Đang tải... (xem toàn văn)
Microsoft Word 6856 DOC cénghßax∙héichñnghÜaviÖtnam Béc«ngth−¬ng ViÖnkhoahäcvµc«ngnghÖMá LuyÖnkim B¸oc¸otængkÕt®Òtµi NGHIÊNCỨUCÔNGNGHỆSẢNXUẤT OXYTZIRCONIZrO2BẰNGPHƯƠNGPHÁPPH ÂNHUỶCHỌNLỌC 6856 15/5/200[.]
cộnghòaxhộichủnghĩaviệtnam Bộcôngthơng ViệnkhoahọcvàcôngnghệMỏ-Luyệnkim Báocáotổngkếtđềtài NGHIấNCUCễNGNGHSNXUT OXYTZIRCONIZrO 2BNGPHNGPHPPH NHUCHNLC 6856 15/5/2008 THNHPHHNI-2007 ViệnkhoahọcvàcôngnghệMỏ-Luyệnkim BOCOTNGKTTI NGHIấNCUCễNGNGHSNXUTOXYTZIRCONIZr O 2BNGPHNGPHPPHNHUCHNLC Chnhimti:TS.LờGiaMụ Ngày tháng12năm2007 Thủtrởngcơquanchủquản Ngày tháng12năm2007 Thủtrởngcơquanchủtrì BCTK:NghiờncucụngnghsnxutoxytzirconiZrO2bngphngphỏpphõnhuchnlc NHNGNGITHCHIN TT Hvtờn Chcv Cquan LêGiaMơ TS ViệnKH&CHMỏ-Luyệnkim NguyễnVănChính KS ViệnKH&CHMỏ-Luyệnkim HồngDuyNê KTV ViệnKH&CHMỏ-Luyệnkim ViệnKhoahọcvàCôngnghệMỏ-Luyệnkim MỤCLỤC Sốhiệu Danhmục Tr Mởđầu Tổngquan Tìnhhìnhnghiêncứuvàsảnxuấtởtrongvàngồinước 1.1.1 Tìnhhìnhnghiêncứuởnướcngồi 1.1.2 Tìnhhìnhnghiêncứutrongnước 1.2 Cơngnghệsảnxuấtoxytzircon 1.2.1 Phânhuỷsilicatzirconvớihợpchấtcủanatri 1.2.2 Thiêuvớiflosilicatkali 1.2.3 Cloruahốtrựctiếp 1.2.4 Hồnnguntinhquặngbằngthanrồisauđócloruahốcacbonzirconi 1.2.5 Phânhuỷtronglịplazma 1.2.6 PhươngphápcơngnghệphânhuỷchọnlọcvớiCaO Phươngphápnghiêncứuvàcơngtácchuẩnbị 11 Phươngphápnghiêncứu 11 2.1.1 Mụcđíchcủađềtài 11 2.1.2 Phươngphápnghiêncứucơngnghệsảnxuấtoxytzircon 11 Thiếtbịvàvậttưnghiêncứu 11 2.2.1 Thiếtbịnghiêncứu 11 2.2.2 Ngunliệuvàhốchất 12 2.2.3 Cơngtácphântích 12 2.2.4 Sơđồcơngnghệnghiêncứu 12 Nộidungnghiêncứu 13 3.1 Trìnhtựthínghiệm 13 3.2 Nghiêncứuquátrìnhthiêu 13 3.2.1 Ảnhhưởngcủanhiệtđộtớihiệusuấtquátrìnhnung 13 3.2.2 Ảnhhưởngcủathờigiantớihiệusuấtquátrìnhnung 15 3.2.3 Ảnhhưởngcủatỷlệphốiliệutớihiệisuấtquátrìnhnung 16 3.2.4 ẢnhhưởngcủaphụgiaCaF2đếnhiệusuấtqtrìnhnung 20 3.2.5 Ảnhhưởngcủacỡhạtđếnhiệusuấtqtrìnhnung 21 3.3 Nghiêncứuqtrìnhhồtách 22 3.3.1 Ảnhhưởngcủaaxitclohđricđếnhiệusuấtqtrìnhhồtách 22 Chương1 1.1 Chương2 2.1 2.2 Chương3 3.3.1.1 ẢnhhưởngcủanồngđộHClvàsốlầnhồtách 22 3.3.1.2 ẢnhhưởngcủatỷlệR/L 23 Ảnhhưởngcủatỷlệnatrihyđroxytđếnhiệusuấtqtrìnhhồtách 25 3.3.2.1 ẢnhhưởngcủanồngđộNaOHvàsốlầnhồtách 25 3.3.2.2 ẢnhhưởngcủatỷlệR/L 26 3.4 Thínghiệmtổnghợp 27 3.5 QuitrìnhcơngnghệphânhuỷchọnlọcvớiCaO 28 Kếtluận 29 Tàiliệuthamkhảo 30 Phụlục 31 3.3.2 MỤCLỤCBẢNGVÀHÌNH Bảng1 ThànhphầnhốhọczirconNghệTĩnh 12 Bảng2 ẢnhhưởngcủanhiệtđộthiêutớihiệusuấttáchSiO2 14 Bảng3 ẢnhhưởngcủathờigianthiêutớihiệusuấttáchSiO2 15 Bảng4 ẢnhhưởngcủatỷlệphốiliệuđếnhiệusuấttáchSiO2 16 Bảng5 ẢnhhưởngcủaphụgiaCaF2đếnhiệusuấttáchSiO2 20 Bảng6 ẢnhhưởngcủacỡhạtđếnhiệusuấttáchSiO2 21 Bảng7 ẢnhhưởngcủanồngđộHClvàsốlầnhoàtáchđếnhiệusuấttáchSiO2 23 Bảng8 ẢnhhưởngcủatỷlệR/LđếnhiệusuấttáchSiO2 24 Bảng9 ẢnhhưởngcủanồngđộNaOHvàsốlầnhồtáchđếnhiệusuấttáchSiO2 25 Bảng10 ẢnhhưởngcủatỷlệR/LđếnhiệusuấttáchSiO 26 Bảng11 Kếtquảthínghiệmtổnghợp 27 Bảng12 Địnhmúctiêuhaocho1000Kgsảnphẩm 28 Hình1 SơđồcơngnghệngunlýphânhuỷchọnlọcvớiCaO Hình2 Sơđồngunlýcơngnghệphânhuỷzirconvớikiềm 10 Hình3 Sơđồcơngnghệnghiêncứu 12 Hình4 ẢnhhưởngcủanhiệtđộthiêuđếnhiệusuấttáchSiO2 14 Hình5 ẢnhhưởngcủathờigianthiêuđếnhiệusuấttáchSiO 15 Hình6 ẢnhhưởngcủatỷlệphốiliệuđếnhiệusuấttáchSiO2 17 Hình7 XRDcủasảnphẩmtrướcvàsauhồtáchvớiHCl5%vàNaOH2% 18 Hình8 XRDcủasảnphẩmvớitỷlệCaOkhácnhau 19 Hình9 XRDcủasảnphẩmởnhiệtđộkhácnhau 19 Hình10 ẢnhhưởngcủaphụgiaCaF2đếnhiệusuấttáchSiO2 20 Hình11 ẢnhhưởngcủacỡhạtphốiliệuđếnkhảnăngtáchSiO 21 Hình12 ẢnhhưởngcủanồngđộHClvàsốlầnđếnhiệusuấttáchSiO2 23 Hình13 ẢnhhưởngcủatỷlệR/LđếnhiệusuấttáchSiO2 24 Hình15 ẢnhhưởngcủanồngđộNaOHvàsốlầnđếnhiệusuấttáchSiO2 26 Hình15 ẢnhhưởngcủacủatỷlệR/LđếnhiệusuấttáchSiO2 27 Hình16 SơđồcơngnghệphânhuỷchọnlọczirconvớiCaO 29 MỞĐẦU Hàngnămtrênthếgiớisửdụngkhoảng40.000÷ 50.000Toxytzirconitrongnhiềulĩ nhvựcvớichấtlượngkhácnhau:Gạchchịulửa,sànhsứ,cáchđiện,hạtnhân Donguồnox ytzirconitựnhiênlạirấthạnchế(DạngkhốngBadelitcóởBraxin )nênphầnlớnZrO2đượ csảnxuấttừsilicatzirconitồntạivớitrữlượnglớn Ởnướcta cótrữlượngkhốngzirconđángkểnằmtrongsakhốngvenbiểntừQuảngNinhđếnBìnhT huận,nhưngtậptrungchủyếuởvenbiểnmiềmtrung.Trữlượngtinhquặngzircontrongsak hốngvenbiểnViệtNamướctínhkhoảng1060ngìntấn.Sakhốngzirconhiệnđangđượck haithácvàhàngnămxuấtkhẩuhàngnghìntấnsilicatzirconiở dạngngunliệuthơnêngiátr ịsảnphẩmthấp.ViệcnghiêncứusảnxuấtZrO2từsilicatzirconiđãđượcthựchiệnởmộtvàin ơitrongnước:P70cũ- naythuộcViệnKhoahọcvàCơngnghệMỏLuyệnkim,Việnxạhiếmđểthuđượcoxytzirconicóchấtlượngkhácao97÷98%bằngcơng nghệphânhuỷvớikiềm(NaOH,Na2CO3)kếthợphồtáchvớiaxitHClđặc.Cơngnghệnày cóưuđiểmlànhậnđượcoxytzirconichấtlượngkhácao,nhưngquitrìnhphứctạp,tiêu tốnlượnghố chấtkiềm,axit lớn,gânhiễmmơitrường(Nungvớikiềmởnhiệtđộcao,làmviệcvớidungdịchaxitHClđ ặc )nênviệctriểnkhaisảnxuấtởquymơlớn gặpnhiềukhókhăn Hiệnnaydocơngnghiệppháttriển,mộtsốcơsởcơngnghiệpvậtliệugốmsứtrongnư ớclạiđangphảinhậpkhẩukhoảnghàngnămvàingìntấnzirconit/ nămđểchếtạomenfritvàmensốngtrongkhinguồnsilicatzirconicủanướctasẵncó.Đểsửd ụngtàingunkhốngsảncóhiệuquảvàtạosựchủđộngchocácngànhsảnxuấtsứ,gạchchị ulửa….thìviệcsảnxuấtoxytzirconiđểphụcvụchonhucầutrongnướclàrấtcầnthiết.Tuyn hiênviệcchọncơngnghệsảnxuấtnàolàphùhợpvớiđiềukiệncủaViệtNamthìcầnphảinghi êncứutỉmỉvàcụthể.Dovậynăm2007BộCơngNghiệpnaylàBộCơngThươngđãgiaocho ViệnKhoahọcvàCơngnghệMỏLuyệnkimthựchiệnđềtài:“ Nghiêncứucơngnghệsảnxuất oxytzirconiZrO2bằngphươngphápphânhuỷchọnlọc” CHƯƠNGI.TỔNGQUAN 1.1.TÌNHHÌNHNGHIÊNCỨUVÀSẢNXUẤTTRONGVÀNGỒINƯỚC 1.1.1 Tìnhhìnhnghiêncứuởnướcngồi Ởn ướcn g o i đ ãtiếnh n h n g h i ê n cứu,sảnxuấtZrO2ở q u i môc ô n g ngh i ệp.Sảnlượngh n g nămướct í n h 0 ÷ 0 T [ ; ; ; ] v ớichấtlượng khácnhau:Từ75%÷99,5%chocácngànhcơngnghiệpsànhsứ,vậtliệuchịulửachođế nđiệntử,hạtnhân Cơngn g h ệtruyềnthốngá p dụngl p h â n huỷzirconv ớikiềm( N a O H , Na2C O3),CaOkếthợphồtáchvớiaxitclohidricHCl,axitsunfuricH2SO4.Gầnđâyở mộtsố n ướcc n g nghiệpn h ưNhậtBản,ẤnĐộn g h i ê n cứuc n g n g h ệphânhuỷchọnlọczi rconvớiCaO,CaO/ MgOvàđãthuđượcoxytzirconicóđộsạchtrên90%thậmtríđến98%[4,5] 1.1.2.Tìnhhìnhnghiêncứutrongnước Đãtriểnk h a i nhiêncứuc n g n g h ệsảnxuấto x y t z i r c o n i tạimộtsốn ơin h ư: P.70(ViệnKH&CNMỏLuyệnkim),ViệnXạhiếm[6,7]đãthuđượcsảnphẩmoxytzirconiZrO2c ó độsạch97÷ 98%.Tuynhiêndocácnghiêncứunàpdụngcơng nghệphânhuỷzirconvớikiề m(NaOH,Na2CO3)nêngặpnhữngk h ó khănkhisảnxuấtlớnnhư:Thiếtbịphứctạp(Phâ nhuỷ,hồtáchởnhiệtđộc a o , n ồngđ ộ axitclohiđricHClcao),chiphíh o chấtc a o , g â y ô nhiễmmôitr ườngdẫnđếng i t h n h sảnphẩmc a o V i ệcn g h i ê n c ứut ì m k i ếm c n g n g h ệđơngiản,ítgânhiễmmơitrường,dễtriểnkhaisảnxuấtlàmụctiêuđềtàiđặtra: - Nghiêncứuc h ọnđượcc ô n g n g h ệsảnxuấto x y t zirconik ỹt h u ậtcóc h ấtlượng vừaphải,đơngiản,thânthiệnvớimơitrường - Xâyd ựngq u i trìnhc n g n g h ệsảnx u ấto x y t zirconZ r O 2b ằngphươngp h p phânhuỷchọnlọc 1.2 CÔNGNGHỆSẢNXUẤTOXYTZIRCONI Oxytzirconi(ZrO2)vớichấtlượngkhácnhauđềuđượcsảnxuấttừsilicatz ir i–ZrO2.SiO2( z i r c o n ) Bảnchấtcủacơngnghệlàtổhợpcácqtrìnhhố họcđểtáchđioxytsilicSiO2k h ỏisilicatzirconi.Docónhiệtđộnóngchảycao,tr ơvềm ặthố họcnê noxytz irconikhơngb ịphânhuỷb ởidungdịchaxitha ykiềm.Tồnt ạimộtsốcơngnghệsảnxuấtZrO2chínhsau: 1.2.1 Phânhuỷsilicatzirconivớihợpchấtcủanatri Từlâ u ngườita thiê u tinh quặngv ớiNaOHđể nhậnđượcz irc ona t na t ri , nhiênngàynayngườitakhơngsửdụngphươngphápnàyvìkhithiêuNaOHb ốchơirấtđ ộc.ĐểthaythếngườitadùngNa2CO3.Phươngphápnàykhơnglàmơ nhiễmmơitrườngv d ễt ổchứcsảnxuấtl ớn.Sảnphẩmsauk h i thiêuđượcđ emhồtáchbằngnướcđểtách NaOHdưvàmộtphầnsilicatnatri.Sauđócót h ểđemhồtách bằngHCl hay H2SO 4theo ucầucủachấtlượngsảnphẩm.NếuđemhồtáchbằngHClthìtiếptheongườita sẽkếttinhoxycloruazirconiđ ể táchFe,Tivàcáctạpchấtkhác ZrO2.SiO2+ 4NaOH=Na2SiO3+ Na2ZrO3+ 2H2O (1)ZrO2.SiO2+ 4Na2CO3= Na2SiO3+ Na2ZrO3+ 2CO2 (2) Cáczirconatnatriđượctác hrabằnghoàta ntrong dungdịchaxitclohyđricHC l,axitsunfuricH2SO4: Na2ZrO3+ 4HCl=ZrOCl2+ N a C l +2H2O (3)Na2ZrO3+ 2H2SO4= ZrOSO4+Na2SO4+ 2H2O PhươngphápcơngnghệphânhuỷzirconvớiNaOH(Na2CO3)cóưuđiểmt h u đ ượcZrO2có chấtl ượngc a o , đ ápứ ngc h o c c n g n h k ỹthuậtk h c n h a u Tuynhiên phươngphápnàycịntồntạimộtsốnhượcđiểm: Tiêutốnmộtlượngkiềm(NaOH,Na2CO3)hayaxitHCl,H2SO4,khálớn Nấuchảyzirconvớikiềmkhơngnhữnggâyănmịnchovậtliệuchứamàc ị n gây ơnhiễmmơitrườngdohơikiềmbốcradướinhiệtđộcao QtrìnhhồtáchtrongmơitrườngaxitHCl,H2SO4đặcvànhiệtđộcaolàtrởngạ ichothaotáccũngnhưvậtliệuchếtạocácthiếtbịhồtách (4) Sơđ n g u y ê n l ý c ô n g n g h ệphânh u ỷzirconvớikiềm( N a O H , Na2CO3)n h ưhình2(Trang10) 1.2.2 Thiêuvớiflosilicatkali o Ngườitathiêuởnhiệtđộkhoảng650÷700 CcóthêmphốiliệuKCl.Sảnphẩmsa o o ukhithiêuđượchồtáchbằngHCl1%ở85 C.Dungdịchđượcgiữở8 Cvàđểlắng.P hầndungdịchtrongđượclấyralàmlạnhđểkếttinhK2ZrF6.Quacáctàiliệuthamkhảo ngườitađãtáchđượctrên80%zirconirakhỏidung dịchbằngcáchkếttinhK2ZrF6.Phươngphápnàythườngđượcứngdụngđểsảnxuấtk i m loạiz i r c o n i d ù n g trongc ô n g nghiệpn g u y ê n tử.D o đ ộ t a n khácn h a u củaK2ZrF 6v K2HfF6n g ườitacóthểtáchsơbộHfrakhỏiZr 1.2.3 Cloruahốtrựctiếp: Trênthựct ếngườitađ ãc l o r u a h o t r ựctiếpt i n h quặngz i r c o n đ ãđ ợ ct r ộn o vớithanvàđãchokếtquảtốt.Qtrìnhcloruahốđượcthựchiệnở900÷1000 C.Qtr ìnhđịihỏiphảicấpnhiệttốt.Cóhaiphươngáncungcấpnhiệt:M ộtlàcấpnhiệttừbên ngồi,hailàphốiliệuthannhiềuhơndựtínhbanđầu.T r o n g cơngnghiệpngườitach ọnphươngánhailàphốiliệuthanđến25÷30% 1.2.4.Hồnnguntinhquặng bằngthanrồisauđócloruahốcacbonzirconi: Đểkhắc phục cácnhượcđiểm củaphươngphápcloruahố o trựctiếp o ngườitađãthiêuhồnnguntinhquặngzirconbằngthanởnhiệtđộ1900 C÷2000 Ctạoca cbuazirconi.Từđótanhậnđượcsảnphẩmgiàuzirconichoqtrìnhcloruahố 1.2.5 Phânhuỷtronglịplazma: Gầnđâyở mộtsốnướcnhưMỹ,Nhậtđãpháttriểnmộtsốphươngphápcơngnghệtiê ntiếnđểsảnxuấtoxytzirconinhư:Nấuchảyzircontronglịplazma.Cáccơng nghệnàyđềuđịi hỏithiếtbịtiên tiến,hiệnđại, khó cóthểtiếpcậnđược 1.2.6 PhươngphápcơngnghệphânhuỷchọnlọcvớiCaO Khic h o đ ủ l ượngv ô i ( C a O ) đ ể chuyểnh o c ảZrO2v SiO2sẽxảyr a phảnứn g(5)&(6): ZrO2.SiO2+ 2CaO=CaZrO3+ CaSiO3 (5) ZrO2.SiO2+ 3CaO→CaZrO3+ CaSiO4 (6) o 1400 C.Điềuđóchứngtỏhiệusuấtphânhuỷ(TáchSiO2)ởnhiệtđộnàyxảyrat h e o chiề utạorametasilicatcanxivàmo oxytzircondẫnđếnhiệusuấttáchSiO2cũngtăngcaovàđạtđỉnhở1400 C.MẫuXRDsả nphẩmsauhồtáchvớiaxit clohiđriclỗng(HCl5%)vànatrihyđroxytlỗng(NaOH2%)xuấthiệnchủyếup h a mZrO2( H ì n h 7,8,9) o Theo[1]khiphânhuỷở1500 Cxảyraphảnứng: CaSiO3+ CaSiO4 Ca3Si2O7 (13) Ca3Si2O7+ ZrO2 Ca3ZrSi2O9 (14) Hayphảnứngtổnghợp: 5ZrSiO4+ 7CaO=CaSiO3+ 3ZrO2+ 2Ca3ZrSi2O9 (15) HợpchấtCa3ZrSi2O9rấtk h ó tant r o n g a x i t clohiđricl o ã n g , n ó đ ãl m gi ảmhiệusuấttáchSiO2 Từcáckếtquảthínghiệmchothấytỷlệphốiliệulà1,2chokếtquảtốtnhất