Cao lanh có trữ lượng dồi dào ở nước ta, trữ lượng địa chất đã được chứng minh khoảng 3 tỷ tấn, chủ yếu phân bố ở Quảng Đông, Quảng Tây, Giang Tây, Phúc Kiến, Giang Tô và các nơi khác. Do các lý do hình thành địa chất khác nhau, thành phần và cấu trúc của cao lanh từ các khu vực sản xuất khác nhau cũng khác nhau. Cao lanh là một loại silicat lớp 1:1, được cấu tạo bởi các hình bát diện và tứ diện. Thành phần chính của nó là SiO2 và Al2O3. Nó cũng chứa một lượng nhỏ Fe2O3, TiO2, MgO, CaO, K2O và Na2O, v.v. Cao lanh có nhiều tính chất vật lý và hóa học tuyệt vời cũng như đặc tính xử lý tốt, vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trong hóa dầu, sản xuất giấy, vật liệu chức năng, sơn phủ, gốm sứ, vật liệu chống thấm nước, v.v. Với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ hiện đại, các ứng dụng mới của cao lanh không ngừng mở rộng và bắt đầu thâm nhập vào các lĩnh vực cao cấp, chính xác và tiên tiến. Quặng cao lanh chứa một lượng nhỏ (thường từ 0,5% đến 3%) khoáng chất sắt (oxit sắt, ilmenit, siderit, pyrit, mica, tourmaline, v.v.), tạo màu cho cao lanh và ảnh hưởng đến độ trắng khi nung kết. Các đặc tính khác hạn chế ứng dụng của cao lanh. Do đó, việc phân tích thành phần của cao lanh và nghiên cứu công nghệ loại bỏ tạp chất là đặc biệt quan trọng. Các tạp chất tạo màu này thường có tính chất từ yếu và có thể được loại bỏ bằng phương pháp tách từ. Tách từ là phương pháp tách các hạt khoáng chất trong từ trường bằng cách sử dụng sự khác biệt về từ tính của khoáng chất. Đối với các khoáng chất có từ tính yếu, cần có từ trường mạnh với độ dốc cao để tách từ.
Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của máy tách từ bùn có độ dốc cao HTDZ.
1.1 Cấu trúc của thiết bị tách từ trường gradient cao dùng cho bùn điện từ
Máy chủ yếu bao gồm khung máy, cuộn dây kích thích làm mát bằng dầu, hệ thống từ tính, môi trường phân tách, hệ thống làm mát cuộn dây, hệ thống xả rửa, hệ thống nạp và xả quặng, hệ thống điều khiển, v.v.
Hình 1. Sơ đồ cấu trúc của thiết bị tách từ trường có độ dốc cao dùng cho bùn điện từ.
1- Cuộn dây kích thích 2- Hệ thống từ tính 3- Môi trường phân tách 4- Van khí nén 5- Đường ống thoát bột giấy
6-Thang cuốn 7-Ống dẫn nước vào 8-Ống xả xỉ
1.2 Đặc điểm kỹ thuật của máy tách từ trường gradient cao HTDZ dùng cho bùn điện từ
◎Công nghệ làm mát bằng dầuDầu làm mát được sử dụng hoàn toàn kín để làm mát, quá trình trao đổi nhiệt được thực hiện theo nguyên lý trao đổi nhiệt dầu-nước, và sử dụng bơm dầu biến áp dạng đĩa lưu lượng lớn. Dầu làm mát có tốc độ tuần hoàn nhanh, khả năng trao đổi nhiệt mạnh, nhiệt độ cuộn dây tăng thấp và cường độ từ trường cao.
◎Công nghệ chỉnh lưu và ổn định dòng điệnThông qua mô-đun chỉnh lưu, dòng điện đầu ra ổn định được thực hiện, và dòng điện kích thích được điều chỉnh theo đặc tính của các vật liệu khác nhau để đảm bảo cường độ từ trường ổn định và đạt được chỉ số làm giàu tốt nhất.
◎Công nghệ nam châm vật lý hiệu suất cao bọc thép khoang lớnSử dụng lớp vỏ bọc bằng sắt để bao quanh cuộn dây rỗng, thiết kế cấu trúc mạch từ điện từ hợp lý, giảm độ bão hòa của lớp vỏ bọc bằng sắt, giảm rò rỉ từ thông và tạo ra cường độ từ trường cao trong khoang phân loại.
◎Công nghệ tách pha ba pha rắn-lỏng-khíVật liệu trong buồng tách chịu tác động của lực nổi, trọng lực và lực từ để đạt được hiệu quả làm giàu thích hợp trong điều kiện phù hợp. Sự kết hợp giữa nước xả và áp suất không khí cao giúp làm sạch môi trường sau khi xả.
◎Công nghệ vật liệu từ tính và dẫn điện từ tính bằng thép không gỉ dạng gai mớiVật liệu phân loại sử dụng len thép, lưới lọc hình thoi, hoặc sự kết hợp giữa len thép và lưới lọc hình thoi. Vật liệu này kết hợp các đặc tính của thiết bị và được nghiên cứu phát triển từ thép không gỉ có độ thấm từ cao, chịu mài mòn. Độ dốc cảm ứng từ trường lớn, giúp dễ dàng thu giữ các khoáng chất từ tính yếu, từ dư nhỏ, và dễ dàng rửa sạch khi quặng được thải ra.
1.3 Phân tích nguyên lý hoạt động của thiết bị và phân tích phân bố từ trường
1.3.1Nguyên tắc phân loại làTrong cuộn dây bọc thép, một lượng nhất định len thép không gỉ dẫn từ (hoặc lưới kim loại giãn nở) được đặt vào. Sau khi cuộn dây được kích thích, len thép không gỉ dẫn từ sẽ bị từ hóa, tạo ra một từ trường không đồng đều trên bề mặt, tức là từ trường có độ dốc cao. Khi vật liệu thuận từ đi qua len thép trong bể phân loại, nó sẽ nhận được một lực từ trường tỷ lệ thuận với tích của từ trường tác dụng và độ dốc của từ trường, và sẽ bị hấp phụ trên bề mặt len thép, thay vì vật liệu không từ tính đi qua từ trường trực tiếp. Nó chảy vào bể chứa sản phẩm không từ tính thông qua van và đường ống không từ tính. Khi vật liệu từ tính yếu được len thép thu gom đạt đến một mức nhất định (được xác định bởi yêu cầu của quy trình), hãy ngừng cấp quặng. Ngắt nguồn điện kích thích và xả các vật thể từ tính. Các vật thể từ tính chảy vào bể chứa sản phẩm từ tính thông qua van và đường ống từ tính. Sau đó thực hiện công việc thứ hai và lặp lại chu trình này.
1.3.2Phân tích phân bố từ trườngSử dụng phần mềm phân tích phần tử hữu hạn tiên tiến để mô phỏng nhanh bản đồ phân bố từ trường, rút ngắn chu kỳ thiết kế và phân tích; áp dụng thiết kế tối ưu để giảm tiêu thụ điện năng của thiết bị và giảm chi phí cho người sử dụng; phát hiện các vấn đề tiềm ẩn trước khi sản xuất sản phẩm, tăng độ tin cậy của sản phẩm và dự án; mô phỏng các phương án thử nghiệm khác nhau, giảm thời gian và chi phí thử nghiệm;
Đặc điểm chuyển động khoáng sản
2.1 Phân tích sự di chuyển vật liệu
Máy tách từ gradient cao HTDZ thích hợp cho việc cấp liệu thấp khi phân loại cao lanh. Thiết bị sử dụng len thép không gỉ nhiều lớp (hoặc lưới kim loại giãn nở) làm môi trường phân loại, sao cho quỹ đạo của các hạt quặng không đều theo hướng thẳng đứng và nằm ngang. Hình 1 thể hiện đường cong chuyển động của các hạt khoáng. Do đó, việc kéo dài thời gian và quãng đường di chuyển của khoáng chất trong khu vực phân tách giúp nam châm yếu hấp phụ hoàn toàn. Ngoài ra, lưu lượng bùn, trọng lực và lực nổi trong quá trình phân tách tương tác với nhau. Hiệu quả là giữ cho các hạt quặng ở trạng thái tơi xốp mọi lúc, giảm sự kết dính giữa các hạt quặng và nâng cao hiệu quả loại bỏ sắt. Từ đó đạt được hiệu quả phân loại tốt.
Hình 4. Sơ đồ mô tả sự chuyển động của khoáng vật.
1. Mạng lưới truyền thông 2. Các hạt từ tính 3. Các hạt không từ tính.
2. Bản chất của quặng thô và quy trình tuyển quặng cơ bản
2.1 Tính chất của một loại khoáng chất cao lanh nhất định ở Quảng Đông:
Các khoáng chất tạp chất của cao lanh ở một khu vực nhất định tại Quảng Đông bao gồm thạch anh, muscovit, biotit và feldspar, cùng một lượng nhỏ limonit và khoáng chất màu đỏ. Thạch anh chủ yếu tập trung ở kích thước hạt +0,057mm, hàm lượng khoáng chất mica và feldspar tập trung ở kích thước hạt trung bình (0,02-0,6mm), và hàm lượng kaolinit cùng một lượng nhỏ khoáng chất màu tối tăng dần khi kích thước hạt giảm. Kaolinit bắt đầu tập trung ở kích thước -0,057mm và tập trung rõ rệt ở kích thước -0,020mm.
Bảng 1 Kết quả phân tích đa nguyên tố quặng cao lanh (%)
2.2 Các điều kiện làm giàu chính áp dụng cho việc thăm dò thực nghiệm mẫu nhỏ
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình tách từ của thiết bị tách từ bùn gradient cao HTDZ là tốc độ dòng chảy của bùn, cường độ từ trường nền, v.v. Hai điều kiện chính sau đây được thử nghiệm trong nghiên cứu thực nghiệm này.
2.2.1 Tốc độ dòng chảy của bùn: Khi tốc độ dòng chảy lớn, năng suất quặng tinh cao hơn, và hàm lượng sắt cũng cao; khi tốc độ dòng chảy thấp, hàm lượng sắt trong quặng tinh thấp, và năng suất cũng thấp. Dữ liệu thực nghiệm được thể hiện trong Bảng 2.
Bảng 2 Kết quả thực nghiệm về tốc độ dòng chảy của bùn
Lưu ý: Thử nghiệm tốc độ dòng chảy của hỗn hợp bùn được thực hiện trong điều kiện từ trường nền là 1,25T và liều lượng chất phân tán là 0,25%.
Hình 5. Mối tương quan giữa tốc độ dòng chảy và Fe2O3
Hình 6. Mối tương quan giữa vận tốc dòng chảy và màu trắng khô.
Xét trên tổng thể chi phí làm giàu quặng, tốc độ dòng chảy của bùn cần được kiểm soát ở mức 12 mm/s.
2.2.2 Từ trường nền: Cường độ từ trường nền của thiết bị tách từ bùn phù hợp với quy luật chỉ số loại bỏ sắt trong quá trình tách từ cao lanh, nghĩa là khi cường độ từ trường cao, năng suất quặng và hàm lượng sắt của thiết bị tách từ đều thấp, và tỷ lệ loại bỏ sắt tương đối thấp. Hiệu quả loại bỏ sắt cao và tốt.
Bảng 3 Kết quả thực nghiệm về từ trường nền
Lưu ý: Thử nghiệm từ trường nền được thực hiện trong điều kiện tốc độ dòng chảy của hỗn hợp bùn là 12 mm/s và liều lượng chất phân tán là 0,25%.
Vì cường độ từ trường nền càng cao thì công suất kích thích càng lớn, mức tiêu thụ năng lượng của thiết bị càng cao và chi phí sản xuất trên mỗi đơn vị càng cao. Xét đến chi phí tuyển khoáng, từ trường nền được chọn được thiết lập ở mức 1,25T.
Hình 7. Mối tương quan giữa cường độ từ trường và hàm lượng Fe2O3.
2.3 Lựa chọn quy trình cơ bản của quá trình tách từ
Mục đích chính của quá trình tuyển quặng cao lanh là loại bỏ sắt và tinh chế. Dựa trên sự khác biệt về từ tính của từng khoáng chất, việc sử dụng từ trường có độ dốc cao để loại bỏ sắt và tinh chế cao lanh rất hiệu quả, và quy trình này đơn giản, dễ thực hiện trong công nghiệp. Do đó, một máy tách từ bùn có độ dốc cao, gồm một máy sàng thô và một máy sàng mịn, được sử dụng làm quy trình phân loại.
Sản xuất công nghiệp
3.1 Quy trình sản xuất công nghiệp cao lanh
Để tách sắt khỏi quặng cao lanh ở một khu vực nhất định tại Quảng Đông, người ta sử dụng tổ hợp thiết bị HTDZ-1000 để tạo thành quy trình tách từ thô-mịn. Sơ đồ quy trình được thể hiện trong Hình 2.
3.2 Điều kiện sản xuất công nghiệp
3.2.1Phân loại vật liệu: mục đích chính1. Tách các tạp chất như thạch anh, fenspat và mica trong cao lanh trước bằng thiết bị ly tâm hai tầng, giảm áp suất cho thiết bị tiếp theo và phân loại kích thước hạt để đáp ứng yêu cầu của thiết bị tiếp theo. 2. Vì môi trường tách của máy tách từ bùn là len thép số 3, nên kích thước hạt phải nhỏ hơn 250 mesh để đảm bảo không còn hạt nào sót lại trong môi trường len thép, tránh làm tắc nghẽn môi trường len thép, ảnh hưởng đến chỉ số làm giàu và khả năng rửa môi trường cũng như năng suất xử lý của thiết bị, v.v.
3.2.2Điều kiện hoạt động của quá trình tách từQuy trình thực hiện gồm một bước thử nghiệm thô và một bước thử nghiệm tinh, cùng một quy trình mạch hở thô và một quy trình mạch hở tinh. Theo thí nghiệm mẫu, cường độ từ trường nền của máy tách từ bùn có độ dốc cao dùng cho công đoạn tuyển thô là 0,7T, máy tách từ có độ dốc cao dùng cho công đoạn tuyển chọn là 1,25T, và sử dụng máy tách từ HTDZ-1000 cho bùn tuyển thô. Được trang bị máy tách từ bùn tuyển chọn HTDZ-1000.
3.3 Kết quả sản xuất công nghiệp
Quá trình sản xuất công nghiệp cao lanh để loại bỏ sắt tại một địa điểm nhất định ở Quảng Đông, hình ảnh mẫu bánh sản phẩm thu được từ máy tách từ trường gradient cao HTDZ được thể hiện trong Hình 3, và dữ liệu được trình bày trong Bảng 2.
Bánh quặng 1: Đây là bánh quặng mẫu thô được đưa vào thiết bị tách từ dạng bùn thô.
Bánh số 2: Mẫu bánh được chọn ngẫu nhiên.
Bánh số 3, Bánh số 4, Bánh số 5: Các mẫu được chọn
Bảng 2 Kết quả sản xuất công nghiệp (kết quả lấy mẫu và bẻ bánh lúc 20:30 ngày 6 tháng 11)
Hình 3. Một mẫu bánh được sản xuất từ cao lanh tại một địa điểm nhất định ở Quảng Đông.
Kết quả sản xuất cho thấy hàm lượng Fe2O3 trong quặng tinh có thể giảm khoảng 50% thông qua hai lần tách từ tính cường độ cao của bùn, và có thể đạt được hiệu quả loại bỏ sắt tốt.
应用案例
Thời gian đăng bài: 27/03/2021