Ứng dụng khoa học công nghệ trong chế biến và sử dụng than

KS. Lê Văn Dũng
Công ty CP Tư vấn đầu tư Mỏ và Công nghiệp

1. Hiện trạng tuyển than

Theo đánh giá của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam, tổng tài nguyên than trên toàn quốc tính đến thời điểm 01/01/2008 là: 40,93 tỷ tấn, trong đó tài nguyên đã được xác minh là 34,79 tỷ tấn bao gồm bể than Quảng Ninh, các mỏ than ở các tỉnh Thái Nguyên, Lạng Sơn, Điện Biên…, than vùng Đồng Bằng Sông Hồng và than bùn. Than antraxit chiếm khoảng 70% và tập trung chủ yếu ở các vùng Cẩm Phả, Hòn Gai và Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh.

Theo Quy hoạch phát triển ngành than Việt Nam giai đoạn 2006-2015 có xét triển vọng đến năm 2025, với sản lượng khai thác trung bình 80 triệu T/năm thì sau 45 năm nữa nguồn than sẽ cạn kiệt. Tuy nhiên với tốc độ tăng sản lượng khai thác 10%/năm thì thời hạn trên sẽ còn rút ngắn lại. Điều này nhắc nhở chúng ta cần tiết kiệm tài nguyên từ khâu khai thác đến khâu sàng tuyển, chế biến để có các giải pháp công nghệ hợp lý.

Trong bài viết này chỉ đề cập vấn đề ứng dụng KHCN trong chế biến, sử dụng than ở nhà máy Tuyển than Vàng Danh và Công ty Tuyển than Cửa Ông.

Nhìn lại gần 100 năm phát triển ngành than Việt Nam, qua nhiều giai đoạn thăng trầm của lịch sử, than vẫn là nguồn nhiên liệu không thể thiếu cho sản xuất điện, xi măng, phân hoá học, chất đốt sinh hoạt v.v và trong nhiều năm tiếp theo, nhu cầu sử dụng than cho các ngành kinh tế quốc dân vẫn không hề giảm.

Xuất phát từ nhu cầu sản xuất than ngày càng tăng, từ sau 1965 đến nay, ngành than đã đầu tư xây dựng thêm các trung tâm sàng tuyển than tại Cửa Ông, Hòn Gai và Vàng Danh (Quảng Ninh) với công nghệ tuyển than bằng máy lắng, máy tuyển huyền phù bể và xoáy lốc huyền phù nặng. Tổng năng lực thông qua của các trung tâm sàng tuyển hiện nay đến 14 triệu T/năm. Như vậy, khối lượng than còn phải sàng tuyển bằng công nghệ thô sơ và bán cơ giới chiếm trên 70%.

Do các cơ sở sàng tuyển than được đầu tư với công nghệ không hoàn chỉnh, không đồng bộ nên khối lượng than thất thoát và gây ô nhiễm môi trường đang là một vấn nạn trong nhiều năm qua tại các địa phương có hoạt động khai thác, sàng tuyển và tiêu thụ than. Trong những năm gần đây, ngành than đã quan tâm nhiều hơn đến công tác bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng các sản phẩm than, song công việc này vẫn còn một khối lượng khổng lồ và đòi hỏi lượng vốn đầu tư rất lớn.  Điều này cũng đồng nghĩa với việc áp dụng KHCN tiên tiến trong khâu sàng tuyển và chế biến than là yêu cầu cấp bách.

Trong định hướng quy hoạch phát triển công tác sàng tuyển than của Tập đoàn Công nghiệp Than-Khoáng sản Việt Nam (TKV) đã nêu rõ: “Đẩy mạnh đầu tư sàng tuyển theo hướng tập trung, đến năm 2010 chấm dứt việc sàng tuyển than nhỏ lẻ, thủ công tại các kho, bến xuất than. Tăng cường khâu chế biến than, đa dạng hoá sản phẩm. . .”

2. Ứng dụng tiến bộ KHCN trong chế biến và sử dụng than

Việc đầu tư xây dựng các trung tâm sàng tuyển than công suất từ 5 đến 15 triệu T/năm cho nhiều nhóm mỏ cũng kèm theo nhu cầu đầu tư các tuyến vận tải than bằng băng tải kín công suất 1000 - 3000 T/h,  có chiều dài từ 10 đến 20 km thay cho vận tải bằng ôtô, các kho than quy mô lớn sức chứa từ 10 đến 20 nghìn tấn và dây chuyền công nghệ hiện đại, khép kín. Công việc này đang được TKV chỉ đạo thực hiện thông qua các dự án đầu tư đã và đang được các cơ quan tư vấn thực hiện.

Trong khi chưa có các trung tâm sàng tuyển than lớn, việc từng bước đầu tư áp dụng tiến bộ kỹ thuật trong khâu chế biến và sử dụng than vẫn được các cơ sở sản xuất quan tâm với sự hợp tác chặt chẽ của các cơ quan tư vấn thiết kế. Nhà máy tuyển than Vàng Danh (vùng Uông Bí) đã áp dụng xoáy lốc huyền phù nặng để tuyển than 10-40mm  và Công ty Tuyển than Cửa Ông (Vùng Cẩm Phả) áp dụng thiết bị lọc chân không tăng áp để thu hồi than bùn từ cặn bể cô đặc.

2.1. Tuyển than cấp 10- 40mm bằng lốc xoáy huyền phù nặng

Nhà máy tuyển than Vàng Danh được đầu tư xây dựng từ trước năm 1970 trong chương trình hợp tác với viện thiết kế Giprosakht (Liên xô cũ), công suất ban đầu là 600.000 T/năm theo than nguyên khai để sàng tuyển than khai thác của mỏ than Vàng Danh. Trong thời gian Mỹ bắn phá miền Bắc, nhà máy phải tháo dỡ thiết bị đi sơ tán, khi kết thúc chiến tranh, nhà máy được lắp đặt lại, nhưng dây chuyền công nghệ không còn được hoàn chỉnh như ban đầu.

Trong suốt thời gian hoạt động, nhà máy đã không ngừng được điều chỉnh nâng công suất để đáp ứng nhu cầu sàng tuyển ngày càng tăng của mỏ. Năm 2000 nhà máy đã phải sàng tuyển đến trên 1,2 triệu tấn than nguyên khai. Tuy nhiên, do dây chuyền công nghệ không hoàn chỉnh nên sản phẩm than cấp hạt 10-250mm sau máy tuyển huyền phù bể chỉ có thể tách đá và thu hồi sản phẩm trung gian lẫn than, nhà máy phải phân loại và xử lý chất lượng bằng thủ công.

Năm 2005, do nhu cầu than vào tuyển tăng đến 2,0 triệu tấn/năm, Công ty than Vàng Danh quyết định đầu tư cải tạo nâng công suất nhà máy, trong đó có việc nghiên cứu áp dụng công nghệ tuyển than 10-40mm bằng xoáy lốc huyền phù nặng.

Than cấp hạt 10-40mm với tỷ lệ 17,4% (so với nguyên khai) tương đương 348.000 T/năm sau tuyển lần thứ nhất có độ tro 21%. Trong nhiều năm qua, loại than này chủ yếu được nghiền thành than cám để tiêu thụ, chất lượng tương đương than cám 4bVD (TCVN 2279: 1999). 

Hệ thống tuyển lại than cấp hạt 10-40mm với 01 xoáy lốc đường kính phần trụ 700mm, thùng hoà trộn than và huyền phù manhetit dung tích 22m3,  máy bơm cấp liệu  công suất 110KW và các máy sàng rửa sản phẩm đã cho thu hồi 13% than cục độ tro 8% , tương đương 260.000T/năm.

Từ chỗ phải nghiền 348.000 tấn than 10-40mm thành than cám 4bVD để tiêu thụ với giá 810.000 đ/tấn, nay tuyển được 260.000 tấn than cục 4VD bán với giá 3.330.000 đ/T, Công ty than Vàng Danh đã có mức tăng doanh thu 583,92 tỷ đ/năm (theo giá năm 2009 của TKV). Ngoài ra còn loại được 4,4% đá tương đương 88.000 tấn/năm, giảm chi phí vận tải và giảm áp lực ô nhiễm môi trường ở các vùng sử dụng loại than này.

Đề án cải tạo nâng công suất lên 2,0 triệu T/năm và áp dụng xoáy lốc huyền phù tuyển lại than cấp hạt 10 - 40mm tại nhà máy tuyển than Vàng Danh đã được Công ty CP Tư vấn đầu tư Mỏ và Công nghiệp hợp tác với Công ty than Vàng Danh thực hiện thành công.

2.2. Sử dụng thiết bị lọc chân không tăng áp để thu hồi than bùn nhà máy tuyển than Cửa Ông

Trên thế giới công nghệ lọc chân không để thu hồi than bùn mịn tại các nhà máy tuyển than (hoặc các nhà máy tuyển quặng) đã được áp dụng từ lâu. Tuy nhiên, từ khi xuất hiện nhà máy tuyển than đầu tiên tại Việt Nam là nhà máy tuyển than số 1 do Pháp xây dựng tại Cửa Ông năm 1926 với công nghệ tuyển than bằng máng rửa nghiêng đến nhà máy tuyển số 2 năm 1970 với công nghệ tuyển than bằng máy lắng, việc xử lý thu hồi bùn than vẫn là các hồ lắng bùn tự nhiên với tổng diện tích đến 150.000 m2, chiều sâu trung bình của các hồ lắng là 2,5-3m. Từ năm 2007 đến nay, khối lượng than sàng tuyển của 2 nhà máy này luôn ở mức trên 10 triệu T/năm và lượng than bùn mịn cần xử lý trung bình là 13% so than đầu vào, tương đương 1,3 triệu T/năm.

Công nghệ xử lý bùn nư­ớc bằng các hồ lắng tự nhiên là công nghệ đã hoàn toàn lạc hậu và kém hiệu quả với những đặc điểm:

+ Chiếm diện tích mặt bằng rất lớn, gây cản trở cho phát triển các công trình phục vụ sản xuất khác, đối với Công ty Tuyển than Cửa Ông trước tiên là hạn chế phát triển bãi thải trong tương lai.

+ Do hồ bùn đào trong đất thải sát bờ biển nên một lượng lớn nước bị ngấm vào đất và bay hơi gây tổn thất lớn nước tuần hoàn cho doanh nghiệp. Khi mưa lớn, lượng bùn tràn còn gây ô nhiễm môi trường biển. Khi thời tiết nắng, khô kéo dài, việc thu hồi, vận chuyển than bùn gây bụi bẩn trên một diện tích lớn vừa ô nhiễm môi trường không khí, vừa gây thất thoát than cám.

Xuất phát từ nhu cầu hiện đại hoá công nghệ xử lý bùn nước nhà máy tuyển đáp ứng nhu cầu tận thu nước tuần hoàn sử dụng lại cho công nghệ, hạn chế thất thoát than bùn, giảm diện tích mặt bằng các hồ lắng bùn. Đầu năm 2009, Công ty Tuyển than Cửa Ông đã quyết định đầu tư xây dựng một xưởng lọc than bùn cặn bể cô đặc của 2 nhà máy tuyển số 1 và số 2 với công suất ban đầu là 1 triệu T/năm theo than bùn và dự kiến mở rộng nâng công suất lên 1,7 triệu T/năm trong thời gian tới.

Xưởng lọc than bùn được đầu tư xây dựng bao gồm các hạng mục chính là nhà đặt máy lọc chân không tăng áp, nhà đặt máy nén khí và nhà kho than cám sau lọc. Trong quý I năm 2010 xưởng đã đi vào hoạt động mang lại lợi ích kinh tế lớn cho Công ty Tuyển than Cửa Ông.

Xưởng được bố trí trên mặt bằng sân công nghiệp của Công Ty Tuyển than Cửa Ông với diện tích không đến 2000m2. Nhờ vậy một diện tích mặt bằng các hồ lắng bùn rất lớn được giải phóng, tạo quỹ đất cho Công ty đầu tư các công trình phát triển sản xuất và đổ thải.

Máy lọc chân không kiểu buồng tăng áp là loại máy lọc được chế tạo sau cùng với các tính năng kỹ thuật vượt trội so với các loại máy lọc khác: Diện tích lọc tăng đến 500m2, tiết kiệm điện năng (công suất động cơ 7,5 kw), khả năng tự động hoá cao, độ ẩm than sau khi lọc đạt 20%, năng suất lọc 7,5 T/h theo than.

3. Kết luận

Việc ứng dụng khoa học công nghệ tiên tiến trong công tác chế biến và sử dụng than tuy đã được quan tâm hơn, song vẫn đang còn rất nhiều vấn đề tồn tại đòi hỏi đội ngũ cán bộ kỹ thuật, các nhà khoa học có tâm huyết phải hợp tác giải quyết.

Trong tương lai, chủ trương đầu tư xây dựng các nhà máy tuyển than tập trung với công nghệ sàng tuyển hiện đại sẽ thay thế dần các dây chuyền sàng tuyển than nhỏ lẻ, có công nghệ chắp vá, lạc hậu; đồng thời thu hẹp và giảm dần mạng lưới vận tải than bằng ô tô bằng các tuyến vận tải đường sắt và bằng băng tải kín.

Hy vọng việc ứng dụng các tiến bộ KHCN cho các cơ sở sàng tuyển than đang hoạt động và đầu tư xây dựng các nhà máy sàng tuyển than  mới có công nghệ thích hợp và hiện đại sẽ nâng được tỷ lệ than qua sàng tuyển và mang lại diện mạo mới cho ngành than.

Nguồn: Tuyển tập Báo cáo Hội nghị KHCN
Tuyển khoáng Toàn quốc lần III, Hà Nội, tháng 6/2010