Nghiên Cứu Tính Chất Luyện Kim và Khả Năng Ứng Dụng Quặng Sắt Cao Bằng

Chuyên khảo phân tích Nghiên cứu tính chất luyện kim và khả năng ứng dụng quặng sắt cao bằng, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Nguyễn Thanh Hoàn
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Sơn Lâm
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật vật liệu
• Đề tài: Nghiên Cứu Tính Chất Luyện Kim và Ứng Dụng Quặng Sắt Cao Bằng
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Tính Chất Luyện Kim Quặng Sắt Cao Bằng

Cao Bằng sở hữu nguồn tài nguyên quặng sắt phong phú, với trữ lượng đáng kể. Các mỏ như Ngườm Cháng, Nà Lũng, và Nà Rụa đã được khai thác, cung cấp nguyên liệu cho sản xuất sắt xốp và luyện gang. Tuy nhiên, việc khai thác gặp nhiều khó khăn do quặng ở dạng vụn và chưa hiểu rõ bản chất luyện kim. Các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào đánh giá trữ lượng, bỏ ngỏ vấn đề quy trình công nghệ phù hợp. Luận án này tập trung nghiên cứu tính chất luyện kim và khả năng ứng dụng quặng sắt Cao Bằng, đặc biệt là mỏ Nà Rụa, nhằm tối ưu hóa việc sử dụng nguyên liệu cho các công nghệ sản xuất.

1.1. Đánh Giá Trữ Lượng và Phân Bố Quặng Sắt Cao Bằng

Tỉnh Cao Bằng có tổng trữ lượng quặng sắt và biểu hiện khoáng sản là trên 44 triệu tấn quặng. Hiện nay đã có 3 mỏ được thăm dò: Ngườm Cháng, Nà Lũng, Nà Rụa. Các mỏ này cũng đã bước đầu được khai thác để cung cấp làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất sắt xốp và luyện gang, nhằm phục vụ cho việc phát triển công nghiệp của tỉnh nhà.

1.2. Các Nghiên Cứu Hiện Tại Về Quặng Sắt Tại Cao Bằng

Ở nước ta cũng đã có một số nghiên cứu về quặng sắt Cao Bằng, song chỉ là tập chung khảo sát và đánh giá trữ lượng các vùng mỏ mà thôi. Vấn đề nghiên cứu về tính chất luyện kim của quặng sắt để đưa ra một quy trình công nghệ phù hợp cho việc lựa chọn nguyên liệu đầu vào cho các công nghệ sản xuất sắt xốp và gang lò cao hiện còn bỏ ngỏ.

II. Thách Thức Trong Chế Biến và Ứng Dụng Quặng Sắt Cao Bằng

Việc sử dụng quặng sắt Cao Bằng gặp nhiều thách thức. Quặng chủ yếu ở dạng vụn, gây khó khăn trong vận hành sản xuất. Thành phần hóa học và tính chất luyện kim chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng, ảnh hưởng đến hiệu quả chế biến. Cần có các nghiên cứu chuyên sâu để xác định quy trình công nghệ phù hợp, nâng cao giá trị sử dụng của tài nguyên quặng sắt Cao Bằng. Điều này đòi hỏi sự kết hợp giữa nghiên cứu khoa học và ứng dụng thực tiễn để giải quyết các vấn đề kỹ thuật.

2.1. Khó Khăn Trong Khai Thác và Vận Chuyển Quặng Sắt Vụn

Trong quá trình khai thác và sử dụng nguyên liệu quặng sắt, ngoài thuận lợi mỏ lộ thiên và gần đường giao thông, còn gặp khó khăn do phần lớn quặng sắt ở dạng vụn và chưa nắm được bản chất của nó, vì vậy gặp rất nhiều khó khăn trong vận hành sản xuất, dẫn đến cần phải có sự tìm hiểu kỹ về nguyên liệu.

2.2. Thiếu Nghiên Cứu Chuyên Sâu Về Tính Chất Luyện Kim Quặng Sắt

Cho đến nay, ở nước ta cũng đã có một số nghiên cứu về quặng sắt Cao Bằng, song chỉ là tập chung khảo sát và đánh giá trữ lượng các vùng mỏ mà thôi. Vấn đề nghiên cứu về tính chất luyện kim của quặng sắt để đưa ra một quy trình công nghệ phù hợp cho việc lựa chọn nguyên liệu đầu vào cho các công nghệ sản xuất sắt xốp và gang lò cao hiện còn bỏ ngỏ.

2.3. Yêu Cầu Về Quy Trình Chế Biến Quặng Sắt Phù Hợp

Chính vì vậy tác giả đã quyết định chọn đề tài luận án: “Nghiên cứu tính chất luyện kim và khả năng ứng dụng quặng sắt Cao Bằng” cùng với việc chọn một đối tượng mỏ cụ thể có tính tiêu biểu để nghiên cứu trong số các mỏ quặng sắt ở Cao Bằng.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Đặc Tính Quặng Sắt Nà Rụa Cao Bằng

Luận án sử dụng kết hợp các phương pháp phân tích vật liệu hiện đại để xác định đặc tính quặng sắt Nà Rụa. Các phương pháp bao gồm phân tích thành phần hóa học, khoáng vật, nhiệt độ biến mềm, và tính hoàn nguyên. Nghiên cứu tập trung vào quá trình hoàn nguyên quặng viên sử dụng khí CO và carbon rắn. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho việc lựa chọn công nghệ chế biến phù hợp.

3.1. Phân Tích Thành Phần Hóa Học và Khoáng Vật Quặng Sắt

Sử dụng các phương pháp phân tích vật liệu xác định thành phần hóa học và khoáng vật của quặng sắt Nà Rụa. Các phương pháp này giúp xác định hàm lượng sắt, các tạp chất, và các khoáng vật chính có trong quặng.

3.2. Nghiên Cứu Nhiệt Độ Biến Mềm và Tính Hoàn Nguyên Quặng Sắt

Nghiên cứu nhiệt độ biến mềm và tính hoàn nguyên của quặng sắt. Các thí nghiệm được thực hiện để xác định nhiệt độ mà quặng bắt đầu biến dạng và khả năng khử oxit sắt thành sắt kim loại.

3.3. Thí Nghiệm Hoàn Nguyên Quặng Viên Với Khí CO và Carbon Rắn

Thực hiện các thí nghiệm hoàn nguyên quặng viên sử dụng khí CO và carbon rắn. Các thí nghiệm này giúp đánh giá hiệu quả của các chất khử khác nhau trong quá trình hoàn nguyên quặng sắt.

IV. Nghiên Cứu Quá Trình Hoàn Nguyên Quặng Viên Nà Rụa Bằng CO và C

Nghiên cứu quá trình hoàn nguyên quặng viên Nà Rụa sử dụng khí CO và carbon rắn được thực hiện chi tiết. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoàn nguyên như nhiệt độ, thời gian, và thành phần khí được xem xét. Kết quả cho thấy, việc sử dụng khí CO có hiệu quả cao hơn trong việc hoàn nguyên quặng sắt. Tuy nhiên, việc sử dụng carbon rắn cũng mang lại kết quả khả quan và có thể ứng dụng trong các điều kiện cụ thể.

4.1. Ảnh Hưởng Của Nhiệt Độ Đến Quá Trình Hoàn Nguyên Quặng Viên

Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình hoàn nguyên quặng viên. Nghiên cứu cho thấy, nhiệt độ cao hơn giúp tăng tốc độ phản ứng và mức độ hoàn nguyên.

4.2. So Sánh Hiệu Quả Hoàn Nguyên Quặng Viên Bằng Khí CO và Carbon Rắn

So sánh hiệu quả hoàn nguyên quặng viên bằng khí CO và carbon rắn. Kết quả cho thấy, khí CO có hiệu quả cao hơn trong việc hoàn nguyên quặng sắt, nhưng carbon rắn cũng mang lại kết quả khả quan.

4.3. Động Học Phản Ứng Hoàn Nguyên Quặng Viên Nà Rụa

Nghiên cứu động học phản ứng hoàn nguyên quặng viên Nà Rụa. Các mô hình động học được sử dụng để xác định hằng số tốc độ phản ứng và năng lượng hoạt hóa.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Quặng Sắt Cao Bằng Trong Luyện Kim

Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng quặng sắt Cao Bằng trong các quy trình luyện kim. Việc lựa chọn công nghệ phù hợp, như hoàn nguyên trực tiếp hoặc luyện gang lò cao, sẽ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm chi phí. Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp cải thiện chất lượng quặng sắt trước khi đưa vào chế biến, nhằm tối ưu hóa quá trình luyện kim.

5.1. Lựa Chọn Công Nghệ Luyện Kim Phù Hợp Với Quặng Sắt Cao Bằng

Việc lựa chọn công nghệ luyện kim phù hợp với quặng sắt Cao Bằng là rất quan trọng. Các công nghệ như hoàn nguyên trực tiếp hoặc luyện gang lò cao cần được xem xét dựa trên đặc tính của quặng.

5.2. Giải Pháp Cải Thiện Chất Lượng Quặng Sắt Trước Khi Chế Biến

Đề xuất các giải pháp cải thiện chất lượng quặng sắt trước khi đưa vào chế biến. Các giải pháp này có thể bao gồm tuyển quặng, nghiền, và vê viên.

5.3. Tiềm Năng Phát Triển Kinh Tế Từ Quặng Sắt Cao Bằng

Đánh giá tiềm năng phát triển kinh tế từ quặng sắt Cao Bằng. Việc khai thác và chế biến quặng sắt có thể đóng góp vào sự phát triển kinh tế của tỉnh.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Quặng Sắt Cao Bằng

Luận án đã làm sáng tỏ tính chất luyện kim và khả năng ứng dụng quặng sắt Cao Bằng. Kết quả nghiên cứu là cơ sở quan trọng cho việc phát triển ngành luyện kim tại địa phương. Hướng phát triển tiếp theo là nghiên cứu sâu hơn về quá trình tinh chế quặng sắt, giảm thiểu tác động môi trường từ hoạt động khai thác, và phát triển các sản phẩm luyện kim có giá trị gia tăng cao.

6.1. Tổng Kết Các Kết Quả Nghiên Cứu Về Quặng Sắt Nà Rụa

Tổng kết các kết quả nghiên cứu về quặng sắt Nà Rụa, bao gồm đặc tính luyện kim, quá trình hoàn nguyên, và khả năng ứng dụng.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Tinh Chế Quặng Sắt Cao Bằng

Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo về tinh chế quặng sắt Cao Bằng, nhằm nâng cao chất lượng và giá trị của quặng.

6.3. Phát Triển Bền Vững Ngành Quặng Sắt Cao Bằng

Đề xuất các giải pháp phát triển bền vững ngành quặng sắt Cao Bằng, bao gồm giảm thiểu tác động môi trường và phát triển các sản phẩm luyện kim có giá trị gia tăng cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1  Mục tiêu của luận án .1  Nội dung nghiên cứu .1  Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. Đối tƣợng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu .2  Ý nghĩa khoa học và thực tiễn luận án. Ý nghĩa khoa học.

Ý nghĩa thực tiễn .3  Kết cấu của luận án .3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN. Tính chất của các ô-xít sắt. Các chỉ tiêu đánh giá về chất lƣợng quặng sắt cho ngành luyện kim. Thành phần hoá học và tính ổn định.

Tính hoàn nguyên của quặng sắt. Nhiệt độ biến mềm và khoảng biến mềm. Đặc điểm nguồn nguyên liệu quặng sắt Cao Bằng. Đặc điểm nguồn quặng sắt đƣợc chọn làm đối tƣợng nghiên cứu của luận án.

Các nghiên cứu về hoàn nguyên quặng sắt. Các nghiên cứu trong nƣớc. Các nghiên cứu quốc tế. Kết luận chƣơng 1.17 iii luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

Sự tƣơng thích của các mặt mạng tinh thể ô-xít sắt. Nhiệt động học của phản ứng hoàn nguyên. Giản đồ Baur – Glaessner. Hoàn nguyên bằng hỗn hợp khí.

Giản đồ pha sắt - ô-xy. Hoàn nguyên ô-xít trong dung dịch rắn. Nhiệt động học liên quan đến quá trình chiết ly. Điều kiện biên nhiệt động học phản ứng hợp thức.

Động học phản ứng hoàn nguyên. Quy luật tốc độ của các phản ứng hoàn nguyên phức tạp. Kết luận chƣơng 2 .44 Chƣơng 3 NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH QUẶNG SẮT VÀ QUẶNG VIÊN NÀ RỤA CAO BẰNG. Nguyên liệu đầu vào và quy trình thí nghiệm.

Nguyên liệu đầu vào. Quy trình thí nghiệm. Thiết bị và phƣơng pháp phân tích. Đặc tính quặng sắt và quặng viên Nà Rụa Cao Bằng.

Nhiệt độ chuyển pha của quặng sắt. Đặc tính biến mềm của quặng sắt. Tính chất quặng viên Nà Rụa Cao Bằng. Thể tích lỗ xốp và hệ số giãn nở nhiệt.

Kết luận chƣơng 3 .71 Chƣơng 4 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HOÀN NGUYÊN QUẶNG VÊ VIÊN NÀ RỤA CAO BẰNG. Quy trình hoàn nguyên quặng viên. Hoàn nguyên quặng viên P1200 .74 iv luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep 4. Hoàn nguyên quặng viên P500.

Động học hoàn nguyên quặng viên. Hằng số tốc độ phản ứng. Năng lƣợng hoạt hóa. Kết quả phân tích cấu trúc và tổ chức.

Đặc trƣng cấu trúc. Tổ chức tế vi. Kết luận chƣơng 4 .112 KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN .114 Tính chất quặng sắt và quặng vê viên Nà Rụa Cao Bằng .114 Tính chất hoàn nguyên quặng vê viên Nà Rụa Cao Bằng với khí CO và các-bon rắn114 KIẾN NGHỊ VỀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG .116 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .117 TÀI LIỆU THAM KHẢO .118 v luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT f tỷ phần, mức độ hoàn nguyên (quy về đơn vị, 0÷1) R mức độ hoàn nguyên, % k hằng số tốc độ phản ứng (s-1) Ea năng lƣợng hoạt hóa, kJ/mol Ȓ hằng số khí, Ȓ = 8.314 Jmol-1 K-1 A Thừa số tần số (xác suất va chạm hữu hiệu của các phân tử tham gia phản ứng) EDX energy dispersive X-ray - phổ tán xạ năng lƣợng tia rơnghen SEM scanning electron microscope - hiển vi điện tử quét PDF powder diffraction file – thẻ file nhiễu xạ bột tinh thể DTA differential thermal analysis - phân tích nhiệt vi sai TG thermogravimetry - phân tích nhiệt trọng lƣợng BET phân tích diện tích bề mặt riêng bằng phƣơng pháp Brunauer- Emmet-Teller BHKS Biểu hiện khoáng sản TNDB Tài nguyên dự báo Mẫu M1 Mẫu quặng ban đầu Mẫu M2 Mẫu quặng trộn 7% than Mẫu M3 Mẫu quặng trộn 10% than Mẫu M4 Mẫu quặng trộn 15% than Mẫu M5 Mẫu quặng trộn 20% than BF Blast Furnace – Lò cao EAF Electric Arc Furnace – Lò điện hồ quang BOF Bassic Oxygen Furnace – Lò thổi oxy Đ.Y Đơn vị tùy ý P500 Mẫu nung ô-xy hóa ở 500 °C P1200 Mẫu nung ô-xy hóa ở 1200 °C vi luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Thống kê trữ lƣợng và tài nguyên khoáng sản quặng sắt của tỉnh Cao Bằng.

Thống kê tình hình chế biến quặng sắt của các cơ sở sản xuất. Bảng tổng hợp hoàn nguyên quặng viên bằng các-bon rắn [42]. Thành phần khoáng vật trong mẫu quặng sắt ban đầu (%) .2 Thành phần hóa học của mẫu quặng sắt Nà Rụa Cao Bằng. Kết quả phân tích thành phần khoáng vật trong mẫu quặng sắt nung ở nhiệt độ 1200 °C trong 2h.

Kết quả phân tích mẫu các-bon rắn. Các chế độ nhiệt độ và thời gian thực hiện nung mẫu viên quặng. Nhiệt độ nóng chảy một số kim loại kiềm và hợp chất của chúng. Nhiệt độ nóng chảy của một số hợp chất hóa học.

Sự thay đổi kích thƣớc mẫu từ phép đo sử dụng thiết bị hiển vi nhiệt độ cao 57 Bảng 3. Các chế độ nung mẫu viên quặng. Độ bền nén của viên quặng sau khi nung. Thành phần khoáng vật của mẫu quặng viên sau khi nung ở nhiệt độ khác nhau.

Kết quả đo mẫu viên quặng bằng phƣơng pháp đo hấp phụ. Hằng số tốc độ phản ứng quặng viên P1200 từ mô hình 1  (1  f )1 3  kt. Hằng số tốc độ phản ứng quặng viên P1200 từ mô hình 2 1 f  (1  f ) 2/3  kt. Hằng số tốc độ phản ứng quặng viên P500 từ mô hình 1  (1  f )1 3  kt.

Hằng số tốc độ phản ứng quặng viên P500 từ mô hình 1  f  (1  f ) 2/3  kt 3. Năng lƣợng hoạt hóa từ mô hình 1  f  (1  f ) 2/3  kt. Thành phần nguyên tố từ phổ EDX ở các vị trí trên Hình 4. Thành phần nguyên tố từ phổ EDX ở các vị trí trên Hình 4.

Thành phần nguyên tố từ phổ EDX ở các vị trí Hình 4.