Một số đề xuất với ngành công nghiệp khai thác, chế biến, sử dụng quặng cromit Việt Nam

Mở đầu

Quặng cromit Việt Nam tập trung chủ yếu ở tỉnh Thanh Hóa dưới hai dạng thành tạo gồm quặng sa khoáng tại vùng Bãi Áng và Cổ Định; quặng gốc tại vùng Núi Nưa và Làng Mun. Tổng trữ lượng quặng cromit được xác định vào khoảng 25 triệu tấn thuộc loại mỏ trữ lượng lớn theo phân loại mỏ quốc tế, trong đó riêng mỏ Cổ Định có trữ lượng khoảng 20 triệu tấn quặng cromit, 3 triệu tấn kim loại niken, 300 ngàn tấn kim loại coban và hàng triệu tấn bentonit.  

Crom, niken và coban là những nguyên tố kim loại có nhiều đặc tính quí, được sử dụng để sản xuất các loại thép hợp kim có tính năng đặc biệt như bền, dẻo, chịu nhiệt độ, mài mòn, chịu axít, có điện trở cao, được sử dụng phổ biến trong công nghiệp chế tạo máy, hàng không, kỹ thuật tên lửa, kỹ thuật điện, làm phụ gia trong công nghiệp hóa chất…; Bentonit với nhiều đặc tính quý được sử dụng rộng rãi trong công nghệ khoan, xây dựng. Bentonit có tác dụng giữ ổn định kích thước của lỗ khoan và vết cắt, hạn chế tình trạng sạt lở thành hố khoan trong quá trình thi công và hạ lồng thép, đổ bê tông. Ngoài ra, do cố định độ nhớt và tính nở cao nên bentonit còn được sử dụng để tạo các bức vách cô lập vùng đất bị ô nhiễm môi trường và đảm bảo hệ thống dự trữ nước. Với những tính năng như vậy, quá trình khai thác, chế biến quặng cromit đòi hỏi phải thu hồi tổng hợp các khoáng sản có ích đi kèm nhằm tận thu tài nguyên, nâng cao hiệu quả kinh tế tài nguyên khoáng sản và giảm thiểu nguồn chất thải rắn là nguy cơ gây ô nhiễm và suy thoái môi trường.

Theo qui hoạch phân vùng thăm dò, khai thác, chế biến và sử dụng quặng cromit, mangan giai đoạn 2007-2015, định hướng đến năm 2025, ngành công nghiệp khai thác, chế biến quặng cromit được định hướng các sản phẩm chủ lực là ferrocrom và bicromat với sản lượng 2 sản phẩm tuần tự cho các giai đoạn 2007, 2010, 2015 và 2025 lần lượt là: 3 ngàn & 0; 20 & 10 ngàn; 50 & 20 ngàn; 200 & 50 ngàn tấn/năm

Nhu cầu thế giới hàng năm cần 10 ÷ 12 triệu tấn quặng tinh cromit làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp, theo thống kê, nhu cầu này tăng trưởng khoảng 4% mỗi năm.

1. Đặc điểm, thành phần vật chất quặng cromit   
 
Quặng cromit Cổ Định có độ hạt mịn, tỉ lệ cấp hạt -0,074 mm chiếm trên 74%, cấp -0,02 mm chiếm khoảng 60%, quặng có chứa nhiều bùn sét (bentonit), khoáng vật cromit tồn tại ở dạng hạt nhỏ, hầu hết nằm trong cấp hạt nhỏ hơn 0,5 mm. Phân bố khoáng cromit trong quặng nguyên khai mỏ Cổ Định được giới thiệu trong bảng 1.
 
Khoáng vật chứa quặng chính là cromit, các khoáng có giá trị đi kèm trong quặng là khoáng chứa Ni, Co, bentonit, đất đá tạp chất và các khoáng không có giá trị công nghiệp (hàm lượng thấp) chủ yếu gồm: thạch anh, mica, felspat, khoáng chứa sắt.
 
Kết quả phân tích mẫu quặng nguyên khai cho thấy, thành phần hóa học các nguyên tố chính trong quặng cromit Cổ Định như trong bảng 2.

Bảng 1. Thành phần độ hạt mẫu quặng cromit Cổ Định

 

2. Tình hình nghiên cứu, hiện trạng khai thác-chế biến quặng cromit       

 
Mỏ cromit Cổ Định được phát hiện năm 1927, người Pháp bắt đầu khai thác quặng ở mỏ này từ năm 1930. Trong các năm 1930 - 1931, Pháp đã khai thác được 4.231 tấn tinh quặng. Trong 3 năm 1942-1944, Nhật khai thác được 12.377 tấn tinh quặng. Mỏ được phục hồi sau ngày hoà bình lập lại ở Miền Bắc từ 1956, sản lượng tinh quặng đạt cao nhất là 36.084 tấn vào năm 1963. Từ năm 1965 đến 1984, đã khai thác được 353.629 tấn tinh quặng chứa 46% Cr2O3. Sản lượng khai thác trong những năm gần đây chỉ xấp xỉ 10 nghìn tấn tinh quặng.

Từ năm 2006 đến nay, Ủy ban Nhân dân tỉnh Thanh Hóa đã cấp phép cho 6 doanh nghiệp thực hiện dự án chế biến sâu quặng cromit đồng thời giao mỏ cromit cho các doanh nghiệp quản lý, bảo vệ, song tình trạng khai thác trái phép và xuất khẩu quặng thô ra nước ngoài vẫn nóng bỏng cho dù thực hiện chỉ đạo của Chính phủ về việc không xuất khẩu quặng thô, từ năm 2004 tỉnh Thanh Hóa đã có quyết định cấm khai thác, xuất khẩu quặng cromit thô.

Trong số 6 doanh nghiệp được tỉnh giao quản lý, bảo vệ để đầu tư xây dựng nhà máy chế biến, đến thời điểm này mới có 3 dự án được khởi công xây dựng gồm các nhà máy Ferrocrom Nam Việt, Ferrocrom Tân Ninh tại huyện Triệu Sơn, Nhà máy Ferrocrom Thanh Hóa tại Khu kinh tế Nghi Sơn.

Song song với hoạt động khai thác, chế biến, nhiều công trình nghiên cứu về khai thác, chế biến quặng cromit Cổ Định đã được tiến hành nhằm nâng cao năng lực khai thác, xây dựng qui trình công nghệ phù hợp để làm giàu quặng, đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng nguyên liệu cho các ngành công nghiệp trong nước và xuất khẩu, nghiên cứu chế biến sâu nhằm nâng cao giá trị gia tăng cho tài nguyên. Nhìn chung, các công trình nghiên cứu đã tập trung làm rõ đặc điểm cấu trúc, thành phần vật chất đặc thù của quặng cromit Cổ Định, trên cơ sở đó đề xuất các giải pháp công nghệ tuyển làm giàu và chế biến sâu (luyện kim, hóa chất…) nhằm thu hồi quặng tinh cromit cũng như chế biến nâng cao giá trị gia tăng của khoáng sản này. Có công trình nghiên cứu cũng đã đề cập đến việc thu hồi tổng hợp các khoáng sản có giá trị đi kèm trong quặng nhằm tận thu và tiết kiệm tài nguyên….

Tuy nhiên, do cơ chế quản lý và cấp mỏ còn nhiều bất cập, quá trình khai thác, chế biến được quy hoạch không tốt nên mặt bằng hiện nay của vùng mỏ bị đào xới mạnh, các thân quặng không còn nguyên vẹn, việc khai thác tự do là phổ biến, chủ yếu tập trung khai thác ở các phần thân quặng giàu, bỏ qua những khu vực có hàm lượng quặng thấp dẫn đến lãng phí tài nguyên và tàn phá cảnh quan môi trường.

3. Một số đề xuất cho ngành khai thác, chế biến quặng cromit Việt Nam   
 
Theo qui hoạch phát triển công nghiệp khai thác, chế biến cromit, ferro crom là sản phẩm chủ đạo trong ngành khai thác chế biến quặng cromit, do vậy công tác khai thác chế biến cần tập trung cho mục tiêu này trên cơ sở xem xét các mục tiêu khác như: khai thác triệt để, nâng cao hiệu suất thu hồi, và sử dụng tổng hợp tài nguyên. Một số phương hướng đề xuất cho ngành khai thác, chế biến quặng cromit như sau:

- Rà soát lại tình hình thực hiện quy hoạch thăm dò, khai thác, chế biến quặng cromit đã được duyệt (Quy hoạch 33/2007/QĐ-BCN), trên cơ sở đó đánh giá những vấn đề còn tồn tại và đề xuất giải pháp khắc phục. Từng bước đưa ngành khai thác chế biến quặng cromit hoạt động theo qui hoạch, đề xuất các giải pháp công nghệ phù hợp với đối tượng quặng theo hướng khai thác triệt để tài nguyên, thu hồi tối đa và tổng hợp các khoáng sản có ích như crom, niken, coban và bentonit.

- Cập nhật lại, nghiên cứu bổ sung để phù hợp với chất lượng các vỉa quặng đang khai thác hiện nay để hoàn thiện công nghệ các công trình nghiên cứu đã thực hiện trước đây từ công nghệ khai thác quặng, tuyển khoáng nâng cao hàm lượng quặng tinh cromit, thu hồi các nguyên tố có ích đi kèm cũng như nghiên cứu loại bỏ sắt trong quặng nhằm nâng cao tỉ lệ Cr2O3/FeO đáp ứng tiêu chuẩn nguyên liệu cho luyện kim. Cần xây dựng các chính sách cụ thể về đầu tư cũng như có các chế tài mạnh mẽ hơn nhằm triển khai nhanh các kết quả nghiên cứu vào sản xuất.

- Tập trung nghiên cứu hoàn thiện và đưa công nghệ chế biến sâu quặng cromit vào sản xuất công nghiệp trong đó chú trọng đến sản phẩm chủ đạo là ferrocrom bao gồm cả sản phẩm ferrocrom mác cacbon -cao (C > 1%) và mác cacbon trung bình-thấp (C < 1%). 

Đẩy nhanh tiến độ xây dựng các nhà máy sản xuất ferrocrom cacbon cao để đáp ứng nhu cầu trong nước và xuất khẩu.

Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và triển khai kết quả nghiên cứu vào sản xuất. Công nghệ sản xuất ferrocrom cacbon thấp hiện nay chủ yếu là theo phương pháp nhiệt silic và nhiệt nhôm. Phản ứng hóa học tổng quát của quá trình nhiệt silic được thể hiện theo phương trình (1) và qui trình công nghệ của phương pháp này được nêu trong hình 1. 
 

 

 

Hình 1. Sơ đồ nguyên lý sản xuất ferrocrom cacbon thấp bằng nhiệt silic

 
Theo sơ đồ công nghệ nguyên lý hình 2, với thành phần quặng tinh cromit thu được sau khâu tuyển như trình bày trong bảng 3. Nguyên liệu thí nghiệm luyện ferro được phối liệu theo tỉ lệ khoảng 54,5% Cr2O3, 14,5% quăczit, 14,5% than cốc, 14,5% vôi, 2% điện cực tự thiêu (C). Sản phẩm ferrocrom thu được có chất lượng như sau: 52 ÷  55 % Cr; 2,4 ÷  2,6 % Si; C < 0,9%.

Bảng 3. Thành phần hóa học quặng tinh cromit Cổ Định
 
Phản ứng hóa học tổng quát của công nghệ nhiệt nhôm theo phương trình (2). Sơ đồ nguyên lý phương pháp nhiệt nhôm sản xuất ferrocrom cacbon thấp được trình bày trong hình 2.
 
2/3Cr2O3 4/3Al 2/3CaO = 4/3Cr   2/3(CaO.Al2O3)                   (2)
 

 

 
Công nghệ sản xuất ferro crom cacbon cao và thấp đã được Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim nghiên cứu thành công trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nước mã số KC.02.17/06-10. Hiện công nghệ sản xuất ferrocrom cacbon cao đã trược triển khai vào sản xuất, công nghệ sản xuất ferrocrom cacbon thấp đang được nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và sản xuất thử nghiệm ở qui mô dự án sản xuất thử do Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim chủ trì.

Các thử nghiệm sản xuất ferrocrom cacbon thấp theo phương pháp nhiệt nhôm như sơ đồ trên đã sản xuất được ferrocrom cacbon thấp có chất lượng như sau: Cr =5 6,3%, C < 0,9%.  

Kết luận và kiến nghị
 
Việt Nam có nguồn khoáng sản cromit có trữ lượng lớn, có các nguyên liệu phụ như than, khoáng chất công nghiệp…, nên có đủ điều kiện để xây dựng và phát triển ngành công nghiệp khai thác và chế biến cromit.

Mỏ cromit Cổ Định - Thanh Hóa là mỏ khoáng đa kim, ngoài cromit còn có niken, coban và bentonit vì vậy cần xây dựng kế hoạch khai thác triệt để thu hồi tối đa khoáng cromit và các khoáng có ích đi kèm nhằm nâng cao hiệu quả quá trình khai thác chế biến khoáng sản.
Khoáng sản cromit Cổ Định có độ hạt mịn, đi kèm trong sét khó tuyển rửa, hàm lượng sắt trong quặng cao. Do đó, để có thể thu hồi quặng tinh đáp ứng được tiêu chuẩn nguyên liệu cho luyện kim và các ngành công nghiệp khác cần kết hợp nhiều phương pháp tuyển với nhau, cả tuyển cơ học và hóa học, thậm chí là kết hợp tuyển-luyện để xử lý quặng đầu vào.

Cần tập trung nghiên cứu, triển khai sản xuất các sản phẩm chế biến sâu từ quặng cromit theo định hướng qui hoạch như ferrocrom và bicromat, đặc biệt là ferrocrom cacbon thấp vì đây là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất thép hợp kim có các đặc tính ưu việt.

Huy động nhiều nguồn lực tham gia vào nghiên cứu, phát triển ngành công nghiệp công nghiệp khai thác, chế biến quặng cromit, từ các cơ quan quản lý nhà nước cho đến các doanh nghiệp trong ngành khai thác, chế biến khoáng sản cũng như các ngành công nghiệp liên quan.

​TS. Đào Duy Anh
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim