Nghiên cứu công nghệ xử lý sản phẩm trung gian hàm lượng 57 ÷ 63% ZrO2 lên ≥ 65% ZrO2 bằng phương pháp axit sunfuric

Tóm tắt: Nguồn khoáng sản zircon của Việt Nam có mặt ở hầu hết trong các mỏ titan sa khoáng và tập trung nhiều tại các mỏ ở Hà Tĩnh, Huế và Bình Thuận. Hiện nay loại khoáng sản này hầu hết xuất khẩu ở dạng thô. Sản lượng tinh quặng zircon có hàm lượng ≥ 65% ZrO2 còn khiêm tốn so với tổng lượng khai thác. Hơn nữa, trong quá trình tuyển, vẫn còn 30 ÷ 40% sản phẩm quặng zircon trung gian có hàm lượng 57 ÷ 63% ZrO2 không đủ tiêu chuẩn để xuất khẩu và có giá trị kinh tế thấp. Các sản phẩm trung gian này đi kèm nhiều tạp chất như: sắt, rutin, silimanite… không thể tách hết được trong quá trình tuyển thông thường.

Đề tài nghiên cứu xử lý đối tượng quặng trung gian có hàm lượng ZrO2 thấp bằng phương pháp axit sunfuric nhằm nâng cao hàm lượng ZrO2 lên trên 65%.    
 
1. Tổng quan
 
Zircon là  khoáng vật thuộc nhóm siliccat. Tên hóa học là zirconi silicat, công thức hóa học ZrSiO4. Công thức thực nghiệm chỉ ra một vài sự thay thế của zircon là (Zr1-y, Nguyên tố hiếm y)(SiO4)1-x(OH)4x-y). Zircon kết hợp silicat và một số nguyên tố thay thế đồng hình. Ví dụ, hafini luôn tồn tại theo tỉ lệ từ 1 đến 4%. Kết cấu tinh thể của zircon hệ tinh thể bốn phương. Màu sắc tự nhiên của zircon đa dạng từ không màu, vàng kim, đỏ, nâu, xanh và xanh lá.
 
Ước tính trữ lượng zircon trên thế giới khoảng 124 triệu tấn, trong đó cao nhất là ở Úc (khoảng 56 triệu tấn), tiếp theo là Mô dăm bích (15 triệu tấn), Ấn Độ (12,6 triệu tấn) và Nam Phi (2 triệu tấn).
 
Ở Việt Nam, nếu so sánh về mặt tiềm năng tài nguyên thì trữ lượng ilmenit-zircon chiếm khoảng 5% trữ lượng của toàn thế giới (chưa kể trữ lượng đang được Cục Địa chất đánh giá). Hàm lượng khoáng vật zircon trong quặng titan Việt Nam là: 20 ÷ 50 kg/m3, tập trung chủ yếu ở các vùng ven biển miền Trung và duyên hải Nam Trung bộ.
 
Trong quá trình tuyển làm giàu tinh quặng zircon, vẫn còn 30 ÷ 40% sản phẩm quặng zircon trung gian có hàm lượng 57 ÷ 63% ZrO2 không đủ tiêu chuẩn xuất khẩu và có giá trị kinh tế thấp. Các sản phẩm trung gian này đi kèm nhiều tạp chất như: sắt, rutin, silimanite… không thể tách hết được trong quá trình tuyển thông thường. Hơn nữa, giá bán quặng zircon phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng ZrO2, hàm lượng ZrO2 càng cao thì giá càng cao.
 
Như vậy, để nâng cao được hàm lượng ZrO2 trong sản phẩm trung gian bằng các biện pháp tuyển thông thường là việc rất khó và thực thu thấp. Do vậy, cần nghiên cứu công nghệ xử lý sản phẩm trung gian bằng phương pháp axit sunfuric ở nhiệt độ cao để thu được sản phẩm đáp ứng tiêu chuẩn nguyên liệu cho các khâu chế biến tiếp theo.
 
2. Mẫu nghiên cứu
 
2.1. Đối tượng nghiên cứu
 
Đối tượng nghiên cứu là sản phẩm trung gian trong quá trình tuyển quặng zircon có hàm lượng 62,28% ZrO2.
 
2.2. Thành phần hóa học mẫu nghiên cứu
 
Sử dụng phương pháp phân tích hóa và phân tích trên máy quang phổ phát xạ plasma (ICP) cho kết quả thành phần hóa học của mẫu tinh quặng như sau:
 

 

2.4.  Ảnh chụp khoáng zircon

 Hình 1. Ảnh chụp khoáng vật zircon

 
Nhận xét:
 
Từ các kết quả kiểm tra mẫu đầu vào đề tài thấy rằng: Đối với sản phẩm trung gian này ngoài các thành phần tạp chất thông thường như inmenit, rutin, thạch anh... còn có một lượng nhỏ oxit sắt bao phủ trên bề mặt các hạt khoáng zircon, chính lớp oxit sắt này là tác nhân gây nhiễu trong quá trình tuyển từ và tuyển điện, làm cho quá trình tuyển không đạt hiệu suất thu hồi cao, đây cũng là nguyên nhân phát sinh ra sản phẩm trung gian có hàm lượng ZrO2 chưa đạt tiêu chuẩn ≥65% ZrO2.
 
3.  Kết quả nghiên cứu
 
3.1. Nung sunfat hóa
 
Trên cơ sở lý thuyết về nhiệt động học phản ứng và kết quả phân tích thành phần khoáng vật, hóa học của quặng đầu vào, đã tiến hành các thí nghiệm ảnh hưởng của nồng độ axit, tỷ lệ axit/quặng, nhiệt độ nung và thời gian nung. Tổng hợp các kết quả của các quá trình thí nghiệm nung sunfat hóa như sau:
-  Nhiệt độ nung 240oC.
-  Thời gian nung 2h30'.
-  Nồng độ axít sunfuric 90%.
-   Tỷ lệ axit/quặng = 0,45
Sản phẩm của quá trình nung sunfat hóa được chuyển sang giai đoạn hòa tách trong dung môi nước.
 
3.2. Hòa tách
 
Quá trình hòa tách với thông số kỹ thuật như sau:
-  Nhiệt độ hòa tách 50oC.
- Thời gian hòa tách: 20 phút.
- Xử lý tách SiO2 bằng dung dịch 1,3% NaOH, ở nhiệt độ 97oC, trong thời gian 1,5 giờ.
 

Hình 2. Hòa tách sản phẩm nung sunfat hóa.

 
Sản phẩm thu được có hàm lượng oxit zircon (ZrO2) đạt trên 65,2%. Cùng với nó là bề mặt hạt khoáng zircon đã sạch hơn và cho chất lượng sản phẩm cao hơn.

 

Hình 3. Ảnh khoáng zircon đã được làm sạch.

3.3. Sơ đồ công nghệ
 
Từ các kết quả thí nghiệm đề tài đưa ra sơ đồ công nghệ xử lý sản phẩm trung gian trong quá trình tuyển quặng zircon bằng phương pháp axit sunfuric như hình 4
 

Hình 4. Sơ đồ công nghệ xử lý sản phẩm trung gian ZrO2 hàm lượng 57 ÷ 63% lên ≥65% ZrO2 bằng phương pháp axit sunfuric.

4.  Kết luận
 
Đây là đề tài mang ý nghĩa thực tiễn rất lớn và có khả năng triển khai trên quy mô rộng, đáp ứng được các yêu cầu tận thu tài nguyên và nâng cao giá trị quặng zircon chất lượng thấp.