Sắt là nguyên tố được sử dụng rộng rải nhất trên thế giới và có hiệu quả kinh tế cao. Quặng sắt trên thế giới rất phong phú, theo tính toán thì trữ lượng địa chất có thể đạt tới 3,0÷3,5 nghìn tỉ tấn. Trữ lượng đã được thăm dò đánh giá khoảng 125 tỉ tấn, đủ để khai thác sử dụng lâu dài. Công nghệ hoàn nguyên phi cốc, thân thiện với môi trường được áp dụng phổ biến trên thế giới nhất là trong thế kỉ 21 này. Việt Nam có khoảng 1,2 tỷ tấn quặng sắt nhưng mới sử dụng để sản xuất phôi thép xây dựng, chưa sản xuất được phôi thép để kéo thành thép có chất lượng cao. Để sử dụng nguồn tài nguyên quặng sắt không tái sinh có hiệu quả kinh tế, cần phải nghiên cứu công nghệ hoàn nguyên phi cốc thân thiện với môi trường.

Những năm gần đây, ngành luyện kim thế giới tập trung đầu tư nghiên cứu hoàn thiện công nghệ hoàn nguyên phi cốc để sản xuất sắt xốp có hàm lượng sắt tổng đạt hơn 90% làm nguyên liệu đầu vào để sản xuất thép hợp kim chất lượng cao và thép đúc hợp kim cao. Nắm bắt được xu thế mới, từ năm 2006, Công ty Cổ phần Khoáng sản và Luyện kim Việt Nam (MIREX) đã đầu tư nghiên cứu công nghệ hoàn nguyên phi cốc để sản xuất sắt xốp. Là công nghệ mới nên trong quá trình sản xuất còn có những tồn tại cần phải khắc phục, trong đó việc làm giàu nguyên liệu quặng sắt cần được ưu tiên.

Nhằm xây dựng được quy trình công nghệ và hệ thống dây chuyền thiết bị tuyển làm giàu quặng sắt nhằm thu được quặng tinh có kích thước hạt 10-30 mm và 0,02-0,2 mm với hàm lương TFe ≥ 65%, nhóm nghiên cứu TS. Phạm Hòe, MIREX làm chủ nhiệm đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ tuyển làm giàu quặng sắt để sản xuất sắt xốp”.

Trong quá trình khảo sát đánh giá các mỏ quặng sắt ở Cao Bằng nhằm lựa chọn mỏ đại diện để lấy mẫu công nghệ, nhóm chuyên gia địa chất và tuyển khoáng nhận thấy các thân quặng sắt gốc đều cấu tạo từ 2 loại quặng chính là quặng cấu tạo khối và quặng cấu tạo xâm tán trong đá biến đổi. Để đảm bảo tính đại diện, nhóm chuyên gia đề nghị lấy 2 mẫu công nghệ tuyển: mẫu thứ nhất đại diện cho loại quặng sắt cấu tạo khối lẫn đất (Ký hiệu CNBL-I) và mẫu thứ hai đại diện cho quặng sắt xâm tán trong đá biến đổi (Ký hiệu CNBL-II). Để xử lý hiệu quả và kinh tế nhất đối với quặng sắt Cao Bằng cần phải nghiên cứu công nghệ tuyển riêng lẽ cho từng loại quặng. Để hoàn thành mục tiêu, nhiệm vụ và sản phẩm giao nộp, Đề tài đã sử dụng tài liệu của 8 nội dung nghiên cứu thí nghiệm đó là: Khảo sát đánh giá các mỏ quặng sắt ở Cao Bằng nhằm lựa chọn mỏ đại diện để lấy mẫu công nghệ; Nghiên cứu thành phần vật chất; Nghiên cứu tính khả tuyển; Phương án sơ đồ công nghệ tuyển và tuyển thí nghiệm để chọn sơ đồ tối ưu; Thí nghiệm tuyển mẫu lớn quy mô phòng thí nghiệm theo sơ đồ đã lựa chọn; Nghiên cứu hoàn thiện hệ thống cấp nước, xử lý bùn thải bảo vệ môi trường và cuối cùng là Xây dựng sơ đồ công nghệ tuyển quy mô công nghiệp; Vận hành thử nghiệm, hiệu chỉnh dây chuyền, sản xuất thử tại Nhà máy Sắt xốp

Sau một thời gian thực hiện, đề tài đưa ra các kết luận như sau:

1) Sắt là nguyên tố được sử dụng rộng rải nhất trên thế giới và có hiệu quả kinh tế cao, có trữ lượng khoảng 125 tỷ tấn quặng. Công nghệ hoàn nguyên phi cốc, thân thiện với môi trường đã được áp dụng phổ biến để sản xuất sắt xốp làm phôi thép chất lượng cao. Ở Việt Nam có khoảng 1,2 tỷ tấn quặng sắt nhưng mới sử dụng để sản xuất ra phôi thép xây dựng.

2) Ở Cao Bằng có trên 18 diện lộ quặng sắt với trữ lượng khai thác là 20 triệu tấn, chất lượng rất tốt. Hai mẫu nghiên cứu công nghệ lấy ở mỏ sắt Bản Luộc có thành phần vật chất được tóm lược như sau:

- Mẫu CNBL-I: Khoáng vật tạo quặng chính là magnetit (80-90%), kích thước các hạt magnetit thay đổi 0,2-1- 2mm, TFe 58,51% và cường độ từ trường giao động từ 1000-1200gaus

- Mẫu CNBL-II: Quặng rất cứng. Khoáng vật magnetit chiếm 60-65% với kích thước hạt thay đổi 0,1-1-2mm. TFe 39,74% và cường độ từ trường giao động từ 1000-1200 gaus.

3) Kết quả nghiên cứu, thí nghiệm đã xác lập được tính khả tuyển của mẫu CNBLI, CNBL-II và các phương án sơ đồ công nghệ tuyển.

Quá trình làm thí nghiệm tuyển theo các phương án sơ đồ đã lựa chọn được sơ đồ công nghệ tuyển tối ưu và tuyển mẫu lớn quy mô phòng thí nghiêm theo các sơ đồ đã chọn cho kết quả:

- Đối với mẫu CNBL-I: Thu hoạch 61,54%, hàm lượng Fe 67,72% và thực thu Fe là 71,36%. Quặng đầu vào có hàm lượng Fe 58,51%

- Đối với mẫu CNBL-II: Thu hoạch 34,47%, hàm lương TFe là 63,78% và thực thu Fe là 55,32%. Quặng đầu vào có hàm lượng Fe 39,74%

4) Kết quả khảo sát, nghiên cứu, thí nghiệm đã xây dựng được sơ đồ Hệ thống cung cấp nươc tuần hoàn cho Xưởng tuyển Hoàng Roong Cao Bằng và đưa ra công nghệ xử lý phù hợp và tối ưu với đối tượng bùn thải (dùng chất chất trợ lắng N-100), nhằm giảm thời gian chờ đợi lắng trong công tác xử lý bùn thải, nâng cao năng suất chất lượng sản xuất và chất lượng nước tuần hoàn.

5) Dựa trên kêt quả của quá trình nghiên cứu công nghệ tuyển, kết hợp với thực tế tồn tại ở xưởng tuyển số 1 và số 2 của MIREX, đề tài đã đề xuất “Sơ đồ công nghệ tuyển làm giàu quăng sắt quy mô sản xuất công nghiệp” cho mẫu CNBL-I (Xưởng tuyển I) và CNBL-II (Xưởng tuyển II).

6) Sơ đồ công nghệ gồm các khâu đập sàng và các quá trình tuyển rửa, tuyển từ. Đây là sơ đồ hoàn thiện, hệ thống tuyển khép kín hoàn chỉnh, phù hợp cho từng loại quặng sắt ở Cao Bằng. Kết quả tuyển thử đã thu được trên 70 tấn quặng tinh dạng cục có kích thước hạt giao động từ 10-30 mm, hàm lượng sắt khoảng 67,42% và trên 30 tấn quặng tinh dạng bột (0,02-0,20 mm) với hàm lượng sắt khoảng 68,54% đạt mục tiêu đề ra.

Đề tài cũng kiến nghị, trước khi quyết định đầu tư chế biến nguyên liệu phục vụ sản xuất sắt xốp nên nghiên cứu cơ bản công nghệ tuyển làm giàu quặng sắt để tránh lãng phí kinh tế.. Sản phẩm thải có hàm lượng sắt còn cao cần tiếp tục nghiên cứu để tận thu tài nguyên và để sử dụng làm vật liệu xây dựng như phụ gia xi măng, vật liệu xây dưng không nung… Nên lắp biến tần cho động cơ điện của máy tuyển từ để khi chạy có tải sẽ tìm ra được tốc độ quay tối ưu ứng với đường kính tang từ, cường độ từ trường cho từng đối tượng quặng (Quặng có từ tính mạnh, từ tính yếu, quặng dạng cục, quặng hạt mịn và siêu mịn).

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 17485/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)