CÔNG NGHỆ TUYỂN THU HỒI QUẶNG TINH BẠC TỪ NGUỒN BÃ THẢI CỦA QUÁ TRÌNH ĐIỆN PHÂN KẼM CỦA CÔNG TY CỔ PHẦN KIM LOẠI MÀU THÁI NGUYÊN

Nguyễn Thị Hồng Gấm, Đỗ Thị Như Quỳnh, Dương Văn Sự*, Trần Văn Long, Vũ Thị Ngàn**

* Công ty CP Tư vấn Công nghệ và Thiết bị Mỏ – Luyện kim, Số 23, ngõ 210, đường Ngọc Hồi, Hà Nội; Phone: 0942170333;

Email: gamnguyen@gavaq.com.vn

** Công ty cổ phần Kim loại màu Thái Nguyên – VIMICO

TÓM TẮT:

Công ty Cổ phần Kim loại màu Thái Nguyên (VIMICO) và Công ty Cổ phần Tư vấn Công nghệ và thiết bị Mỏ – Luyện kim (GAVAQ) phối hợp cùng Phòng Thí nghiệm trọng điểm Công nghệ lọc hóa dầu thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ và thiết bị thu hồi kim loại nặng Ag, Cd, Zn, Pb từ nguồn khoáng sản thứ sinh của quá trình sản xuất kẽm kim loại từ quặng tinh kẽm trong nước”. Đề tài đã nghiên cứu thành công trong phòng thí nghiệm và đã tiến hành tuyển thử nghiệm mẫu bã thải sắt trên dây chuyền tuyển quy mô pilot của VIMICO. Kết quả nghiên cứu đã xác lập được công nghệ tuyển thu nhận quặng tinh chứa Ag với hệ số làm giàu bạc lên gấp hơn 6,0 lần, từ 610,38 g Ag/t lên 3.703,05 g Ag/t. Với kết quả này hai Công ty đã cộng tác, phối hợp thiết kế, chế tạo và lắp đặt dây chuyền công nghệ tuyển thu hồi quặng tinh bạc quy mô công nghiệp tại Nhà máy kẽm điện phân Thái Nguyên.

Từ khóa: quặng đuôi bã thải; bã thải sắt; khoáng sản thứ sinh; quặng tinh bạc, tuyển nổi bạc.

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

Nhà máy Kẽm điện phân Thái Nguyên thuộc Công ty Cổ phần Kim loại màu Thái Nguyên – VIMICO sử dụng công nghệ thủy luyện với nguồn nguyên liệu đầu vào chủ yếu là quặng tinh kẽm sunfua. Trong quá trình sản xuất điện phân kẽm kim loại từ năm 2008 đến nay Nhà máy tạo ra nguồn bã thải (bã thải sắt) với sản lượng 15-20 tấn/ngày. Đây là nguồn khoáng sản thứ sinh chứa nhiều nguyên tố kim loại nặng có ích cũng như nhiều hóa chất độc hại – sắt (18-25 % TFe₂O₃), kẽm (6-8 % Zn), chì (~7,0 % Pb), cadimi (~0,1 % Cd) và đặc biệt có chứa bạc với hàm lượng 500-900 gam/tấn.

Trước đây đã có nhiều đơn vị hợp tác lấy mẫu nghiên cứu nhằm thu hồi các thành phần có ích này, nhưng chưa có phương án xử lý hiệu quả, do đó, đến nay khối lượng bã thải vẫn đang được tồn trữ trong kho chứa của Nhà máy ngày càng nhiều, ước tính khoảng trên 50.000 tấn, chiếm diện tích nhà xưởng, tồn đọng ô nhiễm môi trường và không tận thu tối đa được nguồn tài nguyên có ích. Ông Trần Văn Long, Giám đốc Công ty Cổ phần Kim loại màu Thái Nguyên chia sẻ: “Nhà máy có tồn lại một lượng bã sắt rất lớn, trên 50.000 tấn hiện đang lưu trữ trong các kho, rất lãng phí… Thấy bên Trung Quốc người ta tuyển thu được bạc, xử lý được môi trường. Chúng ta cũng nghiên cứu thử xem…”. Xuất phát từ nhu cầu thực tế của Doanh nghiệp, Công ty Cổ phần Tư vấn Công nghệ và Thiết bị Mỏ luyện kim (Công ty GAVAQ) đã phối hợp cùng với Công ty Cổ phần Kim loại màu Thái Nguyên – VIMICO và Phòng Thí nghiệm trọng điểm Công nghệ lọc hóa dầu đăng ký thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ và thiết bị thu hồi kim loại nặng Ag, Cd, Zn, Pb từ nguồn khoáng sản thứ sinh của quá trình sản xuất kẽm kim loại từ quặng tinh kẽm trong nước”. Trong đó, một nhánh nghiên cứu công nghệ tuyển nổi thu hồi quặng tinh bạc là phần việc mà Công ty GAVAQ được phân công chủ trì thực hiện. Đề tài nằm trong “Chương trình khoa học và công nghệ trọng điểm cấp quốc gia phục vụ đổi mới, hiện đại hóa công nghệ khai thác và chế biến khoáng sản đến năm 2025” thực hiện Đề án “Đổi mới và hiện đại hoá công nghệ trong ngành công nghiệp khai khoáng đến năm 2025”.

II. CÁCH TIẾP CẬN NGHIÊN CỨU

Để hoàn thành được mục tiêu, ngay sau khi đề tài được phê duyệt, Công ty GAVAQ đã khẩn trương phối hợp cùng với Công ty Cổ phần Kim loại màu Thái Nguyên – VIMICO đi tham quan học hỏi kinh nghiệm tuyển bạc trong các nhà máy điện phân kẽm ở Trung Quốc. Trong chuyến đi học tập kinh nghiệm ở Nhà máy kẽm tại Vân Nam, đã được tham quan dây chuyền tuyển bạc từ bã sắt nhà máy điện phân kẽm, tại đây, người ta đã tuyển từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, với hàm lượng Ag trong quặng đầu thấp hơn nguồn bã quặng của Công ty Cổ phần Kim loại màu Thái Nguyên. Nguyên liệu cấp về nhà máy, được đưa vào thùng khuấy để rửa trung hòa axit và cấp lên thùng khuấy tiếp xúc thuốc tuyển. Sau khi khuấy tiếp xúc, nguyên liệu bã sắt chứa Ag được cấp vào dây chuyền tuyển nổi gồm 1 khâu tuyển chính, 2 khâu tuyển vét, 3 khâu tuyển tinh. Sản phẩm quặng tinh bạc thu được có hàm lượng trên 3000 g/t với mức thực thu khoảng 60-70%. Tại chuyến đi Trung Quốc, các đối tác cũng chia sẻ kinh nghiệm, thuốc tuyển để nhóm thực hiện mang về thử với đối tượng nghiên cứu.

 Hình 1. Hình ảnh chuyến tham quan tại Trung Quốc

Sau khi có chuyến đi tham quan, học tập kinh nghiệm tại Trung Quốc, nhóm nghiên cứu tiếp tục học tập kinh nghiệm từ các đối tác Balan khi họ có chuyến thăm và làm việc tại GAVAQ thông qua sự giới thiệu đặc biệt của Phó Giáo sư, Tiễn sĩ. Nguyễn Thị Hoài Nga- Trưởng phòng Hợp tác Quốc tế, Trường Đại học Mỏ – Địa chất. Tại buổi làm việc nhỏ, hai bên đã chia sẻ kinh nghiệm tuyển đối tượng Bạc và cùng nhau tiến hành một số thí nghiệm tại phòng thí nghiệm của GAVAQ.

Theo lời mời của Viện kim loại màu Lukasiewicz-IMN, Ba Lan, Đoàn công tác GAVAQ và VIMICO đã được tham quan thực tế đến nhà máy tuyển – luyện kẽm ZGH Bolesław Olkusz. Nhà máy điện phân kẽm với công suất 155.000 tấn kẽm/năm, nguồn nguyên liệu bao gồm cả đuôi thải của nhà máy tuyển và phế liệu. Nhà máy có mức độ tự động hóa rất cao, dây chuyền điện phân kẽm được thực hiện hoàn toàn tự động, có robot thay thế con người trong nhà máy, cũng là nơi cho các doanh nghiệp Việt Nam học hỏi, ứng dụng.

Hình 2. Hình ảnh buổi làm việc tại GAVAQ

Trong chuyến công tác, Đoàn GAVAQ đã đến thăm và làm việc với Viện kim loại màu Lukasiewicz-IMN, Ba Lan. Tại đây, Đoàn đã được tham quan các trung tâm nghiên cứu của Viện với quy mô từ phòng thí nghiệm tới pilot trong lĩnh vực tuyển khoáng và luyện kim. Chia sẻ kinh nghiệm với GAVAQ, ông Lukasz Skrzypiec, Giám đốc Trung tâm Tuyển khoáng đã giới thiệu các lĩnh vực của Viện, từ nghiên cứu đến thực tế sản xuất. Đặc biệt những vấn đề liên quan đến thu hồi kim loại quý từ đuôi thải như: đồng, chì, kẽm, vàng, bạc…

Hình 3. Hình ảnh tham quan tại Nhà máy điện phân kẽm – Balan.

III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

III.1. Thành phần vật chất mẫu bã thải sắt

Nguồn bã thải sắt của Nhà máy Kẽm điện phân Thái Nguyên có hai loại là loại đã lưu kho lâu năm gọi là bã thải sắt lưu kho (LK) và nguồn được thải ra trong thời gian gần đây của Nhà máy gọi là bã thải sắt mới (M). Cả hai loại bã thải sắt có thành phần vật chất phức tạp, đặc biệt là có rất nhiều hóa chất độc hại đi kèm, cấp hạt mịn chiếm tỷ lệ rất lớn (cấp -0,023 mm đều > 55,0 %) – Điều này sẽ gây khó khăn rất nhiều khi áp dụng phương pháp tuyển nổi.

 Kết quả phân tích hóa đa nguyên tố, phân tích rơnghen và phân tích thành phần độ hạt cùng phân bố kim loại trong hai mẫu bã thải sắt tương ứng được nêu trong Bảng 1, Bảng 2 và Bảng 3.

Bảng 1: Kết quả phân tích hóa đa nguyên tố

Hàm lượng các nguyên tố, %
TFe2O3	CaO	Zn	Cu	Cd	Pb	Ag (g/t)	MnO	Ba
I – Mẫu bã thải sắt lưu kho
21,88	10,06	5,24	0,11	0,17	5,03	587,93	0,50	1,19
II – Mẫu bã thải sắt mới
25,47	–	7,64	0,07	0,11	4,83	621,28	0,61	–

Bảng 2: Kết quả phân tích thành phần độ hạt và phân bố các kim loại chính

TT	Cấp hạt, mm	Thu hoạch, %		Hàm lượng			Phân bố Ag, %
		Bộ phận	Lũy tích	Zn, %	Pb, %	Ag, g/t	Bộ phận	Lũy tích
I – Mẫu bã thải sắt lưu kho
1	+ 1,0	0,12	100,00	0,00	0,00	0,00	0,00	100,00
2	– 1,0 + 0,2	3,23	99,88	2,46	3,46	334,22	1,84	100,00
3	-0,2+0,1	15,99	96,65	2,03	1,97	225,85	6,14	98,16
4	-0,1+0,04	19,74	80,66	2,73	1,73	223,69	7,51	92,02
5	-0,04+0,023	4,34	60,92	5,27	2,85	486,17	3,59	84,51
6	-0,023	56,58	56,58	6,85	7,21	840,87	80,92	80,92
Quặng đầu bã sắt lưu kho		100,00	–	5,05	4,97	587,93	100,00	–
II – Mẫu bã thải sắt mới
1	+ 1,0	0,24	100,00	0,00	0,00	0,00	0,00	100,00
2	– 1,0 + 0,2	5,00	99,76	3,72	1,77	224,88	1,81	100,00
3	-0,2+0,1	12,13	94,76	3,37	1,38	141,27	2,76	98,19
4	-0,1+0,04	10,59	82,62	5,08	1,61	302,71	5,16	95,43
5	-0,04+0,023	4,46	72,04	8,54	2,13	598,29	4,29	90,27
6	-0,023	67,58	67,58	9,07	6,38	790,41	85,98	85,98
Quặng đầu bã sắt mới		100,00	–	7,64	4,83	621,28	100,00	–

Bảng 3: Kết quả phân tích thành phần khoáng vật

TT	Thành phần khoáng vật	Khoảng hàm lượng (~%)
		Mẫu bã thải sắt lưu kho	Mẫu bã thải sắt mới
1	Magnetite – Fe3O4	3 – 5	3 – 5
2	Beudantile – PbFe3.3[(As,S)O4].2(OH)6 Plumbo Jarosite – PbFe6(SO4)4(OH)12 Jarosite – KFe3(SO4)2(OH)6	47 – 49	41 – 43
3	Anglesite – PbSO4	1 – 3	1 – 3
4	Galenit – PbS	1 – 3	1 – 3
5	Sphalerit – ZnS	8 – 10	10 – 12
6	Thạch cao – CaSO4(H2O)0,5	25 – 27	18 – 20
7	Anhydrite – CaSO4	2 – 4	13 – 15
8	Thạch anh – SiO2	1 – 3	1 – 3
9	Felspat	≤ 1	≤ 1
10	Khoáng vật khác (mica, pyrite)	3 – 5	3 – 5

Nhận xét:
Kết quả nghiên cứu phân tích thành phần vật chất cho thấy tính chất hai mẫu không quá khác biệt, mà rất tương đồng nhau:

• Hàm lượng các chất có ích cũng như hàm lượng các khoáng vật tương đương nhau.
• Cấp hạt mịn -0,023 mm trong cả 2 mẫu đều chiếm tỷ lệ rất cao. Các kim loại có ích cần thu hồi đều chủ yếu nằm trong cấp -0,023 mm, đặc biệt là hàm lượng bạc đều > 790 g/t với mức phân bố > 80,0 %.
• Cấp hạt +1,0 mm không chứa các kim loại cần thu hồi, nhưng do cấp hạt này có thu hoạch rất nhỏ < 0,24 % nên khi tuyển không cần tách cấp hạt này ra.
  Với các đặc điểm thành phần vật chất như trên và cả hai mẫu chứa rất nhiều hóa chất của quá trình thủy luyện, nên đều thuộc dạng khó tuyển.

III.2. Kết quả nghiên cứu tuyển quy mô phòng thí nghiệm

Hai mẫu bã thải sắt với đặc điểm thành phần vật chất như trên và có nguồn gốc hình thành từ quặng tinh sulfua kẽm. Cả hai mẫu đều chứa rất nhiều hóa chất của quá trình thủy luyện, đặc biệt là mẫu bã thải sắt lưu kho với thời gian lưu kho rất dài, các hóa chất đã phản ứng với nhau và với các dung dịch bùn quặng… Tạo thành lớp phức chất hóa học rất bền vững bám dính, bao phủ lên bề mặt các hạt khoáng.
Với đặc điểm thành phần vật chất hai mẫu như trên, trước khi tuyển nổi đề tài đã xử lý mẫu lưu kho bằng biện pháp chà sát hiệu quả, nhằm phá tan lớp phức chất hóa học bền vững bề mặt các hạt khoáng.

Bảng 4: Kết quả định hướng tuyển nổi hai mẫu bã thải sắt

TT	Sản phẩm	Thu hoạch, %	Hàm lượng Ag, g/t	Thực thu Ag, %
I – Mẫu bã thải sắt lưu kho
1	Quặng tinh Ag thô (QT-LK)	7,70	2.859,10	37,45
2	Quặng đuôi (QĐ-LK)	92,30	398,46	62,55
Quặng vào		100,00	587,93	100,00
II – Mẫu bã thải sắt mới
3	Quặng tinh bạc thô (QT-M)	10,79	3.582,92	62,23
4	Quặng đuôi (QĐ-M)	89,21	263,07	37,77
Quặng vào		100,00	621,28	100,00

Sản phẩm quặng tinh bạc của cả hai mẫu với hàm lượng như Bảng 4 đều có thể cung cấp cho khâu luyện kim để thu hồi bạc kim loại (phương pháp hỏa luyện hoặc thủy luyện). Tuy nhiên, từ kết quả nghiên cứu ở Bảng 4 cho thấy mức thực thu Ag từ mẫu bã thải sắt lưu kho thấp, chỉ bằng một nửa so với tuyển mẫu bã thải sắt tươi. Nếu tuyển riêng rẽ mẫu sắt lưu kho thì không hiệu quả. Vì vậy, đơn vị nghiên cứu quyết định xem xét, lựa chọn phương án nghiên cứu thí nghiệm tuyển phối trộn hai mẫu với ba tỷ lệ khối lượng khác nhau là M/LK = 30/70; 50/50 và 70/50.

Khi phối trộn hai mẫu với nhau có thể các hạt khoáng trong hai mẫu có cơ chế “hỗ trợ và bổ sung” cho nhau khi tiếp xúc với các loại thuốc tuyển. Một điểm nữa là khi phối trộn sẽ tối ưu công nghệ và nâng cao chất sản phẩm tuyển, thu hồi tối đa các nguyên tố có ích cũng như giải quyết tình trạng tồn kho ô nhiễm môi trường tốt hơn.

Bảng 5: Kết quả thí nghiệm tuyển nổi vòng kín mẫu phối trộn

TT	Tỷ lệ phối trộn M/LK	Sản phẩm	Thu hoạch, %	Hàm lượng Ag, g/t	Thực thu Ag, %
1	M/LK = 30/70	Quặng tinh Ag	9,32	3.314,90	51,67
		Quặng đuôi	90,68	318,69	48,33
		Quặng vào	100.00	597,94	100.00
2	M/LK = 50/50	Quặng tinh Ag	11,86	3.684,55	72,28
		Quặng đuôi	88,14	190,17	27,72
		Quặng vào	100.00	604,61	100.00
3	M/LK = 70/30	Quặng tinh Ag	12,09	3.866,97	76,48
		Quặng đuôi	87,91	163,53	23,52
		Quặng vào	100.00	611,28	100.00

Kết quả thí nghiệm tuyển nêu ở Bảng trên cho thấy tỷ lệ phối trộn tối ưu nhất của hai mẫu là M/LK = 70/30, với tỷ lệ này cho hiệu quả tuyển (hàm lượng và thực thu Ag trong quặng tinh đạt được) cao nhất. Tuy nhiên, để xử lý nhanh và tối đa nguồn nguyên liệu cũng như vấn đề nan giải về môi trường của mẫu bã thải sắt lưu kho từ rất nhiều năm nay. Với độ chênh lệch kết quả tuyển không quá nhiều giữa hai mẫu có tỷ lệ phối trộn M/LK = 50/50 và M/LK = 70/30 – Đề tài lựa chọn phối trộn hai mẫu bã sắt với tỷ lệ M/LK = 50/50 làm mẫu quặng chung đầu vào cho tất cả các thí nghiệm tuyển.

III.4. Kết quả triển khai nghiên cứu tuyển quy mô pilot

Sơ đồ công nghệ tuyển quy mô pilot được ấn định như sơ đồ công nghệ tuyển nổi vòng kín mẫu phối trộn và với quặng đầu vào được phối trộn với tỷ lệ M/LK = 50/50. Kết quả thí nghiệm tuyển nổi quy mô pilot được nêu trong Bảng 6.

Bảng 6: Kết quả thí nghiệm tuyển nổi quy mô pilot

TT	Sản phẩm	Thu hoạch, %	Hàm lượng Ag, g/t	Thực thu Ag, %
1	Quặng tinh bạc	11,33	3.703,05	68,74
2	Quặng đuôi	88,67	215,21	31,26
Quặng đầu		100,00	610,38	100,00

Kết quả thử nghiệm quy mô pilot rất khả quan. Quặng tinh có hàm lượng bạc 3703,05 g/t với mức thực thu 68,74 %.

Với kết quả nghiên cứu thành công ở quy mô phòng thí nghiệm và quy mô pilot như trên, Công ty CP Kim loại màu Thái Nguyên đã quyết định đầu tư dây chuyền tuyển nổi bạc đặt tại Nhà máy kẽm điện phân Thái Nguyên. Thiết bị của dây chuyền do GAVAQ chế tạo, lắp đặt. Kết quả chạy thử dây chuyền cho thấy, sản phẩm tinh quặng bạc có hàm lượng cao hơn so với kêt quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và pilot. Đây là kết quả bước đầu, đang trong thời gian chạy thử dây chuyền và đào tạo công nhân, rõ ràng là một kết quả rất tốt. Một số hình ảnh của dây chuyền tuyển nổi bạc, quy mô công nghiệp được lắp đặt tại Công ty Cổ phần Kim loại màu Thái Nguyên nêu tại Hình 5.

Hình 5. Dây chuyền tuyển nổi bạc tại Công ty cổ phần Kim loại màu Thái Nguyên – VIMICO

IV. KẾT LUẬN

Đề tài đã nghiên cứu và ứng dụng thành công công nghệ tuyển nổi để thu hồi bạc từ bã thải sắt – nguồn khoáng sản thứ sinh phát sinh trong quá trình điện phân kẽm của Nhà máy Kẽm điện phân Thái Nguyên. Kết quả thí nghiệm tuyển ở quy mô pilot cho thấy với tỷ lệ phối trộn 2 loại bã thải mới và bã thải lưu kho theo tỉ lệ 50/50, hiệu quả tuyển đạt được khá cao, quặng tinh bạc đạt hàm lượng Ag trên 3.700 g/t, thực thu Ag gần 69%.

Trên cơ sở đó, dây chuyền tuyển nổi quy mô công nghiệp đã được lắp đặt và vận hành tại Nhà máy Kẽm điện phân Thái Nguyên, bước đầu cho kết quả rất tốt. Kết quả này không chỉ tận thu hiệu quả kim loại quý mà còn góp phần xử lý tồn kho chất thải, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, và nâng cao giá trị sử dụng tài nguyên trong nước./.