Tận thu apatit ở Lào Cai, biến đuôi thải thành tài nguyên

Yêu cầu từ chiến lược phát triển khoáng sản

Trong nhiều năm qua, cùng với quá trình khai thác và chế biến quặng apatit, lượng quặng đuôi thải phát sinh tại các nhà máy tuyển trên địa bàn tỉnh Lào Cai rất lớn. Thống kê cho thấy, mỗi năm có khoảng 1 triệu tấn quặng đuôi thải được lưu trữ tại các hồ chứa của ba nhà máy tuyển apatit Tằng Loỏng, Cam Đường và Bắc Nhạc Sơn. Đáng chú ý, hàm lượng apatit còn sót lại trong quặng đuôi thải của Nhà máy tuyển Bắc Nhạc Sơn ở mức cao nhất, dao động từ 6 - 8% P₂O₅. Đây vừa là thách thức về môi trường, vừa đặt ra yêu cầu cấp thiết về tận thu, sử dụng hiệu quả tài nguyên khoáng sản.

Trong bối cảnh đó, nghiên cứu “Tuyển thu hồi apatit từ quặng đuôi nhà máy tuyển Bắc Nhạc Sơn ở quy mô phòng thí nghiệm” do các tác giả Phạm Đức Phong, Trần Thị Hiến, Trần Thị Thanh Phúc thuộc Viện Khoa học và Công nghệ mỏ luyện kim (Bộ Công Thương) thực hiện có ý nghĩa cả về khoa học và thực tiễn. Nghiên cứu không chỉ góp phần làm rõ đặc điểm khoáng vật học của quặng đuôi thải mà còn đề xuất giải pháp công nghệ khả thi nhằm tận thu apatit, phù hợp với định hướng phát triển kinh tế tuần hoàn và kinh tế xanh của ngành khoáng sản Việt Nam.

Đặc biệt, giải pháp thu hồi apatit từ quặng đuôi thải các nhà máy tuyển đã được đưa vào kế hoạch thực hiện của các đơn vị sản xuất. Do vậy, công tác nghiên cứu tuyển thu hồi quặng apatit trong đuôi thải không chỉ mang ý nghĩa khoa học mà còn định hướng ứng dụng vào thực tế sản xuất, tận thu tài nguyên.

Kết quả nghiên cứu không chỉ đưa ra giải pháp kỹ thuật phù hợp để tận thu apatit từ quặng đuôi thải mà còn có ý nghĩa to lớn trong việc thu hồi tài nguyên khoáng sản trong bối cảnh nền kinh tế tuần hoàn, giảm diện tích các bãi chứa quặng thải và mang lại hiệu quả kinh tế cho doanh nghiệp.

Theo Quyết định số 866/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về quy hoạch thăm dò, khai thác, chế biến và sử dụng khoáng sản apatit thời kỳ 2021 - 2030, tầm nhìn đến năm 2050, việc chế biến sâu, thu hồi tối đa và nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên khoáng sản được xác định là yêu cầu xuyên suốt. Quy hoạch nhấn mạnh gắn khai thác khoáng sản với đổi mới, hiện đại hóa công nghệ, giảm phát thải, phù hợp với các cam kết quốc tế về chuyển đổi sang nền kinh tế xanh, kinh tế carbon thấp.

Cụ thể hóa định hướng này, Quyết định số 266/QĐ-HCVN ngày 2/10/2024 của Tập đoàn Hóa chất Việt Nam về kế hoạch thực hiện quy hoạch apatit đã nêu rõ nhiệm vụ: nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật giảm hàm lượng P₂O₅ trong quặng đuôi thải, đồng thời đề xuất cơ chế, chính sách xử lý hiệu quả quặng thải tại các nhà máy tuyển.

Tuyển nổi cột, giải pháp cho cấp hạt mịn

Công ty TNHH MTV Apatit Việt Nam hiện vận hành ba nhà máy tuyển apatit loại III với tổng công suất 1,37 triệu tấn quặng tinh/năm. Thực tế cho thấy, mặc dù các nhà máy đã có những cải tiến về công nghệ, thiết bị, tuy nhiên, hàm lượng apatit trong quặng đuôi thải vẫn còn cao. Riêng tại nhà máy tuyển quặng apatit loại III Bắc Nhạc Sơn, tỷ lệ thu hồi apatit trong sản phẩm quặng tinh còn thấp, quặng đuôi thải sau quá trình tuyển nổi có hàm lượng trung bình 6 - 8% P2O5, cao hơn so với hai nhà máy còn lại.

ThS Phạm Đức Phong - Phó trưởng Phòng Công nghệ tuyển khoáng, Viện Khoa học và Công nghệ mỏ - Luyện kim, Chủ nhiệm đề tài cho biết: Kết quả nghiên cứu thành phần vật chất mẫu quặng đuôi thải Bắc Nhạc Sơn cho thấy hàm lượng P₂O₅ trung bình đạt 6,17%. Apatit phân bố không đồng đều theo cỡ hạt, có xu hướng giảm dần khi cấp hạt nhỏ hơn, trong đó riêng cấp hạt +0,074 mm chiếm tới 34,38% tổng lượng P₂O₅.

Phân tích thạch học và hiển vi điện tử cho thấy khoảng 80% khoáng vật apatit tồn tại dưới dạng hạt rất mịn, kích thước nhỏ hơn 0,1 mm; 20% còn lại nằm xen kẽ trong các khoáng vật khác như sericit, thạch anh - sericit, thậm chí có hạt apatit chứa bao thể thạch anh. Mức độ xâm nhiễm mịn cao khiến apatit khó được giải phóng và thu hồi bằng các thiết bị tuyển nổi truyền thống.

Trong khi đó, phần lớn các nhà máy hiện nay sử dụng các ngăn máy tuyển nổi cơ học. Với loại thiết bị này, các hạt mịn (slam) có khả năng nổi kém, dễ bị cuốn theo dòng thải, dẫn đến thất thoát khoáng vật có ích. Mặt khác, quá trình hấp phụ thuốc tuyển trên bề mặt hạt mịn diễn ra nhanh hơn hạt thô, khiến thời gian tiếp xúc trong ngăn tuyển không đủ, làm giảm hiệu quả tuyển chọn.

"Từ thực tế đó, chúng tôi định hướng cần nghiền quặng đến độ hạt tối ưu nhằm phá vỡ liên kết khoáng vật, đồng thời lựa chọn thiết bị tuyển phù hợp cho cấp hạt mịn để nâng cao hiệu suất thu hồi" - ThS Phạm Đức Phong cho hay.

Trên cơ sở tổng hợp kinh nghiệm trong và ngoài nước, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn thiết bị tuyển nổi cột để thực hiện thí nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm. Tuyển nổi cột được đánh giá có ưu thế vượt trội trong tuyển các cấp hạt mịn (0,01 - 0,05 mm), nhờ khả năng chọn lọc cao, lớp bọt ổn định và cơ chế rửa bọt hiệu quả.

Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu là tuyển nổi cột do hãng Eriez (Canada) sản xuất, đường kính cột 102 mm, chiều cao 6 m, được trang bị hệ thống điều khiển tự động lưu lượng khí, áp suất khí, nước rửa, cùng cảm biến đo chiều cao lớp bọt. Hệ thống cho phép điều chỉnh linh hoạt chế độ tuyển, phù hợp với đặc điểm quặng đuôi xâm nhiễm mịn.

Mẫu nghiên cứu được lấy sau khâu tuyển vét của dây chuyền tuyển nổi tại Nhà máy Bắc Nhạc Sơn và vận chuyển về Phòng Công nghệ Tuyển khoáng, Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim để tiến hành các thí nghiệm.

Hai sơ đồ công nghệ, hai sản phẩm quặng tinh

Trên cơ sở các thí nghiệm xác lập chế độ tuyển tối ưu, nhóm tác giả đã xây dựng hai sơ đồ công nghệ tuyển thu hồi apatit từ quặng đuôi thải.

Sơ đồ công nghệ thứ nhất cho phép thu được sản phẩm quặng tinh apatit có hàm lượng trung bình 25,46% P₂O₅, mức thu hoạch 9,52%, thực thu P₂O₅ đạt 39,28%. Sản phẩm này đáp ứng yêu cầu làm nguyên liệu cho sản xuất phân lân nung chảy, với hàm lượng P₂O₅ đầu vào từ 25–27%.

Sơ đồ công nghệ thứ hai được bổ sung thêm một khâu tuyển tinh nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm. Với chế độ tuyển pH = 9 và sử dụng Na₂SiO₃ làm thuốc đè chìm ở mức 100 g/t, sản phẩm quặng tinh thu được đạt hàm lượng 32,24% P₂O₅, mức thu hoạch 6,09%, thực thu P₂O₅ đạt 31,82%. Đây là nguồn nguyên liệu phù hợp cho các nhà máy sản xuất phân bón hóa học, yêu cầu P₂O₅ đầu vào từ 32–33%.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, tuyển nổi cột là giải pháp công nghệ phù hợp để tận thu apatit từ quặng đuôi thải Bắc Nhạc Sơn, đặc biệt trong điều kiện quặng xâm nhiễm mịn. Việc thu hồi được apatit không chỉ góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên khoáng sản, mà còn giảm đáng kể lượng P₂O₅ thất thoát ra môi trường, qua đó giảm áp lực cho các hồ chứa quặng thải.

Ở góc độ kinh tế, tận thu apatit từ quặng đuôi giúp doanh nghiệp gia tăng sản lượng quặng tinh mà không phải mở rộng khai thác mỏ, qua đó tiết kiệm chi phí, nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh. Đồng thời, quặng thải sau tuyển tận thu tiếp tục được nghiên cứu sử dụng làm nguyên liệu cho ngành vật liệu xây dựng, góp phần khép kín chu trình sử dụng tài nguyên.

Trong bối cảnh ngành khoáng sản đang chịu sức ép lớn về môi trường và yêu cầu phát triển bền vững, nghiên cứu này là minh chứng rõ nét cho cách tiếp cận kinh tế tuần hoàn: coi chất thải là tài nguyên, biến “đuôi thải” thành nguồn giá trị mới. Đây cũng là hướng đi cần được tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện và từng bước triển khai ở quy mô công nghiệp trong thời gian tới.