Nghiên cứu khả năng thu hồi TiO2 từ tinh quặng ilmenit sa khoáng Bình Thuận theo phương pháp Becher.

- PHÙNG TIẾN THUẬT NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG THU HỒI TiO2 TỪ TINH QUẶNG ILMENIT SA KHOÁNG BÌNH THUẬN THEO PHƢƠNG PHÁP BECHER LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành : Khoa học và kỹ thuật Vật liệu Hà Nội – 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- PHÙNG TIẾN THUẬT NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG THU HỒI TiO2 TỪ TÌNH QUẶNG ILMENIT SA KHOÁNG BÌNH THUẠN THEO PHƢƠNG PHÁP BECHER Chuyên ngành : KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành : Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS ĐẶNG VĂN HẢO Hà Nội – 2013 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn này là công trình nghiên cứu của tôi.
- Các kết quả nghiên cứu trong bản luận văn này hoàn toàn trung thực và chƣa từng đƣợc công bố ở công trình hoặc cơ sở nào khác dƣới dạng luận văn.
- Học viên Phùng Tiến Thuật 3 Danh mục các bảng Trang Bảng 1.1: Các khoáng vật quan trọng của titan Bảng 1.2: Thống kê trữ lượng titan trên thế giới Bảng 1.3: Thống kê sản lượng titan sản xuất trên thế giới Bảng 1.4: Nhu cầu sử dụng titan trong các lĩnh vực Bảng 2.1: Nhiệt độ bắt đầu hoàn nguyên của một số oxit kim loại Bảng 3.1: Tổng hợp thành phần các khoáng vật trong quặng Bảng 3.2: Thống kê thành phần độ hạt cát quặng Bảng 3.3 :Thống kê thành phần độ hạt tinh quặng Bảng 3.4 : Thống kê thành phần hóa học tinh quặng ilmenit Bảng 3.5: Thành phần hóa học mẫu tinh quặng nghiên cứu.
- Bảng 3.6: Thành phần độ hạt tinh quặng Bảng 4.1: Tỷ lệ phối liệu của hỗn hợp hoàn nguyên Bảng 4.2: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến mức độ hoàn nguyên Bảng 4.3: Kết quả thí nghiệm với các nồng độ NH4Cl Bảng 4.4: kết quả thí nghiệm ở các nhiệt độ hòa tách khác nhau Bảng 4.5: Kết quả thí nghiệm với thời gian hòa tách khác nhau Bảng 4.6: Hàm lượng TiO2 sau ngâm axit Mục lục Trang phụ bìa Lời cam đoan Danh mục các bảng Mục lục MỞ ĐẦU 1.
- Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 4.
- Phƣơng pháp nghiên cứu 5.
- Nội dung nghiên cứu PHẦN I: TỔNG QUAN Chƣơng 1: QUẶNG TITAN VÀ TÌNH HÌNH KHAI THÁC CHẾ BIẾN I.
- Các loại quặng titan II.
- Tình hình khai thác và chế biến quặng titan trên thế giới II.1.
- Nhu cầu và sản lƣợng titan trên thế giới II.2.
- Công nghiệp làm giàu quặng ilmenit II.2.1.
- Công nghệ sản xuất titan và bột màu đioxit titan II.3.1.
- Công nghệ sản xuất kim loại titan II.3.2.
- Công nghệ sản xuất bột màu đioxit titan II.4.
- Nhận xét về công nghiệp titan trên thế giới III.
- Tình hình khai thác và chế biến titan ở Việt Nam III.1.
- Tiềm năng quặng Titan ở Việt Nam III.2.
- Tình hình khai thác và chế biến quặng titan ở Việt Nam III.2.1.
- Công nghệ khai thác tuyển thô III.2.2.
- Công nghệ tuyển tinh III.2.3.
- Công nghệ chế biến sâu III.3.
- Nhận xét chung về công nghiệp titan ở Việt Nam Chƣơng 2: SƠ LƢỢC VỀ PHƢƠNG PHÁP BECHER I.
- Khái quát về phƣơng pháp Becher nguyên thủy II.
- Hoàn nguyên ilmenit II.3.
- Hòa tách ilmenit hoàn nguyên trong dung dịch NH4Cl II.4.
- Nhận xét về ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp Becher PHẦN II: THỰC NGHIỆM Chƣơng 3: MẪU NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM I.
- Thành phần hóa học tinh quặng II.
- Mẫu nghiên cứu III.
- Thiết bị hoàn nguyên và tuyển tách 2.
- Thiết bị hòa tách Chƣơng 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU I.
- Nghiên cứu quá trình hoàn nguyên 1.
- Kết quả nghiên cứu II.
- Nghiên cứu quá trình hòa tách 1.
- Kết quả nghiên cứu a.
- Nhiệt độ hòa tách c.
- Đề xuất sơ đồ chế biến tinh quặng ilmenit sa khoáng Bình Thuận TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC MỞ ĐẦU 1.
- Quặng titan nƣớc ta chủ yếu dƣới dạng Ilmenit sa khoáng ven biển và hiện tại việc khai thác và chế biến còn ở quy mô nhỏ và chủ yếu làm giàu sơ bộ bằng các phƣơng pháp tuyển và xuất khẩu nguyên liệu thô.
- Việc chế biến sâu quặng titan đang đƣợc chính phủ coi trọng đầu tƣ.
- Và gần đây, ở nƣớc ta đã áp dụng phƣơng pháp luyện xỉ titan để thu hồi rutin và gang.
- Phƣơng pháp này đơn giản nhƣng tiêu hao điện năng lớn.
- Một trong những phƣơng pháp xử lý quặng titan có nhiều triển vọng là phƣơng pháp Becher.
- Phƣơng pháp này không những cho phép thu đƣợc TiO2 mà còn thu hồi đƣợc bột sắt oxit sử dụng để chế tạo pigment.
- Do đó việc nghiên cứu áp dụng công nghệ Becher để xử lý tinh quặng titan ở Việt Nam là vấn đề cấp thiết, có ý nghĩa thực tiễn và đem lại hiệu quả kinh tế cao.
- Mục tiêu - Tìm ra chế độ công nghệ thích hợp để chế biến sâu tinh quặng Ilmenit Bình Thuận theo phƣơng pháp Becher.
- Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu là tinh quặng ilmenit vùng Hàm Thuận Nam - Bình Thuận - Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 4.
- Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết, phân tích và tổng hợp số liệu.
- 7 - Phƣơng pháp thí nghiệm trong phòng thí nghiệm.
- Phƣơng pháp phân tích, so sánh và đánh giá.
- Nội dung nghiên cứu - Tổng hợp và phân tích tài liệu về công nghệ chế biến quặng titan.
- Tình hình khai thác, chế biến quặng Titan ở Bình Thuận.
- Nghiên cứu thành phần vật chất và tính chất của tinh quặng Ilmenit Bình Thuận.
- Thiêu hoàn nguyên tinh quặng ilmenit làm nguyên liệu cho quá trình hòa tách.
- Thí nghiệm xác định ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến hiệu quả thu hồi TiO2.
- 8 PHẦN I: TỔNG QUAN Chƣơng 1 QUẶNG TITAN VÀ TÌNH HÌNH KHAI THÁC CHẾ BIẾN I.
- Các loại quặng titan Trong vỏ Trái đất, titan là nguyên tố đứng thứ 9 trong những nguyên tố phổ biến, nó chiếm 0,6% khối lƣợng vỏ trái đất.
- Trong bảng 1.1 là các khoáng vật quan trọng của titan.
- Bảng 1.1: Các khoáng vật quan trọng của titan Khoáng vật Công thức Hàm lượng TiO2.
- Ít khi gặp vùng quặng rutin có trữ lƣợng lớn, hàm lƣợng TiO2 trong tinh quặng chứa 90 – 95% TiO2.
- 9 Ilmenit (metatitanat sắt FeO.TiO2) là loại quặng titan phổ biến hơn cả.
- Quặng ilmenit có ý nghĩa hàng đầu trong công nghiệp luyện kim.
- Trong quặng ilmenit ngoài titan và sắt, còn có các kim loại khác nhƣ ziriconi, vanađi, tantan, niobi (ở dạng cộng sinh).
- Hàng năm thế giới khai thác cỡ 7 đến 8 triệu tấn quặng titan trong đó những nƣớc khai thác lớn là Úc khoảng 1,5 triệu tấn, Nam phi 1,2 triệu tấn, Canada 1 triệu tấn, Việt Nam khoảng 1 triệu tấn(2011).
- Vì lí do kinh tế kĩ thuật, ngƣời ta không luyện trực tiếp quặng titan để nhận titan kim loại mà phải thông qua các khâu làm giàu để nhận đƣợc các chế phẩm titan nhƣ rutin nhân tạo, xỉ titan … Tùy thuộc vào loại quặng mà có thể áp dụng lƣu trình công nghệ tuyển thích hợp.
- Tuyển quặng titan thƣờng sử dụng kết hợp các phƣơng pháp tuyển trọng lực, tuyển từ, tuyển nổi, tuyển tĩnh điện.
- Nhu cầu và sản lƣợng titan trên thế giới Quặng titan là nguyên liệu cho sản xuất TiO2 và titan kim loại.
- Titan điôxit TiO2 đƣợc sản xuất ra chủ yếu để làm chất tạo màu.
- Kim loại titan đƣợc sử dụng cho sản xuất vật liệu kết cấu.
- 90% quặng titan khai thác dùng để sản xuất titan điôxit công nghiệp, còn lại là dùng để sản xuất titan kim loại.
- Trong kỹ thuật sản xuất máy bay và tên lửa, độ bền của vật liệu rất đƣợc coi trọng.
- Chất màu tian điôxit đƣợc dùng trong công nghiệp sơn, sản xuất chất dẻo, sản xuất gốm và trong công nghiệp sản xuất giấy.
- Nhìn chung, nhu cầu thị trƣờng thế giới về các sản phẩm đi từ ilmenit và zircon gia tăng đều đặn trong vài thập niên qua.
- Tính đến năm 2008, trữ lƣợng quặng titan trên thế giới khoảng 730 triệu tấn (tính theo TiO2), trong đó rutil là 42 triệu tấn, ilmenit là 680 triệu tấn.
- Hiện nay các Công ty hàng đầu về khai thác, chế biến quặng titan và xỉ titan trên thế giới nhƣ: Iluka Resource Ltd (australia).
- 11 Hàng năm trên thế giới sản xuất khoảng 5,1 - 5,6 triệu tấn tinh quặng ilmenit.
- Quặng titan trên thế giới chủ yếu khai thác ở các nƣớc: Australia, Nam Phi, Canada, Trung Quốc, Na Uy, Ấn Độ, Mỹ (bảng 1.2) Thông thƣờng, các dự án khai thác - tuyển quặng titan trên thế giới đƣợc thực hiện ở các mỏ có quy mô năng suất lớn (hàng triệu tấn quặng nguyên khai mỗi năm) nên đƣợc cơ giới hóa ở mức độ cao.
- Thống kê trữ lượng titan trên thế giới Đơn vị: Triệu tấn TiO2 TT Quốc gia Trữ lƣợng Trữ lƣợng dự báo Ilmenit Rutil Ilmenit Rutil 1 Mỹ Úc Brazil Canada Trung Quốc Ấn Độ Mozambique Na Uy Nam Phi Ukraina Việt Nam Các nƣớc khác Cộng Cộng chung Bảng 1.3.
- Thống kê sản lượng titan (TiO2) sản xuất trên thế giới Đơn vị: Nghìn tấn TT Quốc gia Năm 2007 Năm 2008 Năm 2009 Ilmenit Rutil Ilmenit Rutil Ilmenit Rutil 1 Mỹ Úc Brazil Canada Trung Quốc Ấn Độ Mozambique Na Uy Nam Phi Ukraina Việt Nam Các nƣớc khác Cộng Cộng chung Bảng 1.4.
- Nhu cầu sử dụng titan trong các lĩnh vực Đơn vị: Nghìn tấn TiO2 Nhu cầu Sản xuất bột màu Tỷ lệ.
- Sản xuất Titan kim loại Tỷ lệ.
- Sản xuất que hàn và ứng dụng khác Tỷ lệ.
- Tổng II.2 Công nghiệp làm giàu quặng ilmenit Bất kể sản xuất titan kim loại hay sản xuất bột mầu đioxit bằng phƣơng pháp clorua hóa từ quặng ilmenit đều phải làm giầu bằng cách khử bớt sắt, đƣa hàm lƣợng TiO2 ban đầu từ 48-52% lên 92-97%.
- Ngay cả phƣơng pháp sản xuất bột mầu bằng sufat ngày nay ngƣời ta cũng dùng ilmenit đã làm giàu vì giảm đƣợc khâu khử sắt tốn kém, giảm đƣợc 2/3-3/4 axit sunfuaric không sinh sản phẩm phụ sunfat sắt, lƣợng axit phế thải giảm còn 1/3.Vì lợi ích to lớn của làm giàu quặng ilmenit mà nó phát triển rất mạnh trong vài ba thập niên lại đây, thế giới tập trung vào hai công nghệ làm giàu ilmenit chính là luyện xỉ titan và chế tạo rutin nhân tạo.
- II.2.1 Luyện xỉ titan Phối quặng ilmenit cùng than luyện trong lò hồ quang điện, sắt oxit sẽ bị hoàn nguyên tạo thành gang, titan oxit khó hoàn nguyên cùng các chất khác tạo thành xỉ giàu TiO2 tách khỏi gang.Trong quá tình luyện xỉ titan đƣợc hai sản phẩm đều có giá trị là gang và xỉ titan.
- Để giảm tiêu hao điện năng nhiều thế hệ lò và công nghệ mới ra đời đƣợc áp dụng vào sản xuất: Từ luyện một giai đoạn ngƣời ta đã chuyển sang luyện hai giai đoạn: hoàn nguyên trƣớc trong thiết bị khác rồi luyện xỉ trong lò điện.
- Mặc dù phƣơng pháp luyện xỉ có nhiều cải tiến trong công nghệ nhƣng chi phí điện năng lớn vẫn là nhƣợc điểm có bản của phƣơng pháp này II.2.2 Chế tạo rutin nhân tạo Từ năm 70 đến nay công nghiệp làm giàu quặng ilmenit này tỏ ra có ƣu thế hơn luyện xỉ titan nên đã nhanh chóng phát triển trên thế giới, nhiều nhà máy công suất lớn hàng 100.000 tấn sản phẩm năm đã ra đời.
- Hiện nay đang tập trung sản xuất rutin theo 3 công nghệ chính.
- Công nghệ Becher: Trƣớc tiên hoàn nguyên kim loại hóa biến sắt oxit thành sắt kim loại rồi hòa tan sắt trong dung môi nƣớc có xúc tác NH4Cl và thổi không khí tạo phản ứng hòa tách.
- Công nghệ Benelite Phƣơng pháp này đƣợc phát triển bởi công ty Benelite Corporation ở Mỹ.
- Đầu tiên ilmenit đƣợc thiêu hoàn nguyên trong lò ống quay ở nhiệt độ thấp (870oC) để chuyển Fe2O3 về FeO.
- Công nghệ Austpac( ERMS và EARS) Công nghệ này gồm hai quá trình : ERMS và EARS.
- Quá trình ERMS là quá trình thiêu hoàn nguyên kim loại sắt, sau đó đem hòa tan trong dung dịch HCl ở áp suất khí quyển.
- Nhận xét: Phƣơng pháp Benelite có ƣu điểm là xử lý đƣợc tinh quặng ilmenit có hàm lƣợng thay đổi trong phạm vi rộng và cho sản phẩm rutil nhân tạo có hàm lƣợng TiO2 cao (>90.
- Phƣơng pháp Austpac có thể xử lý đƣợc nhiều loại quặng, rutil nhân tạo có hàm lƣợng TiO2 cao.
- Phƣơng pháp Becher có thể nhận đƣợc rutil nhân tạo có chất lƣợng tƣơng đối cao, quá trình hòa tách chỉ dùng nƣớc và không khí với sự có mặt của NH4Cl làm xúc tác do đó thân thiện với môi trƣờng, thiết bị đơn giản, ăn mòn thiết bị ít.
- Vì những lý do trên phƣơng pháp Becher đƣợc ứng dụng rộng rãi ở Úc và đang đƣợc nghiên cứu ứng dụng ở nhiều nƣớc trên thế giới.
- II.3 Công nghệ sản xuất titan và bột mầu đioxit titan II.3.1 Công nghiệp sản xuất kim loại titan Dây chuyền sản xuất kim loại titan tóm tắt nhƣ sau: tinh quặng rutin hay tinh quặng ilmenit sau khi làm giàu bằng luyện xỉ titan hay chế tạo rutin nhân tạo để khử sắt đã có hàm lƣợng TiO292-97% đem clorua hóa bốc hơi TiCl4, đem tinh cất TiCl4 để khử chất tạp rồi đem hoàn nguyên bằng Mg hay điện phân để đƣợc Ti thô xốp, đem tinh luyện titan thôi đƣợc titan sạch công nghiệp titan đòi hỏi công nghệ và kỹ thuật cao, phức tạp và khó khăn, tốn năng lƣợng và chi phí lớn.
- II.3.2 Công nghiệp sản xuất bột màu đioxit titan Thế giới sản xuất bột màu theo hai công nghệ chính là công nghệ sunfat- và công nghệ clorua.
- Trƣớc năm 60 phần lớn sản xuất theo công nghệ sunfat.
- Sau năm 60 do tiến bộ trong làm giàu quặng ilmenit bằng sản xuất xỉ titan và sản xuất titan

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt