Định hướng giải pháp khai thác - tuyển quặng titan sa khoáng trong tầng cát đỏ

ThS.Đào Công Vũ, ThS. Nguyễn Thị Hồng Gấm

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim

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

Nước ta là một trong số các nước có nguồn tài nguyên titan khá phong phú, quặng titan phân bố rộng rãi trên nhiều vùng lãnh thổ, nhưng tập trung nhiều nhất vẫn là vùng Nam Trung Bộ. Theo số liệu hiện có, tổng trữ lượng và tài nguyên dự báo quặng titan khoảng 650 triệu tấn quặng tinh. Trong đó tài nguyên tập trung chủ yếu trong tầng cát đỏ vùng Ninh Thuận, Bình Thuận và Bắc Bà Rịa - Vũng Tàu: khoảng 599 triệu tấn tinh quặng. Bề dày tầng cát đỏ chứa quặng trung bình khoảng 85 m. Hàm lượng trung bình đạt 0,7%; Độ hạt tương đối mịn và phân bố chủ yếu trong cấp hạt -1 0,074 mm, lượng sét <0,074 mm lớn

1.1. Về công nghệ khai thác - tuyển thô

* 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.

1.2. Về 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. Xưởng tuyển tinh thường được xây dựng thành những cơ sở tuyển trung tâm phục vụ cho 3 ÷ 5 cơ sở khai thác - tuyển thô, 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.

- 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.

- 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 hiện nay 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. 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 những năm gần đây Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim (VIMLUKI) 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. Trong xu thế đặc điểm 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, VIMLUKI 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 kết quả điều tra bước đầu về tiềm năng tài nguyên titan trong vùng cát đỏ, từ những năm 2009 đến nay, VIMLUKI đã kết hợp cùng các cơ sở thăm dò tiến hành thực hiện nhiều đề tài nghiên cứu khả năng thu hồi, nghiên cứu công nghệ tuyển quặng tian - zircon trong vùng cát đỏ ở các khu vực Bình Thuận và Ninh Thuận. Các kết quả nghiên cứu thấy rằng: Áp dụng phương pháp tuyển trọng lực có thể thu hồi quặng tinh thô có hàm lượng TiO2 - 42,7%; tương ứng với thực thu 73,75% và hàm lượng ZrO2 - 9,90% với thực thu tương ứng 84,22%. Áp dụng phương pháp tuyển từ có thể nâng cao hàm lượng TiO2 trong quặng tinh tuyển trọng lực lên 49,75%; tương ứng với thực thu bộ phận 92,53%. Khi xử lý tuyển điện có thể thu hồi sản phẩm zircon có hàm lượng ZrO2 – 54,02%; tương ứng với thực thu bộ phận 85,84%. Qua đó khẳng định: Với các công nghệ và thiết bị tuyển truyền thống hiện nay chỉ có thể thu hồi được các khoáng vật có ích riêng rẽ chứ chưa thể tận thu được tài nguyên, sản phẩm chưa đạt chất lượng cao và chưa thể khẳng định được hiệu quả kinh tế trong sản xuất.

Từ các kết quả nghiên cứu thí nghiệm thăm dò trên, VIMLUKI hiện nay đang 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.

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 Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim trong công nghệ khai thác - chế biến quặng titan hàm lượng nghèo và tuyển titan trong tầng cát đỏ cho thấy:

- Về phương hướng công nghệ khai thác – tuyển thô đối với loại hình quặng này chủ yếu là sử dụng sức nước. Đối với đặc điểm địa chất và phân bố quặng trong tầng cát đỏ có nơi dày nhất lên đến 70m, chiều dài từ vài km đến vài chục km. Định hướng khai thác theo phương pháp dùng máy xúc, máy gạt cũng là một phương án. Tuy nhiên, phương án chủ yếu vẫn sử dụng bơm hút sâu để khai thác hiệu quả. Khi nghiên cứu sâu về công nghệ khai thác sẽ làm rõ vấn đề này.

Theo Quy hoạch thủy lợi Bình Thuận, đã dự kiến xây dựng hồ sông Lũy và hệ thống kênh dẫn nước từ thủy điện Đại Ninh cấp cho nông nghiệp, dân sinh Bắc Bình và Tuy Phong, Bình Thuận.

Lồng ghép với yêu cầu cấp nước thủy nông, mở rộng quy mô chứa, dẫn nước cho quy hoạch khai thác chế biến vùng mỏ lớn là Lương Sơn, Bình Thuận với dung tích bổ sung khoảng 18 triệu m3 để có thể khai thác quy mô lớn cả vào mùa khô.

Định hướng công nghệ để nghiên cứu sâu về khai thác – tuyển thô: tạo hồ - làm tơi  => bơm hút, khai thác cuốn chiếu, tuyển thô bằng vít có gờ, tại khai trường, di chuyển theo tàu hút, sử dụng nước tuần hoàn, hoàn thổ ngay, sau đó phủ xanh phục hồi môi trường. 

- 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. Đặc biệt là khai thác trong những khu vực khó khăn về nguồn nước, độ sâu thân quặng lớn; tuyển quặng hàm lượng nghèo, hạt mịn, có bùn sét. Do đặc điểm quặng mịn, hàm lượng nghèo nên khi sử dụng các loại vít tuyển thông thường cho thực thu KVN trong quặng tinh thô thấp. Viện đã định hướng nghiên cứu thay đổi profin của vít tuyển hợp lý và tạo các rãnh chìm trên máng vít. Thực chất đây là một ý tưởng xuất phát từ sự kết hợp giữa vít tuyển và bàn đãi nhằm thu hồi các hạt mịn. Do vậy để nâng cao thực thu, tiết kiệm tài nguyên cần phải nghiên cứu chọn lựa profin vít hợp lý, cùng với đó là thử nghiệm tạo các hình dạng đường cong của rãnh chìm, số lượng rãnh trên 1 đơn vị vòng xoắn, độ rộng cũng như độ sâu của rãnh tối ưu.

- Trong các khâu công nghệ từ khai thác - 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, trong đó công đoạn khai thác - tuyển thô cần được quan tâm sâu hơn, vì đây là giai đoạn dễ gây ra mất mát tài nguyên, mất an toàn lao động, ô nhiễm môi trường, tăng chi phí sản xuất cả quá trình./.