MỘt số ĐỀ xuất công nghệ XỬ LÝ BÙn nưỚc nhà MÁy tuyển quặng bauxit tân rai – LÂM ĐỒNG

Trong thời gian qua, Công ty Nhôm Lâm Đồng phối hợp với liên danh các nhà thầu tổ chức vận hành Nhà máy tuyển quặng để sản xuất tinh quặng phục vụ cho chạy thử nhà máy alumin. Các kết quả thông kê cho thấy, Nhà máy đang vận hành với công suất 220-280 tấn/giờ tính theo sản lượng tinh quặng, các chỉ tiêu chất lượng chủ yếu của tinh quặng như hàm lượng Al2O3, SiO2, Fe2O3 đều đạt yêu cầu so với thiết kế. Tuy nhiên, còn 02 chỉ tiêu chất lượng nước tràn từ hồ thải quặng đuôi số 5 là TSS, Fe còn cao, chưa đạt yêu cầu khi xả thải. Nguyên nhân chủ yếu là do chất keo tụ tác dụng với bùn quặng thải rất kém, dẫn đến không tạo bông, tốc độ lắng đọng rất thấp, không tạo thành lớp nước trong, các hạt quặng cực mịn 1-2 m lơ lửng đã làm cho nước tràn xả thải có hàm lượng TSS và Fe cao. Để đưa Nhà máy vào vận hành sản xuất chính thức, vấn đề cấp bách là phải chọn được chất keo tụ phù hợp với tính chất bùn quặng bauxit Tân Rai hiện nay.

Trong thời gian qua, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin đã tiến hành lấy các mẫu bùn quặng từ Nhà máy tuyển, nghiên cứu đánh giá tốc độ lắng đọng bùn quặng, đánh giá tiêu hao chất keo tụ. Kết quả thí nghiệm như sau:

1. Kết quả thí nghiệm sử dụng chất keo tụ trong giai đoạn từ tháng 12/2011 đến tháng 4 /2012

Ngay từ khi đưa Nhà máy vào vận hành sản xuất thử từ tháng 12 năm 2011, các kết quả sử dụng chất keo tụ cho việc tăng tốc độ lắng bùn là rất tốt. Mẫu nước bùn cấp vào bể cô đặc được Viện Khoa học Công nghệ Mỏ phối hợp với Công ty Nhôm Lâm Đồng, Ban quản lý Dự án và Công ty CP Xuất nhập khẩu-Vinacomin (Coalimex- đơn vị cung cấp chất keo tụ) lấy trong ngày 25/04/2012 và thử nghiệm trong phòng thí nghiệm Nhà máy tuyển quặng Tân Rai xác định nồng độ pha rắn và tốc độ lắng đọng khi cấp chất keo tụ VFA 1099 (nồng độ chất keo tụ 0,1%) (bảng 1).

Kết quả thí nghiệm chất keo tụ tại thời điểm ngày 25 tháng 4 năm 2012 đã cho thấy tác dụng là rất tốt. Khi có chất keo tụ, các hạt sét đã kết bông thành hạt lớn và lắng nhanh, đảm bảo theo yêu cầu. Tiêu hao chất keo tụ trong khoảng 40-50 g/tấn bùn quặng.

Từ tháng 5 năm 2012, do mưa nhiều, quặng nguyên khai bị ướt, độ ẩm cao, nhiều bùn sét nhão. Chất lượng nước tràn tuần hoàn trong Nhà máy trở nên rất đục và rất xấu, do nhiều hạt sét không kết bông, không lắng đọng. Nước tràn từ hồ thải bùn số 5 có màu đục. Để đánh giá tốc độ lắng đọng và xác định hiệu quả chất keo tụ, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ đã lấy mẫu nước bùn cấp vào bể cô đặc trong ngày 22/08/2012 và thử nghiệm tại phòng thí nghiệm Nhà máy tuyển quặng Tân Rai xác định nồng độ pha rắn và tốc độ lắng đọng khi cấp chất keo tụ VFA 1099 (bảng 2).

- Kết quả thí nghiệm chất keo tụ tại thời điểm ngày 22 tháng 8 năm 2012 đã cho thấy tác dụng là rất kém. Khi lượng chất keo tụ nhỏ, các hạt sét mịn đã không kết bông và không lắng đọng dẫn đến nước tuần hoàn vẩn đục, khi tăng lượng chất keo tụ lên tới 280 g/tấn bùn thì mới xuất hiện kết bông và khi lượng keo tụ lên tới 320 g/tấn bùn thì nước trong mới đảm bảo yêu cầu.

- Viện Khoa học Công nghệ Mỏ đã triển khai thí nghiệm lắng bùn thải từ Nhà máy tuyển quăng Tân Rai với các loại keo tụ đang sử dụng tại Nhà máy tuyển than Cửa Ông, Xưởng tuyển than Hà Lầm, keo tụ Anionic 101, keo tụ Cationic, tuy nhiên, các kết quả thí nghiệm đều cho thấy lượng tiêu hao keo tụ là rất lớn.

- Từ kết quả thí nghiệm xác định tốc độ lắng đọng bùn quặng phụ thuộc vào tiêu hao chất keo tụ đã cho thấy, lượng keo tụ sử dụng là rất lớn, gấp 6 đến 8 lần so với thời điểm tháng 4 năm 2012 và lớn gấp hơn 10 lần so với dự kiến ban đầu. Điều này đã gây ảnh hưởng lớn và dẫn đến hệ thống bơm, pha chất keo tụ hiện tại không đáp ứng được yêu cầu với chất lượng quặng đầu vào, đặc biệt là sẽ ảnh hưởng lớn đến giá thành sản xuất quặng tinh nếu tiếp tục đưa vào sản xuất lớn.

- Bùn quặng không kết bông dẫn đến nước tuần hoàn cấp trở lại cho Nhà máy không đảm bảo tiêu chuẩn, chóng gây hỏng thiết bị bơm, ảnh hưởng xấu đến chất lượng tinh quặng và đặc biệt gây nước tràn xả thải không đảm bảo qui chuẩn môi trường.

Đánh giá sơ bộ nguyên nhân dẫn đến chi phí keo tụ cao

- Nguyên nhân cơ bản dẫn đến tiêu hao chất keo tụ cao là do chất lượng quặng nguyên khai thay đổi so với tài liệu cung cấp cho thiết kế. Hàm lượng các hạt sét mịn trong quặng đầu vào hiện nay là quá lớn so với thiết kế ban đầu, hàm lượng hạt 0-0,063mm trong quặng đầu vào là khoảng 45%, tăng 1,4 lần so với tài liệu cung cấp cho thiết kế (32,5%). Hàm lượng các hạt 1- 2 m trong nước bùn cấp vào bể cô đặc chiếm tới hơn 83%, cao hơn rất nhiều so với dự kiến ban đầu.

- Các hạt sét mịn tăng cao là do quặng nguyên khai được tích tụ trên đống bãi từ năm 2010. Do để mưa nắng trong thời gian dài trên kho bãi nên các hạt quặng có chứa đất sét đã bị rữa, bùn hóa làm cho các hạt sét mịn 1-2 m tăng nhiều lần so với thiết kế (trong thiết kế tính toán quặng nguyên khai lưu kho khoảng 30 ngày). Điều này đã làm cho các hạt sét mịn lơ lửng không chịu tác động của trọng lực để lắng đọng nếu tiêu hao chất keo tụ không đủ lượng cho phản ứng hóa học kết bông các hạt keo.

- Mặt khác, một số chất keo tụ đã quá hạn sử dụng, một số lô keo tụ kết vón khi pha chế cũng làm cho tiêu hao chất keo tụ tăng trong khi vận hành thử Nhà máy.

Để tiếp tục nghiên cứu đánh giá chất keo tụ tác dụng với bùn quặng, trong các ngày 18, 19 và 20 tháng 9 năm 2012, cán bộ của Viện Khoa học Công nghệ Mỏ, Công ty Nhôm Lâm Đồng và Ban Quản lý Tổ hợp bauxit nhôm đã tiến hành lấy mẫu quặng nguyên khai từ vỉa, quặng nguyên khai trên bãi chứa và quặng nguyên khai đã pha trộn phục vụ cho chạy thử 72 giờ. Đã tiến hành thí nghiệm qui mô phòng thí nghiệm xác định tốc độ lắng đọng bùn quặng cỡ hạt 0 - 0,5mm từ các mẫu quặng trên với chất keo tụ VFA 1099 và Magnafloc 336, kết quả thể hiện trên bảng 3.

Mẫu nước tràn được lấy ngày trong ngày 22 tháng 8 năm 2012 và xét nghiệm tại Phòng thí nghiệm môi trường của Viện Khoa học Công nghệ Mỏ – Vinacomin về các chỉ tiêu chất lượng theo QCVN 40:2011 Bộ TNMT (B) (bảng 4).

- Kết quả phân tích chất lượng nước tràn từ đập thải bùn số 5 cho thấy, ngoại trừ hai chỉ tiêu TSS và Fe là vượt mức, hầu hết các chỉ tiêu còn lại đều đạt so với tiêu chuẩn nước xả thải QCVN 40:2011 do Bộ Tài nguyên Môi trường ban hành năm 2011.

- Các chỉ tiêu TSS và Fe vượt so với qui chuẩn là do các hạt sét lơ lửng trong nước tràn có kích thước quá mịn không kết bông dẫn đến không lắng đọng. Mặc dù để yên tĩnh trong thời gian dài nhưng các hạt sét lơ lửng đều không lắng đọng dẫn đến nước tràn có hàm lượng TSS cao, hàm lượng Fe cao và nước có màu hồng như phù sa.

- Quan sát mẫu nước tràn tại hồ lắng quặng đuôi số 5 cho thấy, mặc dù để lắng đọng tự nhiên trong môi trường yên tĩnh nhưng các hạt sét lơ lửng đều không lắng đọng, nhưng khi cấp chất keo tụ VFA 1099 thì các hạt sét lơ lửng đã kết bông thành hạt lớn và lắng đọng nhanh xuống đáy theo tác dụng của lực trọng trường, khi lấy mẫu nước trong đưa đi xét nghiệm, chỉ tiêu TSS đạt 86mg/l và Fe đạt 4,1mg/l, đạt yêu cầu xả thải.

- Như vậy, qua kết quả thí nghiệm đã đi đến kết luận các chỉ tiêu TSS và Fe trong nước tràn hồ lắng quặng thải số 5 vượt so với qui chuẩn là do các hạt sét lơ lửng chứa nguyên tố sắt có kích thước quá mịn không kết bông dẫn đến không lắng đọng. Tồn tại các hạt sét lơ lửng không kết bông chảy tràn tại hồ thải số 5 có thể là do hàm lượng các hạt sét siêu mịn trong quặng nguyên khai quá lớn so dự kiến, dẫn đến lượng keo tụ theo thiết kế không cấp đủ cho kết bông tại bể cô đặc.

- Nguyên nhân tiếp theo là do chất keo tụ VFA 1099 có cấu trúc cao phân tử chưa phù hợp, chưa đủ lớn để kết nối các hạt sét mịn thành hạt bông lớn dễ lắng đọng.

4. Các giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả sử dụng chất keo tụ

Để tìm hiểu vấn đề này, Chủ đầu tư đã thông báo mời nhà sản xuất các chất keo tụ trên phối hợp khảo sát đánh giá sử dụng chất keo tụ AN 934 VHM có tên thương mại là VFA 1099 tại Nhà máy tuyển quặng bauxit Tân Rai Lâm Đồng. Kết quả khảo sát đã cho thấy tiêu hao chất keo tụ tại Nhà máy tuyển bauxit Tân Rai hiện nay là rất lớn do cấu trúc phân tử của VFA 1099 không phù hợp cho bùn quặng, nên hiệu quả kết bông là rất thấp. Công thức hóa học của chất keo tụ VFA 1099 (AN 934 VHM) như sau:

- Me+ là các đuôi hợp chất tích điện có tác dụng với các hạt bùn quặng;

- m; n là độ dài của cao phân tử.

Từ công thức hóa học cho thấy khả năng tác dụng của chất keo tụ rất phụ thuộc vào độ dài và cấu trúc của cao phân tử. Phụ thuộc vào công nghệ riêng của nhà sản xuất.

Vì vậy, khi đặt mua hàng chất keo tụ, đơn vị sử dụng cần nêu rõ cụ thể tính năng đối tượng áp dụng, chi phí tiêu hao, yêu cầu chất lượng chất keo tụ v.v.. để nhà sản xuất cam kết phạm vi sử dụng, khả năng đáp ứng yêu cầu của khách hàng.

Sau khi nghiên cứu thay đổi cấu trúc phân tử chất keo tụ AN 934 VHM thành AN 934 Tân Rai, Nhà sản xuất SNF Floerger đã tiến hành thí nghiệm với bùn quặng bauxit Tân Rai, kết quả đã cho thấy, chất keo tụ AN 934 Tân Rai có tác dụng rất tốt, tiêu hao chất keo tụ giảm 6 lần. Kết quả thí nghiệm tốc độ lắng đọng bùn quặng bauxit Tân Rai do Nhà sản xuất SNF Floerger thực hiện được thể hiện trên hình 1.

- Căn cứ tính chất bùn quặng bauxit Tân Rai hiện nay, Nhà sản xuất SNF Floerger đã điều chỉnh cấu trúc phân tử chất keo tụ AN 934 VHM có tên thương mại là VFA 1099 thành chất trợ lắng AN 934 Tân Rai nhằm tăng hiệu quả tác dụng chất keo tụ trên.

- Đối chiếu yêu cầu tốc độ lắng đọng phải đạt tối thiểu 9,9 m/giờ để nước tràn bể cô đặc đảm bảo chất lượng nước tuần hoàn, kết quả thí nghiệm chất trợ lắng AN 934 Tân Rai cho thấy, chi phí tiêu hao chất keo tụ sẽ dao động 65-75 g/tấn bùn (tốc độ lắng đọng khoảng 1m/giờ) là hoàn toàn phù hợp với yêu cầu thiết kế và không làm tăng giá thành sản xuất quặng tinh. Viện Khoa học Công nghệ Mỏ thống nhất đề nghị giải pháp thay thế chất keo tụ AN 934 VHM (VFA 1099) bằng chất trợ lắng AN 934 Tân Rai.

- Việc sử dụng chất trợ lắng AN 934 Tân Rai sẽ không làm thay đổi công nghệ Nhà máy tuyển, không phải điều chỉnh tổ chức sản xuất và không làm tăng giá thành sản xuất quặng tinh.

Do tính chất bùn quặng bauxit Tân Rai thay đổi nhiều so thiết kế, các chất keo tụ VFA 1099 và Magnafloc do nhà sản xuất cung cấp hiện có là không phù hợp, nếu tiếp tục sử dụng sẽ gây nhiều khó khăn trong việc vận hành công nghệ Nhà máy và chi phí vận hành là rất lớn. Để giải quyến vấn đề này, nhà sản xuất chất keo tụ cần điều chỉnh chất lượng sao cho phù hợp với tính chất bùn quặng Tân Rai. Hệ thống pha, châm keo tụ cần tiếp tục hoàn thiện để tăng hiệu quả sử dụng chất kết bông, giảm giá thành sản xuất quặng tinh, đặc biệt là chất lượng nước xả thải phải đảm bảo các qui chuẩn về môi trường nhằm sớm đưa Nhà máy vào sản xuất chính thức./.