1. Phương pháp xử lý một số loại quặng

1.1. Quặng sắt

 Để xử lý quặng sắt có từ tính yếu, cỡ hạt mịn người ta thường dùng phương pháp tuyển nổi thuận hay nghịch, song phương pháp này chỉ thích hợp với quặng martit và specularit, còn với các loại quặng sắt từ tính yếu khác, chứa nhiều slam và muối hoà tan dùng tuyển nổi sẽ không hiệu quả. Với loại quặng này, nên nung từ hoá để chuyển các khoáng vật sắt có từ tính yếu thành manhêtit hoặc machemit sau đem tuyển từ bằng máy có cường độ từ trường thấp sẽ có nhiều ưu điểm không chỉ ở khâu tuyển mà cả trong quá trình nghiền và lọc tinh quặng. Nung từ hoá quặng sắt được thực hiện trong môi trường khử yếu, ở nhiệt độ 600 – 700 độ C; chất khử có thể ở dạng rắn (than) hoặc dạng khí (H₂, CO). Quá trình nung từ hoá đặc biệt có hiệu quả để xử lý quặng mangan nghèo chứa nhiều sắt vì sau khi nung, oxyt sắt biến thành manhêtit còn khoáng vật mangan ở dạng oxyt mangan; sau khi tuyển từ sẽ thu được sản phẩm có từ là sắt, còn sản phẩm không từ là mangan.

Với quặng sắt ở dạng silicat chất lượng thấp, chứa nhiều các hạt rất mịn, dùng quá trình tuyển cơ giới thông thường và nung từ hoá không hiệu quả, người ta phải dùng phương pháp khử trực tiếp bằng cách nung quặng đã được đập với chất khử rắn ở nhiệt độ 1250 – 1300 độ C, khi đó sắt bị khử và dính lại với nhau thành hạt lớn và xỉ lốp. Quặng sau khi nung được làm nguội rồi đem tuyển từ sẽ thu được các hạt lớn chứa 88 – 97% Fe với thực thu sắt đạt trên 90%.

1.2. Quặng kim loại màu

- Quặng đồng bị oxy hoá: Quặng đồng bị oxy hoá thường được xử lý bằng phương pháp hoà tách hoặc phương pháp tuyển nổi, song một số quặng không xử lý được do nó chứa quá nhiều slam, khoáng vật sét và đất đá canxit làm tăng rất lớn chi phí axit. Để xử lý quặng này nên dùng quá trình nung thiên tích bằng cách nung quặng với một lượng nhỏ muối và chất khử dạng rắn ở nhiệt độ khoảng 750 độ C; khi nung, đồng chứa trong quặng bị bốc hơi ở dạng clorua đồng và bám dính lên bề mặt chất khử rắn, tại đó nó được khử thành đồng kim loại, những hạt đồng sau khi nung thiên tích được thu hồi bằng tuyển nổi.

Điều kiện nung tối ưu và chỉ tiêu đạt được như sau: Nhiệt độ nung 750 – 850 độ C, muối NaCl: 0,1 – 1%, than cốc 1 – 1,5%. Hàm lượng quặng tinh 20 – 70% Cu, thực thu đồng 90 – 95%. Quá trình nung thiên tích đặc biệt có lợi với quặng đồng chứa vàng và bạc vì các kim loại này dễ bị mất mát nều dùng quá trình hoà tách.

- Quặng đồng – niken

Với quặng này, sau khi tuyển nổi nhận được tinh quặng giàu niken gồm các khoáng vật: penlandit, pirotin, chancopirit và các khoáng silicat liên kết chặt chẽ với nhau, dùng quá trình tuyển cơ giới thông thường không thể tách riêng được đồng và niken. Để xử lý tinh quặng này nên dùng phương pháp luyện - tuyển, đầu tiên đem nấu chảy trong lò để tách sắt và silic dưới dạng xỉ, sản phẩm thu được là sten chứa đồng, niken, loại loại quý và sunfua, sản phẩm này đem làm nguội chậm từ 980 độ C đến 480 độ C trong 3 ngày để thúc đẩy sự tạo hạt sunfua đồng và các hạt hợp kim Cu-Ni. Sten sau khi làm nguội được nghiền rồi đưa vào tuyển từ ướt để tách ra sản phẩm có từ là hợp kim Cu-Ni chứa các kim loại quý; phần không từ đem tuyển nổi để tách các hạt sunfua đồng. Phương pháp luyện tuyển cũng được dùng để xử lý quặng đồng – coban, đồng - kẽm và đồng – chì.

Trong quặng này chứa cả khoáng vật đồng sunfua và đồng bị oxy hoá, để xử lý quặng này nên dùng quá trình hoà tách - kết tủa - tuyển nổi (LPF). Đầu tiên người ta hoà tách đồng bị oxy hoá bằng axit H₂SO₄ để chuyển đồng vào dung dịch, rồi kết tủa đồng lên bột sắt kim loại (quá trình xi măng hoá), sau đó dùng quá trình tuyển nổi để thu hồi khoáng vật đồng sunfua và đồng đã được xi măng hoá. Phương pháp LPF cũng được dùng để xử lý quặng hỗn hợp chứa chì, chứa vàng, chứa niken…

- Quặng niken ở dạng garnierit và laterit

Để thu hồi niken từ các quặng trên nên dùng quá trình nung thiên tích, lưu ý rằng điều kiện nung thiên tích quặng niken khắt khe hơn so với quặng đồng (nhiệt độ cao hơn, bằng 950 – 1050 độ C, dùng muối là CaCl₂: 4-7%, lượng cốc: 3 – 3,5%, duy trì tỉ số HCl/H₂O tương đối cao để ngăn cản sự thuỷ phân của khí clorua niken); Niken đã được nung thiên tích dễ thu hồi bằng tuyển từ hoặc tuyển nổi tuỳ thuộc vào đặc tính của quặng là silicat hay limônit. Các phản ứng xảy ra trong quá trình nung thiên tích:

H₂O + CaCl₂ + SiO₂ = 2HCl + CaOSiO₂

H₂O + C = CO + H₂ và CO phản ứng với nước tạo hành CO₂

CO + H₂O = CO₂ + H₂

CO và H₂ khử sắt 3 thành sắt 2

CO + Fe₂O3 = CO₂ + 2FeO

H₂ + Fe₂O₃ = H₂O + 2FeO

HCl phản ứng với oxyt sắt và oxyt niken thành clorua dạng khí

2HCl + FeO = FeCl₂ + H₂O

2HCl + NiO = NiCl₂ + H₂O

Sau đó clorua bị khử bằng H₂ và lắng đọng lên bề mặt cốc ở dạng kim loại:

FeCl₂ + NiCl₂ + 2H₂ = FeNi + 4HCl.

Quá trình nung thiên tích cũng được dùng để nâng cao chất lượng của antimoan, bismut, coban, chì, kim loại hiếm, vàng, paladi, bạc và thiếc.

2. Kết luận

Do quặng giàu ngày càng cạn kiệt, để xử lý quặng nghèo, có thành phần phức tạp một cách hiệu quả, nhất thiết phải sử dụng phối hợp phương pháp tuyển cơ giới và phương pháp hoá - luyện. Trong tương lai các kỹ sư tuyển khoáng phải thông thạo cả quá trình tuyển vật lý và tuyển hoá học để xử lý hiệu quả quặng khó tuyển.

Tài liệu tham khảo

1. Iwasaki and M.S Prasal. Processing techniques for difficult-to-treat ores by combining chemical metallurgy and mineral processing.