Tuyển quặng sắt hiệu quả với máy tuyển từ ướt công suất lớn
Việt Nam sở hữu trữ lượng quặng sắt đáng kể với hơn 1.3 tỷ tấn, tập trung tại các tỉnh Thái Nguyên, Lào Cai, Hà Tĩnh và Yên Bái. Máy tuyển từ ướt là thiết bị cốt lõi trong dây chuyền chế biến quặng sắt, giúp nâng hàm lượng Fe từ 30-40% lên 60-68%, đáp ứng yêu cầu của ngành thép.
Tổng quan ngành khai thác quặng sắt Việt Nam
Trữ lượng và phân bố
Theo Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam và US Geological Survey (USGS):
| Khu vực |
Trữ lượng (triệu tấn) |
Hàm lượng Fe |
Loại quặng |
| Thạch Khê (Hà Tĩnh) |
544 |
58-62% |
Magnetite |
| Quý Xa (Lào Cai) |
124 |
55-60% |
Magnetite |
| Trại Cau (Thái Nguyên) |
52 |
45-52% |
Magnetite |
| Tùng Bá (Hà Giang) |
35 |
50-55% |
Hematite |
| Các mỏ nhỏ khác |
200+ |
30-50% |
Hỗn hợp |
Theo World Steel Association: Việt Nam tiêu thụ khoảng 20 triệu tấn quặng sắt/năm, trong đó 65% phải nhập khẩu từ Úc và Brazil.
Thách thức trong tuyển quặng
| Thách thức |
Mô tả |
Giải pháp |
| Hàm lượng Fe thấp |
30-45% tại nhiều mỏ |
Tuyển từ nhiều giai đoạn |
| Kích thước hạt mịn |
Quặng cần nghiền < 0.1mm |
Máy tuyển từ ướt cường độ cao |
| Lẫn nhiều tạp chất |
SiO2, Al2O3, P, S |
Kết hợp tuyển trọng lực |
| Tiêu thụ nước lớn |
2-5 m³/tấn quặng |
Hệ thống tuần hoàn nước |
Phân loại quặng sắt và phương pháp tuyển
Các loại quặng sắt chính
| Loại quặng |
Công thức |
Hàm lượng Fe lý thuyết |
Tính từ |
Phương pháp tuyển |
| Magnetite |
Fe₃O₄ |
72.4% |
Rất mạnh |
Tuyển từ ướt |
| Hematite |
Fe₂O₃ |
70.0% |
Yếu |
Tuyển từ cường độ cao |
| Limonite |
FeOOH·nH₂O |
48-63% |
Yếu |
Tuyển trọng lực |
| Siderite |
FeCO₃ |
48.2% |
Rất yếu |
Nung + Tuyển từ |
Phân loại theo cường độ từ trường
Quặng sắt
│
├── Quặng từ mạnh (Magnetite)
│ └── Máy tuyển từ ướt cường độ thấp
│ └── < 3,000 Gauss
│
├── Quặng từ trung bình
│ └── Máy tuyển từ ướt cường độ trung bình
│ └── 3,000 - 10,000 Gauss
│
└── Quặng từ yếu (Hematite, Limonite)
└── Máy tuyển từ ướt cường độ cao (WHIMS)
└── 10,000 - 20,000 Gauss
Nguyên lý hoạt động máy tuyển từ ướt
Cơ chế tách từ trong môi trường nước
Máy tuyển từ ướt hoạt động dựa trên nguyên lý:
Quặng nghiền + Nước
↓
Vào bể tuyển
↓
Qua vùng từ trường
↓
┌───────────────────────────────┐
│ Hạt từ tính Hạt phi từ │
│ ↓ ↓ │
│ Bị hút lên Chìm xuống │
│ trống từ đáy bể │
└───────────────────────────────┘
↓ ↓
Quặng tinh Quặng đuôi
(Fe cao) (Thải)
Các lực tác động lên hạt quặng
Theo Wills' Mineral Processing Technology:
| Lực |
Công thức |
Tác động |
| Lực từ |
F = χ·V·H·(dH/dx) |
Hút hạt từ tính |
| Lực trọng lực |
F = V·ρ·g |
Kéo xuống |
| Lực ma sát nước |
F = 6πηrv |
Cản chuyển động |
| Lực ly tâm |
F = mω²r |
Văng ra ngoài |
Trong đó:
- χ = Độ cảm từ (m³/kg)
- H = Cường độ từ trường (A/m)
- ρ = Mật độ hạt (kg/m³)
Các loại máy tuyển từ ướt
1. Máy tuyển từ trống ướt (Wet Drum Separator)
Máy tuyển từ trống phổ biến nhất cho magnetite:
| Thông số |
CTB-600 |
CTB-900 |
CTB-1200 |
CTB-1500 |
| Đường kính trống |
600mm |
900mm |
1200mm |
1500mm |
| Chiều dài |
1200mm |
1800mm |
3000mm |
3000mm |
| Công suất |
10-20 t/h |
30-60 t/h |
80-150 t/h |
150-280 t/h |
| Cường độ từ |
1500 Gauss |
1800 Gauss |
2000 Gauss |
2200 Gauss |
| Cỡ hạt |
0-3mm |
0-6mm |
0-10mm |
0-15mm |
| Công suất motor |
3 kW |
5.5 kW |
11 kW |
22 kW |
2. Máy tuyển từ ướt cường độ cao (WHIMS)
Cho quặng từ yếu như hematite:
| Thông số |
SLon-1000 |
SLon-1500 |
SLon-2000 |
| Cường độ từ |
13,000 Gauss |
15,000 Gauss |
18,000 Gauss |
| Công suất |
15-25 t/h |
40-60 t/h |
80-120 t/h |
| Cỡ hạt đầu vào |
0-1mm |
0-2mm |
0-3mm |
| Tiêu thụ điện |
100 kW |
200 kW |
350 kW |
| Tiêu thụ nước |
150 m³/h |
300 m³/h |
500 m³/h |
3. Máy tuyển từ đĩa (Disc Magnetic Separator)
| Ưu điểm |
Nhược điểm |
| Thu hồi cao với quặng mịn |
Công suất thấp |
| Điều chỉnh dễ dàng |
Cấu tạo phức tạp |
| Tách được nhiều cấp |
Chi phí bảo trì cao |
Thiết kế dây chuyền tuyển quặng sắt
Sơ đồ công nghệ điển hình
QUẶNG THÔ (Fe 35-40%)
↓
Đập sơ cấp (Jaw Crusher)
↓
Đập thứ cấp (Cone Crusher)
↓
Sàng phân loại
↓
Nghiền bi (Ball Mill)
↓
[TUYỂN TỪ SƠ CẤP - Máy trống ướt]
├── Quặng tinh sơ → Tiếp tục
└── Quặng đuôi → Nghiền lại hoặc thải
↓
Nghiền tinh (< 0.074mm)
↓
[TUYỂN TỪ TINH - Máy WHIMS]
├── Quặng tinh (Fe 62-68%)
└── Quặng trung gian → Tuần hoàn
↓
Lọc, sấy khô
↓
QUẶNG TINH (Fe 65%+)
Thông số quy trình theo hàm lượng Fe đầu vào
| Fe đầu vào |
Số giai đoạn tuyển |
Fe đầu ra |
Hiệu suất thu hồi |
| 50-55% |
1-2 |
65-67% |
90-95% |
| 40-50% |
2-3 |
62-66% |
85-92% |
| 35-40% |
3-4 |
60-65% |
80-88% |
| <35% |
4-5 |
58-63% |
70-82% |
Thông số kỹ thuật quan trọng
Yêu cầu chất lượng quặng tinh
Theo tiêu chuẩn của Hiệp hội Thép Thế giới và các nhà máy thép lớn:
| Thông số |
Cấp A |
Cấp B |
Cấp C |
| Fe (%) |
≥ 65 |
62-65 |
58-62 |
| SiO₂ (%) |
≤ 4 |
4-6 |
6-10 |
| Al₂O₃ (%) |
≤ 2 |
2-3 |
3-5 |
| P (%) |
≤ 0.05 |
0.05-0.10 |
0.10-0.15 |
| S (%) |
≤ 0.05 |
0.05-0.10 |
0.10-0.20 |
| Độ ẩm (%) |
≤ 8 |
8-10 |
10-12 |
| Giá bán ($/tấn) |
120-150 |
100-120 |
80-100 |
Tiêu chuẩn nước thải mỏ
Theo QCVN 40:2011/BTNMT:
| Thông số |
Giới hạn A |
Giới hạn B |
| pH |
6-9 |
5.5-9 |
| TSS (mg/L) |
50 |
100 |
| Fe (mg/L) |
1 |
5 |
| COD (mg/L) |
75 |
150 |
Chi phí đầu tư và vận hành
Chi phí thiết bị 2024
| Thiết bị |
Công suất |
Giá (USD) |
Nguồn gốc |
| CTB-900 |
30-60 t/h |
15,000-25,000 |
Trung Quốc |
| CTB-1200 |
80-150 t/h |
30,000-50,000 |
Trung Quốc |
| CTB-1500 |
150-280 t/h |
60,000-100,000 |
Trung Quốc |
| WHIMS SLon |
40-60 t/h |
200,000-400,000 |
Trung Quốc |
| Jones WHIMS |
50-80 t/h |
300,000-600,000 |
Úc/Đức |
Chi phí vận hành
| Hạng mục |
Chi phí/tấn quặng thô |
| Điện năng |
8-15 kWh → $0.8-1.5 |
| Nước |
3-5 m³ → $0.3-0.5 |
| Phụ tùng thay thế |
$0.2-0.4 |
| Nhân công |
$0.3-0.5 |
| Khấu hao |
$0.5-1.0 |
| Tổng |
$2-4/tấn quặng thô |
Phân tích hiệu quả kinh tế
| Thông số |
Giá trị |
| Công suất nhà máy |
500,000 tấn quặng thô/năm |
| Hàm lượng đầu vào |
40% Fe |
| Hàm lượng đầu ra |
65% Fe |
| Hiệu suất thu hồi |
85% |
| Sản lượng quặng tinh |
260,000 tấn/năm |
| Giá quặng tinh |
$110/tấn |
| Doanh thu |
$28.6 triệu/năm |
| Chi phí vận hành |
$1.5 triệu/năm |
| Lợi nhuận gộp |
$27.1 triệu/năm |
Case Study: Mỏ sắt Quý Xa - Lào Cai
Thông tin dự án
| Thông số |
Chi tiết |
| Vị trí |
Huyện Văn Bàn, tỉnh Lào Cai |
| Trữ lượng |
124 triệu tấn |
| Hàm lượng Fe |
55-60% (magnetite) |
| Công suất thiết kế |
2 triệu tấn quặng thô/năm |
| Chủ đầu tư |
Tổng công ty Thép Việt Nam (VNSteel) |
Hệ thống tuyển từ
Theo báo cáo của VNSteel và Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim:
- Giai đoạn 1: 6 máy CTB-1500 → Tuyển sơ bộ
- Giai đoạn 2: 12 máy CTB-1200 → Tuyển trung gian
- Giai đoạn 3: 8 máy SLon-1500 → Tuyển tinh
Kết quả đạt được
| Chỉ tiêu |
Thiết kế |
Thực tế |
| Fe đầu vào |
56% |
55-58% |
| Fe đầu ra |
65% |
65.5-67% |
| Hiệu suất thu hồi |
90% |
91.2% |
| SiO₂ |
< 5% |
4.2% |
| P |
< 0.08% |
0.06% |
Xu hướng công nghệ mới
Công nghệ 2024-2025
| Công nghệ |
Mô tả |
Lợi ích |
| WHIMS siêu dẫn |
Nam châm siêu dẫn 50,000 Gauss |
Tuyển quặng từ cực yếu |
| Tuyển từ khô hiệu suất cao |
Không cần nước |
Tiết kiệm 90% nước |
| AI control |
Điều khiển thông minh |
Tối ưu hiệu suất 5-10% |
| Sensor sorting |
Phân loại bằng cảm biến |
Tách trước khi nghiền |
| Green processing |
Tuần hoàn 100% nước |
Zero discharge |
Nam châm đất hiếm trong tuyển khoáng
Nam châm NdFeB đang được ứng dụng:
| Ứng dụng |
Lợi thế so với ferrite |
| Máy tuyển compact |
Kích thước nhỏ hơn 60% |
| Cường độ từ cao |
Gấp 5-10 lần |
| Tiết kiệm năng lượng |
Không cần điện từ |
| Tuổi thọ |
20+ năm |
Bảo trì và vận hành
Lịch bảo trì định kỳ
| Tần suất |
Hoạt động |
Ghi chú |
| Hàng ngày |
Kiểm tra mức nước, tiếng ồn |
Nhật ký vận hành |
| Hàng tuần |
Kiểm tra vòng bi, băng tải |
Bôi trơn nếu cần |
| Hàng tháng |
Đo từ trường, kiểm tra mài mòn |
Gaussmeter |
| Hàng quý |
Thay dầu, kiểm tra motor |
Chuyên gia |
| Hàng năm |
Overhaul toàn bộ |
Nhà cung cấp |
Sự cố thường gặp và xử lý
| Sự cố |
Nguyên nhân |
Xử lý |
| Hiệu suất giảm |
Từ trường yếu, mài mòn |
Kiểm tra/thay nam châm |
| Quặng tinh lẫn đuôi |
Dòng nước quá mạnh |
Điều chỉnh lưu lượng |
| Nghẽn đầu vào |
Kích thước hạt quá lớn |
Kiểm tra sàng trước |
| Motor quá tải |
Vòng bi hỏng, tải lớn |
Thay vòng bi, giảm tải |
Kết luận
Máy tuyển từ ướt là thiết bị không thể thiếu trong chế biến quặng sắt tại Việt Nam. Với công nghệ hiện đại và thiết kế phù hợp, nhà máy tuyển quặng có thể:
- Nâng hàm lượng Fe từ 35-40% lên 65%+
- Đạt hiệu suất thu hồi 85-92%
- Chi phí vận hành chỉ $2-4/tấn quặng thô
- Hoàn vốn trong 2-3 năm
Nguồn tham khảo
- Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam - Báo cáo trữ lượng quặng sắt 2023
- USGS - Mineral Commodity Summaries: Iron Ore (2024)
- World Steel Association - Steel Statistical Yearbook 2023
- Wills' Mineral Processing Technology - 8th Edition (2015)
- VNSteel - Báo cáo kỹ thuật mỏ Quý Xa (2022)
- SME Mining Engineering Handbook - 3rd Edition
Xem thêm
