- Đỗ Thanh Bỡnh Nghiờn cứu xử lý quặng Calamin bằng phương phỏp thủy luyện LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS. - Trần Viết Thường HÀ NỘI MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC 1 DANH MỤC CÁC BẢNG 4 DANH MỤC CÁC HèNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 6 ĐẶT VẤN ĐỀ 9 PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LUYỆN KẼM 12 1.1. - PHƯƠNG PHÁP HỎA LUYỆN KẼM. - PHƯƠNG PHÁP THỦY LUYỆN KẼM 13 PHẦN II: KHẢO SÁT THỰC TẾ SẢN XUẤT KẼM OXIT – Lề ỐNG QUAY TẠI XÍ NGHIỆP LUYỆN KIM MÀU II _ THÁI NGUYấN. - Nguyờn lý cơ bản của quỏ trỡnh. - ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA LUYỆN KẼM OXIT Lề ỐNG QUAY. - THễNG Kấ CÁC CHỈ TIấU KINH TẾ - KỸ THUẬT 9 THÁNG ĐẦU NĂM 2010 TẠI XÍ NGHIỆP LUYỆN KIM MÀU II – THÁI NGUYấN. - Hiệu suất thời gian chạy lũ và chi phớ cho cỏc sự cố thường xảy ra. - HÀNH VI CỦA CÁC CẤU TỬ TRONG QUÁ TRèNH HOÀ TÁCH. - Động học quỏ trỡnh hoà tỏch 44 PHẦN IV: THIẾT BỊ VÀ KẾT QUẢ NGHIấN CỨU 50 4.1. - Phõn tớch thành phần thạch học trờn Mỏy phõn tớch Rơnghen D8 - Advance thuộc Trung tõm phõn tớch Mỏ - Luyện kim 51 4.3.2. - Đo tốc độ động cơ khuấy bằng LASER (Traceableđ Digital Laser Tachometer) (TPC Phõn tớch thành phần bằng phương phỏp húa học: 51 4.4. - KẾT QUẢ NGHIấN CỨU. - Kết quả nghiờn cứu 56 1. - Phõn tớch thành phần quặng calamin 56 2. - Nghiờn cứu nhiệt động học hũa tỏch quặng calamin bằng dung mụi axit H2SO4. - Nghiờn cứu sự ảnh hưởng của cỏc thụng số cụng nghệ trong quỏ trỡnh hũa tỏch. - Ảnh hưởng của tỉ lệ lỏng/rắn (L/R) đến hiệu suất hũa tỏch quặng 65 - 3 - calamin. - Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch axit H2SO4 đến khả năng hoà tỏch quặng calamin. - Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hoà tỏch quặng calamin. - Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hoà tỏch của quặng calamin 73 e. - Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến khả năng hoà tỏch của quặng calamin. - Ảnh hưởng của độ hạt đến khả năng hoà tỏch của quặng calamin. - Kiểm tra hiệu quả hũa tỏch ở chế độ cụng nghệ đó chọn. - Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng tự lắng tỏch của silic trong dung dịch sau hoà tỏch. - So sỏnh hiệu quả xử lý quặng calamin bằng phương phỏp thủy luyện với hiệu quả xử lý bằng phương phỏp hỏa luyện do Xớ nghiệp luyện kim màu II - Thỏi Nguyờn thực hiện. - 91 - 4 - DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1: Cỏc chỉ tiờu chớnh tại lũ ống quay số 1: 18 Bảng 2.2: Cỏc chỉ tiờu chớnh tại lũ ống quay số 2: 20 Bảng 2.3: Cỏc chỉ tiờu chớnh tại lũ ống quay số 3: 22 Bảng 2.4: Bảng tổng hợp hiệu suất thời gian chạy lũ 03 quý đầu năm 2010. - 24 Bảng 2.5: Bảng tổng hợp chi phớ cho dừng lũ sửa chữa trong thời gian chạy lũ 03 quý đầu năm 2010. - 24 Bảng 4.1: Kết quả phõn tớch thành phần hoỏ học của quặng calamin 56 Bảng 4.2: Kết quả phõn tớch thành phần khoỏng vật của quặng calamin. - 57 Bảng 4.3: Sự phụ thuộc của mức độ hũa tỏch kẽm trong quặng calamin vào nhiệt độ và thời gian. - Sự phụ thuộc của mức độ hũa tan vào thời gian 60 Bảng 4.5: Số liệu biểu thị mối quan hệ lgτ – 1/T 61 Bảng 4.6: Mức độ hũa tỏch kẽm trong quặng calamin theo thời gian và nồng độ dung mụi 62 Bảng 4.7: Sự phụ thuộc của độ hũa tan kẽm theo thời gian ở cỏc nồng độ dung mụi 63 Bảng 4.8: Số liệu xỏc định quan hệ lgτ – lgCo 64 Bảng 4.9: Ảnh hưởng của tỉ lệ L/R đến mức độ hoà tỏch cỏc cấu tử chớnh trong quặng calamin. - 65 Bảng 4.10: Kết quả phõn tớch cỏc cấu tử chớnh trong quặng calamin dưới ảnh hưởng của nồng độ H2SO4 trong quỏ trỡnh hũa tỏch. - 67 Bảng 4.11: Ảnh hưởng của nồng độ H2SO4 đến hiệu suất hũa tỏch cỏc cấu tử chớnh trong quặng calamin 68 Bảng 4.12: Kết quả phõn tớch cỏc cấu tử chớnh trong quặng calamin dưới ảnh hưởng của nhiờt độ trong quỏ trỡnh hũa tỏch. - 70 - 5 - Bảng 4.13: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hũa tỏch cỏc cấu tử chớnh trong quặng calamin 71 Bảng 4.14: Kết quả phõn tớch cỏc cấu tử chớnh trong quặng calamin dưới ảnh hưởng của thời gian trong quỏ trỡnh hũa tỏch. - 73 Bảng 4.15: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hũa tỏch cỏc cấu tử chớnh trong quặng calamin 73 Bảng 4.16: Kết quả phõn tớch cỏc cấu tử chớnh trong quặng calamin dưới ảnh hưởng của tốc độ khuấy trong quỏ trỡnh hũa tỏch. - 76 Bảng 4.17 : Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến khả năng hoà tỏch của quặng calamin. - 76 Bảng 4.18: Kết quả phõn tớch cỏc cấu tử chớnh trong quặng calamin dưới ảnh hưởng của độ hạt trong quỏ trỡnh hũa tỏch. - 79 Bảng 4.19 : Ảnh hưởng của độ hạt đến khả năng hoà tỏch của quặng calamin. - 79 Bảng 4.20: Thành phần dung dịch hoà tỏch quặng calamin 82 Bảng 4.21: Thành phần khoỏng của bó hoà tỏch quặng calamin. - 82 Bảng 4.22: Kết quả phõn tớch hàm lượng cỏc cấu tử trong dung dịch sau hoà tỏch quặng calamin bằng dung dịch hồi lưu. - 84 Bảng 4.23: Thành phần khoỏng vật bó hoà tỏch quặng calamin bằng dung dịch hồi lưu. - 84 Bảng 4.24: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng lắng tỏch silic trong dung dịch sau hoà tỏch quặng 86 Bảng 4.25: Kết quả sản xuất bột ZnO 60% của Xớ nghiệp luyện kim màu II – Thỏi Nguyờn năm DANH MỤC CÁC HèNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hỡnh 1.1. - Sơ đồ cụng nghệ hoả luyện kẽm 12 Hỡnh 1.2. - Sơ đồ cụng nghệ thủy luyện kẽm 14 Hỡnh 2.1. - Sơ đồ quy trỡnh cụng nghệ 15 Hỡnh 2.2: Sơ đồ nhiệt độ cỏc vựng trong lũ. - 16 Hỡnh 3.1 - Phương phỏp xỏc định tốc độ hũa tan theo tang gúc lệch giữa tiếp tuyến và đường cong ατ− 36 Hỡnh 3.2 - Phương phỏp xỏc định năng lượng hoạt hoỏ E 37 Hỡnh 3.3 - Sơ đồ thuật toỏn 38 Hỡnh 3.4 - Đặc trưng quan hệ 40 Hỡnh 3.5 - Xỏc định n theo tg β 41 Hỡnh 3.6 - Xỏc định n theo quan hệ lgτ– lg Co 41 Hỡnh 3.7: Mụ hỡnh quỏ trỡnh hoà tỏch 44 Hỡnh 4.1 - Thiết bị hũa tỏch. - 51 Hỡnh 4.2 - Thiết bị đo tốc độ động cơ khuấy. - 51 Hỡnh 4.3 - Kết quả phõn tớch Rơnghen nhiễu xạ của quặng calamin 58 Hỡnh 4.4 - Sự phụ thuộc của mức độ hũa tỏch kẽm trong quặng calamin vào thời gian và nhiệt độ 60 Hỡnh 4.5 - Đồ thị quan hệ lgτ – 1/T 61 Hỡnh 4.6 - Mối quan hệ giữa mức độ hũa tỏch kẽm trong quặng calamin theo thời gian và nồng độ dung mụi 63 Hỡnh 4.7 - Quan hệ lgτ – lgCo ở 80o C 64 Hỡnh 4.8a - Ảnh hưởng của tỉ lệ L/R đến mức độ hoà tỏch cỏc cấu tử chớnh trong quặng calamin 66 Hỡnh 4.8b - Ảnh hưởng của tỉ lệ L/R đến hiệu suất hoà tỏch Zn trong quặng calamin 66 Hỡnh 4.9a - Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch axit đến hiệu suất 68 - 7 - hoà tan Pb, Cd, Ni, Co trong quặng calamin Hỡnh 4.9b - Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch axit đến hiệu suất hoà tan Fe, Cu trong quặng calamin 69 Hỡnh 4.9c - Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch axit đến hiệu suất hoà tỏch Zn trong quặng calamin 69 Hỡnh 4.10a- Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hoà tan Pb, Cd, Ni, Co trong quặng calamin 71 Hỡnh 4.10b - Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hoà tan Fe, Cu trong quặng calamin 72 Hỡnh 4.10c - Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hoà tỏch Zn trong quặng calamin 72 Hỡnh 4.11a - Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hoà tan Pb, Ni, Cd, Co trong quặng calamin 74 Hỡnh 4.11b - Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hoà tan Fe, Cu trong quặng calamin 74 Hỡnh 4.11c - Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hoà tỏch Zn trong quặng calamin 75 Hỡnh 4.12a - Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến hiệu suất hoà tan Pb, Cd, Co, Ni trong quặng calamin 77 Hỡnh 4.12b - Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến hiệu suất hoà tan Fe, Cu trong quặng calamin 77 Hỡnh 4.12c - Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến hiệu suất hoà tan Zn trong quặng calamin 78 Hỡnh 4.13a - Ảnh hưởng của độ hạt đến hiệu suất hoà tan Pb, Cu, Co, Ni trong quặng calamin 80 Hỡnh 4.13b - Ảnh hưởng của độ hạt đến hiệu suất hoà tan Cu, Fe trong quặng calamin 80 Hỡnh 4.13c - Ảnh hưởng của độ hạt đến hiệu suất hoà tỏch Zn trong quặng calamin 81 - 8 - Hỡnh 4.14 - Kết quả phõn tớch Rơnghen nhiễu xạ bó hoà tỏch quặng calamin 83 Hỡnh 4.15. - Kết quả phõn tớch Rơnghen nhiễu xạ bó hũa tỏch quặng calamin bằng dung dịch hồi lưu. - 85 Hỡnh 4.16 - Khả năng tự lắng của Si theo thời gian. - đó sản xuất kẽm ở quy mụ cụng nghiệp. - Trong đú quặng kẽm oxit chiếm gần 30% trữ lượng. - trong số này, quặng calamin cú trữ lượng lớn nhất vẫn chưa được quan tõm đỳng mức. - Cụng ty Luyện kim màu thuộc Tập đoàn than và khoỏng sản Việt Nam hiện đang dựng phương phỏp Hỏa luyện để chế biến quặng kẽm oxit núi trờn (hoàn nguyờn trong lũ Ventơrin ở Tuyờn Quang và lũ ống quay – nhà mỏy Luyện kim loại mầu II Thỏi Nguyờn) thành kẽm oxit. - Xột về bản chất cụng nghệ thỡ đõy là quỏ trỡnh làm giàu kẽm trong quặng bằng phương phỏp nhiệt. - ắ Ưu điểm của phương phỏp: thiết bị đơn giản, vốn đầu tư thấp, dễ vận hành. - Hiệu suất thu hồi Zn thấp (hiệu suất thu hồi kẽm tại 2 nhà mỏy nờu trờn nằm trong khoảng 80ữ83. - Tiờu hao nhiờn liệu lớn, qua phõn tớch thấy rằng hoàn lượng than nằm lại trong xỉ (do chỏy khụng hết) là ≈ 25%. - Tự động húa dõy chuyền sản xuất thấp. - Từ đõy cú kết luận rằng, so với kẽm kim loại, ụxit kẽm do Cụng ty luyện kim màu Thỏi Nguyờn sản xuất được xếp loại bỏn thành phẩm nờn hiệu quả kinh tế khụng cao. - Phương phỏp này cũn cú nhược điểm là chưa tận thu cỏc kim loại màu khỏc nằm trong quặng kẽm oxit, hay núi cỏch khỏc sản phẩm của quỏ trỡnh chế biến cũn đơn điệu ( ZnO là sản phẩm duy nhất). - Khai thỏc, chế biến hợp lý nguồn quặng calamin của đất nước đang là nhiệm vụ trọng tõm của cỏc nhà khoa học Việt Nam núi chung và luyện kim màu núi riờng. - Xuất phỏt từ nhiệm vụ cấp bỏch nờu trờn, tỏc giả đó chọn đề tài Luận văn tốt nghiệp Cao học chuyờn ngành Vật liệu kim loại màu & Compozit tại Viện đào tạo sau đại học - Trường Đại học Bỏch khoa Hà Nội: “Nghiờn cứu xử lý quặng Calamin bằng phương phỏp thủy luyện”. - Nõng cao hiệu suất thu hồi kẽm và cỏc kim loại quý trong quặng calamin. - Ứng dụng cụng nghệ mới cú khả năng nõng cao hiệu suất thu hồi kẽm và thõn thiện với mụi trường. - Hy vọng rằng, sự thành cụng của đề tài khụng chỉ đúng gúp vào việc tối ưu húa quy trỡnh cụng nghệ khai thỏc và chế biến hợp lý nguồn quặng kẽm oxit nghốo núi chung và oxit kẽm dạng calamin núi riờng trờn thế giới và Việt Nam mà cũn giỳp Cụng ty Luyện kim màu cải tạo hoặc thay thế cụng nghệ luyện quặng oxit kẽm bằng phương phỏp hỏa luyện. - Phần I: Tổng quan về cỏc phương phỏp luyện kẽm. - Phần II: Khảo sỏt thực tế sản xuất kẽm oxit – lũ ống quay tại Xớ nghiệp - 11 - luyện kim màu II – Thỏi Nguyờn. - Phần III: Cơ sở lý thuyết quỏ trỡnh thủy luyện kẽm. - Phần IV: Thiết bị và kết quả nghiờn cứu. - 12 - PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LUYỆN KẼM Trờn thế giới hiện đang ứng dụng hai phương phỏp luyện kẽm chớnh: Hỏa luyện và thuỷ luyện. - Lưu trỡnh cụng nghệ hoả luyện kẽm được trỡnh bày trờn hỡnh 1.1. - Cơ sở lý thuyết của quỏ trỡnh hỏa luyện kẽm được thể hiện bằng cỏc phản ứng sau đõy: Thiờu oxi húa Bụi Khớ lũ thiờu Làm sạch khớ lũ Sản xuất H2SO4 Bột thiờu Hoàn nguyờn quặngkẽmKẽm hơi Kẽm lỏng Kẽm tinh khiết Bó tinh luyện Tinh luyện Tinh quặng kẽm Kẽm thỏi Đỳc thỏi Xử lý thu hồi kim loại màu đi kốm như: Cu, Ni, Cd… Hỡnh 1.1. - Sơ đồ cụng nghệ hoả luyện kẽm - 13 - ZnO + C = Zn(h. - CO2 (1.2) CO2 + C = 2CO (1.3) Trong thực tế, quỏ trỡnh hoàn nguyờn kẽm oxit (chưng kẽm) được thực hiện ở nhiệt độ C trong lũ chưng ống ngang hoặc ống đứng. - Do kẽm sụi ở 9070C, nờn ở nhiệt độ hoàn nguyờn kẽm bị húa hơi. - Luyện kẽm bằng phương phỏp hoàn nguyờn (chưng) tồn tại một số nhược điểm như tiờu hao nhiờn liệu và vật liệu chịu lửa lớn, điều kiện lao động nặng nhọc đó thế chất lượng kẽm hoàn nguyờn thấp. - Túm lại, phương phỏp hỏa luyện cú ưu điểm là mỏy múc thiết bị đơn giản, dễ vận hành. - Nhược điểm của phương phỏp là tiờu hao nhiờn vật liệu chịu lửa lớn, lao động nặng nhọc, hiệu suất thu hồi kẽm và chất lượng kẽm hoàn nguyờn thấp. - Nhược điểm lớn nhất của phương phỏp này là đạt hiệu quả rất thấp nếu liệu hoàn nguyờn ở dạng silicat, vỡ silicat kẽm (ZnO.SiO2) là hợp chất rất khú hoàn nguyờn ở nhiệt độ xấp xỉ 12000C. - PHƯƠNG PHÁP THỦY LUYỆN KẼM Thủy luyện là phương phỏp luyện cú sự tham gia của dung dịch nước, quỏ trỡnh xẩy ra ở nhiệt độ thấp hơn 1000C, sơ đồ cụng nghệ của phương phỏp thể hiện trờn hỡnh 1.2. - So với hỏa luyện, phương phỏp thủy luyện kẽm ra dời muộn hơn (những năm 20 của thế kỷ XX) nhưng đó thể hiện được tớnh ưu việt sau đõy. - Sản xuất dược kẽm cú độ sạch cao Thiết bị đơn giản Khả năng tự động húa cao Giảm được đỏng kể sự độc hại và điều kiện lao động nặng nhọc Khả năng xử lý quặng nghốo, đa kim tốt - 14 - Nhờ thể hiện được những ưu điểm nờu trờn mà ngày nay so với hỏa luyện, thủy luyện đang được nhiều nước ứng dụng hơn vào sản xuất kẽm. - Hiện nay, sản lượng kẽm sản xuất bằng thủy luyện chiếm 55 – 60 % tổng sản lượng kẽm của thế giới. - Song phương phỏp sẽ khụng đạt hiệu quả kinh tế cao đối với những vựng lónh thổ cũn nghốo về năng lượng điện. - Thiờu oxi húa Bụi Khớ lũ thiờu Làm sạch khớ lũ Sản xuất H2SO4 Bột thiờu Hoà tỏch trung tớnh Dung dịch ZnSO4 Làm sạch tạp chất Điện phõn kẽm tinh khiết Bó Dung dịch sạch Đỳc thỏi Xử lý thu hồi kim loại đi kốm Tinh quặng kẽm Kẽm thỏi Dung dịch hồi lưu (~120 g/l H2SO4) Lỏ kẽm catốt Bó hũa tỏch Hũa tỏch axit Bó thải Dung dịch ZnSO4 chứa ~15 g/l H2SO4 Hỡnh 1.2. - Sơ đồ cụng nghệ thủy luyện kẽm - 15 - PHẦN II: KHẢO SÁT THỰC TẾ SẢN XUẤT KẼM OXIT – Lề ỐNG QUAY TẠI XÍ NGHIỆP LUYỆN KIM MÀU II _ THÁI NGUYấN. - Sơ đồ quy trỡnh cụng nghệ
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt