Ảnh hưởng của vôi đến quá trình hòa tách bauxit laterit

1. Mở đầu

Vôi có ảnh hưởng rõ rệt đến quá trình hòa tách bauxit diaspo, loại bauxit khó phân hủy nhất. Manoev, Xưlina và Loxev đã khẳng định, cho thêm vôi khi hòa tách bauxit diaspo và diaspo-bơmit trong autocla, làm cho Al(OH)3 hòa tan nhanh và tốt hơn. Kết quả là hiệu suất hòa tách nhôm hydroxit được tăng lên.
 
Tác dụng cường hóa quá trình hòa tách bauxit của vôi có liên quan đến hiện tượng bề mặt, canxi hydroxit tạo thành lớp màng háo nước trên bề mặt bauxit, làm cho dung dịch kiềm dễ dàng thâm nhập vào các khe rãnh, lỗ mao dẫn do đó thúc đẩy quá trình hòa tách bauxit. Cũng có luận điểm cho rằng, vôi được bề mặt các khoáng sản chứa alumin (Al2O3) hấp phụ, do đó làm yếu các mạng tinh thể và dễ tác dụng với dung dịch kiềm, thúc đẩy quá trình hòa tách.

Qua cơ sở lý thuyết nêu trên cho thấy, hiệu quả quá trình hòa tách bauxit phụ thuộc vào hàm lượng vôi cho thêm. Tuy nhiên, tác dụng của vôi tùy thuộc vào từng loại bauxit.

Để có cơ sở cho việc lựa chọn nguồn cung cấp nguyên liệu vôi đạt một số tiêu chuẩn cho hai nhà máy sản xuất alumin Tân Rai và Nhân Cơ mang tính thí điểm đang trong giai đoạn hoàn thiện và sẽ cho ra sản phẩm trong thời gian tới, tác giả trình bày kết quả đánh giá mức độ ảnh hưởng của vôi đến quá trình hòa tách bauxit laterit.

2. Thực nghiệm

2.1. Mẫu thử nghiệm

Mẫu đưa đi thử nghiệm là 02 mẫu đá vôi thuộc thôn Kim Lũ, Tỉnh Quảng Bình: 01 mẫu đá tuyến mặt (TM) và 01 mẫu lõi khoan (LK) được cung cấp bởi Công ty Cổ phần Đầu tư Khoáng sản-Than Đông Bắc.

2.2. Quy trình thử nghiệm

a. Nung vôi: Thiết bị nung là lò nung thí nghiệm, hiệu Linn của Đức, Tmax 1150 oC. Quá trình nung được thực hiện ở điều kiện chọn trước: nhiệt độ 850 oC và thời gian tối thiểu 12 h để đảm bảo sản phẩm vôi nung chín hoàn toàn.

b. Hòa tách: Quá trình hòa tách bauxit được tiến hành ở 145 oC (nhiệt độ mà 2 nhà máy alumin Tân Rai và Nhân Cơ đã chọn) cụ thể như sau: Tinh quặng bauxit Gia Nghĩa và dung dịch luân lưu với một lượng đã tính toán, thêm một lượng vôi lần lượt 0, 1, 2, 3, 4 % (so với trọng lượng bauxit). Khử silic trong 8 h ở nhiệt độ 95 oC. Nâng nhiệt độ lên 145 oC, tiến hành hòa tách trong 1 h với: dung dịch hoà tách: 160 g/l Na2Oc; ac ~3; lượng nạp bauxit lựa chọn 210 g/l.

2.3. Thiết bị thử nghiệm

Thiết bị để đánh giá mức độ ảnh hưởng của vôi là một cụm thiết bị do UNIDO trang bị gồm: Bể hòa tách ổn nhiệt bằng dầu có độ chính xác ± 2 oC và 6 autoclave dung tích mỗi chiếc 200 ml (Hình 1). Máy li tâm tốc độ 3000-4000 vòng/phút để tách dung dịch ra khỏi bùn đỏ.
 

Hình 1. Thiết bị hòa tách
 

Bảng 1. Thành phần hóa học mẫu LK, %

 

Bảng 2. Thành phần hóa học mẫu TM, %

 
Chất lượng của vôi sử dụng cho nhà máy sản xuất alumin từ bauxit Tây Nguyên được qui định như sau:

Đối với đá vôi: CaO  ≥  52 %, SiO2 ≤ 1 %; Đối với vôi: CaO  ≥  92 %, SiO2  ≤  1 %

Như vậy, về thành phần hóa học, đá vôi và vôi thuộc mẫu LK vùng Kim Lũ đáp ứng được yêu cầu trên.

3.2. Thành phần khoáng vật của đá vôi và vôi nung
 
Như đã trình bày ở trên, mẫu LK có thành phần hóa học đáp ứng được yêu cầu làm chất phụ gia cho nhà máy sản xuất alumin. Mẫu này được đưa đi phân tích nhiễu xạ rơnghen nhằm xác định thành phần các khoáng vật chính trong mẫu. Kết quả phân tích được trình bày trong bảng 3.
Bảng 3. Thành phần khoáng vật đá vôi và vôi thôn Kim Lũ mẫu LK

3.3. Ảnh hưởng của vôi đến hiệu suất hòa tách bauxit
 
Mẫu quặng dùng nghiên cứu ảnh hưởng của vôi đến hiệu suất hòa tách là quặng bauxit Đăk Song, Đăk Nông có thành phần hóa học một số nguyên tố chính như: Al2O3 =  49,32 %; Fe2O3 = 16,38 %, MSi ~ 17. Về thành phần khoáng vật, đây là bauxit gipxit, rất dễ hòa tan trong dung dịch kiềm.
Kết quả nghiên cứu được trình bày trên hình 2.

 

Hình 2. Ảnh hưởng của vôi đến hiệu suất hòa tách và hàm lượng silic  trong dung dịch natri aluminat

 
Từ hình 2 cho thấy, hiệu suất hòa tách gần như không thay đổi (~90 %) dù có hay không có sự tham gia của vôi trong quá trình hòa tách. Điều này chứng tỏ, vôi hầu như không có tác dụng nâng cao hiệu suất hòa tách bauxit gipxit.

Hàm lượng SiO2 trong dung dịch natri aluminat có sự giảm dần khi tăng dần lượng vôi cho thêm vào. Dung dịch natri aluminat chứa ít SiO2 là một trong những điều kiện thuận lợi cho quá trình phân hủy. Al(OH)3 nhận được sẽ chứa ít tạp chất silic, là tạp chất có hại cho quá trình điện phân nhận nhôm kim loại sau này.
Hàm lượng kiềm trong bùn đỏ cũng giảm xuống do CaO đã thay thế Na2O trong kết tủa natri alumosilicat để thành canxit alumosilicat. Điều này có thể dẫn đến tiêu hao kiềm khi sản xuất 1 tấn alumin giảm xuống.

4. Kết luận
 
Nghiên cứu thử nghiệm sử dụng vôi thôn Kim Lũ, tỉnh Quảng Bình cho quá trình hòa tách quặng tinh bauxit laterit cho phép rút ra kết luận sau:

- Khi hòa tách bauxit có sử dụng vôi làm phụ gia cho thấy, mặc dù hiệu suất hòa tách không thay đổi nhiều, nhưng dung dịch natri aluminat nhận được chứa ít tạp chất silic hơn khi không sử dụng vôi. Ngoài ra, trong bùn đỏ thải cũng chứa ít kiềm liên kết hơn.

- Hàm lượng CaO trong đá vôi ở dạng canxit (CaCO3) là chủ yếu, ngoài ra CaO còn tồn tại ở dạng khoáng dolomit. Về thành phần hóa học đá vôi chiếm trên 52 % CaO, CaO trong vôi sống chiếm trên 92 %, tạp chất SiO2 thấp. Với thành phần như trên và kết quả nghiên cứu đã khẳng định, sử dụng vôi thôn Kim Lũ cho quá trình hòa tách quặng tinh bauxit laterit là hoàn toàn phù hợp.

Th.S. Đỗ Hồng Nga- VIMLUKI