Các chuyên gia chế biến khoáng sản phải biết: 5 phương pháp chế biến khoáng sản cơ bản nhất, các nguyên tắc dễ hiểu
Đối với mọi nhà thực hành hoặc sinh viên trong lĩnh vực chế biến khoáng sản, việc hiểu sâu sắc và làm chủ các phương pháp chế biến khoáng sản cơ bản là chìa khóa vàng để mở ra cánh cửa đến với chuyên môn chuyên nghiệp. Việc tách các khoáng chất hữu ích khỏi các khoáng chất gangue trong quặng là một bước quan trọng trong toàn bộ quá trình phát triển và sử dụng tài nguyên khoáng sản. Mục đích của việc chế biến khoáng sản là làm giàu các khoáng chất hữu ích thông qua nhiều phương pháp khác nhau, loại bỏ các tạp chất có hại và cung cấp nguyên liệu thô đủ tiêu chuẩn cho các ứng dụng luyện kim hoặc công nghiệp sau này. Bài viết này xem xét và phân tích sâu năm phương pháp chế biến khoáng sản cơ bản và được sử dụng rộng rãi nhất, nhằm giúp người đọc xây dựng một khung kiến thức rõ ràng, đảm bảo hiểu rõ các nguyên tắc và ứng dụng đơn giản.
Năm phương pháp cốt lõi này là:
Tách trọng lực
Tuyển nổi
Tách từ tính
Tách tĩnh điện
Xử lý hóa học (Luyện kim ướt)
01 Tách trọng lực
Tách trọng lực (viết tắt là tách trọng lực) là một trong những công nghệ chế biến khoáng sản lâu đời nhất, với ứng dụng của nó có từ hàng ngàn năm trước trong khai thác vàng. Ngày nay, tách trọng lực vẫn quan trọng trong việc chế biến vonfram, thiếc, vàng, quặng sắt và than, do chi phí thấp, tác động môi trường tối thiểu và công suất xử lý cao.
Nguyên tắc cốt lõi:
Tách trọng lực về cơ bản dựa trên sự khác biệt về mật độ giữa các khoáng chất. Khi các hạt khoáng chất ở trong một môi trường chuyển động (chủ yếu là nước hoặc không khí), chúng chịu tác động kết hợp của trọng lực, động lực học chất lỏng và các lực cơ học khác. Các hạt có mật độ cao lắng nhanh và lắng ở các lớp dưới của thiết bị, trong khi các hạt có mật độ thấp lắng chậm và lắng ở các lớp trên. Các thiết bị và quy trình cụ thể có thể tách hai nhóm mật độ này. Kích thước và hình dạng hạt cũng ảnh hưởng đến quá trình tách, vì vậy việc kiểm soát kích thước hạt chặt chẽ của vật liệu đầu vào thường được yêu cầu trong thực tế.
Điều kiện áp dụng:
Có sự khác biệt đáng kể về mật độ giữa các khoáng chất, đây là điều kiện tiên quyết cho hoạt động hiệu quả của việc tách trọng lực.
Nó có thể xử lý nhiều loại kích thước hạt và đặc biệt tốt trong việc xử lý các loại quặng hạt thô khó xử lý bằng các phương pháp khác.
Nó phù hợp để xử lý vàng và thiếc, wolframit, hematit và than.
Thiết bị chính:
Máy sàng: Nó làm lỏng lớp giường và tách nó thành các lớp theo mật độ thông qua dòng nước thay đổi theo chiều dọc định kỳ. Nó thường được sử dụng để xử lý quặng và than có kích thước trung bình và thô.
Bàn rung: Trên một giường nghiêng, nó sử dụng chuyển động qua lại khác biệt của dòng nước và bề mặt giường để làm lỏng và tách các hạt quặng thành các lớp và thực hiện phân tách theo vùng. Nó phù hợp để tách các loại quặng hạt mịn.
Phễu xoắn/máy tuyển xoắn: Nó sử dụng các tác động kết hợp của trọng lực, lực ly tâm và dòng nước để tách bùn quặng khi nó chảy trong máng xoắn. Nó phù hợp để xử lý các vật liệu hạt mịn có kích thước hạt từ 0,03mm đến 0,6mm.
Máy phân tách môi trường nặng: Nó sử dụng một chất lỏng nặng có mật độ nằm giữa các khoáng chất hữu ích và gangue làm môi trường phân tách. Các hạt quặng có mật độ nhỏ hơn môi trường nổi lên, trong khi các hạt có mật độ lớn hơn môi trường chìm xuống, đạt được sự phân tách chính xác.
02 Tuyển nổi
Tuyển nổi là một trong những phương pháp chế biến khoáng sản được sử dụng rộng rãi nhất, đặc biệt trong việc chế biến kim loại màu (đồng, chì, kẽm), kim loại quý (vàng, bạc) và các loại quặng phi kim loại khác nhau.
Nguyên tắc cốt lõi:
Tuyển nổi khai thác sự khác biệt về tính chất vật lý và hóa học của bề mặt khoáng chất—tức là, khả năng nổi khác nhau của chúng (tính kỵ nước). Bằng cách thêm một loạt các chất tuyển nổi cụ thể vào một loại bùn đã được nghiền hoàn toàn, các tính chất bề mặt này có thể được thay đổi một cách nhân tạo.
1. Chất điều chỉnh điều chỉnh độ pH của bùn, cùng với các yếu tố khác, để tạo ra một môi trường tối ưu cho các chất khác hoạt động.
2. Chất thu gom hấp phụ chọn lọc lên bề mặt khoáng chất mục tiêu, làm cho nó kỵ nước (không thấm nước).
3. Chất tạo bọt làm giảm sức căng bề mặt của nước, tạo ra một số lượng lớn các bọt ổn định có kích thước tối ưu.
Sau khi xử lý bằng thuốc thử, các hạt khoáng chất mục tiêu kỵ nước bám chọn lọc vào các bọt và nổi lên bề mặt của bùn, tạo thành một lớp bọt khoáng hóa. Mặt khác, các khoáng chất gangue ưa nước vẫn còn trong bùn. Bọt được cạo ra bằng một cái nạo để thu được chất cô đặc đã làm giàu.
Điều kiện áp dụng:
Thích hợp để xử lý các loại quặng sunfua khác nhau có kích thước hạt mịn và thành phần phức tạp, chẳng hạn như đồng, chì, kẽm, niken, molypden và các loại quặng khác.
Được sử dụng rộng rãi trong việc tách quặng oxit, quặng phi kim loại (chẳng hạn như fluorit, apatit) và quặng kim loại quý.
Tuyển nổi là một phương pháp cực kỳ hiệu quả để tách các khoáng chất có mật độ tương tự và không có sự khác biệt rõ ràng về tính chất từ tính và điện.
Các yếu tố chính (hệ thống thuốc thử):
Hiệu quả của tuyển nổi phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống thuốc thử chính xác, bao gồm loại thuốc thử, liều lượng, thứ tự thêm và vị trí.
Chất thu gom: Các chất này, chẳng hạn như xanthate và nitroglycerin, là chìa khóa để đạt được tính kỵ nước.
Chất tạo bọt: Các chất này, chẳng hạn như dầu thông (dầu số 2), chịu trách nhiệm tạo ra bọt ổn định.
Chất điều chỉnh: Các chất này bao gồm chất kích hoạt (chẳng hạn như đồng sunfat), chất ức chế (chẳng hạn như vôi và xyanua) và chất điều chỉnh pH, được sử dụng để tăng cường hoặc giảm khả năng nổi của khoáng chất và cải thiện khả năng chọn lọc tách.
03 Tách từ tính
Tách từ tính là một phương pháp vật lý sử dụng sự khác biệt từ tính của các khoáng chất để phân loại. Quá trình này đơn giản và thường không gây ô nhiễm môi trường. Nó đóng một vai trò không thể thiếu trong việc lựa chọn quặng kim loại đen (đặc biệt là quặng sắt). Nó cũng được sử dụng rộng rãi để loại bỏ các tạp chất chứa sắt hoặc thu hồi các chất từ tính từ các khoáng chất khác.
Nguyên tắc cốt lõi:
Khi các hạt quặng đi qua từ trường không đều do máy phân tách từ tính tạo ra, các hạt quặng có tính chất từ tính khác nhau sẽ chịu các lực từ có độ lớn khác nhau.
Các khoáng chất có từ tính mạnh (chẳng hạn như magnetit) sẽ bị lực từ mạnh hút và hấp phụ vào bề mặt của cực từ (chẳng hạn như trống từ). Với sự chuyển động của cực từ, chúng được đưa đến vị trí được chỉ định, rời khỏi từ trường và rơi xuống để trở thành chất cô đặc.
Các khoáng chất không từ tính hoặc từ tính yếu (chẳng hạn như thạch anh và một số gangue) chịu ít hoặc hầu như không có lực từ. Dưới tác dụng của trọng lực và lực ly tâm, chúng di chuyển dọc theo đường đi ban đầu và trở thành xỉ.
Điều kiện áp dụng:
Phân loại magnetit: Tách từ tính là phương pháp quan trọng và hiệu quả nhất để xử lý magnetit.
Phân loại các khoáng chất từ tính khác: Nó cũng có thể được sử dụng để phân loại quặng mangan, cromit, ilmenit và một số khoáng chất kim loại hiếm có từ tính yếu (chẳng hạn như wolframit).
Loại bỏ sắt: Trong quá trình tinh chế nguyên liệu thô khoáng phi kim loại như gốm sứ và thủy tinh, nó được sử dụng để loại bỏ các tạp chất sắt có hại để cải thiện độ trắng của sản phẩm.
Thu hồi môi trường nặng: Trong việc làm than hoặc tuyển quặng môi trường nặng, nó được sử dụng để thu hồi các vật liệu nặng từ tính như bột magnetit.
Thiết bị chính:
Có nhiều loại máy phân tách từ tính. Theo cường độ từ trường, chúng có thể được chia thành máy phân tách từ trường yếu, từ trường trung bình và từ trường mạnh; theo cấu trúc thiết bị, chúng có thể được chia thành loại trống, loại con lăn, loại đĩa và loại cột phân tách từ tính.
Máy phân tách từ tính trống nam châm vĩnh cửu: Được sử dụng rộng rãi nhất, thường được sử dụng để xử lý magnetit từ tính mạnh và được chia thành các loại đồng dòng, ngược dòng và bán ngược dòng theo hướng dòng bùn.
Máy phân tách từ tính gradient cao: Nó có thể tạo ra một gradient từ trường mạnh, được sử dụng để phân loại các khoáng chất từ tính yếu hoặc loại bỏ các tạp chất sắt hạt mịn. • Ròng rọc từ tính/trống từ tính: Thường được sử dụng để tiền chọn khô để loại bỏ các mảnh sắt lớn trước khi vật liệu đi vào máy nghiền để bảo vệ thiết bị.
04 Tách điện
Tách tĩnh điện sử dụng sự khác biệt về tính dẫn điện của các khoáng chất để tách chúng trong điện trường điện áp cao. Phương pháp tách khô này đặc biệt thích hợp cho các khu vực khan hiếm nước. Mặc dù không được sử dụng rộng rãi như ba phương pháp trước, nó đóng một vai trò không thể thay thế trong việc tách một số tổ hợp khoáng chất nhất định, chẳng hạn như scheelit khỏi cassiterit và zircon khỏi rutile.
Nguyên tắc cốt lõi:
Quá trình tách tĩnh điện chủ yếu liên quan đến hai bước: sạc và tách.Khi các hạt khoáng chất đã được sấy sơ bộ và sấy khô đi vào điện trường điện áp cao được tạo thành bởi các điện cực corona và các con lăn quay:
Các khoáng chất dẫn điện (chẳng hạn như ilmenit và cassiterit) nhanh chóng thu được điện tích và nhanh chóng tiêu tan nó do tiếp xúc với các con lăn nối đất. Sau khi mất điện tích, chúng bị lực ly tâm và trọng lực ném ra khỏi các con lăn.
Các khoáng chất không dẫn điện (chẳng hạn như zircon và thạch anh) có độ dẫn điện kém và khó tiêu tan sau khi thu được điện tích. Chúng bị lực tĩnh điện hút vào bề mặt con lăn, di chuyển ra phía sau con lăn khi con lăn quay, và sau đó bị chổi quét đi.Vì hai khoáng chất có quỹ đạo chuyển động khác nhau đáng kể, nên việc tách được thực hiện.
Điều kiện áp dụng:
Phải có sự khác biệt đáng kể về độ dẫn điện giữa các khoáng chất. Các khoáng chất dẫn điện phổ biến bao gồm magnetit, ilmenit, cassiterit, v.v.; các khoáng chất không dẫn điện bao gồm thạch anh, zircon, fenspat, scheelit, v.v.
Thường được sử dụng trong việc lựa chọn kim loại màu, kim loại đen và quặng kim loại hiếm, đặc biệt để tách các khoáng chất liên kết từ các chất cô đặc hỗn hợp của quá trình tách trọng lực hoặc tách từ tính.
Các vật liệu được chọn phải khô, sạch và có kích thước hạt đồng đều.
Thiết bị chính:
Máy phân tách tĩnh điện con lăn: Đây là thiết bị tách tĩnh điện được sử dụng phổ biến nhất, bao gồm một con lăn nối đất quay và một điện cực corona điện áp cao để tạo thành một khu vực làm việc.
Máy phân tách tĩnh điện tấm/tấm màn hình: Nó được sử dụng để xử lý các vật liệu có phạm vi kích thước hạt khác nhau.
05 Chế biến quặng hóa học / Luyện kim ướt
Chế biến quặng hóa học, thường liên quan chặt chẽ đến khái niệm luyện kim ướt, sử dụng các phản ứng hóa học để thay đổi các pha vật lý của các thành phần khoáng chất, do đó tách các thành phần hữu ích khỏi các tạp chất. Phương pháp này đặc biệt thích hợp để xử lý các loại quặng cấp thấp, phức tạp và thấm sâu, chẳng hạn như oxit đồng, vàng và quặng urani, rất khó tách bằng các phương pháp tách vật lý truyền thống.
Nguyên tắc cốt lõi:
Cốt lõi của nó là sự chiết xuất chọn lọc. Sử dụng một dung môi hóa học cụ thể (chất chiết), trong các điều kiện nhiệt độ và áp suất cụ thể, kim loại mục tiêu hoặc các hợp chất của nó trong quặng được hòa tan chọn lọc vào dung dịch, trong khi các khoáng chất gangue vẫn ở pha rắn (cặn chiết).
Các bước chính bao gồm:
1. Chiết: Quặng được xử lý bằng một chất chiết như axit (chẳng hạn như axit sunfuric), kiềm (chẳng hạn như natri hydroxit) hoặc dung dịch muối (chẳng hạn như xyanua) để giải phóng kim loại hữu ích vào pha lỏng.
2. Tách lỏng-rắn: Dung dịch giàu kim loại mục tiêu (chất chiết) được tách khỏi cặn chiết.
3. Tinh chế và làm giàu dung dịch: Sử dụng kết tủa, chiết dung môi hoặc trao đổi ion để loại bỏ các ion tạp chất trong dung dịch và tăng nồng độ kim loại mục tiêu.
4. Thu hồi kim loại: Chiết xuất sản phẩm kim loại cuối cùng hoặc hợp chất của nó từ dung dịch đã tinh chế thông qua điện phân, dịch chuyển hoặc kết tủa.
Điều kiện áp dụng:
Xử lý quặng oxit cấp thấp: Ví dụ, quá trình chiết axit-chiết xuất-điện phân đối với quặng oxit đồng cấp thấp.
Chiết xuất kim loại quý: Ví dụ, phương pháp chiết xyanua đối với quặng vàng là quá trình chiết xuất vàng được sử dụng rộng rãi nhất.
Xử lý quặng phức tạp và khó tách: Đối với các loại quặng có tính chất vật lý tương tự và mối quan hệ xen kẽ phức tạp, việc tuyển khoáng hóa học thường là cách hiệu quả duy nhất.
Thu hồi kim loại từ chất thải: Nó có triển vọng rộng lớn trong các lĩnh vực như tái chế pin và xử lý chất thải điện tử.
Các quy trình điển hình:
Chiết xuất vàng xyanua: Sử dụng dung dịch natri xyanua để hòa tan vàng trong quặng, sau đó thay thế vàng bằng bột kẽm.
Chiết axit đồng: Chiết quặng oxit đồng bằng axit sunfuric loãng để thu được dung dịch đồng sunfat, sau đó được chiết xuất và điện phân để thu được đồng catốt có độ tinh khiết cao.
Quy trình Bayer để sản xuất alumina: Xử lý boxit bằng dung dịch natri hydroxit trong điều kiện nhiệt và áp suất là một quy trình luyện kim ướt cổ điển để sản xuất alumina.
Năm phương pháp cơ bản để tách khoáng sản—tách trọng lực, tuyển nổi, tách từ tính, tách tĩnh điện và tách hóa học—tạo thành nền tảng của công nghệ chế biến khoáng sản hiện đại. Mỗi phương pháp có các nguyên tắc khoa học và phạm vi ứng dụng riêng. Trong sản xuất thực tế, các kỹ sư chế biến khoáng sản thường cần linh hoạt lựa chọn một phương pháp duy nhất hoặc kết hợp nhiều phương pháp dựa trên các đặc tính cụ thể của quặng (chẳng hạn như thành phần khoáng chất, đặc điểm phân tán và tính chất vật lý và hóa học), các chỉ số kỹ thuật và kinh tế, và các yêu cầu bảo vệ môi trường để phát triển quy trình chế biến khoáng sản tối ưu, từ đó đạt được sự phát triển hiệu quả, kinh tế và xanh của tài nguyên khoáng sản. Việc hiểu sâu sắc và làm chủ các nguyên tắc cơ bản này là nền tảng để mọi kỹ sư chế biến khoáng sản giải quyết các vấn đề thực tế và thúc đẩy đổi mới công nghệ.
Video
