cộng hòa x hội chủ nghĩa việt nam
Bộ công thơng
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim
Báo cáo tổng kết đề tài
NGHIấN CU KH NNG THU HI NIKEN
TRONG QUNG M CRễMIT
C NH-THANH HểA Chủ nhiệm đề tài: KS. Vũ tân cơ
6854
15/5/2008 thành phố H NI 2007
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

1
NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN 1. Vũ Tân Cơ Kỹ sư Tuyển khoáng
2. Chu Văn Hoàn Kỹ sư Tuyển khoáng

1.3. Những phương pháp tuyển quặng niken 9
1.4. Sơ lược về Mỏ Crômit Cổ Định Thanh Hoá 11
1.5. Yêu cầu về chất lượng quặng tinh niken 13
Chương 2 14
CHUẨN BỊ MẪU NGHIÊN CỨU 14
2.1. Mục tiêu và yêu cầu nghiên cứu: 14
2.2. Mẫu nghiên cứu 14
2.2.1. Gia công mẫu. 14
2.3. Nghiên cứu thành phần vật chất mẫu: 15
2.3.1. Phương pháp nghiên cứu: 15
2.3.2. Kết qủa nghiên cứu: 16
2.3.3. Nhận xét kết quả nghiên cứu thành phần vật chất mẫu. 19
Chương 3 20
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 20
3.1. Chế độ nghiền quặng 20
3.1.1. Thời gian nghiền. 20
3.1.2. Xác định chế độ nghiền 21
3.2. Thăm dò các phương án công nghệ. 23
3.2.1. Sơ đồ nung hoàn nguyên - tuyển từ. 23
3.2.2. Sơ đồ nung sunfua hóa – tuyển nổi 25
3.2.2.1. Xác định chất sunfua hóa 26
3.2.2.2. Xác định thời gian nung 27
3.2.2.2. Xác định chế độ nhiệt 29
3.2.3. Sơ đồ nung thiên tích – tuyển nổi. 30
3.2.3.1. Chế độ thuốc tuyển cho khâu tuyển nổi 30
3.2.3.2. Nghiên cứu thăm dò một số chế độ nung. 31
3.2.4 Thăm dò các khả năng hòa tách bằng axit. 33
3.2.5. Thăm dò các sơ đồ tuyển 34
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38
1. Kết luận. 38

Bảng 13. Kết quả tuyển nổi mẫu TT1 32
Bảng 14. Kết quả tuyển nổi mẫu TT2 32
Bảng 15. Kết quả tuyển nổi mẫu TT3 32
Bảng 16. Kết quả tuyển nổi mẫu TT4 33
Bảng 17. Kết quả tuyển nổi mẫu TT5 33
Bảng 18. Kết quả thí nghiệm hòa tách niken từ quặng crômit mỏ Cổ Định Thanh
Hóa. 34

Bảng 19. Kết quả thí nghiệm theo sơ đồ hình 12 35
Bảng 20. Kết quả phân tích ICP quặng tinh niken sơ đồ 1 35
Bảng 21. Kết quả thí nghiệm theo sơ đồ hình 13 37
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

4
Danh mục hình vẽ
Hình 1: Sử dụng niken trong các ngành công nghiệp khác nhau tại Mỹ 8

Hình 2: Sơ đồ gia công mẫu 15
Hình 3. Đường đặc tính độ hạt mẫu nghiên cứu 17
Hình 4: Đồ thị biểu diễn tương quan giữa độ mịn và thời gian nghiền 21
Hình 5: Sơ đồ thí nghiệm xác định chế độ nghiền 21
Hình 6: Ảnh hưởng của độ mịn nghiền tới chỉ tiêu tuyển. 23
Hình 7. Sơ đồ thí nghiệm nung từ hóa – tuyển từ 24
Hình 8. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hàm lượng và thực thu niken trong
quặng tinh niken 25

Hình 9. Sơ đồ thí nghiệm nung sunfua hóa – tuyển nổi 26
Hình 10. Ảnh hưởng của thời gian nung đến hàm lượng và thực thu niken trong

nhỏ và tập trung chủ yếu ở tỉnh Sơn La: Mỏ niken Bản Phúc (có khoảng 400.000
tấn niken và 50.000 tấn đồng, với hàm lượng Ni = 0.53 %, hàm lượng Cu = 0.7
– 1.63 %). Ngoài ra theo kết quả điều tra thăm dò địa chất, nước ta còn có
khoảng 3.1 triệu tấn niken tồn tại ở mỏ Crômit Cổ Định – Thanh Hóa.
Tuy nhiên với công nghệ hiện tại đang áp dụng sản xuất ở mỏ Crômit Cổ
Đị
nh Thanh Hóa mới chỉ thu hồi được quặng tinh crôm, chưa thu hồi được các
nguyên tố có ích đi kèm là niken, côban gây lãng phí và làm giảm hiệu quả sử
dụng tài nguyên.
Hiện nay nguồn cung cấp niken đã không đủ để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ
đang có xu hướng gia tăng. Dự trữ niken năm 2004 đã giảm hơn 20 %, xuống
chỉ còn 76 ngàn tấn, giá niken đến tháng 6 năm 2007 đã lên tới trên dưới 50.000
USD/tấn so với mức giá bình quân 8.800 USD/tấn củ
a năm 2003.
Để nâng cao giá trị kinh tế, tiềm năng của tài nguyên và đáp ứng nhu cầu
về chất lượng của nguyên liệu niken cho luyện kim, việc nghiên cứu các hướng
công nghệ tuyển, các khả năng thu hồi quặng tinh chứa niken đạt chất lượng tiêu
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

6
chuẩn cung cấp cho luyện kim nhằm thu hồi niken một cách có hiệu quả đối với
quặng mỏ Crômit Cổ Định trong bối cảnh hiện nay là hết sức cần thiết.
Đề tài “Nghiên cứu khả năng thu hồi niken trong quặng mỏ Crômit Cổ
Định Thanh Hóa” do Viện Khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim thực hiện
nhằm giải quyết hướng đi cho vấn đề trên.
Đề tài được triển khai tại Phòng Nghiên cứ
u công nghệ Tuyển khoáng
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim. Phân tích hóa các sản phẩm

S
8
và quặng laterit, thành phần chính của quặng có chứa niken là limônit
(Fe,Ni)O(OH) và garnierit (niken silicat ngậm nước
(Ni,Mg)
6
(Si
4
O
10
)(OH)
8
.4H
2
O).
Tùy thuộc vào quá trình thành tạo, các quặng sunfua niken được chia ra
làm các loại sau:
- Các loại quặng xâm nhiễm: Đây là loại phổ biến nhất trong các loại
quặng sunfua niken. Các khoáng vật sunfua trong các loại quặng này được phân
bố giữa các lớp ôlêvin, secpentin hóa và pirôxen.
- Các loại quặng hình dăm: Đây là các loại quặng giầu, hàm lượng niken
từ 2 đến 25%. Quặng phân bố ở các nếp gẫy của secpentin, philit…và nằm trong
các khối sunfua hạt mịn, bao gồm các khoáng pyrôtin, pentlandit, chancôpyrit.
- Các loại quặng
đặc xít: Các loại quặng đặc xít gần liền với quặng hình
dăm ở phần dưới của thân quặng, chúng gồm chủ yếu là pyrôtin, pentlandit và
chancôpyrit.
Các loại quặng niken silicat: Đây là đất đá rời và bùn phong hóa siêu
basic. Đặc trưng của loại này là hàm lượng niken không cao, thường nhỏ hơn
1% nhưng có trữ lượng rất lớn. Các khoáng vật chính của chúng là: Garnierit,

36%
Chế tạo máy
6%
CN dầu khí
6%
CN khác
10%
CN đồ gia
dụng
6%
Xây dựng
10%
Thiết bị điện
12%
Hoá chất
14%

Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

9
Thép không rỉ thường chứa 6 - 8% Ni (18 - 20% Cr) dùng làm vật liệu
chống ăn mòn và chống axit trong công nghiệp đóng tàu, thiết bị hoá học.
Hợp kim chịu nóng niken với crôm (niken là thành phần chủ yếu) là vật
liệu vô cùng quan trọng, được dùng để chế tạo cánh động cơ phản lực, ống chịu
nóng và nhiều chi tiết của máy bay phản lực và tuốc bin khí. Nicrôm là hợp kim


10
hóa khá nhanh so với các khoáng vật sunfua khác. Tính nổi của các khoáng vật
này được cải thiện rõ rệt khi kích động chúng bằng đồng sunfat. Nếu cho thêm
natri sunfua trước khi kích động bằng đồng sunfat sẽ làm tăng khả năng hấp phụ
của xantat lên bề mặt của pyrôtin và pentlandit.
Đối với quặng đồng – niken, các nhà máy tuyển khoáng trên thế giới hiện
nay thường áp dụng một trong 3 sơ đồ công nghệ sau:
- Tuyển tập hợp các khoáng vật đồng và niken từ quặ
ng đầu, bỏ qua việc
tuyển tách quặng tinh tập hợp.
- Tuyển tập hợp đồng và niken, sau đó tuyển tách riêng đồng và niken từ
quặng tinh tập hợp thành các quặng tinh riêng rẽ.
- Tuyển tách trực tiếp đồng rồi đến niken từ quặng đầu.
*) Công nghệ tuyển các loại quặng niken laterit.
Đối với quặng niken laterit có hàm lượng niken lớn hơn 0.7% đã có thể là
nguyên liệu cung cấp cho luyện kim (thủy luyện) để x
ử lý, thu hồi niken có hiệu
quả. Đại đa số các dự án tính cho khai thác chế biến quặng niken với hàm lượng
0.75-1.5% niken sử dụng công nghệ thủy luyện autoclav. Các dự án mới nhất
năm 2006 dự kiến khai thác, chế biến quặng niken nghèo với hàm lượng đến
0.5% niken và đều sử dụng công nghệ thủy luyện mới như Activox, PLASTON,
CESL …
Các khoáng vật chứa niken trong các quặng niken laterit thường gặp là
limônit (Fe,Ni)O(OH) và đa số ở dạng silicat ng
ậm nước, chủ yếu là garnierit
((Ni,Mg)
6
(Si
4

2
SO
4
đến
pH = 6 và tuyển nổi. Quặng tinh thu được chứa 4 – 8 % Ni, thực thu đạt 78 – 90
%. Với quặng niken laterit còn có thể dùng phương pháp nung khử - sunfua hóa
rồi tuyển nổi, với quặng niken bị oxy hóa chứa khoảng 1 % niken, đem nung
sunfua hóa ở nhiệt độ 750
0
C để thu được thiêu phẩm chủ yếu là sunfua niken.
Thiêu phẩm đem nghiền và tuyển nổi đã thu được quặng tinh chứa từ 2.2 – 2.6
% Ni với thực thu 84 – 89 %[2]. Việc áp dụng công đoạn nhiệt hóa sơ bộ có ý
nghĩa nhất định khi tuyển các loại quặng kim loại mầu và hiếm, người ta đã
nghiên cứu các phương pháp chuẩn bị nguyên liệu cho tuyển nổi quặng oxit
niken dựa trên sự hoàn nguyên quặng bằng bộ
t cốc hoặc than ở nhiệt độ 850 –
950
0
C với tiêu hao chất khử 6 – 10% so với khối lượng quặng và sau đó sunfua
hóa vật liệu đã được hoàn nguyên. Kết quả thí nghiệm bán công nghiệp ở xí
nghiệp liên hiệp Iujuralniken (Nga) khi tuyển quặng có hàm lượng 0.6 % Ni đã
nhận được quặng tinh tuyển nổi có hàm lượng niken từ 3 – 8 % với thực thu 80
– 85 %[5]. Quá trình gia công nhiệt nguyên liệu quặng trong một số trường hợp
sẽ làm tăng tính hòa tách chọn lọc các cấu tử có ích: Khi nung hoàn nguyên
quặng niken laterit của
Ấn độ có hàm lượng ~ 1 % Ni và 72.5 % oxit sắt, sau khi
hòa tách bằng axit đã thu được 86.6 % Ni trong dung dịch và chỉ có 4.7 % sắt.
1.4. Sơ lược về Mỏ Crômit Cổ Định Thanh Hoá.
Mỏ Crômit Cổ Định Thanh Hoá thuộc địa phận của hai huyện Nông Cống
và Triệu Sơn, cách thành phố Thanh Hoá khoảng 18 km, cách cảng Lê Môn 15

bình khoảng 3.5 m. Thành phần của lớp gồm cát và sét chiếm khoảng 60 – 85%,
cây mục khoảng 15 – 40%. Khoáng sản chủ yếu của mỏ là crômit, ngoài ra các
thành phần có ích đi kèm là Ni, Co và sét bentônit. Các khoáng vật thường gặ
p
gồm: Crômit, hêmatit, sidorit, magnetit, serpentinit, olevin, pyrôxen,
hocblen…Hàm lượng Cr
2
O
3
trung bình dao động từ 2.83 đến 4.80%. Hàm lượng
niken khoảng từ 0.39 – 0.64% và côban khoảng từ 0.035 – 0.059%.
Năm 1958 chính phủ Trung Quốc giúp đỡ Việt Nam xây dựng một nhà
máy tuyển khoáng với công nghệ tuyển trọng lực và khai thác bằng sức nước
với các thiết bị tuyển trọng lực thông thường bao gồm máy lắng, bàn đãi cát, bàn
đãi bùn, sàng song, sàng rung, hòm phân loại, phễu khử bùn, bể cô đặc, xyclon
với các chỉ tiêu thiết kế như sau: Năng suất quặ
ng nguyên 450000 t/năm; Hàm
lượng quặng đầu 3% Cr
2
O
3
; Hàm lượng quặng tinh ≥ 46% Cr
2
O
3
; Năng suất
quặng tinh 20 000 t/năm; Thực thu tuyển khoáng 70%.
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007


Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

14
Chương 2
CHUẨN BỊ MẪU NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu và yêu cầu nghiên cứu:
Nghiên cứu khả năng thu hồi quặng tinh niken có hàm lượng > 1.2 %
phục vụ cho luyện kim.
2.2. Mẫu nghiên cứu.
Do đặc điểm tồn tại của nike, trong quá trình tuyển niken đã đi vào quặng
thải nên mẫu nghiên cứu được lấy tại bãi thải của mỏ Crômit Cổ Định Thanh
Hóa. Mẫu có khối lượng 250 kg và có các thành phần khoáng vật cơ b
ản như
sau: Crômit, gơtit, hydroxit sắt, clorit, olevin, sét - kaolinit Các thành phần hoá
học chính của mẫu nghiên cứu được ghi trong bảng 2:
Bảng 2. Thành phần hóa học chủ yếu của mẫu nghiên cứu.
Thành phần Ni

Co

Fe
2
O
3
MgO SiO
2


2.3. Nghiên cứu thành phần vật chất mẫu:
2.3.1. Phương pháp nghiên cứu:
Mẫu nghiên cứu thành phần khoáng vật được lấy từ mẫu nghiên cứu
công nghệ tuyển khoáng. Đã áp dụng các phương pháp phân tích khác nhau
như: Phân tích thạch học, phân tích rơnghen để xác định thành phần vật chất
của mẫu nghiên cứu, ngoài ra còn sử dụng các phương pháp phân tích trọng
sa, phân tích cấ
p hạt, phân tích hóa để xác định thành phần khoáng vật,
thành phần hóa học và sự phân bố của các thành phần khoáng vật trong các
cấp hạt.
Mẫu đầu
1
/
4 M
ẫu
l
ưu
Mẫu NC TPVC

Cromit
< 1 ~1 ~1 ~1 ~1
Gơtit, hydroxit sắt
21 15 14 5 11

Từ bảng trên cho thấy sét – kaolinit chiếm chủ yếu trong mẫu, chiếm tới
khoảng 65 %, thứ đến là fenspat, thạch anh khoảng 13 % và các khoáng vật sắt
chiếm tới 12%, ngoài ra còn gặp một số khoáng vật khác như clorit, amfibol,
mỗi thứ chiếm khoảng từ 5 - 6 %, crômit đến xấp xỉ 1 %. Tên khoáng vật
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

17
Bảng 4: Kết quả nghiên cứu thành phần độ hạt mẫu nghiên cứu.
Hàm lượng, % Phân bổ, %
TT Cấp hạt, mm
Thu
hoạch, %
Ni Co Ni Co
1 - 5 + 2 12.73 0.59 0.058 13.29 14.55
2 - 2 + 1 12.43 0.74 0.048 16.18 11.76
3 - 1 + 0.5 15.01 0.57 0.046 15.06 13.61
4 - 0.5 + 0.04 26.24 0.57 0.056 26.41 28.96
5 - 0.04 33.59 0.49 0.047 29.06 31.12
Quặng đầu 100.00 0.57 0.051 100.00 100.00


40
50
60
70
80
90
100
- 5 + 2 - 2 + 1 - 1 + 0.5 - 0.5 + 0.04 - 0.04
Cấp hạt, mm
Thu hoạch, Phân bổ,
%
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
Hàm lượng,
%
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

18
Bảng 5. Kết quả phân tích ICP mẫu nghiên cứu.
Th. phần Ni

Co

Cr Fe

trắng xám, đôi khi có màu lục phớt xanh, tỷ tr
ọng của fenspat thấp, không có từ
tính và không tan trong axít.
Crômpicôtit: Khoáng vật chứa crôm trong mẫu là crômpicôtit, hầu hết
chúng ở dạng hạt tự do và chủ yếu tập trung cấp hạt - 0,5 mm, lượng cộng sinh
không đáng kể và nằm ở cấp hạt +2 mm. Các khoáng vật chứa crôm ở dạng này
đều có từ tính yếu, có một ít hạt có từ tính mạnh chúng bền vững trong axít.
Màu sắc của khoáng vật chứa crôm dễ nhận biết, chúng có màu đen ánh kim, b
ột
có màu nâu.
Nhóm sét - kaolinit: Sét – kaolinit có màu trắng, trắng đục, rất mềm và
thường xâm nhiễm với các hydroxit sắt, tập hợp này không bền vững trong axit
HCl. Khi dùng HCl hoà tan nhóm khoáng vật này thì hầu như các hydroxit sắt bị
tan, còn lại kaolinit và các khoáng vật khác không bị tác động bởi HCl.
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

19
Amfibol: Amfibol có màu trắng, trắng xám, ánh thủy tinh, tinh thể hình
kim, hình sợi. Amfibol thường cộng sinh với epdot, clorit, thạch anh, zoizit và
các khoáng vật khác.
Nhóm clorit: Clorit có nhiều điểm giống khoáng mica, cắt khai giống
mica, những vảy mỏng và dẻo không đàn hồi. Tỷ trọng của nhóm này thấp, màu
sắc tương đối đa dạng: Màu lục, đen lục, màu tím hoặc hồng.
2.3.3. Nhận xét kết quả nghiên cứu thành phần vật chất mẫu.
Các kết quả
nghiên cứu thành phần vật chất mẫu cho thấy khoáng vật chủ
yếu trong mẫu là sét – kaolinit, chiếm đến xấp xỉ 65 % và phân bố tăng dần từ
cấp hạt thô đến các cấp hạt mịn. Fenspat và thạch anh chiếm khoảng 13 %, tiếp

3.1.1. Thời gian nghiền.
Các thí nghiệm xác định thời gian nghiền quặng được thực hiện trong
máy nghiền bi sắt có dung tích 7 lít. Thời gian nghiền được xác định từ 10 phút
đến 26 phút với bước nhảy là 4 phút.
Kết quả xác định thời gian nghiền được nêu trong bảng 6 và hình 4.
Bảng 6: Kết quả nghiên cứu độ mịn phụ thuộc thời gian nghiền.
TT Thời gian nghiền, (ph) Thu hoạch cấp – 0,074 mm, (%)
1 10 74.93
2 14 81.47
3 18 85.45
4 22 89.12
5 26 91.87

Kết quả xác định thời gian nghiền cho thấy quặng crômit mỏ Cổ Định
Thanh Hóa thuộc loại tương đối dễ nghiền.
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

21
Hình 4: Đồ thị biểu diễn tương quan giữa độ mịn và thời gian nghiền.
50
60
70
80
90
100
10 14 18 22 26
Thời gian nghiền, (Phút)
Thu hoạch cấp -0,074 mm (%)

- Na
2
SiO
3
: 500 g/t
- Na
2
S: 400 g/t
- CuSO
4
: 200 g/t
- XT: 300 g/t
- DT: 100 g/t
Quặng tinh Ni
SP ngăn máy
Nghiền
Mẫu đã nun
g
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

22
Kết quả các thí nghiệm cho thấy độ mịn nghiền từ 85.45 % đến 89.12 %
cấp – 0.074 mm đã cho kết quả tốt. Điều này cũng chứng tỏ độ hạt cần thiết cho
tuyển nổi niken là tương đối mịn. Với độ mịn nghiền đến 85.45 % cấp –
0.074mm, quặng tinh niken thu được có hàm lượng Ni là 0.81 %, ứng với thực
thu niken là 20.70 %.
Bảng 7: Kết quả nghiên cứu độ mịn nghiền
Hàm l

-
89.12

Cộng
100.00 0.57 - 100.00
-
Quặng tinh
14.25 0.70 0.143 17.50 39.96
Quặng thải
85.75 0.55 0.036 82.50 60.04
91,87

Cộng
100.00 0.57 0.051 100.00 100.00
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

23
Hình 6: Ảnh hưởng của độ mịn nghiền tới chỉ tiêu tuyển.
Thực thu Ni
Hàm lượng
Ni
0
10
20
30

0
C.
Kết quả các thí nghiệm được ghi trong bảng 8.
Báo cáo tổng kết đề tài

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim Năm 2007

24
Hình 7. Sơ đồ thí nghiệm nung từ hóa – tuyển từ.
Bảng 8: Kết quả thu hồi niken bằng phương pháp nung hoàn nguyên kết hợp với
tuyển từ.
Hàm lượng,% Thực thu,%
Nhiệt độ
nung, (độ)
Sản phẩm

đầu
Nghiền – 0,1 mm