Xác định thành phần vật chất và định hướng công nghệ chế biến quặng bauxit

Th.S. Đỗ Hồng Nga

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

Bauxit là nguyên liệu chính để sản xuất ra alumin (Al₂O₃). Hiện tại, trên thế giới khoảng 90% sản lượng alumin được sản xuất từ quặng bauxit, 10% còn lại được sản xuất từ quặng nephelin, alunit và từ các nguyên liệu khác.

Tiềm năng tài nguyên bauxit của Việt Nam được đánh giá thuộc nhóm 5 nước có trữ lượng lớn nhất trên thế giới. Quặng bauxit Việt Nam tập trung chủ yếu ở một số tỉnh miền Bắc như: Lạng Sơn, Cao Bằng và miền Nam như tỉnh Bình Phước và các tỉnh khu vực Tây Nguyên.

Công nghệ sản xuất alumin trên thế giới hiện nay phổ biến vẫn là công nghệ Bayer, gồm có: Phương án công nghệ Bayer châu Âu (xử lý hòa tách bauxit ở nhiệt độ và áp suất cao) và phương án công nghệ Bayer châu Mỹ (xử lý hòa tách bauxit ở nhiệt độ thấp và áp suất khí quyển). Tương ứng với mỗi phương án công nghệ thì chỉ một dạng quặng bauxit hay nói cách khác là khoáng vật chứa nhôm chính trong quặng đó thuộc khoáng gì mới phù hợp để xử lý. Quặng bauxit chứa chủ yếu khoáng gipxit (hydragilit) dễ hòa tách thì phù hợp cho quy trình hòa tách bằng công nghệ Bayer châu Mỹ, trong khi đó quặng bauxit chứa khoáng có độ cứng cao, khó hòa tách như bơmit hay diaspor thường phải áp dụng công nghệ Bayer châu Âu hoặc kết hợp công nghệ Bayer với thiêu kết hoặc thiêu kết đối với bauxit chứa khoáng diaspor có nhiều silic.

Các mỏ bauxit khác nhau thường có thành phần vật chất rất khác nhau, ngay trong cùng một mỏ, ở độ cao khác nhau, thành phần vật chất của chúng cũng có sự thay đổi. Nghiên cứu xác định thành phần vật chất, đặc điểm khoáng vật quặng của một mỏ bauxit không chỉ giúp định hướng công nghệ xử lý quặng mà còn định hướng được lĩnh vực ứng dụng của loại quặng đó sao cho hiệu quả kinh tế của quá trình khai thác, chế biến tài nguyên vùng mỏ đó là cao nhất.

Mỏ bauxit Đăk Song với diện tích thăm dò trải rộng 228 km² nằm trên địa bàn các xã Thuận Hạnh, xã Đăk Song và Đăk Mol huyện Đăk Song, xã Thuận An, Đức Minh và Đăk Sắc huyện Đăk Mil tỉnh Đăk Nông. Tổng trữ lượng quặng bauxit vùng mỏ Đăk Song ở cấp thăm dò 121+122+133 là khoảng 800 triệu tấn quặng nguyên khai. Đây là một trong những mỏ bauxit có trữ lượng lớn, tiềm năng kinh tế cao, do đó đã tiến hành nghiên cứu xác định đặc điểm thành phần vật chất quặng để định hướng công nghệ chế biến cũng như ứng dụng nguồn quặng bauxit Đăk Song vào phát triển kinh tế xã hội.

Kết quả nghiên cứu đã làm rõ:

- Thành phần hoá học quặng bauxit Đăk Song: Al₂O_3­­=49,32%; SiO­₂=2,85%; Fe₂O₃=16,38%; TiO₂=2,62% và MKN=26,17%.

- Thành phần khoáng vật: khoáng vật chứa nhôm chính trong quặng bauxit Đăk Song là gipxit (65% khoáng), còn lại là các khoáng vật khác như: gơtit (14-16%), kaolinit (5-7%), monmorillonit, illit, clorit...( 4-6%), và môđun silic M_Si 17,3.

Với thành phần vật chất như đã nêu, có thể khẳng định, quặng bauxit Đăk Song là nguồn nguyên liệu rất phù hợp cho sản xuất alumin bằng công nghệ Bayer châu Mỹ (hoà tách ở áp suất khí quyển và nhiệt độ thấp).

Việc khảo sát một số công đoạn chính trong dây chuyền công nghệ Bayer như: khử silic (giai đoạn 1 và giai đoạn 2 hay còn gọi là tiền khử và hậu khử); hòa tách được thực hiện trên cụm thiết bị do UNIDO cung cấp gồm 6 ôtôcla dung tích mỗi cái 200 ml, các ôtôcla được gia nhiệt qua môi trường dầu và huyền phù được khuấy trộn nhờ sự quay của ôtôcla.

Từ kết quả của quá trình khảo sát, đã xác lập được chế độ công nghệ phù hợp để xử lý quặng tinh bauxit Đăk Song như sau:

- Tiền khử silic: Nồng độ chất rắn 500g/l, nồng độ dung dịch ~160g/l Na₂O_c, nhiệt độ 95^oC, thời gian 8h.

- Hoà tách:

+ áp suất khí quyển: nồng độ dung dịch ~210 g/l, nhiệt độ 105^oC, thời gian 2,5 h, lượng nạp bauxit 180 g/l.

+ áp suất thấp: nồng độ dung dịch ~160 g/l, nhiệt độ 145^oC, thời gian 2h, lượng nạp bauxit 210 g/l.

- Hậu khử silic: nhiệt độ 100^oC, thời gian 8h (đối với huyền phù sau hoà tách ở áp suất khí quyển)

- Lắng bùn đỏ: 4g bột mỳ/kg bùn đỏ khô

Kết quả thực nghiệm thu được cho thấy, bauxit Đắc Song rất dễ hoà tách ở cả hai nhiệt độ 105 ^oC và 145^oC. Hiệu suất hoà tách thực tế đạt ~91%. Tuy nhiên, khả năng lắng tách cặn đỏ hạn chế do đặc điểm khoáng vật sắt oxit. Để cường hóa quá trình lắng cần phải dùng chất trợ lắng với hàm lượng khoảng 3-4 kg tinh bột/tấn bùn đỏ khô.

Tuy hiệu suất hòa tách thực tế đạt giá trị tương tự nhau ở cả hai nhiệt độ khảo sát, nhưng xét từ nhiều phương diện như: thời gian, năng suất thiết bị, sự đơn giản của toàn bộ quá trình, khả năng cường hóa quá trình, thì hòa tách ở nhiệt độ 145^oC có nhiều ưu điểm hơn so với hòa tách ở nhiệt độ 105^oC. Vì vậy, cần đầu tư nghiên cứu chi tiết và ở quy mô lớn hơn để lựa chọn chính xác phương án công nghệ cho sản xuất alumin từ nguồn quặng bauxit Đăk Song tỉnh Đắc Nông.