Nghiên cứu công nghệ tuyển quặng apatit carbonat mỏ cóc lào cai với thuốc tập hợp berol 2105

BÙI KIM DUNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

BÙI KIM DUNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ TUYỂN QUẶNG APATIT CARBONAT
MỎ CĨC LÀO CAI VỚI THUỐC TẬP HỢP BEROL 2105

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2014
HÀ NỘI – NĂM 2014


1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

BÙI KIM DUNG

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TUYỂN QUẶNG APATIT
CARBONAT MỎ CÓC LÀO CAI VỚI THUỐC TẬP HỢP
BEROL 2105
Ngành: Kỹ thuật tuyển khoáng
Mã số: 60520607

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. Nguyễn Hoàng Sơn

HÀ NỘI - 2014


2

LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan rằng: đây là cơng trình khoa học chưa được cá nhân
hoặc tổ chức nào công bố. Tất cả các số liệu trong luận văn đều trung thực, khách
quan và được tác giả trực tiếp làm tại Phịng thí nghiệm Bộ mơn Tuyển Khống Trường Đại học Mỏ Địa Chất
Hà Nội, ngày ....... tháng ....... năm 2013
Tác giả luận văn

Bùi Kim Dung


3

MỤC LỤC
TRANG BÌA PHỤ

1

LỜI CAM ĐOAN

2

MỤC LỤC

3

DANH MỤC CÁC BẢNG

5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

6

MỞ ĐẦU

7

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ TÀI NGUYÊN APATIT – CARBONAT
LÀO CAI
1.1. Khái quát về khoáng sàng apatit Lào Cai
1.2. Thành phần vật chất quặng apatit – carbonat
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TUYỂN QUẶNG PHOSPHAT CARBONAT Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI

9
9
12
13

2.1 Tổng quan nghiên cứu quặng phosphat –carbonat trên thế giới

13

2.2 Tổng quan nghiên cứu quặng phosphat–carbonat ở Việt Nam

24

CHƯƠNG 3: MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP VÀ MẪU NGHIÊN CỨU

31

3.1 Mục đích nghiên cứu

31

3.2 Mẫu nghiên cứu

31

3.3. Mẫu thuốc tuyển

31

3.4 Phương pháp thí nghiệm

32

CHƯƠNG 4: THÀNH PHẦN VẬT CHẤT MẪU NGHIÊN CỨU

33

4.1 Công tác lấy mẫu nghiên cứu

33

4.2 Công tác gia công các mẫu quặng nghiên cứu

33

4.3 Cơng tác phân tích thành phần vật chất

35

CHƯƠNG 5: THÍ NGHIỆM TUYỂN NỔI ĐIỀU KIỆN

42

5.1 Điều kiện thí nghiệm

42

5.2 Thí nghiệm xác định nồng độ bùn tối ưu

43

5.3 Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của chi phí thủy tinh lỏng.

45

4

5.4 Thí nghiệm xác định chi phí hồ tinh bột

47

5.5 Thí nghiệm xác đinh chi phí thuốc tập hợp berol 2015

49

5.6 Thí nghiệm tuyển nổi vịng kín

52

CHƯƠNG 6: QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM TUYỂN NỔI QUẶNG
APATIT CARBONAT MỎ CÓC LÀO CAI VỚI THUỐC TẬP HỢP

58

BEROL 2105
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

65

TÀI LIỆU THAM KHẢO

66

PHỤ LỤC

69


5

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Trữ lượng mỏ Apatit Lào Cai được xác định ngày 01–12–1978

11

Bảng 1.2 Bảng thành phần hoá học trong quặng Apatit Lào Cai

11

Bảng 1.3 Thành phần khoáng vật trong quặng Apatit

12

Bảng 1.4 Thành phần hoá học và khoáng vật trong quặng

12

Bảng 2.1 Sản lượng phosphat thế giới 1999

13

Bảng 2.2 Các chỉ tiêu tuyển quặng loại II theo sơ đồ tuyển kết hợp

29

Bảng 4.1 Kết quả phân tích thành phần độ hạt mẫu Mỏ Cóc

35

Bảng 4.2 Bảng phân tích hố tồn phần

36

Bảng 4.3 Bảng thành phần khống vật khi phân tích Rơnghen

37

Bảng 4.4 Bảng thành phần khống vật khi phân tích nhiệt vi sai

37

Bảng 5.1 Kết quả thí nghiệm xác định nồng độ bùn tối ưu

44

Bảng 5.2 Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng thủy tinh lỏng

46

Bảng 5.3 Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng hồ tinh bột

48

Bảng 5.4 Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng chi phí thuốc tập hợp Berol
2105

50

Bảng 5.5 Kết quả thí nghiệm tuyển nổi vịng kín

56

Bảng 6.1: Mức gốc và khoảng biến thiên của các yếu tố.

58

Bảng 6.2: Kế hoạch và kết quả thí nghiệm

59

Bảng 6.3: Kết quả gia cơng số liệu thí nghiệm

60

2
~
~
Bảng 6.4 Kết quả tính  và ( i   i )

63


6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 2.1 Sơ đồ tuyển huyền phù nặng Tanatas (Karatau)

21

Hình 2.2 Sơ đồ tuyển hóa – tuyển nổi quặng Karatau

23

Hình 2.3 Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi mẫu quặng 201

27

Hình 2.4 Sơ đồ tuyển kết hợp trọng lực – tuyển nổi mẫu quặng 201 và 202

28

Hình 2.5 Sơ đồ tuyển kết hợp phương án 2 mẫu quặng 201

29

Hình 2.6 Sơ đồ tuyển kết hợp phương án 3 mẫu quặng 201

30

Hình 4.1 Sơ đồ gia cơng mẫu

34

Hình 4.2 Đường đặc tính độ hạt mẫu apatit loại 2 Mỏ Cóc- Lào Cai

36

Hình 4.3 Ảnh chụp mẫu A1 phóng to 160 lần

38

Hình 4.4 Ảnh chụp mẫu A2 phóng to 160 lần

39

Hình 4.5 Ảnh chụp mẫu A3 phóng to 160 lần

40

Hình 5.1: Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi

42

Hình 5.2: Ảnh hưởng của nồng độ bùn tới kết quả tuyển nổi

45

Hình 5.3: Ảnh hưởng của thủy tinh lỏng tới kết quả tuyển nổi

47

Hình 5.4: Ảnh hưởng của chi phí hồ tinh bột tới kết quả tuyển nổi

49

Hình 5.5: Ảnh hưởng của chi phí thuốc tập hợp Berol 2105 đến kết quả
tuyển nổi

51

Hình 5.6: Sơ đồ tuyển nổi vịng kín

53

Hình 5.7: Đồ thị biểu diễn kết quả tuyển nổi quặng apatit vịng kín

57


7

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Q trình cơng nghệ chế biến quặng apatit sau công đoạn khai thác từ mỏ để
thu hồi apatit là một quá trình đa dạng, phức tạp và phong phú. Quá trình này bao
gồm nhiều giải pháp và quy trình kỹ thuật khác nhau để áp dụng cho các đối tượng
quặng đầu apatit có tính chất khác nhau đang tồn tại trong thực tế ở Việt Nam.
Theo những tài liệu điều tra thăm dò địa chất thì apatit Việt Nam có trữ
lượng ước tính đạt tới hàng trăm triệu tấn, phân bố ở phía bắc của tổ quốc và tập
trung chủ yếu tại Lào Cai. Apatit Lào Cai là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất
phân lân. Trữ lượng quặng loại I, II, III đã được thăm dò đánh giá đến ngày
31/12/2003 vào khoảng 502 triệu tấn trong đó quặng loại II khoảng 235 triệu tấn.
Cùng với việc khai thác quặng loại I là quặng loại III cũng bị hạn chế về sản lượng,
xa hơn nữa khi nguồn quặng loại I và loại III cạn kiệt thì quặng apatit loại II là
nguồn nguyên liệu chủ lực cho sản xuất phân lân ở Việt Nam.

Ở Việt Nam hiện nay, quặng apatit loại II có trữ lượng lớn nhưng chủ yếu
được khai thác và sử dụng trực tiếp để sản xuất phân lân nung chảy, phospho vàng
khoảng 1%.
Quặng apatit – carbonat Lào Cai (quặng loại II) là nguồn tài nguyên tiềm năng,
nguyên liệu phosphat tại Việt Nam. Tuy nhiên, loại quặng này khó tuyển do hai
khống vật chính là apatit và đolomit khó phân tách bằng tuyển nổi.
Vấn đề tuyển nổi quặng apatit – carbonat là một vấn đề cấp thiết và khó khăn
khơng những ở Việt Nam mà cả trên thế giới. Đế tài luận văn tốt nghiệp: “Nghiên
cứu công nghệ tuyển nổi quặng apatit carbonat Mỏ Cóc Lào Cai với thuốc tập hợp
Berol 2105” được đặt ra nhằm góp một phần nhỏ trong phương hướng giải quyết vấn

đề cấp thiết nêu trên.
2. Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu tuyển nổi mẫu quặng apatit – carbonat Mỏ Cóc - Lào Cai.


8

3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Xác định khả năng áp dụng tuyển nổi thuận quặng apatit carbonat Mỏ Cóc,
Lào Cai với thuốc tập hợp Berol 2105 nhằm nâng cao hàm lượng P2O5 , giảm hàm
lượng MgO trong tinh quặng để đáp ứng nhu cầu sản xuất phân bón.
- Mục tiêu cụ thể chất lượng tinh quặng là hàm lượng P2O5 ≥ 30%; hàm
lượng MgO ≤ 2%.
4. Nội dung nghiên cứu chính của đề tài
- Tổng hợp tài liệu về tuyển nổi quặng apatit - carbonat trên thế giới và Việt
Nam.
- Nghiên cứu chế độ tuyển nổi thuận quặng apait – carbonat Mỏ Cóc, Lào
Cai với sơ đồ tuyển nổi điều kiện, sơ đồ tuyển nổi thí nghiệm vịng hở, sơ đồ tuyển
nổi thí nghiệm vịng kín.

- Đánh giá và đưa ra kết luận.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Tổng hợp số liệu và viết tổng quan.
- Thí nghiệm tuyển nổi trong phịng thí nghiệm: tuyển nổi thí nghiệm điều
kiện, tuyển nổi vịng hở, tuyển nổi vịng kín.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Việc nghiên cứu áp dụng tuyển nổi quặng apatit – carbonat Mỏ Cóc - Lào
Cai sẽ góp phần thúc đẩy việc sử dụng một nguồn tài nguyên apatit phong phú của
đất nước mà cho đến nay vẫn chỉ được sử dụng hạn chế.
7. Cấu trúc của luận văn
Luận văn gồm phần mở đầu, 6 chương và phần kết luận được trình bày trong
71 trang với 18 hình, 19 bảng biểu.


9

CHƯƠNG 1
KHÁI QUÁT VỀ TÀI NGUYÊN APATIT – CARBONAT
1.1 Khái quát về khoáng sàng apatit Lào Cai
Khoáng vật apatit được thành tạo trong các loại hình nguồn gốc sau:
Trong quá trình macma, trong quá trình pecmatit, trong quá trình trầm tích apatit
được thành tạo trong trầm tích sinh hố, trong phong hố được thành tạo trong hang
động đá vơi.
Cơng thức: Ca5(F,Cl) [PO4]3
Loại Flo Apatit: CaO = 55,50%, P2O5 = 42,30%, F = 3,8%
Loại Clorit Apatit: CaO = 53,8%, P2O5 = 41%, Cl = 2,6%
Trong thành phần thường lẫn nhiều tạp chất: Fe, Mg, Al, các nguyên tố xạ và
đất hiếm: Th, Sr, TR…
Căn cứ vào đặc điểm thạch học người ta chia toàn bộ khu mỏ apatit Lào Cai
thành 9 tầng ký hiệu từ dưới lên (theo mặt cắt địa chất) là tầng cốc san (KS) KS1,

KS2, KS3,…, KS9. Trong đó, quặng apatit nằm ở các tầng KS4, KS5, KS6, KS7.
Trong từng tầng được chia thành các đới phong hoá hoá học và chưa phong hoá hoá
học.
Tầng KS4 là tầng nham thạch apatit – carbonat - thạch anh – muscovit có
chứa cacbon. Tầng này gồm 2 loại phiến thạch chính là đolomit – apatit - thạch anh
và apatit - thạch anh – đolomit chứa khoảng 35 đến 40% apatit, chiều dày tầng này
35 – 40 m.
Tầng KS5 là tầng apatit – carbonat, nằm dọc theo trung tâm khu mỏ Lào Cai
từ Đông Nam lên Tây Bắc chạy dài 25 km. Quặng apatit hầu như đơn khống thuộc
phần phong hố có hàm lượng P2O5 từ 28 – 40% gọi là quặng loại I, chiều dày tầng
quặng dao động 3- 4 m tới 10 – 12 m. Ngồi ra cịn có các phiến thạch anh – apatit –
đolomit, đolomit – apatit - thạch anh – muscovit.
Tầng KS6, KS7 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 apatit
– carbonat là nó có hàm lượng thạch anh, muscovit và carbonat cao hơn nhiều, hàm


10

lượng apatit giảm. Phiến này có màu xám xanh nhạt, ở đới phong hoá thường chuyển
màu nâu sẫm. Khoáng vật tầng trên quặng gần giống như tầng dưới quặng nhưng ít
muscovit và hợp chất chứa carbon hơn, hàm lượng apatit thì cao hơn rõ rệt. Chiều dày
của tầng này từ 35 – 40m.
Trong quặng apatit thì thành phần có ích là P2O5 theo thành phần khống vật
và hố học thì tại mỏ có 4 loại apatit:
- Quặng I: Là loại quặng apatit hầu như đơn khống thuộc phần khơng phong
hố của tầng KS5 hàm lượng P2O5 chiếm khoảng 28 – 40%.
- Quặng II: Quặng apatit – carbonat thuộc phần chưa phong hoá của tầng
quăng KS5 và hàm lượng P2O5 chiếm khoảng 18 – 25%.
- Quặng III: Quặng apatit - thạch anh thuộc phần chưa phong hoá của tầng

KS4 và các tầng trên quặng KS6 và KS7 hàm lượng P2O5 chiếm khoảng từ 12 –
20%, trung bình là 15%.
- Quặng IV: Quặng apatit - thạch anh - mica thuộc phần chưa phong hoá của
tầng dưới quặng KS4 và các tầng trên quặng KS6 và KS7 hàm lượng P2O5 là từ 8 10%.
Theo số liệu địa chất của khu mỏ apatit Lào Cai thì cơng suất khai thác: Loại
I: 820 nghìn tấn/năm và loại II: 3400 nghìn tấn/năm, trữ lượng quặng I đủ để khai
thác 22 năm và quặng III là 26 năm. Hiện nay mỏ đang khai thac và bán trực tiếp
quặng loại I và loại II cho hộ tiêu thụ, quặng III cung cấp cho nhà máy tuyển.


11

Bảng 1.1 Trữ lượng mỏ Apatit Lào Cai được xác định ngày 01 – 12 – 1978
(Trữ lượng được tính theo trọng lượng khô)
Loại

Hạng A+B+C1

Hạng C2

Hạng A+B+C1+C2

quặng

1000 tấn

%P2O5

1000 tấn

%P2O5

1000 tấn

%P2O5

I

22835,2

35,60

2594,4

36,35

25429,6

36,21

II

68777,4

24,48

50133,3

24,10

118910,7

24,33

III

104672,5

16,40

12711,1

16,40

117338,6

16,40

IV

35617

12,30

12968,8

12,30

48639,8

12,30

Bảng 1.2: Thành phần hoá học trong quặng Apatit Lào Cai
Tên hợp chất

Hàm lượng trong quặng %
Loại I

Loại II

Loại III(KS4)

Loại IV(KS6,7)

P2O5

18 – 39,7

18,1 – 28,7

13 – 24,9

9,8 – 2,1

SiO2

2,34 – 11,37

3,06 – 12,36

38,28 – 60,55

24,04 – 42,32

CaO

42,64 –54,63

39,8 – 48,68

10,16 – 25,57

17,04 – 33,24

Fe2O3

0,68 – 7,58

0,96 – 2,03

2,24 – 5,33

1,23 – 4,46

MgO

0,22 – 2,92

3,25 – 7,13

0,28 – 5,01

0,24 – 3,35

Al2O3

0,4 – 6,28

0,2 – 1,22

3,14 – 9,54

2,5 – 9,42

F

2,49 – 3,4

1,78 – 2,99

0,76 – 6,8

1,23 – 4,48

MnO

0,12 – 1,18

0,19 – 0,85

0,37 – 2,31


12

Bảng 1.3: Thành phần khoáng vật trong quặng Apatit
Tên khoáng vật

Hàm lượng trong quặng %
Loại I

Loại II

Loại III

Loại IV

Apatit

90 – 98

60 - 70

30 – 40

45 – 55

Thạch anh

1–7

2–7

23 – 30

30 – 35

Muscovit

1–2

1,6 – 2

5–7

1,5 – 4

HydroxitFe,Mn

2–3

1–3

3 – 5,5

4–6

25 – 30

1–5

1–3

Chất than

5–7

0,5 - 1

Hydroxit Al

8

Canxiđolomit

1.2 Thành phần vật chất quặng Apatit - Carbonat Lào Cai
Bảng 1.4 Thành phần hoá học và khoáng vật trong quặng
Tên khoáng vật

Hàm lượng %

Tên khoáng vật

Hàm lượng %

Apatit

60 – 80

P2O5

18 – 25

Thạch anh

2–7

CaO

40 – 49

Muscovit

1,5 – 2

Fe2O3

0,9 – 2

Hydroxit sắt

1–3

MgO

3,3 – 7,1

Canxit

12 – 15

Al2O3

0,2 – 1,2

Đôlômit

25 – 30

F

1,8 – 3

MnO

0,2 – 0,9

H.O

3 - 12


13

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ TUYỂN QUẶNG PHOSPHAT - CARBONAT
Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI
2.1 Tổng quan nghiên cứu quặng phosphat – cacbonat trên thế giới
Trong 12 nước dẫn đầu chiếm khoảng 93% sản lượng phosphat của tồn thế
giới thì 4 nước: Mỹ, Trung Quốc, Maroc và Nga chiếm khoảng 72%.

Bảng 2.1 Sản lượng phosphat thế giới năm 1999
TT

Nước

Sản lượng (1000tấn)

Chiếm tỷ lệ, %

1

Mỹ

40867

28,1

2

Trung Quốc

30754

21,1

3

Maroc

21896

15,1

4

Nga

11219

7,7

5

Tuynisi

8006

5,5

6

Jocdani

6014

4,1

7

Braxin

4301

2,9

8

Israel

4128

2,8

9

Nam Phi

2941

2,0

10

Siri

2084

1,4

11

Senegal

1879

1,3

12

Togo

1715

1,2

Tổng

135813

93,2

Quặng phosphat – đolomit là nguồn trữ lượng khổng lồ trên thế giới. Do đó,
vấn đề tuyển quặng phosphat – đolomit từ lâu đã được nhiều phịng thí nghiệm quan
tâm.


14

2.1.1 Yêu cầu chất lượng đối với nguyên liệu phosphat
Có các chỉ tiêu chính sau đây: Hàm lượng P 2O5, hàm lượng Al2O3, Fe2O3,

hàm lượng carbonat (CO2), hàm lượng MgO, hàm lượng SiO2 và thành phần độ hạt
của quặng.
- Hàm lượng P2O5 là chỉ tiêu quan trọng nhất, nó quyết định giá thành và chất
lượng sản phẩm khâu xử lý nguyên liệu tiếp theo. Để sản xuất superphosphat 18%
P2O5 hữu hiệu thì nguyên liệu đầu vào quặng tinh phosphat phải có hàm lượng 32 –
33% P2O5. Để sản xuất superphosphat 15% P2O5 hữu hiệu thì quặng phosphat phải
có hàm lượng 28 – 29% P2O5. Đối với phân lân nung chảy, hàm lượng P2O5 trong
nguyên liệu đầu vào 24 – 26%. Đối với quặng Karatau để sản xuất phospho vàng
trong lò điện thì hàm lượng P2O5 khơng dưới 21%, cịn khơng thường không dưới
24 – 25%.
- Hàm lượng các oxit sắt và nhôm: Nếu hàm lượng các oxit này trong nguyên
liệu phosphat cao thì axit phosphoric trích từ chúng bằng axit sulfuric sẽ bị nhiễm
bẩn, chứa nhiều phosphat sắt và nhôm. Hàm lượng sắt cao làm tăng thêm chi phí
axit sufuric và giảm mức độ thu hồi P2O5 vì chúng gây ra kết tủa dạng keo
FePO4.2H2O cản trở quá trình lọc. Oxit nhơm là tập hợp có hại trong q trình xử lý
quặng phosphat bằng axit.
- Hàm lượng carbonat: Cũng là một chỉ tiêu quan trọng đối với chất lượng
nguyên liệu phosphat, nó chủ yếu ở dạng carbonat canxi và manhê, carbonat dễ
phân huỷ bằng axit, lượng CO2 thoát ra khi thuỷ phân carbonat cải thiện chế độ
trong thiết bị và làm cho superphosphat có cấu trúc rỗng nhưng nếu số lượng chúng
quá lớn sẽ gây ra sự tạo bọt thái quá làm giảm năng suất thiết bị, tăng chi phí axit,
giảm hàm lượng P2O5 trong superphosphat. Hàm lượng CO2 tối đa đối với nguyên
liệu phosphat trong xử lý axit thường khoảng 5 – 6%. Trong sản xuất phân lân nung
chảy thì làm cho hàm lượng carbonat khơng hạn chế. Trong sản xuất phospho vàng
bằng lò điện mà hàm lượng carbonat cao sẽ dẫn đến tăng chi phí năng lượng điện để
phân huỷ carbonat.


15

- Hàm lượng MgO là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất quyết định
khả năng sử dụng nguyên liệu phosphat cho quá trình xử lý axit để làm phân bón.
Manhê trong quặng phosphat tự nhiên chủ yếu dưới dạng đolomit MgCa(CO3)2.
Manhê trong nguyên liệu phosphat cản trở nhiều trong quá trình tạo ra
superphosphat, càng nhiều manhê trong superphosphat thì có càng nhiều pha lỏng
trong chúng và superphosphat càng hút ẩm nhiều. Sản phẩm superphosphat ở trạng
thái dính ướt rất khó sử dụng trong nơng nghiệp. Trong trường hợp hàm lượng MgO
q cao thì axit phosphoric trích ly trở nên quá nhớt và không thể chưng cất chúng
đến nồng độ cần thiết.
Trong sản xuất superphosphat đơn thì tỷ lệ MgO/P2O5 là 7 – 8% còn với
superphosphat kép là 5 – 6%. Khi thuỷ phân phosphat bằng axit HNO3, HCl và sản
xuất phospho vàng thì hàm lượng MgO khơng có ý nghĩa quan trọng. Trong sản
xuất phân lân nung chảy thì MgO lại có lợi và làm tăng giá trị nơng hố của phân.
- Hàm lượng SiO2 khơng phải là chỉ tiêu có hại cần hạn chế trong phần lớn
các trường hợp sử dụng nguyên liệu phosphat. Tuy nhiên, hàm lượng của chúng quá
cao sẽ làm giảm hàm lượng P2O5 tương ứng có trong quặng, đồng thời SiO2 cịn đi
vào thành phẩm của phân bón và giảm nồng độ các phần có ích trong phân. Trong
q trình phân huỷ phosphat bằng HNO3 thì SiO2 làm tăng chi phí axit và cản trở
quá trình lọc dung dịch.
Trong quá trình sản xuất phân lân nung chảy thì cần thiết có một lượng SiO2
nhất định, trong sản xuất phosho vàng, SiO2 trong nguyên liệu là cần thiết để khử
phosphat, tỷ lệ SiO2/CaO cần phải giới hạn trong 0,8 – 1, nếu trong nguyên liệu
phosphat mà tỷ lệ đó nhỏ hơn 0,8 thì phải thêm thạch anh hoặc phosphat tự nhiên có
hàm lượng thạch anh cao.
- Thành phần độ hạt nguyên liệu được yêu cầu tuỳ theo phương hướng sử
dụng nguyên liệu. Trong quá trình xử lý axit, quặng phosphat đòi hỏi phải nghiền
mịn, trong sản xuất phospho vàng, phân lân nung chảy đòi hỏi nguyên liệu dạng
cục. Với quặng phospho Karatau, nguyên liệu phosphat cho xử lý axit phải có thành

16

phần độ hạt sao cho +0,16mm không vượt quá 14%, cịn để sản xuất phospho vàng
thì cần hạt mịn khơng quá 15%.
2.1.2 Khái quát tình hình tuyển quặng phosphat – carbonat
Quặng phosphat – carbonat là nguồn trữ lượng nguyên liệu phosphat khổng
lồ trên thế giới mà cho đến nay mới bắt đầu nghiên cứu sử dụng. Một số khoáng
sàng phosphat nguồn gốc trầm tích biển trên thế giới: Karatau (Liên Xô), Florida
(Mỹ), Jamacotra (Ấn Độ), Khupsugun (Mông Cổ), Yunan (Trung Quốc)…carbonat
ở những khoáng sàng này chủ yếu là đolomit. Nguyên nhân chính cản trở q trình
đưa vào sử dụng nguồn nguyên liệu này vì chúng chứa nhiều axit manhe ở dạng
đolomit và rất khó tách ra khỏi quặng bằng các phương pháp tuyển.
Nghiên cứu sử dụng quặng phosphat – đolomit được tiến hành đồng thời trên
hai phương diện:
- Tuyển tách đolomit tối đa ra khỏi quặng và sau đó xử lý quặng tiếp tục bằng
axit để sản xuất phân bón.
- Tìm kiếm phương hướng sử dụng trực tiếp những quặng giàu đolomit
không qua tuyển hoặc chỉ tuyển sơ bộ.
Quặng phosphat – đolomit đã được thử nghiệm với hầu hết các phương pháp
tuyển truyền thống như: Tuyển rửa, tuyển huyền phù, tuyển hố, tuyển tĩnh điện, kết
bơng chọn lọc, nung thiêu, tuyển nổi thuận, tuyển nổi ngược.
- Nung thiêu là một trong những phương pháp truyền thống để tuyển quặng
phosphat – carbonat. Nó được áp dụng rỗng rãi để khử carbonat và các hợp chất hữu
cơ trong quặng ở các nước Bắc Phi, Trung Đông và Mỹ. Bản chất của phương pháp
này là dùng nhiệt độ cao để làm bốc vật chất hữu cơ, phân huỷ carbonat và sau đó là
dùng nước để hố vơi và rửa các sản phẩm tạo thành khi phân huỷ carbonat.
Ở nhiệt độ 300oC vật chất hữu cơ bị cháy và bốc khỏi quặng, đến 6000C
thành phần carbonat có trong mạng tinh thể carbonat fluorapatit được tách ra, cấu
trúc tinh thể co lại. Đolomit bị phân huỷ ở 7500C và đến 9500C thì canxit bị phân
huỷ. Nung thiêu là phương pháp hữu hiệu để xử lý quặng phosphat carbonat độ hạt

17

thơ (ở Bắc Phi), có hàm lượng vật chất than cao, có hàm lượng carbonat phân tán
trong các vi liên tinh với apatit cao.
Nhược điểm của phương pháp này là chi phí năng lượng lớn, khơng loại
được thạch anh và các silicat và trong nhiều trường hợp cụ thể không tách được
hoàn toàn CaO và MgO khi mà những hợp chất này kết hợp với thạch anh.
- Tuyển nổi: Hàng năm bằng phương pháp tuyển nổi, thế giới đã tuyển được
60 -70 triệu tấn quặng phosphat. Tuyển nổi là phương pháp tuyển rất có hiệu quả
trong việc tách apatit ra khỏi các khoáng vật khác. Phương pháp tuyển nổi đã được
áp dụng ở quy mô công nghiệp để tách apatit và canxit ở Jacupirauga (Braxin),
Xiliniavi (Phần Lan), thậm chí để tách đolomit và phosphorit ở Karatau (Liên Xô),
Kondo (Mỹ) và Jamacotra (Ấn Độ). Phosphat và đolomit có tính chất tuyển nổi rất
giống nhau vì vậy trong quá trình tuyển nổi nếu khơng áp dụng các thuốc tập hợp,
đè chìm có độ chọn riêng cao cũng như các sơ đồ tuyển phức tạp thì khó có thể tách
chúng một cách hữu hiệu. Hiện nay trên thế giới trong công nghệ tuyển nổi người ta
áp dụng phương pháp tuyển nổi thuận và tuyển nổi ngược.
- Tuyển nổi ngược là sơ đồ truyền thống để tuyển quặng phosphat – đolomit.
Bản chất của sơ đồ này là đè chìm các khống vật phosphat bằng axit và tuyển nổi
đolomit bằng các thuốc tập hợp dạng axit béo (CMK).
Được áp dụng lần đầu tiên tại nhà máy tuyển Karatau (Liên Xơ), đó là sơ đồ
tuyển nổi ngược dùng axit phosphoric. Phosphat bị đè chìm bởi axit phosphoric ở
pH = 4,9 - 5 và đolomit được tuyển nổi bởi axit béo tổng hợp, từ quặng đầu 22,5%
P2O5 và 3,7% MgO qua các giai đoạn tuyển nổi nhận được tinh quặng 28,2% P2O5
và 1,5% MgO với mức thực thu P2O5 là 70%. Sau đó các chuyên gia Liên Xô đã áp
dụng sơ đồ này tuyển hiệu quả các quặng Abutartun (Ai Cập), Lào Cai (Việt Nam),
Khupsugun (Mông Cổ), gần đây nó được thử nghiệm Jamacotra (Ấn Độ) và Yunan
(Trung Quốc) cho kết quả khả quan.

Sơ đồ tuyển nổi khuấy tiếp xúc 2 giai đoạn: Đầu tiên quặng được khuấy tiếp
xúc với thuốc tuyển ở pH = 10, sau đó quặng lại được khuấy tiếp xúc tiếp tục ở pH
= 4 và tiến hành tuyển nổi đolomit. Để tạo ra mơi trường axit có thể áp dụng axit


18

suphuric, axit clohydric, axit axetic (dấm) hoặc một số axit khác, phương án khuấy
tiếp xúc hai giai đoạn áp dụng có hiệu quả để tuyển quặng phosphat – đolomit
Florida (Mỹ).
Phương án tuyển dùng thuốc đè chìm là axit fluosilixic được thử nghiệm với
quy mô bán công nghiệp tại nhà máy tuyển Kondo (Mỹ). Quặng vào tuyển nổi chứa
20,8 – 25,2% P2O5; 0,69 – 1,1% MgO và 20,5 – 26,8% SiO2. Ở giai tuyển nổi
carbonat, để đè chìm phosphat và silicat người ta dùng fluosilixic (H2SiF6) chí phí
0,41 – 1 kg/tấn, thuốc tập hợp dùng là axit béo chưng cất từ dầu talo ở dạng nhũ
tương 5%, chi phí 0,56 – 0,63 kg/tấn. Sản phẩm ngăn máy tuyển nổi carbonat khuấy
tiếp xúc với 0,18 – 0,27 kg/tấn este amin bậc nhất ở dạng axetat để tuyển nổi cation
silicat. Sản phẩm ngăn máy tuyển nổi cation là tinh quặng phosphat chứa 25,5 –
31,6% P2O5; 0,59 – 0,84% MgO và 7,4 – 19,4 %SiO2.
Phương pháp tuyển nổi quặng phosphat – carbonat có sử dụng axit carbonic
dạng khí, bùn quặng được làm bão hồ bởi axit carbonic dạng khí và sau đó tuyển
nổi carbonat bằng thuốc tập hợp dạng anion, lượng axit carbonic cấp vào bùn quặng
được xác định sao cho pH bùn quặng giảm xuống khoảng 4 – 6, phương án này áp
dụng tuyển trong phịng thí nghiệm có hiệu quả quặng phosphat – đolomit Florida
(Mỹ).
Phương án sử dụng thuốc đè chìm phosphat là axit hydroxyl etylen
diphospho để tuyển quặng phosphat – carbonat. Với quặng phosphat – đolomit ở
Kondo (Mỹ) từ quặng đầu 21% P2O5 và 3,2% MgO có thể nhận được tinh quặng
32%P2O5, ít hơn 1% MgO, với thực thu P2O5 khoảng 80%.
Phosphat có thể bị đè chìm khi khuấy tiếp xúc bùn quặng sunphat nhôm và

muối kali hoặc natri của axit nho, quặng Abutartur (Ai Cập) chứa 26,4% P2O5 và
3,51% MgO, có thể nhận được 32,10% P2O5 và 0,43% MgO với chế độ thuốc tuyển:
Sunphat nhôm 200 g/t, tatrat (muối axit nho) 400 g/t, axit oleic 1300 g/t, etanol 650
g/t và NaOH 500 g/t, pH = 7,8.
Sơ đồ tuyển nổi quặng phosphat – carbonat có sử dụng thuốc tập hợp lưỡng
tính cataflot, với thuốc tập hợp này có thể thực hiện sơ đồ tuyển anion – cation chỉ


19

dùng một thuốc tập hợp, với điều kiện thay đổi pH. Đầu tiên với pH tự nhiên ta
tuyển carbonat, sau đó trong mơi trường axit tạo bởi axit phosphoric ta tuyển silicat.
Phương án này được áp dụng cho kết quả khả quan với quặng phosphat – carbonat ở
Tuynizi, Maroc, Ai Cập, Pháp, Florida (Mỹ).
Cho đến nay, sơ đồ tuyển nổi ngược trong mơi trường axit vẫn là phương
hướng chính để tuyển quặng phosphat - đolomit nguồn gốc trầm tích khó tuyển, có
thể dùng nhiều loại axit có hiệu quả nhưng hiệu quả nhất vẫn là axit phosphoric.
- Tuyển nổi thuận: Người ta có thể tuyển nổi chọn riêng có hiệu quả apatit và
carbonat đối với những quặng có nguồn gốc macma. Ở Braxin, từ quặng 5% P2O5 khi
đè chìm canxit bằng tinh bột và tuyển nổi apatit bằng dầu talo có thể nhận được tinh
quặng 36 – 38% với mức thực thu P2O5 là 80%. Ở Phần Lan, từ quặng 4% P2O5 khi
áp dụng thuốc tuyển mới dạng dẫn xuất lưỡng tính từ sarcozin nhận được tinh quặng
36 – 37% với mức thực thu P2O5 là 85%.
Tuyển nổi tách apatit và carbonat trong môi trường kiềm là một việc phức
tạp, cho đến nay vấn đề đã trở nên ít khó khăn hơn. Carbonat có thể bị đè chìm bởi
thuỷ tinh lỏng, các polime nguồn gốc hữu cơ như tinh bột, dectrin, licnhin… Nhất là
hỗn hợp của những thuốc đè chìm trên. Với những chế độ thuốc đè chìm và thuốc
tập hợp dạng axit béo, trong nhiều trường hợp có thể người ta đã đạt được những kết
quả khả quan.
Những năm gần đây đã xuất hiện một loại thuốc tập hợp có độ chọn riêng cao

đối với sơ đồ tuyển nổi thuận. Thuốc tập hợp lưỡng tính dạng N – axit hoá axit amin
OS – 100 ( Thuỵ Điển), dẫn xuất của sarcozin (Phần Lan), DAK (Liên Xô)… Đây là
những thuốc tập hợp chọn riêng cao đối với apatit, cho nhiều chỉ tiêu cơng nghệ tốt
và có khả năng làm việc trong các chế độ nước tuần hoàn phức tạp.
Những thử nghiệm với thuốc tập hợp Flotol 7,9 (dẫn xuất alkyl của axit
phosphoric) ở Liên Xô với quặng mỏ Cordor thành phần vật chất phức tạp cho
những kết quả lý tưởng.
Sơ đồ tuyển nổi thuận thường được áp dụng đối với quặng apatit – carbonat
nguồn gốc macma. Đối với quặng phosphat – carbonat nguồn gốc trầm tích, các sơ


20

đồ này thường kém hiệu quả và ít được áp dụng hơn. Tuy nhiên, đối với quặng trầm
tích đã bị biến chất, khi mà chất phosphat đã ở dạng apatit người ta vẫn có thể thử
nghiệm với các sơ đồ tuyển nổi thuận tương tự.
Đối với quặng phosphat – đolomit nguồn gốc trầm tích để tuyển nổi chọn
riêng chúng bằng sơ đồ tuyển nổi thuận thì thơng thường đó là những chế độ thuốc
tuyển phức tạp với hỗn hợp các thuốc tập hợp, hỗn hợp các thuốc đè chìm. Nghiên
cứu tuyển nổi thuận quặng phosphat – đolomit Karatau với thuốc đè chìm là hồ tinh
bột, thuốc tập hợp là hỗn hợp của 3 loại thuốc, từ quặng 23,5% P2O5; 2 – 2,4% MgO
nhận được tinh quặng 28,5% P2O5; 1,8% MgO với mức thực thu 76% P2O5.
- Tuyển huyền phù là một trong những phương pháp phổ biến và quen biết
nhất để tuyển than và nhiều loại khoáng sản khác. Tuy nhiên, đối với quặng
phosphat phương pháp này mới được thử nghiệm , người ta phát hiện ra rằng trong
thành phần của nhiều quặng phosphat – carbonat và phosphat - carbonat thạch anh
có nhiều thành phần thạch học khác nhau với hàm lượng P2O5 và MgO khác nhau,
các thành phần thạch học này có thể tách ra khỏi nhau ở cấp hạt thơ hơn nhiều so
với cấp hạt giải phóng các khống vật.
Những nghiên cứu đầu tiên về đặc tính trọng lực và tính khả tuyển bằng

huyền phù đã được nghiên cứu cho các quặng phosphat – đolomit Florida (Mỹ) và
Karatau (Liên Xô). Kết quả cho thấy rằng phương pháp tuyển huyền phù rất có triển
vọng đối với quặng khó tuyển Karatau, tuỳ theo mục đích mà người ta lấy tỷ trọng
phân tách là 2,9 g/cm3 (để tách thạch anh và một phần carboant) hoặc 3,0 g/cm3 (để
tách phần nặng là tinh quặng phosphat).
Đối với quặng Karatau, tuyển huyền phù thực hiện các chức năng sau:
- Tách đá vây quanh làm nghèo quặng.
- Tách quặng ra các thành phần làm nguyên liệu cho lò điện và nguyên liệu
xử lý axit.
- Tuyển quặng sơ bộ trước khi tuyển nổi hoặc nung thiêu.
- Xem hình 2.1


21

Quặng đầu

Đập

Sàng và rửa quặng

10 - 70mm
Tuyển huyền phù

2 - 10mm
Tuyển huyền phù

-2mm
Phân cấp

+0.15mm

Nghiền

Nguyên liệu cho lò điện
ò = 21-23% P2O5; e = 45%

-0.15mm

Quặng thải

Tinh quặng để trích ly
ò = 28% P2O5; e = 40%

Hình 2.1: Sơ đồ tuyển huyền phù quặng Janatas (Karatau)
- Các phương pháp tuyển hoá: Các nhà khoa học Mỹ cơng bố rằng khi sục
khí SO2 vào bùn quặng có thể làm giảm đáng kể thành phần MgO của tinh quặng
tuyển nổi từ quặng phosphat – carbonat. Trong q trình sục khí này, một số muối
mangan, sắt, đồng, có trong quặng phosphat làm chất xúc tác q trình oxi hố SO2
pha lỏng thành axit suphuric và axit này phân huỷ carbonat canxi và manhe thành
sunphat. Nhiều nghiên cứu khác tập trung vào quá trình ngâm chiết các quặng


22

phosphat nghèo, kết hợp q trình sản xuất phân bón phức hợp. Q trình ngâm
chiết trong axit này thường có rượu hoặc axeton trong bùn quặng.
Mơ tả q trình xử lý quặng phosphat nghèo ở Úc: Quặng được xử lý bởi hỗn
hợp nước, axeton, SO2 và sau đó tách quặng khơng tan. Dung dịch được đun nóng,
kết tủa dicanxi phosphat và sunphat canxi, axeton và một phần SO2 được thu hồi và

quay vào q trình cơng nghệ.
Một sơ đồ xử lý độc đáo quặng phosphat – đolomit là sơ đồ tuyển hố - tuyển
nổi quặng Karatau của Liên Xơ: Quặng được nghiền mịn và sau đó đưa vào q
trình phân huỷ carbonat trong dung dịch đặc biệt, manhe chuyển vào dung dịch dạng
hỗn hợp MgSO4 + Mg(H2PO4)2, còn CaO kết tủa thành thạch cao CaSO4. Mức độ
thu hồi MgO khoảng 60 -70%. Vì trong dung dịch có Mg(H2PO4)2 nên phosphat
khơng đi và dung dịch được, phần rắn gồm có thạch cao, phosphat và thạch anh.
Pha lỏng được đi sản xuất manhe phosphat anmoni 30 – 35% P2O5, 17 – 20% Mg và
7 – 8% N, sản phẩm cát của bể cô đặc được phân theo cấp -0,074 mm. Nước tràn bể
cô đặc cùng với đuôi tuyển nổi đi xử lý axit (H2SO4), cát của máy phân cấp đưa đi
tuyển nổi. Tuyển nổi đựơc tiến hành ở pH = 6 – 8,5 với thuốc tập hợp cation, sản
phẩm bọt thu hồi tới 90% thạch cao và 60% cặn không tan, sản phẩm ngăn máy
được đưa đi cô đặc, lọc, sấy và sản xuất axit phosphoric trích ly (xem hình 2.2).
Các nhà khoa học Mỹ đưa ra một số đề án thay đổi bề mặt khoáng vật đưa
vào tuyển, bề mặt của các khoáng vật phosphat được phủ một màng mỏng sunphit,
sau đó phosphat sẽ có khả năng được tuyển nổi bằng các thuốc tập hợp đối với
quặng sunphit. Trong quá trình tuyển nổi phosphat đi vào sản phẩm bọt, carbonat và
silicat còn lại trong sản phẩm ngăn máy.


23

Quặng đầu
-15mm

Nghiền -0.15mm

Khử Manhe

Lắng cô đặc

Phân cấp
Tuyển nổi

Ammoni hoá

Lắng cô đặc

Lắng cô đặc

Lọc

Lọc
Sấy

Xử lý
H2SO4
Sấy

Manhe
phosphat
ammoni

N-ớc
tuần
hoàn

Lọc

Tinh quặng để trích ly

axit phosphoric
BÃ thải

Hỡnh 2.2: Sơ đồ tuyển hoá - tuyển nổi quặng Karatau
Như vậy việc phân tách quặng phosphat – carbonat – silicat chỉ cần tiến hành
trong một công đoạn tuyển nổi. Từ quặng phosphat – carbonat trung Florida chứa
9,5% P2O5; 1,47%MgO sau chế độ tuyển như trên nhận được tinh quặng 29% P2O5;
0,85% MgO và 12,4% SiO2, thực thu P2O5 là 82,4%.


24

Một đề án khác của các nhà khoa học Anh là khi trong bùn quặng có thuốc
tuyển ta thêm vào manhetit nghiền mịn, những hạt manhetit này sẽ bám một cách
chọn lọc lên chỉ một khoảng vật. Sau đó quá trình tuyển được tiến hành trong các
máy tuyển từ cường độ cao. Quặng đưa vào tuyển là đá vôi chứa phosphat 8% P 2O5,
khống vật chính là canxi. Quặng được nghiền, khử slam và cấp 0,01 – 0,25 mm đi
tuyển. Tinh quặng manhetit đựơc nghiền tới cấp hạt - 0,03mm và 24 giờ trước khi
sử dụng thì trộn theo tỷ lệ nhất định với chất hoạt tính bề mặt. Khuấy tiếp xúc bùn
đặc, hỗn hợp manhetit với chất hoạt tính bề mặt ở pH = 11 trong vòng 10 phút. Sau
đó trong trường điện từ yếu người ta loại đi manhetit thừa khơng bám vào các hạt
khống. Ở máy tuyển từ cường độ cao người ta tách sản phẩm từ chủ yếu là canxit
và sản phẩm không từ là tinh quặng phosphat. Sau quá trình tuyển như vậy ta nhận
được tinh quặng 25 – 26% P2O5 với mức thực thu 80% P2O5. Chi phí manhetit 25 –
50 kg/tấn, chi phí hoạt tính bề mặt 1,1 – 2,8 kg/tấn.
2.2 Tổng quan nghiên cứu quặng phosphat – carbonat ở Việt Nam
Ở nước ta cho đến nay, nguồn nguyên liệu phosphat chủ yếu được sử dụng
theo hai hướng chính:
- Loại quặng giàu (quặng loại I) được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất
superphosphat tại nhà máy superphosphat Lâm Thao. Quặng loại I vào nhà máy cần

có hàm lượng P2O5 khơng dưới 32%, cục lớn nhất < 200 mm, độ ẩm <12%, hàm
lượng (Fe2O3 + Al2O3) < 3,5%.
- Quặng loại II được sử dụng với quy mô nhỏ hơn, làm nguyên liệu cho một
số nhà máy phân lân nung chảy, lớn nhất là nhà máy phân lân Văn Điển. Quặng cục
loại II yêu cầu để sản xuất phân lân nung chảy có hàm lượng P2O5 22 – 24%, độ ẩm
< 4%, độ hạt 50 – 200 mm. Các dạng sử dụng khác: Sản xuất phospho vàng, axit
phosphoric trích ly mới ở quy mơ bán công nghiệp.
- Tuyển theo phương pháp tuyển nổi
Quặng apatit – carbonat Lào Cai đầu tiên được nghiên cứu trong phịng thí
nghiệm và quy mơ bán cơng nghiệp tại Viện nghiên cứu quốc gia về nguyên liệu
Mỏ Hoá Chất, Liên Xơ năm 1958. Từ mẫu quặng Mỏ Cóc 24,28% P2O5 và 6,01%