Nghiên cứu cải tiến thiết bị và công nghệ sản xuất bột ôxít kẽm chất lượng cao bằng lò quay

Chuyên khảo kỹ thuật phân tích Luận văn nghiên cứu cải tiến thiết bị và công nghệ sản xuất bột ôxít kẽm chất lượng cao bằng lò quay, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất

• Tác giả: Nguyễn Văn Tuấn
• Trường học: Công ty TNHH NN MTV Kim loại màu Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Công nghệ sản xuất bột oxit kẽm
• Đề tài: Nghiên cứu cải tiến thiết bị và công nghệ sản xuất bột oxit kẽm chất lượng cao bằng lò quay
• Loại tài liệu: Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. Phần I: Tổng quan
• 1.1. Cơ sở pháp lý - xuất xứ của đề tài và tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• 1.3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 1.4. Tính chất lý, hóa học và ứng dụng của ZnO
• 1.5. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2. Phần II: Thực nghiệm nghiên cứu
• 2.1. Phương pháp tiến hành nghiên cứu
• 2.2. Thiết bị, dụng cụ, nguyên vật liệu và hóa chất sử dụng cho nghiên cứu
• 2.3. Nghiên cứu cải tiến thiết bị, công nghệ nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, cải thiện môi trường
• 2.4. Thử nghiệm sản xuất
• 2.5. Dự kiến các chỉ tiêu KTKT áp dụng vào thực tế sản xuất
• 2.6. Xử lý môi trường
• 3. Phần III: Kết luận và kiến nghị
• Tài liệu tham khảo
• Phụ lục

Tóm tắt

I. Cải tiến công nghệ sản xuất bột ôxít kẽm

Cải tiến công nghệ sản xuất là trọng tâm của đề tài, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm bột ôxít kẽm (ZnO). Công nghệ hiện tại sử dụng lò quay đã lỗi thời, dẫn đến hiệu suất thấp và tiêu hao năng lượng lớn. Việc cải tiến bao gồm tối ưu hóa quy trình nhiệt, cải thiện hệ thống làm nguội và thu bụi. Công nghệ sản xuất hiện đại được áp dụng giúp tăng năng suất từ 600 tấn/năm lên 1.000 tấn/năm, đồng thời giảm tiêu hao than và điện. Điều này không chỉ cải thiện hiệu quả kinh tế mà còn giảm tác động môi trường.

1.1. Tối ưu hóa quy trình nhiệt

Quy trình nhiệt trong lò quay được tối ưu hóa bằng cách điều chỉnh nhiệt độ và thời gian nung. Nhiệt độ lò được duy trì ở mức 1.200-1.300°C để đảm bảo quá trình oxy hóa kẽm diễn ra hiệu quả. Việc này giúp tăng tỷ lệ thu hồi kẽm từ 72% lên 80%, đồng thời giảm thiểu tạp chất trong sản phẩm cuối cùng.

1.2. Cải thiện hệ thống làm nguội và thu bụi

Hệ thống làm nguội và thu bụi được cải tiến bằng cách sử dụng buồng thu bụi tự động và ống khói hiệu suất cao. Điều này giúp giảm thiểu lượng bụi thải ra môi trường, cải thiện điều kiện lao động và tăng độ tinh khiết của bột ZnO. Hệ thống mới cũng giảm chi phí bảo trì và tăng tuổi thọ thiết bị.

II. Thiết bị sản xuất và lò quay

Thiết bị sản xuất và lò quay là hai yếu tố then chốt trong quy trình sản xuất bột ZnO. Lò quay hiện tại đã xuống cấp nghiêm trọng, dẫn đến hiệu suất thấp và chi phí vận hành cao. Đề tài tập trung vào việc cải tạo và nâng cấp lò quay, bao gồm việc nối dài lò, cải thiện hệ thống buồng oxy hóa và kênh dẫn. Cải tiến thiết bị này giúp tăng năng suất lên 1.000 tấn/năm và giảm tiêu hao năng lượng.

2.1. Cải tạo lò quay

Lò quay được cải tạo bằng cách nối dài thêm ống lò và tăng độ dốc để cải thiện quá trình oxy hóa. Hệ thống buồng oxy hóa được nâng cấp để tăng hiệu suất thu hồi kẽm. Việc này giúp giảm thiểu lượng kẽm thất thoát và tăng chất lượng sản phẩm cuối cùng.

2.2. Nâng cấp hệ thống kênh dẫn

Hệ thống kênh dẫn được cải thiện để tối ưu hóa dòng khí và bụi trong quá trình sản xuất. Điều này giúp giảm thiểu tắc nghẽn và tăng hiệu suất thu hồi bột ZnO. Hệ thống mới cũng giảm thiểu tác động môi trường và cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân.

III. Chất lượng cao và ứng dụng của bột ôxít kẽm

Chất lượng cao của bột ZnO là mục tiêu chính của đề tài. Bột ZnO được sản xuất từ lò quay cải tiến đạt độ tinh khiết lên đến 90%, đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế. Sản phẩm này được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như sơn, cao su, giấy và dược phẩm. Công nghệ sản xuất bột hiện đại giúp tăng giá trị xuất khẩu và tạo ra nguồn nguyên liệu chất lượng cao cho các ngành công nghiệp khác.

3.1. Ứng dụng trong công nghiệp sơn

Bột ZnO chất lượng cao được sử dụng làm nguyên liệu trong sản xuất sơn, giúp tăng độ bền và khả năng chống ăn mòn. Sản phẩm này đáp ứng các yêu cầu khắt khe về độ tinh khiết và kích thước hạt, đảm bảo hiệu quả sử dụng cao.

3.2. Ứng dụng trong ngành cao su

Trong ngành cao su, bột ZnO được sử dụng làm chất phụ gia để tăng độ đàn hồi và khả năng chịu nhiệt. Sản phẩm từ lò quay cải tiến đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng cao, giúp nâng cao giá trị sản phẩm cuối cùng.

Nội dung chính

Cải Tiến Thiết Bị Và Công Nghệ Sản Xuất Bột Ôxít Kẽm (ZnO) Chất Lượng Cao Bằng Lò Quay: Bước Đột Phá Trong Hỏa Luyện Kim Loại Màu

---

Tóm tắt nghiên cứu (200-250 từ)

• Câu hỏi nghiên cứu cốt lõi: Làm thế nào để cải tiến đồng bộ thiết bị và tối ưu hóa thông số công nghệ lò quay nhằm chuyển đổi từ sản xuất bột ôxít kẽm chất lượng thấp (60% Zn) sang sản xuất bột ôxít kẽm chất lượng cao (≥ 90% ZnO) từ nguồn quặng ôxít kẽm nghèo (15–20% Zn), đồng thời gia tăng hiệu suất thực thu, tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường?
• Phương pháp tiếp cận: Ứng dụng nguyên lý hỏa luyện hoàn nguyên – bốc hơi – ôxy hóa liên tục trên hệ thống lò quay công nghiệp. Đề tài tiến hành tính toán thiết kế, cơ khí hóa và kéo dài thân lò ($L/D = 14,64$), nâng cấp quạt thổi cưỡng bức ($Q = 3.000 \text{ m}^3/\text{h}$), mở rộng buồng ôxy hóa, lắp đặt dàn làm nguội tự động ($650 \text{ m}^2$) và hệ thống lọc bụi túi vải tự động 288 túi ($405 \text{ m}^2$).
• Kết quả then chốt: Nâng công suất lò từ 600 tấn/năm lên 1.000 tấn/năm; tỷ lệ thực thu kẽm tổng thể đạt 79,37% – 80% (vượt trội so với 52% của lò Wetherill và 72% của lò cũ). Sản phẩm tạo ra có 74,89% – 75% đạt tiêu chuẩn bột loại I (≥ 90% ZnO, hàm lượng chì $Pb \le 2%$).
• Hàm ý khoa học & thực tiễn: Công trình cung cấp giải pháp công nghệ hoàn chỉnh giúp các nhà máy luyện kim màu nội địa tự chủ nguồn nguyên liệu ZnO kỹ thuật cao cho các ngành công nghiệp cao su, sơn, gốm sứ; hạ giá thành sản xuất xuống chỉ còn 16,3 triệu đồng/tấn so với mức 21,9 triệu đồng/tấn của công nghệ cũ.

---

Bối cảnh và tầm quan trọng (300-350 từ)

Ôxít kẽm (ZnO) là hợp chất hóa kỹ thuật có giá trị kinh tế đặc biệt quan trọng, được ứng dụng rộng rãi làm chất kích hoạt lưu hóa trong sản xuất cao su (chiếm 25%), chất tạo màu và chống gỉ trong công nghiệp sơn (chiếm 65%), cùng các ngành sản xuất men gốm sứ, giấy, dược phẩm và mỹ phẩm cao cấp. Tại Việt Nam, tài nguyên khoáng sản kẽm phân bố chủ yếu ở các tỉnh phía Bắc như Thái Nguyên, Bắc Kạn, Lai Châu... Tuy nhiên, phần lớn quặng ôxít kẽm sau khai thác là quặng nghèo với hàm lượng kẽm chỉ dao động từ 15% đến 20% Zn.

                  THỰC TRẠNG TRƯỚC ĐỀ TÀI (2007)

Trước năm 2008, Công ty TNHH NN MTV Kim loại màu Thái Nguyên phải sử dụng đồng thời hai dây chuyền: lò quay số 1 cũ mua lại từ ngành gang thép (thân ngắn $16\text{ m}$, $L/D = 11,4$, chỉ tạo ra bột 60% Zn) và hệ thống lò thủ công Wetherill (Vêtơrin) để sản xuất bột 90% ZnO. Lò Wetherill bộc lộ hạn chế nghiêm trọng: tiêu hao than antraxit rất cao ($3,7\text{ tấn/tấn sản phẩm}$), hiệu suất thu hồi kẽm chỉ đạt 52%, cường độ lao động nặng nhọc và môi trường làm việc độc hại do phát tán khí thải chứa chì ($Pb$) và bụi mịn.

Nhằm giải quyết triệt để điểm nghẽn công nghệ trên, đề tài nghiên cứu mã số 229.RD/HĐ-KHCN do Bộ Công Thương giao thực hiện đã mở ra hướng tiếp cận đột phá. Nghiên cứu không chỉ tối ưu hóa giá trị tài nguyên quặng kẽm nội địa mà còn thúc đẩy hiện đại hóa quy trình hỏa luyện kim loại màu tại Việt Nam, đáp ứng tiêu chuẩn sản xuất công nghiệp sạch và nâng cao năng lực cạnh tranh trên thị trường xuất khẩu.

---

Methodology và approach (350-400 từ)

Đề tài triển khai phương pháp nghiên cứu thực nghiệm công nghiệp kết hợp tính toán nhiệt động lực học và cơ học chất lỏng trong dòng khí lò quay. Nghiên cứu được thực hiện trực tiếp tại Xí nghiệp Luyện kim màu II thuộc Công ty Kim loại màu Thái Nguyên.

                          SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CẢI TIẾN
[Quặng Oxit (15-20% Zn)]  +  [Than Antraxit 4A]  +  [Đá vôi (CaO > 50%)]
                         [Phối liệu tự động]
                  [Băng tải & Máy cấp liệu lắc]
        [LÒ QUAY CẢI TIẾN L = 20,5m; L/D = 14,64; Nghiêng 3°]
               [BUỒNG ÔXY HÓA MỞ RỘNG (Gió P = 1500 mmH2O)]
               [DÀN LÀM NGUỘI GÕ ĐẬP CƠ KHÍ S = 650 m²]
              [HỆ THỐNG THU BỤI TÚI VẢI TỰ ĐỘNG S = 405 m²]

1. Cải tiến thiết kế cơ khí và khí động học

• Kéo dài thân lò: Nối thêm $6,5\text{ m}$, nâng tổng chiều dài lò từ $14\text{ m}$ lên $20,5\text{ m}$ (đường kính trong hữu dụng $D_d = 1,16\text{ m}$ sau khi lót gạch samốt và crom-magie), đạt tỷ lệ chuẩn $L/D = 14,64$; tăng độ dốc lò lên $3^\circ$ và bổ sung hệ con lăn cân bằng tải trọng.
• Cơ giới hóa khâu cấp liệu: Thay thế pa-lăng và mâm quay thủ công bằng hệ thống máy cấp liệu lắc liên tục ($1,7 - 1,9\text{ tấn/h}$) kết hợp băng tải cao su tự động.
• Tăng cường cấp gió cưỡng bức: Thay quạt cũ bằng quạt ly tâm công suất cao ($Q = 3.000\text{ m}^3/\text{h}$, áp lực gió $P = 1.500\text{ mmH}2\text{O}$), mở rộng thể tích buồng phản ứng ôxy hóa nhằm tạo điều kiện cho hơi kẽm phản ứng hoàn toàn: $$\text{Zn}{(\text{khí})} + \text{CO} + \text{O}_2 \longrightarrow \text{ZnO} + \text{CO}_2$$
• Làm nguội và lọc bụi hiệu suất cao: Thiết kế dàn làm nguội bề mặt $650\text{ m}^2$ gõ đập tự động (hạ nhiệt từ $400^\circ\text{C}$ xuống $100–150^\circ\text{C}$); lắp đặt hệ thống lọc bụi túi vải tự động gồm 288 túi lọc (tổng diện tích $405\text{ m}^2$), đạt hiệu suất thu hồi bụi 99,5%.

2. Thu thập dữ liệu và kiểm chứng độ tin cậy

Quá trình chạy thử nghiệm được tiến hành liên tục trong 40 ca sản xuất với tổng khối lượng quặng khô đưa vào là $329.408\text{ kg}$ (quặng có độ ẩm $< 15%$, hàm lượng $\text{Zn} \ge 16%$). Mẫu quặng, than, xỉ thải và bột sản phẩm thu hồi được Phòng KCS lấy mẫu kiểm tra định kỳ mỗi ca, phân tích chuẩn hóa các chỉ tiêu hóa học ($\text{Zn}, \text{Fe}, \text{SiO}_2, \text{CaO}, \text{Pb}$) nhằm đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy cao của dữ liệu.

---

Phát hiện chính (400-450 từ)

Quá trình chạy thử nghiệm và phân tích vận hành công nghiệp đã đem lại các kết quả định lượng nổi bật:

1. Xác lập 4 vùng nhiệt động tối ưu và triệt tiêu kết tảng

Việc nâng tỷ lệ $L/D$ lên $14,64$ đã phân định rõ ràng 4 vùng nhiệt độ bên trong thân lò:

• Vùng sấy và trộn liệu ($500 - 900^\circ\text{C}$, dài $4 - 10\text{ m}$): Khử ẩm và phân hủy sơ bộ cacbonat.
• Vùng quá độ ($900 - 1100^\circ\text{C}$, dài $2 - 4\text{ m}$): Khởi tạo phản ứng khử oxit sắt.
• Vùng phản ứng hoàn nguyên ($1100 - 1200^\circ\text{C}$, dài $15 - 20\text{ m}$): Hơi kẽm bốc mạnh thoát khỏi pha xỉ lỏng.
• Vùng làm nguội xỉ ($800 - 900^\circ\text{C}$): Cấp nhiệt cho không khí ngược dòng.

Nhờ vùng nhiệt ổn định và sự có mặt của $11 - 12%$ đá vôi tạo xỉ linh động, hiện tượng "kết bướu/kết tảng" (slag ring) vốn gây tắc nghẽn lò quay đã được xử lý triệt để.

2. Đột phá về hàm lượng chất lượng và phân đoạn sản phẩm

Sản phẩm bột thu hồi được phân định chất lượng rõ ràng theo 2 phân khúc giá trị:

• Bột túi vải (Sản phẩm loại I): Chiếm $74,89%$ khối lượng (tương đương $45,408\text{ tấn}$ trong đợt thử nghiệm), đạt hàm lượng kẽm trung bình $\text{Zn} = 72,65%$ (tương ứng $\ge 90%\text{ ZnO}$), hàm lượng chì tạp chất rất thấp ($Pb \le 2 - 3,59%$), đạt tiêu chuẩn thương phẩm cao cấp.
• Bột ống cong và kênh dẫn (Sản phẩm loại II): Chiếm $25,11%$ khối lượng ($22,9\text{ tấn}$), hàm lượng $\text{Zn} = 54 - 61,35%$, được tái sử dụng trực tiếp làm nguyên liệu giàu cho Nhà máy Kẽm điện phân Thái Nguyên.

              CƠ CẤU PHÂN BỐ SẢN PHẨM BỘT THU HỒI

3. Tối ưu hóa các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật (KTKT)

Bảng so sánh định lượng giữa công nghệ lò quay cải tiến và lò Wetherill:

Chỉ tiêu KTKT	Lò Wetherill (Cũ)	Lò quay trước cải tạo	Lò quay sau cải tiến (Đề tài)	Mức độ cải thiện
Năng suất sản phẩm (tấn/năm)	600	720	1.000	Tăng 38,8%
Tỷ lệ thực thu kẽm (%)	52,0%	72,0%	79,37% – 80%	Tăng 27,37 – 28%
Tiêu hao than antraxit (t/tấn SP)	3,70	3,50	3,20 – 3,25	Giảm 13,5%
Tiêu hao điện năng (kWh/tấn SP)	500	500	379,36 – 380	Giảm 24,0%
Đơn giá chi phí luyện (Triệu đ/t)	21,9	18,5	16,3 – 16,6	Hạ giá thành 25,6%

---

Đóng góp khoa học (250-300 từ)

• Đóng góp lý thuyết: Nghiên cứu đã làm sáng tỏ cơ chế nhiệt động học và động học phản ứng chuyển pha của kẽm trong điều kiện quặng oxit nghèo tương tác với pha khí $\text{CO}/\text{CO}_2$ trong lò ống quay. Công trình xác lập mối tương quan thực nghiệm chính xác giữa tỷ lệ chiều dài/đường kính lò ($L/D = 14,64$), lưu lượng thổi khí cưỡng bức ($2.550 - 3.000\text{ m}^3/\text{h}$) và thời gian lưu liệu ($2 - 2,5\text{ giờ}$) với hiệu suất bốc hơi kẽm đạt cực đại.
• Đổi mới phương pháp công nghệ: Thiết lập thành công chu trình khép kín hỏa luyện liên tục: cấp liệu rung tự động – hoàn nguyên bốc hơi lò quay – ôxy hóa triệt để pha khí – làm nguội cơ khí – lọc bụi túi vải xung khí nén.
• Ý nghĩa thực tiễn và kinh tế: Giúp doanh nghiệp hạ giá thành sản xuất bột ZnO từ 21,9 triệu đồng/tấn xuống 16,3 triệu đồng/tấn, đem lại tỷ suất lợi nhuận gộp lên đến $8,7\text{ triệu đồng/tấn}$ (giá bán thời điểm nghiệm thu đạt $25\text{ triệu đồng/tấn}$).
• Ý nghĩa chính sách & phát triển bền vững: Cung cấp cơ sở dữ liệu thực chứng cho Bộ Công Thương trong việc xây dựng quy chuẩn kỹ thuật khai thác, tuyển luyện sâu khoáng sản kim loại màu, hạn chế xuất khẩu quặng thô và thúc đẩy kinh tế tuần hoàn (xỉ thải rắn được tái sử dụng làm phụ gia xi măng và vật liệu san nền).

---

Đối tượng quan tâm (200-250 từ)

1. Nhà nghiên cứu & Giảng viên ngành Luyện kim - Hóa kỹ thuật: Nguồn tài liệu tham khảo giá trị về tính toán cân bằng vật chất - năng lượng của lò quay kim loại màu và các giải pháp xử lý kết bướu trong hỏa luyện.
2. Kỹ sư vận hành & Doanh nghiệp khai khoáng: Cung cấp bản thiết kế thực tế để cải tạo, nâng cấp các dây chuyền lò quay cũ, lò Wetherill lạc hậu sang công nghệ tự động hóa năng suất cao.
3. Các ngành công nghiệp tiêu thụ bột ôxít kẽm:
   • Ngành sản xuất săm lốp, cao su kỹ thuật: Tiếp cận nguồn cung ZnO $\ge 90%$ ổn định với độ mịn cao.
   • Ngành sản xuất sơn, men gốm sứ cao cấp: Sử dụng nguồn bột ZnO nội địa chất lượng cao với chi phí cạnh tranh thay thế hàng nhập khẩu.
4. Cơ quan quản lý môi trường & Công nghiệp: Tham khảo mô hình xử lý khí thải thu bụi khô hiệu suất $99,5%$ và giải pháp tuần hoàn nước làm mát khép kín nhằm nhân rộng tại các khu công nghiệp luyện kim.

---

Câu hỏi thường gặp (FAQ) (250-300 từ)

1. Cải tiến kỹ thuật mấu chốt nhất của đề tài là gì?

Cải tiến quan trọng nhất là việc kéo dài thân lò thêm $6,5\text{ m}$ (đưa tỷ lệ $L/D$ lên $14,64$) kết hợp hệ thống cấp gió cưỡng bức ly tâm và buồng ôxy hóa mở rộng, giúp duy trì ổn định vùng phản ứng hoàn nguyên $1100 - 1200^\circ\text{C}$ và ôxy hóa triệt để hơi kẽm.

2. Bột ôxít kẽm 90% ZnO tạo ra đạt tiêu chuẩn sử dụng trong các lĩnh vực nào?

Sản phẩm bột túi vải loại I đạt hàm lượng $\text{ZnO} \ge 90%$, hàm lượng chì $Pb \le 2 - 3,59%$, độ hạt mịn $0,15 - 10\ \mu\text{m}$, hoàn toàn đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật làm phụ gia xúc tác lưu hóa cao su, bột màu công nghiệp sơn, men gốm sứ và làm giàu kẽm trong nông nghiệp.

3. Tại sao công nghệ lò quay cải tiến vượt trội hơn hẳn lò Wetherill?

Lò quay cải tiến vận hành liên tục cơ giới hóa, nâng công suất lên gấp 4 lần (1.000 tấn/năm so với các tổ lò thủ công), tăng thực thu kẽm từ $52%$ lên $80%$, giảm tiêu hao than từ $3,7\text{ t}$ xuống $3,2\text{ t/tấn SP}$ và loại bỏ hoàn toàn việc công nhân phải thao tác thủ công trong môi trường độc hại.

4. Xỉ thải rắn sau quá trình luyện được quản lý và xử lý như thế nào?

Xỉ thải đáy lò gồm các pha khoáng $\text{Fe}_x\text{O}_y, \text{SiO}_2, \text{CaO}$ có tính trơ sinh học, không chứa kim loại nặng hòa tan tự do, được tận dụng tái chế làm phụ gia sản xuất xi măng và vật liệu rải nền đường giao thông.

5. Khả năng chuyển giao và nhân rộng của công nghệ này như thế nào?

Quy trình công nghệ và hồ sơ thiết kế thiết bị có tính nội địa hóa rất cao, dễ dàng chế tạo và thi công trong nước, có khả năng áp dụng rộng rãi cho mọi nhà máy luyện kim màu đang xử lý quặng nghèo hoặc bụi thải lò hồ quang điện (EAF dust) chứa kẽm.

---

Kết luận (150 từ)

Đề tài nghiên cứu khoa học "Nghiên cứu cải tiến thiết bị và công nghệ sản xuất bột oxit kẽm chất lượng cao bằng lò quay" của Công ty TNHH NN MTV Kim loại màu Thái Nguyên đã giải quyết triệt để các hạn chế về công nghệ, nâng hiệu suất thực thu kẽm lên 80%, gia tăng công suất lên 1.000 tấn/năm và đảm bảo chất lượng bột đạt $\ge 90%$ ZnO. Công trình không chỉ đem lại hiệu quả kinh tế vượt trội (giảm 25,6% chi phí sản xuất) mà còn thiết lập chuẩn mực mới về môi trường và an toàn lao động trong ngành luyện kim màu.

Hướng nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tinh chế sâu nhằm loại bỏ hoàn toàn hàm lượng vết chì ($Pb$) và cadimi ($Cd$), nâng phẩm cấp bột lên $\ge 98,5%$ ZnO phục vụ ngành dược phẩm và hóa chất tinh khiết. Các doanh nghiệp và cơ sở luyện kim cần sớm tiếp cận, ứng dụng mô hình lò quay cải tiến để nâng cao sức cạnh tranh và phát triển chuỗi giá trị chế biến sâu khoáng sản Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bé C«ng th−¬ng C«ng ty TNHH NN MTV Kim lo¹i mµu Th¸i nguyªn Sè hiÖu c«ng tr×nh: 229.RD/H§-KHCN B¸o c¸o §Ò tµi nghiªn cøu khoa häc Tªn ®Ò tµi: “Nghiªn cøu c¶i tiÕn thiÕt bÞ vµ c«ng nghÖ s¶n xuÊt bét oxit kÏm chÊt l−îng cao b»ng lß quay” Chñ nhiÖm ®Ò tµi NguyÔn V¨n TuÊn 6792 14/4/2008 Th¸i Nguyªn, th¸ng 2-2008 Bé C«ng th−¬ng C«ng ty TNHH NN MTV Kim lo¹i mµu Th¸i nguyªn Sè hiÖu c«ng tr×nh: 229.RD/H§-KHCN B¸o c¸o §Ò tµi nghiªn cøu khoa häc Tªn ®Ò tµi: “Nghiªn cøu c¶i tiÕn thiÕt bÞ vµ c«ng nghÖ s¶n xuÊt bét oxit kÏm chÊt l−îng cao b»ng lß quay” C¬ quan chñ tr×: C«ng ty TNHH NN MTV Kim lo¹i mÇu Th¸i Nguyªn Th¸i Nguyªn, ngµy th¸ng n¨m 2008 Gi¸m §èc C«ng ty 2 TT Hä vµ tªn Häc vÞ, chuyªn m«n C¬ quan 1. NguyÔn V¨n TuÊn KS – CBKT C«ng ty KLM Th¸i Nguyªn 2. §Æng Träng §Þnh KS – TP. LuyÖn kim nt 3.

Lª Minh Khai KS – G§ C«ng ty nt 4. Vò Ngäc Hoµ KS – PG§ C«ng ty nt 5. NguyÔn V¨n KÕ KS – CBKT nt 6. L÷ ThÞ Thanh H¶i KS – Ho¸ PT nt 7.

NguyÔn V¨n Th¸u KS – TP. KÕ to¸n TK nt 8. §inh ThÞ Sõ TP. Lª Ngäc D¾c KS – TP.

KÕ ho¹ch KT nt 10. Lª Ngäc Th¹o KS. G§ XN LKM II XN LuyÖn kim mÇu II 11. NguyÔn Thanh Giang KS.

PG§ XN LKM II nt 12. Hoµng V¨n Quang KS. Q§ PX lß quay nt 3 Môc lôc Trang LêI NãI §ÇU 5 PhÇn I: Tæng quan 6 I. C¬ së ph¸p lý-xuÊt xø cña ®Ò tµi vµ tÝnh cÊp thiÕt cña ®Ò tµi 6 II.

Môc tiªu nghiªn cøu cña ®Ò tµi 6 III. §èi t−îng, ph¹m vi nghiªn cøu cña ®Ò tµi 6 IV. TÝnh chÊt lý, ho¸ häc vµ øng dông cña ZnO 7 V. Tæng quan t×nh h×nh nghiªn cøu trong vµ ngoµi n−íc 8 PhÇn II.

Thùc nghiÖm nghiªn cøu 25 I. Ph−¬ng ph¸p tiÕn hµnh nghiªn cøu 25 II. ThiÕt bÞ, dông cô, nguyªn vËt liÖu vµ ho¸ chÊt sö dông cho nghiªn cøu 30 III. Nghiªn cøu c¶i tiÕn thiÕt bÞ, c«ng nghÖ nh»m n©ng cao chÊt l−îng s¶n 32 phÈm, c¶i thiÖn m«i tr−êng IV.

Thö nghiÖm s¶n xuÊt 37 V. Dù kiÕn c¸c chØ tiªu KTKT ¸p dông vµo thùc tÕ s¶n xuÊt 39 VI. Xö lý m«i tr−êng 42 PhÇn III. KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 44 Tµi liÖu tham kh¶o 46 Phô lôc 47 4 Lêi nãi ®Çu Vá qu¶ ®Êt chøa kho¶ng 0,02 %kÏm.

Ng−êi ta ch−a ph¸t hiÖn cã kÏm thiªn nhiªn vµ kÏm cã ¸i lùc ho¸ häc lín víi oxy, l−u huúnh vµ c¸c nguyªn tè kh¸c nªn th−êng thÊy kÏm ë d¹ng hîp chÊt oxit, sunfua v.v…Tuú theo d¹ng tån t¹i cña kÏm trong hîp chÊt thiªn nhiªn mµ ng−êi ta chia chóng ra c¸c lo¹i kho¸ng vËt kh¸c nhau. Cã hµng chôclaäi kho¸ng vËt kÏm, trong ®ã cã hai nhãm th−êng gÆp lµ kho¸ng vËt sunfua vµ kho¸ng vËt oxit. ë n−íc ta, kho¸ng vËt kÏm ph©n bè t−¬ng ®èi réng: B¾c K¹n, Th¸i Nguyªn, Lai Ch©u, Thanh Ho¸, Qu·ng Ng·i… ZnO lµ mét trong c¸c s¶n phÈm hãa chÊt quan träng, ®−îc c¸c lÜnh vùc øng dông nh− lµm nguyªn liÖu cho s¶n xuÊt s¬n, phô gia trong nhùa, giÊy, sîi hãa häc, cao su. ®Òu g¾n bã chÆt chÏ víi ®êi sèng hµng ngµy cña con ng−êi.

ngoµi ra cßn ®−îc sö dông lµm men gèm sø, thuû tinh, d−îc, mü phÈm v. N¨m 2007, C«ng ty TNHHNN mét thµnh viªn Kim lo¹i mÇu Th¸i Nguyªn ®−îc Bé C«ng nghiÖp giao nhiÖm vô nghiªn cøu ®Ò tµi sè 229.RD/H§-KHCN: “Nghiªn cøu c¶i tiÕn thiÕt bÞ vµ c«ng nghÖ s¶n xuÊt bét oxit kÏm chÊt l−îng cao b»ng lß quay”. Nh»m t¹o ra s¶n phÈm cã chÊt l−îng cao, n©ng cao gi¸ trÞ xuÊt khÈu vµ t¹o nguyªn liÖu s¶n xuÊt cho c¸c ngµnh c«ng nghiÖp giÊy, cao su, s¬n, ®å sø. T¹o ra h−íng míi träng s¶n xuÊt bét oxit kÏm chÊt l−îng cao b»ng hÖ thèng lß quay cho C«ng ty, t¹o c«ng ¨n viÖc lµm cho ng−êi lao ®éng vµ sù gãp phÇn vµo sù ph¸t triÓn l©u dµi cña C«ng ty.

§ång thêi ®ãng gãp mét phÇn vµo chiÕn l−îc ph¸t triÓn ngµnh c«ng nghiÖp cña ViÖt Nam. Trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Ò tµi, chóng t«i ®· nhËn ®−îc sù ñng hé vµ gióp ®ì tËn t×nh cña L·nh ®¹o Bé C«ng th−¬ng, Vô Khoa häc C«ng nghÖ Bé C«ng th−¬ng, Tæng C«ng ty Kho¸ng s¶n - TKV. L·nh ®¹o C«ng ty TNHHNN MTV Kim lo¹i mÇu Th¸i Nguyªn, c¸c Phßng kü thuËt, c¸c Phßng qu¶n lý C«ng ty, XN LuyÖn kim mÇu II. Xin ch©n thµnh c¶m ¬n sù gióp ®ì tËn t×nh ®ã.

C¬ së ph¸p lý- xuÊt xø cña ®Ò tµi vµ tÝnh cÊp thiÕt cña ®Ò tµi Lß quay sè I ®· s¶n xuÊt ®−îc h¬n 10 n¨m, hÖ thèng lµm nguéi, qu¹t hót, buång thu bôi vµ èng khãi ®· xuèng cÊp nghiªm träng, mÆt kh¸c lß quay sè I tr−íc ®©y mua l¹i cña C«ng ty gang thÐp tõ lß luyÖn s¾t xèp, lß ng¾n, ®é dèc Ýt, hÖ thèng lµm nguéi, buång thu bôi kh«ng hîp lý, lao ®éng thñ c«ng nhiÒu, m«i tr−êng lao ®éng ®éc h¹i, n¨ng suÊt lß (600 t/n), thùc thu kim lo¹i (72%) rÊt thÊp, tiªu hao than, tiªu hao ®iÖn lín so víi lß II, III. V× vËy cÇn ph¶i c¶i t¹o nèi dµi thªm lß, c¶i t¹o n©ng cao hÖ thèng buång « xy ho¸ vµ kªnh dÉn, c¶i t¹o l¹i hÖ thèng lµm nguéi bÒ mÆt gâ ®Ëp c¬ khÝ, buång thu bôi tuý v¶i rung rò tù ®éng, t¨ng n¨ng suÊt lß lªn 1.000 T/N, t¨ng thùc thu lªn 80%, gi¶m tiªu hao tói v¶i, ®iÖn, than, c¶i thiÖn ®iÒu kiÖn lao ®éng vµ gi¶m chi phÝ lao ®éng, lµ hÕt søc cÇn thiÕt. Lß I sau khi c¶i t¹o xong sÏ s¶n xuÊt bét kÏm 90% ZnO thay thÕ lß Vªtªrin s¶n xuÊt bét 90% ZnO. Thùc thu ë lß quay sè I (80%) cao h¬n rÊt nhiÒu so víi thùc thu lß Vªtªrin (52%), Chi phÝ s¶n xuÊt bét 90% ZnO t¹i lß quay chØ b»ng 70% so víi lß Vªtªrin.

Dù kiÕn 75% s¶n phÈm ®¹t chÊt l−îng 90% ZnO (bét tuÝ v¶i), cßn l¹i 25% bét ®¹t chÊt l−îng 60% Zn (bét èng cong, kªnh). Môc tiªu nghiªn cøu cña ®Ò tµi - Kh¶o s¸t, ®¸nh gi¸ hiÖn tr¹ng thiÕt bÞ vµ c«ng nghÖ hiÖn t¹i. - Nghiªn cøu c¶i tiÕn thiÕt bÞ (thiÕt kÕ, chÕ t¹o, l¾p ®Æt). - Nghiªn cøu hoµn thiÖn c«ng nghÖ nh»m n©ng cao chÊt l−îng s¶n phÈm, c¶i thiÖn m«i tr−êng.

- Thö nghiÖm s¶n xuÊt, ®¸nh gi¸ hiÖu qu¶. §èi t−îng, ph¹m vi nghiªn cøu cña ®Ò tµi 1- Nghiªn cøu tæng quan tµi liÖu: Quy tr×nh c«ng nghÖ s¶n xuÊt 90% ZnO 2- LËp ph−¬ng ¸n lÊy mÉu, nghiªn cøu thµnh phÇn vµ tÝnh chÊt nguyªn liÖu. 3- Nghiªn cøu c«ng nghÖ, thiÕt bÞ vµ x©y dùng c¸c chØ tiªu KTKT chñ yÕu, x¸c ®Þnh chÊt l−îng s¶n phÈm ®¹t ®−îc. 4 - §Ò xuÊt d©y chuyÒn c«ng nghÖ - thiÕt bÞ ®¸p øng nhu cÇu s¶n xuÊt - m« h×nh s¶n xuÊt c«ng nghiÖp.

TÝnh chÊt lý, ho¸ häc vµ øng dông cña ZnO 4.TÝnh chÊt cña ZnO Oxit kÏm ZnO: lµ lo¹i bét mÇu tr¾ng, h¬i vµng trong l−îng riªng 5,42, bÒn ®èi víi nhiÖt; khi ®un nãng chuyÓn sang mÇu vµng chanh, khi ®Ó nguéi l¹i cã mµu nh− cò. Sinh ra do kÏm bÞ oxy ho¸ hay thiªu «xy ho¸ kÏm sunfua, thiªu ph©n huû ZnCO3 hoÆc cho NH4OH t¸c dông víi dung dÞch ZnSO4 t¹o thµnh Zn(OH)2 kÕt tña, sau ®ã ®em nung kÕt tña thu ®−îc ZnO. KÏm «xit nãng ch¶y ë 1. KÏm «xit th¨ng hoa ë trªn 1000oC.

ë 1400oC ¸p suÊt th¨ng hoa ®¹t 3mm Hg, 1500oC ®¹t 10,4 mmHg. NhiÖt nãng ch¶y cña kÏm «xit ë 2.250o C b»ng 4470 cal/ mol. KÏm «xit bÞ CO, C vµ c¸c chÊt hoµn nguyªn kh¸c hoµn nguyªn thµnh kÏm kim lo¹i. (1) ZnO + CO = Zn +CO2 Ph¶n øng (1) ë nhiÖt ®é thÊp h¬n 6000C tiÕn hµnh rÊt chËm, nh−ng ë nhiÖt ®é trªn 8000C tiÕn hµnh rÊt nhanh.

NÕu cã Fe2O3 th× ë 6500C sÏ sinh ra ferit kÏm ZnO.Fe2O3… nhiÖt ®é cµng cao kh¶ n¨ng sinh ra cµng lín. Ferit kÏm kh«ng tan trong axit lo·ng hay trong n−íc. ZnO còng t¸c dông víi Al2O3, SiO2 t¹o thµnh kÏm aluminat vµ silicat lµ nh÷ng hîp chÊt khã tan vµ khã hoµn nguyªn. øng dông cña bét ZnO KÏm «xit th−êng dïng ®Ó s¶n xuÊt kÏm kim lo¹i, hîp chÊt ho¸ häc hoÆc pha chÕ mét sè s¶n phÈm kh¸c.

Trõ «xit kÏm dïng ®Ó luyÖn kÏm, trong c¬ cÊu sö dông cña ngµnh ho¸ chÊt th× 65% «xit dïng chÕ t¹o s¬n, 25% chÕ t¹o cao su, 10% cho c¸c yªu cÇu kh¸c. KÏm «xit dïng cho c¸c ngµnh ho¸ chÊt yªu cÇu ®é h¹t bÐ 0,15 - 10 micr«n, khèi l−îng riªng 5,5g/cm3, ®é bao phñ 100 g/m2, kh¶ n¨ng chøa dÇu 12 - 14, ®é chiÕt quang nD = 1,95 - 2,05, mµu tr¾ng, kh«ng tan trong n−íc, t¸c dông víi CO2 trong kh«ng khÝ t¹o thµnh mµng cacb«nat, kÏm «xit dïng cho luyÖn kim kh«ng cao nh− ngµnh ho¸ chÊt. 7 Ch¼ng h¹n bét oxit kÏm dïng trong thuèc thö ®ßi hëi chøa Ýt nhÊt 98,5%ZnO, l−îng t¹p chÊt tèi ®a cho phÐp trong bét ZnO nh− sau: B¶ng 1: ChÊt l−îng cña bét 98,5%ZnO TT T¹p chÊt % 1 ChÊt kh«ng tan trong n−íc 0,02 2 Clorua (Cl) 0,01 3 Sunfat (SO4) 0,02 4 Nitrat (NO3) 0,01 5 S¾t (Fe) 0,005 6 Asen (As) 0,001 7 Kim lo¹i kiÒm vµ kiÒm thæ (d¹ng sunfat) 0,25 8 §ång (Cu) 0,005 9 Ch× (Pb) 0,05 10 Mangan (Mn) 0,001 V. Tæng quan t×nh h×nh nghiªn cøu trong vµ ngoµi n−íc Cã hai ph−¬ng ph¸p luyÖn kÏm «xit: Ho¶ luyÖn vµ Thuû luyÖn.VÒ Thuû luyÖn s¬ l−îc tãm t¾t nh− sau: dïng dung dÞch axit hoµ t¸ch quÆng kÏm, sau ®ã khö t¹p råi cho thuû ph©n kÕt tña kÏm hi®r«xit, ®em nung ph©n huû hi®r«xit sÏ ®−îc kÏm «xit.

Ng−êi ta dïng dung dÞch trung tÝnh cña qu¸ tr×nh thuû luyÖn ®em thuû ph©n b»ng am«n hi®r«xit ®Ó ®−îc kÏm hi®r«xit vµ am«n sunfat. Nung kÏm hi®r«xit ®−îc kÏm «xit, am«n sunfat dïng lµm ph©n bãn. VÒ ho¶ luyÖn kÏm «xit, dïng c¸c ph−¬ng ph¸p sau: + LuyÖn kÏm «xit tõ kim lo¹i: ch−ng bèc h¬i kim lo¹i kÏm råi «xy ho¸ h¬i ®ã thµnh «xit vµ thu håi ë d¹ng bét. KÏm «xit nµy th−êng dïng trong ngµnh ho¸ chÊt.

+ LuyÖn kÏm «xit tõ quÆng hay c¸c nguyªn liÖu chøa kÏm kh¸c: LuyÖn hoµn nguyªn bèc h¬i kÏm råi «xy ho¸ tiÕp thµnh «xit. T×nh h×nh nghiªn cøu ë n−íc ngoµi 5. LuyÖn bét oxit kÏm tõ kÏm kim lo¹i 8 a) LuyÖn kÏm oxit b»ng lß èng ch−ng ngang : èng ch−ng mét ®Çu bÞt kÝn, mét ®Çu cã lç tho¸t h¬i kÏm ®−îc nèi víi bé phËn oxyho¸, kh«ng cã bé phËn ng−ng tô. èng ch−ng yªu cÇu mÞn, ch¾c ®Ó kÏm láng kh«ng thÊm ra ngoµi.

h−êng ng−êi ta chÕ t¹o èng ch−ng b»ng 70% cacborundium vµ 30% ®Êt sÐt chÞu nhiÖt. Dïng kÏm sè kh«ng ®Õn sè ba lµm nguyªn liÖu luyÖn bét oxit kÏm. KÏm nµy chøa Ýt t¹p chÊt. ®Æc biÖt lµ ch× vµ cadimi nªn chÊt l−îng tèt.