tro,%

28,94

26,80

30,16

30,86

28,95

Thu hoạch,%

18,15

28,71

31,90

21,24

100,00

Độ tro,%

17,69

15,14

18,19

21,27

17,88

Mỏ Mông

Thu hoạch,%

17,77

36,81

27,18

18,24

100,00

Dương

Độ tro,%

29,87

23,33

26,60

27,31

26,11

Mỏ Thống

Thu hoạch,%

22,03

33,49

26,40

18,08

100,00

Nhất

Độ tro,%

21,88

29,74

23,46

25,95

25,66

Mỏ

Thu hoạch,%

19,50

32,26

31,24

16,99

100,00

Mỏ Cọc Sáu

Mỏ Đèo Nai

Cao Sơn
Mỏ Khe

Độ tro,%

20,30

21,15

22,41

26,46

22,28

Thu hoạch,%

16,64

35,88

29,56

17,92

100,00

Chàm

Độ tro,%

31,12

28,57

26,42

31,83

28,94

Mỏ

Thu hoạch,%

20,35

31,98

16,78

30,89

100,00

Độ tro,%

22,07

22,53

23,03

31,68

25,35

Dương Huy

2.2.2. Tình hình tuyển than cấp hạt mịn tại các nhà máy tuyển than Việt Nam
Loại than sản xuất hàng năm của tập đoàn Than & Khoáng sản chủ yếu là các loại
than cám cỡ hạt 0 – 15mm, than cục xô chiếm một tỷ lệ rất nhỏ (xem bảng 1.4). Sản
lượng than cám sản xuất năm 2010 của cả tập đoàn vào khoảng 38,7 triệu tấn, trong đó
lượng than cám xấu (từ cám 5 trở lên) chiếm xấp xỉ 30 triệu tấn. Như vậy, lượng than
cám chất lượng xấu chưa qua tuyển của toàn tập đoàn chiếm tỷ lệ rất cao, loại than này có
giá trị kinh tế thấp và rất khó tiêu thụ. Các loại than cám đã qua tuyển là cám 1, cám 2 và
cám 3 ở Việt Nam chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ và chỉ có trong các nhà máy tuyển than.
Tất cả than hạt mịn và nhỏ vùng Quảng Ninh đều không được tuyển tại mỏ mà được
tách ra đi tiêu thụ dạng cám hoặc chuyển đến nhà máy tuyển. Hiện tại vùng than Quảng

7


Ninh có các nhà máy tuyển: các nhà máy tuyển than Cửa Ông, nhà máy tuyển than Hòn
Gai (Nam Cầu Trắng) và nhà máy tuyển than Vàng Danh.
Bảng 1.4: Sản lượng than nguyên khai và các loại than cám của toàn tập đoàn năm
2010 .
Loại than cám

Độ tro

Khối lượng, tấn

trung

Tuyển than

Tuyển than

Tuyển than

Tổng tập

Cám 1

bình,
7,00%

Cửa
Ông
389.000

Hòn
Gai
155.000

Vàng0Danh

đoàn
TKV
648.000

Cám 2

9,00

111.000

0

0

235.000

Cám 3a

11,50

278.000

93.000

0

380.000

Cám 3b

14,00

666.000

186.000

160.000

1.693.000

Cám 3c

16,50

1.110.000

434.000

0

2.867.000

Cám 4a

20,00

500.000

310.000

180.000

2.545.000

Cám 4b

24,00

222.000

31.000

290.000

2.050.000

Cám 5

30,00

1.788.000

372.000

1.220.000

Cám 6a

36,00

2.331.000

419.000

298.000

12.319.00
0

10.419.00

Cám 6b

42,00

555.000

124.000

186.000

0
4.223.000

Cám 7a

47,50

0

0

9.000

50.000

Cám 7b

52,50

0

0

0

220.000

Cám 7c

57,50

0

0

0

45.000

Than bùn

30,00

666.000

186.000

50.000

960.000

8.616.000

2.310.000

2.393.000

11.100.000

3.100.000

3.300.000

38.654.00
0
47.470.00

Cộng
Than nguyên

36,64

0

khai

Xưởng tuyển than II Cửa Ông và Nhà máy tuyển than Nam Cầu Trắng được hãng
BMCH của Australia thiết kế với dây chuyền công nghệ tuyển tương đối đồng bộ và hiện

đại có thể chủ động tách cám khô hoặc tuyển không phân cấp bằng máy lắng. Sản phẩm

8


than sạch của máy lắng cấp hạt (1-35) mm hoặc (1 - 50) mm được tuyển nâng cao chất
lượng bằng máy tuyển xyclon huyền phù. Cấp hạt - 1 mm được phân loại thành sản phẩm
than bùn (-0,1mm) và than cám mịn (0,1 - 1mm) bằng xyclon. Ngoài ra, than cám mịn
được tuyển nâng cao chất lượng bằng các thiết bị máng xoắn.
Xưởng tuyển than Cửa Ông I với dây chuyền công nghệ tách cám khô và tuyển than
cục bằng máng rửa. Dây chuyền xử lý bùn nước chủ yếu được thực hiện thông qua thiết
bị là các hố gầu, hố cạn và bể cô đặc cào tròn nên hiệu quả thu hồi than cám mịn đạt được
rất thấp. Xưởng tuyển than Cửa Ông III với dây chuyền công nghệ rất đơn giản chỉ tách
cám khô không có các thiết bị tuyển nâng cấp chất lượng.
Đối với cấp hạt than mịn cấp 0,1-1mm thì cả tại cả hai nhà máy tuyển than Cửa Ông II
và Nam Cầu Trắng đều lắp đặt máng xoắn để tuyển nâng cao chất lượng. Trong thời gian
đầu quá trình tuyển than mịn 0,1-1mm trên máng xoắn đạt độ tro than sạch 13-17% và độ
tro đá thải 55-65%. Tuy nhiên thời gian gần đây hoạt động của máng xoắn không ổn định
và không có hiệu quả. Lý do được xác định là do khâu bùn nước bị quá tải, các thiết bị
xyclon phân cấp không hiệu quả dẫn đến cấp liệu máng xoắn không ổn định. Kết quả
khảo sát hiệu quả làm việc của máng xoắn tại xưởng tuyển than Nam Cầu Trắng năm
2005, được cho ở bảng 1.5.
\

9


Bảng 1.5: Kết quả tuyển than hạt mịn trên máng xoắn
TT

Than sạch

Đá thải

Độ tro than

γ, %

A, %

γ, %

A, %

đầu, %

1

80,01

17,21

19,99

55,95

24,95

2

82,70

16,49

17,30

45,81

21,56

3

74,21

18,31

25,79

51,56

26,89

4

82,33

19,13

17,67

54,55

25,39

5

84,06

16,15

15,94

58,00

22,82

6

73,35

17,82

26,65

50,61

26,56

TB

79,44

17,52

20,56

52,57

24,70

Nhà máy tuyển than Vàng Danh với dây chuyền công nghệ tách cám khô trước khi
tuyển trên máy tuyển huyền phù bể CK 20. Than cấp hạt nhỏ và mịn được xử lý bằng các
hố gầu và bể cô đặc cào tròn nên gây ra tổn thát than cám mịn vào sản phẩm bùn. Gần
đây nhà máy tuyển than Vàng Danh đã lắp riêng một hệ thống xyclon huyền phù để tuyển
than cám cỡ hạt 1 – 18mm. Than sạch thu được sau khi tuyển có độ tro nằm trong khoảng
từ 9% đến 13%. Nhưng khi sử dụng xyclon thì chi phí tuyển cao hơn và mất mát
manhetit nhiều hơn do tuyển than hạt mịn và than vùng Vàng Danh có khối lượng riêng
lớn.
2.2.3. Các nghiên cứu tuyển than hạt mịn tại Việt Nam
Các nghiên cứu tuyển than hạt mịn cấp 0,1-1mm vùng Hòn Gai - Cẩm Phả chủ yếu
tập trung vào nghiên cứu phương án thay thế hệ thống máng xoắn đang tồn tại bằng các
hệ thống xyclon nước.

10


Bảng 1.6: Kết quả thử nghiệm bán công nghiệp tuyển thancấp hạt mịn bằng xyclon
nước
db,

dc,

áp lực,

Than sạch

Đá thải

Độ tro than

mm

mm

atm

A, %
γ, %
γ, %
0
Hệ hai góc côn 75 - 200

A, %

đầu, %

52

26

0,5

23,94

18,18

76,06

29,75

24,36

52

26

0,8

80,67

15,51

19,33

48,46

21,88

44

24

0,5

42,74

12,57

57,26

25,46

19,95

44

24

0,8

46,04

14,49

53,96

28,14

21,86

Hệ ba góc côn 1200 – 750 - 200
52

26

0,5

67,97

26,07

32,03

49,55

33,59

52

26

0,8

64,55

23,76

35,45

51,02

33,42

48

24

0,5

54,79

22,68

45,21

26,22

24,28

48

24

0,8

41,40

19,44

58,60

35,15

28,65

Hệ ba góc côn 1350 – 750 - 200
52

26

0,5

39,95

18,11

60,05

43,92

33,61

52

26

0,8

71,43

18,76

28,57

44,50

22,95

48

22

0,5

70,97

24,63

29,03

36,98

28,21

48

22

0,8

42,87

9,94

57,13

23,72

17,81

Các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm tại Trường Đại học Mỏ Địa chất,
Viện khoa học công nghệ mỏ, thử nghiệm bán công nghiệp tại Nhà máy tuyển Nam Cầu
Trắng cho thấy mặc dù có các kết quả tuyển khả quan nhưng hệ thống tuyển bằng xyclon
nước chưa khẳng định ưu thế vượt trội về hiệu quả tuyển cũng như tính ổn định so với hệ
thống máng xoắn. Chính vì vậy, cho đến nay phương án tuyển bằng xyclon nước chưa
được áp dụng trong thực tế. Kết quả chạy thử nghiệm bán công nghiệp tuyển than cấp hạt
mịn bằng xyclon nước tại Nhà máy tuyển than Nam Cầu Trắng đã được TS. Phạm Hữu
Giang tổng kết trong tài liệu , bảng 1.6 là kết quả tối ưu lấy từ tài liệu .

11


Năm 2004, tác giả Ninh Thị Mai đã tiến hành nghiên cứu tuyển than cấp 0 -3mm vùng
Cẩm Phả bằng bàn đãi. Kết quả tuyển thu được rất khả quan nhưng do bàn đãi có năng
suất thấp nên không đáp ứng được yêu cầu thực tế tại các nhà máy tuyển than hiện nay .
Hiện nay, Công ty tuyển than Hòn Gai đã có hệ thống tuyển nổi cột để nâng cấp bùn
than mịn. Tuy nhiên đối tượng chính của máy tuyển nổi cột là than cấp -0,1mm.
2.3. Các thiết bị tuyển than hạt mịn truyền thông và các kết quả đã đạt được
Phương pháp tuyển than cấp hạt mịn phổ biến nhất là phương pháp tuyển trọng lực,
bằng các thiết bị tuyển: xyclon huyền phù, xyclon nước, máng xoắn, máy lắng, bàn đãi,

thiết bị tuyển tầng sôi. Ngoài ra, để thu hồi than cấp hạt -0,5mm có thể sử dụng phương
pháp tuyển nổi bằng thiết bị tuyển nổi cột.
2.3.1. Xyclon huyền phù
Tuyển than hạt mịn bằng xyclon huyền phù ngày càng trở nên phổ biến hơn, bởi
các nguyên nhân sau : tỷ trọng phân tuyển rõ ràng hơn so với các phương pháp tuyển
khác và không chịu ảnh hưởng của thời tiết; khử pyrit và một số khoáng sản khác ở mức
cao nhất; có nhiều công nghệ tiến bộ trong việc thu hồi huyền phù và điều khiển tự động
các thiết bị.
Việc sử dụng môi trường nặng để tuyển than cấp hạt mịn đã thành công từ trước.
Ngày nay, công nghệ này đang được sử để tuyển than hạt mịn ở Nam Phi, Australia, Mỹ.
Đa số, sử dụng xyclon nhỏ và áp lực cấp liệu cao để tuyển than cấp hạt mịn bằng xyclon
huyền phù .
Khi tuyển than bằng xyclon huyền phù thì hiệu suất tuyển của cấp hạt mịn đạt được
kém hơn so với cấp hạt thô. Tuy nhiên hiệu quả thu hồi này vẫn cao hơn so với một số
quá trình tuyển trong môi trường nước khác.
Ưu điểm xyclon huyền phù: hiệu suất tuyển cao; sản phẩm than sạch có chất lượng
cao; độ lệch đường cong phân phối nhỏ. Nhưng nhược điểm là: do dung tích bé nên dễ
phản ứng với các biến động đầu vào; chi phí năng lượng cao; có giá thành tuyển cao hơn
do phải chi phí manhetit; khi tuyển than cấp hạt mịn thì việc thu hồi manhetit càng khó

12


khăn hơn. Do đó, xyclon huyền phù chỉ áp dụng trong những trường hợp đơn lẻ đòi hỏi
than chất lượng tốt và giá cao .
2.3.2. Xyclon nước
Xyclon nước là loại xyclon được cải tiến về cấu trúc để tuyển than trong môi trường
nước, chính xác hơn là trong môi trường huyền phù tự sinh tạo nên bởi vật liệu mịn có
trong than cấp liệu. Các nghiên cứu cho thấy có một miền bùn tỷ trọng cao tập trung tại
đỉnh côn của xyclon ngăn cản các hạt nhẹ đi qua. Hiện tượng này được tăng cường khi

tăng góc côn lên đến 900; ở góc côn này các hạt vật liệu nặng tuần hoàn tạo nên một miền
huyền phù tự sinh phân tách vật liệu theo tỷ trọng. Xyclon nước thường được áp dụng đối
với vật liệu cấp hạt 0,2 - 2,0 mm. Các thiết bị này được sử dụng phổ biến trong những
năm 60 - 70 thế kỷ trước .
Xyclon nước có ưu điểm: năng suất cao; diện tích lắp đặt nhỏ; không có bộ phận
chuyển động; do tỷ trọng phân tuyển thấp nên độ tro than sạch có thể đạt khá thấp.
Nhưng do mức độ hao mòn lớn; chi phí bảo dưỡng sửa chữa lớn; hơn nữa độ tro đá thải
chưa đạt yêu cầu; chỉ có hiệu quả tuyển cao khi tuyển hai giai đoạn nên chúng dần bị thay
thế bởi máng xoắn và gần đây là các thiết bị tuyển tầng sôi .
2.3.3. Máng xoắn
Trong nhiều năm trước, thiết bị tuyển than cấp hạt mịn theo nguyên lý màng mỏng
phổ biến nhất là máng xoắn. Máng xoắn ngày nay là thiết bị tuyển than chi phí thấp và
được sử dụng khá rộng rãi để tuyển than cấp hạt 0,2 - 2,0mm. Thiết bị này trước kia được
thiết kế để tuyển quặng sa khoáng biển nhưng sau đó được cải tiến để tuyển than hạt mịn
vài chục năm gần đây. Đầu tiên xuất hiện tại Australia nhưng sau đó thiết bị này được áp
dụng phổ biến tại Nam Phi, Mỹ. Tại Australia người ta ước lượng khoảng 8% khối lượng
than nguyên khai được tuyển trong máng xoắn .
Máng xoắn để tuyển than có tỷ trọng phân tuyển nhỏ hơn so với máng xoắn để tuyển
quặng, để đáp ứng được yêu cầu phân chia chính xác giữa than và đá. Dó đó máng xoắn
để tuyển than có một vài đặc điểm sau : Độ dốc thấp hơn để giảm tốc độ của bùn và làm

13


tăng thời gian vật liệu lưu lại trên máng xoắn; Đường kính ngoài lớn hơn và lưu lượng
bùn vận chuyển lớn hơn.
Máng xoắn có sai số cơ giới vào khoảng 0,15 và tỷ trọng phân tuyển khoảng 1,8. Ưu
điểm của máng xoắn: sản phẩm than sạch không lẫn mùn; cấp liệu cho máng xoắn có thể
thay đổi trong một giới hạn rộng, hàm lượng pha rắn trong cấp liệu 8,5% - 31,5%; tốc độ
cấp liệu 75 - 150l/ph; giá thành lắp đặt và tuyển thấp; dễ hoạt động và bảo dưỡng. Nhưng

chúng có: có tỷ trọng phân tuyển cao; dễ phản ứng với các biến động đầu vào (chất lượng
và hàm lượng phần rắn trong cấp liệu); tuyển than chỉ có hiệu quả với cấp hạt 0,2 - 1mm
và sử dụng hai giai đoạn tuyển (tuyển chính và tuyển vét) .
2.3.4. Bàn đãi
Bàn đãi có thể thay thế được cho máng xoắn, nhưng nó có khả năng tuyển than ở cấp
hạt thô hơn, độ hạt đưa tuyển 0,075 - 9,5mm. Nhưng để có hiệu quả tuyển cao thì cấp hạt
trên nên chia thành hai hoặc ba cấp hạt hẹp rồi cấp liệu cho bàn đãi. Thiết bị này phổ biến
trong thời kỳ đầu tuyển than và ngày nay vẫn được áp dụng trong một số xưởng tuyển
nhỏ.
Ưu điểm của bàn đãi khi tuyển than cấp hạt mịn bao gồm: chi phí sản xuất thấp; có độ
mềm dẻo cao khi làm việc; tính chọn riêng cao; mức độ làm giàu cao; có thể nhìn thấy
trực tiếp sự phân chia trên mặt bàn để đưa ra những điều chỉnh kịp thời; lượng nước yêu
cầu thấp, tỷ lệ rắn/lỏng trong cấp liệu vào khoảng 2,5 đến 1. Nhưng năng suất thấp là
nhược điểm lớn của thiết bị này khiến cho chúng hầu như biến mất trong các xưởng
tuyển hiện đại. Nếu đảm bảo được vấn đề về năng suất thì phải cần rất nhiều thiết bị do
đó cần nhiều diện tích để đặt chúng. Ngoài ra chúng chỉ có hiệu quả với từng cấp hạt hẹp;
hiệu quả tuyển của máy phụ thuộc nhiều vào việc kiểm tra và điều chỉnh kịp thời các
thông số của máy.
2.3.5. Máy lắng
Máy lắng tuyển than hạt mịn chính là máy lắng khí nén, nó được cải tiến từ các loại
máy lắng Batac và Tacub để tuyển hạt thô. Tuy nhiên do những tiến bộ trong lĩnh vực tự

14


động hóa và kiểm soát quá trình công nghệ nên trong những máy tuyển này quá trình
lắng các hạt mịn được kiểm soát và tối ưu hóa tối đa để nâng cao hiệu quả phân tách.
Tiến bộ về công nghệ cho phép xác định nhanh chóng và áp dụng chu kỳ lắng tối ưu
thích hợp với thành phần độ hạt cũng như thành phần tỷ trong của than hạt mịn đưa
tuyển. Những máy lắng cải tiến này cho phép tuyển hiệu quả than cấp hạt 0,1-10mm.

Máy lắng có chi phí tuyển và vận hành thấp. Máy lắng rất có hiệu quả khi tách đất đá
ra khỏi than ở tỷ trọng phân tuyển cao nhưng sản phẩm than sạch có chất lượng thấp.
Hơn nữa, chất lượng của than sạch cũng như tỷ trọng phân tuyển đều phụ thuộc vào từng
cấp hạt hẹp đưa tuyển. Nhất là đối với cấp hạt mịn (-6mm) tuyển bằng máy lắng có hiệu
quả không cao .
2.3.6. Thiết bị tuyển siêu trọng lực
Việc tăng cường quá trình phân tách theo tỷ trọng bằng cách chuyển từ trường trọng
lực thông thường sang trường lực ly tâm cao hơn nhiều cũng được nghiên cứu nhiều để
cải thiện quá trình tuyển hạt mịn. Mặc dù có nhiều kết quả triển vọng trong nghiên cứu
nhưng các thiết bị này ngày nay vẫn chưa được áp dụng trong thực tế. Nổi bật trong các
thiết bị dạng này là thiết bi siêu trọng lực dạng Falcon, thiết bị này thường được dùng để
khử lưu huỳnh dạng pyrit ra khỏi than là chính .
2.3.7. Tuyển nổi cột
Tuyển nổi là phương pháp phổ biến để tuyển than hạt mịn cấp -0,5 mm từ những năm
1950 thế kỷ trước. Do than có tính kỵ nước tự nhiên nên quá trình tuyển tách than khỏi đá
thải diễn ra khá dễ dàng. Nếu như trước kia quá trình tuyển than diễn ra trong các máy
tuyển than truyền thống dạng cơ giới tự hút hoặc cơ giới khí nén thì trong khoảng hai
chục năm gần đây tuyển than chủ yếu trong các máy tuyển nổi cột rất đa dạng về thiết kế.
Ngày nay tuyển nổi cột được thừa nhận là thiết bị hiệu quả để tuyển than hạt mịn cấp
-0,5mm và nhất là cấp -0,25mm. Nếu như ở Bắc Mỹ thiết bị tuyển nổi cột chủ yếu là
dạng CPT, Microcel thì ở Australia lại là máy Jameson, ở Trung Quốc, Nam Phi lại là
máy dạng Pneuflot .

15


2.4. Thiết bị tuyển tầng sôi để tuyển than cấp hạt mịn
2.4.1 Nguyên lý tuyển tầng sôi
Về nguyên lý, thiết bị này gần giống như các thiết bị phân cấp dòng nước ngược đã
được áp dụng rất lâu để phân cấp các hạt khoáng mịn mà cụ thể là các máy phân cấp thủy

lực. Theo nguyên lý phân cấp dòng nước ngược thì các hạt vật liệu được đưa vào thiết bị
dạng cột thẳng đứng trong đó có dòng nước chảy ngược lên với tốc độ xác định. Các hạt
thô có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ dòng nước ngược sẽ lắng xuống đáy thiết bị và tháo tải ra
ngoài, còn các hạt mịn có tốc độ rơi nhỏ hơn tốc độ dòng nước ngược sẽ bị cuốn theo
dòng nước chảy tràn trên miệng thiết bị. Các thiết bị này hoạt động trong điều kiện rơi tự
do và phân tách theo độ hạt. Đã từ lâu người ta cũng biết rằng, trong những thiết bị phân
cấp dạng này, nếu nồng độ các hạt rắn lớn thì các hạt khoáng sẽ phân tách theo cả tỷ
trọng. Điều kiện phân cấp rơi vướng mắc nêu trên có thể được tạo ra bằng cách tháo tải
các hạt lắng đọng một cách hạn chế để tạo ra bùn đặc trong thiết bị. Nói một cách khác,
các hạt rắn tích tụ dưới đáy thiết bị phân cấp tạo nên một lớp vật liệu có vai trò như một
lớp huyền phù tự sinh, ngăn cản các hạt khoáng nhẹ hơn đi qua nó. Các thiết bị tuyển
dạng phân cấp rơi vướng mắc như trên được áp dụng nhiều để tuyển các loại quặng sa
khoáng.
Gần đây người ta nhận thấy rằng lớp vật liệu hạt rắn tạo môi trường phân tách như
trên có thể tạo ra bằng cách duy trì vật liệu dưới dạng tầng sôi. Tầng sôi là trạng thái đặc
biệt của các hạt khoáng mịn trong môi trường khí hoặc lỏng, chúng có khả năng duy trì
mật độ cao nhưng vẫn ở trạng thái lơ lửng, tách rời nhau. Trạng thái tầng sôi được tạo ra
bằng cách cho chất lỏng (hoặc chất khí) sục qua lớp vật liệu đặt trên tấm lưới phân phối.
Các thiết bị tuyển tầng sôi đã được áp dụng từ lâu trong công nghệ hóa học để duy trì tiếp
xúc tối đa giữa các pha rắn và pha lỏng (cũng như giữa pha rắn và pha khí) tuy nhiên để
phân tách khoáng vật theo nguyên lý tuyển trọng lực thì mới chỉ được phát hiện và áp
dụng trong những năm gần đây.
Thiết bị tuyển tầng sôi (hindered settling bed seperator (HSBS)) còn gọi là thiết bị
phân tách rơi vướng mắc là loại thiết bị trong đó các hạt cấp liệu rơi ngược với dòng

16


nước đều đặn đi lên từ đáy thiết bị. Các hạt vật liệu được phân tách trong các thiết bị này
chủ yếu theo tỷ trọng và ở mức độ thấp hơn là theo độ hạt .

HSBS là thiết bị tuyển than cấp hạt mịn dựa trên sự khác nhau về tỷ trọng (hình 1.1).
Nó có khả năng xử lý vật liệu cỡ hạt 0.25 - 2mm với tỷ trọng phân tuyển thấp hơn so với
các máy tuyển than cấp hạt mịn khác đang sử dụng. Các hạt khoáng trong cấp liệu được
cấp vào máy sẽ va chạm tự do hoặc vướng mắc tuỳ thuộc vào nồng độ của các hạt trong
máy tuyển. Các hạt trong quá trình rơi sẽ tạo thành lớp tầng sôi nằm phía trên điểm cấp
nước tạo tầng sôi, sau đó các hạt này được phân tầng dựa trên tốc độ rơi vướng mắc của
từng hạt.

17


Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ tuyển than cấp hạt mịn hiện đại với máy HSBS
HSBS đã được sử dụng làm thiết bị phân cấp trong công nghiệp khoáng sản từ nửa thế
kỉ trước. Trong thiết bị này, nếu các hạt nhỏ có tốc độ rơi thấp hơn tốc độ dòng nước tạo
tầng sôi thì chúng sẽ đi vào vùng phía trên của lớp tầng sôi, còn các hạt thô có tốc độ rơi
cao hơn sẽ đi xuống phía dưới của vùng tầng sôi. Tuy nhiên, nếu trong cấp liệu kích
thước hạt nằm trong một giới hạn nào đó thì sự phân chia được thực hiện chủ yếu bởi sự
khác nhau về khối lượng riêng của hạt. Các hạt mịn có khối lượng riêng thấp đi vào máng
hứng sản phẩm tràn, trong khi đó các hạt thô có tỷ trọng cao đi vào sản phẩm cặn qua cửa
tháo đá và đi ra ngoài.
HSBS có các ưu điểm nổi bật như: diện tích chiếm chỗ nhỏ, dễ điều chỉnh tỷ trọng
phân tuyển, làm việc ổn định, có thể thay đổi năng suất trong phạm vi rất rộng và hiệu
suất tuyển cao. HSBS có thể ứng dụng để: tuyển than (Reed, 1995; Honaker, 2000) tuyển
khoáng sản cát (Mankosa, 1995) và tái chế dây dẫn điện (Mankosa và Carve, 1995).
HSBS cũng có thể được sử dụng cho nhiều ngành công nghiệp khác như: làm giàu quặng
sắt, thiếc, chì, kẽm .v.v.
2.4.2. Các thiết bị tuyển tầng sôi để tuyển than cấp hạt mịn
2.4.2.1. Máy tuyển tầng sôi cấp liệu giữa (TeeterBed Separators (TBS))

18

Sơ đồ nguyên lý của máy TBS được cho
ở hình 1.2. Thiết bị này sử dụng ống cấp liệu theo hướng tiếp tuyến vào tâm, để giảm tối
đa sự rối loạn do dòng nước tạo tầng sôi theo
phương thẳng đứng và cấp liệu đồng đều vào

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị TBS

thiết bị. Quá trình phân chia của các hạt là do
sự rơi vướng mắc của chúng trong dòng nước đi lên. Khi tốc độ rơi vướng mắc của các hạt
bằng tốc độ của dòng nước đi lên thì lớp tầng sôi được tạo thành ở phía trên của ống phun
nước đi lên, ngoài ra lớp tầng sôi này còn được giữ ở mật độ ổn định để ngăn các hạt có tỷ
trọng thấp hơn đi vào nó. Vùng gần ống cấp liệu kiềm chế lượng vật liệu vào máy và bắt
đầu xảy ra sự phân chia do các hạt nhận được gia tốc khác nhau, còn lớp tầng sôi ở phía
dưới ống cấp liệu được duy trì bởi khối lượng riêng và độ nhớt của bùn quặng .
Vật liệu đầu đi vào lớp tầng sôi được phân chia theo tốc độ rơi vướng mắc của hạt.
Các hạt mịn hoặc có tỷ trọng thấp sẽ đi vào phía trên của lớp tầng sôi, còn các hạt thô và
có tỷ trọng cao đi xuống phía dưới lớp tầng sôi. Dòng nước tạo tầng sôi có thể được phun
ra bằng cách sử dụng tấm phân phối hoặc nhiều ống nhỏ. Đại diện tiêu biểu của các loại
thiết bị này là: TBS, CDS và Hydrosizers . Các hạt rơi xuyên qua lớp tầng sôi đi vào hình
côn khử nước rồi được tháo qua van điều khiển đi vào sản phẩm nặng. Van này hoạt động
thông qua bộ đo sự dao động tỷ trọng của lớp tầng sôi. Kết quả tuyển than hạt mịn bằng
thiết bị TBS tại Nam Phi được cho ở bảng 1.7.

19


Bảng 1.7: Kết quả tuyển than cấp hạt 0,5 – 3mm bằng thiết bị TBS
Các chỉ tiêu công nghệ

Giá trị

Độ tro than đầu, %

23,2

Độ tro than sạch, %

12,3

Độ tro đá thải, %

48,6

Thu hoạch than sạch, %

69,9

Tỷ trọng phân tuyển

1,672

Độ lệch đường cong phân phối, EP

0,1043

Sai số cơ giới, I

0,1552

Hiệu suất tuyển, %

93,6

Than lẫn trong đá, %

3,4

Đá lẫn trong than, %

8,3

Tổng lẫn lộn

11,7

2.4.2.2. Máy tuyển tầng sôi cấp liệu theo phương ngang (CrossFlow)
Máy HSBS cấp liệu theo phương ngang cũng là một thiết bị làm việc theo nguyên lý
rơi vướng mắc. Dòng nước ngược trong máy phân cấp được sử dụng để tạo ra lớp tầng
sôi lỏng - rắn, sơ đồ nguyên lý của máy được cho ở hình 1.3. Có thể điều khiển được tốc
độ tháo sản phẩm nặng và lớp tầng sôi được tạo thành bởi các hạt rắn rơi ngược hướng
với dòng nước đi lên, dòng nước này được cấp đều đặn ngang qua toàn bộ tiết diện của
máy. Cấp liệu được đưa vào theo phương ngang và tiếp tuyến với dòng chảy, điểm cấp
liệu phía trên cùng của máy. Để giảm tốc độ cấp liệu thì dòng cấp liệu trước khi đi vào
buồng phân chia phải đi qua koang cấp liệu. Dòng cấp liệu khi đó sẽ chảy tràn ra trên
toàn bộ bề mặt phía trên của thiết bị sau đó chúng sẽ đi vào vùng phân chia. Các hạt rắn
nặng và thô lắng xuống dưới đáy, trong khi đó các hạt nhẹ và mịn được đưa ra ngoài bởi
dòng nước theo phương ngang đó là dòng sản phẩm tràn.

20


21


Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý của máy CrossFlow
Phương pháp này cho phép lượng nước theo cấp liệu dịch chuyển theo phương ngang
trên bề mặt của thiết bị và đi vào máng hứng sản phẩm tràn nên làm giảm đáng kể sự rối
loạn của dòng nước tạo tầng sôi theo phương thẳng đứng ở trong buồng phân chia. Dòng
nước tạo tầng sôi được bơm vào thông qua một bộ các ống phun nước .
Nhiều báo cáo trên thế giới cho rằng máy CrossFlow cho hiệu suất phân cấp cao hơn
và tỷ trọng phân tuyển thấp hơn so với thiết bị có sử dụng hệ thống cấp liệu ly tâm hướng
vào tâm thông thường . Sự khác nhau về hiệu suất phân chia này có thể là do loại bỏ được
sự rối loạn của dòng nước cấp liệu nên làm giảm được tốc độ của dòng nước đi lên trong
thiết bị tầng sôi theo phương ngang, giả thuyết này cần được xác nhận tính xác thực của
nó. Kết quả tuyển than cấp hạt mịn trên máy tuyển Cross flow tại Mỹ được cho ở bảng
1.8.
Bảng 1.8: Kết quả tuyển than hạt mịn trên thiết bị CrossFlow
TT

Độ tro trong các sản phẩm, %

Thu hoạch

Thực thu

Than đầu

Than sạch

Đá thải

than sạch, %

phần cháy, %

1

19,96

9,97

86,67

86,97

97,83

2

20,54

14,55

86,88

91,71

98,63

3

18,99

8,45

82,06

85,68

96,83

4

24,05

10,01

76,51

78,89

93,47

5

17,57

6,51

84,08

85,74

97,25

6

17,57

6,51

84,08

85,74

97,25

7

21,44

13,45

86,43

89,06

98,11

8

21,21

8,86

83,25

83,40

96,47

9

23,43

7,51

50,09

62,61

75,63

22


23

2.4.2.3. Tuyển nổi – tầng sôi (Hydro-float)
Cần lưu ý rằng, hiệu suất phân tuyển theo tỉ trọng của máy HSBS chỉ phù hợp với cấp
liệu có cỡ hạt nằm trong một giới hạn hẹp, hơn nữa tốc độ dòng nước đi lên thường thấp
nên các máy này khi tuyển vật liệu đầu có độ hạt nằm trong giới hạn quá rộng, thường có
sự lẫn lộn của các hạt thô có tỉ trọng thấp vào phần có tỉ trọng lớn. Điều này dẫn đến sự
tích tụ các hạt thô có tỉ trọng trung bình ở phía trên của lớp tầng sôi; những hạt này quá
nhẹ không thể đi qua lớp tầng sôi và quá nặng không thể nâng lên để vào sản phẩm tràn.
Tăng tốc độ dòng nước đi lên được xem là giải pháp để chuyển các hạt thô có tỉ trọng
thấp vào sản phẩm tràn, song việc tăng tốc độ dòng nước đi lên cũng làm trôi hết các hạt
mịn có tỉ trọng lớn vào máng tràn và sự lẫn lộn này sẽ làm giảm hiệu quả tuyển chung
của máy [2],[3].

24


25