PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
4.1. Quy trình sản xuất của Nhà máy Kẽm điện phân Thái Nguyên
4.1.2. Công nghệ sản xuất hiện tại
Dây chuyền công nghệ sản xuất kẽm kim loại hiện tại của Nhà máy điện phân Thái Nguyên bao gồm:
- Dây chuyền thiêu chuẩn bị nguyên liệu bột kẽm oxit 60%.
- Dây chuyền thiêu chuẩn bị liệu thiêu tinh quặng sulfua.
- Dây chuyền hoà tách nguyên liệu bột kẽm ôxit sau thiêu.
- Dây chuyền hoà tách tinh quặng sulfua sau thiêu.
- Dây chuyền làm sạch dung dịch hoà tách và xử lý bã làm sạch làm bã Cu, Cd.
- Dây chuyền điện phân kết tủa kẽm từ dung dịch thành kẽm lá kim loại.
- Dây chuyền đúc tạo thỏi kẽm.
- Dây chuyền sản xuất axit từ khí của dây chuyền tinh quặng sulfua thiêu.
Tinh quặng Sulfua kẽm sau khi trộn cho vào lò sấy quay sấy khô tới 7- 8% nước, cho vào lò lớp sôi khử lưu huỳnh, khí lò chứa 7-9% SO2 sau khi khử bụi, hạ nhiệt rồi dẫn vào công đoạn tạo axít sulfuaric. Quặng đã thiêu và bụi đưa vào phân xưởng hoà tách dùng dung dịch đã điện phân (có pha thêm axít sulfuaric để hoà tan theo 3 công đoạn: dung dịch hoà tan axít sau khi khử sắt đưa đi hoà tách trung tính; lọc bã khử sắt và bã hoà tan axít cao sau đó rửa sạch lưu tại bãi chứa bã. Bột oxít kẽm dùng lò nhiều tầng khử F và Cl rồi đưa đi hoà tan hai giai đoạn ở xưởng hoà tan. Bã sau khi hoà tan axít là bã chì (chứa trên 30%Pb) đưa đi nhà máy luyện chì. Dung dịch hoà tan trung tính của quặng sulfua và oxít kẽm hoà lẫn rồi đưa đi khử tạp Cu, Cd, Ni, Co… Dung dịch đạt tiêu chuẩn đưa đi điện phân ra kẽm kim loại, rồi đưa đi nấu chảy và đúc thỏi thành kẽm thành phẩm. Bã đồng, Cadimi đem xử lý thu hồi Cadimi và bã đồng.
Thiêu lớp sôi tinh quặng sulfua kẽm
* Chuẩn bị nguyên liệu
- Khi thiêu nhiều loại tinh quặng vào cùng một lúc, phải tiến hành phối liệu để thu được quặng tinh hỗn hợp có thành phần ổn định. Độ ẩm tinh quặng kẽm cho vào lò thích hợp từ 6-8% ẩm
- Tinh quặng sau khi trộn xong dùng gầu ngoạm đưa vào phễu trung gian chứa tinh quặng ướt, sau đó qua băng tài đưa đến lò sấy ống quay khử nước làm cho hàm lượng nước trong tinh quặng giảm xuống còn 7-8%. Tinh quặng sulfua kẽm sau khi sấy khô đưa đến máy nghiền để nghiền, quặng tinh sau
nghiền đưa vào ràng rung, phần dưới sàng rung được băng tải đưa đến gầu nâng kiểu phiễu đưa lên phiễu liệu khô của lò thiêu lớp sôi
* Thiêu lớp sôi tinh quặng kẽm
Từ phiễu tinh quặng khô, liệu được chảy vào băng tải, rồi lại từ máy cấp liệu băng tải qua lỗ cấp liệu vào buồng trước lò thiêu lớp sôi. Quặng sau thiêu xả ra từ miệng chảy tràn lò lớp sôi, sau khi qua ống quay làm nguội hạ nhiệt dùng máng cào ngầm đưa vào boongke quặng trung gian, lại dùng gầu nâng và máy vận tải cào ngầm đưa liệu đến phân xưởng hoà tách.
Hình 4.1. Lưu trình công nghệ thiêu lớp sôi tinh quặng kẽm sulfua
Làm sạch khí khói (sản xuất axit Hệ thống đưa chuyển thiêu phẩm, khói bụi
Băng tải tấm gạt ngầm số 3
Thu bụi điện Bụi
Bụi
Băng tải tấm gạt ngầm số 2
Thu bụi gió xoáy Băng tải tấm gạt ngầm
số 1
Kênh khói vuông góc làm nguội nước
Khí khói có bụi
Bộ làm nguội hóa hơi Ống tròn làm nguội
Thiêu phẩm chảy tròn
Hơi nước xả ra
Bao khí
Lò thiêu lớp sôi
Nước mềm Không khí
Quạt root
„s
Máy cấp liệu băng tải
Máy cấp liệu mâm tròn
Bun ke tinh quặng kẽm khô (H2O 6-8%)
Bụi
Khí khói
Lò thiêu nhiều tầng
Nguyên liệu là bột oxít kẽm 60%Zn đưa vào thiêu từ phiễu liệu ở đỉnh lò Thông qua vít cấp liệu đều đặn liên tục cho vào lò thiêu nhiều tầng, vật liệu đi qua các tầng: tầng sấy, tầng thiêu (nhiệt độ thiêu 680-7200C), tầng làm nguội, thời gian lưu liệu trong lò là 150phút. Sau khi khử F, Cl chảy ra từ đáy lò đổ vào máy làm nguội ống tròn trở thành sản phẩm thiêu
Hoà tách tinh quặng sulfua kẽm và bột oxít kẽm sau thiêu
* Hoà tách bột oxít kẽm
Bột oxít kẽm sau thiêu được đưa vào boongke chứa quặng, bột oxít kẽm được tháo ra từ boongke chứa cùng với dung dịch tạo bùn cho vào bể tạo bùn.
Dùng bơm bơm bùn quặng vào bể hoà tách, cho axít sulfuaric và dung dịch điện phân thải vào bể hoà tách. Sau khi hoà tách xong bơm vào bể cô đặc để lắng và tách pha. Phần dung dịch trong bên trên bơm đến hệ thống làm sạch, dòng đáy bơm vào bể hoà tách axít cho sulfuaric và dung dịch điện phân thải vào để hoà tách. Hoà tách xong bơm vào máy lọc ép để lọc. Dung dich lọc quay lại hoà tách trung tính, bã tách đưa vào bể hoá bùn để rửa, qua máy lọc ép lọc lại, dung dịch lọc dùng để làm dung dịch tạo bùn quay lại để tạo bùn.
Bụi
Ôxit kẽm Lò thiêu NT
Khói thải Khử bụi Khí lò
Than
Lò SKT
Bột kẽm oxit
Đi công đoạn hòa tách
Hình 4.2. Sơ đồ hòa tách kẽm oxit thiêu
Bun ke kẽm oxit thiêu
Máy cấp liệu bánh đàn hồi
Thùng điều chế bùn
Bơm (80AFB-24)-2
Thùng hòa tách trung tính-2
Máy cô đặc hòa tách trung tính-2
Bơm (65AFB-25)-4
Thùng hòa tách axit -1
Bơm (80AFB-64)-2
Máy lọc ép hòa tách axit - 2 Đến từ dung dịch trong bên
trên cô đặc hòa tách axit cao giai đoạn 2 quặng thiêu kẽm
sulfua
Bột Mn H2SO4 Vôi
Dung dịch trong bên
trên
Bơm (80FSB-
30L)-4
Đưa đến PX làm sạch Chất kết tụ
số 3
H2SO4
Dung dịch lọc
Bã lọc (bã chì) Máy lọc ép bã rửa
-2
Bơm (65AFB-25)-2 Thùng rửa bã hòa tách -1 Bơm (80FSB-
30)-2
Dung dịch lọc
Bơm (80FSB- 30)-2
* Hoà tách tinh quặng kẽm sulfua thiêu và xử lý bã
Quặng thiêu và một phần bụi qua máy cấp liệu đĩa và vít tải cho vào máy nghiền bi cùng với dung dịch tạo bùn để nghiền tạo bùn, định kỳ cho vào quặng đioxit mangan mềm và dùng bùn dương cực. Bùn quặng được bơm vào bể hoà tách trung tính, cho vào dung dịch điện phân thải và axít sulfuaric để hoà tách. Sau đó phần dung dịch trong bên trên bơm đến khâu làm sạch. Dòng đáy đưa vào bể hoà tách axít giai đoạn 1, cho axít sulfuaric và dung dịch điện phân thải vào tiến hành hoà tách. Bùn quặng hoà tách đưa vào máy cô đặc để phân ly rắn và lỏng, phần dung dịch trong bên trên của hoà tách giai đoạn 1 đưa vào bể trung hoà sẵn, cho bụi vào trung hoà. Bùn quặng trung hoà sẵn đưa vào bể cô đặc, dòng đáy đưa vào hoà tách axít nóng giai đoạn 1. Dung dịch trong bên trên đưa vào bể lắng phèn, dung dịch tràm phèn đưa vào máy cô đặc, dung dịch trong bên trên quay trở lại hoà tách trung tính, dòng đáy đưa vào hoà tách axít giai đoạn 2. Dòng đáy hoà tách axít giai đoạn 1 bơm vào bể hoà tách giai đoạn 2, cho axít sulfuaric, dung dịch điện phân thải vào để hoà tách. Bùn quặng hoà tách đưa vào máy lọc, dung dịch lọc bơm trở lại để hoà tách axít giai đoạn 1(một phần đưa vào bể hoà tách trung tính bột oxít kẽm).
Bã lọc cho vào bể rửa bã bằng nước mới, rửa xong cho vào máy lọc ép để lọc.
Dung dịch lọc cho vào bể tạo bùn để tạo bùn, bã lọc được chứa tại bãi thải của nhà máy.
Hình 4.3. Sơ đồ công nghệ hòa tách tinh quặng kẽm sulfua thiêu
Bộ cát thiêu, bụi thiêu Vít tải
Nghiền điều chế vữa Bơm (80AFB-24)-
2
Máy cô đặc hòa tách trung tính
Bã lọc
Thùng lắng phèn
Bơm (64AFB- 25)-2
Bơm (64AFB-25)-2
Máy lọc ép-2 Bơm đưa chuyển
dung dịch trong bên trên (80FSB-
30)-2
Máy cô đặc hòa tách axit cao giai
đoạn 1
Bột quặng
Mn
Bơm đưa chuyển dung dịch trong bên trên (80FSB-
30)-2
Bơm dòng đáy (64AFB- 25)-2
Bơm (64AFB-25)-2
Thùng trung hòa sẵn
H2SO4
Hòa tách trung tính - 2
Bơm (80AFB-60)-2 Hòa tách axit cao giai
đoạn 2-1 Đến công đoạn làm
sạch dung dịch
Bể chứa dung dịch điều chế
vữa
Hòa tách axit cao giai đoạn 1-2
Dung dịch lọc Thùng rủa bã hòa tách-1
Bơm (80AFB- 60)-2 Bơm (64AFB-
25)-2 Bụi thiêu
Máy cô đặc trung hòa sẵn Bơm (64AFB-25)-2
Bơm đưa chuyển dung dịch trong bên
trên (80FSB-30)-2
Bơm (64AFB-25)-
2 Bơm
(64AFB- 25)-2
Bơm đưa chuyển dung dịch trong bên
trên (80FSB-30)-2
H2SO4
H2SO4
Bơm (80AFB-60)-2
Dung dịch lọc
Một phần đưa đi hòa tách oxit kẽm
thiêu
Làm sạch dung dịch
Từ phân xưởng hoà tách đưa đến dung dịch hoà tách trung tính có hàm lượng Zn 110-130g/l. Từ bể chứa dung dịch hoà tách trung tính bơm đến máy trao đổi nhiệt độ, gia nhiệt gián tiếp lên 80-850C rồi cho chảy vào bể có máy khuấy cơ giới để tiến hành làm sạch nhiệt độ cao giai đoạn 1. Làm sạch xong, bùn quặng đã được làm sạch liên tục xả vào bể trung gian qua đáy bể và lọc bằng máy lọc ép. Qua lọc thu được bã lọc (bã đồng, Cadimi) đưa đến khâu xử lý bã Cu, Cd, dung dịch lọc đưa vào bể chứa. Dung dịch lọc qua tháp làm nguội bằng không khí giảm nhiệt độ xuống 500C, sau đó bơm vào bể làm sạch nhiệt độ giai đoạn 2. Bùn quặng làm sạch sau khi qua lọc, bã lọc đưa đến khâu làm sạch giai đoạn 1 hoặc trực tiếp đưa đến khâu xử lý bã Cu, Cd. Dung dịch lọc của khâu làm sạch giai đoạn 2 là dung dịch điện phân mới đạt tiêu chuẩn bơm đến các bể chứa dung dịch điện phân mới của phân xưởng điện phân.
Bã Cu, Cd của khâu làm sạch, sau khi tạo bùn trong bể tạo bùn bơm đến máy nghiền bi nghiền mịn, qua bể trung gian bơm vào bể hoà tách bã Cu, Cd.
Trong điều kiện khuấy cơ giới, dùng axít sulfuaric để hoà tách, bùn quặng hoà tách dùng vôi trung hoà đến pH = 5,2-5,4 rồi đưa đi lọc. Bã lọc sau khi rửa được đưa ra bãi chứa bã của nhà máy, dung dịch lọc bơm vào bể thay thế cho bột kẽm vào để thay thế Cadimi. Bùn thay thế sau khi lọc qua được bã lọc, dung dịch lọc cho quay lại phân xưởng hoà tách làm dung dịch tạo bùn
Hình 4.4. Sơ đồ công nghệ làm sạch dung dịch
DD lọc đưa đi điện phân
Cho bột kẽm
DD lọc DD lọc
DD lọc đưa đi hòa tách trung tính
DD điện phân thải Nhũ vôi
Sb2O3 CuSO4
Cho bột kẽm
Bã đồng Bơm (65AFSM-
60)-1 Thùng hòa tách
bã Cu, Cd-1 Bơm (50AFSB-
25)-1 Nghiền và điều
chế bùn - 1 Thùng điều chế
bùn bã lọc - 1 Máy lọc ép Bơm (80AFSM-
60)-3 Thùng làm sạch nhiệt độ cao - 3 Bộ trao đổi nhiệt vít xoắn tăng nhiệt Dung dịch trong bên trên từ PX hòa tách
Máy lọc ép - 1
Cd xốp Máy lọc ép
Bơm (65FSM- 32L)-1
Thùng trao đổi Cd-1
Bơm (65FSM- 32L)-1 DD lọc
Cho bột kẽm
Bơm (80AFSM- 60)-3 Bơm (80FSB-
30L)-2 Tháp làm nguội, không khí làm nguội Bơm (80FSB-30L)-
2
Thùng làm sạch nhiệt độ thấp
Máy lọc ép - 3
Bã lọc (Cu, Cd)
Điện phân và đúc thỏi
* Điện phân kẽm
Dung dịch điện phân mới từ khâu làm sạch dung dịch đưa đến được chứa vào bể chứa dung dịch điện phân mới của phân xưởng điện phân. Khi đưa vào điện phân, dung dịch mới được hoà với dung dịch điện phân thải đã qua tháp làm nguội để hạ nhiệt độ theo tỷ lệ 1:18 trong bể cấp dung dịch rồi đưa vào phân xưởng điện phân. Từ đây qua các bể điện phân dòng và các ống có van điều tiết cho chảy vào các bể điện phân. Dòng điện 1 chiều được cấp cho bể điện phân, trong mỗi bể điện phân đặt vào 39 tấm âm cực tiêu chuẩn và 38 tấm dương cực, dươi tác dụng của dòng điện 1 chiều, Zn2+ trong dung dịch sulfat kẽm tích tụ lên âm cực, còn gốc SO42- kết hợp với H+ trên dương cực tạo thành axít sufuaric. Qua chu kỳ điện phân 24h, sau khi kẽm tích tụ trên âm cực đạt tới trọng lượng thích hợp thì cẩu lấy âm cực ra khỏi bể, rửa sạch phân dung dịch điện phân bẩn bám trên bề mặt, bóc lấy tấm kẽm đưa đi đúc thỏi.
Tấm âm cực đem làm sạch bề mặt, rửa, sửa phẳng, bọc mép lại đưa vào bể điện phân tham gia chu kỳ điện phân mới.
Hình 4.5. Sơ đồ công nghệ điện phân
Bùn dương cực đưa đi hòa tách Thùng múc chân
không Bùn dương cực Bể điện phân-64
Tháp làm nguội không khí-2 Bơm dung dịch
mới-2 Thùng chứa dung
dịch mới-2 DD làm sạch từ
PX làm sạch
Bơm dung dịch điện phân thải
Một phần trở lại hòa tách
Thùng chứa dung dịch điện phân thải Bơm dung dịch thải
DD điện phân thải
Lấy mẫu ra
Đưa đến PX nấu đúc Tấm dự phòng
âm cực Rửa, làm phẳng,
quét
Tách kẽm ra Tấm âm cực
Bóc kẽm nhân công Tách tấm âm
cực kẽm ra
* Đúc thỏi
Các tấm kẽm sau khi được bóc từ âm cực gọi là kẽm lá được cho vào lò thành từng mẻ, trong quá trình nấu chảy trong lò điện do có một lượng nhỏ nước và không khí tồn tại, không tránh khỏi có một lượng nhỏ kẽm bị oxi hoá tạo thành bã nổi. Kẽm lỏng sau khi đã vớt bã nổi, dùng máy đúc, đúc thành kẽm thỏi. Sau đó in mác, đánh số, cân, lấy mẫu phân tích rồi đưa đến kho thành phần. Bã nổi vớt ra sau khi để nguội đưa đến khâu nghiền bã nổi, tiến hành nghiền ướt. Bùn quặng sau nghiền thông qua lưới sàng các hạt kẽm lớn hơn 3mm được tách ra và cho quay lại khâu đúc thỏi, bùn mịn sau khi lắng vớt ra, phơi khô làm sản phẩm phụ cho các khâu sản xuất tiếp theo.
Hình 4.6. Sơ đồ công nghệ nấu đúc
NH4Cl
Hạt kẽm thô
Bể lắng trong
Bã kẽm nổi bán ngoài Hạt kẽm mịn
Sàng Kẽm thỏi
Nước rửa nghiền bi
Máy đúc thỏi đường thẳng
Bã kẽm nổi Dung dịch kẽm
Lò cảm ứng tần số làm việc nấu chảy kẽm
Tấm kẽm tách từ âm cực
Sản xuất axít sulfuaric từ khói lò thiêu lớp sôi
Khói của lò thiêu lớp sôi sau khi qua làm nguội, khử lưu huỳnh đưa vào khu vực sản xuất axít sulfuaric . Sản xuất axít từ khói sử dụng lưu trình: chưng cất cách nhiệt, tản nhiệt làm nguội axít, làm sạch bằng rửa axít loãng, chuyển hoá 4 đoạn bằng nền cố định, kiểu trao đổi nhiệt bên ngoài, chuyển hoá lần 2 bằng trao đổi nhiệt và 1 lần sấy khô, 2 lần hấp thụ.
Hình4.7. Sơ đồ sản xuất axit sunfuric
Làm sạch khí Thu bụi Khí lò thiêu lớp sôi
AXIT SULFURIC chuyển hoá Làm nguội hoá hơi
Axit bẩn chứa bụi (dẫn trạm xử lý
nước thải) Hấp thụ