Nghiên Cứu Khả Năng Lắng Bùn Đỏ Sau Hòa Tách Bauxit Gia Nghĩa, Tây Nguyên.pdf

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đỗ Hồng Nga Nghiên cứu khả năng lắng bùn đỏ sau hòa tách bauxit Gia Nghĩa, Tây Nguyên Chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu Mã số 62520309 Nghiên cứu sinh Đỗ Hồng Nga Người hướng dẫn[.]

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đỗ Hồng Nga Nghiên cứu khả lắng bùn đỏ sau hòa tách bauxit Gia Nghĩa, Tây Nguyên Chuyên ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 62520309 Nghiên cứu sinh: Đỗ Hồng Nga Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Trương Ngọc Thận PGS.TS Vũ Chất Phác 2014 MỞ ĐẦU Theo kết thăm dò địa chất, nước ta xếp vào quốc gia có trữ lượng bauxit lớn giới, chủ yếu tập trung Tây Nguyên Đây tiền đề quan trọng cho xây dựng công nghiệp alumin - nhôm Việt Nam tương lai Đặc trưng bật bauxit Tây Nguyên nhôm oxit tồn dạng khống vật gipxit, cịn sắt chủ yếu dạng gơtit Theo nhà khoa học nước, bauxit vùng dễ hòa tách cho phép áp dụng công nghệ Bayer châu Mĩ để sản xuất alumin Tuy nhiên, hạn chế lớn bùn đỏ hình thành sau hịa tách bauxit khó lắng Đây đánh giá đáng quan tâm người làm công nghệ sản xuất alumin Lắng bùn đỏ công đoạn quan trọng sản xuất alumin công nghệ Bayer với chức tách cặn đỏ khỏi dung dịch natri aluminat Có nhiều yếu tố ảnh hưởng trực tiếp gián tiếp đến trình lắng bùn đỏ, phải kể đến như: thành phần vật chất kích thước hạt bauxit, chế độ cơng nghệ hòa tách, chế độ lắng bùn đỏ đặc biệt chất trợ lắng sử dụng Với tầm quan trọng, ý nghĩa khoa học thực tiễn trình lắng công nghệ alumin, đề tài nghiên cứu luận án chọn với tên gọi “Nghiên cứu khả lắng bùn đỏ sau hòa tách bauxit Gia Nghĩa, Tây Nguyên” Nội dung trọng tâm đề tài nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình lắng khả cường hóa q trình lắng bùn đỏ bauxit Gia Nghĩa chất trợ lắng chất hữu tự nhiên chất hữu tổng hợp biến tính Mục tiêu luận án: - Xác định yếu tố ảnh hưởng đến khả lắng bùn đỏ - Xác định khả cường hóa q trình lắng bùn đỏ chất trợ lắng hữu tự nhiên, hữu tổng hợp biến tính dạng độc lập kết hợp, đồng thời làm rõ chế tương tác chúng với bùn đỏ - Đề xuất phương án sử dụng chất trợ lắng với hàm lượng lựa chọn chế độ tương ứng Đối tượng phương pháp nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu bùn đỏ bauxit Gia Nghĩa – nguồn quặng có tính đại diện trữ lượng thành phần vật chất cho bauxit khu vực Tây Nguyên - Đã sử dụng phương pháp nghiên cứu sau để thực nội dung luận án: phương pháp tổng hợp, phân tích đánh giá, phương pháp thực nghiệm phương pháp xử lý kết thực nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án: Đây cơng trình nghiên cứu bản, toàn diện nước ta lắng bùn đỏ công nghệ sản xuất alumin phương pháp Bayer châu Mỹ từ quặng tinh bauxit Gia Nghĩa + Làm rõ khoa học số yếu tố ảnh hưởng đáng kể tới khả lắng bùn đỏ: thành phần vật chất (hàm lượng gơtit), kích thước hạt lượng nạp bauxit cho hịa tách, hệ số pha lỗng huyền phù, nhiệt độ lắng + Khảo sát khả trợ lắng bùn đỏ chất hữu tự nhiên (tinh bột mỳ, tinh bột DR), hữu tổng hợp biến tính (HX400, HX600) phương án kết hợp (tinh bột DR với HX600)  Đối với chất trợ lắng hữu tự nhiên, phát tinh bột DR – nguồn nguyên liệu sẵn có nước, có khả trợ lắng cao tinh bột mỳ - chất trợ lắng truyền thống Đây phát đóng góp đáng kể vào việc phát triển loại chất trợ lắng hữu tự nhiên Còn với hai chất trợ lắng hữu tổng hợp biến tính HX400 HX600 HX600 cho kết lắng cao  Phương án kết hợp chất hữu tổng hợp biến tính (HX600) hữu tự nhiên (tinh bột DR) với hàm lượng chọn đạt hiệu kinh tế - kỹ thuật tốt Sự kết hợp đóng góp việc đa dạng hóa phương án sử dụng chất trợ lắng hữu tự nhiên tổng hợp biến tính Kết lựa chọn phương án sử dụng độc lập chất trợ lắng hữu tự nhiên (tinh bột DR) hay hữu tổng hợp biến tính (HX600) phương án kết hợp hai loại khơng có ý nghĩa lớn thực tiễn lắng công nghệ sản xuất alumin mà cịn giảm mức độ gây nhiễm mơi trường Nội dung bố cục luận án: Ngoài phần mở đầu phần kết luận chung, nội dung luận án trình bày chương Chương Tổng quan bùn đỏ trình lắng bùn đỏ Chương Cơ sở lý thuyết trình lắng tách bùn đỏ Chương Chuẩn bị mẫu phương pháp nghiên cứu Chương Kết thảo luận Chương TỔNG QUAN 1.1 Sự hình thành tính chất đặc trưng bùn đỏ Kể từ phát minh vào năm 1888 năm 1894 nay, công nghệ Bayer (mang tên nhà phát minh Dr.Karl Josep Bayer) chiếm vị trí chủ đạo công nghiệp sản xuất alumin - Al2O3 giới Hiện dự báo tương lai, khoảng 90% sản lượng alumin giới sản xuất cơng nghệ Nguồn ngun liệu cho sản xuất alumin bauxit Thành phần bauxit thay đổi phạm vi rộng không mỏ mà địa điểm khai thác Theo độ sâu khác nhau, thành phần vật chất bauxit có khác biệt rõ rệt Thành phần hoá học khoáng vật bauxit số nước xử lý công nghệ Bayer nêu bảng 1.1 bảng 1.2 Bảng 1.1 Thành phần hóa học khống vật bauxit [76] Thành phần hoá học, % Al2O3: 4065 Thành phần khoáng vật diaspo - Al2O3.H2O bơmit - Al2O3.H2O gipxit -Al2O3.3H2O kaolinit Al4(OH)8.SiO2.O10 thạch anh SiO2 hematit - Fe2O3 gơtit - Fe2O3.H2O anatat TiO2 rutin TiO2 hydrat diaspo, bơmit, gipxit, gơtit SiO2: 0,510 Fe2O3: 330 TiO2: 0,58 H2O: 1034 Bảng 1.2 Thành phần hóa học bauxit số nước [49] Tên nước Thành phần hóa học, % Al2O3 Fe2O3 SiO2 TiO2 MKN Liên Xơ (cũ) 52 25 4,0 2,2 11 Guinea 41-43 23-28 1,9-2,3 1,5-3,0 23-25 Jamaica 49-50 20-24 1-3 2,3 24-28 Như vậy, Al2O3 hợp chất tồn bauxit Q trình sản xuất alumin cơng nghệ Bayer từ quặng bauxit thực chất q trình hịa tan Al2O3 dung môi kiềm - NaOH, nhằm tách thành phần Al2O3 có bauxit khỏi tạp chất khác khơng bị hịa tan, tạp chất chủ yếu ôxit Chất lượng bauxit không đánh giá qua hàm lượng thành phần có ích Al2O3 mà cịn phải vào tạp chất có hại SiO2 Bauxit coi tốt chúng có hàm lượng nhơm ơxit cao silic ơxit thấp Trong thực tế, chất lượng bauxit đánh giá mơđun silic – MSi MSi > 7: bauxit có chất lượng tốt, thích hợp với cơng nghệ Bayer < MSi < 7: bauxit có chất lượng trung bình, thích hợp với cơng nghệ thiêu kết kết hợp hai công nghệ: Bayer thiêu kết MSi < 3: bauxit có chất lượng kém, khơng phù hợp cho sản xuất alumin Hàm lượng hydrat - nước kết tinh định cấu trúc tinh thể nhôm ôxit Về phương diện này, có khống vật chứa Al2O3 tương ứng: gipxit - Al2O3.3H2O hay gọi hydragilit, bơmit diaspo (Al2O3.H2O) Độ hịa tan khống vật dung dịch kiềm xếp theo thứ tự từ cao đến thấp Mặt khác, tính chất vật lý, hố học khác Al2O3.3H2O Gipxit  - Al2O3.H2O α - Al2O3.H2O Bơmit Diaspo -Al2O3 -Al2O3 Corindon Tùy thuộc vào dạng tồn khống vật chứa nhơm bauxit, người ta chia công nghệ Bayer thành hai loại: công nghệ Bayer châu Âu công nghệ Bayer châu Mỹ Công nghệ Bayer châu Mỹ: áp dụng cho loại bauxit chứa chủ yếu khống vật dạng gipxit dễ hịa tách, nhiệt độ hịa tách cao đạt 140145 oC Cơng nghệ Bayer châu Âu: áp dụng cho loại bauxit chứa chủ yếu khoáng vật dạng bơmit diaspor, nhiệt độ hịa tách >200oC có đạt tới ~300oC [85] Tuy khơng ngừng hồn thiện cơng nghệ, kỹ thuật có nhiều bổ sung, cải tiến, song ngun lý cơng nghệ khơng thay đổi Hình 1.1 giới thiệu sơ đồ cơng nghệ Bayer sản xuất alumin tổng quát rút gọn Bauxit NaOH Đập Dung dịch luân lưu Nghiền/ (Tiền khử silic) CaO Hoà tách Nước rửa Dung dịch Pha loãng/ (Hậu khử silic) Lắng bùn đỏ Dung dịch aluminat Bùn đỏ Lọc kiểm tra Trao đổi nhiệt Rửa/Lọc Phân huỷ Tâm mầm Thải Nước Lọc, Rửa Al(OH)3 Nung Sản phẩm Alumin Hình 1.1 Sơ đồ cơng nghệ sản xuất alumin từ bauxit phương pháp Bayer tổng quát rút gọn [4] Công nghệ Bayer gồm công đoạn chủ yếu sau: Gia công quặng tinh bauxit: quặng tinh bauxit đập, nghiền đến cỡ hạt thỏa mãn công đoạn Tùy thuộc vào hàm lượng silic có quặng mà cơng đoạn khử silic thực trước cơng đoạn hịa tách - tiền khử silic Thông thường, công đoạn tiền khử silic thực công đoạn nghiền ướt quặng thiết bị nghiền Hòa tách: quặng tinh bauxit sau nghiền khử silic hòa tách dung dịch kiềm tạo thành hệ huyền phù gồm: pha lỏng dung dịch natri aluminat – NaAlO2 pha rắn – bùn đỏ Huyền phù pha loãng nhằm tăng tỷ lệ lỏng/rắn, mặt giúp cho xử lý công đoạn sau dễ dàng hơn, mặt khác tránh tượng nhôm hydroxit phân hủy sớm Tuy nhiên, dung dịch natri aluminat chứa hàm lượng silic ôxit cao cần phải thêm cơng đoạn khử silic sau hòa tách - hậu khử silic Phân chia pha rắn lỏng hay gọi lắng bùn đỏ nhằm tách bùn đỏ khỏi dung dịch natri aluminat Phân hủy dung dịch: Dung dịch natri aluminat phân hủy nhiệt độ thích hợp với việc cho thêm mầm nhôm hydroxit để kết tủa Al(OH)3 Nung Al(OH)3: Sản phẩm Al(OH)3 cuối lọc, rửa nung để tạo thành alumin Quá trình khử silic bauxit Trong cơng nghệ Bayer, hồ tan bauxit với dung dịch kiềm, khống vật chứa SiO2 có bauxit caolinit, haloysit, illit…sẽ tham gia phản ứng với kiềm tạo hợp chất 3(Na2O.Al2O3.2SiO2)Na2X.aH2O với X CO32-, SO42, 2OH-, 2AlO2 -….hợp chất không tan, tích tụ thành bùn bám vào đường ống, thiết bị trao đổi nhiệt, ôtôcla, thiết bị cô đặc nhiều vị trí khác dây chuyền dẫn đến nhiều cố ách tắc hoạt động nhà máy sản xuất alumin Để giảm bớt cố này, công đoạn tiền khử silic hậu khử silic đưa vào dây chuyền công nghệ Bayer Những phương pháp công nghiệp dùng để khử SiO2 dung dịch natri aluminat bao gồm [3]: Khử ôtôcla 150170 0C Khử ơtơcla có thêm vơi Khử áp suất thường khơng có chất cho thêm Khử áp suất thường có cho thêm vơi chất phụ gia khác Trong q trình khuấy trộn dung dịch, khơng phải tồn SiO2 tạo thành alumosilicat khơng tan lắng Dung dịch đậm đặc SiO2 cịn lại dung dịch nhiều, dung dịch nhiệt độ cao lắng lâu SiO2 dung dịch Q trình hịa tách bauxit phương pháp Bayer Công nghệ Bayer dựa sở phản ứng thuận nghịch sau [3]: Hoà tách > 100 0C Al(OH)3 + NaOH NaAl(OH)4 (1) Phân hóa < 100 C Lúc đầu phản ứng xảy nhanh, sau chậm dần khơng thể hịa tách triệt để Al2O3 từ bauxit kể kéo dài thời gian mà giữ nguyên nhiệt độ hòa tách Hiệu suất q trình hịa tách phụ thuộc nhiều vào yếu tố như: nhiệt độ, thời gian hòa tách, nồng độ dung dịch, tỷ lệ rắn/lỏng, chất bauxit… Để tính hiệu suất hồ tách lý thuyết cần dựa sở phân tích hố phân tích pha (dạng tồn khống vật chứa nhơm) Tuy nhiên, để đơn giản hóa, hiệu suất hồ tách lý thuyết (lt) thường tính theo cơng thức sau [3]: lt  Al2O3  SiO2 100,% Al2O3 (1.1) Trong đó: Al2O3 - hàm lượng nhôm ôxit tinh quặng bauxit SiO2 - hàm lượng silic ơxit tinh quặng bauxit Cịn hiệu suất hồ tách thực tế (tt) tính theo cơng thức [3]: bx bd Al2 O3  Al O3 x ntt  Al O3 bx Fe O3 bx Fe O3 bd bd bx  Al O Fe O 100%  1  bx x 3bd Al O3 Fe O3   100%   (1.2) Trong đó: Al2O3bx, Al2O3bd hàm lượng Al2O3 bauxit bùn đỏ Fe2O3bx, Fe2O3bd hàm lượng Fe2O3 bauxit bùn đỏ Quá trình lắng tách bùn đỏ khỏi dung dịch natri aluminat Sau hòa tách bauxit, việc tách dung dịch natri aluminat khỏi bùn đỏ khâu quan trọng dây chuyền công nghệ Bayer, phụ thuộc chủ yếu vào thành phần vật chất bauxit điều kiện hòa tách Đối với loại quặng chứa nhiều sắt dạng gơtit việc lắng, lọc khó khăn Thơng thường tiến hành trình phải cho thêm chất trợ lắng Phân hủy dung dịch natri aluminat Sau lắng, lọc, dung dịch natri aluminat phân hủy để kết tủa nhôm hydroxit theo phản ứng sau: NaAl(OH)4  Al(OH)3 + NaOH (2) Phân hủy q trình hóa học phức tạp Hiện nay, tồn nhiều lý thuyết với cách giải thích khác chế q trình Nói chung, trình phân hủy gồm hai giai đoạn: Tạo mầm kết tinh phát triển mầm Hiệu suất trình phân hủy tính cơng thức [3]:     c  a 100  1  a .100,% c  c  (1.3) Trong đó: c: tỷ số costic dung dịch a: tỷ số costic dung dịch aluminat trước phân hủy Nung nhôm hydroxit Nung công đoạn cuối sản xuất alumin Mục tiêu trình nung làm nước nhôm hydroxit - Al(OH)3 để nhận alumin - Al2O3 Q trình nung có biến đổi trải qua giai đoạn nhiệt độ khác [3]:  Ở nhiệt độ 110120 0C: nhôm hydroxit ẩm  Ở nhiệt độ 500550 0C diaspor phân tử nước kết tinh biến thành alumin không ngậm nước dạng γ-Al2O3 dễ hút ẩm  Ở nhiệt độ 850 0C, γ-Al2O3 bắt đầu chuyển pha thành α-Al2O3 Quá trình kết thúc nhiệt độ 11501200 0C Như vậy, bùn đỏ hình thành trình sản xuất alumin trực tiếp từ quặng tinh bauxit Bùn đỏ hỗn hợp oxit khơng hịa tan môi trường kiềm, bao gồm: sắt oxit, silic oxit, titan oxit, nhôm oxit Do thành phần vật chất bauxit khác công nghệ sản xuất từ chúng có thay đổi nên thành phần hóa học bùn đỏ thường có khác biệt (bảng 1.3) Bảng 1.3 Thành phần hóa học số loại bùn đỏ [49] Trombetas (Brasil) Darling Range (Australia) Thành South Manch (Jamaica) Nhiệt độ hòa tách, oC phần, % 143 143 245 Al2O3 13,0 14,9 10,7 SiO2 12,9 42,6 3,0 Fe2O3 52,1 28,0 61,9 TiO2 4,2 2,0 8,1 MKN 6,4 6,5 8,4 Na2O 9,0 1,2 2,3 CaO 1,4 2,4 2,8 Khác 1,0 2,4 2,8 Về định tính, bùn đỏ có thành phần khống vật (bảng 1.4) tương tự thành phần khống vật bauxit, có thay đổi định lượng có thêm hai pha mới:  Na2O.Al2O3.2SiO2.nH2O tạo thành trình khử silic  Hợp chất có thành phần dao động CaO với cấu tử Al2O3, Na2O SiO2, tạo thành cơng nghệ sản xuất alumin có bổ sung thêm vơi Bảng 1.4 Thành phần khống vật loại bùn đỏ khác [49] Hợp chất Trombetas Darling Range South Manch Gipxit - 5,6 33 Bơmit 0,6 3,5 Diaspor 1,2 2,5 Hematit 38 14,5 3,5 Gơtit 19 14,5 10 Illit - 4,7 Natrititanat - 0,6 - Quartz 2,2 37,1 Rutin 0,8 - CaTiO2 1,5 - - Canxit 1,4 2,3 0,5 Sodalit - - - 98 Bảng 4.44 Sự thay đổi chiều cao cột bùn đỏ theo thời gian Chiều cao cột bùn (mm) Thời gian (phút) B1 B2 B3 B4 B5 B6 430 430 430 430 430 430 331 280 325 250 300 270 10 270 185 220 170 234 187 15 219 146 170 144 175 153 20 182 127 148 127 144 136 25 158 116 137 116 135 129 30 146 108 128 110 129 124 35 140 104 122 105 124 118 40 134 100 118 101 120 114 45 129 97 114 98 117 111 50 125 95 110 95 114 107 55 122 93 108 93 112 105 60 120 92 106 91 110 103 65 118 91 104 90 108 102 70 116 89 102 89 106 101 75 114 88 101 88 104 100 80 113 87 100 87 102 99 85 112 86 99 86 101 98 90 111 85 98 85 100 97 95 110 84 97 84 99 96 100 109 84 96 84 98 95 99 Chiều cao cột bùn [mm] 500 450 400 350 B1 300 B2 B3 250 B4 B5 200 B6 150 100 50 0 20 40 60 80 100 120 Thời gian [phút] Hình 4.22 Sự thay đổi chiều cao cột bùn đỏ theo thời gian Bảng 4.45 Tốc độ lắng bùn đỏ giai đoạn đầu Tốc độ lắng trung bình [mm/phút] Thời gian [phút] B1 B2 B3 B4 B5 B6 - - - - - - 19,8 30 21 36 26 32 100 40 36 35 32 30 Tốc độ lắng [mm/phút] 30 26 25 21 19,8 20 15 10 B1 B2 B3 B4 B5 B6 Mẫu Hình 4.23 Tốc độ lắng bùn đỏ giai đoạn đầu Bảng 4.46 Độ vẩn đục dung dịch natri aluminat Độ vẩn đục dung dịch natri aluminat (mg/l) Thời gian (phút) B1 B2 B3 B4 B5 B6 61000 61000 61000 61000 61000 61000 30 500 170 340 200 475 380 60 200 120 180 100 190 190 90 190 100 110 100 130 130 100 190 100 110 100 130 130 600 500 Độ đục [mg/l] B1 400 B2 B3 300 B4 B5 200 B6 100 0 20 40 60 80 100 120 140 Thời gian [phút] Hình 4.24 Độ vẩn đục dung dịch natri aluminat theo thời gian 101 Bảng 4.47 Độ nén trung bình lớp bùn đỏ Thời gian (phút) Nồng độ bùn ban đầu Co(g/l) 30 60 61 90 100 Độ nén trung bình (g/l) B1 B2 B3 B4 B5 B6 180 243 205 238 203 212 219 285 247 288 238 255 236 309 268 309 262 270 241 312 273 312 268 276 350 300 Độ nén [g/l] 250 B1 B2 200 B3 B4 150 B5 100 B6 50 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Thời gian [phút] Hình 4.25 Độ nén trung bình bùn đỏ theo thời gian Từ bảng hình trình bày cho thấy, thơng số đặc trưng lắng bùn đỏ ứng với tất mẫu khả quan sau 60 phút tương đồng Mẫu đạt kết tốt mẫu B4 với tỉ lệ tinh bột DR HX600 5:5, tương ứng với khối lượng 2,5+0,125 g/kg bùn đỏ khô Tuy nhiên, mẫu B2 (với tỉ lệ tinh bột DR HX600 7:3, tương ứng với khối lượng 3,5+0,075 g/kg bùn đỏ khô) có kết gần tương đương mẫu B4 Các đặc trưng lắng đạt mẫu B4 sau: chiều cao cột bùn sau 60 phút lắng 91 mm, vận tốc lắng phút đạt 36 mm/phút, độ vẩn đục dung dịch natri aluminat sau 60 phút có giá trị 100 mg/l, độ nén trung bình bùn đỏ 288 g/l Các đặc trưng lắng đạt mẫu B2 sau: chiều cao cột bùn sau 60 phút lắng 92 mm, vận tốc lắng phút đạt 30 mm/phút, độ vẩn đục dung dịch natri aluminat sau 60 phút có giá trị 120 mg/l, độ nén trung bình bùn đỏ 285 g/l 102 Xét tính tự chủ nguồn nguyên liệu sẵn có nước, phương án kết hợp tinh bột DR với HX600 chọn theo tỷ lệ 7:3 4.3 Đề xuất phương án sử dụng chất trợ lắng cho q trình lắng bùn đỏ sau hịa tách bauxit Gia Nghĩa Từ kết thu trình bày phần trên, cho phép đề xuất phương án sử dụng chất trợ lắng cho trình lắng bùn đỏ GN: a Đối với nhóm chất trợ lắng hữu tự nhiên, vào khả cường hóa q trình lắng tự chủ nguồn nguyên liệu sẵn có nước, nên chọn tinh bột DR b Đối với nhóm chất trợ lắng hữu tổng hợp biến tính, HX600 có tác dụng trợ lắng tốt hẳn so với HX400 So sánh với HX400 (bảng 4.48), kết khích lệ có tính phát khả cường hóa tinh bột DR tốt hẳn so với chất trợ lắng Bảng 4.48 So sánh thông số đặc trưng lắng tinh bột DR HX400 Chiều cao Tốc độ lắng Độ vẩn đục dung Độ nén trung cột bùn đỏ ban đầu dịch natri bình bùn đỏ (mm) (mm/phút) aluminat (mg/l) (g/l) Tinh bột DR 127 40,2 95 207 HX400 137 30,8 450 191 Chất Trợ lắng Như vậy, nhóm chất trợ lắng hữu tổng hợp biến tính, phương diện khả cường hóa lắng nên chọn HX600, thay cho HX400 nên dùng tinh bột DR c Về phương án kết hợp, theo kết thực nghiệm trên, việc đồng thời sử dụng HX600 tinh bột DR hợp lý Theo kết hợp này, mẫu đạt kết tốt mẫu B4 với tỉ lệ tinh bột DR HX600 5:5, nhiên, trình bày, để tự chủ nguồn ngun liệu sẵn có, tinh bột DR HX600 kết hợp theo tỉ lệ 7:3, tương ứng với khối lượng 3,5+0,075 g/kg bùn đỏ khô Với phương án sử dụng chất trợ lắng nêu với hàm lượng xác định thời gian 60 phút, trình lắng đạt thông số đặc trưng bảng 4.49 Dưới tổng hợp chế độ tạo thành bùn đỏ (tiền khử silic, hịa tách, pha lỗng huyền phù) từ bauxit Gia Nghĩa có cỡ hạt chọn < 0,315 mm 103 Khử silic - Nồng độ dung dịch: 160 g/l Na2Oc - Tỉ số costic: c ~ - Nhiệt độ: 95 oC - Nồng độ chất rắn: 500 g/l - Thời gian: 6h Hòa tách - Nồng độ dung dịch: 160 g/l Na2Oc - Tỉ số costic: c~3 - Nhiệt độ: 145 0C - Lượng nạp bauxit: 210 g/l - Thời gian: 1h Pha loãng huyền phù Bùn đỏ pha loãng 1,1 lần nước rửa bùn Kết sử dụng chất trợ lắng hữu tự nhiên, tổng hợp biến tính kết hợp hai chất trình bày Bảng 4.49 Bảng 4.49 Chế độ lắng kết Chế độ lắng Chất trợ lắng Hàm lượng, g DR HX600 0,25 DR + HX600 3,5+0,075 Nhiệt độ, 0C 95 0C Các thông số lắng đặc trưng Sự thay đổi chiều cao cột bùn, mm Tốc độ lắng giai đoạn Độ nén TB, Độ vẩn đầu, g/l đục, mg/l mm/phút 127 40,2 207 95 114 44,6 230 122 92 30 285 120 Ở chế độ lắng (thời gian 60 phút, nhiệt độ 95 0C), tác dụng trợ lắng HX600 tốt tinh bột DR Phương án kết hợp HX600 tinh bột DR đạt kết gần tương đương với trường hợp dùng HX600 (bảng 4.49) Hiệu tác dụng tĩnh điện đồng thời nhóm hydroxyl – OH tinh bột nhóm chức HXPAMs với hạt bùn để tạo thành bơng lớn dễ lắng Ngồi hiệu kỹ thuật phương án kết hợp (rút ngắn thời gian lắng, độ vẩn đục dung dịch natri aluminat hồn tồn đạt u cầu cho lọc kiểm tra), cịn có ý nghĩa đặc biệt chủ động nguồn chất trợ 104 lắng sử dụng, cụ thể: dùng 30% HX600 lại 70% tinh bột DR sẵn có nước Việc thay HX600 phần lớn tinh bột DR không tăng khả nội địa hóa nguồn ngun liệu sản xuất mà cịn tiết kiệm ngoại tệ Như vậy, phương án kết hợp ý nghĩa mặt kỹ thuật mà cịn có ý nghĩa mặt kinh tế Ý nghĩa khơng giới hạn q trình lắng bùn đỏ từ bauxit GN mà với loại bauxit khác khu vực Tây Nguyên 105 KẾT LUẬN CHUNG Từ kết Nghiên cứu khả lắng bùn đỏ sau hòa tách bauxit Gia Nghĩa, Tây Nguyên, cho phép rút số kết luận sau: Bauxit GN thuộc loại giàu sắt, chủ yếu dạng gơtit, nên khả lắng tự nhiên (không sử dụng chất trợ lắng) bùn đỏ tạo thành sau trình hịa tách bauxit khơng khả thi thực tế sản xuất mặt thời gian độ vẩn đục dung dịch natri aluminat cần đạt cho công đoạn lọc kiểm tra Cỡ hạt bauxit có ảnh hưởng lớn tới q trình hịa tách bauxit q trình lắng bùn đỏ Hạt bauxit mịn hiệu suất hòa tách cao, khả lắng bùn đỏ thấp Với bauxit GN, cỡ hạt ≤ 0,315 mm đáp ứng đồng thời yêu cầu hiệu suất hòa tách tốc độ lắng bùn đỏ Lượng nạp bauxit cho hòa tách lớn, mật độ bùn đỏ tạo thành cao, trở lực rơi hạt lớn, làm chậm trình lắng bùn đỏ Lượng nạp bauxit phù hợp chọn 210 g/l hệ số pha lỗng huyền phù sau hịa tách chọn 1,1 lần Để tránh phân hóa dung dịch natrialuminat nhiệt độ nhỏ 75 0C thay đổi thành phần dung dịch nhiệt độ cao 95 0C, nhiệt độ lắng chọn 95 0C Với hàm lượng sử dụng g/kg bùn đỏ khơ tinh bột DR đạt thông số lắng đặc trưng cao tinh bột mỳ, chí kể so với chất trợ lắng hữu tổng hợp biến tính – HX400 Thực tế hoàn toàn cho phép sử dụng độc lập tinh bột DR làm chất trợ lắng bùn đỏ hữu hiệu Phát đóng góp đáng kể vào việc phát triển loại chất trợ lắng hữu tự nhiên Trong số chất trợ lắng hữu tổng hợp biến tính nghiên cứu, HX600 cho kết lắng cao với hàm lượng sử dụng 0,25 g/kg bùn đỏ khô thời gian lắng 60 phút Phương án kết hợp 3,5 g tinh bột DR +0,075 g HX600/kg bùn đỏ khô đạt hiệu kinh tế - kỹ thuật tốt Sự kết hợp đóng góp việc đa dạng hóa phương án sử dụng chất trợ lắng hữu tự nhiên tổng hợp biến tính Hiệu lắng kết hợp khơng có ý nghĩa thực tiễn lắng bùn đỏ mà giảm mức độ gây ô nhiễm môi trường 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bùi Đức Hợi (2007) Kỹ thuật chế biến lương thực, tập 2, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trường Đại học Bách khoa Hà Nội (1978) Sổ tay Q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất - Tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội A.I.Lainer (1979) S¶n xuÊt alumin (tiÕng ViƯt), NXB Khoa häc vµ kü tht, Hà Nội Báo cáo tổng kết đề tài (2003) Nghiên cứu công nghệ tiên tiến sản xuất alumin từ quặng tinh bôxit Tân Rai - Lâm Đồng điện phân nhôm đạt chất lượng thương phẩm, Bộ Khoa học Công nghệ Báo cáo tổng kết đề tài (2010) Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ bauxit Táp Ná, Cao Bằng, Bộ Cơng Thương Grgy Banvưlgyi, Trần Minh Huân (2009) Lưu giữ tận dụng bùn đỏ, Hội thảo Khoa học, tr 153-161 Http://text.123doc.vn/document/giao-trinh-co-so-cong-nghe-moi-truong-p4.htm Nguyễn Cảnh Nhã (2006) “Nghiên cứu tuyển quặng bauxit Gia Nghĩa, Đắc Nông”, Hà Nội Đỗ Hồng Nga (2007) Nghiên cứu thành phần vật chất đánh giá tính chất cơng nghệ bauxit Gia Nghĩa, Đắc Nông, Luận án cao học 10 Trần Quang Ninh, Xử lý bùn đỏ sản xuất alumin từ bauxit, www.vista.gov.vn 11 Dương Thanh Sủng (2009) Một vài ý kiến công nghệ chế biến quặng bauxit vấn đề môi trường dự án Tập đồn Cơng nghiệp Than – Khống sản Việt Nam, Hội thảo Khoa học, tr 75-93 12 Nguyễn Văn Thuấn (2006) Phương án lấy mẫu nghiên cứu công nghệ tuyển, sản xuất alumin từ quặng bauxit, Đề án thăm dị mỏ bauxit Gia Nghĩa, tỉnh Đắc Nơng, Quy Nhơn 107 Tiếng Anh 11 12 13 Allen T (1990) Particle Size Measurement, Chapman and Hall, London 14 F Ballentine, M.E Lewllyn, S.A Moffatt (2011) Red mud flocculants used in the Bayer process, Light Metals, pp 107-112 15 Basu P (1983) Reactions of iron in sodium aluminate solution, Light metals, pp.8397 16 Basu, P., Nitowski, G A and The, P J (1986) Chemical interactions of iron minerals during Bayer digest and clarification, Proceedings of Iron Control in Hydrometallurgy, pp 223-244 17 Bajpai, A K and Bajpai, S K (1996) Kinetics of flocculation of iron oxide particles by polyacrylamide, Indian Journal of Chemical Technology, 3, pp 219223 18 Bhatty, J I., Davies, L., Dollimore, D and Zahedi, A H (1982) The use of hindered settling data to evaluate particle size or floc size and the effect of particleliquid association on such sizes, Surf Techn., 15, pp 323-344 19 Blecic, D and Adzic, M (1990), Analysis of the results obtained by experimental investigation of aluminate solution separation from red mud, 6th Yugoslav International Symposium on Aluminium I Bauxites and Extrative Metallurgy, Yugoslavia, pp 113-123 20 Buravlev, T T., Slyusarov, I T., Lyashenko, A A and Plyushkin, M Z (1972) Investigation of certain factors influencing the rate of settling of muds during alumina production from Yugoslav bauxite by the Bayer process, J Appl Chem USSR, 45(1), pp 25-30 21 Buscall, R and White, L R (1987) The consolidation of concentrated suspensions Part The theory of sedimentation, J Chem Soc Faraday trans 1, 83, pp 873891 22 Clifton M, Nguyen T, Frost R (2007) Effect of Ionic Surfactants on Bauxite Residues Suspensions Viscosity, J Colloid Interface Sci, 307(2), pp 502-507 23 Coe, H S., and Clevenger, G H (1916) Trans Amer Inst Min (metall) Engrs., 55 pp 356 24 Connelly, L J., Owen, D O and Richardson, P F (1986) Synthetic flocculant technology in the Bayer process, Light Metals, pp 61-98 108 25 R M Cornell, U Schwertmann (2003) The Iron Oxides: Structure, properties Reactions Occurences and Uses 26 Davis C.E (1973) The mineralogy of Jamaican bauxites, Proceedings of bauxite Symposium II, pp 6-20 27 Dryzmala, J and Fuerstenau, D W (1987) Flocculation in Biotechnology and Separation Systems, Elsevier Science Publishers B V Amsterdam, pp 45-60 28 Factors affecting red mud settling, www.cytec.com 29 Farrow, J B., Gong, W Q and Warren, L J (1985) Floc size and floc density by the hindered settling method, The Thirteenth Australian Chemical Engineering Conference Chemeca 85, Perth, Australia, pp 211-216 30 Flocculant in the red mud settling influence, www.snfbj.com 31 Glenister, D J and Thornber, M R (1985) Alkalinity of red mud and its application for the management of acid wastes, The Thirteenth Australian chemical Engineering Conference, Chemeca 85, Perth, Australia, pp.109-113 32 Grubbs, D K., Rodengurg, J K and Wefers, K A (1980) The goelogy, meneralogy and Clarification Properties of red and yellow Jamaican bauxites, Proceedings of bauxite Symposium IV, pp 176-186 33 Hawksley, P G W Symposium, Some Aspects of Fluid Flow, Edward Arnold & Co., London 34 A R Hind, S K Bhargava, S C Grocott (1999) The surface chemistry of Bayer process solids: A review, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 146, pp 359-374 35 Hogg, R., Bunnaul, P and Suharyono, H (1993) Chemical and physical variables in polymer – induced flocculation, Minerals and Metallurgical Processing, 10(2), pp 81-85 36 Hunter, T K., Moody, G M and Tran, C A (1990) Advances in liquor clarification and mud flocculation in the Bayer process alumina industry, International Alumina Quality Workshop, Perth, Australia, pp 395-404 37 Jones, F (1998) The mechanism of Bayer residue flocculation, Ph.D Thesis, Curtin University of Technology 38 Khangoankar, P R and Bala Subramani, K J (1993) Flocculation of hematite fines by anionic polyacrylamide polymers, Miner Eng., 6(7), pp 765-774 39 King WR (1971) The iron minerals in Jamaican bauxites, Light metals 3-19 109 40 Kontopoulos, A., Marinos-Kouris, D and Vassiliou, P (1981) Effect of flocculants on settling and filtration of red mud in the alumina industry, Filtration and Separation, 18(4), pp 321-322 41 Lee L T and Somasundaran, P (1989) Adsorption of polyacrylamide on oxide minerals, Langmuir, 5, pp 854-860 42 L Y Li (2001) A study of iron mineral tranformation to reduce red mud tailings, Waste Management 21, pp 525-534 43 Loretta Y Li, G K Rutherford (1996) Effect of bauxite properties on the settling of red mud, Int J Miner, Process 48, pp 169-182 44 Lyklema, J (1995) Fundamentals of Interface and Colloid Science, Academic Press Limited, London 45 Mal’ts, N.S , (1985) The intensifying action of lime upon the kinetics of bauxite leaching, Tsvet, Metal, pp 38-40 46 Michaels, A S and Bolger, J.C (1962) Settling rates and sediment volumes of flocculated kaolin suspensions, Ind Eng Chem Fundam., 1, 24-33 47 S C Mishra (2008) Sintering Characteristics of Red Mud Compact, National Institute of Technology Rourkela, Orissa 48 Murray, J Kirwan (2009) In-situ synchrotron diffraction study of the hydrothemal transformation of goethite to hematite in sodium aluminate solutions, Hydrometallurgy 49 Newsetter (2009) The international committi for the study of bauxite alumina aluminium (ICSOBA), Volum 2, December, pp.14-29 50 O’Donnell, N B and Martin, W (1976) The commercial processing of goethitic bauxites from Western Jamaica, Light Metals, pp 135-146 51 M Orban (1969) Appliance of X – ray diffractometer in alumina production Volume 3, Proceedings of the Second International Symposium of ICSOBA, Budapest 52 Orban, F., Pinter, T., Sigmond, G., Siklosi, P., Solymar, K., Toth, P and Zambo, J (1973) Processing of bauxites containing goethite, Hung Teljes, 6, 758 53 Ostap, S (1984) Effect of bauxite mineralogy on its processing characteristic, Proceeding of 1984 bauxite symposium, pp 651-671 54 B K Parekh, W M Goldberger (1976) An Assessment of Technology for Possible Utilization of Bayer Process Muds, Environmental Protection Technology Series 55 Patent US 4578255 (1986) Purification of Bayer Process Liquors, March 25 110 56 Patent US 4597952 (1986) Purification of Solutions of Sodium Aluminate in the Bayer Cycle removal of sodium Oxalate, July 57 Patent US 4608237 (1986) Use of polymer in alumina Precipitation in the bayer process of Bauxite Benefication, Aug 26 58 Patent US 4789485 (1988) Clarification of Bayer process liquors, Dec 59 Patent US 4999269 (1991) Method for removing sodium oxalate from causstic aluminate liquors, March 12 60 Patent US 5041269 (1991) Recovery of alumina trihydrate in the bayer process, Aug 20 61 Patent US 5133874 (1992) Removal of humate from bayer alumina liquors, July 28 62 Patent US 5284634 (1994) Purification of bayer process liquors using cationic polymeric quaternary ammonomium salts, Feb 63 Pearse, M J and Sartowski, Z (1984) Application of special chemicals (flocculants and dewatering aids) for red mud separation and hydrate filtration, 1984 Bauxite Symposium, Los Angeles, California, USA, pp 788-810 64 Prakash, S and Horvath, Z (1981) Effect of titanium dioxide content of the bauxite charge on the settling properties of the red mud, Publ Techn Univ Heavy Industry, Series B Metallurgy, 34, pp 69-89 65 Richardson and Zaki (1954) Sedimentation and Fluidisation: Part 1, Trans, Instn Chem Engrs, Vol 32 66 Robinson, C S (1926) Industr Engng Chem., 18, pp 869 67 Ronald W Rousseau (1987) Handbook of separation process technology, Georgia Institute of Technology 68 Rothenberg, A S., Spitzer, D P., Lewellyn, M E and Heitner, H I (1989) New reagents for alumina processing, Light Metals, pp 91-96 69 Sankey, S E and Schwarz, R J (1984) The use of synthetic flocclant polymers in settling red muds derived from high goethitic bauxite ores, Light Metals, pp 16531667 70 Sarmiento, G and Uhlherr, P H T (1979) The effect of temperature on the sedimentation parameters of flocculated suspensions, Powder Techn., 22, pp 139142 71 B R Sharma, N C Dhuldhoya, U C Merchant (2006) Flocculants – an ecofriendly approach, J Polym Environ 14, pp.195-202 111 72 D Smolovic, M Vukcevic, D Blecic (2010) The influence of adding emusion flocculants on the effects of red mud sedimentation, Materials and technology 44 6, pp 403–406 73 Solymar K (1970) Alumogoethite in Hungary Bauxites, Hung LIV 74 Solymar, K , Zambo, J , Gado, P , Orban, M , (1978) The role of material science in the technological development of alumina prodution, Light metals, pp 51-68 75 Solymar K, Horvath Gy, Zoldi J and Toth L (1979) Technological investigations of bauxite and red mud, Aluterv – FKI, Budapest, Hungary 76 Solymar K, Horvath Gy, Zoldi J and Toth L (1979) Chemical background and technology of processing bauxite to alumina, Volume 2, Aluterv – FKI, Budapest, Hungary 77 Solymar K, Sajo I (1992) Characteristics and Separability of red mud, Light metals, pp 209-223 78 Solymar K., Zoldi, J and Ferenczi, T (1998) Ion control by improved digestion technology, Int Alumina quality Workshop, pp 210-220 79 Song, Q Y., Xu F And Tsai, S C (1992) Magnetic seeding flocculation of weakly magnetic iron materials, Int J Min Process., 34, pp 219-229 80 Soucy, G., Larocque, J E., Forte, G (2004) Organic control technologies in Bayer process, Light Metals, pp 109-114 81 Spitzer, D P., Rothenberg, A S., Heitner, H I., Lewellyn, M E., Laviolette, L H., Foster, T and Avotins, P V (1991) Development of new Bayer process flocculants, Light Metals, pp 167-171 82 Steinour, H H (1944) Industr Engng Chem., 36, pp 618 83 Strahl, E.O (1971) The mineralogy of Jamaican bauxite and its effect on Bayer process technology, Geological Society of Jamaican Journal Special Issue, pp 6269 84 The, P J and Sivakurna, T J (1985) The effect of impurities on calcium in Bayer liquor, Light Metals, pp 209-222 85 N.N Tikhonov, S.Ya Dantsig (1996) Complex processing of Nepheline raw materials, Principle data on process and Estimation of – the nepheline ores quality, VAMI, Research Institute of aluminium and Magnesium St Petersburg, Russia 86 Tridib Tripathy and Bhudeb Ranjan De (2006) Flocculation: A new way to treat the waste water, Journal of Physical Sciences, Vol 10, pp 93-127 112 87 Weissenborn, P K (1993) Selective flocculation of ultrafine iron ore, PhD Thesis, Curtin University of Technology 88 B.I Whittington (1996) The chemistry of CaO and Ca(OH)2 relating to the Bayer process, Hydrometallurgy 43, pp 13-35 89 Yamada, K., Harato, T and Shiozaki, Y (1980) Flocculation and sedimentation of red mud, Light Metals, pp 39-50 90 Yong, R N and Ludwig, R D (1986) Process technology and properties of red mud, International Conference on Bauxite Tailings, Kingston, Jamaica, pp 31-35 91 Yu, X and Somasundaran, P (1996) Kinetics of polymer conformational changes and its role in flocculation, J Colloid Interface Sci., 178(2), pp 770-774 92 ZHANG Kun-yu (2008) Effects of Polymeric Flocculants on Settlement of Bayer Red Mud Generated from Chinese Diaspore Bauxite, The Chinese Journal of Process Engineering, Vol.8, No.2, pp 267-273 Tiếng Nga 93 A И ЛАЙНЕР (1961) ПРОИЗВОДСТВО ГЛИНОЗЁМА, москеа 94 A.И.БЕЛЯЕВ (1970) МЕТАЛЛУРГИЯ ЛЕГКИХ МЕТАЛЛОВ, издательство “МЕТАЛЛУРГИЯ” Москва, ctp.62 95 H Зeлukман и Др (1975) Teopuя гuдpoмemaлypгuчecкux пpoцeccoв, Mocквa 96 И КУЗНEЦОВ и В А ДЕРЕВЯНКИН (1964) ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ГЛИНОЗЕМA ПО СПОСОБУ БАЙЕРА, москеа