Mẫu inmenit hoàn nguyên sau khi tách sắt bằng phương pháp oxihóa
Luận văn cao học Trần Thị Sáu
Ilmenit sau khi tách Fe bằng quá trình oxi hóa có mặt chất xúc tác là dung dịch NH4Cl 0,5% thu được sản phẩm chứa 1,12% Fe(0), được rửa bằng dung dịch HCl 10% để loại nốt Fe(0) và các oxit sắt còn lại trong ilmenit hoàn nguyên. Với chếđộ 20g ilmenit phản ứng với 100 ml HCl 10% trong 5h ở 50 - 600C có khuấy trộn, sau đó thay dung dịch mới và tiếp tục phản ứng với HCl 10% trong 5h. Rửa sạch HCl trong ilmenit hoàn nguyên bằng nước cất, sấy khô và đem phân tích để xác định thành phần ilmenit hoàn nguyên sau khi đã tách Fe.
3.4.7. Xác định thành phần hóa học của ilmenit hoàn nguyên sau khi tách Fe.
Thành phần hóa học của ilmenit hoàn nguyên sau khi đã tách sắt được xác định bằng phương pháp phân tích TCNB:01 – ICP/04 trên máy quang phổ phát xạ IRIS – INTERPID của Mỹ. Kết quả phân tích thành phần hóa học ilmenit hoàn nguyên sau khi tách sắt được đưa ra ở bảng 3.16.
Bảng 3.16. Thành phần hóa học ilmenit hoàn nguyên sau khi tách sắt
Thành phần Al2O3 CaO Fe2O3 K2O MgO MnO P2O5 TiO2
% 0,01 0,49 7,87 0,15 0,10 4,84 0,13 85,12 Thành phần Ag As B Ba Be Bi Cd Ce Co ppm < 2 < 20 < 10 113,5 < 10 < 10 < 10 268,9 13,5 Thành phần Cr Cu Ga Ge La Li Mo Nb Ni Pb ppm 80,1 < 5 < 10 < 20 < 5 8,9 < 5 1199,6 21,9 36,6 Thành phần Sb Sc Sn Sr Ta V W Y Zn ppm < 10 < 5 < 10 52,4 < 10 56,3 < 20 < 5 < 5
Kết quả phân tích thành phần hóa học cho thấy hàm lượng TiO2 rất lớn 85,12%, hàm lượng Fe2O3 nhỏ 7,87% (~ 5,52% Fe tổng), ngoài ra còn rất nhiều các nguyên tố khác có hàm lượng rất nhỏ, nên có thể sử dụng được sản phẩm này làm nguyên liệu cho quá trình điều chế TiO2 kích thước nanomet.
Hình 3.24 là giản đồ XRD của inmenit hoàn nguyên sau khi tách sắt. Từ hình 3.24 cho thấy phổ chủ yếu là TiO2, không có các pic của Fe(0), FeO và Fe203điều đó
Luận văn cao học Trần Thị Sáu
cho thấy Fe(0), FeO và Fe203đã được loại hết, chỉ còn lại một lượng sắt rất nhỏ với hàm lượng Fe2O3 là 7,88 %, Fe tổng 5,52% ở các dạng khác chưa bị khử như pseudobrookite ferrous FeTi2O5, loveginite (Ca,Ce)(Ti,Fe+3,Cr,Mg)21038, iron titanium oxide Fe2Ti3O9 với chiều cao của pic rất thấp. Kết quả này phù hợp với kết quả phân tích thành phần hóa học theo phương pháp phân tích TCNB:01 – ICP/04.
Hình 3.24. Giản đồ XRD mẫu inmenit hoàn nguyên sau khi tách sắt
Kết luận về tách sắt bằng quá trình oxi hóa có mặt chất xúc tác
Các yếu tốảnh hưởng đến quá trình tách sắt từ quặng ilmenit hoàn nguyên bằng phương pháp sục khí với sự có mặt của chất xúc tác đã được nghiên cứu.
Kết quả cho thấy, điều kiện thích hợp nhất cho việc tách sắt là : Nồng độ chất xúc tác NH4Cl là 0,5%, pH ban đầu 4, tỷ lệ lỏng/rắn 7/1, thời gian phản ứng 8 giờ, nhiệt
độ phản ứng 550C, với việc thay dung dịch mới vào giờ thứ 2h, 4h và 6h . Việc rửa bằngdung dịch HCl 10%, sau khi tách sắt bằng sục khí, làm tăng thêm
lượng sắt được tách ra khỏi sản phẩm, do đó nâng cao được hàm lượng TiO2.
3.5. Tổng hợp các điều kiện tối ưu của các giai đoạn tách sắt khỏi tinh quặng
ilmenitHà tĩnh
* Quá trình nung khử
Từ các kết quả nghiên cứu quá trình nung khử quặng ilmenit đã xác định được các
M a u T 2 9 0 0 -0 3 0 -0 2 6 3 (C ) - L o v e rin g i te - (C a , C e )( T i, F e + 3 , C r, M g ) 2 1 O 3 8 - Y : 7 . 1 6 % - d x b y : 1 . - W L : 1 . 5 4 0 6 - R h o m b o . H . a x e s - a 1 0 . 3 3 7 0 0 - b 1 0 .3 3 7 0 0 - c 2 0 .6 7 6 0 0 - a lp h a 9 0 . 0 0 0 - b e t a 9 0 . 0 0 0 - g a m m a 1 2 0 .0 0 0 - 0 0 -0 4 0 -0 8 5 0 (Q ) - I ro n T it a n iu m O x id e - F e 2 T i3 O 9 - Y : 5 . 4 8 % - d x b y : 1 . - W L : 1 . 5 4 0 6 - 0 1 -0 8 9 -8 0 6 5 (C ) - P s e u d o b r o o k it e , f e rr o u s , s y n - F e T i2 O 5 - Y : 6 . 1 9 % - d x b y : 1 . - W L : 1 . 5 4 0 6 - O r t h o rh o m b i c - a 9 . 8 0 8 1 0 - b 1 0 . 0 7 1 0 0 - c 3 . 7 5 0 3 0 - a l p h a 9 0 . 0 0 0 - b e t a 9 0 . 0 0 0 - g a m m a 9 0 . 0 0 0 - B a s e -c e n t 0 3 -0 6 5 -0 1 9 0 (D ) - R u t il e , s y n - T iO 2 - Y : 6 5 . 5 3 % - d x b y : 1 . - W L : 1 . 5 4 0 6 - T e t ra g o n a l - a 4 .5 9 2 5 0 - b 4 . 5 9 2 5 0 - c 2 . 9 5 7 8 0 - a l p h a 9 0 . 0 0 0 - b e t a 9 0 . 0 0 0 - g a m m a 9 0 . 0 0 0 - P rim it iv e - P 4 2 / m n m ( 1 3 6 ) - 2 - 6 2 . F ile : T ie n N C S m a u T 2 9 .r a w - T y p e : L o c k e d C o u p le d - S t a r t : 2 0 . 0 0 0 ° - E n d : 7 0 . 0 1 0 ° - S t e p : 0 .0 3 0 ° - S t e p t im e : 1 . s - T e m p . : 2 5 ° C (R o o m ) - T i m e S t a rt e d : 1 1 s - 2 -T h e t a : 2 0 .0 0 0 ° - T h e t a : 1 0 . 0 0 0 ° - C h i: 0 . Li n (C ps) 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 2 - T h e t a - S c a le 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 d= 3 .33 1 d= 3 .7 3 4 d=2.8 2 9 d= 3 .50 7 d= 3. 3 86 d= 3. 2 35 d= 3 .0 4 0 d= 2. 8 72 d= 2. 7 46 d= 2. 6 23 d= 2 .5 4 9 d= 2. 4 80 d= 2. 42 6 d= 2. 29 1 d= 2. 2 4 2 d= 2 .1 8 1 d= 2. 1 3 3 d= 2. 0 51 d= 2. 0 24 d= 1. 8 64 d= 1. 8 41 d= 1. 79 3 d= 1. 7 40 d= 1 .6 8 3 d= 1. 6 22 d= 1. 59 2 d= 1 .5 0 1 d= 1. 4 7 6 d= 1. 4 4 9 d= 1 .4 3 7 d= 1. 8 84 d= 1 .3 5 8
Mẫu inmenit hoàn nguyên sau khi tách sắt
Luận văn cao học Trần Thị Sáu
thông số cho quá trình nung khử tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh như sau : - Nhiệt độ nung khử 11000C
- Thời gian nung khử 2,5 giờ
- Thành phần phối liệu tính theo quặng ilmenit ban đầu: + 20% than củi (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ 0,5% Na2CO3
+ Kích thước than gỗ 0,080 mm
Với các điều kiện như trên thì % Fe(0) trong ilmenit hoàn nguyên là 28%, hiệu suất của quá trình nung khử tinh quặng ilmenit là 94,097%.
* Quá trình tách Fe kim loại khỏi ilmenit hoàn nguyên bằng phương pháp
Becher
- NH4Cl 0,5% ; HCl 10% . - Tỷ lệ lỏng/ rắn = 7/1
- Kích thước ilmenit hoàn nguyên là 0,097 mm - Nhiệt độ phản ứng 550 C
- Thời gian phản ứng trong 8h và thay dung dịch mới ở các thời gian 2h, 4h và 6h Với các điều kiện như trên thì %Fe(0) còn lại trong ilmenit hoàn nguyên là 1,12%, hiệu suất quá trình tách Fe(0) là 97,175%.
* Quá trình tách Fe(0) và các sắt ôxit còn lại trong ilmenit hoàn nguyên bằng
dung dịch HCl:
- Dung dịch HCl 10%;
- Kích thước hạt ilmenit hoàn nguyên 0,080 mm; - Tỷ lệ lỏng/rắn 5/1;
- Nhiệt độ phản ứng 50 – 60oC; - Thời gian phản ứng 5 giờ.
Với các điều kiện như trên thì sản phẩm ilmenit hoàn nguyên sau khi đã tách sắt có hàm lượng TiO2 lớn 85,12%, hàm lượng Fe2O3 nhỏ 7,87% (~ 5,52% Fe tổng), ngoài ra còn rất nhiều các nguyên tố khác có hàm lượng rất nhỏ, nên có thể sử dụng sản phẩm này làm nguyên liệu cho quá trình điều chế các hợp chất của titan
Luận văn cao học Trần Thị Sáu
3.6. Xây dựng quy trình công nghệ nung khử, tách sắt khỏi tinh quặng ilmenit
Hà Tĩnh với quy mô phòng thí nghiệm
Từ kết quả nghiên cứu thu được ở phần 3.5 chúng tôi đã đưa ra sơđồ công nghệ nung khử, tách sắt khỏi tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh như theo công nghệ becher có những ưu điểm sau:
- Tạo ra các sản phẩm chế biến ilmenit khác nhau.
- Có thể thực hiện từng phần tùy theo khả năng đầu tư, trình độ công nghệ, hiệu quả kinh tếđối với sản phẩm cụ thể.
- Quá trình chế biến sâu theo phương pháp này có thể giảm chi phí và dễ đảm bảo môi trường hơn nhiều so với áp dụng các phương pháp truyền thống. Những kết quả thu được của luận văn cho phép đề xuất sơ đồ công nghệ sau (hình 3. 25) để thu các sản phẩm ilmenit hoàn nguyên chứa 85% TiO2 và 7,87% Fe2O3.
Quá trình thực hiện như sau:
Phối liệu gồm tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh, 20% than gỗ kích thước 0,008 mm, 0,5% Na2CO3 (hàm lượng than gỗ và Na2CO3 được tính theo lượng tinh quặng ilmenit) được trộn đều trong máy trộn khoảng 15 phút, phối liệu sau khi trộn được nén chặt, sau đó thực hiện nung khử. Quá trình nung khử ở nhiệt độ 1100oC trong 2,5 giờ. Để nguội sau đó lấy sản phẩm ra khỏi lò, loại bỏ hết than bằng nước, gạn lấy ilmenit hoàn nguyên, sấy khô, nghiền nhỏđến kích thước 0,097mm sau đó thực hiện quá trình oxihóa để tách Fe(0) ở 55oC, trong dung dich NH4Cl 0,5% pH = 4 với tỷ lệ lỏng/rắn là 7/1, có sục không khí trong 8 giờ, cứ sau 2 giờ phản ứng thì thay dung dịch mới. Việc tách sắt hydroxit kết tủa ra khỏi dung dịch bằng cách gạn, sau đó tiến hành rửa để loại bỏ NH4Cl, sấy và nung để thu được sản phẩm bột màu Fe2O3. Ilmenit hoàn nguyên sau khi tách sắt được rửa để loại bỏ NH4Cl, sấy khô ở 110oC, sau đó nghiền nhỏ đến kích thước 0,080 mm và tiếp tục phản ứng với HCl 10% trong 5 giờ với tỷ lệ lỏng/rắn 5/1. Sau phản ứng ilmenit hoàn nguyên được rửa để loại bỏ HCl, sấy khô ở 110oC. Sản phẩm ilmenit hoàn nguyên thu được chứa 85% TiO2 và 7,87% Fe2O3.
Luận văn cao học Trần Thị Sáu Than gỗ 0,080mm (20%) Ilmenit Na2CO3 (0,5%) Không khí Dung dịch NH4Cl 0,5% H2O HCl 10% Bột sắt H2O Sản phẩm 80 - 85% TiO2
Hình 3.25. Sơđồ công nghệ nung khử, tách sắt khỏi tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh
Nghiền, trộn, và nén chặt Nung khử 1100oC 2,5 giờ Gạn, lọc và rửa Hydroxit sắt Phản ứng với HCl 10% L/R = 5/1, 50 – 60oC Sấy, nung
Loại bỏ than, sấy và nghiền đến kích thước 0,097mm
Oxi hóa có mặt chất xúc tác NH4Cl L/R= 7/1, 55oC
Sấy, nghiền ilmenit đến kích thước 0,080 mm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
LLọọc và rc và rửửa a
Luận văn cao học Trần Thị Sáu
KẾT LUẬN
Qua nghiên cứu và khảo sát quá trình nung khử và tách sắt từ tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh, chúng tôi có một số kết luận như sau:
1. Đã xác định được các điều kiện thích hợp của quá 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 giờ.
Với các điều kiện như trên % Fe(0) trong ilmenit hoàn nguyên là 28%, hiệu suất của quá trình nung khử tinh quặng ilmenit là 94,097%.
2. Đã xác định được các điều kiện thích hợp của quá trình tách sắt khỏi ilmenit hoàn nguyên theo phương pháp Becher:
- Dung dich NH4Cl 0,5% pH = 4;
- Kích thước hạt ilmenit hoàn nguyên 0,097 mm; - Tỷ lệ lỏng /rắn = 7/1;
- Nhiệt độ phản ứng 55oC;
- Thời gian phản ứng 8 giờ, thay dung dịch mới vào các thời gian 2h,4h và 6h. Với các điều kiện như trên thì %Fe(0) còn lại trong ilmenit hoàn nguyên là 1,12%, hiệu suất quá trình tách Fe(0) là 97,175%.
3. Đã xác định được điều kiện thích hợp của quá trình tách Fe(0) và các sắt oxit còn lại trong ilmenit hoàn nguyên bằng dung dịch HCl 10%:
- Kích thước hạt ilmenit hoàn nguyên 0,080 mm; - Tỷ lệ lỏng/rắn 5/1;
- Nhiệt độ phản ứng 50 – 60oC; - Thời gian phản ứng 5 giờ.
Với các điều kiện như trên sản phẩm ilmenit hoàn nguyên sau khi đã tách sắt có hàm lượng TiO2 lớn 85,12%, hàm lượng Fe2O3 nhỏ 7,87% (~ 5,52% Fe tổng), ngoài
Luận văn cao học Trần Thị Sáu
ra còn rất nhiều các nguyên tố khác có hàm lượng rất nhỏ, nên có thể sử dụng sản phẩm này làm nguyên liệu cho quá trình điều chế các hợp chất của titan.
4. Đã xây dựng được quy trình nung khử và tách sắt từ tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh với quy mô phòng thí nghiệm. Sơ đồ công nghệ đã đưa ra có thể thu được sản phẩm 80 – 85% TiO2.
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, Akaдемиянаук 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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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.
Luận văn cao học Trần Thị Sáu
[13]. Titanium tetrachloride production by the chloride ilmenite process, Techmical
backgrounđ document, Office of Solid Waste U. S. Environmental Protection
Agency, 12/1995.
[14]. A..I. Perelman, Geokhimia, Mockva 1979, trang 28.
[15]. Michael N. Greeley, Titanium, Aiona Department of Mines and Mineral
Resources, USA, 1982.
[16]. Thoma S. Mackey, Upgrading Ilmenite into a High- Grade Synthetic Rutile, 1994 Review of Extraction & Processing, JOM April 1994, 59 – 64.
[17]. E. A. Beliakova, A.A. Dverniakova, J.A. Sirokova, Solianokislotnuimetid pererabotki ilmenitovux koncentratov, izd. Naukova dumka, Kiev, 1971.
[18]. R. K. Biswas, M .F. Islam, M. A. Habib, Processing of ilmenite throughsalt- water vapour roasting and leaching, Hydrometallurgy 42(1996), 367 – 375.
[19]. E. J. Anto, Kuriakose Varghese, titanium dioxide pigment production through chloride process- Quality of raw material, KMKL, India, 1989.
[20]. Các báo cáo “Hội nghị tư vấn về chế biến sâu quặng titan”, Bộ Công nghiệp, Hà Nội tháng 12/2003.
[21] Cơ sở hóa học phân tích , A.P. Kreskov. Tập 1,2. Người dịch Từ Vọng Nghi, Trần Tử Hiếu. Nhà xuất bản Đại học và giáo dục chuyên nghiệp, 1990 .
[22]. Cao Văn Hồng , Nghiên cứu công nghệ hoàn nguyên ilmenit Việt Nam tạo vật liệu bọc que hàn có chất lượng cao (Đề tài nghiên cứu cấp bộ, Viện nghiên cứu mỏ và luyện kim), Hà Nội, 2001.
[23]. Phạm Bá Kiên, Nghiên cứu sản xuất thử rutil nhân tạo( Đề tài cấp cơ sở, viện CNXH), Hà Nội, 1998.
[24]. Nguyễn Mạnh Khôi, Xây dựng cơ sở sản xuất bột màu TiO2, 200 tấn/năm,
Viện Công nghệ xạ hiếm, 1990.
[25]. Cao Hùng Thái, Xây dựng quy trình công nghệ nung khử ilmenit và tách sắt kim loại để thu sản phẩm titan điôxit 92 – 94% TiO2,Đề tài công nghệ cấp bộ 2005, Mã số BO/05/03 – 01.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Luận văn cao học Trần Thị Sáu
PHỤ LỤC
1. Phiếu kết quả phân tích mẫu quặng ilmenit Hà Tĩnh