1.2.3. Ứng dụng của quặng ilmenite
Trƣớc năm 1990, ở nƣớc ta chƣa hình thành ngành khai thác và chế biến sa khống titan. Có một số địa phƣơng khai thác thủ công quặng giàu (khoảng 85% khoáng vật nặng) để cung cấp cho nhu cầu sản xuất que hàn trong nƣớc. Những năm 1978-1984, sản lƣợng tinh quặng ilmenite đạt khoảng 500-600 tấn/năm với hàm lƣợng 46-48% TiO2. Từ năm 1991 trở lại đây, ilmenite cùng với các sản phẩm đi kèm khác nhƣ zircon, rutile đƣợc khai thác từ sa khoáng với sản lƣợng ngày càng tăng, từ 2000 tấn (năm 1987) lên đến 150.000 tấn (năm 2000). Tinh quặng titan chủ yếu đƣợc xuất khẩu [1]. Tuy nhiên hiện nay Việt Nam đang xây dựng thêm nhà máy chế biến quặng ilmenite.
Ilmenite là nguyên liệu thô để sản xuất bột màu, bột TiO2. Do hàm lƣợng TiO2 trong quặng ilmenite chỉ chiếm <60% nên cần phải làm giàu quặng để loại bỏ các thành phần không mong muốn và tăng tỉ lệ thành phần TiO2.
1.2.4. Các phương pháp làm giàu quặng ilmenite 1.2.4.1. Phân giải bằng axit
Phương pháp phân giải quặng bằng axit, mà chủ yếu là axit sunfuric đƣợc
ứng dụng từ cách đây trên 80 năm. Bên cạnh ƣu điểm là có thể sử dụng đƣợc quặng ilmenite hoặc xỉ titan có hàm lƣợng TiO2 thấp thì nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là lƣợng chất thải (axit loãng, FeSO4) lớn, nên việc xử lý chất thải phức tạp và tốn kém.
Phƣơng pháp axit sunfuric là phƣơng pháp thông dụng để sản xuất TiO
2
dạng anatase, song nếu kiểm soát đƣợc quá trình kết tinh thì với phƣơng pháp này cũng có thể sử dụng để sản xuất đƣợc TiO
2 dạng rutile.
Quy trình cơng nghệ: Phƣơng pháp phân giải bằng axit sunfuric để làm giàu
TiO2 từ quặng ilmenit bao gồm các giai đoạn chính sau:
Phân hủy: khi dùng H2SO4 để phân hủy tinh quặng ilmenite sẽ xảy ra những phản ứng:
FeTiO3 + 3H2SO4 Ti(SO4)2 + FeSO4 + 3H2O (1.3) FeTiO3 + 2H2SO4 TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O (1.4)
Để phân hủy, lúc đầu ngƣời ta chỉ cần nung lên 125oC-135oC, sau đó nhiệt độ sẽ tự nâng lên (nhờ nhiệt của phản ứng) đến 180oC-200oC và phản ứng tiến hành mạnh, kết thúc sau 5-10 phút [8].
Tách Fe ra khỏi dung dịch: để làm sạch dung dịch khỏi phần lớn tạp chất sắt,
ngƣời ta dùng phơi sắt hồn ngun Fe3+ đến Fe2+ và sau đó kết tinh cuporos sắt FeSO4.7H2O (lợi dụng tính giảm độ hịa tan của nó để làm sạch dung dịch)
Fe2(SO4)3 + Fe 3FeSO4 (1.5) (độ tan nhỏ)
Khi tất cả Fe3+ hoàn nguyên thành Fe2+ thì dung dịch sẽ chuyển sang màu tím (trong dung dịch xuất hiện màu tím), tức là một phần Ti4+
đã bị hoàn nguyên đến Ti3+.
2TiOSO4 + Fe + 2H2SO4 Ti2(SO4)3 + FeSO4 + H2O (1.6) Phản ứng này chỉ diễn ra khi tất cả Fe3+ đã đƣợc hoàn nguyên đến Fe2+.
Sau khi kết tinh ta đƣợc dung dịch chứa TiO2, H2SO4 hoạt tính, sulfat sắt và các tạp chất Al, Mg, Mn…
Thủy phân: khi cho thủy phân TiOSO4 sẽ tạo ra axit metatitanic: TiOSO4 + H2O H2TiO3 + H2SO4 (1.7)
Thành phần dung dịch và phƣơng pháp tiến hành thủy phân ảnh hƣởng đến thành phần và cấu trúc của kết tủa.
Có 2 cách tiến hành thủy phân: + Pha lỗng dung dịch.
+ Cho thêm mầm tinh thể vào dung dịch: mầm tinh thể đƣợc cho vào dƣới dạng dung dịch keo của oxit titan ngậm nƣớc.
Trong sản xuất TiO2 dùng cho luyện kim dùng phƣơng pháp mầm tinh thể sẽ kinh tế hơn vì có thể sử dụng trực tiếp dung dịch axit thu đƣợc sau khi lọc mà không cần cô đặc.
950oC sẽ cho ta TiO2 dạng anatase, còn khi nung ở nhiệt độ >950oC cho ta TiO2 dạng rutile.