Khoáng sản niken của nước ta không nhiều, tổng trữ lượng và tài nguyên ước khoảng 3,6 triệu tấn niken kim loại, tập trung chủ yếu ở các tỉnh Thanh Hóa, Sơn La, Cao Bằng. Trong đó phần lớn tài nguyên niken ở dạng tồn tại xâm nhiễm trong quặng crôm vùng mỏ crômit Cổ Định (Thanh Hóa), hiện chưa có giải pháp thu hồi hiệu quả. Còn quặng niken ở khu vực Sơn La và Cao Bằng chủ yếu là loại hình quặng niken - đồng xâm tán.

Bảng 1. Trữ lượng và tài nguyên dự báo quặng niken ở Việt Nam [4].

Quặng niken – đồng xâm tán với các loại hình mỏ ở Việt Nam (cả khu vực Cao Bằng và Sơn La) chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng để tận thu tối đa tài nguyên. Cơ sở tuyển quặng niken hiện nay tại Bản Phúc, Sơn La chỉ xử lý loại hình quặng sunfua đặc sít không xử lý được quặng sunfua xâm tán [2],[6],[7]. Với loại hình quặng niken – đồng xâm tán ở Việt Nam thì vấn đề xử lý giảm MgO trong tinh quặng là một trở ngại lớn. Một số nghiên cứu có liên quan đến quặng niken – đồng xâm tán ở Việt Nam trong đề tài khoa học, quá trình thử nghiệm công nghệ hay thăm dò địa chất đều chưa đề xuất được công nghệ hợp lý để thu được tinh quặng niken có thực thu cao và tạp chất MgO như mong muốn. Các nghiên cứu đối với quặng niken – đồng xâm tán khu vực Sơn La, đều thu được kết quả hàm lượng MgO trong tinh quặng niken cao hơn yêu cầu nguyên liệu cho ngành luyện kim (hỏa luyện). Ví dụ: Kết quả nghiên cứu công nghệ tuyển mẫu quặng sunfua đa kim Bản Phúc - Sơn La năm 2014 mặc dù đã thu được quặng tinh có hàm lượng (Ni+Cu)>7%, tuy nhiên hàm lượng Mg còn rất cao ≈20% [3].

Sự có mặt nhiều của các khoáng vật chứa MgO như serpentin, chlorite, talc,… trong các mỏ niken là một điều bất lợi cho tuyển khoáng cũng như luyện kim theo công nghệ hỏa luyện, điện luyện. Khống chế oxit magiê trong quá trình tuyển nổi niken là một yêu cầu cần thiết trong sản xuất. Bởi lẽ, hàm lượng MgO cao trong nguyên liệu làm ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hỏa luyện thu hồi niken. Thực tiễn sản xuất trên thế giới đã có các sự cố hỏng hóc lò luyện niken khi nguồn nguyên liệu tinh quặng niken có hàm lượng MgO tăng cao, làm tăng nhiệt độ của lò luyện lên trên 1500^oC, điển hình là sự cố thủng lò của Tập đoàn Nickel Bindura tại Zimbabwe vào tháng 5 năm 2002 [8].

Bên cạnh đó, các cơ sở luyện niken đều yêu cầu nguồn nguyên liệu tinh quặng niken phải có một tỷ lệ sắt trên oxit magie nhất định, nhất là với các cơ sở sản xuất sản phẩm niken sử dụng cho quá trình sản xuất thép không rỉ. Trong giao dịch hàng hóa tinh quặng niken, với loại tinh quặng niken có tỷ lệ Fe:MgO thấp hơn 3,5:1 sẽ làm ảnh hưởng đáng kể đến giá trị sản phẩm trên thị trường tự do. [9]

Mỏ niken - đồng thuộc khu vực xã Quang Trung và xã Hà Trì, huyện Hòa An, tỉnh Cao Bằng được đánh giá có trữ lượng lớn thuộc loại quặng sunfua niken - đồng xâm tán, đến nay đã được thăm dò địa chất. Trong diện tích thăm dò (mặc dù với mức độ nghiên cứu dưới sâu còn hạn chế), nhưng đã xác định được 2 thân quặng sulfur niken - đồng xâm tán trong đá magma siêu bazơ. Khu mỏ niken - đồng Quang Trung – Hà Trì có 02 thân quặng chính: Thân quặng số 1 (khu Phan Thanh) gồm 3 khối trữ lượng 122, 7 khối tài nguyên cấp 333; Thân quặng số 2 (thôn 5 Hà trì) gồm 4 khối trữ lượng 122 và 13 khối tài nguyên cấp 333. Tổng trữ lượng quặng sulfua cấp 122 là 3.457 nghìn tấn chứa 20.841 tấn Ni, 9.207 tấn Cu và 914 tấn Co. Tài nguyên cấp 333 là 10.802 nghìn tấn quặng, chứa 60.288 tấn Ni, 22.414 tấn Cu và 2.555 tấn Co [1].

Để đánh giá về khả năng thu hồi khoáng sản niken trong khu mỏ, VIMLUKI đã tiến hành nghiên cứu mẫu quặng từ quá trình thăm dò. Các kết quả nghiên cứu thành phần vật chất mẫu quặng nguyên khai cho thấy quặng Ni-Cu mỏ Quang Trung và Hà Trì có thành phần vật chất rất phức tạp, mẫu quặng bao gồm khoáng pentlandit chứa niken, chalcopyrit, pyrotin chứa đồng, sắt, với hàm lượng khoáng thấp, khoáng chứa MgO xuất hiện khá nhiều tồn tại trong các khoáng diopsid, clorit, antigorit, talc ... Quặng dạng hạt nhỏ, kích thước 0,01-0,5mm, phân bố rải rác, phản chiếu màu xám đen, lấm tấm ánh kim. Để nâng cao hàm lượng Ni-Cu trong mẫu quặng nguyên khai cần phải tuyển tách các khoáng vật đi kèm là diopsid, clorit, antigorit, talc, canxit, thạch anh và các khoáng vật chứa sắt khác như pyrit, pyrotin. Trong đó talc là khoáng vật có chứa Mg và một số tính chất vật lý và hóa lý tương tự như pentlandit, chalcopyrit nên sẽ gây khó khăn cho quá trình tuyển. Thành phần hóa học chính trong mẫu quặng nguyên khai là Ni = 0,595%; Cu = 0,275%;  Co = 0,026%; MgO = 18,82 %; SiO₂ = 32,55 %; S = 2,13 %. Độ xâm nhiễm của khoáng vật pentlandit, chalcopyrit với thành phần khoáng tạp đi kèm rất mịn, dao động 10 m - 5000m. Với kết quả nghiên cứu thành phần vật chất, định hướng công nghệ tuyển nêu trên đối với mẫu nghiên cứu chỉ có thể sử dụng phương pháp tuyển nổi mới có thể thu hồi được quặng tinh đạt chất lượng thương phẩm đáp ứng cho khâu xử lý tiếp theo [5].

Bảng 2. Kết quả phân tích rơnghen mẫu quặng nguyên khai.

3.1. Để có thể xác lập được quy trình công nghệ thu hồi tinh quặng niken đảm bảo yêu cầu cho các công đoạn chế biến sâu tiếp theo và sản phẩm đạt tiêu chuẩn thương phẩm tiêu thụ được trên thị trường, Nhóm nghiên cứu đã tiến hành các thực nghiệm các chế độ tuyển có liên quan, về: độ mịn nghiền, chi phí các loại thuốc,… (xem các đồ thị kết quả từ Hình 1 đến Hình 7). Kết quả nghiên cứu đã xác định được chi phí và chế độ tuyển  hợp lý đối với mẫu nghiên cứu như sau:

- Độ mịn nghiền hợp lý: khoảng 85% cấp hạt -0,074 mm;

- Chi phí Flotanol 7196: Đối với khâu tuyển tách khoáng chứa MgO ~200 g/t; Đối với khâu tuyển nổi tập hợp ~90 g/t; Đối với khâu tuyển vét ~50 g/t;

- Độ pH khi tuyển: Đối với khâu tuyển nổi tập hợp, pH~8; đối với khâu tuyển tinh, pH~9;

- Chi phí thuốc Na₂SiO₃: Đối với khâu tuyển nổi tập hợp ~300 g/t; Đối với khâu tuyển tinh ~200 g/t;

- Chi phí thuốc CuSO₄: Đối với tuyển nổi tập hợp ~200 g/t; Đối với khâu tuyển vét ~100 g/t;

- Chi phí thuốc Etyl xantat: Đối với khâu tuyển nổi tập hợp ~200 g/t; Đối với khâu tuyển vét ~150 g/t;

3.2. Nhóm nghiên cứu cũng đã tiến hành các thử nghiệm xác định số lần tuyển tỉnh, tuyển vét hợp lý cho sơ đồ vòng kín. Kết quả xác định được sơ đồ công nghệ cần 2 khâu tuyển vét và 2 khâu tuyển tinh là có thể thu được tinh quặng có chất lượng đảm bảo.

3.3. Trên cơ sở các kết quả thực nghiệm, Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm chạy sơ đồ vòng kín. Kết quả tuyển nổi sơ đồ vòng kín đã thu được sản phẩm quặng tinh như sau: thu hoạch ~3,54%; hàm lượng Ni đạt ~10,30% với thực thu đạt ~63,20%; các khoáng có ích đi kèm là đồng có hàm lượng 2,86% với thực thu là 41,06% và coban có hàm lượng 0,25% với thực thu tương ứng là 54,27%; hàm lượng MgO khoảng 6,57%. Tổng hợp các số liệu nghiên cứu, nhóm tác giả kiến nghị quy trình công nghệ có sơ đồ như Hình 8 và dự kiến các chỉ tiêu công nghệ được thể hiện tại Bảng 3.

Bảng 3. Dự kiến các chỉ tiêu công nghệ tuyển

Hình 1. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng độ mịn nghiền

Đối với quặng khu vực Quang Trung – Hà Trì, để có thể thu được tinh quặng niken với yêu cầu MgO<7%, nhóm nghiên cứu đã tuyển tách ra một sản phẩm trung gian giàu MgO. Với quy trình công nghệ đó, một lượng nhất định các khoáng vật niken và đồng nhất định đã bị tách vào sản phẩm trung gian mà chưa có các nghiên cứu sâu để tìm giải pháp thu hồi. Khâu công nghệ này rất cần có sự nghiên cứu kỹ các chế độ sử dụng thuốc, độ mịn nghiền,… để giảm thiểu tỷ lệ khoáng vật có ích đi vào sản phẩm trung gian. Mặt khác, các nghiên cứu về thành phần khoáng, thành phần vật chất chưa làm rõ được mức độ thay đổi đồng hình của niken trong các khoáng vật bởi sắt và coban và mức độ ôxy hóa của chúng. Các thực nghiệm đều chưa tìm ra nguyên nhân và lý giải về việc tỷ lệ các khoáng vật niken và đồng mất mát nhiều vào sản phẩm trung gian và thải. Các nghiên cứu liên quan đến quặng tại khu mỏ này cũng chưa quan tâm và tìm các giải pháp để khống chế hàm lượng MgO hợp lý trong sản phẩm mà vẫn  đảm bảo hiệu quả thu hồi các kim loại có ích cao nhất. Việc nâng cao thực thu niken, đồng đối với loại hình quặng đa kim khu vực Quang Trung – Hà Trì qua kết quả thực nghiệm đã triển khai cho thấy không phải là vấn đề dễ dàng.

Kết quả nghiên cứu là một cơ sở khoa học để xem xét đầu tư khai thác mỏ và xây dựng cơ sở chế biến, đưa tiềm năng tài nguyên niken – đồng khu mỏ Quang Trung – Hà Trì (tỉnh Cao Bằng) trở thành nguồn lực kinh tế, góp phần phát triển kinh tế địa phương. Tuy nhiên, do chưa có điều kiện nghiên cứu sâu hơn về loại hình quặng, về các chế độ công nghệ, chế độ thuốc tuyển, ... nên mặc dù đã thu được sản phẩm tinh quặng niken có hàm lượng Ni và MgO đạt yêu cầu thương phẩm, nhưng hệ số thu hồi các khoáng vật có ích còn chưa cao, sản phẩm trung gian giàu MgO chưa được quan tâm xử lý. Do vậy, giai đoạn tới cần tiếp tục có các đầu trư, nghiên cứu để thu hồi thêm khoáng vật có ích từ sản phẩm trung gian giàu MgO; đồng thời cần nghiên cứu bổ sung biện pháp kiểm soát được hàm lượng MgO trong tinh quặng niken hợp lý mà vẫn đảm bảo thu hồi tinh quặng từ khu mỏ đạt hiệu quả tốt nhất. 
 
TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Liên đoàn Địa chất Đông Bắc. Báo cáo kết quả thi công Đề án “Thăm dò quặng nickel – đồng tại khu vực thuộc xã Quang Trung và xã Hà Trì, huyện Hoà An, tỉnh Cao Bằng”. Năm 2016.

2. Xí nghiệp liên doanh mỏ nikel Bản Phúc. “Dự án đầu tư xây dựng công trình khai thác mỏ nickel Bản Phúc. Năm 2006.

3. Tạ Quốc Hùng và nnk. ‘‘Nghiên cứu thành phần vật chất và hoàn thiện công nghệ tuyển nổi quặng sunphua xâm tán đồng – niken Bản Phúc, Sơn La‘‘. Tuyển tập Hội nghị Tuyển khoáng lần thứ IV. Năm 2014.

4. Trần Thị Hiến và nnk. Dự án “Quy hoạch thăm dò, khai thác, chế biến và sử dụng quặng vàng, đồng, niken, molipden đến 2025, có xét đến 2035”. Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim. Năm 2016.

5. Trần Thị Hiến và nnk. Nghiên cứu thành phần vật chất và định hướng công nghệ tuyển quặng niken – đồng xâm tán mỏ Quang Trung và Hà Trì, Cao Bằng. Tạp chí Công nghiệp mỏ - số 1. Năm 2017.

6. Vũ Tân Cơ và nnk. “Nghiên cứu công nghệ tuyển quặng đồng – niken Bản Phúc – Sơn La”. Viện Mỏ - Luyện kim. Báo cáo Tổng kết đề tài: Mã số 24C.03.01b. Năm 1989.

7. ALS Ammtec. Report No. A13374. ”Flotation Testwork conducted on Ban Phuc Massive Sulphide Samples for Ban Phuc Nickel Mines Limited”. September, 2011.

8. E. Dzingayi. “Bindura Nickel Corporation Smelter Operations”, Southern African Pyrometallurgy 2006. South African Institute of Mining and Metallurgy, Johannesburg, 5-8 March 2006. Pages 233-247.

9. Sebia Pikinini. “Reducing the magnesium oxide content in Trojan’s nickel final concentrates”. University of Witwatersrand, Johannesburg, South Africa. May, 2016.

ThS. Đào Công Vũ, ThS. Phạm Đức Phong, ThS. Trần Thị Hiến - Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim.​