ĐẠI HỌC QƯÓC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN
• • •
TÊN ĐÈ TÀI:
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÁCH
LÀM GIÀU CHROMITE TRONG MẪU KHOÁNG
CÔ ĐỊNH, THANH HÓA
MÃ SỐ: QT-09-62
CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI: NGUYỄN NGỌC MINH
HÀ NỘI - 2010
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN
• • • •
* * * * * * * * *
TÊN ĐÈ TÀI:
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÁCH
VÀ LÀM GIÀU CHROMITE TRONG MÃƯ KHOÁNG SÉT
CỔ ĐỊNH, THANH HÓA
MÃ SỐ: QT-09-62
CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI: NGUYỀN NGỌC MINH
I OAI HOC ^U Ố C G ia hã ị jõ
TRUNG TÂM THÕNG TỈN THU VIỆN
rÕÕÕẽOÕọộrỉM
HÀ NỘI-2010
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN
■k-k-k-k-k-k-k-k-k
TÊN ĐÈ TÀI:
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÁCH
VÀ LÀM GIÀU CHROMITE TRONG MẪU KHOÁNG SÉT
CỔ ĐỊNH, THANH HÓA

II. 2. ỉ. Chuân bị dung dịch sét bentonite 10
ỉỉ.2.2. Chuán bị axit humic
10
//. 2.3. Thí nghiệm phân tán trong ong nghiệm I I
II. 2.4. Thí nghiệm phân tán trẽn cột lắng
12
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN c ứ u VÀ THẢO LUẬN 14
III. 1. Một sổ tính chất lý - hóa cơ bản của mẫu khoáng sét nghiên cứu
.
14
111.2. Ảnh hưởng của một số yếu tố hóa lv cơ ban đến sự phân tán của khoáng sét
bentonite 15
111.2. ỉ. Anh hưởng cùa p tì 15
111.2.2. Anh hưởng của các cation

16
111.2.3. Anh hưởng cùa chât hữu cơ (axit humic)

18
111.3. Thí nghiệm tăng hiệu xuất tách khoáng sét ra khòi Chromite trên cột lẳng trong
môi trường kiềm và sự có mặt của AH 20
111.4. Mô hình thực nghiệm tách bentonite ra khòi Chromite 21
KÉT LUẬN 24
TÀI LIỆU THAM KHẢO 25
PHỤ LỤ C 29
1
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hĩnh 1. Bãi quặng crôm c ổ Định nham nhở những “hố bom ”
Hình 15. Hiệu suất tách các cấp hạt trên cột lắng ở pH 8, 9, 10 và pH 9

21
Hình 16. Mô hình dây chuyền tách Bentonite ra khỏi Chromite 22
DANH MỤC CÁC CHỮ VIÉT TẮT
AH: axit humic
CEC: dung tích trao đổi cation
CHC: chất hữu cơ
DOM: chất hữu cơ hoà tan
me: mili đương lượng
OM: chất hữu cơ
T%: độ truyền qua
BÁO CÁO TÓM TẤT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
Tên đề tài: Nghiên cứu phương pháp tách và làm giàu chromite trong mâu
khoáng sét Cô Định, Thanh Hóa
Mã số: QT-09-62
Chủ trì để tài: TS. Nguyễn Ngọc Minh
Các cán bộ tham gia: PGS. TS. Licu Đức Hải
CN. Nguvễn Xuân Huân
sV. Nguyên Phước Câm Liên
sv. Hoàng Thị Thanh Hiếu
Mục tiêu và nội dung nghiên cứu:
Mỏ sa khoáng chromite tại mỏ khoáng c ổ Định - Thanh Hóa được phát hiện năm
1927 với trữ lượng thăm dò khoảng 21 triệu tẩn và bắt đầu khai thác từ năm I93Ữ.
Tuy nhiên, do lượng bentonite lân trong mâu quặng là khả lớn nên quá trình khai
thác chromite còn gặp nhiều khó khăn. Bentonite và chromite có kích thước khác
nhau khác nhau do đó có thê được phân tách theo phương pháp lẳng trọng lực. Tuy
nhiên, với đặc tính cơ bản cùa bentonite như trương nở, dẻo, dính và keo lang

. arió MI tu TAUỎna
SUM M AR Y
Project’s tittle: Investigation o f extraction and enrichment for Cromite in clay
mineral sample in Co Dinh, Thanh Hoa
Code: QT-09-62
Project leader: Dr. Nguyen Ngoe Minh
Project’s participants: Prof.Dr. Luu Due Hai
BSc. Nguyen Xuan Huan
Stu. Nguyen Phuoc Cam Lien
Stu. Hoang Thi Thanh Hieu
Objectives and contents:
In Vietnam, bentonite has mainly been exploited from Di Link (Lam Dong) and Co
Dinh (Thanh Hoa) mining areas. Large amount o f bentonite was found to locate
with chromite ore. Taking all bentonite in mining sludge released from chromite
production can provide huge benefits. However, low productivity o f separation by
gravity sedimentation was frequently observed. This study is to identify influences o f
pH, cations and humic (HA) acid on dispersion ofbentonit and seek fo r solutions to
improve bentonite separation productivity. Dispersions o f bentonite have been
conducted in test-tubes and in sedimentation columns at different conditions (pH
changes; presences o f cations and organic anion). Flocculation rates was measured
by gravimetric and transmission (with spectrophotometer) (Lagaly et al., Ì997).
Scientific results:
In mud containing bentonite, clay fraction (< 2fum) contributes 7% and coaser
fraction builds upto 93%. Test-tube experiments have shown that increases o f pH
and HA concentration can significantly accelerate clay dispersion. In the column
experiment, it is found that clay amount separated by sedimentation increased from
3.1 - 13.3% with a change in pH from 7 to 10. At pH 9, in an addition o f HA (to
reach a target concentration o f 50 mg V 1) clay amount separated by sedimentation
increases from 7.1 to 13.9%. 0H~ concentration, HA play a role as factor to
accelerate clay dispersion, and improve the separation between chromite and

sét tăng lên dẫn đến sự hình thành các liên kết giữa các hạt theo kiểu bề mặt - rìa -
bề mặt để hình thành những đoàn lạp có kích thước lớn hơn ( Van Olphen. 1977), do
đó sự phân tán của các hạt trong dung dịch eiảm đi. Khi pH > 5 lưới điện tích bề
mặt của hạt sét trở nên âm điện hơn. các hạt sét có xu hướne đấy nhau do tích điện
cùng dấu. Kết quả là sự phân tán các hạt sét trong duna dịch được duv trì lâu hơn.
1
Ảnh hưởng của các anion hữu cơ đến sự phân tán khoáng sét cũng đã được đè cập
trong nhiều nghiên cứu (Shanmuganathan và Oades, 1983; Penner và Lagaly, 2001;
Frenkel và nnk, 1992). Tejada và Gonzalez (2007) đã chứng minh các anion hữu cơ
làm giảm tính ổn định của cấu trúc đất. AH mang điện tích âm bị hấp phụ trên bê
mặt sét làm giảm khả năng keo tụ của sét. Khi pH tăng, AH âm điện hơn do đó càng
làm cản trở sự keo tụ của sét (Nguyễn Ngọc Minh và nnk, 2009).
pH và AH có khả năng tác động trực tiếp đến đặc tính lý - hóa học trên bề mặt của
bentonite. Do đó, các thí nghiệm trong ống nghiệm và cột lẳng được tiến hành ở các
giá trị pH và nồng độ AH khác nhau nhằm tìm ra khoảng pH, nồng độ AH tối ưu
cho quá trình tách bentonite từ quặng chromite. Bên cạnh đó, một mô hình lý thuyết
được đề xuất nhằm cải thiện hiệu suất tách bentonite ra khỏi quặng chromite.
CH Ư Ơ NG I. TỎ N G Q UAN T À I LIỆU
1.1. Điều kiện tự nhiên, các hoạt động khai thác Chromite và khoáng sét đi kèm
tại c ể Định, Thanh Hóa
1.1.1. Điều kiện tự nhiên tại khu vực khai khoáng cổ Định - Thanh Hóa
Duyên hải miền Trung bao gồm vùng duvên hải Bắc Trung Bộ (các tình Thanh
Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế) và duyên hải
Nam Trung Bộ (thành phố Đà Nang, các tỉnh Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định,
Phú Yên, Khánh Hoà, Ninh Thuận và Bình Thuận). Khối núi Bạch Mã - nơi có đèo
Hải Vân, được coi là ranh giới tự nhiên giữa hai vùng trên.
Đây là một lãnh thổ hẹp theo chiều Đông - Tây, nhưng lại kéo dài theo chiều Bắc -
Nam, với sự phân hoá khá rõ của các điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên,
của dân cư - dân tộc, điều kiện lịch sử cho phép phát triển cơ cấu kinh tế nhiều
ngành để khai thác có hiệu quả nhất sự khác biệt lãnh thổ đó.

Tại các dự án này tiến độ xây dựng rất chậm. Các dự án còn lại mặc dù đã được cấp
giấy chứng nhận đầu tư hoặc giao đất nhưng vẫn chưa triển khai hoặc triển khai rất
chậm, điển hình là Nhà máy sản xuất ferocrom JindaL Nông cống.
Tình trạng trên dẫn đến công tác bảo vệ vùng mỏ gặp khó khăn và luôn nóng bỏng
tình trạng quặng tặc khai thác lúc công khai, lúc lén lút và vận chuyển quặng trái
phép bán ra nước ngoài.
Tháng 9-2006, Thủ tướng Chính phủ đã chỉ đạo UBND tỉnh thanh Hóa tăng cường
chế biến sâu, hạn chế xuất khẩu quặng thô để nâng cao giá trị sản phẩm. Đồng thời,
trong 2 năm 2007 và 2008, Phó Thủ tướng Chính phủ Hoàng Trung Hải liên tiếp ký
2 văn bản số 6098/VPCP- CN ngày 25-10-2007 và 5479/VPCP-KTN ngày 21-8-
2008 về việc thăm dò, khai thác, chế biến chromite tại Thanh Hóa. Trong đó, Phó
Thủ tướng đã nêu rõ: "Bộ Công thương chủ trL phối họp với Bộ Tài neuvên và Môi
trường và ƯBND tỉnh Thanh Hóa chỉ đạo Tập đoàn Cône nghiệp than khoáng sản
Việt Nam (TKV) phối hợp với các doanh nghiệp địa phương tại tinh Thanh Hóa
khẩn trương hoàn thành việc thăm dò quặna chromite trên diện tích 23 km2 tại khu
4
Tinh Mễ - An Thượng (thuộc huyện Triệu Sơn và Nông cống tỉnh Thanh Hóa).
Ngoài ra, ƯBND tỉnh Thanh Hóa còn có nhiệm vụ chỉ đạo Công ty c ổ phần Nam
Việt hợp tác, liên kết với TKV và các doanh nghiệp địa phương của tỉnh sớm thăm
dò, khai thác và chế biến quặng cromit tại khu mỏ cổ Định” .
H ình 1. B ãi quặng crôm c ồ Định nham nhở những “hố bom ”
H ình 2. Khai thác quặng trái phép ở vùng mỏ chromite c ỏ Định
(ảnh: Baothanhhoa.vn)
5
Tuy nhiên, tính đến thời điểm hiện nay, trong số 6 doanh nghiệp đang được UBND
tỉnh Thanh Hoá giao quản lý, bảo vệ để đầu tư xây dựng nhà máy chế biến, thì mới
có 3 dự án được khởi công xây dựng. Bao gồm các nhà máy Ferocrom Nam Việt,
Ferocrom Tân Ninh tại huyện Triệu Sơn, Nhà máy Ferocrom Thanh Hóa tại Khu
kinh tế Nghi Sơn. Điều đáng nói, tại các dự án này, tiến độ xâv dựng rất chậm, do
đó dẫn đến tình trạng nhiều người dân lén lút khai thác chromite trái phép để bán

người dân và tình trạng “không lối thoát’’ như hiện nay.
1.2. Ảnh hưởng của một số yếu tố hóa lý tói tính chất của khoáng sét bentonite
Ảnh hưởng của sự thay đổi pH đến sự phân tán khoáng sét đa được nghiên cứu
nhiều trên thế giới. Sự thay đổi pH tác động trực tiếp lên các vị trí rìa của các hạt sét
(edge surface), nơi chứa các nhóm OH‘ có khả năng cho nhận proton tùy theo pH
của môi trường. Khi pH giảm xuống dưới 5, điện tích dương trên bề mặt rìa khoáng
sét tăng lên dẫn đến sự hình thành các liên kết giữa các hạt theo kiểu ‘bề mặt - rìa -
bề mặt’ để hình thành những đoàn lạp có kích thước lớn hơn
( Van Olphen, 1977),
do đó sự phân tán của các hạt trong dung dịch giảm đi. Khi pH > 5 lưới điện tích bề
mặt của hạt sét trở nên âm điện hơn, các hạt sét có xu hướng đẩy nhau do tích điện
cùng dấu. Ket quả là sự phân tán các hạt sét trong dung dịch được duy trì lâu hơn.
Hình 3. Cấu trúc ‘card house ’ hình thành trong môi trường có phản ứng axit
Các cation có khả năng tác độne đên sự phân tán của sét thông qua cơ chế trung hòa
điện tích bề mặt và làm giảm lớp điện kép của các hạt sét. Sự có mặt của các cation
hóa trị cao hơn trong dung dịch thường làm cho sét bị keo tụ nhanh hơn. Nguyễn
7
Ngọc Minh và nnk (2009) đã chứng mình ràng các cation tác động đến tốc độ keo
lắng của mẫu khoáng sét (chứa chủ yếu illit) theo thứ tự cation hóa trị III > hóa trị II
> hóa trị I.
Bulk solution
Gouy plane V * _ *
Diffuselayer * +
Shear plane - ‘x 4
Stern piano - < + w -\
- : Í Ỵ _ ■ Yj,\- - -
r - " Y “ ;V : :
+ . _ • V > +- ỉ
+ \ “ - \ ~4*/ĩ
Net negative - V - V / /

mặt sét làm giảm khả năne keo tụ của sét. Khi pH tãng, AH âm điện hơn do đó càng
làm cản trở sự keo tụ của sét.
9
C H Ư Ơ NG II. ĐỐ I TƯỢ N G VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ử u
II. 1. Đối tượng nghiên cứu
Mầu bùn thải từ quá trình khai thác chromite tại cổ Định - Thanh Hóa vào tháng 1
năm 2009. Mau bùn có phản ứng chua nhẹ (pH|<ci: 6,4), hàm lượng chất hữu cơ (xác
định theo phương pháp Walkley - Black) thấp (1,95%), dung tích trao đổi cation
(xác định theo phương pháp Schachtschabel) tương đối cao (144 me lOOg'1)
II.2. Phương pháp nghiên cứu
Phân tích m ột số chỉ tiêu trong phòng thí nghiệm:
pHK(> mẫu đất đirợc ngâm với KC1 IN (1:5) và đo bang pH meter
CHC: xác định theo phương pháp Walkley-Black
CEC: xác định theo phương pháp Schatschabel
Cr và Fe tổng số được công phá bàng hỗn hợp cường thủy và đo trên máy AAS
11.2.1. Chuẩn bị dung dịch sét bentonite
Sét bentonite sử dụng trong thí nghiệm với ống nghiệm được tách ra từ mẫu bùn
theo phương pháp gạn lắng trọng lực trong dung dịch. lOg mầu bùn được lẳc với 1L
nước cất trên máy lắc trong 24h. Sau đó mẫu được chuyển vào cột lăng (h = 40cm).
Cấp hạt sét (< 2 |um) có thời gian lắng lâu hơn và được tách ra khỏi dung dịch thông
qua một ổng hút (hút ờ độ sâu 30 cm sau 23hl 1' tính từ khi mẫu được phân tán
trong cột lẳng). Dung dịch chứa sét bentonit được pha loãng với nước cất để tạo
dung dịch làm việc (*) có chứa lượng sét 50 mg m L '1.
ỉl.2.2. Chuẩn bị axit humic
Axit humic (AH) được tách chiết bằng phương pháp Swift (1996) cải tiến. Mầu đất
được lắc qua đêm với duns dịch tách chiết là NaOH 0.0IM. Phần dung dịch chứa
AH được lọc qua giấy lọc. sau đó được xử lý với bàng HCI 0.0IM. Dung dịch chứa
10
kết tủa (humic) được để lắng qua đêm ở nhiệt độ phòng. Kết tủa chứa AH được tách
ra bằng phương pháp lọc kết tủa trên giấy lọc, sau đó tiếp tục rửa kết tủa nhiều lần

dựa trên khối lượng cấp hạt < 2ụm được tách ra khởi cột lắng sau thời gian 23hl r.
12
H ình 7. Phân tản mẫu bùn chứa chromite trên cột lẳng
13
C H Ư Ơ N G III. K Ế T Q UẢ NG H IÊ N c ứ u VÀ T H Ả O LUẬN
III.l. Một số tính chất lý — hóa cơ bản của mẫu khoáng sét nghiên cửu
Mầu bentonite nghiên cứu có phản ứng chua nhẹ (pH|<ci: 6,4). và hàm lượng chất
hữu cơ tương đối thấp (OM: 1,9%) (Bảng 1). Khả năng trao đổi cation của mẫu
khoáng sét tương đối lớn (144 me ỈOOg'1) cho thấy bentonite c ổ Định rất có tiềm
năng sử dụng trong lĩnh vực cải tạo đất và xử lý chất ô nhiễm.
Bảng 1. Một số thông số hóa - lý cơ bản của mẫu khoáng sét
__
______________bentonite c ổ Định - Thanh Hóa
OM
CEC
Fe
(%)
me lOOg' 1
(%)
1.9 144
0.9
Kết quả tách chiết các cấp hạt với nước cất ở pH 7 cho thấy hàm lượng sét (< 2|am)
trong mẫu nghiên cứu khá nhỏ (6,7%). Nghiên cứu của Trần Khải và Trần Kông
Tấu (2002) cũng cho thấy hàm lượng sét trong mẫu khoáng sét mỏ c ổ Định -
Thanh Hóa chỉ dao động từ 4,0 đến 9,0%. Với hàm lượng sét như vậy thì đây là
mẫu nghèo sét. cấp hạt có kích thước 2 - 6,3 Ịim chiếm 14,6%, trong khi đó cấp hạt
6,3 - 20 |itn chiếm 17,2% và cấp hạt > 20 |um chiếm đến 61,4% (Bảng 2, Hình 5).
Bảng 2. Thành phần phần trăm các cấp hạt trong mẫu khoáng sét nghiên cứu
Cấp hạt >20p.m 20-6.3 jim 6.3 - 2ụvt\ <2nm
61,4 17,2 14.6 6,1

0 9 0.6
0
I I [— 1
> 20
6,3-20 2-6,3 < 2
Kích thước cấp hạt (um)
H ình 9. Phân bố hàm lượng Cr trong các cấp hạt
III.2. Ảnh hưởng của một số yếu tố hóa lý CO’ bản đến sự phân tán của khoáng
sét bentonite
111.2.1. Ảnh hưởng của pH
Kết quả thí nghiệm cho thấy phản ứng phân tán cùa mẫu sét cổ Định - Thanh Hóa
là rất khác nhau ở các giá trị pH khác nhau (hình 7). Trong môi trường có phàn ứng
15