Điều kiện: Thời gian khuấy 1 giờ, nồng độ dung dịch Ca(OH)2 0,2M; mật độ bã thải =
40%; tại nhiệt độ phòng =30oC. Mẫu Tốc độ khuấy [vòng/phút] Hàm lượng Al2O3 [%] Hàm lượng P2O5 [%] Hàm lượng CaSO4 [%] K1 100 0,21 0,26 83,86 K2 200 0,12 0,17 84,12 K3 300 0,09 - 85,10 K4 400 0,05 - 85, 62 K5 500 - - 85, 63 K6 600 - - 85, 64
Từ kết quả trên cho thấy khi tốc độ khuấy tăng từ 100 vòng/phút lên 400 vòng/phút, hàm lượng CaSO4 tăng từ 83,86% lên 85,62% hàm lượng Al2O3 giảm từ 0,21% xuống 0,05%, hàm lượng P2O5 giảm từ 0,26% xuống 0%. Khi tốc độ khuấy tăng từ 400 vòng/phút lên 600 vòng/phút, hàm lượng CaSO4 khơng tăng lên nữa do phản ứng trung hịa đã triệt để. Vì vậy, để tiết kiệm năng lượng của máy, chúng tơi chọn tốc độ khuấy thích hợp để phản ứng trung hòa là 400 vòng/phút.
3.3. ẢNH HƯỞNG CÁC ĐIỀU KIỆN TUYỂN CƠ HỌC TỚI QUÁ TRÌNH XỬ LÝ TÁI CHẾ THẠCH CAO
Mục đích của quá trình tuyển cơ học là loại bỏ các thành phần như: Fe2O3, các loại hạt to để nâng cao hàm lượng của sản phẩm thạch cao.
3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ chất tập hợp VH-2004 đến quá trình tuyển trọng lực lực
Thành phần sản phẩm sau khi tuyển trọng lực chủ yếu là SiO2 và CaSO4, bởi vì tỷ trọng của SiO2 gần với tỷ trọng của thạch cao CaSO4 (tỷ trọng của SiO2 là 2,65; tỷ trọng của CaSO4 là 2,31-2,7). Các thành phần khác như oxit như Al2O3 còn lại sau quá trình xử lý với Ca(OH)2 (khối lượng riêng là 3,95-4,1 g/cm3) , Fe2O3 (khối lượng riêng
38
là 5,242 g/cm3) sẽ bị chìm xuống phần đáy và được loại bỏ sau quá trình tuyển trọng lực.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi lựa chọn chất tập hợp cho quá trình tuyển trọng lực là loại VH 2004 sản xuất tại Viện HHCNVN. Chất tập hợp VH-2004 là hỗn hợp các axit béo no và không no với mạch hidrocacbon từ C10-C22, được điều chế bằng cách oxi hoá các phân đoạn khác nhau của parafin tách ra từ dầu mỏ và thuỷ phân từ dầu mỡ động thực vật. Để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất tập hợp tới tính chất sản phẩm, chúng tơi nghiên cứu thay đổi nồng độ chất tập hợp từ 0,02 g/l đến 0,08g/l, còn các điều kiện khác giữ nguyên không đổi. Sản phẩm sau khi qua thiết bị trung hòa được đưa vào thiết bị tuyển trọng lực, tại đây các váng bẩn do các tạp chất đen có tỷ trọng nhỏ nổi lên được vớt bỏ đi, các thành phần có tỷ trọng lớn sẽ tập hợp ở đáy bình cũng được loại bỏ. Các thành phần lơ lửng được lọc tách và đem đi sấy khô để xác định hàm lượng CaSO4 và SiO2 và hiệu suất thu hồi sản phẩm. Kết quả xác định hàm lượng CaSO4 và SiO2 thu được trình bày trong hình 3.1.
Hình 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ chất tập hợp VH-2004 đến hàm lượng CaSO4 và SiO2 và hiệu suất thu hồi
Từ kết quả hình 3.1 trên thấy rằng: khi tăng nồng độ chất tập hợp thì hiệu quả tách thu hồi CaSO4 và SiO2 tăng lên. Cụ thể là khi nồng độ chất tập hợp VH-2004 tăng từ 0 lên 0,06g/l hàm lượng CaSO4 + SiO2 tăng từ 90,6% lên 96,2%, hiệu suất quá trình tách thu hồi sản phẩm tăng từ 68,7% lên 85,2%. Khi tiếp tục tăng nồng độ chất
39
tập hợp từ 0,06 g/l lên 1,0g/l, hàm lượng CaSO4 và SiO2 không tăng mà giữ nguyên không đổi là 96,2% do đó hiệu xuất thu hồi CaSO4 + SiO2 cũng không đổi. Từ kết quả trên, chúng tôi nhận thấy nồng độ chất tập hợp thích hợp dùng để tuyển trọng lực thu sản phẩm thạch cao từ bã thải photpho là 0,06g/l.
3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất tạo bọt đến tính chất sản phẩm
Mục đích cho chất tạo bọt nhằm tạo ra bọt khí vững chắc, khơng bị vỡ có nhiệm vụ kéo các hạt khống có tỷ trọng nhỏ lên bề mặt tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tuyển trọng lực để phân tách hỗn hợp khoáng. Trên cơ sở khảo sát các loại chất tạo bọt, chúng tôi chọn chất tạo bọt vơ cơ (NH4)2CO3 trong q trình tuyển thạch cao từ bã thải photpho DAP Hải Phòng. Để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất tập hợp, chúng tôi chỉ thay đổi nồng độ chất tập hợp từ 0,01 g/l đến 0,06 g/l, còn các điều kiện khác giữ nguyên không đổi. Sản phẩm sau khi qua thiết bị trung hòa được đưa vào thiết bị tuyển trọng lực, tại đây các váng bẩn do các tạp chất đen có tỷ trọng nhỏ nổi lên được vớt bỏ đi, các thành phần có tỷ trọng lớn sẽ tập hợp ở đáy bình cũng được loại bỏ. Các thành phần lơ lửng được lọc tách và đem đi sấy khô để xác định hàm lượng CaSO4 và SiO2. Kết quả xác định hàm lượng CaSO4 và SiO2 thu được trình bày trong hình 3.2.
Hình 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất chất tạo bọt đến hàm lượng CaSO4 và SiO2 trong quá trình tuyển trọng lực
40
Từ kết quả hình 3.2 thu được nhận thấy: khi hàm lượng chất tạo bọt tăng khả năng tách thu hồi SiO2 và CaSO4 tăng lên. Cụ thể là khi tăng nồng độ chất tập hợp từ 0 lên 0,03g/l hàm lượng CaSO4 và SiO2 tăng từ 89,5% lên 96,2%. Khi tiếp tục tăng nồng độ chất tập hợp từ 0,03 g/l lên 0,06g/l hàm lượng CaSO4 và SiO2 không tăng mà giữ nguyên khơng đổi, mặt khác có hiện tượng nhiều bọt bắn lên thành thiết bị. Vì vậy, nồng độ chất tạo bọt thích hợp được dùng để tuyển trọng lực thu sản phẩm thạch cao từ bã thải photpho được chọn là 0,03g/l.
3.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ huyền phù đến quá trình tuyển trọng lực
Một trong các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình tuyển trọng lực là tỷ số pha rắn và lỏng (nồng độ bã thải khi tuyển) hay còn được gọi là nồng độ huyền phù. Nồng độ huyền phù ảnh hưởng đến quá trình tuyển trọng lực như : nếu tăng quá mức nồng độ huyền phù khi tuyển sẽ gây khó khăn cho việc thơng khí, nếu nồng độ huyền phù quá thấp thì hiệu suất tuyển trọng lực thấp và làm mất thời gian. Trong dãy thí nghiệm này, chúng tôi giữ nguyên các điều kiện nồng độ chất tập hợp 0,06g/l và nồng độ chất tạo bọt 0,03g/l, chỉ thay đổi nồng độ huyền phù (mật độ rắn/ lỏng) từ 10% lên 60%. Sản phẩm sau khi qua thiết bị trung hòa được đưa vào thiết bị tuyển trọng lực, tại đây các váng bẩn do các tạp chất đen có tỷ trọng nhỏ nổi lên được vớt bỏ đi, các cặn và thành phần có tỷ trọng lớn sẽ tập hợp ở đáy bình cũng được loại bỏ. Các thành phần lơ lửng được lọc tách và đem đi sấy khô để xác định hàm lượng CaSO4 và SiO2. Kết quả xác định hàm lượng CaSO4 và SiO2 thu được trình bày trong hình 3.3.
41
Kết quả hình 3.3 chỉ ra: nồng độ huyền phù tăng thì hiệu quả phân tách các hợp chất oxit trong q trình tuyển trọng lực giảm, do đó hàm lượng thạch cao thu được giảm. Cụ thể là: khi mật độ bã thải tăng từ 10% lên 60%, hàm lượng CaSO4 và SiO2 giảm từ 98,63% xuống còn 90,5%. Tuy nhiên nếu mật độ bã thải thấp thì hiệu quả sản xuất thấp do mất thời gian. Do đó, để đảm bảo thời gian sản xuất mà vẫn đảm bảo hàm lượng thạch cao đạt yêu cầu kỹ thuật, chúng tơi chọn nồng độ huyền phù thích hợp cho quá trình tuyển trọng lực là 40% khối lượng.
3.4. Ảnh hưởng kích thước lỗ sàng rây đến tính chất của sản phẩm thạch cao
Hỗn hợp thu được sau q trình tuyển trọng lực có thành phần chủ yếu gồm CaSO4 và SiO2. Để thu được sản phẩm thạch cao sạch, có hàm lượng CaSO4 cao, cần phải loại bỏ lượng SiO2. Để loại bỏ lượng SiO2 , hỗn hợp sau quá trình tuyển trọng lực được lọc qua sàng, rây có kích thước thay đổi trong khoảng 0,075 mm đến 0,3 mm. Phần còn lại trên sàng là các hạt SiO2 và CaSO4 có kích thước lớn hơn kích thước của sàng rây. Phần hỗn hợp dung dịch tách ra sau khi sàng được lọc và sấy khô, rồi đem đi xác định hàm lượng CaSO4. Phần cịn lại trên sàng cũng được sấy khơ và xác định khối lượng để tính hiệu suất thu hồi thạch cao. Kết quả thu được trình bày trong bảng 3.5.
Bảng3.5. Ảnh hưởng của kích thước lỗ sàng rây đến hàm lượng thạch cao và hiệu suất thu hồi của thạch cao
STT Kích thước lỗ sàng [mm] Hàm lượng CaSO4 [%] Hiệu suất [%]
1 0,300 88,6 98,5 2 0,250 90,7 95,4 3 0,212 93,8 90,6 4 0,180 94,5 87,3 5 0,150 95,9 85,9 6 0,125 96,2 80,2 7 0,106 97,3 76,5 8 0,090 98,6 73,7 9 0,075 99,0 68,0
42
Từ kết quả bảng 3.5 trên cho thấy: Khi kích thước lỗ sàng càng nhỏ, hàm lượng thành phần CaSO4 trong sản phẩm thạch cao thu được tăng lên. Tuy vậy, hiệu suất thu hồi sản phẩm lại giảm đi. Cụ thể là kích thước lỗ sàng giảm từ 0,3mm xuống 0,075mm hàm lượng CaSO4 trong sản phẩm thu được tăng từ 88,6 % lên 99%, trong khi đó hiệu suất thu sản phẩm thạch cao lại giảm từ 98,5% xuống 68%. Để đảm bảo yêu cầu hiệu suất thu hồi thu thạch cao lớn và chất lượng hàm lượng CaSO4 lớn hơn 95%, chúng tơi chọn kích thước lỗ sàng phù hợp trong quá trình tách loại SiO2 là loại sàng rây kích cỡ 0,15mm.
3.5. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN CHUYỂN HÓA SẢN PHẨM Ca2SO4.2H2O SANG SẢN PHẨM THẠCH CAO (CaSO4.1/2H2O)
3.5.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến tính chất của sản phẩm thạch cao
Sau quá trình xử lý, chế biến bã thải photpho (gyps) sản phẩm thu được là Ca2SO4.2H2O với hàm lượng trên 95%. Như đã trình bày trong phần lý thuyết để có thể sử dụng sản phẩm này chúng ta phải chuyển thạch cao dạng Ca2SO4.2H2O sang dạng Ca2SO4.1/2H2O, bằng cách nung sấy Ca2SO4.2H2O ở nhiệt độ cao. Nghiên cứu quá trình nung sấy để chuyển Ca2SO4.2H2O sang dạng Ca2SO4.1/2H2O được thực hiện nung, sấy ở các chế độ nhiệt độ thay đổi từ 120oC đến 300oC. Sản phẩm sau quá trình nung, được đem tạo mẫu theo tiêu chuẩn, sau đó xác định thời gian đơng kết và cường độ nén. Kết quả thu được trình bày trong bảng 3.6.