intTypePromotion=1
ADSENSE

Nghiên cứu công nghệ phân hủy chọn lọc tạp khoáng Ilmenit, rutin và monazit trong tinh quặng ziriconi silicat Việt Nam

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

54
lượt xem
5
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của nghiên cứu này là xác định các điều kiện công nghệ hợp lý cho quá trình phân hủy và loại bỏ các nguyên tố gây m àu Ti, Fe, Ln (đất hiếm) đi kèm tinh quặng ziriconi silicat để thu sản phẩm ziricon có hà m lượng TiO2 = 0,03 - 0,06%, Fe2O3 = 0,03 - 0,08%, Ln2O3 tổng oxit đất hiếm = vết (đây l à tiêu chuẩn ziriconi silicat “Hai đồng tiền” của hãng Nippon, Nhật Bản).

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu công nghệ phân hủy chọn lọc tạp khoáng Ilmenit, rutin và monazit trong tinh quặng ziriconi silicat Việt Nam

T¹p chÝ Hãa häc, T. 41, sè 2, Tr. 21 - 25, 2003<br /> <br /> <br /> Nghiªn cøu c«ng nghÖ ph©n hñy chän läc t¹p kho¸ng<br /> Ilmenit, rutin vµ monazit trong tinh quÆng ziriconi<br /> silicat ViÖt Nam<br /> §Õn Tßa so¹n 19-4-2002<br /> Vò Thanh Quang, Cao §×nh Thanh, Ph¹m B¸ Kiªn, Ph¹m Quang Minh<br /> ViÖn C«ng nghÖ x¹ hiÕm H& Néi<br /> <br /> <br /> Summary<br /> This article introduces a procedure for chemical treatment of zirconium silicate<br /> concentration to obtain zircon that is suitable for material of melting enamel. The kinetic<br /> aspects of dissolving process of the impure minerals accompanying with the zirconium silicate<br /> concentrate have also been investigated. Yield of the dissolving stage of the impure minerals<br /> using H2SO4 as a dissolving reagent is determined by equation: = 1 – 0.6exp(-2.31×10-7.t/R20).<br /> <br /> <br /> I - Më ®Çu Fe, Ti, ®Êt hiÕm l qu¸ kh¾t khe, rÊt khã duy tr×<br /> æn ®Þnh khi triÓn khai lín. Ngo i ra, gi¸ th nh<br /> Ziriconi v c¸c hîp chÊt cña nã ® îc sö cña s¶n phÈm ziricon kh«ng hÊp dÉn ®èi víi c¸c<br /> dông nhiÒu trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt vËt liÖu nh s¶n xuÊt vèn ®ang quen sö dông nguyªn<br /> chÞu löa, ng nh ®óc, gèm sø. Trong sa kho¸ng liÖu nhËp ngo¹i víi gi¸ t ¬ng ® ¬ng.<br /> biÓn h m l îng ziricon chiÕm kho¶ng 4 - 6% Môc tiªu cña nghiªn cøu n y l x¸c ®Þnh<br /> v th êng ®i cïng víi c¸c kho¸ng kh¸c nh c¸c ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ hîp lý cho qu¸ tr×nh<br /> ilmenit, rutin, monazit v xenotim [1]. Th nh ph©n hñy v lo¹i bá c¸c nguyªn tè g©y m u Ti,<br /> phÇn tinh quÆng ziriconi silicat cña ViÖt Nam Fe, Ln (®Êt hiÕm) ®i kÌm tinh quÆng ziriconi<br /> nhËn ® îc sau qu¸ tr×nh tuyÓn tõ, tuyÓn tÜnh silicat ®Ó thu s¶n phÈm ziricon cã h m l îng<br /> ®iÖn v tuyÓn b n ®Di th êng cã h m l îng c¸c TiO2 = 0,03 - 0,06%, Fe2O3 = 0,03 - 0,08%,<br /> t¹p kho¸ng g©y m u ilmenit, rutin, monazit lín Ln2O3 tæng oxit ®Êt hiÕm = vÕt (®©y l tiªu<br /> h¬n h ng chôc lÇn tiªu chuÈn ziricon nguyªn chuÈn ziriconi silicat “Hai ®ång tiÒn” cña hDng<br /> liÖu cho men frit còng nh men sèng. ChÝnh v× Nippon, NhËt B¶n).<br /> vËy, “tÈy tr¾ng” ziriconi silicat l mét trong<br /> nh÷ng vÊn ®Ò ®ang ® îc quan t©m. II - C¬ së lý thuyÕt cña qu¸ tr×nh<br /> Tõ nh÷ng n¨m 1990 c¸c t¸c gi¶ [2] ®D sö ph©n hñy t¹p kho¸ng v. c¸c kÕt<br /> dông axit sunfuric ®Æc ë nhiÖt ®é 180 - 200oC, qu¶ thùc nghiÖm<br /> tû lÖ axit/quÆng = 1,2/1, kÕt hîp quÊy trén c¬<br /> häc liªn tôc trong thêi gian 5h ®Ó hßa tan chän 1. C¬ së tÝnh to¸n lý thuyÕt<br /> läc ilmenit, rutin, monazit v mét sè t¹p kho¸ng<br /> g©y m u kh¸c ®i kÌm trong tinh quÆng ziriconi DÔ r ng thÊy r»ng møc ®é ph©n hñy c¸c t¹p<br /> silicat. Nh îc ®iÓm chÝnh cña ph ¬ng ph¸p n y kho¸ng phô thuéc chñ yÕu v o c¸c biÕn c«ng<br /> l th¶i mét l îng d lín axit H2SO4 (1,5 kg nghÖ chÝnh: Tû lÖ axit/quÆng, nhiÖt ®é, kÝch<br /> H2SO4/1 kg quÆng) v c¸c ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ th íc h¹t quÆng v thêi gian ph©n hñy. Nh<br /> cña qu¸ tr×nh röa, lo¹i bá c¸c t¹p kho¸ng chøa vËy, ®Ó thuËn lîi cho qu¸ tr×nh chuyÓn quy m«<br /> 21<br /> cÇn x¸c ®Þnh t êng minh quan hÖ: ngét v ®¹t gi¸ trÞ cao nhÊt [3] khi: (Khèi l îng<br /> = F(C,T,R,t) (1) Fe2O3 cÇn ph©n hñy) : (Khèi l îng hçn hîp<br /> (H2SO4 : H2O = 8 : 3)) = 1 : 16 (2)<br /> Trong ®ã:<br /> l møc ®é ph©n hñy tÝnh b»ng tû sè gi÷a Ph¶n øng sunfat hãa rutin ®¹t tèc ®é cao<br /> khèi l îng t¹p kho¸ng ®D ph©n hñy v khèi nhÊt ë To = 290 - 300oC trong sù cã mÆt ë mét<br /> l îng t¹p kho¸ng cã trong tinh quÆng l îng ®¸ng kÓ cña ion HSO4-1 [3].<br /> (M[t]/M0). Víi nh÷ng lý do trªn, chän nhiÖt ®é ph©n<br /> F l h m sè, hñy c¸c t¹p kho¸ng ®i kÌm ziriconi silicat ë To<br /> C l nång ®é axit (mol/kg), = 300oC±20oC l hîp lý. Th«ng sè C ® îc x¸c<br /> T l nhiÖt ®é tiÕn h nh ph©n hñy (oC), ®Þnh th«ng qua c¸c ph¶n øng 1, 2, 3, 4 v biÓu<br /> R l b¸n kÝnh h¹t quÆng (µm), thøc (2) ® îc gäi l C lý thuyÕt (Clt). Trong qu¸<br /> t l thêi gian ph©n hñy (phót). tr×nh xö lý tinh quÆng ziriconi silicat cßn x¶y ra<br /> sù hßa tan cña c¸c oxit kim lo¹i kh¸c ® îc<br /> C¸c c¬ së lý thuyÕt v thùc nghiÖm d íi ®¸nh gi¸ th«ng qua ®é hót khèi v qu¸ tr×nh tù<br /> ®©y cho phÐp x¸c ®Þnh hai th«ng sè C&T trong ph©n hñy cña H2SO4 ë vïng nhiÖt ®é 300oC. Do<br /> h m F. vËy th«ng sè C cña qu¸ tr×nh thùc (Ct) lu«n lín<br /> C¸c ph¶n øng hãa häc cña qu¸ tr×nh ph©n h¬n Clt v ® îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm. KÕt<br /> hñy t¹p kho¸ng qu¶ thùc nghiÖm cho thÊy, Ct = 1,5Clt - 2Clt l<br /> 1. Ph¶n øng ph©n hñy ilmenit: thÝch hîp ®èi víi tinh quÆng ziriconi silicat 61 -<br /> FeTiO3 + 3H2SO4 = Ti(SO4)2 + FeSO4 + 3H2O 62% ZrO2, TiO2 = 0,3 - 1%, Fe2O3 = 0,3 - 1%,<br /> Ln2O3 1 - 2% v ®é hôt khèi sau ph©n hñy trong<br /> 2. Ph¶n øng ph©n hñy monazit: kho¶ng 5 - 8% khèi l îng quÆng v o.<br /> 2LnPO4 + 3H2SO4 = Ln2(SO4)3 + 2H2PO4 Sau khi x¸c ®Þnh C = 1,5Clt - 2Clt v T =<br /> 3. Ph¶n øng ph©n hñy oxit Fe(III): 300oC±20oC th× biÓu thøc (1) ® îc chuyÓn<br /> Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O th nh (3).<br /> 4. Ph¶n øng ph©n hñy rutin: = H»ng sè. f(R,t) (3)<br /> TiO2 + 2H2SO4 = Ti(SO4)2 + 2H2O D¹ng h m f(R, ) x¸c ®Þnh nhê kÕt qu¶ thùc<br /> Trªn c¬ së c¸c sè liÖu vÒ nhiÖt ®éng v c¸c nghiÖm v gi¶i m« h×nh to¸n cña qu¸ tr×nh ph©n<br /> nghiªn cøu ph©n hñy ilmenit, monazit b»ng hñy quÆng.<br /> H2SO4 cã thÓ kh¼ng ®Þnh r»ng tèc ®é cña bèn 2. M« h×nh ®éng häc cña qu¸ tr×nh ph©n hñy<br /> ph¶n øng trªn l gi¶m dÇn, do ®ã tèc ®é ph©n t¹p kho¸ng<br /> hñy c¸c t¹p kho¸ng ®i kÌm trong ziriconi silicat<br /> ® îc quyÕt ®Þnh bëi tèc ®é sunfat hãa rutin. Gi¶ thuyÕt thø nhÊt l : C¸c t¹p kho¸ng<br /> ThËt vËy, theo t i liÖu [4] qu¸ tr×nh ph©n hñy ilmenit, monazit, rutin v c¸c oxit ®i kÌm trong<br /> ilmenit H2SO4 ®Æc b¾t ®Çu x¶y ra ë To = 130 - tinh quÆng tuyÓn ziriconi silicat cã phæ ph©n bè<br /> 150oC, tiÕp theo ph¶n øng tù sinh nhiÖt v qu¸ kÝch th íc h¹t l phæ ph©n bè kÝch th íc h¹t<br /> tr×nh ph©n hñy x¶y ra rÊt mDnh liÖt, kÕt thóc cña tinh quÆng ziriconi silicat sau khi tuyÓn,<br /> qu¸ tr×nh chØ trong kho¶ng thêi gian 5 - 10 nghiÒn. C¸c h¹t quÆng cã d¹ng h×nh cÇu.<br /> phót. Gi¶ thuyÕt thø hai l : ChØ c¸c h¹t t¹p chÊt<br /> §èi víi kho¸ng monazit th× qu¸ tr×nh ph©n ®øng ®éc lËp v c¸c t¹p chÊt b¸m bÒ mÆt ngo i<br /> hñy x¶y ra chËm h¬n. Tèc ®é ph©n hñy monazit h¹t ziriconi silicat l bÞ ph©n hñy bëi axit<br /> b»ng H2SO4 ®Æc ®¹t gi¸ trÞ cao nhÊt ë To = 210 - sunfuric. C¸c h¹t t¹p kho¸ng n»m trong lßng<br /> 220oC, ë nhiÖt ®é n y, trong thêi gian 2 - 3 h h¹t ziriconi silicat v ziriconi silicat l kh«ng<br /> hiÖu suÊt ph©n hñy cã thÓ ®¹t ®Õn 98% [5]. tham gia ph¶n øng.<br /> Ph¶n øng ph©n hñy Fe2O3 kh«ng x¶y ra ë a) M« h×nh ph©n hñy mét h¹t t¹p kho¸ng rutin<br /> nhiÖt ®é th êng, ë nhiÖt ®é 250 - 300oC tèc ®é C¬ së lý thuyÕt ë phÇn trªn ®D cho thÊy tèc<br /> ph¶n øng kh«ng cao. Tèc ®é ph¶n øng t¨ng ®ét ®é hßa tan h¹t rutin l tèc ®é khèng chÕ qu¸<br /> 22<br /> tr×nh. V× vËy c¸c ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ b¶o ®¶m ® îc sunfat hãa b»ng H2SO4 cã nång ®é C ë<br /> hßa tan ho n to n rutin còng mÆc nhiªn b¶o nhiÖt ®é T ®D ® îc tÝnh to¸n ë trªn th× sau thêi<br /> ®¶m sù hßa tan ho n to n cña c¸c kho¸ng kh¸c. gian t phót b¸n kÝnh h¹t l R(t). H×nh 1 m« t¶<br /> Gi¶ sö h¹t rutin cã b¸n kÝnh ban ®Çu l R0(cm) c¸c giai ®o¹n cña qu¸ tr×nh ph©n hñy rutin.<br /> TiO2 Ti(SO4)<br /> R0 R(t)<br /> <br /> <br /> Giai ®o¹n I (T < 220oC) Giai ®o¹n II (T = 300oC)<br /> <br /> H×nh 1: C¸c giai ®o¹n hßa tan rutin b»ng H2SO4<br /> <br /> Giai ®o¹n I khi nhiÖt ®é cña khèi ph¶n øng phô thuéc cña møc ®é ph©n hñy v o R v t ë<br /> trong kho¶ng 180 - 200oC, tû lÖ R/L ®ñ ®Ó cã To = 300±20oC v C = 1,5Clt ® îc tiÖm cËn ë<br /> thÓ khuÊy trén th× tèc ®é cña qu¸ tr×nh ® îc d¹ng ph ¬ng tr×nh:<br /> quyÕt ®Þnh bëi tèc ®é cña ph¶n øng hãa häc 4<br /> v tèc ®é hßa tan s¶n phÈm ph¶n øng Ti(SO4)2 = 1 - 0,6.exp(-2,31.10-7.t/R20) (6)<br /> v o pha láng. Khi nhiÖt ®é cña qu¸ tr×nh tiÕp<br /> tôc t¨ng, khèi ph¶n øng qu¸nh l¹i v trë lªn B¶ng 1: H»ng sè tèc ®é ph¶n øng phô thuéc<br /> cøng ng¾c kh«ng thÓ khuÊy trén, th× s¶n phÈm kÝch th íc h¹t trung b×nh<br /> cña ph¶n øng Ti(SO4)2 tÝch lòy dÇn trªn bÒ mÆt<br /> h¹t quÆng, t¹o th nh mét líp vá xèp cã b¸n STT § êng kÝnh TB, µm Kc, phót-1<br /> kÝnh t¨ng dÇn, g©y trë lùc t¨ng dÇn cho sù tiÕp 1 40 0,0035<br /> xóc cña H2SO4 víi h¹t rutin nguyªn thñy. Do<br /> 2 70 0,0026<br /> ®ã, ë giai ®o¹n n y tèc ®é sunfat hãa rutin ® îc<br /> quyÕt ®Þnh bëi tèc ®é khuÕch t¸n trong cña 3 100 0,0023<br /> H2SO4 tõ bªn ngo i v o t©m cña h¹t. d < 40 chiÕm 70%<br /> ë giai ®o¹n I, tèc ®é ph©n hñy tû lÖ víi diÖn 4 0,0032<br /> 40 < d < 70 - 25%<br /> tÝch mÆt ngo i cña h¹t v ® îc x¸c ®Þnh b»ng<br /> ph ¬ng tr×nh (4) [6] 70 < d < 100 - 5%<br /> 1/3<br /> Kct = 1 - (1 - ) (4) Khi biÓu diÔn c¸c sè liÖu n y d íi d¹ng ®å<br /> Trong ®ã: thÞ 1 - 2/3 - (1 - )2/3 v t sÏ nhËn ® îc c¸c<br /> Kc l h»ng sè tèc ®é ph¶n øng (phót)-1, ® êng th¼ng cã hÖ sè gãc l Kp. H×nh 3 cho<br /> t l thêi gian ph©n hñy (phót). phÐp x¸c ®Þnh KP = 0,0012 (phót-1) ®èi víi tËp<br /> hîp h¹t quÆng ziriconi silicat cã ph©n bè h¹t (r<br /> KÕt qu¶ thùc nghiÖm chØ ra r»ng: Giai ®o¹n<br /> I th êng kÐo d i 60 - 80 phót, phô thuéc ph©n = real) 70% cã d < 38 µm, 25% cã 38 µm < d <<br /> bè kÝch th íc h¹t m møc ®é ph©n hñy = 75 µm v 5% cã 75 µm < d < 100 µm víi h m<br /> 0,45 - 0,55. Trªn c¬ së hÖ sè gãc cña ®å thÞ: 1 - l îng t¹p kho¸ng TiO2 = 0,25 - 0,30%, Fe2O3 =<br /> (1 - )1/3 v t, gi¸ trÞ cña Kc x¸c ®Þnh cho mét sè 0,30 - 0,35% v Ln2O3 = 1 - 1,2%. §é hôt khèi<br /> sau ph©n hñy 5 - 8%. Tõ gi¸ trÞ cña Kp, theo<br /> ph©n bè h¹t ® îc tr×nh b y trªn b¶ng 1.<br /> ph ¬ng tr×nh Crank-Ginstling [6] dÔ d ng tÝnh<br /> ë giai ®o¹n II, tèc ®é cña qu¸ t×nh ® îc x¸c ® îc hÖ sè khuÕch t¸n trong D = 2,31.10-7<br /> ®Þnh b»ng tèc ®é khuÕch t¸n cña chÊt ph¶n øng cm2/s.<br /> qua lç xèp cña líp Ti(SO4)2 khan v ® îc m« t¶ Tõ c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n v thùc nghiÖm<br /> b»ng ph ¬ng tr×nh (5) [6]. nªu trªn cã thÓ kÕt luËn r»ng: Qu¸ tr×nh hßa tan<br /> Kpt = 1 - 2/3 -(1 - )2/3 (5) chän läc t¹p kho¸ng ilmenit, rutin v monazit ®i<br /> Sè liÖu thùc nghiÖm trªn h×nh 2 m« t¶ sù kÌm trong tinh quÆng ziriconi silicat ë nhiÖt ®é<br /> 23<br /> 300±20oC v C = 1,5Clt ® îc m« t¶ b»ng 2 0,0032t = 1 - (1 - )1/3 (7)<br /> ph ¬ng tr×nh (7) v (8): 0,0012t = 1 - 2/3 - (1 - )2/3 (8)<br /> Møc ®é ph©n hñy<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Thêi gian ph¶n øng, phót<br /> H×nh 2: Sù phô thuéc cña møc ®é ph©n hñy v o thêi gian v kÝch th íc h¹t quÆng<br /> [1 - (2/3)w – 1(1 – w)2/3)]<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Thêi gian, phót<br /> H×nh 3: §å thÞ 1 - 2/3 - (1 - )2/3 v t<br /> <br /> b) Qu¸ tr×nh röa 38 µm < d < 75 µm v 5% cã 75 µm < d < 100<br /> §D tiÕn h nh ph©n hñy tinh quÆng ziriconi µm víi h m l îng t¹p kho¸ng TiO2 = 0,25 -<br /> silicat nguån gèc sa kho¸ng vïng Kú Anh - H 0,30%, Fe2O3 = 0,30 - 0,35% v Ln2O3 = 1 -<br /> TÜnh trong c¸c ®iÒu kiÖn sau: axit sunfuric ®Æc 1,2%.<br /> ë kho¶ng nhiÖt ®é 250 - 300oC, trong thêi gian Khèi ph©n hñy ® îc hßa t¸ch b»ng n íc víi<br /> 4 giê sunfat hãa ®Õn 95% v lo¹i bá víi hiÖu tû lÖ R/l = 1/5. Sau 5 bËc röa, pH cña dung dÞch<br /> suÊt 90 - 92% c¸c t¹p kho¸ng ilmenit, rutin, trong kho¶ng 5,5 - 6,5. HiÖu suÊt cña c¶ qu¸<br /> monazit ®i kÌm trong tinh quÆng tuyÓn ziriconi tr×nh ph©n hñy v hßa t¸ch trong kho¶ng 90 -<br /> silicat (ph©n bè h¹t 70% cã d < 38 µm, 25% cã 92%. Do ®ã l îng t¹p chÊt cßn l¹i trong s¶n<br /> <br /> 24<br /> phÈm n»m trong kho¶ng 8 - 10% so víi nguyªn ® îc xö lý b»ng th¸p hÊp thô.<br /> liÖu ®Çu.<br /> T.i liÖu tham kh¶o<br /> III - kÕt luËn<br /> 1. Th¸i B¸ CÇu & nnk. "B¸o c¸o thùc hiÖn dù<br /> Quy tr×nh c«ng nghÖ xö lý hãa häc tinh ¸n s¶n xuÊt thö ziriconi silicat dïng cho<br /> quÆng tuyÓn ziriconi silicat tiÕn h nh theo c¸c men sèng". Th viÖn ViÖn c«ng nghÖ x¹<br /> b íc chÝnh sau: Trén, ñ axit sunfuric víi tinh hiÕm - Sè 3A(DA), ký hiÖu BCKH/98.<br /> quÆng, nung phèi liÖu ë nhiÖt ®é 250 - 300oC<br /> 2. Bïi V¨n H ng. Nghiªn cøu s¶n xuÊt ZrO2<br /> trong thêi gian 4 giê. Hßa t¸ch khèi ph¶n øng<br /> 99% v ziricon chÊt l îng cao. B¸o c¸o ®Ò<br /> (5 bËc) b»ng n íc víi tû lÖ R/L = 1/5, khuÊy<br /> t i, Th viÖn ViÖn CNXH (1991).<br /> trén liªn tôc v = 150 - 170 vßng/phót. L¾ng läc,<br /> sÊy, ®¸nh t¬i v ®ãng bao s¶n phÈm. Quy tr×nh 3. I. U. V. Kariakin, I. I. Angelov. Hãa chÊt<br /> c«ng nghÖ n y cã mét sè u ®iÓm sau: tinh khiÕt, NXB Khoa häc v Kü thuËt<br /> (1990).<br /> 1. S¶n phÈm ®¹t ®é s¹ch hãa häc b»ng 4. §inh Ph¹m Th¸i & nnk. LuyÖn kim kim<br /> ziricon "Hai ®ång tiÒn" cña hDng Nippon, NhËt lo¹i m u v quý hiÕm. NXB Gi¸o dôc<br /> B¶n. (1996).<br /> 2. N íc th¶i láng cã ®é pH trung b×nh = 3 - 5. D. N. Triponal. Redkogemlnue clementov,<br /> 4, thuËn lîi cho c«ng nghÖ xö lý n íc th¶i. Khimia (1960).<br /> 3. C¸c ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ ®¬n gi¶n, dÔ 6. Habashi Fathi. Principles of extractive<br /> thùc hiÖn v triÓn khai ë quy m« lín h¬n. metative metallurgy, Vol. 1 (1969).<br /> Nh îc ®iÓm chÝnh cña c«ng nghÖ n y l khÝ 7. NguyÔn Bin. C¬ së tÝnh to¸n chuyÓn quy<br /> th¶i SO2 v SO3 cña qu¸ tr×nh ph©n hñy cÇn m« thiÕt bÞ c«ng nghÖ. H Néi (1994).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 25<br />
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2