Tóm tắt Luận án tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu quá trình agglomerat hóa quặng urani và ứng dụng vào việc xử lý quặng urani vùng Pà Lừ - Pà Rồng bằng phương pháp hòa tách đống

Luận án nghiên cứu các vấn đề lý thuyết, thực nghiệm, xác định các thông số công nghệ thích hợp cho quá trình agglomerat hóa quặng urani, cũng xây dựng được cơ sở khoa học nhằm áp dụng và phát triển phương pháp agglomerat hóa quặng vào xử lý quặng urani bằng phương pháp hòa tách đống

VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM

Trần Thế Định

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH AGGLOMERAT HÓA

QUẬNG URANI VÀ ỨNG DỤNG VÀO VIỆC XỬ LÝ

QUẶNG URANI VÙNG PÀ LỪA - PÀ RÒNG BẰNG

Công trình được hoàn thành tại:

Viện Công nghệ hiếm — Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học:

1.PGS TS Thân Văn Liên, Viện Công nghệ xạ hiếm

2 GS.TS Phạm Văn Thiêm, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Phán.bi1ỂH se vases vase 2 maw s an i mans ea bạn

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Viện chấm luận án tiến sĩ

họp tại Hội trường tầng 3, Trung tâm Đào tạo hạt nhân —

Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam vào hồi giờ ngày tháng năm 2019

Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia,

- Thư viện Trung tâm Đào tạo hạt nhân

CAC CONG TRINH DA CONG BO LIEN QUAN DEN LUAN AN

1, Thân Văn Liên, Trần Thế Định (2015), Nghiên cứu quá trình agglomerate quặng urani nghèo, Tạp chí Khoa học và Công nghệ — Viện Hàn lâm KH&CNVN, ISSN 0866 708X, số 53 (4C), trang 160-168

2 Trần Thế Định, Thân Văn Liên, Phạm Thị Thủy Ngân (2017), Nghiên cứu xứ lý quặng urani vùng Pà Lờa - Pà Rỏng đã agglomerat hóa bằng phương pháp hòa tách đồng, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Bộ KH&CN, ISSN 1859 - 4794, s6 1B/2017, trang 48-52

3 Trần Thế Định, Thân Văn Liên, Phạm Minh Tuấn, Lê Quang Thái, Vũ Khắc Tuấn, Phạm

Thị Thủy Ngân, Nguyễn Hồng Hà, Lê Thị Hồng Hà, Trương Thị Ái, Nguyễn Quốc Hoàn, Hà Đình

Khải (2017), Nghiên cứu phương pháp hòa tách khuáy trộn đề xử lý quặng urani ving PA Lira - Pà Rồng, so sánh với phương pháp hòa tách đóng, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Bộ

KH&CN, ISSN 1859 - 4794, s6 11B/2017, trang 38-42

4 Trần Thế Định, Thân Văn Liên, Phạm Văn Thiêm (2019), Nghiên cứu xây dựng mô hình thống kê để tối ưu quá trình agglomerat hóa ứng dụng trong hòa tách đóng quặng urani, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Bộ KH&CN, ISSN 1859 - 4794, số 3B/2019, trang 48-52

5 Than Van Lien, Tran The Dinh, Nguyen Dinh Van, Nguyen Ba Tien, Nguyen Thi Kim Dung (2017), Pilot Study on Uranium Recovery from Vietnam low grade uranium sandstone ores by the heap leaching method, Hội nghị ALTA, Uranium — REE Proceedings, ALTA metallurgical Services Publications, Perth — Australia, ISBN: 978-0-9925094-9- 1,

MỞ DAU

Công nghệ xử lý quặng urani đã được nghiên cứu ở Việt Nam từ thập niên 70, 80 của thế kỷ trước tại các cơ sở nghiên cứu hàng đầu như: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Vật lý- Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Phòng thí nghiệm P70 — Bộ Cơ khí Luyện kim Viện 481 — Bộ Quốc phòng và đặc biệt là tại Viện Công nghệ xạ hiếm (Viện CNXH)- Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam Các kết quả đạt được có ý nghĩa nhất định về mặt khoa học và thực tiễn Tuy nhiên do yêu cầu mới về nhiệm vụ thăm dò đánh giá chỉ tiết tài nguyên quặng cát kết urani Nông Sơn, các kết quả trên phải được vận dụng vào những nghiên cứu ở quy mô lớn hơn, đủ sức đánh giá toàn diện các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đối với một khu vực

mỏ có triển vọng công nghiệp [6]

Hòa tách đống đã trở thành phương pháp được sử dụng rộng rãi trong việc xử lý các loại quặng

vàng, bạc, đồng và urani có hàm lượng thấp Quá trình hòa tách đòi hỏi khối quặng phải có độ thắm tương

đối tốt và hạt quặng phải có sự đồng đều để tránh việc tạo kênh của dong dung dich D6 thấm kém của đồng quặng là một trong những nguyên nhân có ảnh hưởng rất lớn tới quá trình hòa tách đống và hiệu suất hòa tách Độ thám kém, tức là dòng dung dịch chậm dẫn đến thời gian kéo dài, hơn nữa hiệu suất thu hồi cũng giảm do khối quặng không được làm ướt hoàn toàn Hạt mịn và sét có trong quặng là một trong những nguyên nhân chủ yếu làm giảm độ dẫn nước do các hạt mịn sẽ bịt kín các phần không gian trống của lớp

[22,23]

Quá trình agglomerat hóa thường được áp dụng cho quá trình phải xử lý quặng có nhiều hạt mịn và sét có thể liên kết thành những hạt lớn hơn qua công đoạn agglomerat Các yếu tố có ảnh hưởng nhiều tới quá trình agglomerat và chất lượng quá trình agglomerat là đặc điểm hạt quặng trước khi agglomerat hóa,

lượng axit và tiêu hao axit, độ âm [ 19,35]

Do vậy, quá trình agglomerat hóa là một trong những giải pháp có hiệu quả để nâng cao tính thấm của khối quặng, tăng cường phản ứng hòa tách trong phương pháp hòa tách đống quặng urani nghèo trên thế giới Đối tượng nghiên cứu cho quá trình agglomerat hóa chủ yếu là các loại quặng không đồng nhất có cầu trúc tơi xóp dễ gây tắc, quặng chứa sét, khó hòa tách và quá trình gia công sinh ra hạt mịn

Trong phương pháp hòa tách đống quặng urani, thì quá trình agglomerat hóa gồm các bước sau: quặng urani được gia công tới cỡ hạt thích hợp, sau đó agglomerat hóa phần hạt mịn hoặc toàn bộ trong thiết

bj aggomerat bang cach bé sung tác nhân hòa tach Quặng sau khi agglomerat hóa xong, được tạo đống và tiến hành theo phương pháp hòa tách đồng Bằng cách này, dung dịch axit ban đầu được trộn đều với các hạt quặng, hơn nữa một số sản phẩm phản ứng của các khoáng với axit và sự hydrat hóa làm cho các hạt mịn đính với các hạt lớn hơn tạo thành các tập hợp hạt tương đối đều nhau làm tăng đáng kề hiệu suất thu hồi urani [16]

Trên cơ sở phân tích các tài liệu đã công bố và tính khoa học cần giải quyết, Luận án: “Nghiên cứu quá trình agglomerat hóa quặng urani và ứng dụng vào việc xử lý quặng urani ving Pa Lira — Pa Rong bằng phương pháp hòa tách đồng”, được thực hiện với đối tượng nghiên cứu là quặng phong hóa, bán phong hóa vùng Pà Lừa - Pà Rồng, tỉnh Quảng Nam

* Nội dung nghiên cứu được thực hiện trong khuôn khổ luận án bao gồm:

* Xác định tính thấm của quặng urani ving Pa Lita — Pa Rong;

v_ Xây dựng mô hình thống kê quá trình agglomerat hóa quặng urani ving Pa Lira — Pa Rong

từ các số liệu thực nghiệm;

v_ Ứng dụng quá trình agglomerat hóa vào việc xử lý quặng urani vàng Pà Lừa - Pà Rồng bằng phương pháp hòa tách đồng từ quy mô PTN đến quy mô 500 kg/mẻ, 3000 kg/mẻ s* Mục tiêu của luận án:

Luận án nghiên cứu các vấn đề về lý thuyết, thực nghiệm, xác định các thông số công nghệ thích hợp cho quá trình agglomerat hóa quặng urani, cũng như xây dựng được cơ sở khoa học nhằm áp dụng và phát triển phương pháp agglomerat hóa quặng vào xử lý quặng urani bằng phương pháp hòa tách đống Đồng thời xây dựng mô hình thống kê quá trình agglomerat hóa quặng urani vùng Pà Lừa - Pà Rồng từ các số liệu thực nghiệm

s* Để thực hiện mục tiêu trên, luận án đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

* Phương pháp thực nghiệm và xử lý số liệu bằng mô hình thống kê;

v¥ Phuong pháp phân tích hóa học và vật lý đê đánh giá quá trình agglomerat hóa quặng và quá trình hòa tách quặng rdni

+ Đối tượng, phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của luận án là quặng urani phong hóa bán phong hóa vùng Pa Lira — Pa Rồng, tỉnh Quảng Nam

Các nghiên cứu được thực hiện từ Phòng thí nghiệm, sau đó áp dụng thử nghiệm và kiểm tra trên quy mô 500 kg/mẻ và 3000 kg/mẻ tại Viện CNXH

s*- Điểm mới của luận án:

Luận án là công trình khoa học đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu và phát triển phương pháp agglomerat hóa quặng urani nghèo có tính hệ thống bằng cách kết hợp 2 kỹ thuật hòa tách trộn ủ và hòa tách thấm trong phương pháp hòa tách đống Đồng thời xây dựng mô hình thống kê quá trình agglomerat hóa quặng urani vùng Pà Lừa — Pà Rồng từ các số liệu thực nghiệm

s*_ Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

Luận án đóng góp vào việc phát triển và ứng dụng phương pháp hòa tách đóng quặng urani Việt Nam

có sử dung quá trình agglomerat hóa quặng đầu vào để cải thiện tính thấm của quặng, tăng độ ồn định của đồng, nhất là khi triển khai ra quy mô lớn và cuối cùng là nâng cao hơn hiệu suất thu hồi urani, giảm thiếu tối đa hàm lượng urani trong bã quặng

Kết quả nghiên cứu của luận án có thể được sử dụng làm cơ sở cho các bước nghiên cứu tiếp theo dé đánh giá tài nguyên urani của Việt Nam cũng như để xử lý quặng urani ở quy mô lớn hơn

Chương I

TỎNG QUAN

1.1 Tổng quan về phương pháp hòa tách đống quặng urani

Công nghệ xử lý quặng urani kỹ thuật bao gồm nhiều công đoạn khác nhau Các công đoạn chính trong chu trình xử lý quặng để thu nhận urani kỹ thuật là chuẩn bị quặng, đập, nghiền (trừ hoà tách ngầm),

1.1.1 Phương pháp hòa tách đồng quặng urani [8,15,20,21,31,32,36,46,47]

1.1.2 Các quá trình diễn biến trong hòa tách đồng quặng urani [1,8,37-39,57]

1.2 Tính thấm của quặng và các yếu tố ảnh hưởng đến tính thấm của quặng [3,21,27,40,53,57,72]

Đặc trưng cơ bản của quá trình hòa tách đồng là quá trình thấm của tác nhân hòa tách vào quặng và quá trình thấm dung dịch chứa urani từ trong lòng hạt quặng ra bề mặt của nó Việc xác định các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ dung dịch đi qua lớp quặng là mục tiêu cơ bản của các thử nghiệm ban đầu và điều đó cho biết các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng dòng chảy là khả năng thấm của quặng Đã có nhiều công trình nghiên cứu về dòng chất lỏng đi qua phần trống xốp, nhưng theo phương pháp lý thuyết hoặc quan hệ thực nghiệm chung đều không tiên đoán chính xác quá trình thấm dung dịch qua lớp quặng Dòng dung dịch qua lớp quặng có th tuân theo dạng tổng quát của phương trình Darcy

Để nghiên cứu khả năng thấm, ta cần mô hình hóa các lỗ rỗng và khe nứt thành tập hợp các ống trụ tròn, khi đó dòng thấm được thay thế bằng dòng chảy trong ống Do quan hệ giữa dòng thấm và đường kính của các ống trụ tròn cũng như do tinh chất của vật liệu do sức cản mà chia ra lam hại loại là dòng chảy ròng

và dòng chảy rồi Trường hợp dòng chảy dòng, ta có định luật thầm Darcy (đây là định luật tuyến tính) [3]:

1.3.1 Quá trình agglomerat hóa quặng urani

Quá trình agglomerat có một số ưu điểm như làm tăng cường cấu trúc vật lý của đống quặng bằng cách giảm số lượng hạt quặng có kích thước bé [19] Chất kết dính trong quá trình agglomerat sẽ làm tăng cường sự liên kết các hạt với nhau bằng phương pháp hóa học hay phương pháp vật lý Trong hệ kiềm, hòa tách đồng quặng vàng và bạc, thường sử dụng xi mang Portland làm chất kết dính Đối với môi trường axit, thì axit H;SO¿ thường được sử dụng làm chất kết dính do dung dịch H;SO; là chất kết dính hiệu quả nhất cho

quá trình agglomerat Ngoài ra, axít HạSO¿ đậm đặc như một tác nhân ủ, kiểm soát tiêu tốn axit nhanh, đặc

biệt trong ngày đầu tiên hòa tách [22] Lợi thế của việc sử dụng axit H;SO, đặc trong quá trình agglomerat là phân bó trước dung dịch hòa tách đến thân quặng, thường làm tăng tốc độ và hiệu suất hòa tách ban đầu (Bouffard, 2005) [25]

1.3.2 Cơ chế liên kết của quá trình agglomerat

Quá trình agglomerat hóa là một quá trình mà ở đó các hạt liên kết với nhau thông qua một vài phương pháp Các phương pháp này được biết đến như là các cơ chế liên kết Các cơ chế liên kết của quá trình agglomerat hóa đã được các tác giả trước đây chia ra thành Š loại chính [19]:

3

1.3.2.1 Liên kết bắc cầu rắn

1.3.2.2 Liên kết bởi lực bám dính

1.3.2.3 Lực liên kết bề mặt và liên kết bởi áp sudt mao quan

1.3.2.4 Liên kết bởi lực hắp dân giữa các hạt rắn với nhau

1.3.2.5 Các liên kết đan xen nhau (liên động)

1.3.3 Cơ chế lớn lên của các hạt agglomerat hóa

Theo nhóm tác giả Bouffard và cộng sự [25,28], giai đoạn liên kết trong quá trình agglomerat hóa quặng có thể được phân thành 4 giai đoạn, xảy ra liên tiếp hoặc đồng thời: (1) Giai đoạn làm ướt; (2) Giai

đoạn phát triên; (3) Giai đoạn củng cố và (4) Giai đoạn làm vỡ, được minh họa trên các hình 1.10 đến 1.13

1.3.4 Các kỹ thuật đánh giá chất lượng agglomerat hóa

Chất lượng giai đoạn agglomerat có thể được định nghĩa trong thuật ngữ về sự phân bố cỡ hạt

agglomerat, d6 ẩm, độ bền hoặc tinh ổn định và độ rỗng bên trong (Bouffard 2005) [25] Để hoàn tắt việc

kiểm soát chất lượng giai đoạn agglomerat, một vài kỹ thuật đã được phát triển từ việc kiểm tra bằng tay đơn giản đến việc hòa tách thấm trên cột phức tạp hơn

1.3.4.1 Kiểm tra bằng tay

1.3.4.2 Phân bố cỡ hạt

1.3.4.3 Kiêm tra độ rơi

1.3.4.4 Kiểm tra độ chịu nén

1.3.4.5 Kiêm tra ngầm

1.3.4.6 Kiểm tra tính thấm

Tính thấm là một trong những thông số quan trọng nhất trong hòa tách đống Có 2 phương pháp kiểm tra tính thắm thông dụng mà được thực hiện trong PTN, đó là phương pháp xác định tính thấm theo cột nước không đổi (hình 1.15) va cột nước giảm dần (hình 1.16)

Hình 1.15 Thiết bị thí nghiệm theo phương Hình 1.16 Thiết bị thí nghiệm theo phương pháp cột

1.3.5 Ứng dụng quá trình agglomerat hóa trong phương pháp xử lý quặng urani theo phương pháp hòa tách đồng

1.3.5.1 Trên thế giới [33.38,40,41,52,55,58-60,70]

1.3.5.2 Ứng dụng tại Việt Nam [6,8,10,11-14,16,17]

Qua việc thực hiện các nghiên cứu tại Viện CNXH từ trước đến nay, có thể nói tất cả các kỹ thuật hòa tách quặng phô biến trên thế giới đều đã và đang được thử nghiệm tại Viện Từ các kết quả thu được qua nhiều năm nghiên cứu ở nhiều quy mô khác nhau đã khẳng định hòa tách đống là phương pháp có nhiều triển vọng để áp dụng xử lý quặng cát kết Việt Nam thu hồi urani kỹ thuật có hiệu quả kinh tế Một số nghiên cứu

về xây dựng mô hình thông kê mô tả quá trình hòa tách đồng nhiều bậc ngược chiều đã được thực hiện

Tuy nhiên việc xây dựng mô hình thống kê trên cơ sở lập ma trận quy hoạch thực nghiệm đối với quá trình hòa tách đống gặp nhiều khó khăn do khó điều khiển các điều kiện công nghệ, các quá trình xảy ra trong tiền trình hòa tách đóng liên quan rất nhiều đến đặc tính của quặng

Có quan điểm cho rằng, sử dụng hòa tách đồng như đã thử nghiệm là hợp lý nhất đối với loại quặng

cát kết khu vực Pà Lừa - Pà Rồng (ở quy mô thí nghiệm thì hiệu suất thu hồi urani là tương tự nhau, khi đó hòa tách đống có nhiều lợi thế hơn) Tuy nhiên, hiện nay nhiều cơ sở trên thế giới đã và đang chuyển từ việc

xử lý bằng phương pháp đống thông thường bằng hòa tách đống sau khi thêm công đoạn agglomerat không nhất thiết quặng đó có nhiều sét hay khó hòa tách không mặc dù có cơ sở do các công ty lớn đầy kinh nghiệm thực hiện Do đó có sử dụng giai đoạn agglomerat quặng đầu vào, tương tự như trong trộn ủ, nhưng

sử dụng axit có nồng độ thấp hơn nhằm giảm hàm lượng tạp chất trong dung dịch hòa tách, được cho là phù hợp với quặng cát kết khu vực Pà Lừa - Pà Rồng và cũng phù hợp với xu hướng trên thế giới hiện nay với loại quặng tương tự

1.4 Mô hình thống kê quá trình agglomerat hóa quặng - giai đoạn trung gian trong quá trình hòa tách đống quặng urani [2,8,9,29,30,62,71]

Mục đích của việc mô hình quá trình hòa tách đống là đề cải tiến việc thiết kế đồng và tối ưu vận hành của quá trình hòa tách đống cũng như tạo ra một công cụ có thể dự đoán hành vi của đống đang và sẽ hoạt động

Chính vì vậy, cần phải có những nghiên cứu thực hiện trong PTN và phát triển mô hình thống kê quá trình agglomerat quặng urani từ các số liệu thực nghiệm sau đó có thể sử dụng để chuyển quy mô đạt những kết quả mong đợi

1.4.1 Đại cương về mô hình hóa thực nghiệm đa nhân tổ [9]

1.4.2 Mô hình hoá thực nghiệm bậc 1 đây đủ [9]

1.5 Thông tin về đặc điểm quặng urani ving Pa Lira — Pa Rồng [5,6,10,15]

Quang urani mỏ Pà Lừa — Pà Rồng đang ở trong quá trình phong hoá hoá học và quặng ở hai dang chính là quặng CPH (quặng nguyên sinh, thường nằm ở lớp dưới cùng của thân quặng) và quặng PH (còn gọi

là quặng thứ sinh, nằm ở lớp trên cùng của thân quặng) Ngoài ra còn tồn tại một dạng quặng với số lượng ít hơn hai dạng chính trên đó là quặng BPH, dạng quặng này nằm xen kẹp ở lớp giữa và là dạng trung gian dang biến đổi từ quặng chưa phong hoá thành quặng phong hoá

Loại quặng urani PH của mỏ Pà Lừa - Pà Rồng là loại quặng phong hoá hoá học, loại quặng này chứa nhiều các khoáng vật sét Nói chung các khoáng vật sét là những khoáng vật phân tán rất nhỏ, kích thước hạt < 0.001 mm, có cấu trúc dạng lớp hấp thụ cation mạnh và thường có nguồn gốc trầm tích hoặc phong hoá Các hạt khoáng vật sét có kích thước rất mịn và siêu mịn khi gặp nước có đặc điểm là hút nước

nên dẻo, trương nở ra và dính kết vào nhau bịt kín không cho dung dịch hoá chất thẩm thấu qua các lớp

quặng hoặc các dung dịch hoá chất có thẩm thấu qua được các lớp quặng thì cũng mắt rất nhiều thời gian Kết luận chương I:

1 Quá trình hòa tách quặng urani theo phương pháp đống bằng axit là một quá trình rất phức tạp gồm nhiều quá trình riêng lẻ (phản ứng hòa tan, kết tủa, cân bằng và thuận nghịch, quá trình vận chuyền ) Các quá trình này diễn ra đồng thời, cả song song và nối tiếp nhau ở các quy mô khác nhau (quy mô hạt khoáng, hạt quặng/các agglomerat hay ở quy mô đồng) Các thông số của quá trình sẽ luôn thay đổi theo cả không gian, thời gian và phụ thuộc cả vào kích thước của thiết bị xử lý

2 Trong hòa tách đống quặng urani, các quá trình trên đều liên quan rất nhiều đến đặc tính tự nhiên của quặng (thành phần khoáng, phân bố của khoáng trong hạt quặng độ xốp, mức độ phong hóa, phân bố kích thước hạt, ) Các nghiên cứu về hòa tách quặng urani từ trước cho thấy các điều kiện công nghệ thực tế

chỉ có thể thay đổi trong một khoảng hẹp (tốc độ thấm, lưu lượng tưới

hoặc lại có giá trị quá rộng (phân

bố kích thước hạt) Trong khi các đặc tính này cần phải được coi như thông số vào của mô hình hoà tách là

một khó khăn không chỉ là vấn đề thời gian mà còn là các giá trị đại diện cho hàng triệu tấn quặng khi tiến

hành hòa tách đồng ở quy mô công nghiệp

3 Quặng cát kết thường ở 3 trạng thái: CPH, BPH và PH Quặng CPH có kết cấu rắn chắc, đặc sít khả năng thắm kém Quặng PH thường ở dạng bở rời, có khả năng thấm tốt hơn có độ xóp lớn hơn, đồng thời khả năng hấp phụ lớn hơn một cách rõ rệt so với quặng CPH Tính chất vật lý các dạng này ảnh hưởng đến tốc độ thám của tác nhân hòa tách vào trong lòng hạt quặng và tất nhiên ảnh hưởng đến tốc độ quá trình hòa tách urani từ quặng Còn quặng BPH là một loại quặng, nằm giữa 2 loại quặng CPH và PH kê trên

4 Quá trình agglomerat hóa là một trong những giải pháp có hiệu quả để nâng cao tính thấm của khối quặng, tăng cường phản ứng hòa tách trong phương pháp hòa tách đống quặng urani hàm lượng thấp trên thế giới trên quy mô sản xuất để xử lý các loại quặng nghèo chứa đồng, vàng hay urani, Đối tượng nghiên cứu cho quá trình agglomerat hóa chủ yếu là các loại quặng không đồng nhất có cấu trúc tơi xóp dễ gây tắc, quặng chứa sét, khó hòa tách và quá trình gia công sinh hạt mịn

5 Quá trình agglomerat hóa thông thường được sử dụng như một giai đoạn trung gian giữa giai đoạn đập quặng và tạo đồng quặng trước khi tiến hành hòa tách Các hạt mịn được gắn với các hạt thô hơn hoặc tự liên kết với nhau thành các hạt có kích thước lớn hơn trong quá trình agglomerat hóa Lợi ích của quá trình agglomerat hóa có thể được tóm tắt trong 3 điểm chính sau: cdi thiện cấu trúc vật lý của đóng, cải thiện động học hòa tách và làm giảm tác động môi trường

6 Trong phương pháp hòa tách đống quặng urani thì quá trình agglomerat hóa gồm các bước sau: quặng được gia công tới cỡ hạt thích hợp, sau đó agglomerat hóa trong thiết bị trống quay bằng cách thêm tác nhân chất kết dính (thường dùng là tác nhân hòa tách), sau đó được tạo đống và hòa tách theo phương pháp đồng

Như vậy, do những lợi ích mang lại của việc áp dụng quá trình agglomerat hóa quặng nói chung, và quặng urani nói riêng, với mục tiêu là xây dựng được mô hình thống kê quá trình agglomerat hóa quặng phục

vụ quá trình hòa tách đống quặng urani nghèo ving Pa Lira — Pa Rồng dựa trên những đặc điểm của chúng,

để từ đó có thể áp dụng tính toán chuyển quy mô và kiểm soát tốt chất lượng quá trình agglomerat hóa

quặng Việc tìm ra một phương trình hồi qui mô tả thực nghiệm diễn sự phụ thuộc giữa hiệu suất thu hồi urani và một vài yếu tố trong giai đoạn agglomerat hóa quặng (nồng độ axit, lượng axit và độ ẩm của khối quặng) sẽ giúp cho chúng có thể tối ưu được giai đoạn agglomerat hóa, loại bỏ những yếu tố không cân thiết

ảnh hưởng đến quá trình hòa tách đống.

Chương 2

ĐĨI TƯỢNG, THIẾT BỊ DỤNG CỤ, PHƯƠNG PHÁP

PHAN TICH VÀ THỰC NGHIỆM

Để thực hiện nội dung, luận án đã sử dụng các thiết bị, hĩa chất, dụng cụ và phương pháp nghiên cứu sau:

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Quang urani ving Pa Lira —Pa Rong (Quang Nam), được lấy và gia cơng đến kích thước thích hợp cho quá trình xử lý bằng phương pháp hịa tách đống Quặng được dùng trong các thí nghiệm nghiên cứu là loại phong hĩa và bán phong hĩa

Bảng 2.1 Tỷ lệ các cấp hạt quăng nguyên liệu sau khi gia cơng

2.2 Hĩa chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm

Trên cơ sở nghiên cứu tài liệu của nước ngồi cũng như kinh nghiệm thực tế, nhĩm nghiên cứu đã cùng với Cơng ty Cổ phần Cơng nghệ Vật liệu và Thiết bị Bách khoa Hà Nội - Trường Đại học Bách khoa

Hà Nội tính tốn, thiết kế và chế tạo hệ thiết bị agglomerat phục vụ nghiên cứu

Ngồi thiết bị àglomerat hĩa, cịn sử dụng các thiết bị và dụng cụ khác như: máy đập hàm Hịa Phát (Việt Nam), máy đập hàm Trung Quốc, máy đập trục máy xiết đĩa, máy nghiền, máy trộn mẫu (Mỹ) Các thùng chứa, ống dẫn, bơm dung dịch cĩ bộ phận điều chỉnh tốc độ hãng Cole-Parmer (MY), Model No 7553-

75, máy đo pH 540 GLP (WTW) của Đức, máy đo thế oxy hĩa khử

Hĩa chất sử dụng là: axit HạSO¿ 98% (Kỹ thuật, Việt Nam) và MnO; 85% (Kỹ thuật, Việt Nam) Thực hiện quá trình hịa tách đồng quặng và kiểm chứng thực nghiệm các thơng số cơng nghệ được thực hiện trên hệ các thiết bị dạng cột nhựa PVC: D_cột = 0,075 m, H= 0,37m; D cột = 0,105 m, H= 1,0

m; D_c6t = 0,2 m, H = 2,0 m va D_cét = 0,315 m H = 6,0 m Bể hịa tách 3 tan cĩ chiều cao 2,0 m chiều

rong 1,15 m va chiều dài 1.15 m cĩ một cửa rong 0,8 m dé nạp và tháo quặng

2.3 Phương pháp thực nghiệm

- Thực nghiệm xác định tính thắm của quặng urani vùng Pà Lừa - Pa Rong

- Phương pháp xác định độ am

- Phương pháp xác định khả năng giữ nước của quặng

- Khảo sát quá trình agglomerat

- Xác định sự phân bĩ của các cấp hạt ở những điều kiện agglomerat hĩa khác nhau

- Xác định độ nén của hạt quặng

- Khảo sát quá trình hịa tách đồng quặng urani đã agglomerat hĩa và quặng chưa agglomerat hĩa.

- Phương pháp xây dựng mô hình thông kê quá trình agglomerat hóa quặng urani ving Pa Lita — Pa Rong

2.4 Phuong phap phan tich

Để xác định hàm lượng urani và các nguyên tố khác đã sử dụng các phương pháp phân tích như phương pháp phân tích trắc quang trên máy SPECTRONIC 20D (Spectronic instruments, USA), phương pháp chuẩn độ urani bằng K;Cr:O; (Davis and Gray method), phương pháp phân tích phổ khối Plasma cam

ứng ICP-MS Agilent 7500a

2.4.1 Xác định urani bằng phương pháp huỳnh quang tia X [7,10,11,24]

2.4.2 Phân tích urani bằng phương pháp trắc quang [7,10,11,50]

2.4.3 Phương pháp khói phổ plasma cảm ứng (ICP-MS) [7.10,11,18,50]

3.4.4 Phân tích U trong yelloweake theo phương pháp chuẩn độ [7.10.11.24]

Chương 3

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Xác định tính thấm của quặng urani ving Pa Lira — Pa Rồng

Đối với quá trình hòa đồng, khả năng thấm và giữ nước của quặng là yếu tố quyết định đến toàn bộ quá trình, do vậy việc xác định các đặc điểm vật lý của quặng theo các kích thước hạt khác nhau là rất quan trọng Kích thước hạt và khả năng thấm của quặng có ảnh hưởng lớn đến khả năng giữ nước của quặng,

Bảng 3.1 Khả năng giữ nước của các loại quặng theo cấp hạt

Với quặng BPH: ygp= 39,72 e°”'* [3.1] và quặng PH: ypu= 36,55 e°°* [3.2]

Từ kết quả thực nghiệm trên về khả năng giữ nước của từng cấp hạt, kết hợp với tỷ lệ khối lượng của từng cấp hạt trong các mẫu thực nghiệm ta có thể sơ bộ tính toán xác định khả năng giữ nước của từng mẫu

Nhận xét: Khi tính toán khả năng giữ nước của một khối lượng quặng, thì có thể tính toán trên cơ sở khả năng giữ nước của các cấp hạt quặng được xếp thành từng lớp riêng rẽ, còn trong thực tế phân bố và vị trí của các cấp hạt có kích thước khác nhau trong cột quặng là rất khác nhau và điều này sẽ ảnh hưởng rất lớn

để khả năng giữ nước cụ thể của từng cột quặng

Khả năng giữ nước của các cấp hạt khác nhau, của từng loại quặng khác nhau ở đây cụ thể là quặng

PH và BPH là rất khác nhau Khả năng giữ nước tăng khi kích thước hạt càng nhỏ và xốp, trong đó quặng

PH xốp hơn nên lượng nước chui vào các mao quản nhiều hơn do đó giữ nước càng nhiều Trong thực tế không thẻ phân loại từng cấp hạt để xử lý riêng mà thường sử dụng quặng có phân bố hỗn hợp, tùy từng loại quặng mà khả năng giữ nước và thể tích trống sẽ có sự khác nhau, như bang 3.1

Sau hòa tách, các thông số vật lý của bã quặng BPH và PH biến đổi so với ban đầu các hạt quặng vỡ

ra nên sự phân bố cấp hạt đã thay đổi, tỷ lệ phần bã mịn tăng lên làm cho khả năng giữ nước của tăng lên và tổng thể tích trống giảm đi Tuy nhiên, loại quặng PH có biến đổi mạnh hơn do các hạt quặng bị vỡ vụn nhiều hơn so với quặng BPH

3.1.1 Thí nghiệm với quặng urani đã được agglomerat hóa

Tốc độ tưới cũng có ảnh hưởng tới mức độ nén của khối quặng Các số liệu trong bảng 3.5 (với độ

cao lớp quặng khoảng 0,8 -1,0 m) chỉ ra rằng khi tốc độ tưới càng lớn thì mức độ nén của lớp bã càng tăng Đặc biệt, khi ngâm toàn bộ khối bã ngập trong dung dịch thì mức độ nén đạt cực đại (giảm tới 22 % so với khi mới nạp vào cột) và cũng có hiện tượng tắc cột Điều này có thể do khi tốc độ dòng lớn thì sẽ càng đây các hạt quặng và cuốn các hạt mịn xuống phía đáy cột Đối với trường hợp ngâm, các hạt rất mịn sẽ bị lắng chậm nhất và chúng có thể tập trung trong vùng nào đó và có thể tạo thành một màng chắc như một pítông

đủ để ngăn can dòng dung dịch gây tắc

3.1.2 Kết quả thí nghiệm xác định hệ số thắm đối với quặng urani

Quặng được gia công có kích thước hạt < Iem Thí nghiệm được tiến hành với một áp lực, hiệu mực nước trong ống đo áp là AH = 25 em, chiều cao của cột quặng I = 15 em, diện tích tiết diện mẫu œ = œ.4” (cm?) (R=2 cm) Quan hệ giữa lưu lượng và hệ số thấm k thể hiện theo công thức sau: Q = k.AH.øœ/I Kết quả được nêu trong bảng 3.6 và 3.7

* Nhận xét chung:

1 Từ kết quả thực nghiệm có thể xác định trước một số thông số đối với quặng ở nhiều điều kiện

khác nhau (các cột có tiết diện khác nhau, trên bẻ có diện tích khác nhau, chiều cao lớp quặng thay đôi, tốc

độ tưới thay đổi) đều cho thấy thẻ tích dung dịch lưu giữ biến đổi không nhiều chiếm khoảng 17 - 23 % so với thể tích lớp quặng, thể tích dung dịch di chuyền khá ôn định chiếm khoảng 3 - 6 % thể tích lớp quặng

Kết quả này là phù hợp khi so sánh với tài liệu đã công bó trước đây

2 Khả năng giữ nước của khối quặng và lượng nước lưu giữ thực tế có sai số từ 1.4 - 9,9 % Thong

số khả năng giữ nước phụ thuộc trước hết là bản chất quặng, phân bố của các cấp hạt khác nhau trong đống

và bản thân quá trình xây dựng đồng

3 Thực nghiệm cho thấy, trong quá trình hòa tách, khả năng giữ nước của quặng sẽ thay đổi, do quá trình hòa tách làm tan một số thành phần khoáng, sét, gây vỡ các hạt quặng, làm giảm kích thước hạt, thay đổi độ xốp cũng như làm biến đổi các mao quản trong hạt quặng, Khả năng giữ nước của lớp quặng trong những lần xử lý cuối có xu hướng giảm đi, tuy nhiên thực tế có thể chủ động duy trì lượng dung dịch hòa tách cấp vào là không đổi, điều này hoàn toàn thực hiện được và nó sẽ chỉ làm tăng lượng dung dịch hòa tách

bị lưu giữ lại ở không gian giữa các hạt quặng lên Hệ số thám đối với quặng BPH dao động trong khoảng từ: 0/0139 — 0.0141 (cm/s) và quặng PH dao động trong khoảng từ: 0.000113 — 0,000119 (em/s) phụ thuộc vào kích thước hạt quặng,

3.2 Xây dựng mô hình thống kê quá trình agglomerat hóa quặng urani vùng Pà Lừa - Pà Rồng từ các

số liệu thực nghiệm

3.2.1 Nghiên cứu các yếu tổ ảnh hướng đến quá trình agglomerat hóa quặng urani vùng Pà Lừa - Pà Rồng 3.2.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố trong quá trình agglomerat hóa đối với quặng PH tới hiệu suất thu hồi urani bằng phương pháp hòa tách đồng

a Nghiên cứu ảnh hưởng tiêu hao axit dùng cho quá trình agglomerat hóa đến hiệu suất thu hôi urani bằng phương pháp hòa tách đồng

Thí nghiệm được tiến hành như sau: Cân 10 kg quặng đã được gia công, bổ sung thém MnO, 85 % (4 kg/tan), sau đó trộn đều Khảo sát với lượng axit thay đổi: 10, 15, 20 kg H;SO,/tấn quặng; nồng độ axit

250 g/l; độ âm là 8 % Sau khi agglomerat hóa xong toàn bộ, dem tiền hành hòa tách đống trên cột Kết quả cho thấy với tiêu hao axit là 20 kg/tan quặng (cho giai đoạn agglomerat hóa) cho hiệu suất thu hồi urani đạt 85,49 % (bang 3.8)

b Nghiên cứu ảnh hưởng nông độ axit dùng cho quá trình agglomerat hóa đến hiệu suất thu hôi urani bằng phương pháp hòa tách đồng

Thí nghiệm được tiến hành như sau: Cân 10 kg quặng đã được gia céng, bé sung thém MnO, 85 %

(4 kg/tấn), sau đó trộn đều Tiến hành khảo sát với nồng độ axit thay đổi: 200, 250, 300 g/; tiêu hao axit 20

kg/tấn quặng (cho giai đoạn agglomerat hóa): độ âm là 8 % Sau khi agglomerat hóa xong toàn bộ, đem tiến hành hòa tách đống trên cột Kết quả cho thấy với nồng độ axit là 300 g/1 cho hiệu suất thu hồi urani đạt 88,5

% (xem bảng 3.9)

10