Quy trình hồn ngun có thể được chia thành ba bước. Bước một, dolomit được nung trong lò nung CF1400 tại nhiệt độ 1100 oC để phân hủy cacbonat. Bước hai,
dolomit sau nung và fero silic được nghiền riêng biệt bằng máy nghiền bi hành tinh. Kết thúc công đoạn nghiền và sang quá lưới lọc, nguyên liệu được trộn đều bằng máy nghiền bi với tốc độ thấp. Sau khi trộn đều, hỗn hợp nguyên liệu được ép bằng máy ép thủy lực. Bước ba, viên phối liệu sau khi ép sẽ được xếp vào ống hoàn nguyên.
Sau đó đóng nắp ống hồn ngun, kiểm tra độ rò rỉ của ống và nâng nhiệt lò lên 700 Quặng dolomit Thanh Hóa
Nung quặng (1100 oC, 4 giờ)
𝐶𝑎𝐶𝑂3. 𝑀𝑔𝐶𝑂3 𝑛𝑢𝑛𝑔→ 𝐶𝑎𝑂 + 𝑀𝑔𝑂 + 2𝐶𝑂2
Fero silic (72 % silic) Nghiền trong máy nghiền hành tinh
(400 vịng/phút, 0,5 giờ, kích thước hạt < 100 m)
Nghiền trong máy nghiền hành tinh (800 vịng/phút, 1 giờ, kích thước
hạt < 100 m)
Trộn đều hỗn hợp bột sau nghiền (250 vòng/phút, 2 giờ) Bổ sung CaF2 Ép phối liệu Lực ép Cối ép Chân không 600 Pa Nhiệt độ hoàn nguyên
Hoàn nguyên dolomit (3 giờ) 2(𝐶𝑎𝑂. 𝑀𝑔𝑂) + (𝐹𝑒𝑥)𝑆𝑖 𝑛𝑢𝑛𝑔→ 2𝑀𝑔
+ 𝐶𝑎2𝑆𝑖𝑂4+ 𝑥𝐹𝑒 Mg sản phẩm
Tốc độ gia nhiệt 6 oC /phút
°C. Tiếp tục giữ nhiệt trong 0,5 giờ để khử độ ẩm và đồng đều nhiệt độ. Tiếp đến nâng nhiệt lò lên những mức nhiệt độ hoàn nguyên yêu cầu. Khi đạt tới giá trị nhiệt độ hồn ngun thì khởi động hệ thống bơm làm mát và bơm chân không, đồng thời bắt đầu tính thời gian hồn ngun trong 3 giờ. Q trình diễn ra bên trong lị theo phản ứng tổng quát:
2(𝐶𝑎𝑂. 𝑀𝑔𝑂) + (𝐹𝑒𝑥)𝑆𝑖 2𝑀𝑔 + 𝐶𝑎2𝑆𝑖𝑂4+ 𝑥𝐹𝑒 (3.1) Trong q trình phản ứng hồn nguyên, nhiệt độ và áp suất chân không liên tục được theo dõi nhằm đảm bảo các thông số theo đúng yêu cầu. Sau khi kết thúc q trình hồn ngun, tắt lị và bơm chân khơng, đồng thời thổi khí Ar vào ống hồn nguyên để cân bằng áp suất và bảo vệ Mg sản phẩm. Khi lò nguội, magie kim loại thu được ở phần làm mát của ống hồn ngun được lấy ra và phân tích.
Phạm vi nghiên cứu các thông số cơng nghệ ảnh hưởng đến phản ứng hồn ngun bao gồm:
Nhiệt độ hoàn nguyên. Để đánh giá về ảnh hưởng nhiệt độ hoàn nguyên, dựa vào
kết quả tính tốn nhiệt động học và lưu ý của M.Chen [46] về vùng nhiệt độ hình thành tạp chất cũng như giảm ảnh hưởng trợ dung của CaF2 để xác định phạm vi nhiệt độ nghiên cứu.
Áp suất chân không. Tham khảo từ nghiên cứu của B.Mehrabi [54] và mức áp
suất chân không thường sử dụng trong môi trường sản xuất thực tế phù hợp với công nghệ điều áp chân không hiện có, áp suất chân khơng được lựa chọn ở mức 600 Pa ( 10-2 atm).
Tỷ lệ fero silic trong phối liệu. Tỷ lệ fero silic được tính tốn dựa vào tỷ lệ cân
bằng hóa học theo phương trình phản ứng hồn ngun tổng quát:
2CaO.MgO(s) + (Fe)xSi (s) 2Mg(g) + Ca2SiO4(s) +xFe(s) (3.2) Kết quả tỷ lệ cân bằng hóa học bằng 1 của phản ứng 3.2 là 17 % khối lượng fero silic trong hỗn hợp, phần tính tốn được trình bày trong Phụ lục A. Theo kết quả này phạm vi tỷ lệ khối lượng fero silic trong phối liệu được nghiên cứu gồm 13 %, 17 %, 20 %, 25 %, 30 %. Tỷ lệ fero silic 13 % tương đương tỷ lệ mol cân bằng hóa học 0,75.
Tỷ lệ CaO/MgO. Các nguồn dolomit trên thế giới có tỷ lệ CaO/MgO khác nhau,
do vậy khả năng sản xuất Mg cũng sẽ khác nhau. Để đánh giá khả năng hồn ngun của dolomit Thanh Hóa (ở đây chủ yếu là tỷ lệ CaO/MgO), một lượng CaO hoặc MgO được phối trộn thêm vào phối liệu nhằm đạt các tỷ lệ khối lượng CaO/MgO trong phạm vi từ 1,1 đến 1,9.
Tỷ lệ trợ dung CaF2. Từ các nghiên cứu về sản xuất Mg từ dolomit [28,45,66,68,46,53–55,59,61–63], tỷ lệ CaF2 thường được lựa chọn từ 1 % đến 5 %.
Lực ép phối liệu. Từ kết quả nghiên cứu của Morsi [68] và phương pháp ép phối
3.2. Nguyên liệu và thiết bị thí nghiệm
3.2.1. Nguyên liệu
Dolomit sử dụng trong nghiên cứu được thu thập tại núi Long, Thanh Hóa, có thành phần chính là MgCO3.CaCO3. Dolomit được nung tại 1100 oC trong 4 giờ nhằm khử CO2 và thu được dolomit sau nung có thành phần chính là MgO và CaO (Hình 3.2), phục vụ cho phản ứng hoàn nguyên nhiệt silic. Phản ứng nung dolomit diễn ra như sau [11,16,19]:
𝐶𝑎𝐶𝑂3. 𝑀𝑔𝐶𝑂3 𝑛𝑢𝑛𝑔→ 𝐶𝑎𝑂 + 𝑀𝑔𝑂 + 2𝐶𝑂2 (3.3)