Khoa học trái đất và tài nguyên với phát triển bền vững (ERSD 2022): Phần 2

Chia sẻ: Tưởng Trì Hoài | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:709

Thêm vào BST

Báo xấu

4
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 của cuốn "Tuyển tập báo cáo hội nghị toàn quốc Khoa học trái đất và tài nguyên với phát triển bền vững (ERSD 2022)" tổng hợp những bài báo cáo về: công nghệ tiên tiến trong chế biến khoáng sản và tái chế; xây dựng công trình với phát triển bền vững; dầu khí tích hợp; kỹ thuật trắc địa - bản đồ và hệ thống thông tin địa lý; khoa học cơ bản trong lĩnh vực khoa học trái đất và môi trường; cơ khí - điện - tự động hóa;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khoa học trái đất và tài nguyên với phát triển bền vững (ERSD 2022): Phần 2

HỘI NGHỊ TOÀN QUỐC KHOA HỌC TRÁI ĐẤT VÀ TÀI NGUYÊN VỚI PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG (ERSD 2022) Nghiên cứu kết cấu sập đổ và độ ổn định của đá vách mềm yếu trong khai thác lò chợ vỉa 14 mỏ than Dương Huy Bùi Mạnh Tùng1,* 1 Trường Đại học Mỏ - Địa chất TÓM TẮT: Để đảm bảo an toàn khai thác than lò chợ thì việc xác định áp lực và điều khiển áp lực là một khâu công tác quan trọng. Nguyên nhân gây ra áp lực chủ yếu là do sự tách đứt và dịch chuyển của đá vách cơ bản. Kết cấu và mức độ biến dạng của các khối dầm đá sau đứt gãy quyết định giá trị áp lực và độ ổn định của lò chợ. Đặc biệt khi đá vách cơ bản mềm yếu, áp lực lò chợ biểu hiện mãnh liệt, điều khiển áp lực trong lò chợ khó khăn hơn. Bài báo căn cứ vào điều kiện địa chất thực tế lò chợ vỉa 14 của mỏ than Dương Huy, sử dụng phương pháp phân tích lý thuyết và mô hình mô phỏng bằng phần mềm RFPA-2000, phân tích kết cấu, trạng thái và độ ổn định của khối đá vách cơ bản thuộc loại mềm yếu. Kết quả phân tích cho thấy, đá vách cơ bản của lò chợ sập đổ với bước sập đổ ngắn, hình thành dạng khối dầm ngắn, bước sập đổ ban đầu của đá vách cơ bản là 20m; dịch động trượt và quay của tấm dầm là nguyên nhân chính gây lên áp lực thường kỳ của lò chợ, từ đó đề xuất sử dụng giả thuyết “Tấm dầm ngắn” để áp dụng vào xác định kết cấu và độ ổn định của đá vách trong khai thác lò chợ tại cho mỏ than Dương Huy. Từ khóa: áp lực; lò chợ; tấm dầm ngắn; độ ổn định 1. Đặt vấn đề Xác định kết cấu sập đổ và tính toán áp lực trong lò chợ ở nước ta hiện nay vẫn sử dụng theo giả thuyết Dầm công sơn là chủ yếu (Đỗ Mạnh Phong, Vũ Đình Tiến, 2008). Tuy nhiên, theo giả thuyết này thì kết cấu của đá vách cơ bản chỉ phân tích đến tải trọng và mức độ uốn võng của tấm dầm công sơn nằm ở phía trên lò chợ, mà chưa xét đến ảnh hưởng của các khối dầm đá liền kề phía sau. Theo các kết quả phân tích cho thấy, độ trượt (Sliding) và quay (Rotation) của khối đá sập đổ liền kề ảnh hưởng rất lớn đến độ ổn định của áp lực lò chợ (Huang Qingxiang, nnk, 2016). Đặc điểm điều kiện địa chất của mỏ Dương Huy tương đối phức tạp, đất đá mềm yếu và thường sập ở các bước phá hỏa tương đối ngắn. Từ thực tế khai thác lò chợ vỉa 14 cho thấy bước phá hỏa thường kỳ của vách trực tiếp dao động từ 2-8m, vách cơ bản dao động từ 8-20m, áp lực lò chợ biểu hiện mãnh liệt, công tác điều khiển áp lực trong lò chợ gặp nhiều khó khăn. Do vậy, cần có những nghiên cứu đánh giá tỷ mỷ hơn về kết cấu sập đổ và độ ổn định của đá vách khi khai thác lò chợ, đặc biệt trong điều kiện đá vách mềm yếu. Bài báo sử dụng phương pháp phân tích lý thuyết kết hợp mô phỏng bằng phần mềm RFPA-2000 (Itasa Consulting Group. Ins.RFPA’200 Version 3.0. 1996), phân tích kết cấu, trạng thái và độ ổn định của khối đá vách thuộc loại mềm yếu, từ đó xác định nguyên nhân và quy luật tạo lên áp lực trong điều kiện đá vách mềm yếu cho mỏ than Dương Huy. 2. Phân tích kết cấu sập đổ của đá vách cơ bản Để nghiên cứu quá trình phá hủy và sập đổ của đá vách trong khai thác than lò chợ, bài báo sử dụng phần mềm RFPA’2000 (Realistic Failure Process Analysis) để mô phỏng quá trình khai thác vỉa 14 mỏ than Dương Huy. Thông qua phần mềm này, cho phép mô phỏng toàn bộ quá trình chịu lực, biến dạng và phá hủy của vật liệu dựa trên phân tích ứng suất cho phân tử hữu hạn không đồng nhất. 2.1. Đặc điểm điều kiện địa chất lò chợ vỉa 14 mỏ than Dương Huy Vỉa than 14 Công ty than Dương Huy có chiều dầy vỉa từ 0,49  17,82 m, trung bình 5,79 m, theo hướng dốc, theo đường phương từ Đông sang Tây chiều dầy vỉa giảm dần. Cấu tạo vỉa tương đối đơn giản, có 0  6 lớp đá kẹp, chiều dầy đá kẹp từ 0  2,75 m, trung bình dày 0,47 m. Đá vây quanh gồm bột kết, sét kết, đôi khi cát kết, phần vách vỉa 14 thường gặp các lớp cát kết, sạn kết có chiều dầy lớn. Nham thạch trong địa tầng chứa than tuổi T3(n-r)hg2 bao gồm: sạn kết, cát kết, bột kết, sét kết, sét than. Sự phân bố các lớp nham thạch khác nhau cả về diện tích cũng như chiều sâu, đặc biệt các lớp này lại nằm xen kẽ nhau trong toàn bộ địa tầng chứa than. Tính chất cơ lý của từng loại đá biến đổi không theo quy luật *Tác giả liên hệ Mail: Buimanhtung@humg.edu.vn 682
nhất định. Mỗi loại đá được đặc trưng bởi đặc tính rất khác nhau kể cả tính chất cơ lý. Đặc điểm của vỉa than và đá xung quanh được thể hiện trên bảng 1. Bảng 1. Đặc điểm địa tầng của vỉa than và đá xung quanh Tên lớp Chiều dày/m Trị số RQD Đặc điểm của đá Vách cơ bản 2,8 51% ÷ 81,4% Đá vách cơ bản là cát kết và sạn kết hạt thô Đá vách cơ bản là bột kết, cát kết hạt mịn và cát Vách trực tiếp 5,5 0% ÷ 65,2% kết hạt trung Vỉa than 5,79 - Than có độ tro thấp đến trung bình, độ bốc cao Trụ trực tiếp 2,7 25% ÷ 95% Đá vách chủ yếu là đá bột kết và cát kết 2.2 Xây dựng mô hình mô phỏng kết cấu sập đổ của đá vách Mô hình được xây dựng theo thực tế khai thác vỉa 14 mỏ Dương Huy, chiều dài theo phương là 100m, chiều cao là 60m, chiều dày vỉa là 6m, chiều dày vách trực tiếp là 5,5m, vách cơ bản là 2,8m, trụ trực tiếp là 2,7m, chiều sâu khai thác là 250m, bước tiến gương là 2,0m. Tải trọng các lớp đá phía trên được phân bố đồng đều theo phương thẳng đúng. Tính chất cơ lý của đất đá được thể hiện trong bảng 2. Bảng 2. Tham số của đất đá trong mô hình Cường độ Cường độ (g/cm3 ) (g/cm3 ) Góc nội Lực dính (KG/cm2 ) (KG/cm2 ) (φo ) (KG/cm2 ) Dung trọng Tỷ trọng Tên đá kháng nén kháng kéo Ma sát kết Cuội, sạn 1785-402 2,69- 2,4 2,87-2,55 209,47 32048’ 591,36 kết 1111,84 2,58 2,67 1769-191 2,85-2,5 2,93-2,57 Cát kết 139,38 31046’ 338,90 866,2 2,65 2,72 1086-102 2,84-2,5 2,92-2,53 Bột kết 104,47 30052’ 204,46 464,8 2,65 2,72 250-156 Sét kết 98,56 2,46 2,55 28036’ 198,78 174 Kết quả vận hành mô hình cho thấy, bắt đầu từ lò cắt ban đầu đến 6m, đá vách trực tiếp bắt đầu có hiện tượng tách lớp với tầng vách cơ bản phía bên trên, nguyên nhân xảy ra hiện tượng tách lớp là sau khi tiến hành đào lò cắt ban đầu, đá vách trực tiếp không được tiếp nhận chống đỡ bởi khối than phía dưới và dưới tác dụng đá vách phía trên vùng phá hỏa thì vách trực tiếp sẽ xảy ra hiện tượng uốn võng và lún xuống phía dưới. Khi lò chợ tiến gương được 8m, do diện tích lộ trần tăng lên thì hiện tượng tách lớp càng biểu hiện rõ ràng. Khi lò chợ tiến gương được khoảng 10m, phân lớp phía dưới của đá vách trực tiếp sập đổ lần đầu, hệ thống nứt lẻ của các lớp đá vách phía trên phát triển mạnh ra phía trước và phía sau lò chợ, khi lò chợ tiến được 18m thì phân lớp đá vách trực tiếp phía trên sập đổ. Khi lò chợ tiến được khoảng 20m thì đá vách cơ bản đứt gãy, hình thành lên áp lực lần đầu của đá vách lò chợ.Như vậy bước sập đổ ban đầu của đá vách cơ bản được xác định qua mô hình là khoảng 20m, bước sập đổ này cũng khác tương đồng với bước sập đổ theo tính toán lý thuyết và trong thực tiễn của vỉa 14 mỏ than Dương huy. Đá vách cơ bản sập đổ thành các khối đá tương đối hoàn chỉnh, tỷ lệ kích thước chiều dài và chiều cao (i) của dầm tiệm cận đến 1 hoặc lớn hơn 1, các khối dầm sau khi sập đổ liên kết dạng khớp bản lề, như vậy ở đây ta có thể coi các khối đá vách sập đổ ở dạng các tấm dầm ngắn. Quá trình sập đổ của đá vách trong lò chợ được thể hiện trên hình 1. a) Lò chợ khấu 2m b) Lò chợ khấu 4m 683
c) Lò chợ khấu 6m d) Lò chợ khấu 8m e) Lò chợ khấu 10m f) Lò chợ khấu 12m g) Lò chợ khấu 14m h) Lò chợ khấu 16m i) Lò chợ khấu 18m j) Lò chợ khấu 20m Hình 1. Quá trình sập đổ lần của vách lò chợ Dựa trên lý thuyết về mô hình “tấm dầm ngắn” (Miao Xiexing, Chen ronghoa, 2016; Qian minggao, nnk, 1982) Momen quay và dịch chuyển theo phương thẳng đứng của các khối dầm trên nóc lò chợ tạo ra áp lực chính lên gương than và vì chống trong lò chợ. Kết cấu của khối dầm ngắn trên nóc lò chợ được thể hiện hình 2. 684
0.5 l 1Cos 1 0.5 l 1Cos1 1 P2 P1 W 21 W2 C B 0.5 a T 0.5 a I QB T A II QA y 0.5 l 2 0.5 l 2 x R2 Theo hình 2 cho thấy góc 𝜃2 thường rất nhỏ, tải trọng 𝑃2 có thể lược bỏ ảnh hưởng của cos 𝜃2 . Mối quan Hình 2. Kết cấu dạng Tấm dầm ngắn của vách cơ bản sập đổ hệ giữa độ hạ võng 𝑊1 , chiều dầy vách trực tiếp Ʃh, chiều cao khấu m và hệ số nở rời của đá 𝐾 𝑟 được biểu 𝑊1 = 𝑚 − (𝐾 𝑝 − 1) ∑ ℎ xác định như sau: (1) Căn cứ vào mối quan hệ hình học của khối dầm đá khi quay quanh khớp bản lề, xác định chiều cao đoạn 𝑎 = (ℎ − 𝑙1 𝑠𝑖𝑛𝜃1 ) 1 tiếp xúc giữa tấm các tấm dầm liền kề a là: 2 (2) Mối liên kết giữa các khối đá thường được xem là liên kết dạng bản lề dẻo, thì điểm tác dụng của lực T theo mặt phẳng nằm ngang có thể lấy bằng 0.5a. 3. Phân tích khả năng chịu lực của khối dầm vách tương đối với nhau, tức là 𝑙1 = 𝑙2 = 𝑙. Theo hình 1-2 thì ta coi ∑ 𝑀 𝐴 = 0, và lực tác dụng 𝑅2 = 𝑃2 , khi đó Do quá trình sập đổ của vách cơ bản có tính thường kỳ, cho nên có thể coi bước sập đổ của từng chu kỳ là 𝑄 𝐵 (𝑙 𝑐𝑜𝑠𝜃1 + ℎ 𝑠𝑖𝑛𝜃1 + 𝑙1 ) − 𝑃1 (0.5𝑙 𝑐𝑜𝑠𝜃1 + ℎ 𝑠𝑖𝑛𝜃1 ) + 𝑇(ℎ − 𝑎 − 𝑊2 ) = 0 ta có phương trình: Tương tự đối với khối đá II, ta coi ∑ 𝑀 𝐶 = 0, ∑ 𝑦 = 0, thì được: 𝑄 𝐵 = 𝑇 𝑠𝑖𝑛𝜃2 (3) 𝑄 𝐴 + 𝑄 𝐵 = 𝑃1 (4) Từ mối quan hệ hình học cho biết 𝑊1 = 𝑙𝑠𝑖𝑛𝜃1 , 𝑊2 = 𝑙(𝑠𝑖𝑛𝜃1 + 𝑠𝑖𝑛𝜃2 ) , 𝑠𝑖𝑛𝜃4 ≈ 𝑠𝑖𝑛𝜃1 , từ đó có thể 1 (5) 4 xác định được tỷ lệ kích thước khối đá vách cơ bản là 𝑖 = . Thay vào công thức (4) và (5) ta có: ℎ 𝑙 𝑇= 𝑃1 4𝑖𝑠𝑖𝑛𝜃1 +2𝑐𝑜𝑠𝜃1 2𝑖+𝑠𝑖𝑛𝜃1 (𝑐𝑜𝑠𝜃1 −2) 𝑄𝐴 = 𝑃 4𝑖−3𝑠𝑖𝑛𝜃1 (6) 4𝑖+2𝑠𝑖𝑛𝜃1 (𝑐𝑜𝑠𝜃1 −2) 1 (7) Q A -lực cắt của khối dầm đá tiếp giáp gương than. T-Lực đẩy ngang của khối dầm kế bên. Khẩu độ sập đổ Trong đó: của khối đá vách cơ bản tương đối ngắn, căn cứ vào thực tế một số mỏ cho thấy, 𝑖 = 1.0~1.4, khi đó lực cắt của khối đa tại điểm A tương ứng là 𝑄 𝐴 = (0.93~1)𝑃1 . Độ ổn định của đá vách được quyết định bởi Q A và lực đẩy ngang T. Khi tỷ lệ kích thước của khối dầm đá tăng lên thì lực đẩy ngang T sẽ giảm đi. Trọng lượng của khối đá trước gương phần lớn được chống đỡ bởi gương than. Đây cũng là một đặc điểm khác biệt của kết cấu đá vách cơ bản mềm yếu. 4. Phân tích độ ổn định của khối dầm vách Trong giai đoạn xuất hiện áp lực thường kỳ, trạng thái gây lên áp lực lên lò chợ chủ yếu là do sự mất ổn định dịch chuyển trượt (Sliding) và biến dạng dịch chuyển quay (Rotation) của các khối đá vách cơ bản trên nóc lò chợ. Dựa trên giả thuyết về kết cấu Tấm dầm ngắn để xác định độ ổn định của các tấm dầm đó. 4.1 Phân tích mất ổn định do dịch chuyển quay của khối dầm 𝑇 ≥ 𝑎𝜇𝜎 𝑐 Điều kiện để đá vách không sản sinh mất ổn định do biến dạng quay chuyển của khối dầm là: Trong đó: 𝜇𝜎 𝑐 - là cường độ nén ép tại góc quay của khối đá; 𝑇/𝑎-là ứng suất trung bình của mặt tiếp xúc. Căn cứ vào các kết quả nghiên cứu cho thấy (Qian minggao,1982) μ = 0.4 , gọi ℎ1 là chiều dày cột (8) đá của lớp tải trọng phía trên tác dụng lên khối dầm đá vách cơ bản, khi đó: 𝑃 = 𝜌 𝑔 (ℎ + ℎ1 )𝑙, 𝑎 = (ℎ − 𝑙1 𝑠𝑖𝑛𝜃1 ), thay các tham số vào công thức (10), ta được: 1 2 ℎ + ℎ1 ≤ [2𝑖+𝑠𝑖𝑛𝜃1 (𝑐𝑜𝑠𝜃1 −2)](𝑖−𝑠𝑖𝑛𝜃1 )𝜎 𝑐 5𝜌 𝑔 (4𝑖𝑠𝑖𝑛𝜃1 +2𝑐𝑜𝑠𝜃1 ) (9) 685
Hình 3. Mối quan hệ giữa mất ổn định của vách cơ bản với h+h_1 và θ_1 1 - khi i=1.0; 2 – khi i=1.4 Căn cứ vào tính chất cơ lý của đất đá vùng Quảng Ninh, giả sử lựa chọn tỷ lệ kích thước khối dầm đá i=1.0 và 1.4, cường độ đá vách cơ bản σ_c là 40 MPa (đường nét liền) và 60 Mpa (đường nét đứt), h+h_1 lựa chọn từ 200 đến 1000m, θ_1 tương ứng từ 0 đến 15°. Từ đó xác định được đồ thị mối quan hệ giữa sự mất ổn định của vách cơ bản với h+h_1 và θ_1 như hình 3. Từ đồ thị cho thấy, khi chiều dày của cột tải trọng nhỏ hơn 180m, thì sẽ không xuất hiện sự mất ổn định do sự dịch chuyển quay của khối dầm. Hiển nhiên, khi đó kết cấu của khối dầm vách cơ bản không thể sản sinh ra độ mất ổn định do dịch chuyển quay. 4.2 Phân tích sự mất ổn định do dịch chuyển trượt của khối dầm. Để ngăn ngừa sự mất ổn định do dịch chuyển trượt của khối dầm đá tại điểm A gây ra, thì phải thỏa 𝑇𝑡𝑎𝑛𝜑 ≥ 𝑄 𝐴 mãn điều kiện sau: Trong đó: 𝑡𝑎𝑛𝜑 – hệ số ma sát giữa các khối đá, theo thực nghiệm lấy 0.5. (10) 𝑖≤ 2𝑐𝑜𝑠𝜃1 −3𝑠𝑖𝑛𝜃1 Thay công thức (6) và (7) vào (10) ta được: 4(1−𝑠𝑖𝑛𝜃1 ) Từ công thức (11) lấy tương ứng các giá trị của 𝑖 và 𝜃1 có thể xác định được đồ thị thể hiện mối quan (11) hệ giữa sự mất ổn định do dịch trượt của khối dầm đá với 𝑖 và 𝜃1 như hình 4. Hình 3. Mối quan hệ giữa mất ổn định của vách cơ bản với ℎ + ℎ1 và 𝜃1 1 - khi 𝑖 = 1.0; 2 – khi 𝑖 = 1.4 Từ đồ thị cho thấy, khi tỷ lệ kích thước khối dầm đá i nhỏ hơn 0.9 thì đá vách lò chợ không xuất hiện sự mất ổn định do dịch trượt của khối dầm. Khi khai thác điều kiện đá vách cơ bản mền yếu, trong giai đoạn phá hỏa thường kỳ, thông thường i lớn hơn 1.0 trở lên, đá vách lò chợ xuất hiện sự mất ổn định do dịch trượt là một trong hiện tượng áp lực phổ biến nhất. 5. Xác định tải trọng công tác của vì chống Căn cứ vào trạng thái của khối dầm vách cho thấy, bản thân khối dầm không thể tự đảm bảo được tính ổn định của nó. Quá trình đứt gãy, dịch trượt của các khối dầm đá là nguyên dẫn đến hiện tượng áp lực thường kỳ mãnh liệt trong lò chợ. Như vậy, nhiệm vụ chính của điều khiển áp lực lò chợ là điều khiển sự mất cân bằng của khối dầm đá vách cơ bản trên nóc lò chợ. Do đó nhất thiết phải cung cấp một lực chống giữ R nhất 𝑇𝑡𝑎𝑛𝜑 + 𝑅 ≥ 𝑄 𝐴 định để điều khiển khối dầm đó. Điều kiện đó thỏa mãn công thức sau: Thay công thức (6) và (7) vào công thức (12) và lấy 𝜑 = 0.5 ta được: (12) 𝑅 ≥ 𝑃1 4𝑖(1−𝑠𝑖𝑛𝜃1 )−3𝑠𝑖𝑛𝜃1 −2𝑐𝑜𝑠𝜃1 4𝑖+2𝑖𝑠𝑖𝑛𝜃1 (𝑐𝑜𝑠𝜃1 −2) Từ hình 1 có thể xác định góc dịch chuyển quay của khối dầm đá 𝜃1 theo công thức sau: (13) 𝑠𝑖𝑛𝜃1 = [𝑚 − (𝐾 𝑝 − 1) ∑ ℎ] 1 𝑙 (14) Từ công thức trên cho thấy, tải trọng công tác của vì chống phụ thuộc vào kích thước tỷ lệ và góc dịch 686
chuyển quay của khối dầm, khi kích thước tỷ lệ khối dầm tăng lên thì tải trọng công tác cũng tăng lên; khi góc dịch chuyển quay tăng lên thì giảm đi. Do đó, khi xác định tải trọng công tác của vì chống cần phải xét đến các tham số của khối dầm đá vách cơ bản. 3. Kết luận (1) Kết quả nghiên cứu cho thấy, kết cấu của đá vách mềm yếu sập đổ ở các khối ngắn, hình thành lên các khối dầm ngắn phía trên nóc lò chợ, từ đó đề xuất sử dụng lý thuyết “Tấm dầm ngắn” để xác định nguyên nhân và quy luật tạo lên áp lực trong điều kiện đá vách mềm yếu cho mỏ than Dương Huy. (2) Khi đá vách cơ bản mềm yếu, lực đẩy ngang lên khối dầm đá tùy theo tỷ lệ kích thước của khối dầm đá tăng lên mà giảm đi, tải trọng của khối đá vách cơ bản phía trên nóc lò chợ chủ yếu được chống giữ bởi gương than. Áp lực thường kỳ của lò chợ được tạo ra bởi quá trình dịch trượt và quay của khối dầm đá vách cơ bản. (3) Để đảm bảo ổn định áp lực, cần thiết phải cung cấp một lực chống giữ nhất định cho vì chống lò chợ. Tải trọng công tác của vì chống phụ thuộc vào kích thước tỷ lệ và góc dịch chuyển quay của khối dầm đá vách cơ bản. Tài liệu tham khảo Đỗ Mạnh Phong, Vũ Đình Tiến, 2008. Giáo trình Áp lực mỏ. Nhà xuất bản Giao thông vận tải. Huang Qingxiang, Qian minggao, Shi pingwu, 2016. Structural analysis of mian roof stability during periodic weighting in longwall face.China University of mining and technology Press． Miao Xiexing, Chen ronghoa, Puhai, Qian minggao, 2016. Analysis of breakage and collapse of thick key strata around coalface. Strata control and sustainable coal mining. China University of mining and technology Press, P558-566． RFPA’2000 (Realistic Failure Process Analysis), Itasa Consulting Group. Ins.RFPA’200 Version 3.0. 1996. Qian minggao, 1982. A study of the behaviour of overlying strata in longwall mining and its application to strata control. Proceedings of the symposium on strata machanics. Elsevier scientific publishing company. ABSTRACT Analyze the structure and stability of soft main roof in longwall face at No-14 seam Duong Huy coal field Manh Tung Bui1,* 1 Hanoi University of Mining and Geology To ensure the safety of coal mining at face, the determination of ground pressure and the control of the pressure are important tasks. The main cause of pressure is failure and displacement of main roof. The structure and the deformation degree of rock beams after the failure determine the pressure value and the face stability. Especially when the main roof is soft and the pressure is strongly expressed, it is more difficult to control the pressure at face. The paper uses theoretical analysis and numerical modelling by RFPA-2000 software to analyze the structure, state and stability of soft main roof. The results show that the main roof of the face collapses with a short interval and forms short beam. Shear displacement and rotation of beam is the main cause of the periodic pressure at face. The authors propose to use the hypothesis "Short block voussoir beam" to apply in determining mine pressure under soft main roof in coalseam 14 at Duong Huy coal field. Keywords: Pressure; face; short block voussoir beam; stability. 687
HỘI NGHỊ TOÀN QUỐC KHOA HỌC TRÁI ĐẤT VÀ TÀI NGUYÊN VỚI PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG (ERSD 2022) Nghiên cứu thu hồi Cu trong xỉ nhà máy luyện đồng Lào Cai bằng phương pháp tuyển nổi Vũ Thị Chinh1,*, Nhữ Thị Kim Dung1, Trần Văn Được1, Phạm Thị Nhung1, Phạm Thanh Hải1 1 Trường Đại học Mỏ - Địa chất TÓM TẮT Xỉ của quá trình hoả luyện đồng chứa nhiều kim loại quý như: Cu, Ni, Co, … Do đó, thực tế trên thế giới coi xỉ đồng là tài nguyên thứ cấp và được tái chế để thu hồi triệt để các kim loại có giá trị. Xỉ đồng thường được tái chế bằng phươn pháp hỏa luyện hoặc thuỷ luyện. Tuy nhiên, do hàm lượng đồng và các kim loại có giá trị khác trong xỉ thấp, nên trước khi tái chế xỉ đồng thường được làm giàu bằng phương pháp tuyển nổi, nhằm nâng cao hiệu quả cho khâu tái chế. Hiệu quả của phương pháp tuyển nổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: chế độ thuốc tuyển; sơ đồ và chế độ công nghệ tuyển… Báo cáo này trình bày kết quả nghiên cứu công nghệ tuyển nổi thu hồi đồng từ xỉ của Nhà máy luyện đồng Lào Cai ở một số chế độ công nghệ. Từ xỉ đồng có hàm lượng 6,8% Cu, sau khi tuyển nổi ở chế độ công nghệ hợp lý thu được quặng tinh đồng có hàm lượng khoảng 24 % Cu với thực thu đồng trong quặng tinh đạt trên 96%, hàm lượng đồng trong quặng đuôi xuống dưới 0,4 % Cu. Từ khóa: Xỉ luyện; tuyển nổi; thuốc tuyển nổi. 1. Đặt vấn đề Đồng là một kim loại thiết yếu trong sự phát triển của xã hội hiện đại, vai trò của nó sẽ ngày càng trở lên quan trọng khi năng lực sản xuất và dân số thế giới ngày càng tăng. Đáp ứng nhu cầu của toàn cầu về đồng đang tăng theo cấp số nhân, cần phải cải thiện hơn nữa hiệu quả của các quy trình sản xuất đồng. Kim loại đồng hầu hết được sản xuất bằng cách tuyển nổi quặng đồng sunfua, sau đó tinh quặng tuyển nổi được đưa vào quá trình luyện kim, điển hình là quá trình hoả luyện để lấy ra đồng, xỉ đồng là sản phẩm phụ của quá trình này.. Trong xỉ hoả luyện thường vẫn còn chứa các kim loại quý với hàm lượng dao động từ 1 – 10% Cu, tùy thuộc vào cách sử dụng các loại lò luyện khác nhau, do đó đây được coi là nguồn nguyên liệu để tận thu các kim loại màu và quý. Theo ước tính, mỗi tấn kim loại đồng được sản xuất thì tạo ra 2 đến 3 tấn xỉ (Tian et al, 2021). Tại Lào Cai, Việt Nam có 2 nhà máy luyện đồng chính, hàng năm sản xuất ra khoảng 30 ngàn tấn đồng kim loại từ tinh quặng đồng, tương ứng tạo ra khoảng 60 – 90 ngàn tấn xỉ luyện mỗi năm. Đồng và các kim loại trong xỉ thường được thu hồi bằng các phương pháp hoả luyện, thuỷ luyện ( luyện kim). Các phương pháp luyện kim có hiệu quả cao trong việc thu hồi các kim loại có trong xỉ, tuy nhiên chi phí sản xuất cao và gặp nhiều quy định khắt khe trong việc quản lý chất thải . Phương pháp tuyển nổi được sử dụng phổ biến để thu hồi các khoáng chứa đồng có trong xỉ trước khi đưa vào quá trình luyện kim để tái chế thu hồi đồng kim loại nhằm giảm mức tiêu thụ năng lượng, giảm lượng thải gây ô nhiễm môi trường. Các kết quả nghiên cứu tuyển nổi xỉ đồng cho thấy có thể thu được quặng tinh đồng đạt yêu cầu với mức thực thu tương đối cao (Schleisinger et al, 2011). Nguyên tắc tuyển nổi xỉ đồng được coi là tương tự việc tuyển nổi quặng đồng sunfua (Shen và Forssberg, 2003), do đó có chung những ưu điểm của tuyển nổi quặng sunfua như chi phí sản xuất thấp, hiệu quả tuyển cao. Nghiên cứu của Sarrafi và các cộng sự (2004) cho thấy phương pháp tuyển nổi có thể thu hồi 72% Cu vào sản phẩm quặng tinh. Nghiên cứu của Bruckard và cộng sự (2004) sử dụng tuyển nổi để thu hồi đồng trong xỉ và thu được 87%Cu vào sản phẩm quặng tinh. Hiện nay, xỉ đồng tại các nhà máy luyện đồng Lào Cai đang sử dụng phương pháp tuyển nổi để thu hồi đồng trong xỉ luyện với mức thực thu đồng vào sản phẩm tinh quặng đạt khoảng 90%, tuy nhiên hàm lượng đồng trong sản phẩm thải vẫn cao khoảng 0,7-0,8%Cu (Ngô Ngọc Định, 2011). Nhu cầu về nguyên liệu thô ngày càng tăng cao cùng với yêu cầu giảm thiểu sự mất mát vĩnh viễn của các nguyên liệu có giá trị, việc tìm kiếm các giải pháp công nghệ để cải thiện hơn nữa quá trình tuyển nổi thu hồi đồng trong xỉ luyện là rất cần thiết. 2. Kết quả nghiên cứu * Tác giả liên hệ Email: vuthichinh@humg.edu.vn 688
2.1. Đặc tính xỉ đồng nhà máy luyện đồng Lào Cai Mẫu nghiên cứu được lấy sau máy đập nhỏ của phân xưởng tuyển xỉ Nhà máy luyện đồng 2, được gia công toàn bộ xuống -2 mm và trộn đều, sau đó lấy mẫu phân tích rây, phân tích hoá và phân tích khoáng (SEM- EDS và Rơnghen). Mẫu sau trộn đều được chia thành các phần mẫu nhỏ phục vụ cho quá trình nghiên cứu. 2.1.1. Kết quả nghiên cứu thành phần khoáng chất mẫu nghiên cứu Mẫu nghiên cứu được xác định thành phần khoáng chất trên kính hiển vi SEM-EDS tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất, kết quả được thể hiện trên hình 1. Hình 1: Kết quả phân tích SEM- EDS mẫu nghiên cứu. Kết quả SEM- EDS chỉ ra rằng đồng trong mẫu nghiên cứu chủ yếu tồn tại ở dạng kết hợp với S, Fe và Si. Mặc dù kết quả SEM -EDS không thể trực tiếp xác định chính xác các khoáng vật chính chứa trong xỉ luyện, nhưng nó có thể được sử dụng để dự đoán hợp lý các dạng khoáng có trong xỉ. Các loại khoáng sunfua chứa Cu có thể tồn tại trong xỉ được công bố là: chalcocite (CuS2); chancopyrite (CuFeS2); bornite (Cu5FeS2) (Tial et al, 2021). 2.1.2. Kết quả phân tích thành phần độ hạt Để xác định sự phân bố kim loại trong mẫu nghiên cứu, đã tiến hành phân tích thành phần độ hạt, các cấp hạt này được cân trọng lượng, phân tích hoá để xác định tỉ lệ phân bố Cu trong từng cấp hạt, kết quả cho ở bảng 1. Bảng 1. Thành phần độ hạt mẫu đầu Cấp hạt (mm) γ% Hàm lượng Cu,% 1-2 49,24 4,85 0,2-1 18,10 6,38 0,1-0,2 13,55 8,63 0,074- 0,1 10,28 10,32 0.04-0,074 3,76 10,64 -0,04 5,07 11,29 Tổng 100,00 6,75 Kết quả phân tích thành phần độ hạt mẫu nghiên cứu cho thấy Cu phân bố khá đồng đều trong các cấp hạt, tuy nhiên ở cấp hạt nhỏ -0,1mm (24,31% tổng khối lượng mẫu) có hàm lượng đồng cao hơn ở các cấp hạt thô +0,1mm (75,69% khối lượng mẫu). 2.1.3. Kết quả nghiên cứu thành phần hoá học mẫu nghiên cứu Kết quả phân tích hoá mẫu nghiên cứu được thực hiện bằng phương pháp quang phổ phát xạ plasma (ICP-OES) tại Trung tâm phân tích thí nghiệm địa chất, kết quả được trình bày ở bảng 2. Bảng 2: Thành phần hoá học mẫu nghiên cứu 689
Thành phần Cu Fe SiO2 S CaO MgO Hàm lượng,% 6,8 46,27 26,97 3,15 1,35 1,06 Thành phần chính trong xỉ là sắt và silic, đồng trong xỉ có hàm lượng khá cao (gần 7%Cu), cần tìm chế độ tuyển nổi để tách triệt để các khoáng chứa đồng ra khỏi tạp chất. 2.2. Kết quả thí nghiệm sơ đồ tuyển nổi điều kiện Tiến hành thí nghiệm tuyển sơ đồ vòng hở để xem xét khả năng tuyển nổi giảm hàm lượng Cu trong quặng đuôi. Mẫu nghiên cứu được trộn đều, chia thành các mẫu như nhau, mỗi mẫu 1kg và được làm thí nghiệm tuyển nổi theo sơ đồ hình 2. Mẫu Nghiên Cứu Nghiền Thuốc điều chỉnh mt Thuốc tập hợp Thuốc tạo bọt Tuyển nổi chính Thuốc sunfua hóa Thuốc tập hợp TQ1 Thuốc tạo bọt Tuyển nổi vét TQ2 QĐ Hình 2: Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi điều kiện 2.2.1. Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng độ mịn nghiền đến kết quả tuyển nổi Tiến hành nghiền 1kg mẫu trong máy nghiền bi ướt với tỷ lệ bi/ quặng : 8/1 và tỷ lệ rắn/lỏng : 1/1. Sau mỗi thí nghiệm nghiền quặng được rây, sấy khô, cân để xác định tỷ lệ các cấp hạt , kết quả được thể hiện trong hình 3. Hình 3: Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của độ mịn nghiền đến kết quả tuyển nổi Kết quả thí nghiệm nghiên cứu sự ảnh hưởng của thời gian nghiền đến quá trình tuyển nổi cho thấy: Độ mịn nghiền tăng từ 47,2; 55,84; 67,28% cấp -0,074mm, hàm lượng Cu trong tinh quặng giảm dần từ 25,79% đến 20,39% ứng với thực thu Cu trong tinh quặng tăng từ 46,92% lên 91,18%, tuy nhiên khi tăng độ mịn nghiền từ 67,28% lên 85,48% cấp -0,074mm, thực thu Cu trong các sản phẩm quặng tinh có xu hướng giảm, hàm lượng Cu trong quặng đuôi có xu hướng tăng thêm. Ở độ mịn nghiền 67,28% cấp -0,074mm cho kết quả tuyển tốt nhất với tinh quặng đạt hàm lượng 20,39%, thực thu đồng vào tinh quặng đạt 91,18%. 2.2.2. Chế độ thuốc đè chìm 690
Tiến hành thú nghiệm thay đổi loại thuốc đè chìm: CaO với chi phí 1kg/tấn; destrin với chi phí 300 g/t; thuỷ tinh lỏng với chi phí 200(g/t); Na2CO3 với chi phí 1kg/tấn, kết quả tuyển nổi chế độ thuốc đè chìm được cho ở hình 4. Hình 4: Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của thuốc đè chìm đến kết quả tuyển nổi Khi thay đổi chủng loại thuốc đè chìm CaO, destrin , thuỷ tinh lỏng, không đè chìm (dùng Na2CO3 để điều chỉnh pH) có sự thay đổi rõ rệt trong thực thu đồng vào sản phẩm tinh quặng, tăng từ 91% lên hơn 96%. Sử dụng thuốc đè chìm là thuỷ tinh lỏng cho hiệu quả tuyển tốt nhất với thực thu đồng vào sản phẩm tinh quặng đạt 96,16% và hàm tinh quặng đạt 21,78%Cu. Nhóm nghiên cứu chọn thuỷ tinh lỏng làm thuốc đè chìm thích hợp để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo. 2.2.3. Chế độ, chủng loại hỗn hợp thuốc tập hợp Tiến hành thí nghiệm so sánh hiệu quả tuyển của hỗn hợp thuốc tập hợp như: butyl xantat và amyl xantat (BX:PAX); butyl xantat và dithiophosphat (BX: DPP); butyl xantat và hydroxamat (BX:HX) với tỷ lệ 1:4 ở các chi phí khác nhau, kết quả được thể hiện trong các hình 5. Hình 5: Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của thuốc đè chìm đến kết quả tuyển nổi Hỗn hợp thuốc tập hợp BX:PAX= 30:120 g/t cho kết quả tuyển khả quan nhất trong 3 hỗn hợp thuốc, đạt chỉ tiêu cả về thực thu (96,13% Cu), hàm lượng đồng trong tinh quặng (21,78% Cu) và quặng đuôi (0,37% Cu). Nhóm nghiên cứu chọn hỗn hợp thuốc tập hợp BX:PAX để tuyển sơ đồ vòng hở. 2.3. Kết quả nghiên cứu thí nghiệm tuyển nổi vòng hở Sau khi tiến hành các thí nghiệm điều kiện đã thu được sản phẩm quặng tinh với thực thu đồng cao, tuy nhiên chất lượng quặng tinh chưa đạt yêu cầu, do đó ở sơ đồ vòng hở cần tiến hành bố trí các khâu tuyển tinh, tuyển vét hợp lý để nâng cao chất lượng tinh quặng, quặng đuôi. Tiến hành thí nghiệm trên sơ đồ công nghệ tuyển nổi vòng hở như hình 6 và kết quả thể hiện ở bảng 3. 691
Mẫu Nghiên Cứu Nghiền 67,28% -0,074mm Thủy tinh lỏng 100g/t BX:PAX = 30 ÷ 120 g/t BK 15 g/t Tuyển chính BX : PAX 30:120 (ml) BK 15 g/t Tuyển vét 1 TQ 1 Na2S 200g/t BX:PAX = 30 ÷ 120 g/t BK 15g/t Tuyển vét 2 Tuyển tinh QĐ TQ 2 TG Hình 6: Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi vòng hở Bảng 3: Kết quả tuyển nổi vòng hở Sản phẩm γ,% γTQ ,% β, % βTQ % ε, % εTQ % TQ1 21,14 27,8 87,07 22,81 27,43 92,70 TQ2 1,67 22,78 5,64 TG 10,00 2,91 QĐ 67,19 0,3 Tổng 100,00 6,75 Kết quả tuyển sơ đồ vòng hở nhận được quặng tinh tập hợp có hàm lượng đạt hơn 27%Cu, ứng với thực thu đồng vào tinh quặng đạt 92,70%. 2.4. Kết quả nghiên cứu thí nghiệm tuyển nổi vòng kín Sơ đồ vòng kín được tiến hành nhằm kiểm tra lại các điều kiện và chế độ thuốct tuyển, đồng thời để khẳng định lại các chỉ tiêu công nghệ tuyển nổi có thể đạt được trong phòng thí nghiệm đối với mẫu quặng nghiên cứu. Tiến hành nghiên cứu trên sơ đồ công nghệ tuyển nổi vòng kín như hình 7 và kết quả thể hiện ở bảng 4. Mẫu Nghiên Cứu Nghiền 67,28% -0,074mm Thủy tinh lỏng 100g/t BX:PAX = 30 ÷ 120 g/t BK 15 g/t Tuyển chính BX : PAX 30:120 (ml) BK 15 g/t Tuyển vét 1 TQ 1 Na2S 200g/t BX:PAX = 30 ÷ 120 g/t BK 15g/t Tuyển vét 2 Tuyển tinh QĐ TQ 2 TG Hình 7: Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi vòng kín Bảng 4: Kết quả tuyển nổi vòng kín 692
Sản phẩm γ% γTQ % β, % βTQ % ε, % εTQ % TQ1 23,91 24,55 86,89 26,86 24,09 95,78 TQ2 2,95 20,35 8,89 QĐ 73,14 0,39 Mẫu đầu 100,00 6,75 100,00 Kết quả tuyển sơ đồ vòng kín nhận được quặng tinh tập hợp có hàm lượng Cu đạt 24,09% ứng với thực thu đạt 95,78% 3. Kết luận Mẫu xỉ đồng Nhà máy luyện đồng Lào cai- Vimico có hàm lượng đồng khá cao gần 7%, phân bố khá đồng đều trong các cấp hạt với dạng tồn tại chủ yếu là các khoáng sunfua, các khoáng tạp đi kèm chủ yếu là sắt và silic. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu về thành phần vật chất, đặc điểm của xỉ đồng đã tiến hành thí nghiệm tuyển nổi điều kiện mẫu xỉ đồng từ đó xác lập được chế độ thuốc tuyển hợp lý như: độ mịn nghiền (67,28% cấp -0,074mm); chi phí, chủng loại thuốc đè chìm (120g/t thuỷ tinh lỏng); chi phí, chủng loại thuốc tập hợp (BX: PAX= 30:120 g/t). Khi tuyển ở các điều kiện hợp lý trên ở vòng hở cho thực thu đồng vào quặng tinh đạt 96,13% với hàm lượng đồng trong tinh quặng 21,78% Cu và quặng đuôi 0,37% Cu. Sau khi tiến hành tuyển vòng hở và vòng kín với sơ đồ công nghệ đề xuất gồm 1 khâu tuyển chính, 1 khâu tuyển tinh và 3 khâu tuyển vét cho kết quả tuyển đạt các chỉ tiêu về công nghệ như: thực thu đồng vào quặng tinh đạt 95,78% với hàm lượng đồng trong tinh quặng 24,09%Cu và quặng đuôi 0,39%Cu. Tài liệu tham khảo Ngô Ngọc Định, 2011. Nghiên cứu tận thu các nguyên tố có ích trong quá trình tuyển và luyện quặng đồng Sin Quyền. Đề tài cấp bộ. SRDJAN M. BULATOVIC, 2007. Handbook of flotation reagents: Chemistry, theory and practice. Volume 1, Elsevier. SRDJAN M. BULATOVIC, 2010. Handbook of flotation reagents: Chemistry, theory and practice. Volume 2, Elsevier. Zoran M. Stirbanovic and Zoran S. Markovic, 2011. The effect of Copper Bearing Particles Liberation.Journal of Surveying engineering, 20: 50-57. Schleisinger, M. E., King, M.J., K. C.,Davenport, W. G. 2011. Chapter 11- Copper Loss in Slag, In: Extractive Metallurgy of Copper. 5th ed, Elsevier Science. Shen, H., Forssberg, E., 2003. An overview of recovery of metals from slag, Waste Manag. Sarrafi, A., Rahmati, B., Hassani, H.R., Shirari, H.H.A, 2004, Recovery of copper from reverberatory furnace slag by flotation. Miner. Eng, 17: 457-459. Bruckard, W.J., Somerville, M., Hao, F., 2004. The recovery of copper, by flotation, from calcium- ferrite- based slags made in continuous pilot plant smelting trials. Miner. Eng, 17: 495- 504. Tian, H., Guo, Z., Pan, J., Zhu, D., Yang, C., Xue, Y., Li, S.,Wang, D., 2021. Comprehensive review on metallurgical recycling and cleaning of copper slag. Resour. Conserv. Recycl. 168. ABSTRACT Study on Copper recovery from slag at Lao Cai copper smelting company by flotation method Vu Thi Chinh1,*, Nhu Thi Kim Dung1, Tran Van Đuoc1, Pham Thi Nhung1, Pham Thanh Hai1 1 Hanoi University of Mining and Geology The slag of the copper smelting process contains many precious metals such as Cu, Ni, Co, etc. Therefore, in fact, in the world, copper slag is considered as a secondary resource and is recycled to fully recover the precious metals. Copper slag is usually recycled by thermal metallurgy or hydrometallurgy. However, because of the low content of copper and of other valuable metals in the slag, the copper slag should be upgraded content by flotation before recycling, in order to improve the efficiency of the recycling process. The effectiveness of the flotation method depends on many factors such as reagent, diagram and flotation technology parameters, etc. 693
This report presents the results of research on flotation technology to recover copper from the slag of the Lao Cai Copper Smelter in some technological parameters. From copper slag with a content of 6,8% Cu, after flotation process with a reasonable conditions, a copper concentrate with 24% of copper content and 96% of the actual copper recovery ratio is obtained, the copper content in tailings product to less than 0,4%. Keywords: Slag; Froth Flotation; Reagent. 694
HỘI NGHỊ TOÀN QUỐC KHOA HỌC TRÁI ĐẤT VÀ TÀI NGUYÊN VỚI PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG (ERSD 2022) Thử nghiệm các giải pháp công nghệ nhằm nâng cao chỉ tiêu thực thu và ổn định làm lượng tinh quặng đồng tại nhà máy tuyển đồng Tả Phời – Lào Cai Nhữ Thị Kim Dung1,*, Phạm Văn Luận1, Trần Văn Được1, Lê Việt Hà1, Phạm Mạnh Hà2, Nguyễn Quý Nam2 1 Trường Đại học Mỏ - Địa chất 2 Công ty Cổ phần đồng Tả Phời - Vinacomin TÓM TẮT Công ty cổ phần đồng Tả Phời - Vinacomin chính thức nghiệm thu đưa vào sản xuất từ tháng 11/2019 với dây chuyền công nghệ khép kín từ khâu khai thác đến tuyển khoáng. Hiện tại Công ty đã và đang bước vào giai đoạn ổn định sản xuất trên mọi lĩnh vực và trên đà phát triển bền vững. Với kế hoạch sản xuất 5 năm (2021-2025) của Công ty, công suất quặng đồng nguyên khai là 1.000.000 tấn/năm, hàm lượng trung bình 0,8% Cu, sản phẩm tuyển thu được ≥ 32.000 tấn tinh quặng đồng hàm lượng 23%, thực thu sản phẩm yêu cầu đạt cao hơn so với thiết kế là một sức ép không nhỏ. Để thực hiện tốt được kế hoạch trên, Công ty xác định khâu tuyển khoáng là một khâu quan trọng nhất trong công tác sản xuất nhằm nâng cao sản lượng, giảm giá thành sản xuất tinh quặng, tránh lãng phí tài nguyên. Báo cáo này trình bày một số kết quả nghiên cứu tuyển nổi sơ đồ nhằm đề xuất một số giải pháp công nghệ có thể đưa vào áp dụng thử nghiệm tại nhà máy tuyển đồng Tả Phời - Lào Cai, đồng thời giới thiệu phương án cải tiến sơ đồ công nghệ của nhà máy. Mục đích của những giải pháp công nghệ và thiết bị áp dụng tại nhà máy tuyển đồng Tả Phời - Lào Cai nhằm thu được sản phẩm tinh quặng đồng đạt hàm lượng 23% Cu, thực thu trên 91,5%. Từ khóa: Quặng đồng nguyên khai; tinh quặng đồng; hàm lượng; thực thu. 1. Giới thiệu Công ty cổ phần đồng Tả Phời - VINACOMIN được thành lập ngày 15/01/2009. Sau khi thành lập, Công ty đã tích cực triển khai công tác thăm dò và được Hội đồng đánh giá trữ lượng khoáng sản Quốc gia phê duyệt Báo cáo thăm dò với trữ lượng 11,3 triệu tấn quặng nguyên khai, tương ứng với 99,2 nghìn tấn đồng kim loại và 3,5 tấn vàng. Trải qua nhiều khó khăn thách thức, sau rất nhiều nỗ lực Công ty CP Đồng Tả Phời đã kết thúc giai đoạn đầu tư vào năm 2019. Ngày 16/11/2019, nhà máy tuyển đồng Tả Phời đã đi vào sản xuất chính thức. Trong quá trình hoạt động, CBCNV của nhà máy luôn phấn đấu không ngừng nghỉ, áp dụng công nghệ mới vào sản xuất và cải tiến sơ đồ công nghệ tuyển để đưa nhà máy vào hoạt động ổn định nhằm đạt mục tiêu đề ra hàng năm. Hiệu quả sản xuất kinh doanh của nhà máy trong những năm gần đây đều năm sau cao hơn năm trước, công suất và các chỉ tiêu công nghệ tuyển đã vượt hoặc đạt xấp xỉ theo thiết kế. Từ khi đi vào sản xuất chính thức đến nay, nhà máy tuyển đồng Tả Phời đã ba lần thay đổi sơ đồ công nghệ. Giai đoạn đầu, nhà máy tuyển hoạt động theo sơ đồ và chế độ công nghệ thiết kế (Công ty CP đồng Tả Phời, 2021) . Sơ đồ công nghệ tuyển của nhà máy cho ở hình 1. * Tác giả liên hệ Email: nhuthikimdung@humg.edu.vn 695
Quặng nguyên khai -700 mm Khuấy 1 Bunke Tuyển thô đồng nhanh Đập hàm -175 mm Tuyển tinh đồng nhanh Khuấy 2 Bunke Tuyển chính đồng 1 Sàng phân loại 65; 13mm +13 mm Tuyển vét đồng 1 Bunke Xiclon phân cấp Tuyển vét đồng 2 Đập côn Cát - 65 mm Nghiền giai đoạn 2 Sàng kiểm tra 13 mm Khuấy 3 +13 mm - 13 mm Đập côn Tuyển chính đồng 2 - 13 mm Tuyển tinh đồng 1 Tuyển vét đồng 3 Nghiền giai đoạn 1 Tuyển tinh đồng 2 Xiclon phân cấp Cát Bể cô đặc Lọc Quặng đuôi Bể Quặng tinh đồng Hình 1. Sơ đồ công nghệ theo thiết kế Đến tháng 5/2021, nhà máy lắp xong 3 cell tuyển thô và tuyển tinh nhanh (Công ty CP đồng Tả Phời, 2021). Sơ đồ công nghệ thể hiện trên hình 2. Kho quặng mịn Nghiền giai đoạn 1 Xiclon phân cấp Cát Khuấy 1 Cell 1 tuyển thô nhanh Cell 2 tuyển thô nhanh Tuyển lại tuyển thô nhanh Khuấy 2 Cell 3 tuyển tinh nhanh Tuyển chính đồng 1 Tuyển lại tuyển tinh nhanh Tuyển vét đồng 1 Tuyển vét đồng 2 Bể cô đặc Xiclon phân cấp Cát Lọc Nghiền giai đoạn 2 Khuấy 3 Bể Quặng tinh đồng Tuyển chính đồng 2 Tuyển tinh đồng 1 Tuyển vét đồng 3 Tuyển tinh đồng 2 Quặng đuôi Hình 2. Sơ đồ công nghệ có 3 cell tuyển 696
Tiếp đến tháng 7/2021, nhà máy tuyển bỏ giai đoạn nghiền 2 (Công ty CP đồng Tả Phời, 2021). Sơ đồ công nghệ hiện tại của nhà máy như hình 3. Kho quặng mịn Nghiền giai đoạn 1 Xiclon phân cấp Cát Khuấy 1 Cell 1 tuyển thô nhanh Cell 2 tuyển thô nhanh Tuyểnlại tuyển thô nhanh Khuấy 2 Cell 3 tuyển tinh nhanh Tuyển chính đồng 1 Tuyển lại tuyển tinh nhanh Tuyển vét đồng 1 Tuyển vét đồng 2 Bể cô đặc Lọc Khuấy 3 Bể Tuyển chính đồng 2 Quặng tinh đồng Tuyển tinh đồng 1 Tuyển vét đồng 3 Tuyển tinh đồng 2 Quặng đuôi Hình 3. Sơ đồ công nghệ hiện tại Hiện tại, công suất nhà máy tuyển đồng Tả Phời tính theo quặng nguyên khai là 1 triệu tấn quặng/năm, hàm lượng đồng khoảng 0,8%. Hàm lượng và thực thu tinh quặng đồng sau khâu tuyển nổi về cơ bản đã đạt theo thiết kế (hàm lượng: 23% Cu, thực thu: 91,5%) [3]. Thực tế sản xuất cho thấy, hàm lượng và thực thu tinh quặng đồng vẫn chưa ổn định và còn có tiềm năng để cải tiến, hoàn thiện về công nghệ và thiết bị nhằm nâng cao thực thu tinh quặng đồng (> 91,5%) và hàm lượng giữ ổn định đạt khoảng 23%. 2. Phương pháp và thuốc tuyển - Tiến hành một số thí nghiệm tuyển nổi sơ đồ vòng hở tại phòng thí nghiệm của bộ môn Tuyển khoáng, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, sử dụng phối trộn các loại thuốc tập hợp và đè chìm khác nhau. Mục đích là để chọn được chế độ thuốc tuyển phù hợp nhất với quặng đồng Tả Phời. - Thí nghiệm trên mẫu nghiền thực tế của nhà máy tại phòng thí nghiệm của nhà máy tuyển đồng Tả Phời với chế độ thuốc tuyển đã lựa chọn để đánh giá khả năng tăng hàm lượng và thực thu sản phẩm tinh quặng đồng. - Đề xuất phương án chạy thử nghiệm tại dây chuyền thực tế có thay đổi chế độ thuốc tuyển. - Các loại thuốc tuyển sử dụng: Điều chỉnh môi trường: Vôi; Thuốc tập hợp: Butylxantat, amylxantat, AP2, dithiophosphat; Thuốc đè chìm: Dextrin, thủy tinh lỏng; Thuốc tạo bọt: Dầu thông. [4] 3. Kết quả và thảo luận 3.1 Thí nghiệm tuyển nổi sơ đồ tại phòng thí nghiệm của bộ môn Tuyển khoáng - Mẫu nghiên cứu được lấy tại nhà máy tuyển, lấy mẫu trước khi vào máy nghiền. Kết quả phân tích 697
thành phần vật chất mẫu thể hiện ở tài liệu [1-2]. Mẫu quặng thuộc quặng đồng sulfua, có một lượng nhỏ khoáng vật đồng oxit (malachit, azurit). Hàm lượng Cu trong mẫu quặng đầu ~0,8%. Sơ đồ thí nghiệm vòng hở như hình 4. + Các điều kiện tuyển cố định như sau: Độ mịn nghiền: 62,67% -0,074mm; điều chỉnh môi trường bằng CaO (pH = 9 – 10); dầu thông cấp vào khâu tuyển nổi chính nhanh: 10g/t và tuyển nổi chính: 10g/t. a) Phối hợp các loại thuốc tập hợp cấp vào khâu tuyển nổi chính nhanh và tuyển nổi chính: Butylxantat + amylxantat; butylxantat + dithiophosphat; butylxantat + AP2, amylxantat + AP2. Tỷ lệ chi phí ở khâu tuyển nổi chính nhanh: 10/10 (g/t) Tỷ lệ chi phí ở khâu tuyển nổi chính: 20/20 (g/t) - Kết quả thí nghiệm cho ở bảng 1. Hình 1. Sơ đồ thí nghiệm tuyển nổi vòng hở Bảng 1. Kết quả thí nghiệm phối hợp thuốc tập hợp Hàm lượng Cu Loại thuốc Sản phẩm Thu hoạch (%) Thực thu Cu (%) (%) TQ Cu 1 2,24 23,82 68,50 TG1 1,64 5,34 11,24 TQ Cu 2 0,96 8,66 10,74 butylxantat + TG2 2,49 1,11 3,56 amylxantat Đuôi 92,67 0,05 5,96 Tổng Q.đầu 100,00 0,8 100,00 TQ Cu 1 0,86 30,55 33,50 TG1 1,06 16,75 22,52 butylxantat + TQ Cu 2 1,13 20,23 29,22 dithiophosphat TG2 1,12 7,78 11,10 Đuôi 95,83 0,03 3,66 Tổng Q.đầu 100,00 0,8 100,00 TQ Cu 1 1,49 26,27 49,19 TG1 2,20 9,49 26,28 butylxantat + AP2 TQ Cu 2 1,18 10,02 14,82 TG2 2,14 1,44 3,86 Đuôi 92,99 0,05 5,85 Tổng Q.đầu 100,00 0,8 100,00 TQ Cu 1 1,15 28,82 40,94 TG1 1,99 11,30 27,77 amylxantat + AP2 TQ Cu 2 1,08 13,45 17,93 TG2 3,03 1,12 4,19 Đuôi 92,75 0,08 9,16 Tổng Q.đầu 100,00 0,8 100,00 698
Kết quả ở bảng 1 cho thấy, khi phối hợp thuốc butylxantat + dithiophosphat cho hàm lượng TQ Cu 1 và TQ Cu 2 đều cao, mất mát đồng vào quặng đuôi ít nhất (0,03% Cu). Vì vậy để thực hiện tiếp các thí nghiệm sau, chọn thuốc tập hợp là butylxantat + dithiophosphat. b) Phối hợp thuốc đè chìm: - Thuốc tập hợp: Khâu tuyển nổi chính nhanh: Butylxantat/dithiophosphat = 10/10 (g/t); Khâu tuyển nổi chính: Butylxantat/dithiophosphat = 10/10 (g/t) - Khâu tuyển tinh: Dextrin/thủy tinh lỏng = 50/50 (g/t) - Thay đổi tỷ lệ thuốc đè chìm ở khâu tuyển nổi chính nhanh: CaO/dextrin = 100/20; 500/100; 1000/200; 2000/400 (g/t). Kết quả thí nghiệm thể hiện trong bảng 2. Bảng 2. Kết quả thí nghiệm xác định chi phí thuốc đè chìm Hàm lượng Cu CaO/dextrin (g/t) Sản phẩm Thu hoạch (%) Thực thu Cu (%) (%) TQ Cu 1 1,91 27,02 64,78 TQ Cu 2 0,99 12,44 15,46 TG1 1,88 2,12 4,99 100/20 TG2 1,71 1,96 4,20 Đuôi 93,51 0,09 10,56 Tổng Q.đầu 100,00 0,80 100,00 TQ Cu 1 1,90 27,43 64,80 TQ Cu 2 0,96 15,02 17,87 TG1 1,57 1,92 3,74 500/100 TG2 1,49 2,28 4,23 Đuôi 94,08 0,08 9,36 Tổng Q.đầu 100,00 0,80 100,00 TQ Cu 1 1,92 27,61 66,15 TQ Cu 2 0,99 15,43 19,10 TG1 1,62 1,96 3,97 1000/200 TG2 0,91 2,23 2,53 Đuôi 94,56 0,07 8,26 Tổng Q.đầu 100,00 0,80 100,00 TQ Cu 1 1,85 27,02 62,37 TQ Cu 2 1,02 12,05 15,33 TG1 1,90 2,22 5,26 2000/400 TG2 1,70 1,98 4,20 Đuôi 93,53 0,11 12,84 Tổng Q.đầu 100,00 0,80 100,00 Kết quả ở bảng 2 cho thấy, tỷ lệ CaO/dextrin = 1000/200 (g/t) thu được TQ Cu 1 và TQ Cu 2 với hàm lượng và thực thu đều cao hơn, hàm lượng quặng đuôi thấp 0,07% Cu. Vì vậy ở khâu tuyển nổi chính nhanh dùng thêm thuốc đè chìm CaO + dextrin tỷ lệ chi phí 1000/200 (g/t). 3.2 Thí nghiệm trên mẫu nghiền thực tế - Mẫu thí nghiệm được lấy sau khâu nghiền, tại đường ống bùn tràn xyclon cấp vào máy tuyển nổi tại nhà máy. Mẫu có hàm lượng ~0,8% Cu, độ mịn nghiền ~62%. - Qua các kết quả thí nghiệm sơ đồ vòng hở phối hợp thuốc tập hợp và thuốc đè chìm (Mục 3.1) và tham khảo sơ đồ tuyển nổi thực tế tại nhà máy, nhóm nghiên cứu thực hiện thí nghiệm tuyển nổi vòng kín theo 02 sơ đồ hình 5 và hình 6 tại phòng thí nghiệm của nhà máy. - Chế độ thuốc tuyển: + Tuyển nổi 1: CaO/dextrin: 1000/200 (g/t); Butylxantat/dithiophosphat: 10/10g/t; Dầu thông: 10 g/t + Tuyển nổi 2: Butylxantat/dithiophosphat: 20/20 (g/t); Dầu thông: 10 g/t + Tuyển tinh 1: Dextrin/thủy tinh lỏng 50/50 (g/t) + Tuyển tinh 2: Dextrin/thủy tinh lỏng 50/50 (g/t) + Tuyển vét: Butylxantat/dithiophosphat: 20/20 (g/t); Dầu thông: 10 g/t Kết quả thí nghiệm thể hiện ở bảng 3 và 4. 699
Bảng 3. Kết quả tuyển sơ đồ vòng kín 1 Sản phẩm Thu hoạch (%) Hàm lượng Cu (%) Thực thu Cu (%) Tinh quặng 1 2,12 27,04 71,97 Tinh quặng 2 0,98 16,76 20,62 Đuôi 1 93,98 0,06 7,08 Đuôi 2 2,92 0,09 0,33 Tổng tinh quặng Cu 3,10 23,79 92,59 Tổng đuôi thải 96,90 0,06 7,41 Quặng đầu 100,00 0,8 100,00 Bảng 4. Kết quả tuyển sơ đồ vòng kín 2 Sản phẩm Thu hoạch (%) Hàm lượng Cu (%) Thực thu Cu (%) Tinh quặng 1 2,14 26,51 68,81 Tinh quặng 2 1,11 17,09 23,01 Đuôi 1 94,76 0,05 5,75 Đuôi 2 1,99 1,01 2,44 Tổng tinh quặng Cu 3,25 23,29 91,82 Tổng đuôi thải 96,75 0,07 8,18 Quặng đầu 100,00 0,8 100,00 Bùn quặng Tuyển nổi 1 Tuyển tinh 1 Tuyển nổi 2 Tinh quặng 1 Tuyển vét Tuyển tinh 2 Tuyển tinh 3 Đuôi 1 Tuyển vét tinh Tinh quặng 2 Đuôi 2 Hình 5. Sơ đồ tuyển nổi vòng kín 1 700
Bùn quặng Tuyển nổi 1 Tuyển tinh 1 Tuyển nổi 2 Tinh quặng 1 Tuyển vét Tuyển tinh 2 Tinh quặng 2 Đuôi 1 Tinh quặng Cu Tuyển vét tinh Đuôi 2 Hình 6. Sơ đồ tuyển nổi vòng kín 2 Nhận xét: Kết quả tuyển theo sơ đồ vòng kín 1 và 2 đều cho tinh quặng đồng đạt chỉ tiêu về hàm lượng và thực thu, hàm lượng >23% Cu, thực thu >91,5%. Mất mát đồng vào quặng đuôi 0,06 – 0,07%. Tuyển theo sơ đồ vòng kín 1 đat được các chỉ tiêu tinh quặng đồng đều cao hơn so với sơ đồ 2 và hàm lượng đồng trong quặng đuôi cũng thấp hơn. 4. Kết luận Từ các kết quả nghiên cứu cho phép rút ra một số kết luận sau: - Hiện tại, sơ đồ công nghệ của nhà máy có lắp 3 cell tuyển thô và tuyển tinh nhanh, bỏ giai đoạn nghiền 2. Công suất nhà máy tính theo quặng nguyên khai là 1 triệu tấn quặng/năm, hàm lượng đồng khoảng 0,8%. Hàm lượng và thực thu tinh quặng đồng sau khâu tuyển nổi về cơ bản đã đạt theo thiết kế (hàm lượng: 23% Cu, thực thu: 91,5%). - Thuốc tập hợp cấp vào các khâu tuyển nổi là butylxantat + AP2. - Kết quả tuyển nổi theo một số sơ đồ trong phòng thí nghiệm sử dụng phối hợp thuốc tập hợp và phối hợp thuốc đè chìm cho chỉ tiêu công nghệ tinh quặng đồng khá tốt. Phối hợp butylxantat với dithiophosphat cho kết quả tuyển tốt nhất, thuốc đè chìm có thể phối hợp CaO với dextrin và dextrin với thủy tinh lỏng. - Tuyển nổi sơ đồ vòng kín sử dụng phối hợp thuốc tập hợp và phối hợp thuốc đè chìm: butylxantat + dithiophosphat, CaO + dextrin và dextrin + thủy tinh lỏng thu được tinh quặng đồng đạt chỉ tiêu hàm lượng >23% Cu, thực thu >91,5%. Mất mát đồng vào quặng đuôi 0,06 – 0,07%. *Kiến nghị: Thời gian tới có thể thử nghiệm trên dây chuyền sản xuất thực tế giải pháp dùng phối hợp thuốc tập hợp butylxantat + dithiophosphat ở các khâu tuyển chính, tuyển vét. Phối hợp thuốc đè chìm CaO + dextrin, dextrin + thủy tinh lỏng ở các khâu tuyển tinh. Tài liệu tham khảo Nhữ Thị Kim Dung, 2012. Nghiên cứu mẫu công nghệ chế biến hợp lý quặng đồng vùng Tả Phời - Lào Cai, Trung tâm Khoa học Công nghệ chế biến và sử dụng khoáng sản, Hội Tuyển khoáng Việt Nam. Nhữ Thị Kim Dung và nnk, 2022. Một số kết quả nghiên cứu thành phần vật chất mẫu quặng đồng Tả Phời – Lào Cai, Tạp chí Công nghiệp mỏ số 3 – 2022. Công ty CP đồng Tả Phời, 2021. Báo cáo các chỉ tiêu công nghệ tuyển nổi đồng (2019-2021), Công ty CP đồng Tả Phời – Vinacomin. 701