Thành phần vật chất và khảo sát chế độ nung quặng tinh graphit Bảo Hà

1. Mở đầu
Graphit là một khoáng mềm, có độ cứng theo thang Mohs từ 0,5 - 1 và có khối lượng riêng 2,09 - 2,26 g/cm3. Nó có màu xám sang màu đen, mờ đục và có ánh kim. Ngoài ra, nó có độ dẫn nhiệt và điện cao, đặc biệt trơ về mặt hóa học.
Hiện nay, graphit chất lượng cao được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực bao gồm: các hệ thống lưu trữ điện, như các loại pin và các tế bào nhiên liệu, ma sát, vật liệu, chổi than cho động cơ điện, vật liệu chịu lửa, chất bôi trơn và luyện kim.
Graphit gồm 2 loại: tự nhiên và nhân tạo. Graphit tự nhiên được sản xuất từ quặng tinh graphit với hàm lượng và kích thước hạt khác nhau. Graphit nhân tạo được sản xuất chủ yếu từ nguồn cốc dầu mỏ nên chất lượng có thể đạt tới 99,9% C.
Để nhận được graphit độ sạch cao, tùy thuộc vào đặc điểm thành phần vật chất của quặng tinh, có thể sử dụng phương pháp hóa học hoặc phương pháp nhiệt, tuy nhiên phương pháp hóa học sử dụng phổ biến hơn cả.
Trong báo cáo này, tác giả tập trung nghiên cứu thành phần vật chất của quặng tinh graphit Bảo Hà, từ đó lựa chọn chế độ nung phân hủy phù hợp để xử lý quặng tinh graphit vùng này.
2. Thực nghiệm
Các phương pháp được sử dụng để xác định thành phần vật chất gồm:
- Phương pháp phân tích hóa học được sử dụng để xác định thành phần hóa học của các cấu tử tồn tại trong quặng tinh graphit Bảo Hà.
- Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia Rơnghen để xác định dạng tồn tại của cacbon và các tạp chất. Thiết bị được sử dụng là Siemens D5005, xuất xứ Đức.
Mẫu nghiên cứu là quặng tinh graphit Bảo Hà đã qua quá trình nghiền - tuyển nổi để đạt chất lượng 80 - 85% C, ngoài ra còn có các tạp chất như: SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO và MgO.
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Thành phần hóa học và thành phần khoáng vật
Bằng việc lựa chọn các phương pháp phân tích nêu trên, kết quả thành phần hóa học, thành phần khoáng vật, thành phần cỡ hạt lần lượt được trình bày trong bảng 1, bảng 2 và bảng 3. Giản đồ nhiễu xạ tia rơnghen được nêu trong hình 1.

 

Từ kết quả phân tích thành phần vật chất quặng tinh graphit Bảo Hà cho thấy, graphit tồn tại ở dạng đơn khoáng (83 - 84% C), còn lại chủ yếu là tro (14,8%) và chất bốc (1,87%). Chiếm thành phần nhiều nhất trong tro là SiO2 với hàm lượng 30,6%, là loại tạp chất khó loại bỏ, nó chỉ hòa tan trong một vài dung môi như: axit HF (loại axit độc hại, đắt tiền) và kiềm. Tác giả lựa chọn kiềm là tác nhân phân hủy quặng tinh graphit Bảo Hà.
Trên cơ sở kết quả thí nghiệm quy mô 100 g quặng tinh graphit/mẻ, đã tổng hợp chế độ nung phân hủy quặng tinh graphit Bảo Hà như sau:
- Chất phân hủy: NaOH
- Nhiệt độ nung: 450 oC;
- Thời gian nung: 1 giờ
- Tỷ lệ chất phân hủy/quặng tinh: 1/2
Đã tiến hành thử nghiệm tính ổn định của công nghệ với quy mô 0,5 kg/mẻ. Kết quả thử nghiệm được trình bày trong bảng 4.

Từ bảng 4 cho thấy, sản phẩm trong mỗi thí nghiệm đều đạt > 95% C, hiệu suất thu hồi > 98%, tương đương với thí nghiệm quy mô 100 g/mẻ. Điều đó chứng tỏ rằng, chế độ công nghệ đã lựa chọn có tính ổn định.