Khai thác và chế biến quặng Titan trong cồn cát miền Trung

Khởi đầu hoạt động khai thác Titan: Từ  năm  1993, lần  đầu  tiên ở ven  biển  miền Trung Việt Nam, Công ty Austin - liên doanh giữa Úc và Việt Nam bắt đầu khai thác quặng Titan trên địa bàn Kỳ Anh tỉnh Hà Tĩnh. Tuy nhiên, những mâu thuẫn trong phân chia sản phẩm và lợi nhuận đã làm cho Công ty này phải giải tán vào năm 1995. Đến năm 1997 Công ty khai thác chế biến quặng Titan Hà Tĩnh ra đời. Địa bàn hoạt động của họ chủ yếu là ở vùng Cẩm Xuyên và Thạch Hà tỉnh Hà Tĩnh.

Cũng trong thời gian đó, ở Bình Định, công ty BIMAL là liên doanh Việt Nam- Malaysia tổ chức khai thác quặng Titan ở mỏ Đề Gi thuộc huyện Phù Cát và chế biến tại chỗ rồi xuất khẩu; Công ty Khoáng sản Bình Định thì tiến hành khai thác quặng Titan tại mỏ Cát Hải, huyện Phù Cát và đưa về chế biến tại thành phố Quy Nhơn. Tiếp theo Hà Tĩnh và Bình Định, từ những năm 2000 đến nay, hoạt động khai thác quặng Titan phát triển rộng khắp trên dải cồn cát ven biển miền Trung từ vùng quặng Hải Thuỷ, tỉnh Quảng Bình; Phú Diên, tỉnh Thừa Thiên Huế; đến vùng Duy Xuyên, tỉnh Quảng Nam; Hàm Thuận Nam, tỉnh Bình Thuận và nhiều nơi khác [5].

* Phương thức khai thác quặng Titan:Trong thời gian đầu khai thác quặng Titan ở ven biển Việt Nam, phương thức khai thác là thủ côngnhư ở Hà Tĩnh, hiệu suất kém, độ sâu khai thác nông, chỉ lấy phần quặng nằm gần bề mặt cồn cát. Với công nghệ lạc hậu, người ta chỉ tuyển thô, lấy khoáng vật nặng là ilmenit đạt tỷ lệ khoảng 52% TiO2 rồi đem xuất khẩu dưới dạng nguyên liệu thô, ngoại trừ công ty liên doanh BIMAL ở Bình Định có phân xưởng tuyển tinh để lấy ilmenit sạch, zircon, rồi xuất sang Malaysia. Trong những năm tiếp theo, nhờ nhập khẩu công nghệ tiên tiến, tại nhiều nơi đã tận thu được những khoáng vât nặng có giá trị cao hơn như zircon, monazit. Trong thời gian gần đây trên địa bàn các tỉnh Hà Tĩnh, Bình Định và một số nơi khác đã tiến hành chế biến quặng Titan ở mức sâu hơn. Các công ty khai thác Titan chẳng những đã thu hồi được zircon, mà còn nghiền zircon thành bột mịn để xuất khẩu. Khoáng nặng ilmenit được tuyển sạch hơn, đạt đến mức hàm lượng 55-57% TiO2, sau đó dùng phương pháp thiêu kết để tạo ra một sản phẩm mới có tên gọi là “xỉ Titan ”, đạt tỷ lệ hàm lượng 92 - 95% TiO2.
Dần về sau các tỉnh miền Trung chuyển sang khai thác quặng Titan bằng cơ giới, độ sâu khai thác lớn, lấy cả lớp quặng dưới sâu như ở Thừa Thiên Huế, Bình Định, Bình Thuận. Kỹ thuật khai thác quặng Titan trên cồn cát về cơ bản tương tự nhau: Dùng sức nước để phá vỡ các lớp cát chứa quặng, dùng phương tiện cơ giới đào xúc, bơm hút bùn cát lên để tuyển thô bằng trọng lực nhờ sức nước thông qua vít xoắn, vận chuyển về xưởng để tuyển tinh, tách riêng các KVN, sau đó tiếp tục chế biến sâu: hoàn nguyên ilmenit, luyện xỉ titan, chế biến rutil nhân tạo, sản xuất bột màu pigment,… tạo  ra sản phẩm có giá trị và hiệu quả kinh tế cao hơn, rồi xuất sản phẩm ra thị trường thế giới và trong nước.

Phụ thuộc vào đặc điểm địa chất của mỏ sa khoáng Titan và thiết bị khai thác, có sự khác biệt giữa các công ty khai thác Titan, nhưng về đại thể có thể chia ra 3 kiểu công nghệ khai thác: (i) Phá bỏ, thu dọn thảm thực vật -> Gạt ủi, dồn đống lớp cát chứa quặng gần mặt đất -> Bốc xúc đưa lên vít xoắn để tuyển thô -> Thu hồi sản phẩm sau tuyển à Đổ cát thải ra bên cạnh. Điển hình cho kiểu khai thác này là ở Hà Tĩnh. (ii)  Phá bỏ, thu dọn thảm thực vật -> Đào hố sâu đến lớp cát quặng à Bơm hút cát chứa quặng đưa lên mặt đất -> Bốc xúc đưa lên vít xoắn để tuyển thô -> Thu hồi sản phẩm sau tuyển à Đổ cát thải ra bên cạnh. Thường gặp kiểu khai thác này ở Thừa Thiên Huế, Quảng Bình. (iii) Phá bỏ, thu dọn thảm thực vật -> Mở moong khai thác sâu đến lớp cát quặng, sâu hơn mực nước ngầm trong cồn cát vài ba mét -> Làm bè bằng phao -> Lắp cụm vít xoắn trên bè nổi -> Dùng bơm cao áp hút bùn cát quặng phía trước đưa lên vít xoắn để tuyển thô ->  Bơm nước chứa cát thải ra phía sau -> Đồng thời bơm quặng Titan sau tuyển đến nơi quy định, bốc xúc sản phẩm, vận chuyển về xí nghiệp tuyển tinh và chế biến sâu hơn. Điển hình cho kiểu khai thác này là tại các công ty khai thác Titan ở Bình Định [5,6].

* Phương thức chế biến quặng Titan: Trên thế giới ngày nay quặng titan được chế biến ở các mức độ khác nhau tùy thuộc vào điều kiện kinh tế kỹ thuật của mỗi nước. Quặng sa khoáng titan có hàm lượng 2–5% TiO2 thường được làm giàu bằng phương pháp tuyển khoáng tới tinh quặng 45–52% TiO2. Quặng tinh titan tiếp tục được chế biến theo các công nghệ: (i) Làm giàu luyện kim; (ii) Chế biến sâu; (iii) Chế biến sâu công nghệ cao.

1) Làm giàu luyện kim: Làm giàu luyện kim bằng công nghệ luyện xỉ titan để nâng hàm lượng TiO2 đạt đến 95%; bằng công nghệ sản xuất rutil nhân tạo để nâng hàm lượng TiO2 đạt đến 92 - 98%. Xỉ titan là nguyên liệu tốt cho sản xuất pigment. Công nghệ sản xuất xỉ titan không khắt khe nguyên liệu đầu vào, rất ít phế thải, thích hợp nhất đối với nơi có nguồn điện giá rẻ. Sản xuất rutil nhân tạo là quá trình tách sắt và các tạp chất để làm giàu quặng ilmenit. Thường áp dụng công nghệ nung luyện theo các quy trình: Quy trình Becher; Quy trình Benelite; Quy trình ERMS.

2) Công nghệ chế biến sâu sản xuất pigment titan: Công nghệ sản xuất pigment TiO2 phát triển rất nhanh với các phương pháp sulphat năm 1916, phương pháp clorua năm 1958, công nghệ Altair. Gần 95% titan được sử dụng ở dạng pigment TiO2.
3) Công nghệ cao chế biến Ti kim loại: Công nghệ cao chế biến sâu này được đưa vào sản xuất năm 1948 theo quy trình Kroll: Clorua hoá nguyên liệu titan để thu nhận TiCl4 à Hoàn nguyên TiCl4 bằng Mg để nhận được titan xốp  à Nấu chảy titan xốp nhận được titan thỏi. Khoảng 5% quặng titan dùng để sản xuất titan kim loại. Titan kim loại chủ yếu sử dụng ở những nước phát triển trong công nghiệp tên lửa, hàng không, vũ trụ... với khối lượng tiêu thụ còn chưa nhiều. Sản xuất titan kèm theo phải sản xuất Mg. Công nghệ sản xuất titan kim loại đòi hỏi thiết bị hiện đại công nghệ cao, chi phí điện năng rất lớn: 2,5 MegaWh/tấn titan, vì vậy chỉ thích hợp với các nước phát triển cao. Sản xuất titan kim loại thực tế phải là Liên hợp sản xuất Ti–Mg.

Theo quy định của Thủ tướng chính phủ, cấp phép khai thác sa khoáng Titan phải đồng bộ với xây dựng nhà máy chế biến sâu. Thực tế lại khác, ví dụ ở Bình Định cùng lúc có 4 cơ sở chế biến Titan dẫn đến thừa công suất, còn ở Bình Thuận có 16 đơn vị khai thác Titan đăng ký xây dựng nhà máy chế biến sâu, nhưng đến nay mới chỉ có một nhà máy nghiền zircon mịn đi vào hoạt động, thể hiện sự thiếu đồng bộ trong khai thác và chế biến, dẫn đến hiện tượng quặng khai thác qua tuyển thô, tuyển tinh rồi đưa đi xuất khẩu, hoặc bán cho các tỉnh khác.