Định hướng công nghệ khai thác – tuyển quặng titan sa khoáng trong tầng cát đỏ


Công nghiệp khai thác - chế biến titan ở Việt Nam được hình thành từ những năm 90 của thế kỷ trước, đến nay đã có bước phát triển mạnh mẽ cả về mặt kỹ thuật và quy mô. Các mô hình công nghệ khai thác – tuyển quặng hiện đang sản xuất thường tập trung vào việc thu hồi khoáng vật nặng (KVN) phù hợp với quặng giàu, mỏ có quy mô nhỏ và trung bình, chưa tận thu hết tài nguyên. Trong khi đó, phần lớn tài nguyên titan Việt Nam (theo các kết quả điều tra mới đây) nằm ở các mỏ có quy mô tập trung, nhưng hàm lượng không cao, chiều dày tầng chứa quặng lớn, do vậy cần phải có những hướng nghiên cứu và đổi mới trong công nghệ, thiết bị khai thác – tuyển cho phù hợp.

1. Khái quát về tài nguyên và tình hình sản xuất hiện nay ở Việt Nam

1.1. Khái quát về tài nguyên.


Nước ta có nguồn tài nguyên titan khá phong phú, phân bố rộng rãi trên nhiều vùng lãnh thổ, nhưng tập trung nhiều nhất vẫn là vùng Nam Trung Bộ. Theo tài liệu hiện có, tổng trữ lượng và tài nguyên sa khoáng titan – zircon trong tầng cát vàng, cát xám khoảng 40 triệu tấn KVN có ích, trong đó khoảng 36 triệu tấn khoáng vật titan, 3,5 triệu tấn zircon, còn lại các khoáng vật khác. Tài nguyên titan – zircon trong tầng cát đỏ dự tính đạt khoảng 510 - 520 triệu tấn KVN có ích, trong đó tài nguyên cấp 333 đạt khoảng 150 triệu tấn, hàm lượng KVN có ích trung bình khoảng 0,65%, trong đó hàm lượng zircon chiếm 15-20% tổng số KVN có ích.

1.2. Tình hình sản xuất.

Trong 20 năm qua, với điều kiện khai thác thuận lợi, công nghệ và thiết bị đơn giản, vốn đầu tư không lớn, có thị trường rộng, nên ngành khai thác – tuyển quặng titan ngày càng phát triển và có hiệu quả kinh tế đáng kể. Từ năm 2006 đến nay, trung bình hàng năm các đơn vị sản xuất titan trong cả nước khai thác và xuất khẩu khoảng 600 ngàn tấn quặng tinh ilmenit. Cả nước hiện có hàng chục công ty khai thác - tuyển quặng titan với nhiều mô hình, quy mô, công nghệ, thiết bị khác nhau. Trước đây thường khai thác quặng từ mỏ với hàm lượng 3-4% KVN trở lên, thì nay một số nơi đã phải khai thác đến ~1% hoặc khai thác lại các bãi thải.

* Công nghệ khai thác: Khai thác lộ thiên, bãi thải trong, khai thác theo lớp bằng, kiểu cuốn chiếu. Chia khai trường thành nhiều khoảnh khai thác, tiến hành khai thác dứt điểm từng khoảnh để tạo diện đổ thải trong. Phương pháp khai thác dùng máy xúc, máy gạt hoặc bơm hút cát; vận chuyển quặng về xưởng tuyển thô bằng ô tô hoặc bơm bùn.

* Công nghệ tuyển thô: Sử dụng phương pháp tuyển trọng lực trong môi trường nước, thiết bị tuyển chủ yếu là vít xoắn hoặc phối hợp giữa phân ly côn và vít xoắn. Kết cấu cụm thiết bị có thể đặt trên bè hay trên bờ moong khai thác, có tính cơ động tương đối theo tiến trình khai thác mỏ. Quy mô và số lượng thiết bị của từng nguyên công tuyển thay đổi từ 6 đến 24 vít, kết cấu cả cụm có thể từ 10 đến 48 vít.

* Công nghệ tuyển tinh: Tuyển tinh là công nghệ tuyển tách các khoáng vật riêng rẽ (ilmenit, rutin, zircon,...) trong nhóm KVN ra khỏi nhau thành từng loại sản phẩm. Các quy trình công nghệ chính thường được áp dụng là: Dùng tuyển từ để tách manhetit, ilmenit, sau đó dùng tuyển điện để tuyển phần không từ, tách rutil và zircon, mônazit, tiếp theo dùng tuyển từ mạnh để phân chia zircon và mônazit; hoặc dùng tuyển tĩnh điện để tách ilmenit, rutil khỏi zircon, mônazit, sau đó dùng tuyển từ để tách riêng từng cặp khoáng vật ra khỏi nhau; hoặc dùng tuyển nổi để tách zircon ra khỏi ilmenit, rutil, sau đó phân chia ilmenit, rutil bằng tuyển từ.

Các phương pháp, mô hình khai thác - tuyển quặng vẫn còn có nhược điểm như: Chưa đạt hiệu quả kinh tế cao đối với quặng có hàm lượng khoáng vật có ích thấp, điều kiện khai thác ngày càng khó khăn phức tạp, độ sâu khai thác ngày càng lớn, các thân quặng có chiều sâu thay đổi hay khó khăn về nguồn nước.

2. Định hướng công nghệ khai thác – tuyển quặng titan trong cát đỏ.

2.1. Kết quả nghiên cứu công nghệ phù hợp với quặng titan trong tầng cát đỏ


 Nhằm kịp thời có các thông tin cần thiết giúp định hướng chiến lược phát triển ngành cũng như đáp ứng các yêu cầu đòi hỏi của sản xuất, trong mấy năm gần đây Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim đã có các bước đi đón đầu trong việc nghiên cứu các công nghệ khai thác – tuyển quặng phù hợp với đặc điểm quặng titan sa khoáng Việt Nam. Cụ thể là:

 - Trong xu thế các điểm mỏ quặng titan trong tầng cát xám, cát vàng có quy mô không lớn, thường nằm đan xen giữa các khu vực dân cư hay đất đã sử dụng với mục đích khác, vùng quặng giàu khai thác gần hết, các vùng mỏ còn lại hàm lượng ngày càng nghèo. Cuối năm 2008 đầu 2009, Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hình khai thác – tuyển thô di động sa khoáng titan ven biển”. Đề tài đã phân tích, đánh giá thực tiễn hoạt động của các cơ sở hiện nay và đề xuất mô hình công nghệ khai thác - tuyển thô quặng titan sa khoáng hợp lý với quặng nghèo. Đó là mô hình khai thác - tuyển thô quy mô trung bình phù hợp với đặc điểm điều kiện các mỏ nhỏ và trung bình (trong tầng cát xám), giảm chi phí đầu tư và năng lượng. Linh hoạt trong bố trí thiết bị khai thác và tuyển thô để phù hợp với điều kiện địa chất mỏ.

- Sau khi có những kết quả điều tra bước đầu về tiềm năng tài nguyên titan trong vùng cát đỏ. Từ năm 2009 đến nay, Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim đã kết hợp cùng các cơ sở thăm dò tiến hành thực hiện các đề tài nghiên cứu công nghệ thu hồi KVN trong cát đỏ, như: Đề tài “Nghiên cứu thăm dò tuyển quặng titan – zircon khu vực Long Sơn – Suối Nước, Bình Thuận”; đề tài “Nghiên cứu tuyển thử quặng titan – zircon khu vực Sơn Hải, Ninh Thuận”; đề tài “Nghiên cứu tuyển mẫu công nghệ khu vực Từ Hoa – Từ Thiện, Ninh Thuận”.

Các kết quả nghiên cứu thấy rằng:

Về đặc điểm quặng trong cát đỏ:

Quặng titan – zircon trong tầng cát đỏ nói chung có các đặc điểm sau: Quặng nằm trong trầm tích cát gắn kết yếu; Hàm lượng khoáng vật có ích trung bình 0,65%, trong đó hàm lượng zircon 0,09%; Độ hạt tương đối mịn và phân bố chủ yếu trong cấp hạt -1 0,074mm (94,21%), sét <0,074mm (5,67%); Cấp hạt 0,25mm chiếm 44,49% có thành phần khoáng vật chủ yếu là thạch anh, cấp hạt -0,25 0,18mm chiếm 34,61% thành phần khoáng vật hầu hết vẫn là thạch anh có lẫn một ít ilmenit, cấp hạt -0,18mm ngoài thạch anh ra là các KVN có ích.

Khả năng thu hồi khoáng vật có ích trong cát đỏ:

Áp dụng phương pháp tuyển trọng lực có thể thu hồi quặng tinh thô có hàm lượng TiO2 > 39%; tương ứng với thực thu >74% và hàm lượng ZrO2 > 5,00% với thực thu tương ứng >80,0%. Tiếp tục áp dụng phương pháp tuyển từ có thể nâng cao hàm lượng TiO2 trong quặng tinh tuyển trọng lực lên ~ 50,0%; tương ứng với thực thu bộ phận > 95,0%. Khi xử lý tuyển điện có thể thu hồi sản phẩm zircon có hàm lượng ZrO2 – 60,0%; tương ứng với thực thu bộ phận 93,0%.

Qua đó có thể nhận thấy: Với các công nghệ và thiết bị tuyển truyền thống hiện nay cũng có thể thu hồi được các khoáng vật có ích trong sa khoáng ven biển trong tầng cát đỏ.

Tuy nhiên, do đặc điểm quặng nghèo, nhiều sét nên hiệu quả kinh tế trong sản xuất cần phải được nghiên cứu xem xét thêm. Đặc biệt, cần tiếp tục triển khai các nghiên cứu sâu hơn về công nghệ và thiết bị tuyển để đáp ứng yêu cầu cao nhất cho tuyển quặng titan trong tầng cát đỏ. Các giải pháp đang được nghiên cứu chủ yếu gồm: nghiên cứu, thử nghiệm lựa chọn thiết bị phù hợp với loại hình quặng (kết hợp giữa các loại thiết bị siêu trọng lực, vít tuyển kiểu mới, máy tuyển từ, tuyển điện, tuyển nổi, …); Nghiên cứu hoàn thiện các chỉ tiêu công nghệ, xây dựng mô hình tổ hợp thiết bị tuyển thô và tuyển tinh hợp lý để tận thu tối đa tài nguyên và tiết kiệm năng lượng. Đến nay đã thu được một số kết quả bước đầu rất khả quan.

2.2. Đề xuất định hướng công nghệ

Với các đặc điểm đặc thù của quặng titan – zircon trong tầng cát đỏ, các kết quả nghiên cứu của Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim trong công nghệ khai thác – chế biến quặng titan hàm lượng nghèo và tuyển titan trong tầng cát đỏ vùng ven biển Nam Trung Bộ. Chúng tôi thấy rằng:

- Tầng cát đỏ chứa sa khoáng titan-zircon có hàm lượng trung bình không cao, chiều dày trung bình lớn, diện tích phân bố rộng, tổng tài nguyên dự báo là rất lớn. Bằng các phương pháp tuyển hiện nay, như: tuyển trọng lực, tuyển từ, tuyển điện, … có thể thu được các sản phẩm là các khoáng vật có ích riêng rẽ. Do vậy nguồn tài nguyên tiềm năng này có thể khai thác được để phát huy lợi thế tài nguyên thành tiềm lực kinh tế.

- Công tác khai thác – tuyển thô cần được tiến hành với quy mô tương đối lớn nhưng cũng phải đảm bảo tính cơ động, có công nghệ tiên tiến và bảo vệ môi trường. Các mô hình khai thác (thiết bị và công nghệ) có thể học tập theo các quy mô của các nước, thiết bị khai thác có thể bằng tầu cuốc hoặc súng nước trên tầu hút bùn, tạo hồ khai thác rộng, các hệ thống tuyển thô đặt trên các sà lan cùng trong lòng hồ khai thác.

- Các nhà máy tuyển tinh và chế biến sâu phải được tính toán, xác định công suất phù hợp quy mô của các vùng mỏ nhằm đảm bảo hiệu quả kinh tế cao và phù hợp với quy hoạch phát triển kinh tế xã hội vùng.

- Trong các khâu công nghệ từ tuyển thô đến tuyển tinh phải có các nghiên cứu đầy đủ về công nghệ, tính toán, lựa chọn và chế tạo các thiết bị tiên tiến, phù hợp với từng vùng mỏ cụ thể, nhằm tận thu tối đa tài nguyên, ổn định sản xuất, hạ giá thành thì mới đảm bảo có được hiệu quả kinh tế cao.
 
ThS.  Đào Công Vũ
KS.  Nguyễn Bảo Linh
Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim