Graphit là một dạng thù hình của cacbon, kết tinh trong hệ lục phương. Graphit có nhiều đặc tính đặc biệt như độ trơ và độ bền tự nhiên, độ bền ăn mòn và chịu nhiệt cao, không bị tác động của điều kiện phong hóa…

Tùy thuộc vào chất lượng quặng tinh graphit mà chúng được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau như luyện kim, hóa chất, cơ khí, thủy tinh, chế tạo các khuôn đúc, nồi nấu kim loại, điện cực và các linh kiện điện tử... Ngoài ra, graphit đóng vai trò quan trọng trong y học, xử lý môi trường, công nghệ năng lượng và vận tải. Các ứng dụng mới và đang phát triển là các động lực cho tăng trưởng của graphit. Đặc biệt, graphit chất lượng cao có tiềm năng ứng dụng quan trọng làm nguyên liệu sản xuất pin...

Mỏ graphit Bảo Hà, Lào Cai đã được đánh giá trữ lượng trên diện tích thăm dò tại khu vực Bảo Hà (theo Giấy phép thăm dò khoáng sản số 820/GPBTNMT), của Bộ Tài nguyên và Môi trường cấp cho Công ty Cổ phần Khoáng sản Sông Đà Lào Cai ngày 29 tháng 5 năm 2013. Kết quả thực hiện đề án đã tính được trữ lượng và dự báo tài nguyên quặng graphit mỏ Bảo Hà là: 3.170,56 ngàn tấn.

Hiện nay, nền công nghiệp nước ta trên đà phát triển mạnh, nguyên liệu graphit sẽ ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân. Để sử dụng graphit một cách có hiệu quả, nâng cao giá trị kinh tế, tiềm năng của tài nguyên và đáp ứng nhu cầu về chất lượng của nguyên liệu, việc nghiên cứu một công nghệ tuyển và chế biến sâu hợp lý để có được sản phẩm graphit với chất lượng cao, phục vụ nhu cầu của nhiều ngành công nghiệp là hết sức cần thiết.

Đề tài độc lập cấp quốc gia: “Nghiên cứu công nghệ tuyển và chế biến sâu quặng graphit mỏ Bảo Hà tỉnh Lào Cai” do ThS. Trần Thị Hiến, công tác tại Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim thực hiện với sự phối hợp của các cơ quan, đơn vị trong nước như Công ty Cổ phần Khai thác và Chế biến Khoáng sản Sông Đà, Viện Vật liệu Xây dựng - Bộ Xây dựng, Viện Khoa học Vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam... Đề tài tiến hành với các mục tiêu sau:

- Xây dựng quy trình công nghệ tuyển hợp lý đảm bảo chất lượng quặng tinh và thu hồi tối đa tài nguyên cho mỏ graphit Bảo Hà, tỉnh Lào Cai.

- Xây dựng quy trình công nghệ chế biến sâu quặng tinh thu được sản phẩm graphit chất lượng cao làm nguyên liệu sản xuất gạch chịu lửa và pin.

- Thử nghiệm, chế tạo mẫu sản phẩm pin và gạch chịu lửa từ graphit 95 ÷ 99% C là sản phẩm của đề tài: Tối thiểu mỗi loại 10 mẫu.

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, có thể đưa ra một số kết luận sau:

1. Quặng graphit Bảo Hà có thành phần vật chất chính gồm: Cacbon: 11,28 ÷ 11,8%; Al2O3: 10,72%, Fe2O3: 5,85 ÷ 7,55%, và SiO2: 57,1 ÷ 59,58%. Ngoài ra, hàm lượng chất bốc: 1,00%. Thành phần khoáng vật chính trong mẫu là graphit, thạch anh, felspat, ilit… Graphit tồn tại dưới dạng các tấm kéo dài, vảy hoặc dạng sợi, xen kẹp giữa các tấm phi quặng, kích thước từ (0,05 x 0,2) đến (0,15 x 1,5). Có chỗ tập trung thành ổ. Ngoài ra, cũng phát hiện một lượng nhỏ graphit ở dạng kết tinh vô định hình, xâm nhiễm cùng với pyrotin, pyrit và phi quặng, chủ yếu gồm các hạt thạch anh, mica (biotit), granat, bên cạnh đó còn một số khoáng vật chứa sunfua như pyrit, pyrotin và các oxyt sắt như hematit, limonit.

2. Sơ đồ công nghệ tuyển hợp lý cho quặng graphit Bảo Hà, Lào Cai phối hợp nghiền, tuyển nổi và phân cấp bao gồm các khâu:1 lần nghiền chính, 3 lần nghiền lại quặng tinh, 1 lần nghiền lại trung gian và 12 nguyên công tuyển (1 tuyển chính, 6 lần tuyển tinh kết hợp với sàng phân cấp, 2 tuyển vét, 3 tuyển lại trung gian).

Các chế độ tuyển nổi tối ưu cho khâu tuyển chính như sau:

- Độ mịn nghiền 29,47 % cấp -0,074 mm tương đương d = -0,5 mm. - Với pH: 7 ÷ 7,5.

- Không cần sử dụng thuốc đè chìm.

- Thuốc tập hợp là dầu hỏa với chi phí 90 g/t.

- Thuốc tạo bọt là Montanol 800 với chi phí là 50 g/t.

- Ở khâu tuyển vét 1 bổ sung 40 g/t dầu hỏa và 25 g/t thuốc tạo bọt Montanol 800.

- Ở khâu tuyển vét 2 bổ sung 20 g/t thuốc tâp hợp dầu hỏa và 10 g/t thuốc tạo bọt Montanol 800.

- Khâu tuyển tinh bổ sung thêm thủy tinh lỏng với chi phí: tuyển tinh 1: 150 g/t; tuyển tinh 2: 150 g/t; tuyển tinh 3: 100 g/t; tuyển tinh 4: 50 g/t; tuyển tinh 5: 30 g/t. 269

- Chế độ nghiền - chà xát: Tỷ lệ bi nghiền/quặng: 5/1; Hàm lượng phần rắn vào nghiền: 35% rắn; thời gian nghiền: 5 phút; tốc độ khuấy: 35 ÷ 45m/s.

- Khâu tuyển trung gian với chế độ như sau :

+ Độ mịn nghiền 87% - 0,074 mm.

+ pH : 7 ÷ 7,5.

+ Thuốc đè chìm thủy tinh lỏng là 200 g/t.

+ Thuốc tập hợp dầu hỏa: 20 g/t

+ Thuốc tạo bọt Montanol 800: 10 g/t

- Công nghệ tuyển đã xác lập thể hiện tính ổn định cao ở quy mô pilot. Thí nghiệm liên tục trên dây chuyền thiết bị công suất 100 kg/h với quặng nguyên khai có hàm lượng cacbon 11,80% đã thu được 550 kg quặng tinh graphit bao gồm: quặng tinh graphit vảy thô có khối lượng 185 kg hàm lượng cacbon (C ) đạt 94,17% ứng với thực thu là 33,52%; quặng tinh graphit mịn có khối lượng 365 kg với hàm lượng C là 82,09% ứng với thực thu là 59,79%. Tổng thực thu quặng tinh là 93,31%. Đáp ứng hoàn toàn mục tiêu nghiên cứu của đề tài.

3. Nghiên cứu công nghệ đã xác lập và đề xuất sơ đồ công nghệ chế biến sâu hợp lý cho mẫu quặng tinh graphit mỏ Bảo Hà, tỉnh Lào Cai bao gồm các công đoạn chính: Nung với NaOH, hòa tách với nước, hòa tách với axit.

- Các chế độ công nghệ hợp lý cho công đoạn nung như sau: Nhiệt độ: 450oC, thời gian nung: 60 phút; tỷ lệ NaOH/quặng tinh = 1/3.

- Các chế độ công nghệ hợp lý cho công đoạn hòa tan sản phẩm sau nung bằng nước ở nhiệt độ phòng và thời gian 35 phút, tỷ lệ R/L = 1/5, sau đó lọc rửa 5 lần bằng nước sạch tỉ lệ nước/graphit = 7 để loại bỏ kiềm dư.

- Các chế độ công nghệ hợp lý cho công đoạn hòa tách trong dung dịch H2SO4 như sau: Nhiệt độ phòng, thời gian: 120 phút, tỷ lệ R/L = 1/5, nồng độ dung dịch H2SO4 10%, tốc độ khuấy 1,05 m/s.

- Sản phẩm graphit gồm 2 loại: Tinh khiết 1 đạt > 98% C; tinh khiết 2 đạt > 99,40% C. Hiệu suất thu hồi đối với graphit tinh khiết 1 đạt > 93%; đối với graphit tinh khiết 2 đạt > 96%. Khối lượng sản phẩm của tinh khiết 1 đạt 55 kg và tinh khiết 2 đạt 110 kg 270

- Trong quá trình nghiên cứu, đã xác định một số nguồn chất thải lỏng, khí phát sinh ra môi trường, từ đó đưa ra định hướng xử lý một số chất thải này nhằm hạn chế ảnh hưởng đến môi trường.

- Tổng thực thu của công nghệ tuyển và chế biến sâu quặng graphit mỏ Bảo Hà, Lào Cai đạt ≥ 87%.

4. Sản xuất thử nghiệm gạch chịu lửa MgO - C mác MC-18A với số lượng 20 viên vượt cả về tiêu chuẩn chất lượng và số lượng.

5. Thử nghiệm thành công lõi pin mác JXR2 cả về chất lượng và số lượng. Ngoài ra, còn sử dụng sản phẩm của đề tài cho thử nghiệm chế tạo vật liệu graphen làm điện cực cho siêu tụ điện và thử nghiệm để đánh bóng đồng xu trong vỏ pin. Các kết quả thử nghiệm cho kết quả rất tốt.

6. Khái toán sơ bộ chi phí khâu tuyển và chế biến tính cho một tấn sản phẩm đều cho lợi nhuận khả quan.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (Mã số 15132/2018) tại Cục Thông tin KH&CN Quốc gia.

P.K.L (NASATI)