Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná, Cao Bằng

Nhằm đánh giá khả năng và điều kiện xử lý bauxit từng vùng trên lãnh thổ Việt Nam, Bộ Công Thương cho phép Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ- Luyện kim triển khai đề tài “Nghiên cứu công ngh

Báo cáo tổng kết đề tài:

Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ

tinh quặng bauxit Táp Ná, Cao Bằng

Cnđt: Đỗ Hồng Nga

8427

Hà nội – 2010

NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN

Họ và tên Chuyên môn Đơn vị công tác

Đỗ Hồng Nga ThS luyện kim màu Viện KH&CN Mỏ - Luyện Kim Ngô Ngọc Định KS luyện kim màu Viện KH&CN Mỏ - Luyện Kim Đinh Quang Hưng KS luyện kim màu Viện KH&CN Mỏ - Luyện Kim Quản Văn Dũng KS luyện kim màu Viện KH&CN Mỏ - Luyện Kim Nguyễn Hồng Quân KS luyện kim màu Viện KH&CN Mỏ - Luyện Kim

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU 4

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ 5

MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 7

1.1 VÀI NÉT VỀ TÀI NGUYÊN BAUXIT VIỆT NAM VÀ ĐẶC ĐIỂM QUẶNG TÁP NÁ, CAO BẰNG 7

1.2 TÌNH HÌNH KHAI THÁC BAUXIT VÀ SẢN XUẤT ALUMIN TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC 9

1.2.1 Tình hình khai thác bauxit và chế biến alumin ở ngoài nước 9

1.2.2 Tình hình khai thác bauxit và chế biến alumin ở trong nước 12

1.3 TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13

1.3.1 Một số ứng dụng của alumin 13

1.3.2 Bauxit – nguyên liệu chính để sản xuất alumin 14

1.3.3 Lý thuyết quá trình hòa tách bauxit 16

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC CHUẨN BỊ 18

2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

2.2 CHUẨN BỊ MẪU VÀ THÀNH PHẦN PHỐI LIỆU 18

2.2.1 Mẫu nghiên cứu 18

2.2.2 Chuẩn bị cấp hạt bauxit 19

2.2.3 Chuẩn bị dung dịch hòa tách 19

2.3 NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT 19

2.4 THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 21

2.5 CÔNG TÁC PHÂN TÍCH 22

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 23

3.1 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 23

3.2 NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN VẬT CHẤT 23

3.2.1 Thành phần hóa học 24

3.2.2 Thành phần khoáng vật 24

3.3 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HÒA TÁCH 26

3.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hòa tách 27

3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hòa tách 28

3.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến hiệu suất hòa tách 29

3.3.4 Ảnh hưởng của lượng nạp bauxit đến hiệu suất hòa tách 30

3.3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ vôi (CaO) đến hiệu suất hòa tách 32

3.4 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LẮNG BÙN ĐỎ 33

3.5 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHÂN HÓA DUNG DỊCH NATRI ALUMINAT NHẬN NHÔM HYDROXIT 35

3.5.1 Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất phân hóa 36

3.5.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ mầm đến mức độ phân hóa 37

3.6 LỰA CHỌN NHIỆT ĐỘ NUNG NHÔM HYDROXIT 39

3.7 TỔNG HỢP KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 40

3.7.1 Một số chỉ tiêu công nghệ chính 40

3.7.2 Sơ đồ công nghệ kiến nghị 41

3.8 ĐỊNH HƯỚNG ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 41

3.9 PHÂN TÍCH MỘT SỐ VẤN ĐỀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 43

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Tổng hợp tài nguyên trữ lượng bauxit sa khoáng mỏ Táp Ná 8

Bảng 2 Tổng hợp tài nguyên trữ lượng bauxit gốc mỏ Táp Ná 8

Bảng 3 Phân bố trữ lượng bauxit ở các Châu lục 9

Bảng 4 Các nước có tiềm năng lớn hàng đầu về bauxit 9

Bảng 5 Các công ty sản xuất alumin chủ yếu trên thế giới 10

Bảng 6 Những đặc trưng cơ bản của công nghệ Bayer châu Âu và châu Mỹ 11 Bảng 7 Thành phần hóa học của alumin, % 14

Bảng 8 Phân bố cấp hạt tinh quặng bauxit Táp Ná mẫu công nghệ 19

Bảng 9 Thành phần hóa học bauxit Táp Ná, % 24

Bảng 10 Thành phần khoáng vật bauxit Táp Ná, % 24

Bảng 11 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hòa tách 27

Bảng 12 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hòa tách 28

Bảng 13 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến hiệu suất hòa tách 30

Bảng 14 Ảnh hưởng của lượng nạp bauxit đến hiệu suất hòa tách 31

Bảng 15 Ảnh hưởng của tỷ lệ vôi đến hiệu suất hòa tách 32

Bảng 16 Lắng bùn đỏ bauxit Táp Ná 34

Bảng 17 Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất phân hóa 37

Bảng 18 Ảnh hưởng của tỉ lệ mầm đến mức độ phân hóa 38

Bảng 19 Thành phần hóa học của sản phẩm alumin 39

Bảng 20 Tổng hợp một số chỉ tiêu công nghệ chính 40

Bảng 21 Thành phần hóa học của các loại bùn đỏ khác nhau, % 43

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ

Hình 1 Sơ đồ chuẩn bị cấp hạt bauxit 20

Hình 2 Quy trình chuẩn bị dung dịch luân lưu 21

Hình 3 Thiết bị hòa tách 21

Hình 4 Sơ đồ tóm tắt công nghệ sản xuất alumin theo phương pháp Bayer 23

Hình 5 Ảnh thạch học bauxit Táp Ná (phóng đại 100 lần) 25

Hình 6 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hòa tách 27

Hình 7 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hòa tách 29

Hình 8 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch luân lưu đến hiệu suất hòa tách 30

Hình 9 Ảnh hưởng của lượng nạp bauxit đến hiệu suất hòa tách 31

Hình 10 Ảnh hưởng của tỷ lệ vôi đến hiệu suất hòa tách 33

Hình 11 Sự phụ thuộc của tốc độ lắng vào chất trợ lắng 34

Hình 12 Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất phân hóa 37

Hình 13 Sự phụ thuộc hiệu suất phân hóa vào tỉ lệ mầm 38

Hình 14 Sơ đồ công nghệ kiến nghị sản xuất alumin từ bauxit Táp Ná, Cao Bằng 42

MỞ ĐẦU

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

Khoảng 85% sản lượng alumin trên thế giới dùng để sản xuất ra nhôm kim loại, 10% dùng cho ngành công nghiệp hóa chất, còn lại 5% dùng cho ngành công nghiệp khác

Theo kết quả điều tra, thăm dò địa chất và đánh giá khoáng sản bauxit, Việt Nam là một trong những quốc gia có nguồn tài nguyên bauxit lớn trên thế giới Để đóng góp chung vào công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, song song với công tác nghiên cứu công nghệ tuyển bauxit thì việc nghiên cứu công nghệ luyện alumin từ tinh quặng bauxit cũng cần được triển khai

Nhằm đánh giá khả năng và điều kiện xử lý bauxit từng vùng trên lãnh thổ Việt Nam, Bộ Công Thương cho phép Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-

Luyện kim triển khai đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh

quặng Táp Ná, Cao Bằng” theo hợp đồng số 135.10 RD/HĐ-KHCN ký ngày

02 tháng 03 năm 2010 Kết quả nghiên cứu của đề tài có ý nghĩa quan trọng, làm cơ sở cho việc định hướng công nghệ để xử lý hiệu quả nguồn tài nguyên quý giá này với mục tiêu:

- Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp

là trầm tích và phong hóa từ đá bazan

Các mỏ bauxit trầm tích có thành phần khoáng vật chủ yếu là diaspor phân bố chủ yếu ở miền Bắc thuộc các tỉnh: Cao Bằng, Lạng Sơn, Hà Giang Tổng trữ lượng (quặng bauxit có độ hạt + 10 mm) xấp xỉ 91 triệu tấn, trong đó cấp B+C1+C2 là khoảng 84 triệu tấn, cấp P là 7 triệu tấn và hàm lượng các cấu

tử chính là Al2O3 44,65 – 58,84%, Fe2O3 21,32 – 27,35%, TiO2 2 – 4,5%, MSi ~

7 [7]

Các mỏ bauxit phong hóa laterit từ đá bazan chiếm trữ lượng lớn nằm ở miền Nam thuộc các tỉnh: Đắk Nông, Bảo Lộc – Di Linh, Kon Plông – Kon Hà Nừng…., có thành phần khoáng vật chính là gipxit Trữ lượng đã được thăm dò

và đánh giá là 5,432 tỷ tấn (tương ứng khoảng 2,3 tỷ tấn tinh quặng) Tinh quặng bauxit đạt hàm lượng Al2O3 45 - 50%, SiO2 1,6 – 5%, Fe2O3 17 - 22%, TiO2 2,6 - 3% [7]

Mỏ Táp Ná, Cao Bằng được phát hiện từ năm 1960 Công tác tìm kiếm, thăm dò sơ bộ mỏ này được tiến hành trên cả hai loại quặng gốc và sa khoáng Trữ lượng bauxit Táp Ná được Hội đồng xét duyệt trữ lượng Khoáng sản phê duyệt tại quyết định số 65/QĐHĐ ngày 5 tháng 12 năm 1979 được trình bày trong bảng 1 và 2

Bảng 1 Tổng hợp tài nguyên trữ lượng bauxit sa khoáng mỏ Táp Ná

Theo báo cáo kết quả nghiên cứu địa chất, tinh quặng bauxit Táp Ná có

hàm lượng Al2O3 và SiO2 giữa các khu mỏ có độ biến thiên rất lớn Tuy nhiên,

hàm lượng trung bình toàn mỏ như sau:

- Hàm lượng Al2O3 trung bình 51,36 %

- Hàm lượng SiO2 trung bình 6,8 %

- MSi ~ 7,5

1.2 TÌNH HÌNH KHAI THÁC BAUXIT VÀ SẢN XUẤT ALUMIN TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC

1.2.1 Tình hình khai thác bauxit và chế biến alumin ở ngoài nước

Theo công bố của Cục khảo sát Địa chất Mỹ vào tháng 1/2009 thì tiềm năng tài nguyên bauxit toàn thế giới khoảng 75 tỷ tấn, phân bố ở các Châu lục như trong bảng 3

Bảng 3 Phân bố trữ lượng bauxit ở các Châu lục

Bảng 4 Các nước có tiềm năng lớn hàng đầu về bauxit

STT Tên nước Trữ lượng bauxit,

Khai thác bauxit và sản xuất alumin phụ thuộc chủ yếu vào nhu cầu nhôm của thế giới Từ những năm 1990, tốc độ phát triển của sản xuất nhôm cao hơn sản xuất bauxit – alumin Năm 1999 sản lượng alumin của thế giới là 45,784 triệu tấn, năm 2005 là 60,833 triệu tấn và năm 2010 đã là > 80 triệu tấn Bauxit chủ yếu dùng cho ngành luyện kim, trong khi đó bauxit dùng cho các ngành công nghiệp khác như: vật liệu chịu lửa, vật liệu mài, vật liệu gốm sứ chỉ dao động khoảng 7 triệu tấn/năm Hiện nay, trên thế giới có 94 công ty sản xuất alumin, trong đó một số công ty lớn được trình bày ở bảng 5

Bảng 5 Các công ty sản xuất alumin chủ yếu trên thế giới

STT Công ty Công suất thiết kế, tấn Sản lượng thực tế, tấn

Glencore Comalco Rusal Sual Nalco Hydro Khác

13.497.0006.915.0006.183.0004.289.0004.005.0003.381.0003.359.0002.071.0001.580.0001.389.00017.673.000

13.409.0006.915.0006.173.0004.217.0003.957.0003.381.0002.944.0002.071.0001.580.0001.363.00015.668.000

Tổng 64.342.000 61.678.000

Để lựa chọn công nghệ xử lý bauxit phù hợp, người ta chủ yếu dựa vào dạng tồn tại của khoáng vật chứa nhôm trong bauxit Hiện nay, trên thế giới vẫn sử dụng phương pháp Bayer để sản xuất alumin từ bauxit Trong đó lại chia thành 2 phương án công nghệ: Công nghệ Bayer châu Âu và công nghệ Bayer châu Mỹ Bauxit dạng gipxit (hydragilit) dễ hòa tách thì chỉ cần áp dụng công nghệ Bayer châu Mỹ (hòa tách ở nhiệt độ thấp) Bauxit khó hòa tách như bơmit hay diaspor thường phải áp dụng công nghệ Bayer châu Âu hoặc phương pháp khác (thiêu kết hoặc kết hợp) Từ khi được phát minh đến nay, công nghệ

Bayer vẫn chiếm vị trí chủ đạo trong công nghiệp sản xuất alumin của thế giới

Hiện nay và dự báo trong tương lai, khoảng 90% sản lượng alumin của thế giới

vẫn được sản xuất bằng công nghệ này

Những đặc tính cơ bản của công nghệ Bayer Châu Âu và công nghệ

Bayer Châu Mỹ được nêu trên bảng 6 [17]

Bảng 6 Những đặc trưng cơ bản của công nghệ Bayer châu Âu và châu Mỹ

Các thông số đặc trưng Bayer Châu Âu Bayer Châu Mỹ

Nhiệt độ cuối quá trình hòa

tách, 0C

200 – 235 (250) 140 - 145

Nhiệt độ sau giảm áp, 0C 135 - 185 110

Áp lực của thiết bị hòa tách,

68-76 58-65 Thời gian khuấy phân huỷ, h 50-70 35-45

Bauxit diaspor là loại quặng bauxit khó hòa tách nhất trong các loại

bauxit Có một vài bauxit dạng này đã được xử lý ở điều kiện như sau [14]:

- Nhiệt độ hòa tách cao: 2600C

- Nồng độ kiềm cao: >230 g/l Na2Oc

- Thời gian hòa tách: > 60 phút

- Cỡ hạt bauxit: > 50% cỡ hạt – 0,063 mm

- Tỷ lệ vôi cao

Phương pháp Bayer chiếm ưu thế trong sản xuất alumin với những

bauxit chứa ít silic Còn phương pháp thiêu kết thì có thể chế biến thành alumin

chẳng những từ bất kỳ loại bauxit nào mà còn từ cao lanh, đất sét và các loại

đất đá alumosilicat Hiện nay, có hai loại phương pháp thiêu kết: phối liệu khô

và phối liệu ướt

Tuy phương pháp thiêu kết có thể chế biến thành alumin từ các nguồn nguyên liệu có chứa Al2O3 khác nhau, nhưng với giá nguyên liệu và vật liệu phụ không đổi thì chi phí cho các công đoạn của phương pháp Bayer thấp hơn nhiều so với các công đoạn của phương pháp thiêu kết Hòa tách trong ôtôcla, sau đó lắng, rửa, tách bùn đỏ, rẻ hơn nhiều lần so với thiêu kết cộng với hòa tan, lắng, rửa và khử silic Chi phí cho công đoạn thiêu kết chiếm gần 40% tổng chi phí cho tất cả các công đoạn của phương pháp thiêu kết và chiếm gần 80% chi phí cho tất cả các công đoạn của phương pháp Bayer [3]

Ngành công nghiệp alumin là một trong những ngành yêu cầu đầu tư lớn Trên thế giới đã và đang xây dựng các nhà máy alumin hiện đại Hiện nay, các nước phát triển đang có xu hướng tập trung ưu tiên vào một số vấn đề sau:

- Chuyển cơ sở sản xuất alumin đến các vùng có mỏ bauxit nhằm giảm chi phí vận tải

- Các nhà máy mới xây dựng thường có công suất lớn Toàn thế giới có 15 nhà máy công suất từ 2 triệu tấn alumin/năm, ví dụ nhà máy Pinjarna (Tây Úc) có công suất 4,2 triệu tấn alumin/năm Ngoài ra, còn sử dụng thiết bị hiện đại, tự động hoá cao

- Đối với các nhà máy đang vận hành thực hiện tối ưu hoá quá trình công nghệ, hiện đại hoá thiết bị để giảm chi phí nguyên, nhiên liệu và năng lượng đến mức thấp nhất, như: bổ sung hệ thống bốc hơi nhiều giai đoạn, dùng lò lớp sôi để nung Al(OH)3 thay thế lò ống quay, kết tủa 2 giai đoạn để tạo ra alumin ở dạng cát, sử dụng chất kết bông tổng hợp trong khâu lắng, lọc bùn đỏ…

1.2.2 Tình hình khai thác bauxit và chế biến alumin ở trong nước

Các công trình nghiên cứu xử lý bauxit chủ yếu tập trung vào đối tượng phía Nam, việc nghiên cứu xử lý bauxit miền Bắc chưa nhiều Một số nghiên cứu về bauxit Lạng Sơn mới chỉ dừng lại ở mức độ thăm dò xử lý hòa tách bằng phương pháp Bayer, chưa đưa ra được các chỉ tiêu tiêu hao cơ bản như

tiêu hao kiềm và tiêu hao bauxit khi sản xuất 1 tấn alumin Ngoài ra, cũng đã

có nghiên cứu thăm dò nâng cao MSi mỏ bauxit Lạng Sơn bằng nung trước khi hòa tách Tuy nhiên, các nghiên cứu cho thấy rằng, việc nung trước làm tăng

Al2O3 trong tinh quặng vì khoáng vật diaspor (Al2O3.H2O) mất phân tử nước kết tinh duy nhất trở nên corundum hóa Điều này gây khó khăn cho khâu hòa tách và làm hiệu suất hòa tách giảm xuống [8]

Về tình hình sản xuất, như trên đã trình bày, tiềm năng bauxit của nước

ta khá lớn (xem bảng 4) Những năm qua, ở nước ta mới chỉ sử dụng một phần rất nhỏ để sản xuất đá mài dưới dạng corundum (từ bauxit Lỗ Sơn, Hải Dương)

và sản xuất phèn nhôm ở nhà máy Cô pha ta (từ bauxit Lâm Đồng)

Hiện nay, có hai dự án đang đi vào xây dựng Đó là nhà máy alumin Tân Rai (tỉnh Lâm Đồng) và nhà máy alumin Nhân Cơ (tỉnh Đăk Nông) đều có công suất 650.000 tấn alumin/năm

Sau khi xây dựng mang tính thí điểm hai nhà máy trên, nhiều khả năng sẽ phát triển ngành công nghiệp sản xuất alumin và điện phân nhôm ở nước ta

1.3 TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.3.1 Một số ứng dụng của alumin

Alumin được ứng dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp khác nhau như: sơn, gốm, sứ, hóa chất Tuy nhiên, phần lớn alumin sản xuất ra được dùng để điện phân thành nhôm kim loại Một số thông số chính của alumin (tiêu chuẩn Nga) được chỉ ra trong bảng 7 [3]

Bảng 7 Thành phần hóa học của alumin, %

Hàm lượng α-Al2O3, %

Phạm vi ứng dụng chủ yếu

Không dưới

25 ГА6

ГА5

1,0

1,2

0,15 0,20

0,06 0,08

0,6 0,6

Không dưới

15

Sản xuất nhôm thô (phương pháp điện phân)

định

Sản xuất corundum nhân tạo trắng

định

Sản xuất gạch chịu lửa alumin cao

ГК 0,3 0,50 0,07 0,3 85-95 Sản xuất vật phẩm

cách điện ГЭВ 0,4 0,06 0,035 0,1 Không dưới

95

Công nghiệp điện chân không

1.3.2 Bauxit – nguyên liệu chính để sản xuất alumin

Bauxit là loại quặng nhôm có thành phần rất khác biệt Ngoài thành phần chính là Al2O3 thì chúng còn chứa các khoáng vật của sắt, titan, silic và các oxit

có hàm lượng nhỏ như V2O5, Ga2O3…

Hàm lượng nước kết tinh với nhôm oxit quyết định cấu trúc tinh thể khoáng vật chứa nhôm và khả năng hòa tan của chúng trong dung dịch kiềm Khả năng hòa tan xếp theo thứ tự dưới đây (từ cao xuống thấp)

Al2O3.3H2O (gipxit, hydragilit) → γ - Al2O3.H2O (bơmit) → α - Al2O3.H2O (diaspor) → α - Al2O3 (corundum)

Chất lượng của bauxit không chỉ được đánh giá bằng dạng tồn tại khoáng vật có ích Al2O3 và hàm lượng của nó mà còn căn cứ vào tạp chất có hại như SiO2,

Fe2O3…Thực tế, chất lượng của bauxit được đánh giá bằng môđun silic MSi

3 2

SiO

O Al

M Si= (tỷ số % trọng lượng)

- MSi > 7: bauxit loại tốt, thích hợp với phương pháp Bayer

- MSi = 4 - 7: bauxit loại trung bình, thích hợp cho phương pháp thiêu kết

và phương pháp kết hợp

- MSi < 4: không phù hợp để sản xuất alumin

Ngoài cách đánh giá chung như trên, còn có cách đánh giá riêng khi xét

về một phương diện nào đó Theo Solymar K, giá trị công nghiệp của bauxit được tính theo công thức:

bauxit

O Na const bx

G

C C

=

Trong đó: Cconst – Chi phí cố định

CNa2O – Chi phí mất mát kiềm/tấn alumin

Gbauxit – Tiêu hao bauxit khô/tấn alumin

Từ công thức trên cho thấy, giá trị công nghiệp của bauxit và hiệu quả sản xuất alumin chủ yếu xác định bằng các chi phí mất mát kiềm và tiêu hao bauxit cho một tấn alumin Chi phí này càng thấp thì hiệu quả sản xuất càng cao

Các công thức tính các chỉ tiêu tiêu hao cơ bản:

- Tiêu hao bauxit: 100

.

99

tt bx a

Q

η

=

Trong đó: Qbx – tiêu hao bauxit cho một tấn alumin (t/t)

99 – tính theo độ sạch của alumin

a – hàm lượng Al2O3 trong bauxit, (%)

ηtt – hiệu suất hòa tách thực tế, (%)

% 100

1

3 2

3 2 3 2

3 2

O Fe O Al

O Al

ηTrong đó: Al2O3bx - hàm lượng Al2O3 trong bauxit

bd O

Al2 3 - hàm lượng Al2O3 trong bùn đỏ

bx O

Fe2 3 - hàm lượng Fe2O3 trong bauxit

bd O

Fe2 3 - hàm lượng Fe2O3 trong bùn đỏ

- Tiêu hao kiềm:

100

990

tt Si

h Q

Ngày nay, khi sản xuất alumin từ bauxit bằng phương pháp thiêu kết, hiệu suất hòa tách Al2O3 đạt khoảng 80 – 82%, tiêu hao kiềm cho 1 tấn alumin

từ 105 – 115 kg Na2Oc Vì vậy, đối với những trường hợp các chỉ tiêu đó không xấu hơn các chỉ tiêu đã nêu thì bauxit được xử lý hoàn toàn thích hợp cho phương pháp Bayer [9]

Tikhonop N.N và Lapin A.A chia bauxit xử lý được bằng phương pháp Bayer thành 3 loại [19]:

Loại Chất lượng Tiêu hao bauxit t/t

1.3.3 Lý thuyết quá trình hòa tách bauxit

Al2O3 là hợp chất lưỡng tính nên có thể sản xuất từ quặng bằng cả hai phương pháp kiềm và axit, phổ biến hơn cả là phương pháp kiềm và phương pháp Bayer luôn đóng vai trò chủ đạo

Thực chất của quá trình hòa tách bauxit diaspor bằng phương pháp Bayer

là hòa tan Al2O3 vào dung dịch kiềm theo phản ứng:

AlOOH + NaOH = NaAlO2 + H2O (1) Ôxit silic cũng tham gia các phản ứng sau:

SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O (2)

SiO2.H2O + Na2CO3 = Na2SiO3 + H2O + CO2 (3)

Sau đó, chúng kết hợp với dung dịch natri aluminat tạo thành hợp chất

không hòa tan natri alumosilicat (hay còn gọi là Bayer sodalit) theo phản ứng:

2Na2SiO3 + 2NaAlO2 + 4H2O =Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O↓ + 4NaOH (4)

Ôxit titan cũng phản ứng với kiềm:

Sắt ôxit thực tế không hòa tan trong kiềm Tuy nhiên, nếu hàm lượng sắt

lớn sẽ không có lợi, đặc biệt gây khó khăn cho việc lắng tách và rửa bùn đỏ

Để tính hiệu suất hoà tách lý thuyết cần dựa trên cơ sở phân tích hoá và

phân tích pha (dạng tồn tại của khoáng vật chứa nhôm) Tuy nhiên, để đơn giản

hóa, hiệu suất hoà tách lý thuyết thường được tính theo công thức sau:

,%

100

3 2

2 3 2

O Al

SiO O Al lt

−

= ηTrong đó: ηlt - hiệu suất hoà tách lý thuyết

Al2O3 - hàm lượng nhôm ôxit trong tinh quặng bauxit SiO2 - hàm lượng silic ôxit trong tinh quặng bauxit

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC

CHUẨN BỊ

2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Việc lựa chọn đúng phương pháp nghiên cứu là điều rất quan trọng Đề tài chọn phương pháp nghiên cứu là:

- Nghiên cứu lý thuyết, tổng quan các vấn đề liên quan;

- Đánh giá chọn lựa phương pháp tiếp cận;

- Kế thừa các công trình nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước;

- Thực nghiệm trên thiết bị sẵn có của đơn vị để tìm ra các thông số công nghệ của toàn bộ quá trình Qua đó, đề xuất quy trình công nghệ luyện alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná, Cao Bằng

Ta biết rằng, Al2O3 là hợp chất lưỡng tính nên có thể thu hồi Al2O3 từ bauxit bằng hai phương pháp: kiềm và axit

Khi dùng phương pháp axit, trong quá trình hòa tách, ngoài cấu tử có ích

là Al2O3 tan vào trong dung dịch thì hợp chất của sắt (chiếm hàm lượng lớn thứ

2 sau Al2O3) cũng bị hòa tan Điều này làm cho quá trình làm sạch dung dịch

vô cùng phức tạp và tốn kém Trên thế giới cũng chưa có nhà máy sản xuất alumin từ bauxit nào sử dụng phương pháp axit

Phương pháp kiềm bao gồm: Bayer, thiêu kết và kết hợp Bayer – thiêu kết Như đã trình bày ở trên, toàn mỏ bauxit Táp Ná có MSi > 7 nên có thể áp dụng phương pháp Bayer để sản xuất alumin Đây cũng là phương pháp chủ đạo được các nhà máy sản xuất alumin từ bauxit trên thế giới áp dụng vì tính hiệu quả kinh tế cũng như quy mô áp dụng

2.2 CHUẨN BỊ MẪU VÀ THÀNH PHẦN PHỐI LIỆU

2.2.1 Mẫu nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là 100 kg tinh quặng bauxit Táp Ná, tỉnh Cao Bằng được cung cấp bởi Phòng Công nghệ Tuyển khoáng

Mẫu nghiên cứu tuyển được Đoàn địa chất 116 thi công lấy theo

“phương án lấy mẫu công nghệ đại diện tại mỏ bauxit Táp Ná thuộc vùng quặng bauxit tỉnh Cao Bằng” do Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - luyện kim lập Toàn bộ khối lượng mẫu công nghệ tuyển là 11,67 tấn kèm theo bảng thống kê các mẫu đơn của đề án

Để có mẫu tinh quặng phù hợp với công nghệ luyện kim, toàn bộ khối lượng mẫu được giản lược theo phương pháp hình nón chia tư, sau đó tiến hành chuẩn bị cỡ hạt mẫu công nghệ

2.2.2 Chuẩn bị cấp hạt bauxit

Theo kết quả nghiên cứu tuyển, quặng bauxit Táp Ná có độ xâm nhiễm mịn [7] Vì vậy, để có thể tách trần các hạt khoáng vật có ích, mẫu cần được nghiền đến cỡ hạt -0,074 mm để nghiên cứu công nghệ Sơ đồ chuẩn bị cấp hạt bauxit và sự phân bố cấp hạt được trình bày trong hình 1 và bảng 8

Bảng 8 Phân bố cấp hạt tinh quặng bauxit Táp Ná mẫu công nghệ

2.2.3 Chuẩn bị dung dịch hòa tách

Dung dịch hòa tách (còn gọi là dung dịch luân lưu) được chuẩn bị như trên sơ đồ hình 2

2.3 NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT

Một số nguyên vật liệu chính phục vụ cho quá trình nghiên cứu là:

- NaOH, Na2CO3 loại P

- Nhôm kim loại, Al(OH)3 loại P

- Vôi kỹ thuật: CaO 98%

- Chất trợ lắng

- Ống đong, bình tam giác chịu nhiệt…

Hình 1 Sơ đồ chuẩn bị cấp hạt bauxit

Quặng tinh cấp hạt trung bình +10mm

Đập lần 1

Phân cấp hạt -5mm Đập lần 2

Phân cấp hạt -2mm

Phân cấp hạt

-0,074mm

+0,074mm

Hình 2 Quy trình chuẩn bị dung dịch luân lưu

2.4 THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU

Quá trình nghiên cứu được thực hiện trong bể hòa tách (hình 3) gồm 6 otocla dung tích mỗi chiếc 200 ml, ổn nhiệt bằng không khí nóng

để tách dung dịch ra khỏi bùn đỏ Hệ thống lắng bùn đỏ (gồm 6 ống bằng thủy

Hòa tan

Kiềm NaOH 99%

Al(OH)3

Ly tâm Nước cất

Dung dịchPhân tích

Điều chỉnh nồng độ

Na2Oc NaOH và nước cất

Dung dịch luân lưu

tinh chịu nhiệt, có chia vạch) có bộ khống chế nhiệt độ ± 10C Máy khuấy phân hóa nhiệt độ 0-1000C Lò nung (Anh) nhiệt độ max 14000C

2.5 CÔNG TÁC PHÂN TÍCH

Công tác phân tích được thực hiện tại Trung tâm phân tích Hóa- lý Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Trung tâm phân tích khoáng sản Cục địa chất khoáng sản

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

Sơ đồ công nghệ tóm tắt sản xuất alumin được trình bày trên hình 4

Hình 4 Sơ đồ tóm tắt công nghệ sản xuất alumin theo phương pháp Bayer

3.2 NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN VẬT CHẤT

Do được thành tạo ở những điều kiện khác nhau, bauxit thường có thành phần vật chất bao gồm thành phần hóa học, thành phần khoáng vật và những tính chất vật lý rất khác nhau Thành phần vật chất của bauxit lại tác động rất rõ rệt đến công nghệ xử lý bauxit để sản xuất ra alumin Việc nghiên cứu chi tiết

Dung dịch cái

Cô đặc Bùn đỏ

Al2O3

thành phần vật chất của bauxit khi muốn đưa vào sử dụng là điều không thể thiếu vì biết thành phần vật chất sẽ cho phép định hướng trong nghiên cứu công nghệ, giải thích các hiện tượng và có thể rút ngắn quá trình nghiên cứu này

3.2.1 Thành phần hóa học

Các mẫu nghiên cứu được xác định 5 cấu tử chính là: Al2O3, SiO2,

Fe2O3, TiO2, MKN và một số cấu tử khác (Chi tiết xem phần Phụ lục)

Bảng 9 Thành phần hóa học bauxit Táp Ná, %

Al2O3 SiO2 Fe2O3 TiO2 MKN 49,54 7,0 25,23 3,75 12,38

3.2.2 Thành phần khoáng vật

Sử dụng 2 phương pháp phân tích khoáng vật phổ biến là: phân tích nhiễu xạ tia X và phân tích nhiệt nhằm xác định dạng tồn tại của các khoáng vật có ích và có hại để có hướng công nghệ xử lý phù hợp

Bảng 10 Thành phần khoáng vật bauxit Táp Ná, %

Phương pháp phân tích Tên khoáng vật