Ở Việt Nam, quặng apatit Lào Cai loại II là một nguồn tài nguyên phốt phát lớn chưa được sử dụng nhiều trong công nghiệp (khoảng 1% sản lượng khai thác để sản xuất phân lân nung chảy và sản xuất photpho vàng), tất cả các quá trình công nghệ của các nhà máy sản xuất phân bón supe phốt phát đơn (Lâm Thao, Long Thành, Lào Cai, …), sản xuất phân bón điamoni phốt phát (DAP) (Đình Vũ, Lào Cai), sản xuất đicanxi phốt phát (DCP) cấp thức ăn chăn nuôi (Phúc Lâm, Đức Giang Lào Cai) đều phải sử dụng loại quặng phốt phát cao cấp (quặng apatit Lào Cai loại I, tinh quặng tuyển nổi từ quặng apatit Lào Cai loại III). Hơn nữa, chúng đang gây ô nhiễm môi trường (phế thải photphogip, nước chứa axit flohydric vượt tiêu chuẩn, …).
Quặng apatit Lào Cai loại II thuộc loại quặng phốt phát- cacbonat kiểu photphorit trầm tích khá phổ biến trên thế giới, được phân bố nhiều nhất ở Maroc và tây Sahara, Trung Quốc, Algeri, Mỹ … Để trở thành sản phẩm phân bón, loại quặng này cần phải trải qua các quá trình như: làm giàu quặng khai thác, chế biến nâng cấp chất lượng và chế tạo các sản phẩm theo các quá trình công nghệ khác nhau. Quá trình chế biến làm giàu quặng phốt phát phục vụ sản xuất phân bón hiện nay bao gồm nhiều công đoạn: nghiền, rửa loại bỏ slam, sàng định cỡ hạt, tuyển nổi, nung. Mỗi công đoạn đều bị mất mát lân, rất lãng phí tài nguyên. Tính ra để thu được 01 tấn tinh quặng, quá trình chế biến đã làm thất thoát khoảng 30% P2O5, tiêu tốn 15 tấn nước, phát thải rắn hơn 6 tấn, năng lượng mất hơn 1GJ.
Hơn 90% quặng được chế biến theo quá trình ướt: quặng phốt phát phản ứng với axit sulfuric tạo thành axit photphoric, trong quá trình công nghệ sản xuất axit photphoric theo quá trình ướt dùng axit sulfuric, các chất thải chính là: canxi sulfat bẩn (photphogip), …. Cứ mỗi tấn P2O5 sản xuất được sẽ phát thải 5T phế thải rắn photphogip, mỗi tấn superphốt phát đơn sản xuất phát ra 0,6 – 0,7 kg axit flohydric. Photphogip, giống như tự nhiên thạch cao, nhưng thường chứa một lượng tạp chất khác nhau, ước tính cho thấy hiện nay khoảng 3-4 tỷ tấn photphogip chưa được xử lý ở hơn 50 quốc gia và những bãi thải vẫn gia tăng khoảng 150-200 triệu tấn hàng năm.
Trong suốt hơn 60 năm trở lại đây, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu chế biến quặng apatit Lào Cai loại II, nhưng vẫn chưa thành công. Sự thiếu hụt nguồn nguyên liệu sản xuất phân bón và các giải pháp xử lý môi trường trong sản xuất phân bón phốt phát khiến cho việc nghiên cứu sử dụng quặng apatit Lào Cai loại II trở lên cần thiết và cấp bách.
Đề tài “Nghiên cứu công nghệ chế biến quặng apatit Lào Cai loại II thành các chế phẩm hóa chất theo phương pháp hóa học thân thiện với môi trường” nhằm tìm kiếm một quá trình công nghệ chế biến quặng apatit Lào Cai loại II thành tinh phốt phát sạch cho sản xuất phân bón, làm cơ sở đề xuất định hướng sử dụng hợp lý quặng Apatit Lào Cai loại II.
Đề tài được thực hiện bởi nhóm các nhà nghiên cứu Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam do Kỹ sư Trịnh Xuân Hiệp làm chủ nhiệm. Ngày 22/06/2017, Hội đồng nghiệm thu cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nghiệm thu và đánh giá đề tài xếp loại khá.
Ảnh 1: Toàn cảnh hệ thống modun thử nghiệm
Ảnh 2: Sơ đồ quá trình chế biến quặng Apatit Lào Cai loại II bằng HCl
Đề tài đã thu được các kết quả sau:
Về khoa học: Xác định các giá trị tối ưu sao cho độ sạch của DCP tổng hợp từ quặng Apatit Lào Cai loại II có chất lượng tốt nhất với năng suất tối đa đạt được khi các thông số phản ứng giữ được ở các giá trị tối ưu . Các giá trị tối ưu này là axít clohydric 10%, thời gian phản ứng 1½ giờ và nhiệt độ 30oC, kết tủa tạp chất ở pH 2.3-2.4 và kết tủa DCP ở pH 5.5-5.6. Nếu bất kỳ thông số trên thay đổi chất lượng, năng suất hoặc cả hai sẽ bị ảnh hưởng.
Kết quả về quá trình thu hồi axit HCl cho thấy, nồng độ CaSO4 dư trong dung dịch HCl tái chế được tìm thấy cao hơn nồng độ cân bằng kỳ vọng do điều kiện mức quá bão hòa cao. Để giảm thiểu phần hòa tan của CaSO4, cần phải để lại một lượng CaCl2không phản ứng để giảm khả năng hòa tan của CaSO4, khi tái chế axit HCl. Kết quả chỉ ra rằng nồng độ axit HCl tái chế từ quá trình này có thể cao (4 M) khi dùng 8 M H2SO4 phản ứng với 3,5 M CaCl2 ở 40oC.
Về ứng dụng: Đề tài đã tạo ra một mô-đun phản ứng mẻ với công suất 100 kg/mẻ cho quy trình hóa học ướt, theo quá trình quặng apatit Lào Cai loại II được hòa tách với dung dịch axit HCl. Dung dịch HCl được tái sử dụng bằng axít sulfuric. Quá trình này được thiết kế để sản xuất DCP dùng cho sản xuất thức ăn chăn nuôi và làm phân bón.
Đề tài đã công bố được 02 bài báo trên tạp chí trong nước và 01 sáng chế đã được chấp nhận đơn tại Cục sở hữu trí tuệ.
Quá trình công nghệ chế biến quặng photphat thấp cấp thành chế phẩm giàu photphat (DCP) được áp dụng trong công nghiệp photphat là rất mới và đã được áp dụng vào thực tế ở một số nước trên thế giới. Hiện nay tại Việt Nam chưa có đơn vị nào nghiên cứu và ứng dụng quá trình công nghệ này. Đây là kết quả nghiên cứu đầu tiên trong nước về một quá trình công nghệ chế biến quặng apatit Lào Cai loại II thành DCP làm thức ăn gia súc, làm nguồn photphat sạch cho sản xuất phân bón. Công nghệ này có thể làm giảm chi phí sản xuất và năng lượng trên dây chuyền sản xuất hoàn chỉnh. Nó không đòi hỏi phải tuyển nâng cấp quặng, làm giảm chi phí chế biến và giảm tiêu hao nước. Axit HCl có thể được tái sinh bằng cách sử dụng axit sulfuric, tạo ra một thạch cao sạch thích hợp cho ngành xây dựng.
