Tiểu luận: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thiêu khử lưu huỳnh quặng niken Bản Phúc trong lò bằng và lò quay

Chia sẻ: Ngô Huy Khoa Khoa | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

244
lượt xem 41
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo giới thiệu về cơ chế phản ứng trong quá trình thiêu khử lưu huỳnh trong lò thiêu dạng lò bằng và lò quay thiêu có thổi gió vào lòng lò, nguyên nhân gây ra sự giảm hàm lượng niken và biện pháp sử lý chống hao hụt niken. Kết quả tối ưu có thể đạt được là sự giảm hàm lượng niken trước và sau khi thiêu là 5-5,5% xuống còn 4,8-5%, còn hàm lượng lưu huỳnh giảm từ 22-25% xuống còn 3-5%, thời gian thiêu trong lò bằng là 2h....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tiểu luận: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thiêu khử lưu huỳnh quặng niken Bản Phúc trong lò bằng và lò quay

Tiểu luận Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thiêu khử lưu huỳnh quặng niken Bản Phúc trong lò bằng và lò quay
M ục l ục Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thiêu khử lưu huỳnh quặng niken Bản Phúc trong lò bằng và lò qua y ....................................................... 1 M ục l ục ........................................................................................................... 2 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thiêu khử lưu huỳnh quặng niken Bản Phúc trong lò bằng và lò quay ....................................................... 2 TÓM TẮT (Abstract or summary) ................................................................. 2 1. Đ ẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................... 3 2. THỰC NGHIỆM .......................................................................................... 3 3. CƠ SỞ QUÁ TRÌNH THIÊU OXY HÓA KHỬ LƯU HUỲNH ................ 4 4. K ẾT QUẢ V À THẢO LUẬN ...................................................................... 5 5. K ẾT LUẬN ................................................................................................. 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 11 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thiêu khử lưu huỳnh quặng niken Bản Phúc trong lò bằng và lò quay NGÔ HUY KHOA, PHẠM ĐỨC THẮNG Viện Khoa học vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Email: khoanh@ims.vast.ac.vn; thangpd@ims.vast.ac.vn TÓM TẮT (Abstract or summary) Bài báo giới thiệu về cơ chế phản ứng trong quá trình thiêu khử lưu hu ỳnh trong lò thiêu dạng lò b ằng và lò quay thiêu có thổi gió vào lòng lò, nguyên nhân gây ra sự giảm hàm lượng niken và biện pháp sử lý chống hao hụt niken. Kết quả tối ưu có thể đạt được là sự giảm hàm lượng niken trước và sau khi thiêu là 5-5,5% xu ống còn 4,8-5%, còn hàm lượng lưu hu ỳnh giảm từ 22-25% xuống còn 3-5%, thời gian thiêu trong lò b ằng là 2h. Thành phần các nguyên tố sau thiêu như vậy rất thuận lợi cho công đoạn nấu luyện sten niken, đặc biệt là phải giữ sao cho hạn chế tối đa sự mất mát niken trong các công đoạn khác nhau nhất là trong giai đoạn đầu xử lý quặng thô. 2
1. ĐẶT VẤN ĐỀ Thiêu oxy hóa quặng niken là khâu b ắt buộc trong quy trình công nghệ chế tạo niken từ qu ặng nguyên khai. Dưới đây là sơ đồ công nghệ chế tạo niken rất phổ biến trên thế giới bằng con đường cacbonyl hóa niken: 1-Qu ặng đa 2 -Tuyển nổi (1) thu 4 a-Nấu chảy (3) thu đ ược 3-Thiêu ôxy hoá tinh quặng chứa kim sunfua (2) để đuổi S hỗn hợp Cu2S + Ni2S3 Với Cu-Ni hàm lượng 16%(Cu+Ni)  10% ( Cu + Ni ) 6 -Khử (6) bằng khí 5 -Nghiền nhỏ và 4b-Nấu chảy sản 7 - Carbonyl hoá niken than b ằng CO ở 50-80oC tạo p hẩm (4) có cấp oxy o xy hoá thành (56%H2+25%CO), to=350oC thành ra tetracarbonyl Ni(CO)4 (CuO+NiO) thu được hỗn hợp  mixmetal 80%( Cu+Ni ) 8- Nhiệt phân 9 - Nấu chảy bột niken (8) trong Sơ đồ quy trình công nghệ điều Ni(CO)4 ở 200oC thu khí bảo vệ, đúc thỏi rồi cán chế niken bằng phương pháp được bột Niken có độ thành niken tấm thương phẩm cacbonyl hoá [1] sạch 99.99% độ sạch 99.9% Mục đích chính của thiêu là oxy hóa hỗn hợp kim loại có trong quặng đồng thời đốt cháy lưu hu ỳnh làm nguyên liệu cho quá trình nấu luyện ra sten tiếp theo. Sở dĩ người ta phải làm như vậy vì lưu hu ỳnh hầu như không đi vào xỉ và mặt khác nếu lưu hu ỳnh có hàm lượng cao làm cho xỉ bị sệt cản trở cho sự phân tách lớp xỉ và kim lo ại. Tuy nhiên, nhược điểm của quá trình thiêu khử lưu hu ỳnh là xảy ra hiện tượng hóa hơi niken không mong mu ốn. Vì vậy, cần phải có giải pháp phù hợp để thiêu oxy qu ặng làm giảm hàm lượng S về tới mức cần thiết đồng thời hạn chế tối đa sự mất mát lưu hu ỳnh. Từ thực tế nêu trên, trong khuôn khổ b ài báo này sẽ tập trung nghiên cứu thiêu oxy hóa qu ặng niken Bản Phúc-Sơn La trong nồi lò bằng và lò quay. Yêu cầu công nghệ đặt ra là nồi lò đ ược gia nhiệt đồng thời phía trên và dưới lớp quặng, nồi lò phải kín và trong quá trình thiêu có thổi gió nóng, thời gian thiêu khoảng 2h. 2. THỰC NGHIỆM Quặng niken lấy từ nguồn quặng Bản Phúc ở xã Tạ Khoa - huyện Bắc Yên-Sơn La, mẫu lấy thí nghiệm có thành phần như sau: 3
Bảng 1: Kết quả phân tích EDX mẫu quặng niken đặc xít Bản Phúc – Sơn La 001 2400 Element keV Mass% Error% Atom% 2100 OK 0,525 9,71 0,13 21,06 SKa Mg K 1,253 0,80 0,15 1,15 1800 Al K 1 ,486 0,97 0,14 1,24 Si K 1 ,739 2 ,48 0,14 3 ,06 1500 SK 2,307 24,65 0 ,12 26,67 OKa Ca K 3,690 1 ,11 0,25 0,96 S iK a 1200 F eK a Fe K 6 ,398 53,16 0,70 33,01 N iL l N iL aa F eL Ni K 7 ,471 5,04 1,26 2,98 A lK a 900 Total 100 100 M gK a SKb CaK a FeK b 600 C aK b N iK a N iK b 300 0 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 keV Thiết bị thiêu sử dụng là lò bằng tự thiết kế và lò quay tại viện công Mỏ và Luyện kim. Lò b ằng loại nhỏ có ưu điểm là thích hợp trong quy mô phòng thí nghiệm với mỗi mẻ thí nghiệm khoảng 5 kg, nhưng có nhược điểm là tổn hao nhiệt lớn và tổn hao quặng do bị bốc bụi trong quá trình thiêu. Lò quay có ưu điểm là thiêu công suất lớn, gia nhiệt nhanh phù hợp với quy mô pilot và công nghiệp; tổn hao nhiệt, su ất tiêu hao năng lượng và tổn hao quặng thấp hơn hẳn so với lò b ằng. Với lò b ằng, mỗi mẻ nghiên cứu có khối lượng khoảng 5kg, nồi thiêu hình trụ kích thước đáy 25cm, chiều cao 30cm, tốc độ gió đ ược thay đổi 5-10m3/s, nồi lò có vung đậy kín phía trên có bố trí ống thoát khói, phía dưới được gia nhiệt bằng than, phía trên và ngang hông được gia nhiệt b ằng dây điện trở để đảm bảo nhiệt đồ ng đ ều trong toàn bộ nồi lò. Liệu được cấp khi nhiệt lòng nồi đạt cực đại sau đó cấp liệu lần lượt là 0.5kg-1.5kg-3kg nhằm đảm bảo nhiệt lúc nào cũng cấp đủ để phản ứng đốt cháy lưu hu ỳnh xảy ra nhanh chóng. Điều kiện kỹ thuật đ ược đ ưa ra là nồi lò kín chỉ có lỗ thoát khói được thiết kế phù hợp với nồi lò Với lò quay: Quặng thiêu trong lò quay công su ất 6 tấn/24h, tốc độ vòng quay 30-60 vòng/ph, thiết bị được gia nhiệt bằng mỏ đốt dầu, khống chế nhiệt độ vùng đ ốt b ằng que đo nhiệt độ và hộp điều khiển tự đ ộng. Trong quá trình thiêu do lượng gió để đốt cháy dầu đ ược tính toán vừa đủ nên để thúc đẩy quá trình oxy hóa và đ ốt cháy lưu hu ỳnh xảy ra nhanh thì ta phải kết hợp thổi gió phụ. 3. CƠ SỞ QUÁ TRÌNH THIÊU OXY HÓA KHỬ LƯU HUỲNH Theo quy trình công nghệ chế tạo niken bằng con đường cacbonyl hóa thì thông thường qu ặng sau tuyển sẽ được đem thiêu oxy hoá khử lưu hu ỳnh, phản ứng oxy hoá thực hiện theo cơ sở như sau: MeNimS n + O2 = MeNixOy + SO2 + Q 4
Nhiệt lượng Q toả ra là do lưu hu ỳnh tồn tại dạng sufua trong quặng bị cháy toả nhiệt và phản ứng oxy hóa kim loại cũng tỏa nhiệt, nhiệt lượng này càng lớn nếu hàm lượng lưu hu ỳnh trong qu ặng càng lớn, và nó có thể đủ điều kiện để phản ứng cháy tự xảy ra, lúc này điều quan trọng là ta chỉ cần cung cấp đủ oxy cho qu á trình này, chính điều này giải thích vì sao thiêu qu ặng niken người ta thường dùng lò quay. Nếu nhiệt lượng này càng lớn đến mức xảy ra sự biến mềm quặng thì có thể trong quá trình thiêu cũng tạo ra một lượng nhỏ sten niken. Hàm lượng nguyên tố thay đổi nhiều nhất là O, S và Fe b ởi trong quặng niken hai nguyên tố này chiếm hàm lượng chủ yếu và quá trình thiêu xảy ra sự đốt cháy lưu hu ỳnh rất mạnh và phản ứng oxy hóa kim loại. Qua thực tế thí nghiệm cho thấy rằng khối lượng quặng sau thiêu thường thấp hơn trước khoảng 5-10%, điều này nói lên rằng khối lượng lưu hu ỳnh mất đi nhiều hơn so với lượng oxy vào quặng do bị oxy hóa. 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Qua thực tế nghiên cứu cho thấy trong quá trình thiêu xảy ra các hiện tượng sau: - Thứ nhất: Bốc bụi quặng làm tiêu hao một lượng qu ặng khoảng 5 -10%, quặng bốc bụi này sẽ đ ược thu hồi bằng hệ thống lọc bụi. - Thứ hai: Hiện tượng lưu hu ỳnh cháy và oxy hóa kim lo ại. - Thứ ba: Hiện tượng hóa hơi của niken ở nhiệt độ khoảng 60-800C. Vì vậy ta phải tính đ ược hiệu suất khử lưu hu ỳnh và thu hồi niken còn lại sau thiêu như sau: mS 1  mS 2  mS 3 S  - Hiệu suất khử lưu hu ỳnh: .100 [1] mS 1  mS 3 mNi 2  Ni  - Hiệu suất thu hồi niken: .100 [2] mNi1  mNi 3 Trong đó: mMe1: Khối lượng nguyên tố trong quặng. mMe2: Khối lượng nguyên tố trong qu ặng sau thiêu. mMe3: Khối lượng nguyên tố mất trong bụi. mMe1,3  m1,3 .% Me1 mMe 2  m2 .% Me2 Với : mMe1,3: Khối lượng nguyên tố trong quặng hoặc trong bụi mMe2: Khối lượng nguyên tố trong quặng sau thiêu m1,3: Khối lượng quặng, bụi m1,3: Khối lượng qu ặng sau thiêu 5
%Me1: Phần trăm nguyên tố trong quặng %Me2 : Phần trăm nguyên tố trong quặng sau thiêu Trong quá trình thiêu một số yếu tố công nghệ ảnh hưởng lớn đến quá trình thiêu như tốc độ gió, nhiệt độ và thời gian thiêu,... Dưới đây chúng tôi nghiên cứu ảnh hưởng của ba nhân tố chính này đến hiệu suất thu hồi niken và hiệu suất đuổi lưu hu ỳnh: 4.1. Ảnh hưởng của tốc độ gió đến quá trình thiêu Tốc độ gió được thay đổi các mức khác nhau 0,3 m/s ; 0 ,5 m/s ; 1m/s kết quả thu được về hàm lượng S, Ni sau thiêu được cho bởi bảng sau: Bảng 2: Ảnh hưởng của tốc độ gió đến hàm lượng Ni và S trong quặng sau thiêu Khối lượng Khối lượng Khối lượng trước thiêu Gió Ni S sau thiêu bụi (kg) (kg) (kg) (m/s) (1) (2 ) (1 ) (2 )(1) (2) (1 ) (2) (1 ) (2) 0,3 4,6 4,52 9,32 4,96 3 50 2,60 45 0,2 2,5 0,5 4,3 4,67 7,02 4,51 3 50 2,55 44 0,21 2,7 1,0 3,75 4,23 5,7 4,43 3 50 2,53 43,5 0,23 3,0 (1) Chế độ thiêu lò b ằng (2) Chế độ thiêu lò quay Nhìn vào đồ thị hình 1 có thể thấy ngay được rằng thiêu b ằng lò quay có hiệu suất thiêu lưu hu ỳnh tốt hơn nhiều so với lò bằng. Điều này có thể được giải thích như sau: Lò quay theo phương nghiêng so với phương ngang khoảng 50, vì vậy khi khống chế với lưu lượng đủ nhỏ cần thiết thì toàn bộ quặng bị đốt cháy đều hơn. Mặt khác lò quay có chiều dài đủ lớn làm cho qu ặng bị chuyển dần ra từ vùng sấy đến vùng xảy ra sự cháy quặng và vùng cháy hoàn toàn. Chính vì vậy mà phản ứng cháy của lưu hu ỳnh diễn ra triệt để hơn so với lò b ằng. Đường S(2) thể hiện rằng khi tốc độ gió lớn hơn 0,5 m/s thì hiệu su ất khử lưu hu ỳnh hầu như không tăng, trái lại còn có xu hướng hơn giảm. Điều này có thể giải thích như sau: Phản ứng để xảy ra sự cháy hoàn toàn của lưu hu ỳnh và sự oxy hóa kim loại xảy ra vừa đủ ở tốc độ gió 0,5 m/s. Khi tốc độ lớn hơn 0,5 m/s xảy ra hiện tượng thừa oxy làm cho quặng bị nguội, vì thế mà sự tự cháy của lưu hu ỳnh diễn ra kém đi, tương ứ ng với điều này là hiệu suất thiêu lưu hu ỳnh không tăng. 6
% 90 Ni (1) 80 Ni (2) S (1) S (2) 70 60 Gió (m/s) 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Hình 1: Hiệu suất thu hồi niken và khử lưu huỳnh phụ thuộc vào tốc độ gió (1) Chế độ thiêu lò b ằng (2) Chế độ thiêu lò quay Đồ thị hình 1 cũng thể hiện rõ ràng rằng lò quay có hiệu suất thu hồi niken hơn hẳn so với lò b ằng khoảng 10%. Điều này cũng ho àn toàn d ễ hiểu bởi các nguyên nhân sau: - Thứ nhất: Lò quay có vùng đ ốt đồng thời tại vùng đốt này không khí thổi vào ngay lập tức đ ược sấy nóng trên 1000C, tại nhiệt độ này là điều kiện không thích hợp để hình thành hợp chất dạng hơi nikencacbonyl xảy ra theo hai phản ứng [4] và [5]. 4NiS +7 O2 = 2 Ni2O3 + 4 SO2 [3 ] Ni2O3 + 11CO = 2 Ni(CO)4 + 3 CO2 [4 ] NiS + O2 + CO = Ni(CO)4 + SO2 + CO2 [5 ] Đường Ni (2) thể hiện tốc độ gió 0,5 m/s cho hiệu suất thu lại Ni lớn nhất. Nguyên nhân này là do khi tốc độ gió nhỏ hơn 0,5 m/s thì quá trình tự nhiệt cháy lưu hu ỳnh xảy ra kém làm cho nhiệt độ lòng lò không đ ược cao nhất, chính vì vậy sự mất niken xảy ra nhiều hơn và mất chủ yếu xảy ra ở vùng sấy của lò quay. Khi tốc độ gió lớn hơn lại xảy ra hiện tượng thừa không khí trong lò, lúc này không khí thổi vào lò lại chính là tác nhân làm nguội quặng và lòng lò, vì thế quá trình bốc bay niken lại xảy ra mạnh hơn. - Thứ hai: Lò nồi là lo ại lò mà chiều cao rất hạn chế, hơn nữa lại có một số mắt gió thổi vào, quá trình khu ấy đều lại không thể liên tục vì nếu khuấy liên tục sẽ làm cho quặng bị bốc bụi rất lớn làm giảm hiệu suất thiêu qu ặng. Vì nhược điểm này mà d ẫn tới nhiệt độ toàn bộ nồi lò sẽ không được đều, sẽ có chỗ nhiệt độ thấp làm phản ứng [4, 5] xảy ra. Như vậy có thể thấy rằng trong điều kiện cùng một tốc độ gió thì thiêu lò quay hiệu quả hơn hẳn so với lò bằng cả về hiệu suất thu hồi niken và hiệu suất thiêu lưu hu ỳnh, tốc độ gió tốt nhất là 0,5 m/s, tại điều kiện này hàm lượng S sau thiêu là 4,51%; còn hàm lượng Ni là 4,51%. 4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thiêu 7
Nhiệt độ thiêu được khống chế ở các mức khác nhau 6000C, 7000C, 8000C, 900 0C, kết qu ả nghiên cứu cho thấy có sự thay đổi đáng kể hàm lượng Ni, S trong quặng sau thiêu; cụ thể được thể hiện ở bảng 3 và hình 2. Bảng 3: Ảnh hưởng của tốc độ gió đến hàm lượng Ni và S trong quặng sau thiêu Khối lượng Nhiệt Khối lượng sau Khối lượng bụi trước thiêu Ni S độ thiêu (kg) (kg) (kg) 0 C (1) (2) (1) (2) (1) (2) (1) (2) (1) (2) 600 4,17 4,32 8,64 4,68 3 50 2,50 43,80 0,23 2,62 700 4,39 4,92 7,43 4,14 3 50 2,55 44,00 0,21 2,70 800 4,57 4,93 7,15 3,38 3 50 2,53 43,50 0,24 3,12 900 4,91 5,02 7,08 2,36 3 50 2,52 45,02 0,15 2,57 % 95 90,81 86,14 85 84,38 Ni (1) Ni (2) S (1) S (2) 75 0 t ( C) 65 550 650 750 850 950 Hình 2: Hiệu suất thu hồi niken và khử lưu huỳnh p hụ thuộc vào nhiệt độ thiêu Đồ thị hình 2 thể hiện rõ ràng rằng thiêu lò b ằng cho hiệu suất kém hơn hẳn so với lò quay, hiệu suất thu hồi niken luôn luôn kém hơn cỡ 10%, còn hiệu suất đốt cháy lưu hu ỳnh kém cỡ 15-20%. Tất cả điều này có thể giải thích như sau: Lò quay là loại lò quay liên tục đảm bảo độ cháy đồng đều của toàn bộ quặng và đ ồng đều về nhiệt độ ở từng vùng của lò, quãng đường quặng đi vào và ra khỏi lò đủ d ài để quá trình cháy xảy ra hoàn toàn làm cho hiệu suất thu hồi niken và hiệu suất đốt cháy lưu hu ỳnh hơn hẳn so với lò b ằng. Hàm lượng S mất cũng giảm đáng kể trong quá trình thiêu, điều này nói lên rằng khi nhiệt độ tăng thì lượng lưu hu ỳnh bị cháy đáng kể theo phản ứng: Fe7S8 + O2 = FeO + SO2 + Q [6] FeS2 + O2 = Fe2O3 + SO2 + Q [7] FeNi2S4 + O2 = Fe2O3 + Ni2O3 + SO2 + Q [8] Fe9Ni9S16 + O2 = Fe2O3 + Ni2O3 + SO2 + Q [9] 8
Ngoài ngu ồn nhiệt cung cấp từ bên ngoài còn có nhiệt tỏa ra, còn có nhiệt toả ra do phản ứng oxy hóa và phản ứng cháy lưu hu ỳnh. Vì vậy khi tăng nhiệt thì quá trình gia nhiệt càng nhanh, hệ thống càng nhanh đ ến trạng thái cân bằng, nhiệt độ của cả nồi lò cũng tăng nhanh làm cho niken khó hóa hơi hơn. Đường Ni (2) cho thấy trong khoảng nhiệt độ 700 – 8000C hiệu suất thu hồi niken thay đổi không đáng kể là do đây là kho ảng nhiệt độ xảy ra hiện tượng tự nhiệt (điều này đ ã đ ược minh chứng bằng việc mỏ đốt dầu của lò quay hầu như không phải đốt ở mốc nhiệt độ này), lúc này xảy ra sự cân bằng của phản ứng. Về nguyên tắc ở mức 9000C thì hiệu suất thu hồi niken nhưng ở mức nhiệt độ này q uá trình tự nhiệt không thể xảy ra buộc ta phải cung cấp nhiệt từ bên ngoài liên tục gây tốn kém và lãng phí. Vì vậy, theo tôi tốt nhất chọn mốc nhiệt độ tự nhiệt khoảng 700 0C, tại nhiệt độ này đ ối với lò quay hiệu suất thu hồ i niken là 90,81%; còn hiệu suất đuổi lưu hu ỳnh 84,38%. Tại mốc nhiệt độ này ta chỉ tốn một lượng dầu nhỏ để làm nóng nồi lò và kích hoạt cho phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng, quá trình thiêu tiếp theo ta không phải đốt dầu nữa. 4.3. Ảnh hưởng của thời g ian đến quá trình thiêu Thời gian thiêu có sự ảnh hưởng đến sự mất mát niken, cụ thể nếu càng tăng thời gian thiêu thì lượng niken mất càng nhiều và hàm lư ợng lưu hu ỳnh trong quặng sau thiêu càng thấp, tuy nhiên ta phải lựa chọn thời gian thiêu phù hợp để vừa tiết kiệm năng lượng vừa đem lại hiệu quả thiêu tốt nhất. Các mốc thời gian thiêu được lựa chọn là 30, 60, 90, 120 phút, các kết quả đ ược thể hiện rõ trong bảng 4 và hình 3. Bảng 4: Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng Ni và S trong quặng sau thiêu Khối lượng Thời Khối lượng sau Khối lượng bụi trước thiêu Ni S gian thiêu (kg) (kg) (kg) (phút) (1) (2) (1) (2) (1) (2) (1) (2) (1) (2) 30 4,81 4,83 8,79 4,68 3 150 2,50 132,00 0,22 7,50 60 4,95 5,13 6,54 3,72 3 150 2,55 130,00 0,25 7,88 90 4,67 4,76 6,15 3,38 3 150 2,53 127,79 0,26 8,32 120 4,55 4,74 5,97 3,26 3 150 2,52 125,60 0,31 8,64 Từ đồ thị hình 3 có thể thấy ngay rằng hiệu suất đuổi lưu hu ỳnh luôn luôn tăng và tăng mạnh nhất ở mốc 60 phút, điều này có thể lý giải là do tại mốc thời gian 60 phút này lưu hu ỳnh cháy mạnh nhất. Nếu ta tiếp tục thiêu lâu hơn nữa thì chính sự tạo thành oxit kim loại ở bề mặt hạt quặng tạo thành lớp màng làm cho lưu hu ỳnh ở bên trong hạt quặng không có cơ hội gặp oxy để phản ứng cháy tiếp tục xảy ra, chính vì vậy mà ở các mốc thời gian 90, 120 phút hiệu suất đuổi lưu hu ỳnh tăng rất chậm. Đường Ni (1) và Ni (2) có đặc điểm chung là có hiệu suất thu hồi Ni lớn nhất ở mốc 60 phút và giảm rất chậm trong khoảng 90 đến 120 phút. Điều này được lý giải là do tại thời điểm 60 phút phản ứng cháy lưu hu ỳnh diễn ra mãnh liệt và đạt trạng thái cân bằng, nhiệt độ hệ lúc này cũng lớn nhất và ổn định làm cho niken không có cơ hội tạo hóa hơi niken cacbonyl bay ra ngoài nữa, chính vì vậy ở mốc này thời gian này hiệu suất thu hồi niken là lớn nhất. Đường Ni (1) cho thấy thời gian thiêu tiếp tục tăng 90-120 phút thì niken càng mất nhiều là do phản ứng [8, 9] tạo thành oxit niken siêu mịn, thực tế cho thấy hạt niken có kích cỡ µm siêu mịn làm cho khí SO2 bốc ra đẩy oxit niken thoát ra khỏi hạt quặng, sau đó oxit niken lại bị luồng khí trong lò thổi làm cho oxit niken b ị bay theo gió ra ống khói đến vùng ống khói có nhiệt độ thấp, tại đây một mặt oxit niken rất dễ tạo thành niken cacbonyl dạng hơi theo khói ra ngoài, mặt khác chính hạt oxit niken này cũng bị đẩy theo khí thải ra ngoài môi trường. 9
Ni (1) % Ni (2) S (1) 95 S (2) 93,11 91,07 86,20 85 75 phút 65 20 40 60 80 100 120 140 Hình 3: Hiệu suất thu hồi niken và khử lưu huỳnh phụ thuộc vào thời gian thiêu Hình 4 đã chứng minh rằng có một phần oxit niken bị SO2 đẩy ra khỏi bề mặt hạt quặng. Bề mặt hạt quặng có những chỗ lõm rất sâu là do lưu hu ỳnh cháy sinh khí SO2, trong quá trình SO2 thoát ra gặp oxit niken vừa hình thành nó sẽ đánh bật oxit này ra khỏi bề mặt hạt qu ặng. 005 0 05 004 0 04 20 µm 0.2 mm Hình 4 : Dạng bề mặt hạt quặng sau thiêu Đường Ni (2) cho thấy khi tiếp tục thiêu trên 90 phút thì niken mất nhiều hơn so với thiêu lò bằng. Điều này được lý giải là lò quay ngoài khả năng bốc bụi niken oxit như lò b ằng còn có hiện tượng sinh khí niken cacbonyl. Lò bằng gia nhiệt gián tiếp từ bên ngoài, còn điều kiện thiêu lò quay khác lò bằng ở chỗ lò quay được gia nhiệt trực tiếp bằng sản phẩm cháy dầu theo phản ứng: [10] Cn H m  O2  CO2  H 2O  Q Trong điều kiện nhiệt độ lòng lò cao hoặc thiếu oxy thì rất dễ tạo thành khí CO: 10
2CO2  2CO  O2 [11] Khí CO sinh ra xuống dưới vùng sấy của lò gặp quặng cho vào có nhiệt độ thấp rất dễ sinh khí niken cacbonyl theo phản ứng [4]. Phản ứng này càng thúc đ ẩy sự mất mát niken, thời gian thiêu càng kéo dài thì niken càng dễ bị mất theo phản ứng này. Điều này lý giải tại sao trong khoảng thời gian từ 90 -120 phút hiệu suất thu hồi niken trong lò quay lại thấp hơn so với lò bằng. Như vậy tốt nhất nên thiêu lò quay khoảng 60 phút, lúc này hiệu suất thu hồi niken cỡ 93%, còn hiệu suất đuổi lưu hu ỳnh cỡ 86%. 5. KẾT LUẬN - Thiêu lò quay đ em lại hiệu suất thu hồi niken và hiệu suất đuổi lưu hu ỳnh hơn hẳn so với lò bằng là do cơ cấu quay làm cho toàn bộ lòng lò đều nhiệt và lòng lò quay dài làm cho qu ặng được thiêu lâu hơn và đều hơn. Thông số công nghệ tối ưu là thổi gió tốc độ 0,5 m/s; nhiệt độ thiêu khoảng 700 -8000C, và thời gian thiêu khoảng 60 phút. Hiệu quả thiêu thu hồi niken trên 90% và hiệu suất đuổi lưu hu ỳnh trên 85%. - Thiêu lò quay có hiệu quả kinh tế và năng su ất cao hơn so với lò bằng vì lò quay là loại lò liên tục và trong quá trình thiêu ta chỉ cần đốt dầu mồi cho phản ứng đạt trạng thái cân bằng sau đó quá trình cháy tự xảy ra do sự cháy của lưu hu ỳnh và phản ứng oxy hóa có tỏa nhiệt. - Sư mất mát niken trong quá trình thiêu phần lớn là do oxit niken siêu mịn bị SO2 đẩy ra khỏi hạt quặng và theo lu ồng khí thoát ra ngoài, ngoài ra cũng có một phần nhỏ hình thành khí niken cacbonyl. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Phạm Đức Thắng, Ngô Huy Khoa, Phương hướng điều chế niken kim loại từ nguồn quặng niken Việt Nam, Tuyển tập báo cáo hội nghị khoa học tuyển khoáng toàn quốc lần thứ III, Nhà xuất bản Khoa học tự nhiên và công nghệ, 2010. 2. PGS Nguyễn Đức Vận, Hóa học vô cơ, tập 2, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, 2000. 11