Khảo sát quá trình tách sắt từ quặng ilmenit hà tĩnh để làm nguyên liệu cho quá trình điều chế các hợp chất của titan

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN THỊ SÁU KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TÁCH SẮT TỪ QUẶNG ILMENIT HÀ TĨNH ĐỂ LÀM NGUYÊN LIỆU CHO QUÁ TRÌNH ĐIỀU CHẾ CÁC HỢP CHẤT CỦA TITAN Chuyên ngành: Công nghệ chất vô LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CÁC CHẤT VÔ CƠ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TSKH LA VĂN BÌNH Hà Nội – Năm 2010 Luận văn cao học Trần Thị Sáu LỜI CÁM ƠN Em xin chân thàn cảm ơn GS.TSKH La Văn Bình - người thầy để lại em nhiều ấn tượng sâu sắc lòng nhiệt thành, tận tâm thái độ làm việc nghiêm túc, khoa học Em xin chân thành cảm ơn khoa Cơng nghệ Hóa học – Đại học Bách khoa Hà Nội, đặc biệt thầy tổ mơn Hóa vơ tạo thuận lợi cho em q trình nghiên cứu hồn thiện luận văn Tơi xin bày tỏ lịng lịng biết ơn sâu sắc người thân gia đình Ln bên động viên, chia sẻ tạo điều kiện thuận lợi mặt vật chất lẫn tinh thần suốt thời gian học tập nghiên cứu Cảm ơn tất đồng nghiệp nhiệt tình động viên, giúp đỡ tơi sống trình học tập vừa qua Một lần xin chân thành cảm ơn! Phú Thọ, ngày 20 tháng 10 năm 2010 Tác giả luận văn Trần Thị Sáu Luận văn cao học Trần Thị Sáu MỤC LỤC Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt………………………………………….6 Danh mục bảng……………………………………………………… ………7 Danh mục hình vẽ đồ thị………………………………………………….9 MỞ ĐẦU ………………………………………………………………… ……11 Chương TỔNG QUAN ………………………………………………… ……13 1.1 Giới thiệu chung ………………………………………………………… 13 1.1.1 Tính chất hóa học TiO2 ……………………………………………….14 1.1.2 Tính chất vật lý TiO2 ………………………………………………….15 1.1.4 Ứng dụng TiO2 ……………………………………………………… 19 1.2 Trữ lượng thành phần hóa học số quăng ilmenit giới Việt Nam ……………………………………………………….20 1.3 Tình hình khai thác chế biến quặng titan Việt Nam ……………….22 1.4 Các phương pháp sản xuất titan dioxit ………………………………… 25 1.4.1 Phương pháp truyền thống xử lý quặng ilmenit để sản xuất titan dioxit ….25 1.4.2 Quá trình nung khử công nghệ chế tạo sản phẩm titan …………30 1.5 Nhận xét chung phương pháp xử lý quặng ilmenit có …… .49 1.6 Lựa chọn xử lý tinh quặng luận văn……………………………… 50 1.7 Đối tượng nghiên cứu …………………………………………………… 50 1.8 Mục tiêu luận văn …………………………………………………… 50 1.9 Nội dung nghiên cứu luận văn ……………………………………… 50 Chương THỰC NGHIỆM……………………………………………………52 2.1 Thiết bị -dụng cụ - hóa chất……………………………………………… 52 2.1.1 Thiết bị …………………………………………………………………….52 2.1.2 Dụng cụ …………………………………………………………… …… 52 2.1.3 Hóa chất ………………………………………………………………… 52 2.2 Phương pháp nghiên cứu ………………………………………………….53 2.2.1 Nghiên cứu đặc điểm tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh than gỗ …………….53 2.2.2 Nghiên cứu trình nung khử tinh quặng ilmenit Hà tĩnh ………………53 Luận văn cao học Trần Thị Sáu 2.2.3 Nghiên cứu trình tách sắt ilmenit hồn ngun ………………….54 2.2.4 Các phương pháp phân tích ……………………………………………… 55 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………………………………… … 61 3.1 Nghiên cứu tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh … …………………………… 61 3.2 Nghiên cứu đặc điểm than gỗ ………………………………………….63 3.3 Khảo sát trình nung khử tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh ………… …63 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất trình nung khử ….… 64 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng CaCO3 Na2CO3 đến hiệu suất trình nung khử ……………………………………………………… 65 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng than gỗ đến hiệu suất trình nung khử ………………………………………………………………… 67 3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian nung đến hiệu suất trình nung khử ………………………………………………………………… 69 3.3.5 Khảo sát ảnh hưởng kích thước hạt than đến hiệu suất trình nung khử ………………………………………………………………… 70 3.3.6 Khảo sát ảnh hưởng phương pháp chuẩn bị phối liệu đến hiệu suất trình nung khử …………………………………………………….72 3.4 Khảo sát q trình tách sắt kim loại khỏi ilmenit hồn nguyên ……… 73 3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ lỏng/rắn đến hiệu suất tách Fe(0) … .74 3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng kích thước hạt ilmenit hoàn nguyên đến hiệu suất tách Fe(0) ………………………………………………… 76 3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất tách Fe(0) 77 3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng việc thay dung dịch đến hiệu suất tách Fe(0)………………………………………………………………… 79 3.4.5 Khảo sát ảnh hưởng việc không thay dung dịch đến hiệu suất trình tách Fe(0)…………………………………………………….80 3.4.6 Khảo sát loại sắt cịn lại ilmenit hoàn nguyên HCl 10% .81 3.4.7 Xác định thành phần hóa học ilmenit hồn ngn sau tách Fe 82 3.5 Tổng hợp điều kiện tối ưu giai đoạn tách sắt Luận văn cao học Trần Thị Sáu khỏi tinh quặng ilmenit Hà tĩnh …………………………………………83 3.6 Xây dựng quy trình công nghệ nung khử, tách sắt khỏi tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh với quy mơ phịng thí nghiệm ……… .85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………………… 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………….89 PHỤ LỤC……………………………………………………………………… 91 Luận văn cao học Trần Thị Sáu DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu, từ viết tắt Giải nghĩa B, C1, C2, P1 Các cấp độ tìm kiếm thăm dị, đánh giá trữ lượng tài ngun CTKS Cơng ty khống sản CTTNHH Cơng ty trách đầu tư, trình độ công nghệ, hiệu kinh tế sản phẩm cụ thể - Quá trình chế biến sâu theo phương pháp giảm chi phí dễ đảm bảo môi trường nhiều so với áp dụng phương pháp truyền thống Những kết thu luận văn cho phép đề xuất sơ đồ công nghệ sau (hình 25) để thu sản phẩm ilmenit hồn ngun chứa 85% TiO2 7,87% Fe2O3 Q trình thực sau: Phối liệu gồm tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh, 20% than gỗ kích thước 0,008 mm, 0,5% Na2CO3 (hàm lượng than gỗ Na2CO3 tính theo lượng tinh quặng ilmenit) trộn máy trộn khoảng 15 phút, phối liệu sau trộn nén chặt, sau thực nung khử Q trình nung khử nhiệt độ 1100oC 2,5 Để nguội sau lấy sản phẩm khỏi lị, loại bỏ hết than nước, gạn lấy ilmenit hoàn nguyên, sấy khơ, nghiền nhỏ đến kích thước 0,097mm sau thực q trình oxihóa để tách Fe(0) 55oC, dung dich NH4Cl 0,5% pH = với tỷ lệ lỏng/rắn 7/1, có sục khơng khí giờ, sau phản ứng thay dung dịch Việc tách sắt hydroxit kết tủa khỏi dung dịch cách gạn, sau tiến hành rửa để loại bỏ NH4Cl, sấy nung để thu sản phẩm bột màu Fe2O3 Ilmenit hoàn nguyên sau tách sắt rửa để loại bỏ NH4Cl, sấy khô 110oC, sau nghiền nhỏ đến kích thước 0,080 mm tiếp tục phản ứng với HCl 10% với tỷ lệ lỏng/rắn 5/1 Sau phản ứng ilmenit hồn ngun rửa để loại bỏ HCl, sấy khơ 110oC Sản phẩm ilmenit hoàn nguyên thu chứa 85% TiO2 7,87% Fe2O3 85 Luận văn cao học Trần Thị Sáu Than gỗ 0,080mm (20%) Ilmenit Na2CO3 (0,5%) Nghiền, trộn, nén chặt Nung khử 1100oC 2,5 Loại bỏ than, sấy nghiền đến kích thước 0,097mm Khơng khí Dung dịch NH4Cl 0,5% o Oxi hóa có mặt chất xúc tác NH4Cl L /R= 7/1, 55 C H2 O Hydroxit sắt Sấy, nung Gạn, lọc rửa Sấy, nghiền ilmenit đến kích thước 0,080 mm Phản ứng với HCl 10% HCl 10% L/R = 5/1, 50 – 60oC Bột sắt Lọcvà vàrửa rửa Lọc Sản phẩm 80 - 85% TiO2 H2O Sấy Hình 3.25 Sơ đồ cơng nghệ nung khử, tách sắt khỏi tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh 86 Luận văn cao học Trần Thị Sáu KẾT LUẬN Qua nghiên cứu khảo sát trình nung khử tách sắt từ tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh, chúng tơi có số kết luận sau: Đã xác định điều kiện thích hợp trình nung khử tinh quặng để khử sắt oxit thành sắt kim loại: - 20% than gỗ với kích thước hạt 0,080 mm; - Phụ gia Na2CO3 0,5%; - Nhiệt độ nung khử 1100ºC; - Thời gian nung khử 2,5 Với điều kiện % Fe(0) ilmenit hoàn nguyên 28%, hiệu suất trình nung khử tinh quặng ilmenit 94,097% Đã xác định điều kiện thích hợp trình tách sắt khỏi ilmenit hồn ngun theo phương pháp Becher: - Dung dich NH4Cl 0,5% pH = 4; - Kích thước hạt ilmenit hồn ngun 0,097 mm; - Tỷ lệ lỏng /rắn = 7/1; - Nhiệt độ phản ứng 55oC; - Thời gian phản ứng giờ, thay dung dịch vào thời gian 2h,4h 6h Với điều kiện %Fe(0) cịn lại ilmenit hồn ngun 1,12%, hiệu suất q trình tách Fe(0) 97,175% Đã xác định điều kiện thích hợp q trình tách Fe(0) sắt oxit cịn lại ilmenit hồn ngun dung dịch HCl 10%: - Kích thước hạt ilmenit hồn ngun 0,080 mm; - Tỷ lệ lỏng/rắn 5/1; - Nhiệt độ phản ứng 50 – 60oC; - Thời gian phản ứng Với điều kiện sản phẩm ilmenit hồn ngun sau tách sắt có hàm lượng TiO2 lớn 85,12%, hàm lượng Fe2O3 nhỏ 7,87% (~ 5,52% Fe tổng), 87 Luận văn cao học Trần Thị Sáu cịn nhiều ngun tố khác có hàm lượng nhỏ, nên sử dụng sản phẩm làm nguyên liệu cho trình điều chế hợp chất titan Đã xây dựng quy trình nung khử tách sắt từ tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh với quy mơ phịng thí nghiệm Sơ đồ cơng nghệ đưa thu sản phẩm 80 – 85% TiO2 88 Luận văn cao học Trần Thị Sáu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] B.Д.Гapмama, Tиmaн, uздaмелвсво “Металлургия”, Mockвa 1983 [2] E И Xaзaнов, Tиmaн u eгo cплавы, Akaдемия наук cccp 1959 [3] B.A Garmata, titan, svoistva, swrievaia baza, fidico-chimmitreskie osnovw i spasobư polutreniia, izdatelstvo “Metallurgia„, Mockva, 1993 [4] I.A.Seka, texnitreskaiia dvuxokis titana i evo polutrenie iz izmenenoi ilmenita sernokislotum metodom, izd Naukoca dumka, kiev 1968 [5] N.J Welham, J.S.Wiliams, Carbothermic reduction of ilmenite(FeTiO3) and rutinle(TiO2), Metanlugrical and materials transactions B, vol 30B,1999,1075 – 1081 [6] R.G.becher, R.G Canning, B.A Goodheart, S Usna, A new process for upgrading ilmenitic mineral sands, Proceeding of Axtralian Institute of Minerals and Metals (A usIMM), 1965, vol.21,pp 21 – 44 [7] I Grey Reactivity of Astralian coal chars in ilmenite reduction, Publ Astralas Inst Min Metal, 2001, 3, 219 – 226 [8] Guangqing Zhang, O Ostrovki, Effect of preoxidation and sintering on properties, Ind J Miner Process 64(2002) 201 – 218 [9] K.S Geetha, G.D Surender, Experimetal and modelling studies on the aearation leaching process for metalic iron removal in the manufacture of synthetic rutile Hydrometallurgy, 56(2000), 41 – 62 [10] E.J Kumari, K H Bhat, S Saribhshanan, P N Mohandas, Technicalnote Catalytic removal of iron from reduced ilmenite Minerals engineering, 14(2001), 365 – 368 [11] E J Kumari, S Berkman, V Yegnaraman, P N Mohandas, An electrochemical investigation of the rusting reaction of ilmenite using cyclic voltammetry Hydrometallurgy,65(2002),217 – 225 [12] J Ward, S Bailey, J Avraamides, The use of ethylenediammoniumchloride as an aeration catalyst in the removal of metallic iron from reduced ilmenite Hydrometallurgy, 53 (1999), 215 – 232 89 ... có hàm lượng nhỏ, nên sử dụng sản phẩm làm nguyên liệu cho trình điều chế hợp chất titan Đã xây dựng quy trình nung khử tách sắt từ tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh với quy mơ phịng thí nghiệm Sơ đồ... công nghệ nung khử, tách sắt khỏi tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh 86 Luận văn cao học Trần Thị Sáu KẾT LUẬN Qua nghiên cứu khảo sát trình nung khử tách sắt từ tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh, chúng tơi có... mẫu quặng ilmenit Hà Tĩnh Giản đồ XRD mẫu quặng ilmenit Hà Tĩnh Phiếu kết phân tích thành phần khống vật mẫu quặng ilmenit Hà Tĩnh Phiếu kết phân tích thành phần than gỗ Giản đồ XRD mẫu ilmenit