Microsoft Word 6857 DOC céng hßa x∙ héi chñ nghÜa viÖt nam Bé c«ng th−¬ng ViÖn khoa häc vµ c«ng nghÖ Má LuyÖn kim B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KMnO4 TỪ QUẶNG MANGAN NGHÈO VÀ M[.]
cộng hòa x hội chủ nghĩa việt nam Bộ công thơng Viện khoa học công nghệ Mỏ - Luyện kim Báo cáo tổng kết đề tài NGHIấN CU CễNG NGHỆ SẢN XUẤT KMnO4 TỪ QUẶNG MANGAN NGHÈO VÀ MỊN 6857 15/5/2008 thành phố H NI 2007 cộng hòa x hội chủ nghĩa việt nam Bộ công thơng Viện khoa học công nghệ Mỏ - Luyện kim báo cáo tổng kết đề tài NGHIấN CU CễNG NGH SN XUẤT KMnO4 TỪ QUẶNG MANGAN NGHÈO VÀ MỊN Chđ nhiƯm đề tài: Kỹ s Lờ Hng Sn Ngày tháng 12 năm 2007 Thủ trởng quan chủ quản Ngày tháng 12 năm 2007 Thủ trởng quan chủ trì BCTK:Nghiờn cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn Nh÷ng ng−êi thùc hiƯn TT Họ tên Chức vụ Cơ quan Lê Hồng sơn Kỹ sư hoá Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Phạm Bá Kiêm Kỹ sư hoá Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Nguyễn Tuấn Kỹ sư LK Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Nguyễn Minh Đạt Kỹ sư LK Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Ngô Quyền Kỹ sư điện Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Mai Thị Thanh KTV Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn MỤC LỤC Số hiệu Danh mục Tr Mở đầu Tổng quan Tình hình nghiên cứu sản xuất nước, mục tiêu đề tài 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước mục tiêu đề tài Một số vấn đề lý thuyết làm sở nghiên cứu 1.2.1 Vài nét loại quặng mangan có tự nhiên 1.2.2 Kali pemanganat (KMnO4) 11 1.2.3 Phương pháp chế biến quặng mangan 11 1.2.3.1 Một số phương pháp điều chế KMnO4 12 1.2.3.2 Phương pháp điều chế KMnO4 từ quặng 14 Ứng dụng hợp chất có chứa mangan 16 Phương pháp nghiên cứu công tác chuẩn bị 17 Phương pháp nghiên cứu 17 2.1.1 Mục tiêu đề tài 17 2.1.2 Phương pháp nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 17 2.1.3 Sơ đồ công nghệ dự kiến 18 Công tác chuẩn bị 18 2.2.1 Mẫu nghiên cứu hoá chất 18 2.2.2 Thiết bị nghiên cứu 20 2.2.3 Cơng tác phân tích 21 Nội dung nghiên cứu 22 Nghiên cứu q trình thiêu oxy hố 22 3.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất trình thiêu 22 3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất trình thiêu 24 3.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ phối liệu đến hiệu suất trình thiêu 25 Nghiên cứu trình hồ tách 28 3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ L/R đến hiệu suất q trình hồ tách 28 3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất q trình hồ tách 29 Nghiên cứu sản xuất KMnO4 phương pháp điện hoá 31 3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng mật độ dòng đến hiệu suất trình điện phân 31 3.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ dung dịch đến hiệu suất trình điện phân 33 3.3.3 Nghiên cứu trình kết tinh sản phẩm 34 Chương 1.1 1.2 1.3 Chương 2.1 2.2 Chương 3.1 3.2 3.3 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn 3.4 Nghiên cứu sản xuất qui mô mở rộng phịng thí nghiệm 35 3.5 Xử lý mơi trường 36 3.5.1 Xử lý chất thải khí bụi 36 3.5.2 Xử lý chất thải nước 36 3.5.3 Xử lý chất thải rắn 37 Định hướng áp dụng kết nghiên cứu 37 3.6.1 Dự kiến giá thành sơ 37 3.6.2 Dự kiến địa áp dụng kết nghiên cứu 38 Kết luận kiến nghị 39 Kết luận 39 Kiến nghị 40 Tài liệu tham khảo 41 Phụ lục 42 3.6 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn MỤC LỤC BẢNG VÀ HÌNH Bảng Kim ngạch nhập KMnO4 Bảng Các khoáng vật tự nhiên có chứa oxy mangan 10 Bảng Hàm lượng nguyên tố mẫu nghiên cứu 19 Bảng Ảnh hưởng nhiệt độ tới hiệu suất thiêu oxy hoá quặng mịn 22 Bảng Ảnh hưởng nhiệt độ tới hiệu suất thiêu oxy hoá quặng nghèo 23 Bảng Ảnh hưởng thời gian thiêu tới hiệu suất thiêu oxy hoá quặng mịn 24 Bảng Ảnh hưởng thời gian thiêu tới hiệu suất thiêu oxy hoá quặng nghèo 25 Bảng Ảnh hưởng tỷ lệ phối liệu tới hiệu suất thiêu oxy hoá quặng mịn 26 Bảng Ảnh hưởng tỷ lệ phối liệu tới hiệu suất thiêu oxy hoá quặng nghèo 26 Bảng 10 Ảnh hưởng tỷ lệ L/R đến hiệu suất hoà tách 29 Bảng 11 Ảnh hưởng thời gian khuấy đến hiệu suất hoà tách 30 Bảng 12 Ảnh hưởng nồng độ đến hiệu suất thu hồi sản phẩm 32 Bảng 13 Ảnh hưởng mật độ dòng đến hiệu suất thu hồi sản phẩm 33 Bảng 14 Ảnh hưởng số lần kết tinh đến khả tách tạp chất 35 Bảng 15 Bảng so sánh chất lượng 35 Bảng 16 Các thông số qui mơ mở rộng phịng thí nghiệm 36 Bảng 17 Dự tính khối lượng nguyên vật liệu cho 1.000Kg sản phẩm 37 Hình Sự phụ thuộc độ tan KMnO4 vào nhiệt độ 16 Hình Thiết bị nghiên cứu phịng thí nghiệm 19 Hình Sơ đồ cơng nghệ dự kiến 20 Hình Ảnh hưởng nhiệt độ tới hiệu suất thiêu oxy hoá 23 Hình Ảnh hưởng thời gian thiêu tới hiệu suất thiêu oxy hố 25 Hình Ảnh hưởng tỷ lệ phối liệu tới hiệu suất thiêu oxy hoá 27 Hình Ảnh hưởng tỷ lệ L/R đến hiệu suất hồ tách 29 Hình Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hồ tách 30 Hình Sơ đồ nguyên lý thiết bị điện phân 31 Hình 10 Ảnh hưởng nồng độ đến hiệu suất thu hồi sản phẩm 32 Hình 11 Ảnh hưởng mật độ dòng đến hiệu suất thu hồi sản phẩm 34 Hình 12 Sơ đồ cơng nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan mịn 38 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn MỞ ĐẦU Trong tự nhiên, nguyên tố mangan đứng hàng thứ 15 mức độ phổ biến, có mặt khoảng 100 loại khoáng vật Quặng mangan sử dụng nhiều công nghiệp quặng mangan dạng oxyt MnO, MnO2, Mn2O3 Mn3O4 Cho đến toàn lãnh thổ Việt Nam ghi nhận khoảng 34 vùng có quặng mangan, có số có ý nghĩa cơng nghiệp Phần lớn vùng quặng phân bố chủ yếu phía bắc Việt Nam Hầu hết mỏ quặng có ý nghĩa cơng nghiệp tập trung Cao Bằng Tun Quang Ngồi cịn có số mỏ quặng nhỏ khu vực miền trung Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình Các mỏ quặng gốc thường có hàm lượng mangan dao động khoảng từ 17% ÷ 25% quặng phong hố có hàm lượng mangan lớn 35% Quặng mangan dạng oxyt loại quặng có giá trị cơng nghiệp Oxyt mangan dạng pyrolusit dùng cơng nghiệp hố chất Các loại quặng oxyt mangan quặng carbonat mangan sử dụng chủ yếu cho công nghiệp luyện kim Quặng mangan Việt Nam chủ yếu khai thác thủ công kết hợp bán giới nên hệ số thu hồi đạt từ 30 ÷ 34 % lượng lớn quặng có cỡ hạt < 5mm khơng sử dụng cho sản xuất công nghiệp luyện kim Quặng nguyên khai tiếp tục tuyển để thu hồi quặng tinh (Mn đạt 43,46%) thải lượng lớn quặng nghèo quặng mịn (Khoảng 70%) không sử dụng q trình luyện kim khơng đủ chất lượng để sử dụng cơng nghiệp hố chất (Tiêu chuẩn để dùng luyện kim hàm lượng Mn 38 ÷ 55% với cỡ hạt ≥ 5mm, dùng cơng nghiệp hố chất hàm lượng Mn qui MnO2 phải đạt 63%) Trong từ trước tới chưa có nơi nghiên cứu xử lý loại quặng có hàm lượng mangan thấp thành sản phẩm có ích để tận thu tài ngun bảo vệ mơi trường sống Vì mangan kim loại chiến lược ngành công nghiệp, sử dụng rộng rãi ngành công nghệ cao với tính chất quí báu đa dạng sản phẩm có gốc mangan có giá trị kinh tế cao Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn lượng quặng thải khai thác quặng có hàm lượng mangan từ 15% ÷ 35% có nhiều nên việc nghiên cứu qui trình cơng nghệ chế biến quặng mangan mịn quặng thải nghèo để sản xuất sản phẩm có giá trị kinh tế cao cơng việc có ý nghĩa thực tế cho kinh tế cho xã hội Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim tiến hành nghiên cứu công nghệ sản xuất kali pemanganat KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn theo hợp đồng số 129.07.RD/HD-KHCN ký ngày 02 tháng 02 năm 2007 Bộ Công Nghiệp Bộ Công Thương Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim Công tác nghiên sản xuất thử nghiệm kali pemanganat KMnO4 qui mô phịng thí nghiệm tiến hành Trung tâm nghiên cứu sản xuất vật liệu kim loại - Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT TRONG VÀ NGỒI NƯỚC, MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nước ngồi Ở nước ngồi cơng trình nghiên cứu hợp chất có chứa mangan cơng bố số sách tài liệu khoa học Các sản phẩm chứa mangan sản xuất công nghiệp fero mangan, mangan sunfat MnSO4, mangan kim loại kali pemanganat KMnO4 Ở Ucraina Trung Quốc ngưòi ta sản xuất công nghiệp kali pemangannat KMnO4 công nghệ thiêu tinh quặng mangan với hyđroxyt kali KOH, sau điện phân dung dịch hồ tách sau thiêu để sản xuất kali pemangannat KMnO4 Qua tài liệu tham khảo [11.12.13.14] cho thấy hầu hết việc sử dụng quặng mangan để sản xuất kali pemangannat KMnO4 sử dụng loại quặng giàu có hàm lượng mangan lớn 42% mà khơng nói đến việc sử dụng loại quặng có hàm lượng mangan thấp 42% 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước mục tiêu đề tài Hiện nước ta, việc nghiên cứu xử lý quặng mangan (Quặng thải quặng mịn) chưa nghiên cứu cách đầy đủ hệ thống Trước đây, năm 2004 Viện Nghiên cứu Mỏ Luyện kim Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim bước đầu nghiên cứu xử lý loại quặng qua đề tài nghiên cứu: “ Nghiên cứu công nghệ sản xuất mangan sunfat MnSO4 từ quặng thải mịn quặng thải nghèo” đạt tiêu chuẩn đưa vào làm thức ăn gia súc Việc nghiên cứu sản xuất sản phẩm hố học có gốc mangan từ quặng nghèo quặng mịn việc cần thiết mang lại lợi ích cho kinh tế quốc dân, tránh tình trạng nhiễm mơi trường đồng thời có sản phẩm thay sản phẩm nhập ngoại tất sản phẩm hố học có chứa mangan nhập ngoại (Hiện nước chưa có sở sản xuất để cung cấp cho thị trường) Việc tiến hành nghiên cứu khả tận dụng nguồn quặng thải mịn nghèo để sản xuất kali pemanganat KMnO4 đạt tiêu chuẩn thương mại có hàm Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn lượng kali pemanganat KMnO4 98% ÷ 99% phù hợp với yêu cầu thực tiễn mang lại lợi ích lâu dài mỏ khai thác quặng Mặt khác sản phẩm có gốc mangan sử dụng nhiều sống ngành công nghiệp Hiện sản phẩm hóa học có mangan phải nhập hầu hết từ nước Bảng cho thấy riêng sản phẩm kali pemanganat KMnO4 phải nhập hàng năm với khối lượng lớn với giá trị nhập lên đến hàng triệu USD [5]: Bảng 1: Kim ngạch nhập KMnO4 Năm nhập Lượng (Tấn) Trị giá (USD) Năm 2001 979 700.107 Năm 2002 910,18 715.014 Năm 2003 1552 1.029.680 Năm 2004 1159 726.591 Năm 2005 486 1.126.311 Mục đích đề tài là: • Xác định phương pháp hợp lý để sản xuất KMnO4 từ quặng thải mịn để từ xây dựng lưu trình cơng nghệ sản xuất • Xác định sơ tiêu kinh tế, kỹ thuật phương pháp chọn • Sản xuất lượng sản phẩm đạt chất lượng để kiểm chứng công nghệ Đối tượng nghiên cứu: Đã sử dụng loại quặng thải có hàm lượng thấp, quặng mịn sàng 5mm cña má mangan địa bàn xã Nam Lộc-Nam ĐànNghệ An lµm đối tợng nghiên cứu ch yu v mt s mu quặng mịn vùng Can Lộc-Hà Tĩnh, quặng vùng Tuyên Quang Hiện mỏ có khả sản xuất khoảng 250 quặng tinh (Hàm lợng Mn > 32%) tháng tháng mỏ thải khoảng 1.000 quặng mn di sng v qung thi có hàm lợng thấp (Mn < 32%) cần phải xử lý Việc nghiên cứu cơng nghệ có khả xử dụng hiƯu loại quặng đem lại lợi ích kinh tÕ phù hợp với mục tiêu chế biến sâu khống sản nước ta Viện Khoa học Cơng nghệ Mỏ - Luyện kim BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn Hình 6: Ảnh hưởng tỷ lệ phối liệu đến hiệu suất q trình thiêu oxy hố 60 55 Quặng mịn Hiệu suất (%) 50 45 40 35 30 Quặng nghèo 25 20 15 1.2 1.4 1.6 1.8 Tỷ lệ phối liệu (QMn /QK) Q trình thí nghiệm cho thấy tỷ lệ QMn/QK lớn cho hiệu suất thu hồi thấp Khi giảm tỷ lệ hiệu suất thu hồi sản phẩm trung gian tăng Tuy nhiên giảm tỷ lệ QMn/QK nhỏ hiệu suất thu hồi khơng tăng mà có chiều hướng giảm Điều giải thích phối liệu thiêu kết vón nên hiệu suất thu hồi sản phẩm có ích kali manganat K2MnO4 giảm Từ kết nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ thiêu, thời gian thiêu, tỷ lệ phối liệu đến hiệu suất q trình thiêu oxy hố quặng nghèo chúng tơi thấy việc xử lý quặng nghèo khơng có hiệu đạt hiệu suất phân huỷ thấp nên việc tiến hành nghiên cứu tiếp trình khơng cần thiết Vì chúng tơi khơng tiếp tục triển khai nghiên cứu thông số công nghệ sản xuất kali pemanganat từ quặng nghèo Qua kết nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ, thời gian, tỷ lệ phối liệu đến hiệu suất q trình thiêu oxy hố quặng mịn đưa kết luận khả phân huỷ quặng mangan có hàm lượng 32,75%Mn phương pháp thiêu oxy hoá cho hiệu suất thiêu đạt 54,9%: Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 27 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn ¾ Độ mịn quặng: ≤ 0,074mm ¾ Thời gian thiêu oxy hoá: 24h (Kể thời gian phối liệu) ¾ Nhiệt độ thiêu oxy hố: 270oC ¾ Tỷ lệ phối liệu QMn/QK = 1/1,4 ¾ Tốc độ đảo liệu: 60 vịng/phút 3.2.NGHIÊN CỨU Q TRÌNH HỒ TÁCH Sản phẩm thiêu hoà tách điều kiện nhiệt độ phòng Liệu sau thiêu đánh tơi đưa vào hoà tách, điều giúp cho trình hồ tách đạt hiệu suất cao Nước sử dụng cho q trình hồ tách nước qua cột trao đổi ion 3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ L/R đến hiệu suất q trình hồ tách Thí nghiệm 4: Trong thí nghiệm chúng tơi khơng khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến hiệu suất q trình hồ tách mà sử dụng tốc độ khuấy 60v/phút để hạn chế lượng khí đioxyt cacbon CO2 có khơng khí hồ tan vào dung dịch hồ tách Trong thí nghiệm q trình hồ tách nhận thấy sử dụng tỷ lệ L/R lớn gây bất lợi cho trình sau, sử dụng tỷ lệ nhỏ thời gian đạt cân lâu Các thí nghiệm tiến hành thời gian 30’ điều kiện sau: • Tốc độ khuấy: 60 vịng/phút • Nhiệt độ hồ tách: Nhiệt độ phịng • Số lần hồ tách: lần • Tỷ lệ L/R thay đổi từ ÷ Kết thí nghiệm trình bày bảng 10 hình Từ kết thí nghiệm chúng tơi thấy q trình hồ tách tỷ lệ L/R lớn hiệu suất trình cao Qua trình nghiên cứu tỷ lệ hợp lý L/R = 2, số lần hoà tách đến lần, nhiệt độ hồ tách nhiệt độ phịng, tốc độ khuấy 60 vịng/phút Với qui trình nước lọc lần mẻ hoà tách trước sử dụng lại cho mẻ sau Điều phù hợp với trình sản xuất lớn sau Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 28 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn Bảng 10: Ảnh hưởng tỷ lệ L/R đến hiệu suất q trình hồ tách Hiệu suất hoà tách (%) Tỷ lệ L/R Lần Lần Lần Lượng Mn tan dd (g) Lần Lượng Mn tan dd (g) Lần Lượng Mn tan dd (g) Hiệu suất (%) 0,63 3,5 Hiệu suất toàn (%) Lượng Mn tan dd (g) Hiệu suất (%) Lượng Mn tan dd (g) 7,399 37,03 4,49 13,255 73,72 1,938 10,78 0,973 5,41 0,813 4,52 0,616 3,43 97,86 14,876 82,74 1,482 8,24 0,854 4,75 0,475 2,64 0,072 0,4 15,998 88,98 1,341 7,46 0,264 1,47 0,093 0,52 0,09 0,51 98,94 16,419 91,32 0,955 5,31 0,25 1,39 0,102 0,57 0,09 0,51 Hiệu suất (%) Hiệu suất (%) Hiệu suất (%) 24,97 2,497 13,89 0,919 5,11 84,5 98,77 99,1 Hình 7: Ảnh hưởng tỷ lệ L/R đến hiệu suất q trình hồ tách 100 98 Hiệu suất (%) 96 94 92 90 88 86 84 82 Tỷ lệ L/R 3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian hồ tách đến hiệu suất q trình hồ tách Thí nghiệm 5: Đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất trình hồ tách Các thí nghiệm khảo sát tiến hành từ 30 phút ÷ 180 phút Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 29 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn • Tốc độ khuấy: 60 vòng/phút • Tỷ lệ L/R = • Thời gian tiến hành hồ tách thay đổi từ 30’ ÷ 180’ Kết thí nghiêm trình bày bảng 11 hình Bảng 11: Ảnh hưởng thời gian khuấy đến hiệu suất trình hồ tách Thứ tự lần hồ tách Hiệu suất hoà tách Thời gian 30’ Thời gian 60’ Thời gian 90’ Thời gian 180’ Lượng Mn tan dd (g) Hiệu suất (%) Lượng Mn tan dd (g) Hiệu suất (%) Lượng Mn tan dd (g) Hiệu suất (%) Lượng Mn tan dd (g) Hiệu suất (%) Lần 13,254 73,72 15,55 86,49 17,118 95,21 17,407 96,82 Lần 1,938 10,78 1,71 9,61 0,555 3,09 0,409 2,28 Tổng 84,5 96,1 98,3 99,1 Hình 8: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hoà tách 99 98 97 Hiệu suất (% ) 96 95 94 93 92 91 90 89 0.5 1.5 2.5 Thời gian (h) Các kết thí nghiệm cho thấy với thời gian hoà tách khoảng 90’ cho hiệu suất thu hồi sản phẩm phù hợp Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 30 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn Từ kết nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến q trình hồ tách cho thấy khả hồ tách sản phẩm q trình thiêu oxy hoá nước đạt hiệu suất đạt 98,3% cần phải tiến hành điều kiện sau: ¾ Tốc độ khuấy: 60 vịng/phút ¾ Nhiệt độ hồ tách: ToC phịng ¾ Tỷ lệ L/R = ¾ Số lần hoà tách: lần ¾ Thời gian: 90’ 3.3.NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT KMnO4 TỪ SẢN PHẨM HỒ TÁCH BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HỐ Q trình điện phân tiến hành bể nhỏ có dung tích 1.000ml Trong bể nhúng điện cực anôt niken điện cực catơt sắt Diện tích catơt 1/10 anơt Các điện cực đặt cách điện sứ Dung dịch điện phân dung dịch hoà tách, ổn nhiệt thiết bị ổn nhiệt đảm bảo nhiệt độ điện phân khoảng 60oC Nguồn điện chiều cung cấp cho bể máy chỉnh lưu có thơng số kỹ thuật: U = ÷ 20v, I = 20A Qua tài liệu tham khảo, chọn điện áp bắt đầu điện phân: 2,9V với khoảng cách điện cực 25mm bể Quá trình kết thúc điện áp tăng đến 3,1V Hình 9: Sơ đồ nguyên lý thiết bị điện phân 3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ dung dịch đến hiệu suất q trình điện phân Viện Khoa học Cơng nghệ Mỏ - Luyện kim 31 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn Thí nghiệm 6: Đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ dung dịch hoà tách đưa vào làm dung dịch điện phân Qua tài liệu tham khảo chọn hàm lượng kiềm tự dung dịch điện phân 150g/lít Tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ K2MnO4: 160g/l ÷ 240g/l đến hiệu suất thu hồi sản phẩm Quá trình điện phân tiến hành mật độ dòng 5mA/cm2 Các kết thí nghiệm trình bày bảng 12 hình 10 Bảng 12: Ảnh hưởng nồng độ đến hiệu suất thu hồi sản phẩm TT Nồng độ K2MnO4 (g/l) Diện tích anơt (cm2) Khối lượng KMnO4 lý thuyết (g) Khối lượng KMnO4 thu (g) Hiệu suất trình (%) 160 157 128,32 115,2 89,78 180 157 144,36 132,22 91,59 200 157 160,40 147,81 92,15 220 157 176,44 162,82 92,28 240 157 192,48 177,91 92,43 Hình 10: Ảnh hưởng nồng độ dd điện phân đến hiệu suất thu hồi sản 92.5 phẩm Hiệu suất (%) 92 91.5 91 90.5 90 89.5 150 170 190 210 230 250 Nồng độ dung dịch điện phân (g/l) Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 32 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn Từ kết thí nghiệm cho thấy nồng độ dung dịch điện phân lớn hiệu suất thu hồi sản phẩm khơng tăng lên nhiều Qua nghiên cứu thấy nồng độ dung dịch điện phân khoảng 180g/l cho hiệu suất thu hồi sản phẩm đạt 91,59% phù hợp với q trình hồ tách 3.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng mật độ dịng đến hiệu suất q trình điện phân Thí nghiệm 7: Đã nghiên cứu ảnh hưởng mật độ dòng đến hiệu suất thu hồi sản phẩm Quá trình tiến hành điều kiện sau: • Điện áp bắt đầu: 2,9V • Điện áp kết thúc: 3,1V • Khoảng cách hai điện cực: 25mm • Nồng độ dung dịch ban đầu: 180g/l Các kết thí nghiệm trình bày bảng 13 hình 11 Bảng 13: Ảnh hưởng mật độ dòng đến hiệu suất thu hồi sản phẩm T T Mật độ dịng anơt (mA/cm2) Diện tích anốt (cm2) Khối lượng KMnO4 lý thuyết (g) Khối lượng KMnO4 thu (g) Hiệu suất trình (%) 157 144,365 132,65 91,89 157 144,365 131,60 91,16 157 144,365 130,97 90,72 157 144,365 130,03 90,07 10 157 144,365 129,52 89,72 Qua kết thí nghiệm cho thấy tiến hành mật độ dòng cao hiệu suất thu hồi sản phẩm thấp dẫn đến tiêu hao điện cao Mật độ dòng thấp cho hiệu suất thu hồi sản phẩm cao, tiêu hao điện Q trình điện phân tiến hành khơng có màng ngăn Để tăng hiệu suất dòng tiến hành điện phân cần tiến hành điện phân mật độ dịng điện thấp có khuấy trộn dung dịch điện phân Các kết cho thấy điện phân mật độ dòng từ 40 ÷ 60 A/m2 hợp lý mật độ dòng khoảng cho hiệu suất dòng tốt Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 33 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn Từ kết nghiên cứu q trình sản xuất kali pemanganat KMnO4 phịng thí nghiệm để đạt hiệu suất 91% cần tiến hành điều kiện sau: ¾ Nồng độ dung dịch điện phân: 180g/l ¾ Mật độ dịng điện phân: 40 ÷ 60A/m2 Hình 11: Ảnh hưởng mật độ dịng đến hiệu suất thu hồi sản phẩm 92 Hiệu suất (%) 91.5 91 90.5 90 89.5 10 12 Mật độ dòng (mA/cm ) 3.3.3 Nghiên cứu trình kết tinh sản phẩm Dựa vào độ tan kali pemanganat khác nhiệt độ khác nhau, tinh chế sản phẩm Qua tài liệu tham khảo cho thấy độ tan kali pemanganat KMnO4 65oC lớn tới gần 2,5 lần 30oC Đã tiến hành kết tinh lại sản phẩm kỹ thuật để có sản phẩm cuối đạt chất lượng theo yêu cầu đề Qua tiến hành thực nghiệm cho thấy hiệu suất trình thực kết tinh lần đạt hiệu suất 86% Tuy nhiên tiến hành nối tiếp mẻ kết tinh với nước mẻ trước sử dụng cho mẻ sau thấy tổng hiệu suất thu hồi sản phẩm đạt 90% Các kết nghiên cứu đưa bảng 14 15 Qua kết nghiên cứu cho thấy trình thu hồi sản phẩm cần kết tinh lại sản phẩm trình điện phân lần cho ta sản phẩm đạt yêu cầu Từ kết cho thấy đưa kết nghiên cứu vào ứng dụng Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 34 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn sản xuất để sản xuất sản phẩm kali permanganat KMnO4 có chất lượng từ 98,0% đến 99,0% cần sử dụng nước cất đạt yêu cầu chất lượng sản phẩm Bảng 14: Ảnh hưởng số lần kết tinh đến khả tách tạp chất T Kết tinh T Sản phẩm kết tinh từ dung dịch điện phân Sản phẩm kết tinh lại lần Hàm lượng nguyên tố (%) SO42ClAs KMnO4 81,6 Sản phẩm kết tinh lại lần Pb - 99,29 0,017 0,018 0,00019 0,00027 99,35 0,017 0,018 0,0001 0,00001 Bảng 15: Bảng so sánh chất lượng Thành phần hoá học KMnO4 nhập từ Trung Quốc KMnO4 ≥ 99,1% Thành phần hoá học KMnO4 sản phẩm đề tài 99,29 Cl- ≤ 0,02% 0,018 SO42- ≤ 0,05% 0,017 As ≤ 0,0002% As = 0,00019 Pb ≤ 0,2% Pb = 0,00027 3.4 NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT Ở QUI MÔ MỞ RỘNG TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM Đã tiến hành thí nghiệm mở rộng để thu hồi sản phẩm kali pemanganat KMnO4 từ loại quặng mịn với khối lượng 1000g/mẻ: • Thời gian thiêu oxy hố: 24 • Nhiệt độ thiêu oxy hố: 270oC • Tốc độ đảo liệu, tốc độ khuấy dung dịch: 60 vịng/phút • Nhiệt độ hồ tách: Nhiệt độ phịng • Số lần hồ tách: lần • Điện áp: Bắt đầu: 2,9V Kết thúc: 3,1V • Mt dũng: 40 ữ 60 A/m2 ã Nng dung dịch ban đầu: 180g/l K2MnO4 • Kết tinh sản phẩm: lần Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 35 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn Kết thu ghi bảng 16 Bảng 16: Thông số qui mơ mở rộng phịng thí nghiệm T Khối lượng mẫu (g) T Quặng Mn KOH Khối lượng Khối lượng theo sản phẩm (g) tính tốn (g) Hiệu suất (%) 1000 718 413,48 940,8 43,95 1000 718 415,93 940,8 44,21 1000 718 416,12 940,8 44,23 Chất lượng KMnO4: Đạt theo tiêu chuẩn Trung Quốc Hiệu suất thu hồi trung bình: Đạt 44,13% Từ kết thu từ q trình nghiên cứu, chúng tơi đưa qui trình cơng nghệ chế biến quặng mangan mịn thu hồi kali pemanganat KMnO4 hình 12 (Trang 38) 3.5 XỬ LÝ MƠI TRƯỜNG Qui trình cơng nghệ sản xuất kali pemanganat KMnO4 từ quặng mịn lưu trình hố học, q trình thực có chất thải nhiều dạng khác như: nước, khí rắn Chính mà chúng phải xử lý trước thải môi trường 3.5.1 Xử lý chất thải khí bụi Trong q trình sản xuất sử dụng quặng mangan có kích cỡ hạt nhỏ 0,074mm Để có cỡ hạt phải nghiền nên q trình có bụi Để khắc phục bụi ta dùng thiết bị thu bụi để thu hồi nguyên liệu ban đầu Đối với khí thải sục vào nước có mơi trường kiềm trước thải mơi trường 3.5.2 Xử lý chất thải nước Trong trình chất thải dạng nước khơng có tất dung dịch sau điện phân thu hồi để lấy lại KOH quay lại chu trình thiêu quặng ban đầu Đến dung dịch quay lại chứa nhiều kali cacbonat K2CO3 số tạp chất khác aluminat… xử lý axit nitric HNO3 để thu hồi sản phẩm kali nitrat KNO3 kỹ thuật Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 36 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn 3.5.3 Xử lý chất thải rắn Sau thu hồi sản phẩm có ích cịn lượng kiềm dư cịn lại bã Vì phải xử lý chúng trước thải Để xử lý, bã đưa vào thùng khuấy với dung dịch HNO3 loãng để đưa pH dung dịch thu hồi Dung dịch thu sau trung hoà axit dùng để thu hồi sản phẩm KNO3 kỹ thuật Phần bã cịn lại đưa vào làm ngun liệu đầu cho trình sản xuất mangan sunfat MnSO4 3.6 ĐỊNH HƯỚNG ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.6.1 Dự kiến giá thành sơ Qua thông số kỹ thuật thu từ q trình thí nghiệm, dự kiến giá thành sơ sản phẩm theo số tiêu sau: • Hiệu suất thiêu: 54,9% • Hiệu suất hồ tách: 98,3% • Hiệu suất q trình điện phân: 90,7% • Hiệu suất thu hồi sản phẩm kết tinh: 90% ¾ Tổng hiệu suất thực thu tồn q trình: 44% Bảng 17: Dự tính khối lượng ngun vật liệu cho 1.000Kg sản phẩm TT Nguyên vật liệu Quặng Mn Đơn vị tính Kg Số lượng 3500 Đơn giá (1.000đ) Thành tiền (1.000đ) 3.500 Ghi KOH Kg 1000 18 18.000 Tái sử dụng Điện Kwh 1200 1,1 1320 Nước m3 50 7,0 350 Than Kg 2000 1,5 3000 Tổng cộng: 26.170 Chi phí ngun vật liệu, hố chất, lượng để sản xuất 1000Kg sản phẩm: 26.170.000 đồng chưa kể chi phí khác Qua tính tốn sơ giá thành sản phẩm so với giá thị trường nước, cho thấy trình sản xuất kali pemanganat KMnO4 từ quặng mịn phương pháp tiến hành nghiên cứu phương pháp có khả mang lại hiệu Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 37 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn 3.6.2 Dự kiến địa áp dụng kết nghiên cứu Chúng ta áp dụng cơng nghệ nghiên cứu Viện KH&CN Mỏ-Luyện kim phối hợp với Cơng ty cổ phần hố chất Đức Giang, Công ty trách nhiệm hữu hạn Tân Thuận Phong-Hải Phòng để sản xuất sản phẩm Quặng mangan Lọc bụi Xục khí Khí thải KOH Thiêu oxy hố lần Hoà tách lần Lọc ly tâm Bã lần KOH bổ xung Nguyên liêụ cho sản xuất MnSO4 Thiêu oxy hố lần Hồ tách lần Lọc ly tâm Hồ tách lọc chân khơng Bã lần Dd K2MnO4 Sản phẩm KMnO4 Điện phân Kết tinh lại Dd KMnO4 Kết tinh Dung dịch Hình 12: Sơ đồ công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan mịn Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 38 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu phịng thí nghiệm qui mô nhỏ thử nghiệm thiết bị có qui mơ lớn phịng thí nghiệm để sản xuất kali pemanganat KMnO4 phương pháp thiêu oxy hoá oxy hoá điện hoá thu hồi kali pemanganat KMnO4 rút thông số công nghệ sau: Thiết bị: Đã chọn thiết bị phù hợp, ổn định với công nghệ chọn Giải pháp công nghệ: Đã xác định thông số tối ưu cho trình sản xuất kali pemanganat KMnO4 từ quặng mịn: Đã tiến hành nghiên cứu trình thiêu oxy hố quặng mangan với tác nhân KOH Đã xác định để đạt hiệu suất thu hồi sản phẩm 54,9% cần tiến hành thiêu điều kiện sau: • Độ hạt quặng ≥ 95% cỡ hạt nhỏ 0,074mm • Nhiệt độ thiêu oxy hố: 270oC • Thời gian thiêu oxy hố: 24 • Tỷ lệ phối liệu: QMn/QK = 1/1,4 • Tốc độ đảo liệu: 60 vịng/phút Đã tiến hành nghiên cứu q trình hồ tách kali manganat K2MnO4 từ sản phẩm thiêu nước, qua xác định điều kiện tối ưu để hiệu suất q trình đạt 98,3% sau: • Tỷ lệ lỏng rắn hồ tách: L/R = • Thời gian hồ tách: 90 phút • Số lần hồ tách: lần • Tốc độ khuấy hồ tách: 60 vịng/phút • Nhiệt độ hồ tách: Nhiệt độ phịng Đã tiến hành nghiên cứu trình sản xuất kali pemanganat KMnO4 từ dung dịch hoà tách thu phương pháp điện phân Từ xác định để hiệu suất trình đạt 91% cần tiến hành điều kiện sau: • Điện áp: Bắt đầu: 2,9V Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 39 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn Kết thúc: 3,1V • Mật độ dịng: 40 ÷ 60A/m2 • Nồng độ dung dịch ban đầu: 180g/l • Chế độ kết tinh sản phẩm: Kết tinh lại sản phẩm lần đạt yêu cầu Đã sản xuất sản phẩm KMnO4 đạt chất lượng theo yêu cầu Đã đề xuất qui trình cơng nghệ dự kiến xử lý chất thải để không gây ảnh hưởng tới môi trường đồng thời thu hồi sản phẩm có ích khác nhằm làm giảm giá thành sản phẩm Đã sơ đưa giá thành nguyên vật liệu, sản phẩm để có định hướng cho việc sản xuất qui mô lớn Trên sở kết nghiên cứu phịng thí nghiệm qui mơ nhỏ, chúng tơi đưa đề nghị lưu trình cơng nghệ sản xuất kali pemanganat KMnO4 từ quặng mịn sơ đồ hình 12 (Trang 38) Đã kết luận việc xử lý quặng nghèo để thu sản phẩm KMnO4 hiệu KIẾN NGHỊ Qua nghiên cứu, để đưa sản xuất qui mô lớn cần phải nghiên cứu thêm qui mô sản xuất bán công nghiệp cỡ ÷ tấn/tháng để hồn thiện thơng số kỹ thuật tối ưu để có sở lập luận chứng kinh tế kỹ thuật cho sản xuất lớn Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 40 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất KMnO4 từ quặng mangan nghèo mịn TÀI LIỆU THAM KHẢO Nông Huy Bảo, Lục Văn Công Ngành chế biến mangan Cao Bằng Hội thảo khoa học kỹ thuật Mỏ tồn quốc 2004 2.Lê Văn Cát Cơ sở hố học kỹ thuật xử lý nước NXB Thanh niên 1999 Giáo trình khống vật học A.G.Bê Chêch Chin Người dịch: Nguyễn Văn Chiển Nhà xuất giáo dục – Hà Nội 1961 Nguyễn Tinh Dung Hoá học phân tích P2: Các phản ứng ion dung dịch nước NXB Giáo dục 1992 Kim ngạch nhập hàng hố năm 2001 đến 2005 Cục cơng nghệ thơng tin thống kê Hải quan 2006 Hoá chất tinh khiết IU.V Kariakin, I.I Angelov Người dịch : Lê Chí Kiên (In lần thứ có sửa chữa bổ xung) Nhà xuất KH KT Hà Nội – 1990 Hồng Nhâm Hố học vơ cơ, T3 N XB giáo dục 1985 Phùng Viết Ngư Điện phân tinh luyện (Bài giảng) Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Thị Phương Thoa Tuyển tập báo cáo toàn văn Hội nghị toàn quốc đề tài nghiên cứu khoa học lĩnh vực Hoá Lý 12/2005 Tr 111-119 10 Hố học vơ T2 PGS Nguyễn Đức Vận NXB khoa học kỹ thuật 1998 11 М.Е.Позин Технология минералых солей 1970 Стр 751-795 12 О.С.Садунишвили , И.Г.Сзалия Способ извлечения марганца // Открытия изовлетения 1981 13 И.П.Чачанидзе, М.И.Сванизе Обогащение бедных марганцевых руд и шламов // Физико-химия и металлургия М Наука 1983 90-112 14 М.И.Гасик Марганец 1992 230-270 15 Р.А.Лидин, В.А.Молочко, Л.Л.Андреева Химические свойства неорганических веществ МОСКВА « Химия » 1996 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 41