Luận án: Khả năng cường hóa quá trình ăn mòn sắt khỏi inmenit sa khoáng Hà Tĩnh

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC CÁC BẢNG. vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. ix MỞ ĐẦU.

KHÁI QUÁT VỀ QUẶNG INMENIT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM GIÀU TINH QUẶNG .1 Quặng inmenit, trữ lượng và phân bố .2 Các công nghệ làm giàu tinh quặng inmenit .1 Luyện xỉ titan.2 Các công nghệ thủy luyện. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BECHER .1 Sơ đồ công nghệ Becher .2 Các công đoạn chính .1 Hoàn nguyên chọn lọc tinh quặng inmenit .2 Ăn mòn sắt từ inmenit hoàn nguyên .1 Cơ chế ăn mòn sắt từ inmenit hoàn nguyên trong dung dịch amoni clorua kết hợp sục không khí.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn .3 Xử lí huyền phù sau quá trình ăn mòn .3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam .1 Trên thế giới .4 Định hướng nghiên cứu. NGUYÊN LIỆU, QUY TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM .2 Quy trình thực nghiệm .3 Thiết bị thực nghiệm .4 Phân tích thành phần hóa học. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .1 Làm giàu tinh quặng inmenit sa khoáng Hà Tĩnh bằng công nghệ Becher .1 Hoàn nguyên chọn lọc .2 Ăn mòn sắt từ inmenit hoàn nguyên trong dung dịch amoni clorua .1 Ảnh hưởng của tỉ lệ lỏng/rắn .2 Ảnh hưởng của lưu lượng không khí .3 Ảnh hưởng của nồng độ amoni clorua .4 Ảnh hưởng của nhiệt độ .5 Ảnh hưởng của thời gian .6 Chế độ thực nghiệm ăn mòn phù hợp và diễn biến pH dung dịch .3 Xử lí sản phẩm sau ăn mòn .1 Khử sắt dư trong inmenit nâng cấp .2 Xử lí nhiệt hợp chất sắt .2 Nghiên cứu khả năng cường hóa quá trình ăn mòn sắt.1 Cơ sở lựa chọn phương án cường hóa .1 Axit axetic và axit xitric .2 Hỗn hợp axit axetic và natri axetat .2 Kết hợp amoni clorua với axit axetic .1 Ảnh hưởng của nồng độ axit axetic .2 Ảnh hưởng của nhiệt độ ăn mòn .3 Chế độ thực nghiệm ăn mòn phù hợp và diễn biến pH dung dịch .3 Kết hợp amoni clorua với axit xitric .1 Ảnh hưởng của nồng độ axit xitric .2 Ảnh hưởng của nhiệt độ .3 Chế độ thực nghiệm ăn mòn phù hợp và diễn biến pH dung dịch .4 Thay thế amoni clorua bằng hỗn hợp axit axetic và natri axetat .1 Ảnh hưởng của tỉ lệ nồng độ dung dịch .2 Ảnh hưởng của lưu lượng không khí .3 Ảnh hưởng của nhiệt độ .4 Ảnh hưởng của tỉ lệ L/R .5 Chế độ thực nghiệm ăn mòn phù hợp và diễn biến pH dung dịch .5 Hòa tách inmenit nâng cấp từ các phương án cường hóa ăn mòn .6 Cơ chế tương tác của các phương án cường hóa quá trình ăn mòn.1 Phương án cường hóa kết hợp amoni clorua với axit axetic và amoni clorua với axit xitric .2 Phương án thay thế amoni clorua bằng hỗn hợp axit axetic và natri axetat .3 Đề xuất quy trình và chế độ xử lí inmenit sa khoáng Hà Tĩnh theo công nghệ Becher.

93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .97 TÀI LIỆU THAM KHẢO .99 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .108 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Cụm từ đầy đủ Go Thế nhiệt động đẳng nhiệt đẳng áp (Năng lượng Gibbs) Ho Biến thiên enthanpi L/ph lít/phút L/R Ti lệ lỏng/rắn, tính theo thể tích dung dịch (ml) / khối lượng chất rắn (g) Fekl Sắt kim loại Fe Hàm lượng tổng sắt mFe Hàm lượng sắt kim loại inmenit NC Inmenit nâng cấp cNH4Cl Nồng độ dung dịch amoni clorua cCH3COOH Nồng độ dung dịch axit axetic cC3H4(OH)(COOH)3 Nồng độ dung dịch axit xitric cCH3COONa Nồng độ dung dịch natri axetat cH2SO4 Nồng độ dung dịch axit sunfuric LLKK Lưu lượng không khí Tam Nhiệt độ ăn mòn tam Thời gian ăn mòn Thn Nhiệt độ hoàn nguyên thn Thời gian hoàn nguyên Tht Nhiệt độ hòa tách tht Thời gian hòa tách DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Một số khoáng vật quan trọng chứa titan [54] .2 Trữ lượng quặng inmenit trên thế giới [45].3 Trữ lượng và tài nguyên quặng titan-zircon của Việt Nam [9] .4 Thành phần hóa học của tinh quặng inmenit Việt Nam tại một số vùng mỏ [73] 6 Bảng 2.1 Nhiệt độ bắt đầu hoàn nguyên của một số oxit kim loại [1] .2 Thông số nhiệt động học của sắt và titan với oxi [6] .3 Năng lượng Gibbs của các phức ammin sắt (II) của hệ sắt-nước-amoniac ở 25 o C) [51, 65] .1 Thành phần hóa học tinh quặng inmenit sa khoáng Hà Tĩnh .2 Thành phần cấp hạt tinh quặng inmenit sa khoáng Hà Tĩnh .1 Thành phần hóa học inmenit Hà Tĩnh hoàn nguyên.2 Cấp hạt inmenit hoàn nguyên .3 Ảnh hưởng của tỉ lệ L/R tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl .4 Ảnh hưởng của LLKK tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl .5 Ảnh hưởng của 𝑐𝑁𝐻4𝐶𝑙 tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl .6 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl .7 Ảnh hưởng của thời gian tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl .8 Diễn biến pH dung dịch của quá trình ăn mòn sắt trong NH4Cl .9 Thành phần hóa học của inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl .10 Thành phần cấp hạt inmenit nâng cấp sau ăn mòn trong NH4Cl.11 Ảnh hưởng của nồng độ axit H2SO4 tới hàm lượng TiO2 và ∑Fe trong rutin .12 Ảnh hưởng của nhiệt độ hòa tách tới hàm lượng TiO2 và ∑Fe trong rutin .13 Ảnh hưởng của thời gian hòa tách tới hàm lượng TiO2 và ∑Fe trong rutin .14 Thành phần hóa học của rutin tổng hợp .15 So sánh kết quả khử sắt trong inmenit hoàn nguyên theo công nghệ Becher .16 Ảnh hưởng của 𝑐𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl + CH3COOH .17 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl + CH3COOH.18 Diễn biến pH dung dịch của quá trình ăn mòn sắt trong NH4Cl + CH3COOH 71 Bảng 4.19 Ảnh hưởng của 𝑐𝐶3𝐻4(𝑂𝐻)(𝐶𝑂𝑂𝐻)3 tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl+C3H4(OH)(COOH)3 .20 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl + C3H4(OH)(COOH)3 .21 Diễn biến pH dung dịch của quá trình ăn mòn sắt trong NH4Cl+C3H4(OH)(COOH)3 .22 Ảnh hưởng của tỉ lệ 𝑐𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻/𝑐𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝑁𝑎 tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong CH3COOH + CH3COONa .23 Ảnh hưởng của LLKK tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong CH3COOH+CH3COONa .24 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong CH3COOH+CH3COONa .25 Ảnh hưởng của tỉ lệ L/R tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong CH3COOH+CH3COONa .26 Diễn biến pH dung dịch của quá trình ăn mòn sắt trong CH3COOH+CH3COONa .27 Hàm lượng TiO2 và Fe trong rutin .28 Chế độ và kết quả ăn mòn sắt trong các dung dịch: NH4Cl; NH4Cl + CH3COOH; NH4Cl + C3H4(OH)(COOH)3 và CH3COOH + CH3COONa .29 Chế độ và kết quả khử sắt từ inmenit hoàn nguyên Hà Tĩnh và Tây Úc. 96 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể của inmenit .2 Sơ đồ nguyên lí luyện xỉ titan một giai đoạn .3 Sơ đồ nguyên lí luyện xỉ titan hai giai đoạn .1 Sơ đồ công nghệ Becher .2 Sự biến đổi của sắt oxit theo nhiệt độ và thành phần pha khí [72] .3 Thành phần pha khí cân bằng của phản ứng Boudouard theo nhiệt độ [72] .4 Cân bằng giữa hỗn hợp CO/CO2 và phản ứng hoàn nguyên sắt oxi bằng C [54] .5 Sơ đồ thay đổi tổ chức hạt inmenit sau quá trình hoàn nguyên và ăn mòn: .6 Giản đồ E-pH của hệ sắt - nước – amoniac, [Fe2+] = 10-3 M; [NH4+] + [NH3] = 1M và [NH4+] + [NH3] = 5 M [65] .7 Sơ đồ minh họa cơ chế ăn mòn sắt từ inmenit hoàn nguyên trong NH4Cl .8 Cấu trúc của amoni clorua và etylendiamoni clorua [93] .1 Giản đồ nhiễu xạ rơnghen tinh quặng inmenit sa khoáng Hà Tĩnh .2 Quy trình thực nghiệm .3 Thiết bị vê viên .4 Lò buồng thanh nung SiC .7 Thiết bị phân tích cấp hạt Horiba LA-950 .8 Thiết bị phân tích giản đồ nhiễu xạ rơnghen (Bruker-AXS D5005 Siemens) .1 Giản đồ nhiễu xạ rơnghen: (a) tinh quặng inmenit sa khoáng Hà Tĩnh và. 45 (b) inmenit hoàn nguyên.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ L/R tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl .3 Ảnh hưởng của LLKK tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl .4 Giản đồ nhiễu xạ rơnghen của hợp chất sắt sau ăn mòn trong NH4Cl với LLKK: (a) 3,0 L/ph và (b) 4,0 L/ph .5 Ảnh hưởng của 𝑐𝑁𝐻4𝐶𝑙 tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl .6 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl .7 Ảnh hưởng của thời gian tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl .8 Diễn biến pH dung dịch của quá trình ăn mòn sắt trong NH4Cl .9 Giản đồ nhiễu xạ rơnghen của (a) inmenit hoàn nguyên và (b) inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl .10 Ảnh hưởng của nồng độ axit H2SO4 tới hàm lượng TiO2 và ∑Fe trong rutin .11 Ảnh hưởng của nhiệt độ hòa tách tới hàm lượng TiO2 và ∑Fe trong rutin .12 Ảnh hưởng của thời gian hòa tách tới hàm lượng TiO2 và ∑Fe trong rutin .13 Giản đồ nhiễu xạ rơnghen của (a) inmenit nâng cấp và (b) rutin tổng hợp .14 Bột hợp chất sắt: (a) trước nung và (b) sau nung .15 Ảnh nhiễu xạ rơnghen hợp chất sắt sau ăn mòn trong NH4Cl:.16 Công thức cấu tạo của axit axetic và axit xitric [9] .17 Ảnh hưởng của 𝑐𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl + CH3COOH .18 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl + CH3COOH.19 Diễn biến pH dung dịch của quá trình ăn mòn sắt trong NH4Cl + CH3COOH .20 Giản đồ nhiễu xạ rơnghen: (a) inmenit hoàn nguyên, inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl (b) và NH4Cl + CH3COOH (c) .21 Giản đồ nhiễu xạ rơnghen của hợp chất sắt sau ăn mòn trong: (a) NH4Cl và (b) NH4Cl + CH3COOH.22 Ảnh hưởng của 𝑐𝐶3𝐻4(𝑂𝐻)(𝐶𝑂𝑂𝐻)3 tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl+C3H4(OH)(COOH)3 .23 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl + C3H4(OH)(COOH)3 .24 Diễn biến pH dung dịch của quá trình ăn mòn sắt trong NH4Cl+C3H4(OH)(COOH)3 .25 Giản đồ nhiễu xạ rơnghen: (a) inmenit hoàn nguyên, inmenit NC sau ăn mòn trong NH4Cl (b) và NH4Cl+C3H4(OH)(COOH)3 (c).26 Giản đồ nhiễu xạ rơnghen của hợp chất sắt sau ăn mòn trong: (a) NH4Cl và (b) NH4Cl + C3H4(OH)(COOH)3 .27 Ảnh hưởng của tỉ lệ 𝑐𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻/𝑐𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝑁𝑎 tới mFe còn lại trong inmenit NC sau ăn mòn trong CH3COOH + CH3COONa .