3.2. NGHIÊN CỨU THU HỒI SẮT TỪ BÃ THẢI BÙN ĐỎ
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian nung
Các mẫu có cùng tỉ lệ thành phần theo tỉ lệ khối lượng của bùn đỏ, cacbon và chất phụ gia lần lượt là 100 : 20 : 6, được đem nung tại nhiệt độ 1300oC như ở trên với các khoảng thời gian nung khác nhau. Kết quả thí nghiệm được trình bày trong bảng 3.5 và hình 3.6.
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của thời gian nung đến TFe, MFe Thời gian nung (phút) 90 110 130 150
TFe (%) 73,4 81,3 67,2 61,9
MFe (%) 43,1 74,3 53,3 47,0
Hình 3.6. Ảnh hưởng của thời gian nung đến MFe/TFe và RFe
Từ hình 3.6 nhận thấy rằng không có quan hệ tuyến tính giữa mỗi thông số thu hồi sắt MFe/TFe và RFe và thời gian nung, chỉ có một peak ứng với một thông số thu hồi sắt tại thời gian là 110 phút. Tại nhiệt độ 1300oC với thời gian nung 110 phút, TFe ; MFe/TFe và RFe lần lượt có giá trị tốt nhất là 81,3% ; 91,4% và 83,2%.
Từ đó có thể suy ra rằng thời gian tối ưu 110 phút là thời gian mà phản ứng khử sắt oxit bằng cacbon xảy ra tối ưu.
3.2.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ hàm lượng cacbon
Để khảo sát hàm lượng cacbon phù hợp cho quá trình thu hồi sắt, đã khảo sát lần lượt các tỉ lệ khác nhau của cacbon so với bùn đỏ. Các thông số khác của thí nghiệm cũng được duy trì như ở trên: theo tỉ lệ khối lượng của bùn đỏ và chất phụ gia là 100 : 6, phản ứng khử được thực hiện tại nhiệt độ 1300oC trong khoảng thời gian 110 phút. Kết quả được trình bày trong bảng 3.6 và hình 3.7.
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của hàm lượng cacbon đến TFe và MFe
Hàm lƣợng cacbon
(g/100g bùn đỏ) 8 12 16 20 24
TFe (%) 61,5 68,3 76,0 81,3 80,5 MFe (%) 48,9 56,6 67,9 74,3 72,0
Hình 3.7. Ảnh hưởng của hàm lượng cacbon đến MFe/TFe và RFe
Từ bảng 3.6 và hình 3.7, lúc đầu các thông số của quá trình thu hồi sắt TFe, MFe/TFe và RFe tăng lên cùng với sự tăng của tỉ lệ khối lượng của cacbon so với bùn đỏ. Khi tỉ lệ khối lượng của cacbon so với bùn đỏ là 20 : 100 thì TFe, MFe/TFe và tỉ lệ thu hồi sắt RFe đạt kết quả tối ưu. Nhưng nếu tăng thêm hàm lượng cacbon lên 24 : 100 thì tổng hàm lượng sắt thu hồi TFe ở bảng 3.6 và các trị số MFe/TFe,
RFe ở hình 3.7 cũng không cao hơn được nữa.
Với tỉ lệ cacbon so với bùn đỏ là 20 : 100 này, TFe ; MFe/TFe và RFe lần lượt thu được là 81,3% ; 91,4% và 83,2%.
Trong trường hợp tính toán theo lượng hematite chứa trong bùn đỏ, theo lý thuyết chỉ bằng 48,5% lượng cacbon đưa vào phối liệu (tức chỉ cần khoảng 9,7g cacbon/100g bùn đỏ, ít hơn rất nhiều so với dữ liệu thực nghiệm). Điều đó chứng tỏ rằng một phần lớn cacbon bị tiêu hao do phản ứng đồng thời với các tạp chất của bùn đỏ.
3.2.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ hàm lượng chất phụ gia
Trong loạt thí nghiệm này, các thí nghiệm cũng được thực hiện ở điều kiện nêu ở trên: tỉ lệ khối lượng của bột cacbon : bùn đỏ là 20 : 100, nhiệt độ nung là 1300oC, thời gian nung là 110 phút. Hàm lượng chất phụ gia được thay đổi từ 0, 3, 6 đến 9%.
Như đã nói ở trên, các chất FeO, SiO2 và Al2O3 có trong bùn đỏ sẽ làm cho nhiệt độ của phản ứng khử sắt oxit bằng cacbon trở nên rất cao. Khi thêm các chất phụ gia CaCO3 hoặc MgCO3 vào phản ứng, ban đầu sẽ có sự phân huỷ CaCO3 và MgCO3 thành CaO và MgO. Sau đó, chính CaO và MgO sẽ tác dụng với các tạp chất có trong bùn đỏ để tạo thành các chất hỗ trợ việc tạo thành pha sắt có điểm núng chảy thấp. Vớ dụ, CaOãSiO2 và MgOãSiO2 sẽ hỡnh thành trước tiờn do phản ứng giữa các tạp chất với CaO hoặc MgO. Kết quả là sự khử sắt oxit bằng cacbon được tiến hành chỉ cần ở 1300oC.
Ảnh hưởng của hàm lượng cacbon, chất phụ gia đến các thông số của quá trình thu hồi sắt được trình bày trong bảng 3.7 và hình 3.8.
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của hàm lượng chất phụ gia đến TFe , MFe
Hàm lƣợng chất phụ gia (%) 0 3 6 9
TFe (%) 66,8 83,0 81,3 88,6
MFe (%) 52,8 77,3 74,3 83,7
Hình 3.8 Ảnh hưởng của hàm lượng chất phụ gia đến MFe/TFe và RFe
Theo hình 3.8, hàm lượng chất phụ gia tối ưu là vào khoảng 6%. Ứng với tỉ lệ này, TFe ; MFe/TFe và RFe lần lượt thu được là 81,3% ; 91,4% và 83,2%.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
Qua quá trình nghiên cứu thu hồi sắt từ bã thải bùn đỏ nhà máy Hóa chất Tân Bình, TP. HCM, chúng tôi đã thu được những kết quả sau:
1. Đặc tính phối liệu:
Bựn đỏ cú kớch thước khỏ mịn, với đa số cỏc tập hợp hạt cỡ khoảng 10 àm – 30 àm. Thành phần húa học của bó thải bựn đỏ chủ yếu bao gồm cỏc nguyờn tố: O, Fe, Al, Na, Ca, Si, Ti với hàm lượng sắt oxit là 42,93%, nhôm oxit 22,72 %.... Bùn đỏ không nung chứa khoáng goethite FeO(OH) và natri nhôm silicat hidrat, các cấu tử còn lại ở dạng vô định hình. Độ giảm khối lượng tổng cộng của bùn đỏ do mất nước cấu trúc là 12%.
2. Nghiên cứu thu hồi sắt bằng phản ứng hoàn nguyên với cacbon, có thêm chất phụ gia ở nhiệt độ cao:
Đã khảo sát được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thu hồi sắt như: nhiệt độ nung, thời gian nung, hàm lượng cacbon, hàm lượng chất phụ gia. Cụ thể :
+ Nhiệt độ nung càng cao thì tổng hàm lượng sắt thu hồi, tỉ lệ kim loại hóa và hiệu suất thu hồi càng tăng.
Tại nhiệt độ 1150oC – 1200oC, cỏc hợp chất như 2FeOãSiO2, 2FeOãAl2O3 và 2FeOã2Al2O3ã5SiO2 được tạo ra từ phản ứng giữa cỏc chất FeO, SiO2 và Al2O3 có trong bùn đỏ. Có khả năng các chất vừa mới tạo thành này ngăn cản, làm giảm độ hoạt động của các chất phản ứng ban đầu, do đó sự khử sắt oxit và sự hình thành các tinh thể sắt đã bị ngăn chặn.
Nếu thêm các chất phụ gia CaCO3 hoặc MgCO3 sẽ tạo ra những ảnh hưởng tích cực đến phản ứng khử sắt oxit bằng cacbon, do đó ở nhiệt độ cao hơn 1200oC sự gây cản trở của các hợp chất nêu trên đã bị vô hiệu hóa. Vì vậy TFe cũng như MFe/TFe tăng lên khi nhiệt độ nung cao hơn 1200oC. Kết quả cho thấy nhiệt độ nung 1300oC và hàm lượng chất phụ gia vào khoảng 6% là tối ưu.
+ Không có quan hệ tuyến tính giữa mỗi thông số thu hồi sắt MFe/TFe và RFe và thời gian nung, chỉ có một peak ứng với một thông số thu hồi sắt tại thời gian là 110 phút. Do đó 110 phút là thời gian mà phản ứng khử sắt oxit bằng cacbon
xảy ra tối ưu.
+ Khi tỉ lệ khối lượng của cacbon so với bùn đỏ là 20 : 100 thì TFe, MFe/TFe và tỉ lệ thu hồi sắt RFe đạt kết quả tối ưu. Nhưng nếu tăng thêm hàm lượng cacbon lên 24 : 100 thì tổng hàm lượng sắt thu hồi TFe, MFe/TFe và RFe cũng không cao hơn được nữa.
Tóm lại, với điều kiện thí nghiệm tại nhiệt độ nung 1300oC, thời gian nung 110 phút, tỉ lệ theo khối lượng của bùn đỏ : cacbon : chất phụ gia là 100 : 20 : 6 sẽ cho các giá trị tối ưu của TFe ; MFe/TFe và RFe lần lượt là 81,3% ; 91,4% và 83,2%.
KIẾN NGHỊ
Do hạn chế về điều kiện thí nghiệm cũng như thời gian thực hiện đề tài, chúng tôi chưa thể khảo sát đầy đủ quá trình thu hồi sắt từ bã thải bùn đỏ với một số phối liệu và chất phụ gia khác. Vì vậy, chúng tôi đề xuất một số hướng cho các nghiên cứu tiếp theo:
1. Thực hiện quá trình thu hồi sắt kim loại từ bùn đỏ với một số phối liệu có tính khử khác.
2. Tiến hành nghiên cứu xử lí và ứng dụng bã alumisilicat sau thu hồi.
3. Tiến hành mô hình hóa các thí nghiệm thu hồi, tìm ra điều kiện tối ưu nhất.
4. Từng bước triển khai thí nghiệm trong điều kiện thực tế.