I. Khái quát về quặng inmenit và các phương pháp làm giàu tinh quặng
Quặng inmenit là một trong những nguồn tài nguyên quan trọng chứa titan, với công thức hóa học FeTiO3. Trữ lượng quặng inmenit trên thế giới ước tính khoảng 770 triệu tấn, tập trung chủ yếu ở các nước như Trung Quốc, Úc, Ấn Độ và Việt Nam. Quá trình làm giàu tinh quặng inmenit có thể được thực hiện qua hai phương pháp chính: hỏa luyện và thủy luyện. Hỏa luyện thường tiêu tốn nhiều năng lượng, trong khi thủy luyện, đặc biệt là công nghệ Becher, được ưa chuộng hơn do tính thân thiện với môi trường và tiêu hao điện năng thấp. Tuy nhiên, một trong những thách thức lớn nhất của công nghệ Becher là thời gian ăn mòn sắt kéo dài, điều này ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của quá trình làm giàu.
1.1. Quặng inmenit trữ lượng và phân bố
Inmenit là khoáng vật chính chứa titan, với hàm lượng TiO2 cao. Trữ lượng quặng inmenit tại Việt Nam ước tính khoảng 650 triệu tấn, chủ yếu tập trung dọc theo bờ biển từ Thanh Hóa đến Bà Rịa – Vũng Tàu. Quặng inmenit có hai loại: quặng gốc và quặng sa khoáng. Quặng sa khoáng thường được hình thành từ quá trình phong hóa và trầm tích, chứa nhiều khoáng vật có giá trị khác như ziriconi và vanađi. Việc khai thác và chế biến quặng inmenit không chỉ góp phần vào phát triển kinh tế mà còn đảm bảo an ninh tài nguyên quốc gia.
1.2. Các công nghệ làm giàu tinh quặng inmenit
Các công nghệ làm giàu tinh quặng inmenit được chia thành hai loại chính: hỏa luyện và thủy luyện. Hỏa luyện thường sử dụng lò hồ quang để hoàn nguyên oxit sắt trong inmenit thành sắt kim loại, nhưng tiêu hao điện năng rất lớn. Ngược lại, thủy luyện, đặc biệt là công nghệ Becher, có ưu điểm về tiêu hao năng lượng thấp và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, thời gian ăn mòn sắt trong công nghệ Becher vẫn là một vấn đề cần được cải thiện để nâng cao hiệu quả kinh tế của quá trình làm giàu.
II. Tổng quan về công nghệ Becher
Công nghệ Becher là một trong những phương pháp thủy luyện hiệu quả để làm giàu tinh quặng inmenit. Quy trình này bao gồm các bước hoàn nguyên chọn lọc tinh quặng inmenit và ăn mòn sắt từ inmenit hoàn nguyên. Một trong những ưu điểm nổi bật của công nghệ Becher là khả năng xử lý quặng inmenit có hàm lượng TiO2 cao, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, thời gian thực hiện quá trình ăn mòn sắt vẫn còn kéo dài, điều này đòi hỏi các nghiên cứu nhằm cường hóa quá trình này.
2.1. Sơ đồ công nghệ Becher
Sơ đồ công nghệ Becher cho thấy quy trình từ việc chuẩn bị nguyên liệu đến các bước hoàn nguyên và ăn mòn. Quá trình này được thực hiện trong môi trường dung dịch amoni clorua, kết hợp với các yếu tố như nhiệt độ và lưu lượng không khí. Sự kết hợp này giúp tối ưu hóa hiệu suất ăn mòn sắt, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng. Việc nghiên cứu và cải tiến quy trình này là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về sản phẩm titan.
2.2. Các công đoạn chính
Các công đoạn chính trong công nghệ Becher bao gồm hoàn nguyên chọn lọc tinh quặng inmenit và ăn mòn sắt từ inmenit hoàn nguyên. Hoàn nguyên chọn lọc giúp tách biệt các thành phần không mong muốn, trong khi ăn mòn sắt là bước quan trọng để loại bỏ sắt dư thừa. Cả hai công đoạn này đều cần được tối ưu hóa để giảm thiểu thời gian và chi phí sản xuất, đồng thời nâng cao hiệu quả kinh tế của quy trình.
III. Nghiên cứu khả năng cường hóa quá trình ăn mòn sắt
Nghiên cứu khả năng cường hóa quá trình ăn mòn sắt từ inmenit hoàn nguyên là một trong những mục tiêu chính của luận án. Việc kết hợp dung dịch amoni clorua với các axit hữu cơ như axit axetic và axit xitric đã được đề xuất nhằm rút ngắn thời gian ăn mòn. Các thí nghiệm cho thấy rằng nồng độ axit và nhiệt độ ăn mòn có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất loại bỏ sắt. Kết quả nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc cải tiến công nghệ Becher.
3.1. Cơ sở lựa chọn phương án cường hóa
Việc lựa chọn phương án cường hóa dựa trên các yếu tố như tính khả thi, hiệu suất và chi phí. Các axit hữu cơ như axit axetic và axit xitric được xem là những lựa chọn tiềm năng để thay thế dung dịch amoni clorua truyền thống. Nghiên cứu cho thấy rằng sự kết hợp này không chỉ giúp tăng tốc độ ăn mòn mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường, từ đó nâng cao tính bền vững của quy trình sản xuất.
3.2. Kết hợp amoni clorua với axit axetic
Kết hợp amoni clorua với axit axetic đã cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc cường hóa quá trình ăn mòn sắt. Các thí nghiệm cho thấy rằng nồng độ axit axetic và nhiệt độ ăn mòn có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất loại bỏ sắt. Việc tối ưu hóa các điều kiện này sẽ giúp nâng cao hiệu quả kinh tế của quy trình Becher, đồng thời giảm thiểu thời gian thực hiện.
