Nghiên cứu công nghệ tận thu một số nguyên tố có ích trong bụi lò điện hồ quang thép phế liệu

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MỎ - LUYỆN KIM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TẬN THU MỘT SỐ NGUYÊN TỐ CÓ ÍCH TRONG BỤI LÒ ĐIỆN HỒ QUANG LUYỆN THÉP PHẾ LIỆU Chủ

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MỎ - LUYỆN KIM

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TẬN THU MỘT SỐ NGUYÊN TỐ CÓ ÍCH TRONG BỤI LÒ ĐIỆN HỒ

QUANG LUYỆN THÉP PHẾ LIỆU

Chủ nhiệm đề tài: ThS Đỗ Hồng Nga

7649

02/02/2010

HÀ NỘI - 2010

TT Họ và tên Chuyên môn Cơ quan

1 Đỗ Hồng Nga Th.S Luyện kim màu Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim

2 Ngô Ngọc Định KS Luyện kim màu Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim

3 Trần Thị Hiến Th.S Tuyển khoáng Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim

4 Nguyễn Hồng Quân KS Luyện kim màu Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim

5 Nguyễn Hòa An KS Luyện kim Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim

6 Nguyễn Văn Tích KS Cơ khí Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5

1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 5

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 5

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước 7

1.2 VÀI NÉT VỀ CÔNG NGHỆ LUYỆN THÉP BẰNG LÒ ĐIỆN HỒ QUANG Ở VIỆT NAM 7

1.3 TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

1.3.1 Đặc điểm và phạm vi sử dụng hợp chất kim loại cần thu hồi 9

1.3.2 Lý thuyết quá trình hòa tách 10

1.3.3 Lý thuyết quá trình làm sạch dung dịch hòa tách 11

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC CHUẨN BỊ 14

2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14

2.2 MẪU NGHIÊN CỨU 14

2.3 NGUYÊN VẬT LIỆU HÓA CHẤT DÙNG CHO NGHIÊN CỨU 15

2.4 THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 15

2.5 CÔNG TÁC PHÂN TÍCH 15

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 17

3.1 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 17

3.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 18

3.2.1 Nghiên cứu thành phần vật chất 18

3.2.2 Nghiên cứu quá trình hòa tách bằng dung dịch H2SO4 19

3.2.3 Nghiên cứu quá trình làm sạch dung dịch hòa tách 24

3.2.4 Nghiên cứu quá trình kết tủa kẽm bazơ cacbonat 27

3.2.5 Nghiên cứu quá trình nung kết tủa nhận kẽm oxit 30

3.2.6 Nghiên cứu xử lý bã sau hòa tách để thu hồi chì, sắt 33

3.3 THÍ NGHIỆM QUY MÔ MỞ RỘNG TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 35

3.4 VÀI NÉT VỀ ĐỊNH HƯỚNG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG 36

3.4.1 Định hướng xử lý chất thải khí 36

3.4.2 Định hướng xử lý chất thải rắn 36

3.4.3 Định hướng xử lý chất thải lỏng 37

3.5 TỔNG HỢP CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 37

3.5.1 Tóm tắt các thông số công nghệ 37

3.5.2 Sơ đồ công nghệ kiến nghị 38

3.5.3 Dự kiến sơ bộ tiêu hao nguyên, nhiên vật liệu 40

3.6 ĐỊNH HƯỚNG ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 41

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

MỞ ĐẦU

Ở Việt Nam, phần lớn thép được sản xuất bằng lò điện hồ quang Thép phế liệu là một trong những nguồn nguyên liệu chính để tái sản xuất thép Hàng năm, từ các nhà máy luyện thép phế liệu thải ra hàng ngàn tấn bụi lò Thành phần chủ yếu của bụi lò này là ôxit sắt, ôxit kẽm và ôxit kim loại màu khác như chì, đồng, Bụi lò hồ quang chứa một số nguyên tố có tính chất độc hại, nếu bị phát tán ra môi trường sẽ gây ô nhiễm nên thường phải có biện pháp xử lý đặc biệt Tuy nhiên, loại bụi này lại chứa một số nguyên tố có ích (đặc biệt là kẽm) với hàm lượng khá cao nên vấn đề đặt ra là cần phải thu hồi chúng

Hiện nay, bụi lò điện hồ quang của các nhà máy sản xuất thép tại Việt Nam chưa có biện pháp xử lý tập trung và hiệu quả Chúng được thu gom lại với khối lượng lớn, bán cho thị trường Trung Quốc Điều này gây lãng phí nguồn tài nguyên trong nước

Nhằm tìm ra hướng công nghệ xử lý bụi lò hồ quang luyện thép phế liệu một cách kinh tế để thu hồi một số nguyên tố có ích, hạn chế chất thải rắn chứa các nguyên tố ảnh hưởng lớn đến môi trường, tận thu nguồn tài nguyên quý giá và đa dạng hóa thị trường sản phẩm, Bộ Công Thương cho phép Viện

Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim triển khai đề tài “Nghiên cứu công nghệ tận thu một số nguyên tố có ích trong bụi lò điện hồ quang luyện thép phế liệu” theo quyết định số 6363/QĐ - BCT ký ngày 02 tháng 12 năm 2008

Kết quả nghiên cứu của đề tài có ý nghĩa thực tiễn, làm cơ sở cho việc định hướng xử lý hiệu quả nguồn phế liệu này với mục tiêu:

- Xây dựng quy trình công nghệ tận thu một số nguyên tố có ích từ bụi lò

hồ quang luyện thép phế liệu

- Sản phẩm nhận được là: ZnO 95 - 97 % đáp ứng tiêu chuẩn cho một số lĩnh vực như: sơn, cao su, gốm sứ ; hợp chất sắt (Fe ≥ 55 %) đáp ứng tiêu chuẩn luyện kim đen; hợp chất chì (Pb > 20%) cung cấp cho nhà máy luyện chì

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

Sản lượng thép thế giới tăng trưởng rất nhanh, đặc biệt trong nửa sau

của thế kỷ XX đến nay, năm 2006 đạt 1.240 triệu tấn/năm Cùng với sự tăng

sản lượng thép, sản lượng bụi từ lò hồ quang cũng gia tăng Thành phần của

bụi phụ thuộc chủ yếu vào nguyên liệu nấu luyện Bụi lò điện hồ quang có dải

thành phần rộng Bảng 1 dưới đây chỉ ra thành phần hóa học chính của bụi lò

hồ quang 1 và bụi lò hồ quang 2 được lấy từ nhà máy luyện thép DongKook

và InChon – Hàn Quốc (9)

Bảng 1 Thành phần hóa học chủ yếu của bụi lò hồ quang ở Hàn Quốc

Thành phần, % Bụi lò hồ quang 1 Bụi lò hồ quang 2

Ở nước ngoài, việc nghiên cứu xử lý bụi lò hồ quang chủ yếu nhằm thu hồi kẽm Các phương pháp chính được sử dụng là hoả luyện và thuỷ luyện

- Hỏa luyện:

+ Đối với bụi trong sản xuất thép cacbon hay thép hợp kim thấp có công nghệ phổ biến như ESINEX Với bụi trong sản xuất thép hợp kim cao cũng có nhiều công nghệ thu hồi như Scan Dust Plasma Process, B.U.S Process …Giải pháp này tận dụng được bụi, không phải chôn lấp nhưng cần thêm năng lượng để vận chuyển, vê viên hay thiêu kết bụi [6] Sản phẩm chính thu được là Zn kim loại

+ Hỏa luyện bụi lò hồ quang trong lò ống quay: hiệu suất thu hồi kẽm cao nhưng kẽm ôxit thu được thô, giá trị kinh tế thấp, tiêu tốn nhiều năng lượng vì phải vê viên, thiêu kết

- Thủy luyện:

Môi trường để thủy luyện bụi lò hồ quang có thể là kiềm hoặc axit Một

số phương pháp dưới đây đã được nghiên cứu để áp dụng cho đối tượng này

+ Hòa tách bụi lò hồ quang trong môi trường kiềm [7] với nồng độ dung dịch hòa tách NaOH: 250 -260g/l, thời gian: 30 phút, nhiệt độ: 800C, tỷ

lệ L/R: 9, tốc độ khuấy: 90 v/phút Hiệu suất hòa tách kẽm và chì đạt 80 – 85% Ưu điểm của phương pháp này là thiết bị đơn giản, mức đầu tư thấp, có thể thực hiện ở quy mô từ nhỏ đến lớn Tuy nhiên, phương pháp này có một nhược điểm lớn là bùn thải sau quá trình hòa tách chứa chủ yếu là sắt ôxit và kiềm gây ô nhiễm môi trường

+ Hòa tách bụi lò hồ quang trong môi trường axit HCl nhằm clorua hóa các kim loại màu và các ôxýt của chúng [8],[9] Một phần sắt bị hòa tan vào trong dung dịch Làm sạch các tạp chất thu được dung dịch kẽm clorua sạch Điện phân dung dịch thu được kẽm kim loại Ưu điểm của phương pháp này

là hiệu suất hòa tách khá cao (~95%) nhưng nhược điểm là ô nhiễm môi trường do hơi HCl tạo ra trong quá trình sản xuất

+ Hòa tách bụi lò hồ quang trong môi trường axit H2SO4 với điều kiện nhiệt độ và áp suất thường [11],[12] Ưu điểm của phương pháp này là dung dịch hòa tách nồng độ không cần cao nhưng nhược điểm lớn nhất là sắt tồn tại trong dung dịch sau hòa tách ở dạng keo jarosite (có công thức chung là (K,Na)Fe2(SO4)3(OH)6 ) gây khó khăn cho khâu lắng, lọc và làm sạch dung dịch

Để khắc phục nhược điểm này, người ta hòa tách bụi lò hồ quang trong điều kiện

áp suất cao [13] Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi thiết bị chịu được áp suất

và nhiệt độ cao Dung dịch kẽm sunfat sau quá trình làm sạch được điện phân thành kẽm kim loại

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước

Đã có một số công trình nghiên cứu về tận thu và tái sinh phế liệu chứa kẽm (bã kẽm, tro kẽm mạ nóng ), tận thu và tái sinh phế liệu chứa chì (ắc quy), tận thu một số nguyên tố có ích Sn, Bi, Au… trong bùn dương cực quá trình điện phân tinh luyện thiếc v.v

Ở Việt Nam, vẫn chưa có một công trình nào đề cập tới việc nghiên cứu tận thu các nguyên tố có ích trong bụi lò hồ quang luyện thép phế của các nhà máy sản xuất thép trong nước Hiện nay, chúng được thu gom lại với khối lượng lớn rồi bán sang thị trường Trung Quốc

1.2 VÀI NÉT VỀ CÔNG NGHỆ LUYỆN THÉP BẰNG LÒ ĐIỆN HỒ QUANG Ở VIỆT NAM

Trong sản xuất thép lò điện, đầu vào gồm nguyên liệu (sắt thép phế, sắt xốp, gang lỏng, vôi, than …), năng lượng (ôxy, than, khí thiên nhiên, điện năng, dầu …), nước và các vật tư khác (điện cực grafit, vật liệu chịu lửa …)

Hiện nay, ngành thép của nước ta đang sử dụng hoàn toàn công nghệ lò điện Điều này xuất phát từ việc thiếu gang lỏng (cơ sở sản xuất gang lớn nhất nước ta là Công ty gang thép Thái Nguyên cũng chỉ sản xuất được khoảng 200.000 tấn gang/năm) Các cơ sở sản xuất phôi thép trong nước được thống

kê trên bảng 2

Bảng 2 Các cơ sở sản xuất phôi thép trong nước [6]

Nguồn: Hiệp hội Thép Việt Nam

Khí thải lò điện hồ quang có dải thành phần tương đối rộng Thành

phần chính là bụi, kim loại nặng, SO2, NOx, CO2 và các chất hữu cơ bay hơi

Lượng bụi chứa trong khí thải lò điện hồ quang là 14-20 kg/tấn thép cacbon

và 6-15 kg/tấn thép hợp kim Như vậy, hàng năm từ lò điện hồ quang thải ra

khoảng 13.200 - 44.000 tấn bụi (nếu lò sử dụng hết công suất thiết kế) Bụi

thu được khi xử lý khí thải bằng túi vải từ các lò điện hồ quang sản xuất thép

trong nước có thành phần hoá học tiêu biểu như trong bảng 3

Bảng 3 Thành phần hoá học của bụi lò điện hồ quang sản xuất thép

Cũng có một vài nhà máy tái sử dụng bụi làm nguyên liệu cho lò điện luyện phôi thép Khi đó, bụi chứa chủ yếu sắt và kẽm quay trở lại đi vào thép lỏng Tái sử dụng bụi làm tăng tiêu hao điện năng mà mức độ sử dụng cũng chỉ

có giới hạn nhất định, không tận thu được kẽm và một số nguyên tố có ích khác Ngoài ra còn ảnh hưởng đến quá trình vận hành cũng như tuổi thọ của lò

1.3 TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.3.1 Đặc điểm và phạm vi sử dụng hợp chất kim loại cần thu hồi

Kẽm oxyt là loại bột màu trắng, ánh vàng, bền nhiệt, khi nung nóng chuyển sang màu vàng chanh, để nguội lại chuyển màu như cũ Kẽm oxyt được ứng dụng trong một số ngành công nghiệp như: cao su, sơn, gốm sứ,

gạch lát, thủy tinh, làm chất phụ gia, nguyên liệu sản xuất phốt phát kẽm, đặc biệt là có thể ứng dụng trong y học

Sắt ôxyt Fe2O3 có màu nâu đỏ, nhiệt độ chảy 15650C, nhiệt độ sôi

20000C Bột sắt ôxyt được ứng dụng rộng rãi trong phân bón, sơn dầu, gốm, vật liệu xây dựng và vật liệu chịu lửa Đặc biệt chúng còn được sử dụng để sản xuất hợp kim thép cao cấp

Chì sunfat là loại bột hoặc tinh thể màu trắng, không tan trong nước, được sử dụng trong ngành công nghiệp cao su, sản xuất muối chì…

Đồng là nguyên liệu quan trọng trong ngành công nghiệp Xét về khối lượng tiêu thụ, đồng xếp hàng thứ ba trong các kim loại, chỉ sau thép và nhôm Do tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, độ bền khá cao nên đồng và hợp kim đồng được sử dụng rộng rãi làm dây dẫn điện trong các thiết bị điện công nghiệp và dân dụng Ngoài ra, đồng và hợp kim đồng còn được sử dụng nhiều trong chế tạo máy, xây dựng, sản xuất điện cực Các hợp chất đồng như đồng oxit, đồng sunfat, đồng oxyclorua cũng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như nông nghiệp, đóng tàu, bảo quản gỗ

1.3.2 Lý thuyết quá trình hòa tách

Cũng giống như quá trình hòa tách các nguyên liệu khác, hòa tách bụi lò

hồ quang trong dung môi là quá trình phản ứng dị thể giữa pha rắn và pha lỏng Hiệu suất của quá trình hoà tách không chỉ phụ thuộc vào khâu chuẩn bị nguyên liệu, nhiệt độ, thời gian mà còn phụ thuộc vào cả dung môi hoà tách Lựa chọn dung môi hoà tách phải đáp ứng những yêu cầu chủ yếu sau đây: giá thành

rẻ, dễ tái sinh, khả năng hoà tan vừa nhanh vừa có tính chọn lọc cao

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ hoà tan như: nồng độ dung môi hoà tách, nhiệt độ, tỷ lệ lỏng/rắn, độ hạt, tính chất của chất hoà tan

Khi hòa tách bụi lò hồ quang trong dung dịch axit clohydric, một số phản ứng chủ yếu xảy ra như sau [5]:

ZnFe2O4 + 2HCl = ZnCl2 + Fe2O3 + H2O (2)

Khi hòa tách bụi lò hồ quang trong dung dịch axit sunfuric, một số phản ứng chủ yếu xảy ra như sau [7],[8]:

ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O (4) ZnFe2O4 + 4H2SO4 = ZnSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O (5) ZnFe2O4 + H2SO4 = ZnSO4 + Fe2O3 + H2O (6) FeO + H2SO4 = FeSO4 + H2O (7) PbO + H2SO4 = PbSO4↓+ H2O (8) CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O (9) Dung dịch sau hòa tách chứa muối của các kim loại dễ tan vào axit như: Zn, Fe, Cu,… Để có thể thu hồi hoặc làm sạch các nguyên tố này, dung dịch sau hòa tách phải được xử lý bằng các phương pháp khác nhau

1.3.3 Lý thuyết quá trình làm sạch dung dịch hòa tách

Dựa vào tính chất của kim loại hòa tan, quá trình xử lý để thu hồi nguyên tố trong dung dịch hoặc loại bỏ chúng khỏi dung dịch chủ yếu được tiến hành bằng 2 phương pháp: Phương pháp thủy phân và phương pháp ximăng hóa

Phương pháp thủy phân là phương pháp chuyển các ion kim loại thành các hyđroxyt khó tan hoặc có độ tan rất nhỏ tách khỏi dung dịch theo phản ứng:

Men+ + nOH- = Me(OH)n↓ (10)

Bảng 4: Giá trị thủy phân và tích số độ tan của một số ion kim loại

Ion kim loại Tích số độ tan pH thủy phân

Trong dung dịch sau hòa tách bụi lò điện hồ quang, sắt tồn tại chủ yếu

ở dạng FeSO4, Fe2(SO4)3, đồng ở dạng CuSO4 Để khử sắt, người ta thường

dùng phương pháp thủy phân với tác nhân điều chỉnh pH là ZnO Vì sắt II chỉ

bị thủy phân và kết tủa khi nồng độ của nó rất lớn và nồng độ của ZnSO4 rất

nhỏ hay khi pH > 8,5 Nên để khử sắt IItrong dung dịch dễ dàng hơn, người

ta thường tiến hành ôxy hóa sắt II thành sắt III bằng KMnO4 có mặt H2O2

trong dung dịch sau khi hòa tách Nguyên lý quá trình này xảy ra theo phản

ứng sau:

10FeSO4 + 8H2SO4 + 2KMnO4 = 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 +8H2O (11)

Sắt (III) hydroxit bắt đầu kết tủa ở độ pH = 1,7 do đó, nếu khống chế

độ pH ở 4,5 thì đảm bảo kết tủa xảy ra thuận lợi Lượng dư KMnO4 được xử

lý bằng kẽm kim loại theo phản ứng:

5Zn + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 5ZnSO4 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O (13)

Trong quá trình điều chỉnh pH để kết tủa nhằm loại các tạp chất, đồng

sunfat bị thủy phân khi pH = 4,5 theo phản ứng:

CuSO4 + 2H2O ↔ Cu(OH)2 + H2SO4 (14)

Tuy nhiên, phản ứng này xảy ra rất chậm, nên để thu hồi triệt để đồng

trong dung dịch kẽm sunfat, dùng phương pháp ximăng hóa với tác nhân là

kẽm kim loại

Quá trình khử tạp chất hay thu hồi nguyên tố có ích bằng phương pháp

ximăng hóa là quá trình thay thế kim loại trong dung dịch bằng một kim loại

khác, dựa trên phản ứng điện hóa giữa ion kim loại cần thu hồi với kim loại

mới đưa từ ngoài vào

Phản ứng (15) chỉ xảy ra khi năng lượng tự do của hệ giảm xuống, tức

là thế điện cực của kim loại dùng để xi măng hóa âm hơn so với kim loại

được xi măng hóa:

1

Me ϕ

Mức độ và tốc độ khử tạp phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và hoạt tính của kẽm, nồng độ kim loại có ích trong dung dịch … Nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ ximăng hóa Tăng nhiệt độ làm tăng tốc độ phản ứng, tăng khả năng khuếch tán của các ion kim loại, làm giảm sự phân cực ,

do đó làm tăng tốc độ ximăng hóa

Bảng 5: Thế điện cực của một số kim loại

Khi cho kẽm kim loại vào dung dịch có mặt ion đồng, sẽ xảy ra phản ứng xi măng hóa:

Phản ứng (17) xảy ra ngay trên bề mặt của kẽm đưa vào Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào diện tích bề mặt của kim loại kẽm thay thế Để cường hóa quá trình này, người ta dùng kẽm dạng bột và dung dịch được khuấy trộn

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC

CHUẨN BỊ 2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Việc lựa chọn đúng phương pháp nghiên cứu là điều rất quan trọng Đề tài chọn phương pháp nghiên cứu là:

- Nghiên cứu lý thuyết, tổng quan các vấn đề liên quan;

- Đánh giá chọn lựa phương pháp tiếp cận;

- Kế thừa các công trình nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước;

- Thực hiện các thí nghiệm để tìm ra các thông số công nghệ hợp lý Qua

đó, đề xuất quy trình công nghệ thích hợp xử lý bụi lò hồ quang để tận thu một số nguyên tố có ích dưới dạng ZnO, PbSO4, sắt (Fe2O3 + Fe(OH)3) vàCu

Về lý thuyết, có thể xử lý bụi lò hồ quang để thu hồi nguyên tố có ích bằng hai phương pháp: Hỏa luyện và thủy luyện

Khi dùng phương pháp hỏa luyện, hiệu suất thu hồi kim loại có thể cao hơn nhưng sản phẩm thu được thô, giá trị thương mại thấp Mặt khác, bụi lò

hồ quang dạng bột, nếu xử lý trong lò quay chi phí năng lượng sẽ tăng lên do phải vê viên, thiêu kết

Hướng công nghệ thích hợp xử lý loại bụi này là dùng phương pháp thủy luyện Đây cũng là phương pháp chủ đạo được các nhà máy sản xuất kẽm trên thế giới áp dụng vì tính hiệu quả kinh tế cũng như quy mô áp dụng

Với một số ưu điểm đã nêu ở trên, đề tài chọn công nghệ thủy luyện để nghiên cứu, dung môi hòa tách là axit sunfuric vì đây là loại dung môi có tính năng hòa tách tốt, giá thành rẻ và dễ kiếm

2.2 MẪU NGHIÊN CỨU

Mẫu nghiên cứu của đề tài là 200 kg bụi lò hồ quang luyện thép phế liệu của Công ty Cổ phần Thép Hòa Phát Đây là đơn vị có 02 lò điện hồ quang luyện thép với dung tích mỗi lò là 20 tấn/mẻ Nếu sử dụng hết công

suất thiết kế lò thì sản lượng thép mỗi năm là 200.000 tấn/năm và lượng bụi tương ứng thải ra khoảng 2.800 - 4.000 tấn bụi lò hồ quang/năm

2.3 NGUYÊN VẬT LIỆU HÓA CHẤT DÙNG CHO NGHIÊN CỨU

- Axit H2SO4 loại P và kỹ thuật

- Tủ sấy mẫu 0 – 3000C (Trung Quốc)

- Hệ thống thiết bị hòa tách nhiệt độ 0-1000C

- Lò nung nhiệt độ t0max 12000C (Anh)

- pH mét Hanna (Italia)

- Máy tuyển từ từ trường cao

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo thiết bị hòa tách được trình bày trên hình 1

2.5 CÔNG TÁC PHÂN TÍCH

Công tác phân tích được thực hiện tại Trung tâm phân tích Hóa- lý Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Trung tâm phân tích Khoáng sản Cục Địa chất Khoáng sản

1 Động cơ khuấy, 2 Cánh khuấy, 3 Dung dịch hòa tách, 4 Que thăm,

5 Nhiệt kế, 6 Phễu cấp liệu, 7 Dầu ổn nhiệt, 8 Mẫu nghiên cứu

Hình 1: Sơ đồ nguyên lý thiết bị hòa tách

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3.1 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

Như đã trình bày ở trên, hướng công nghệ để xử lý bụi lò điện hồ quang là phương pháp thủy luyện với dung môi hòa tách là axit H2SO4 Sơ đồ công nghệ dự kiến được nêu trong hình 2

Hình 2 Sơ đồ công nghệ dự kiến

Bã hòa tách

Hòa tách

Dd H2SO4

Trung hòa ZnO Dung dịch

Nung

Sản phẩm ZnO ZnCO3

Na2CO3

Fe hydroxit

Xử lý

Sản phẩm PbSO4

Ximăng hóa

Bột Zn

Cu Bãi thải

3.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.2.1 Nghiên cứu thành phần vật chất

Với từng đối tượng khác nhau, việc nghiên cứu thành phần vật chất là

rất quan trọng Trong quá trình thực hiện nghiên cứu, biết được hàm lượng

cũng như dạng tồn tại của vật chất trong mẫu, có thể làm sáng tỏ hoặc rút

ngắn đi một hay nhiều công đoạn

Mẫu sau khi được gia công, giản lược, tiến hành lấy mẫu công nghệ đi

phân tích độ ẩm và thành phần vật chất Kết quả cho thấy rằng: mẫu có độ ẩm

là 7%

3.2.1.1 Thành phần hóa học

Kết quả phân tích thành phần hóa học được trình bày trong bảng 6

Bảng 6 Thành phần hóa học của bụi lò điện hồ quang Hòa Phát, %

24,4 26,8 2,9 0,15 4,35 2,5

3.2.1.2 Thành phần khoáng vật

Đề tài đã sử dụng phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen để xác định dạng

tồn tại của các hợp chất có trong bụi lò điện hồ quang Hòa Phát Kết quả

thành phần khoáng vật được trình bày trên bảng 7 (xem hình biểu diễn nhiễu

Nhận xét chung về bụi lò điện hồ quang Hòa Phát

Từ kết quả phân tích thành phần hóa học và khoáng vật cho thấy rằng, trong số các nguyên tố có ích có mặt trong mẫu nghiên cứu, chiếm hàm lượng lớn nhất là kẽm Tuy nhiên, kẽm nằm ở dạng hợp chất với sắt (kẽm ferrit) cũng khá lớn Vì vậy, để thu hồi kẽm từ hợp chất này một cách triệt để cần phải có biện pháp nhằm khống chế sắt không tan nhiều vào trong dung dịch chứa kẽm Hàm lượng chì có mặt trong mẫu không cao nhưng cần thu hồi vì liên quan đến vấn đề môi trường Canxi và magiê không gây khó khăn cho khâu hòa tách nhưng gây tổn thất axit sunfuric

Từ những nhận định trên đây, việc nghiên cứu xử lý bụi lò điện hồ quang dự kiến thu hồi kẽm (ZnO), chì (PbSO4), đồng Cu, sắt (Fe3+)

3.2.2 Nghiên cứu quá trình hòa tách bằng dung dịch H 2 SO 4

Đây là quá trình hòa tách chọn lọc Mục tiêu của quá trình này là hòa tan triệt để một số kim loại cần thu hồi: kẽm, đồng, chì và hòa tan giới hạn sắt

để sắt nằm lại trong bã không hòa tan, giúp cho quá trình làm sạch dung dịch sau này xảy ra thuận lợi hơn

Thực hiện quá trình này nhằm lựa chọn được thông số tối ưu ảnh hưởng tới hiệu suất hòa tách như: nhiệt độ, thời gian, nồng độ dung dịch axit,

tỷ lệ lỏng/rắn

Thao tác thực nghiệm được thực hiện như sau: Mẫu bụi lò điện hồ quang với khối lượng như nhau được hòa tách trong dung dịch H2SO4 (pha chế từ H2SO4 98% và nước) Sau đó, lọc để tách lấy dung dịch trong và bã rắn không tan Phần bã rắn được sấy khô, cân và đưa đi phân tích Qua kết quả phân tích bã ta tính được hiệu suất quá trình hòa tách

3.2.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hòa tách

Chế độ thí nghiệm như sau:

- Nhiệt độ (0C): 50, 60, 70 và 80

- Thời gian: 60 phút

- Nồng độ dung dịch: 10% H2SO4

- Tốc độ khuấy: 120 v/phút

- Khối lượng mẫu: 100 g

Kết quả được trình bày trong bảng 8 và biểu diễn trên hình 3

Bảng 8 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hòa tách

Thành phần bã hòa tách, g Hiệu suất hòa tách, % Nhiệt độ, 0C

0 20 40 60 80 100

Hình 3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hòa tách

Từ kết quả nghiên cứu cho thấy: Khi tăng nhiệt độ, hiệu suất hòa tách kẽm và đồng tăng lên Ở nhiệt độ 700C cho hiệu suất hòa tách kẽm đạt ~ 90%

và đồng là 70% Nhiệt độ tăng lên 800C, hiệu suất tăng không đáng kể Vì vậy, chọn nhiệt độ hòa tách thích hợp là 700C

3.2.2.2 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hòa tách

Chế độ thí nghiệm như sau:

- Thời gian (phút): 60, 90, 120 và 150

- Nhiệt độ: 700C

- Nồng độ dung dịch: 10% H2SO4

- Tỷ lệ L/R: 6

- Tốc độ khuấy: 120 v/phút

- Khối lượng mẫu: 100 g

Kết quả được trình bày trong bảng 9 và biểu diễn trên hình 4

Bảng 9 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hòa tách

Thành phần bã hòa tách, g Hiệu suất hòa tách, % Thời gian,

0 20 40 60 80 100

Hình 4 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hòa tách

Từ kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, kéo dài thời gian, hiệu suất hòa tách tăng Tuy nhiên, khi hòa tách ở thời gian 150 phút hiệu suất hòa tách kẽm

là 96,15 % tăng không đáng kể so với khi hòa tách ở 120 phút hiệu suất hòa tách kẽm là 96,31 % Hiệu suất hòa tách đồng không thay đổi Vì vậy, chọn