Quặng titan

Quặng titan Titan hợp chất titan sử dụng nhiều kinh tế quốc dân Hợp kim titan có tỷ trọng thấp, độ bền chống mài mòn tốt, nhiệt độ nóng chảy cao độ dai cao nhiệt độ khoảng 600°C Chúng trở thành vật liệu quan trọng thiếu ngành hàng không thay dần hợp kim thép không gỉ (trong động phản lực, phận hạ cánh phận khác máy bay) Hợp kim titan sử dụng thiết bị trao đổi ion lò phản ứng hạt nhân thiết bị cần độ bền chống ăn mòn cao Ngoài ra, người ta sử dụng hợp kim để chế tạo lắp ráp phận giả thể người, mỏm xương đùi >> Quặng nhôm Trong hợp chất titan bột màu titan đioxyt TiO2 sử dụng nhiều ngành sơn có khả chịu thay đổi khắc nghiệt khí hậu nhiệt đới, độc tính, bền màu bền hóa học, lại có độ phản chiếu cao TiO2 dùng làm phụ gia công nghiệp chế tạo sợi, chất dẻo, săm lốp ôtô, công nghiệp giấy, nhuộm in màu, ngành dược, gốm sứ, vật liệu chịu lửa, thuỷ tinh, công nghiệp điện tử v.v Titan chiếm 0,57% khối lượng vỏ trái đất, phân phối rải rác tồn hàm lượng nhỏ, việc tinh chế để làm giàu quặng gặp nhiều khó khăn Có 80 khoáng vật chứa titan, nhiên phần lớn gặp thiên nhiên, có ilmenit rutil loại khoáng chủ yếu Trong sa khoáng chứa titan, ilmenit có nhiều khoáng vật có ích kèm khác, đặc biệt zircon ZrSiO4 Bột zircon có giá trị kinh tế cao, thường dùng công nghiệp men sứ, luyện kim, điện tử hóa chất I TIỀM NĂNG QUẶNG TITAN CỦA VIỆT NAM Nước ta có nguồn tài nguyên sa khoáng titan đáng kể Trữ lượng thăm dò đánh giá khoảng hàng chục triệu ilmenit, nằm dọc ven biển tỉnh Quảng Ninh, Thanh Hóa, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế, Bình Định, Bình Thuận Những tỉnh có trữ lượng lớn Hà Tĩnh, Thừa Thiên - Huế, Bình Định, Bình Thuận Nếu so sánh mặt tiềm tài nguyên trữ lượng ilmenit-zircon Việt Nam chiếm khoảng 5% trữ lượng toàn giới Hàm lượng khoáng vật có ích quặng titan Việt Nam là: ilmenit 20-200 kg/m3, zircon 20-50 kg/m3, rutil 5-10 kg/m3 lượng đáng kể monazit Thành phần khoáng vật quặng sa khoáng titan ven biển chủ yếu ilmenit, zircon, rutil, anataz, lơcoxen, monazit, manhetit khoáng vật không quặng chủ yếu cát thạch anh Ở phần lớn mỏ, quặng titan chủ yếu (trên 80%) dạng hạt mịn (0,05-0,15 mm) Tổng trữ lượng zircon kèm quặng titan ước tính khoảng 0,5 triệu Ở nước ta phát 66 tụ khoáng điểm quặng titan Quặng giàu phát tụ khoáng Cây Châm điểm quặng Nà Hoe Tụ khoáng Cây Châm nằm huyện Phú Lương, cách Thái Nguyên 20 km, phát từ năm 1963 Quặng phân thành ba loại bậc cao, bậc trung bình bậc thấp theo hàm lượng ilmenit Quặng bậc cao có thành phần sau: TiO2 = FeO 15 - 30% = 23,25% Fe2O3 = 2,89% V2O5 = 0,12 - 0,25% SiO2 = 16,7% Al2O3 = 3,8% MgO = 0,26% CaO = Cr2O3 = 1,18% 0,045% Dự đoán trữ lượng tụ khoáng 4,83 triệu ilmenit Số lại đánh giá sơ dự báo khoảng 15 triệu ilmenit Titan sa khoáng lục địa phát vài điểm Ở Cổ Lãm đánh giá trữ lượng 0,36 triệu ilmenit Ở tụ khoáng Sơn Đầu, Quảng Đàm đánh giá khoảng 2-3 triệu Titan sa khoáng ven biển nguồn cung cấp titan chủ yếu Các tụ khoáng có giá trị công nghiệp tập trung chủ yếu Trung Bộ từ Thanh Hóa đến Bình Thuận Chúng tập trung khu vực sau: - Vùng duyên hải Đông bắc Bắc có tổng trữ lượng khoảng 90 ngàn (tính theo TiO2) - Vùng ven biển Hải phòng - Thái bình - Nam Định : vùng khoáng vật chủ yếu ilmenit, có zircon, rutil, monazit Dự báo có khoảng 11 ngàn ilmenit, ngàn zircon - Vùng ven biển Thanh Hóa: sa khoáng vùng có quy mô nhỏ, song hàm lượng tương đối giàu -Vùng ven biển Nghệ An - Hà Tĩnh : vùng có tiềm quặng sa khoáng titan Ơ vùng hàm lượng ilmenit thay đổi từ 20-147kg/m3 Tổng trữ lượng vùng đánh giá khoảng triệu ilmenit 322 ngàn zircon - Vùng ven biển Quảng Bình-Quảng Trị: Trữ lượng ilmenit vùng khoảng 348,7 ngàn Tài nguyên cấp P1 tính cho ilmenit 46,2 ngàn - Vùng ven biển Thừa Thiên - Huế : Trữ lượng tài nguyên 2.436 ngàn ilmenit, 510 ngàn zircon, ngàn monazit Thành phần tinh quặng sản xuất tiêu thụ: TiO2 : 52,5% FeO : 28 - 29% Fe2O3 : 12,8% Rutil : TiO2 80 - 90% Zircon : ZrO2 55 - 59% - Vùng ven biển Bình Định - Phú Yên - Khánh Hoà: vùng hàm lượng ilmenit thông thường đạt 40 kg/m3, cá biệt đến gần 200 kg/m3 Tụ khoáng Đề Gi thuộc Bình Định có trữ lượng ilmenit khoảng 1.571,18 ngàn tấn, rutil 1,98 ngàn Tụ khoáng Cát Khánh tỉnh Khánh Hoà có tài nguyên trữ lượng khoảng triệu ilmenit, 52 ngàn zircon - Vùng ven biển Ninh Thuận - Bình Thuận : Theo thông báo Tổng Công ty Khoáng sản Việt Nam, tổng trữ lượng ilmenit Bình Thuận triệu tấn, trữ lượng có khả khai thác triệu Đặc điểm vùng sa khoáng tập trung, tương đối nguyên vẹn, hàm lượng zircon quặng cao II THỰC TRẠNG KHAI THÁC VÀ SẢN XUẤT Tình hình khai thác sản xuất Trước đây, quặng titan tận thu từ xí nghiệp sản xuất thiếc sản phẩm phụ cộng sinh, tập trung xí nghiệp thiếc Tĩnh Túc (Cao Bằng), Sơn Dương (Tuyên Quang) Những năm 1978-1984, sản lượng tinh quặng ilmenit đạt khoảng 500600 tấn/năm với hàm lượng 46-48% TiO2 Trước năm 1990, nước ta chưa hình thành ngành khai thác chế biến sa khoáng titan Có số địa phương khai thác thủ công quặng giàu (khoảng 85% khoáng vật nặng) để cung cấp cho nhu cầu sản xuất que hàn nước Từ năm 1991 trở lại đây, ilmenit với sản phẩm kèm khác zircon, rutil khai thác từ sa khoáng với sản lượng ngày tăng, từ 2000 (năm 1987) lên đến 150.000 (năm 2000), với 10.000 zircon/ năm Tinh quặng titan chủ yếu xuất Khu mỏ Hà Tĩnh khai thác quặng titan với công suất 100.000 tấn/năm Vùng mỏ Bình Định khai thác với công suất 50.000 tấn/năm Vùng Bình Thuận khai thác với tổng sản lượng 30.000 tấn/năm Các vùng khác Thừa Thiên - Huế, Phú Yên khai thác với quy mô công nghiệp, sản lượng khai thác 30.000 tấn/năm Từ năm 1990 Thừa Thiên-Huế, Hà Tĩnh, Bình Thuận bắt đầu khai thác chế biến để cung cấp quặng tinh cho sản xuất que hàn nước xuất Tỉnh Bình Thuận xây dựng nhà máy để sản xuất hai loại sản phẩm từ quặng titan bột màu TiO2 bột zircon siêu mịn Các sản phẩm đồng hành rutil nhân tạo, TiCl4 , sản xuất tuỳ theo yêu cầu kinh doanh nằm dây chuyền công nghệ Dự kiến, nhà máy sản xuất TiO2 phương pháp clo hóa đạt công suất 5.000 TiO2/năm vào năm 2005 đạt công suất thiết kế 10.000 TiO2 /năm vào năm 2010, sau năm 2010 nâng công suất lên 20.000 tấn/năm Đồng thời, nhà máy sản xuất bột zircon siêu mịn đạt công suất giai đoạn đầu 5.000 tấn/năm, đến năm 2010 nâng công suất lên 10.000 tấn/năm Công nghệ khai thác Công nghệ khai thác nước ta chủ yếu khai thác thủ công, chọn lọc lớp quặng giàu 80 - 85% khoáng vật nặng Một số sở khai thác thủ công đưa tuyển bàn đãi, máng thủ công tách cát thu hồi khoáng vật nặng Sau tuyển tinh quặng máy tuyển từ, tuyển điện - bàn đãi thu loại sản phẩm : quặng tinh ilmenit có hàm lượng 52% TiO2, quặng tinh zircon có 55-60% ZrO2, rutil, anataz đạt đến 85% TiO2 Từ năm 1995 sở khai thác ta áp dụng công nghệ khai thác giới máy xúc - máy gạt, xúc lật tập trung quặng cụm tuyển Giai đoạn mức độ giới hóa lớn việc khai thác tạo liên hoàn khai thác - tuyển - thu sản phẩm - xuất Quặng tuyển có hàm lượng TiO2 = 50 - 52% Các phương pháp làm giàu quặng titan Để điều chế titan kim loại hợp chất titan, công nghiệp người ta thường áp dụng hai phương pháp: phân hủy axit (thường sử dụng H2SO4) clo hóa Phương pháp phân hủy axit thích hợp với quặng ilmenit, phương pháp clo hóa thích hợp cho loại quặng Vì ilmenit có chứa nhiều sắt nên công nghiệp người ta áp dụng phương pháp thích hợp để khử bớt sắt số tạp chất khác, nâng cao hàm lượng TiO2 quặng Đó phương pháp điện nấu chảy khử ilmenit cacbon Sản phẩm thu xỉ titan gang Hiện nay, giới người ta tìm phương pháp hiệu để chế biến sơ quặng titan Vấn đề trở nên thiết nhu cầu rutil ngày tăng để sử dụng trực tiếp điều chế TiCl4 Một số phương pháp tìm là: - nung tinh quặng ilmenit lò plasma - nung tinh quặng ilmenit lò tầng sôi 500oC, nung khử hyđro 900oC, sau xử lý dung dịch HCl để tách sắt phần lớn tạp chất Phương pháp cho phép sản xuất rutil tổng hợp có hàm lượng 95% TiO2 - nung khử chọn lọc than gỗ muội than 1100 - 1150oC, nghiền tuyển từ để tách sắt - thủy clo hóa chọn lọc ilmenit hỗn hợp khí HCl không khí 700oC, cho phép thu sản phẩm giàu đến 94 - 95% TiO2 Công nghệ sản xuất TiO2 Trên giới nay, công nghệ sản xuất TiO2 thường theo phương pháp : phương pháp H2SO4 phương pháp clo hóa Xu hướng sản xuất theo phương pháp clo hóa ngày tăng phương pháp có nhiều ưu điểm hơn, lại góp phần giải vấn đề cân clo sản xuất xút-clo a/ Phương pháp axít sunfuric: Quy trình kỹ thuật gồm giai đoạn - Phân huỷ quặng H2SO4 - Tách sunfat sắt - Thuỷ phân titanyl sunfat - Nung để thu sản phẩm Mức độ phân huỷ quặng phụ thuộc nhiều vào cỡ hạt, nồng độ axít, lượng axít nhiệt độ phân hủy b/ Phương pháp clo hóa: Quy trình kỹ thuật gồm giai đoạn - Làm giàu quặng - Điều chế TiCl4 - Tinh chế TiCl4 - Điều chế TiO2 Mục đích làm giàu quặng titan loại bỏ thành phần sắt có quặng, không giải triệt để trình clo hóa gặp nhiều khó khăn : hao tổn khí clo, trình tinh chế phức tạp Để làm giàu quặng, áp dụng hai phương pháp là: phương pháp nung khử phương pháp hóa học Sau làm giàu quặng, người ta điều chế TiCl4 cách clo hóa quặng làm giàu Có cách clo hóa sau: clo hóa phối liệu đóng bánh, clo hóa muối nóng chảy clo hóa tầng sôi Tiếp theo, người ta tinh chế TiCl4 để loại tạp chất cách tinh luyện Sau nung TiCl4 900 - 1000oC Hiện nay, giới nước có công nghiệp hóa chất phát triển sản xuất TiO2 theo phương pháp clo hóa, sản phẩm có chất lượng cao Bột màu TiO2 điều chế theo phương pháp clo hóa dạng rutil chịu thay đổi khí hậu, độ trắng cao, sản phẩm đạt chất lượng sau: TiO2 93% Tỷ trọng 4,0 pH 7,5 Cỡ hạt 0,19 mm Gần nhất, công ty Altair International (Mỹ) đưa quy trình để sản xuất bột màu TiO2 Quy trình Altair coi bước đột phá quan trọng lĩnh vực sản xuất TiO2 có tiềm áp dụng chủ yếu cho nhà máy quy mô nhỏ Quy trình Altair có khả thay đổi ngành công nghiệp sản xuất bột màu titan nhờ ưu điểm sau: - chi phí vận hành thấp - giảm xuống tối thiểu lượng phế thải gây ô nhiễm môi trường tuần hoàn lại toàn phụ gia hóa chất quy trình - sử dụng lượng cách hiệu công đoạn chiết tinh chế thực nhiệt độ thấp - tiêu hao hóa chất thấp thu hồi tái sử dụng tác nhân axit - cho phép sử dụng nguyên liệu giá rẻ ( quặng nghèo) - sản xuất TiO2 dạng rutil anatas Quy trình kết hợp độc đáo quy trình có, sử dụng thiết bị dễ chế tạo có khả sản xuất bột màu TiO2 với cỡ hạt đồng đều, sản phẩm sử dụng ứng dụng có đòi hỏi khắt khe vật liệu Quy trình đạt hiệu kinh tế nhà máy công suất nhỏ nhà máy thông thường (100.000 tấn/năm), nhờ giảm chi phí đầu tư xây dựng nhà máy cho phải xây dựng nhà máy quy mô nhỏ bên cạnh mỏ quặng titan Về hiệu kinh tế, so sánh quy trình sản xuất TiO2 sau: Quy trình H2SO4 Chi phí đầu tư (USD) cho sản phẩm 3400 Công suất (tấn / năm) Chi phí vận hành (USD/ tấn) 100.000 1500 Clo hóa 3000 100.000 1325 Altair 3400 25.000 1200 III TÌNH HÌNH THỊ TRƯỜNG Nhìn chung, nhu cầu thị trường giới sản phẩm từ ilmenit zircon gia tăng đặn vài thập niên qua Dự báo, thập kỷ tới nhu cầu hai sản phẩm gia tăng mức - 2,5%/năm Nhu cầu sản phẩm titan giới Theo thống kê, nhu cầu giới sản phẩm titan sau: - ilmenit (tính theo TiO2): - triệu tấn/năm - bột màu TiO2 : 4,5 - 5,5 triệu tấn/năm - rutil nhân tạo : 300.000 tấn/năm - xỉ titan : 900.000 tấn/năm Trữ lượng quặng titan giới ước tính khoảng 690 triệu (tính theo TiO2), rutil 151,1 triệu tấn, ilmenit 537 triệu Trữ lượng titan tập trung chủ yếu nước : Liên xô (cũ), Canađa, Na Uy, Mỹ, Ấn Độ, Ôxtrâylia Những nước khai thác quặng titan lớn Ôxtrâylia, Mỹ, Na Uy, ấn Độ Sản lượng khai thác số nước khu vực sau (đơn vị : ngàn TiO2) : 1992 1993 1994 Auxtralia 1161,1 1154,9 1218,3 Châu Phi 930,1 940,4 795,7 Châu Mỹ 779,6 699,6 789,6 Châu Âu 319,7 317,3 368,2 Châu Á 228,9 236,7 236,7 Liên Xô (cũ) 230,0 230,0 230,0 Tình hình sản xuất TiO2 giới phân bố sản xuất khu vực sau: Công suất phân bố khu vực (tấn/năm) Bắc Mỹ Tây Âu Châu Á - TBD Dupon 819.000 ICI 50.000 440.000 58.000 SCM Chemical 307.000 119.000 79.000 Các khu vực khác 90.000 45.000 Kronos 120.000 270.000 Tình hình sản xuất titan xốp giới có xu hướng giảm vào năm đầu thập niên 90 Nhưng sản xuất titan Nhật Bản không ngừng tăng: năm 1995 Nhật Bản đạt sản lượng titan xốp 15.715 tấn, năm 1996 đạt khoảng 20.000 Sản lượng titan năm 1995 9.050 năm 1996 9.200 Nhu cầu sử dụng TiO2 giới ngày tăng Năm 1997 nhu cầu TiO2 toàn cầu 3,5 triệu Năm 2000 3,9 triệu đến năm 2005 4,3 - 4,5 triệu thị trường Bắc Mỹ 37%, Châu Âu 31%, Châu Á 21%, Mỹ La tinh 6%, Trung Đông Châu Phi 5% Nhu cầu nước: Ở Việt Nam, ngành công nghiệp nước sơn, cao su, nhựa, gốm sứ, hóa chất chế tạo que hàn có nhu cầu sản phẩm từ quặng ilmenit Nhu cầu hàng năm sau: - Bột màu TiO2: nhu cầu khoảng 10.000 tấn/năm, dự báo tăng đến 20.000 tấn/năm thời gian tới - Ilmenit rutil làm que hàn: nhu cầu khoảng 15.000 tấn/năm - Bột zircon: nhu cầu khoảng 5.000 - 10.000 tấn/năm Dự báo nhu cầu sử dụng khoáng sản titan đến năm 2010 120.000 tấn/năm Dự báo kế hoạch sản lượng quặng tinh ilmenit đến năm 2010 290.000 tấn/năm Trong năm 1983 - 1987, số sở nước tiến hành thử nghiệm chế biến ilmenit, zircon quy mô pilot để tạo sản phẩm xỉ titan, rutil nhân tạo, TiO2, thực tế chưa có sở thực sản xuất sản phẩm Đây thị trường hấp dẫn bỏ ngỏ Việt Nam 3 Những yếu tố khách quan chủ quan tác động đến sản phẩm TiO2 Công nghệ sản xuất TiO2 giới mức cao, giá thành sản phẩm thấp, chất lượng sản phẩm cao, phù hợp cho nhiều mục đích Ở nước ta chưa có công nghệ sản xuất sản phẩm này, có nguồn quặng phong phú chất lượng tốt Chúng ta có axít sunfuric, có clo, nguyên liệu đảm bảo Nhưng thiếu công nghệ trang thiết bị Hơn sản phẩm chưa Nhà nước quan tâm mức IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nước ta có nguồn quặng titan với trữ lượng lớn chất lượng tốt Nhu cầu sử dụng sản phẩm bột màu TiO2 nước ngày tăng, tất ngành kinh tế phát triển mạnh Chúng ta nên đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất TiO2 theo phương pháp clo hóa, công nghệ tiên tiến, chất lượng sản phẩm cao, dây chuyền sản xuất liên tục Không nên để tiếp tục tình trạng khai thác quặng để xuất nhập sản phẩm Đồng thời, cần xây dựng đội ngũ cán khoa học kỹ thuật có đủ trình độ để tiếp cận công nghệ Đối với công tác nghiên cứu khoa học lĩnh vực bột màu TiO2: Ở nước ta, công nghệ sản xuất bột màu TiO2 nghiên cứu nhiều năm trước đây, sản phẩm chưa đạt yêu cầu độ trắng độ mịn Trước mắt, cần đầu tư tập trung vào số vấn đề sau: - Nghiên cứu sản phẩm TiO2 cho ngành sơn - Nghiên cứu sản phẩm TiO2 cho ngành giấy - Nghiên cứu sản phẩm TiO2 đạt yêu cầu cho cao su Còn sản phẩm đòi hỏi công nghệ cao giải dần sau [...]... 119.000 79.000 Các khu vực khác 90.000 45.000 Kronos 120.000 270.000 Tình hình sản xuất titan xốp trên thế giới có xu hướng giảm vào những năm đầu thập niên 90 Nhưng trong khi đó sản xuất titan ở Nhật Bản không ngừng tăng: năm 1995 Nhật Bản đạt sản lượng titan xốp là 15.715 tấn, năm 1996 đạt khoảng 20.000 tấn Sản lượng titan tấm năm 1995 là 9.050 tấn và năm 1996 là 9.200 tấn Nhu cầu sử dụng TiO2 trên thế... các sản phẩm đi từ quặng ilmenit Nhu cầu hàng năm như sau: - Bột màu TiO2: nhu cầu hiện nay khoảng 10.000 tấn/năm, dự báo sẽ tăng đến 20.000 tấn/năm trong thời gian tới - Ilmenit và rutil làm que hàn: nhu cầu khoảng 15.000 tấn/năm - Bột zircon: nhu cầu khoảng 5.000 - 10.000 tấn/năm Dự báo nhu cầu sử dụng khoáng sản titan đến năm 2010 là 120.000 tấn/năm Dự báo kế hoạch sản lượng quặng tinh ilmenit đến... chưa có công nghệ sản xuất sản phẩm này, nhưng chúng ta có nguồn quặng khá phong phú và chất lượng tốt Chúng ta có axít sunfuric, có clo, vì vậy về nguyên liệu chúng ta có thể đảm bảo được Nhưng chúng ta thiếu công nghệ và trang thiết bị Hơn nữa sản phẩm này chưa được Nhà nước quan tâm đúng mức IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nước ta có nguồn quặng titan với trữ lượng lớn và chất lượng tốt Nhu cầu sử dụng sản... lượng quặng tinh ilmenit đến năm 2010 là 290.000 tấn/năm Trong những năm 1983 - 1987, một số cơ sở trong nước đã tiến hành thử nghiệm chế biến ilmenit, zircon ở quy mô pilot để tạo ra các sản phẩm như xỉ titan, rutil nhân tạo, TiO2, nhưng trên thực tế chưa có cơ sở nào thực sự sản xuất ra các sản phẩm này Đây là một thị trường hấp dẫn nhưng hiện còn bỏ ngỏ ở Việt Nam 3 Những yếu tố khách quan và chủ... nên đầu tư xây dựng một nhà máy sản xuất TiO2 theo phương pháp clo hóa, vì đây là công nghệ tiên tiến, chất lượng sản phẩm cao, dây chuyền sản xuất liên tục Không nên để tiếp tục tình trạng khai thác quặng để xuất khẩu và nhập khẩu sản phẩm Đồng thời, chúng ta cần xây dựng đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật có đủ trình độ để tiếp cận công nghệ này Đối với công tác nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực bột ... monazit, manhetit khoáng vật không quặng chủ yếu cát thạch anh Ở phần lớn mỏ, quặng titan chủ yếu (trên 80%) dạng hạt mịn (0,05-0,15 mm) Tổng trữ lượng zircon kèm quặng titan ước tính khoảng 0,5 triệu... phát 66 tụ khoáng điểm quặng titan Quặng giàu phát tụ khoáng Cây Châm điểm quặng Nà Hoe Tụ khoáng Cây Châm nằm huyện Phú Lương, cách Thái Nguyên 20 km, phát từ năm 1963 Quặng phân thành ba loại... lượng khoáng vật có ích quặng titan Việt Nam là: ilmenit 20-200 kg/m3, zircon 20-50 kg/m3, rutil 5-10 kg/m3 lượng đáng kể monazit Thành phần khoáng vật quặng sa khoáng titan ven biển chủ yếu ilmenit,