Nghiên cứu công nghệ luyện fero titan từ quặng gốc ilmenit

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MỎ-LUYỆN KIM




BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHCN
Đề tài nghiên cứu KHCN cấp Bộ


Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ LUYỆN FERO TITAN TỪ
QUẶNG GỐC ILMELIT


CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: QUẢN VĂN DŨNG










7648
02/02/2010

HÀ NỘI 1 - 2010
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 1

NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN



1. Quản Văn Dũng Kỹ sư Luyện kim màu
2. Ngô Ngọc Định Kỹ sư Luyện kim màu
3. Đỗ Hồng Nga Thạc sỹ Luyện kim màu
4. Nguyễn Hồng Quân Kỹ sư Luyện kim màu
5. Nguyễn Văn Tích Kỹ sư Chế tạo máy

Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 2
Mục Lục
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 6
1.1. TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN TITAN CỦA VIỆT NAM 6
1.2. SẢN XUẤT FERO TITAN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 7
1.2.1 Sản xuất fero titan trên thế giới 7
1.2.2 Tình hình nghiên cứu luyên fero titan ở Việt Nam 8
1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH LUYỆN FERO TITAN 9
1.3.1. Hoàn nguyên ilmenite bằng cacbon: 9

1.3.2. Hoàn nguyên ilmenite bằng Si 9
1.3.3. Hoàn nguyên ilmenite bằng nhôm kim loại 10
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC
CHUẨN BỊ 17
2.1. PH
ƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17
2.2. CÔNG NGHỆ ÁP DỤNG 17
Sơ đồ công nghệ dự kiến lựa chọn nghiên cứu luyện fero titan 18
2.3. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 19
2.4. NGUYÊN LIỆU DÙNG CHO NGHIÊN CỨU 19
2.4.1.Quặng ilmenit gốc 19
2.4.2. Các nguyên liệu và chất phụ gia khác. 21
2.4.2.1. Nhôm hạt 21
2.4.2.2. Fero Silic 22
2.4.2.3 .Quặng sắt 22
2.3.2.4.Trợ dung vôi 22
2.5. THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 23
2.5.1. Thiết bị nghiên cứu phòng thí nghiệm 23
 Lò điện hồ quang 12 KVA 23
 Tủ sấy (Trung Quốc): 23
 Máy đập hàm (TrungQuốc): 23
 Máy đập trục (Bungari): 23
2.5.2. Thiết bị nghiên cứu mở rộng 24
 Lò điện hồ quang 100KVA 24
 Hệ thống thiết bị đậ
p nghiền như trên 24
2.6. CÔNG TÁC PHÂN TÍCH 24
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 3
CHƯƠNG 3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 25
3.1. TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT LUYỆN KIM VÀ CÔNG TÁC CHUẨN
BỊ 25
3.1.1. Tính toán phối liệu 25
3.1.1.1. Các thông số có liên quan khi tính toán 25
3.1.1.2.Tính toán phối liệu: 26
3.1.2.Chuẩn bị liệu 28
3.1.3.Trình tự thao tác 29
3.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 29
3.2.1. Quy mô phòng thí nghiệm đối với lò điện hồ quang 12KVA 29
3.2.1.1. Thiêu oxy hóa quặng ilmenite 29
3.2.1.2.Ảnh hưởng của tỷ lệ quặng nấu chảy trước đến quá trình luyện
fero titan. 30
3.2.1.3. Ảnh hưởng của lượng nhôm nhôm phối liệu đến hàm lượng các
chất trong fero tian và hiệu suất thu hồi titan 32
3.2.1.4.Ảnh hưởng của trợ dung vôi tới hàm lượng Ti trong fero titan và
hiệu suất thu hồi titan. 36
3.2.2. Quy mô mở rộng 39
3.2.2.1. Đối với lò điện h
ồ quang 100KVA 39
3.3. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ CÔNG NGHỆ DỰ KIẾN 42
3.3.1. Sơ đồ công nghệ đề nghị. 42
3.3.2. Đánh giá sơ bộ về chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật 43
3.4. DỰ KIẾN HÌNH THỨC ÁP DỤNG VÀ ĐỊA CHỈ ÁP DỤNG KẾT
QUẢ NGHIÊN CỨU 44
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 4
Mở đầu

Nhưng năm gần đây kinh tế Việt Nam phát triển nhanh do vậy có nhu
cầu lớn về thép hợp kim để đáp ứng nghành công nghiệp nặng nước nhà. Để
hợp kim hóa người ta sử dụng các nguyên tố khác nhau, trong đó có titan (sản
phẩm là fero titan). Sự có mặt của titan làm tăng tính năng cơ học, chịu axit,
cải thiện tính năng hàn và tính chống ăn mòn của thép… Ngoài ra fero titan
được sử dụng trong luyện thép làm chất khử oxy, năng l
ực khử oxy của titan
vượt qua cả silic có thể tương đương như nhôm, titan còn là chất khử nitơ
(hình thành TiN). Thép dùng Ti khử oxy có tổ chức đúc đặc chắc, cải thiện
tính năng cơ học của thép. Ngoài ra còn có thể làm thép không rỉ chịu axit.
Hàng năm Việt Nam cần khoảng nghìn tấn fero titan ( trong đó Công
Ty Cơ Khí Đông Anh có nhu cầu 300T/năm) để sản xuất thép hợp kim, nhưng
hoàn toàn phải nhập khẩu.
Trong khi đó ở Vi
ệt Nam có nguồn quặng ilmenite khá lớn (trữ lượng

và tài nguyên dự báo 34 triệu tấn). Việc chế biến sâu quặng ilmenite ở Việt
Nam đã được nghiên cứu nhiều với quặng sa khoáng ven biển, còn tinh quặng
titan gốc chưa được nghiên cứu. Mỏ titan Cây Châm là mỏ quặng gốc có trữ
lượng khoảng 4 triệu tấn (tính theo TiO
2
) và đã bắt đầu được đưa vào khai
thác. Các nghiên cứu chế biến đối với quặng này mới dừng ở dạng sản xuất là
xỉ titan, Rutil nhân tao.
Chính vì vậy việc nghiên cứu sử dụng tinh quặng titan gốc mỏ Cây
Châm để đưa vào sản xuất fero titan để đáp ứng nhu cầu luyện thép trong
nước và cũng có thể để xuất khẩu là rất quan trọng. một phần do chất lượng
qu
ặng thấp, giá rẻ.
Căn cứ Quyết định số 6363/QĐ-BCT ngày 02 tháng 12 năm 2008 của
Bộ trưởng Bộ Công Thương ký với Viện Khoa Học và Công Nghệ Mỏ -
Luyện Kim đã tiến hành triển khai đề tài:
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 5
" Nghiên cứu công nghệ luyện fero titan từ quặng gốc ilmenite “.
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu ứng dụng xác lập được sơ đồ công
nghệ sản xuất fero - titan từ quặng gốc Cây Châm vùng Núi Chúa - Thái
Nguyên. Sản phẩm thu được đảm bảo yêu cầu về chất lượng làm nguyên liệu
cho công nghiệp luyện thép, với hàm lượng Ti 25-35%. Xác định được các
chỉ tiêu công nghệ cơ bản: hàm lượng Ti trong fero; Thực thu TiO
2
; Chi phí
điện năng, chi phí điện cực. Định hướng công nghệ áp dụng cho tương lai

gần.
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN TITAN CỦA VIỆT NAM
Quặng titan ở Việt Nam được chia làm 2 loại: quặng titan gốc và quặng
titan sa khoáng.
Quặng gốc mới chỉ biết duy nhất mỏ quặng Cây Châm vùng Núi Chúa,
Thái Nguyên gồm các loại quặng đặc sít (Nà Hoe) và xâm tán (Hữu Sào).
Khoáng vật quặng chủ yếu là ilmenite ( 30 - 70 %) và một số khoáng vật
khác.
Quặng sa khoáng có hai dạng: Dạng 1 là quặng gốc ilmenite bị phong
hóa thường ở phần trên hoặc xung quanh các mỏ và điểm quặng gốc
ở Núi
Chúa (Thái Nguyên). Dạng 2 là quặng sa khoáng titan ven biển đã được phát
hiện, điều tra, thăm dò và khai thác ở hầu hết dải ven biển miền Trung Việt
Nam.
Bảng 1: Thống kê trữ lượng và tài nguyên dự báo quặng titan ở Việt Nam
TT
Vùng mỏ
Trữ lượng và tài nguyên dự báo (1000 Tấn-
khoáng vật nặng)
Tổng
B C1 C2 P1 P2
1
Vùng mỏ Thái
Nguyên

3214,4 1616,9 3000,0 7831,3
Mỏ Vùng Núi Chúa
Quặng gốc
Sa khoáng

2818,6
395,8

1616,9

4435,5
395,8
2
Vùng Quảng Ninh
38,31 22,89 26,03 0,0 0,0 87,23
3
Vùng Thanh Hóa -
Hà Tĩnh
767,56 1782,01 2128,4 59,7 2179,0 6916,67
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 7

( Tài liệu- Cơ sở tài nguyên quặng titan của Việt Nam - Cục Địa chất )
Tổng các cấp trữ lượng như sau:
B + C1 = 7.538,284 ngàn tấn
B + C1 + C2= 14.029,879 ngàn tấn
B + C1 + C2 + P1= 21.323,049 ngàn tấn

Tổng cộng: 34.762,050 ngàn tấn
Ghi chú: B,C là các cấp trữ lượng.
Việc chế biến quặng titan của Việt Nam đã được tiến hành ở mức độ
nhất định, nguyên liệu sử dụng chủ yếu là quặng ilmenite sa khoáng bi
ển.
1.2. SẢN XUẤT FERO TITAN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.2.1 Sản xuất fero titan trên thế giới
Ở các nước như Liên Xô (cũ), Mỹ, Đức, Nhật Bản đã nghiên cứu và
sản xuất nhiều hợp kim fero trong đó có fero titan.
Đối với các mác Fe-Ti thông thường người ta dùng phương pháp nhiệt
nhôm, nguyên liệu là quặng ilmenite. Phương pháp này có thể thu được fero
có hàm lượng titan 20 - 35 %, nguyên liệu là quặng ilmenite. Đối với fero
titan có hàm lượng Ti cao hơn (>60%), người ta dùng nguyên liệu là các phế
li
ệu titan hoặc các hợp kim titan và nấu trong lò cảm ứng…
Các mác fero titan trên thế giới:
4
Vùng Quảng Trị-
Thừa Thiên
0,0 783,67 1522,21 6001,5 0,0 8307,38
5
Vùng Bình Định -
Phú Yên
0,0 792,25 898,77 713,69 400,0 2804,72
6
Vùng Bình Thuận-
Bà Rịa Vũng Tàu
0,0 137,2 299,28 518,28 7860,0 8814,76
Tổng cộng
805,87 6732,42 6491,60 7293,17 13439.05 34762,05

Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 8
Bảng 2: Tiêu chuẩn fero titan Trung Quốc
Thành phần hóa học, %
Al Si P S C Ca Mn
Ký hiệu mác
fero
Ti
≤
FeTi30A 25,0-35,0 8,0 4,5 0,05 0,03 0,10 0,40 2,5
FeTi30B 25,0-35,0 8,0 5,0 0,06 0,04 0,15 0,40 2,5
FeTi40A 35,0-45,0 9,0 3,0 0,03 0,03 0,10 0,40 2,5
FeTi40A 35,0-45,0 9,0 4,0 0,04 0,04 0,15 0,40 2,5

Bảng 3: Tiêu chuẩn fero titan theo ISO 5454-1980
Thành phần hóa học, %
Mác
Ti Al
max
Si
max
Mn
max
C
max
P
max

S
max
V
max
FeTi30Al6 20.0-35.0 6.0 4.0 - 0.15 0.10 0.07 -
FeTi30Al10 20.0-35.0 10.0 8.0 - 0.20 0.10 0.06 -
FeTi40Al6 35.0-50.0 6.0 4.5 1.5 0.10 0.10 0.06 -
FeTi40Al8 35.0-50.0 8.0 5.0 1.5 0.20 0.05 0.05 -
FeTi40Al10 35.0-50.0 10.0 8.0 1.5 0.20 0.10 0.07 -
FeTi70 65.0-75.0 0.5 0.1 0.2 0.20 0.03 0.03 0.5
FeTi70Al2 65.0-75.0 2.0 0.25 1.0 0.20 0.04 0.04 1.5
FeTi70Al5 65.0-75.0 5.0 0.5 1.0 0.30 0.05 0.04 -
1.2.2 Tình hình nghiên cứu luyên fero titan ở Việt Nam
Việc nghiên cứu luyện fero titan ở Việt Nam cũng đã được tiến hành từ
những năm 80 của thế kỷ trước và đã có một số kết quả bước đầu.
Năm 1986, Viện Luyện Kim Màu đã nghiên cứu thăm dò luyện fero
titan từ tinh quặng sa khoáng ilmenite thu được khi tuyển quặng thiếc Cao
Bằng. Kết quả ban đầu đã thu được fero titan, tuy nhiên chưa được triể
n khai
mở rộng.
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 9
Trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nước KC.02.15, các tác giả đã nghiên
cứu luyện fero titan trong lò điện hồ quang từ nguyên liệu quặng ilmenite sa
khoáng biển Hà Tĩnh. Đây là loại quặng khá sạch và có hàm lượng titan cao
khoảng 53%. Kết quả đã thu được fero titan tương đương mác FeTi30, với
hiệu suất thu hồi titan: 60-70%.

1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH LUYỆN FERO TITAN
Có nhiều phương pháp hoàn nguyên ilmenite đó là:
1.3.1. Hoàn nguyên ilmenite bằng cacbon:
Các phản ứng của quá trình xảy ra như sau:
FeO.TiO
2
+C = TiO
2
+Fe+CO (1)
TiO
2
+ 2C = [Ti]+ 2CO (2)
TiO
2
+ 3C = TiC+2CO (3)
Trong các phản ứng trên, phản ứng 1 có thể xảy ra ở nhiệt độ 926
0
K
các cấu tử ở trạng thái rắn còn các phản ứng 2 và 3 tương ứng ở các nhiệt độ
1702
0
K và 1319
0
K. Như vậy việc hoàn nguyên TiO
2
theo phản ứng 3 dễ dàng
hơn 2. Thực tế đã xác nhận khi luyện từ ilmenite thu được hợp kim có thành
phần 15 -20%Ti; 5 – 8% C; 1-3% Si, còn lại Fe và các tạp chất khác. Trong
thực tế người ta không làm theo phương pháp này bởi vì quá trình này tạo ra
cacbíttitan TiC có nhiệt độ nóng chảy cao, hàm lượng cacbon lớn không làm

chất hợp kim hóa được.
1.3.2. Hoàn nguyên ilmenite bằng Si
Có thể tạo được hợp kim FeTi có hàm lượng cacbon thấp. Phản ứng
hoàn nguyên titan bằng Silic:
TiO
2
+ Si = Ti + SiO
2
(4)
Trong thực tế người ta không dùng phương pháp này bởi vì hợp kim
silicotitan ít được ứng dụng trong thực tế.
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 10
1.3.3. Hoàn nguyên ilmenite bằng nhôm kim loại
Hiện nay, phương pháp chế tạo FeTi với hàm lượng Ti: 20-35% bằng
nhiệt nhôm là phổ biến nhất. Phương pháp này có thể thực hiện ngoài lò hoặc
dùng lò điện để gia nhiệt trước và dùng hỗn hợp oxyt sắt – nhôm để thực hiện
phản ứng.
Các phản ứng của quá trình xảy ra như sau:
3FeO.TiO
2
+ 2Al = 3Fe + 3TiO
2
+ Al
2
O
3

(5)
2TiO
2
+ 4/3Al = 2TiO + 2/3Al
2
O
3
(6)
2TiO + 4/3Al = 2Ti + 2/3Al
2
O
3
(7)
∆G
0
T
(6) = - 452655 + 14,36 T
∆G
0
T
(7) = - 167471 + 121 T
Nhận xét:
Nhận thấy ∆G
0
T
(6), ∆G
0
T
(7) < 0 Æ đây là phản ứng tỏa nhiệt. Do
đó rất thuận lợi cho quá trình luyện fero tian.

Các hình 1,2,3,4,5,6,7,8 là các giản đồ trạng thái có liên quan đến quá trình
luyện fero titan.


Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 11
Fe
Ti
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90
600
800
1000
1200
1400
1600
400
TiFe2
TiFe
TiFe
αFe
16
9,8
1289
1317
49,8
1085

71
78
βTi
αTi
590

Hình 1: Giản đồ trạng thái hệ Ti-Fe
Al
t, C
0
0
10
20
30 40 50
600
8000
1000
1200
1400
1600
1080
1250
α
α
+
α
2
α
2
α

2
+γ
γ
+
γ
1
β
α+β
Ti
3
Al
α
2
+β
β+γ
TiAl
Ti


Hình 2: Giản đồ trạng thái hệ Ti-Al
Hàm lượng, %
chuyển biến
t
ừ tính
Nhiệt độ,
0
C
Hàm lượng, %
Nhiệt độ,
0

C
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 12
Ti Si
0102030405060708090100
800
1200
1600
2000
2400
α
β
860
1330
2120
1540
1330
1470
1667
TiSi
Ti
5
Si
3
TiSi
2

Hình 3: Giản đồ trạng thái Ti-Si
1540
SiO
020406080
1500
1600
1700
1800
1900
t, C
TiO
22
0
SiO
TiO
2
2

Hình 4: Giản đồ trạng thái hệ xỉ TiO
2
-SiO
2

Hàm lượng, %
Hàm lượng, %
Nhiệt độ,
0
C
Nhiệt độ,
0

C
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 13
FeO
TiO
2
020406080100
1200
1400
1600
1800
1000
t, C
2FeO. Ti O
2
FeO. Ti O
2
FeO.2Ti O
2
1380
1375
1350
1340
1450
1845
0

Hình 5: Giản đồ trạng thái hệ xỉ TiO
2
-FeO
CaO
TiO
2
3CaO.TiO
2
2CaO.TiO
2
CaO.TiO
2
1400
2200
2570
t, C
0


Hình 6: Giản đồ trạng thái hệ xỉ TiO2-CaO
Hàm lượng, %
Hàm lượng, %
Nhiệt độ,
0
C
Nhiệt độ,
0
C
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 14
Al 2O
3
TiO 2
t, C
0
20 40
60 80
100
2000
1900
1800
1700
1600
1715
TiO2Al2O3
1850
0

Hình 7: Giản đồ trạng thái hệ xỉ TiO
2
-Al
2
O
3

CaO

TiO
2
1713 C
2570 C
1830 C
SiO
2
1350 C
1598 C
1549 C
1970 C
1780 C
0
0
0
0
0
0
0
0
2
2
0
0

C
1
7
8
0

C
1
6
0
0

C
0
0
0

Hình 8: Giản đồ trạng thái hệ xỉ CaO-TiO
2
-SiO
2

Dựa vào giản đồ trạng thái hệ xỉ CaO-TiO
2
-SiO
2
: thấy rằng mặc dù sự
có mặt của CaO có thể làm giảm độ xệt của xỉ, nhưng các hợp chất của CaO
với TiO
2
khá bền vững lại có tác dụng giữ một phần TiO
2
lại trong xỉ. Phần
gách chéo các thành phần của xỉ là có độ nóng chảy thấp, tương ứng với
Hàm lượng, %

Nhiệt độ,
0
C
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 15
(TiO
2
) = 10-20% và cao hơn. Tức có thể đáp ứng được hiệu suất thu hồi titan
khoảng 70%.
Hiện có 2 phương pháp chính luyện fero-titan là phương pháp nhiệt
nhôm trong lò và ngoài lò.
Theo phương pháp ngoài lò: quặng ilmenite sau khi thiêu, sấy được
trộn với bột nhôm, trợ dung và chất mồi sau đó nạp vào nồi phản ứng theo 2
cách sao cho phản ứng từ đáy nồi đi lên và phản ứng từ mặt nồi xuống.
Theo phương pháp nhiệt nhôm trong lò: Đây là phương pháp đượ
c áp
dụng nhiều nhất hiện nay. Một phần quặng ilmenite và trợ dung được nạp vào
lò và dùng hồ quang để nấu chảy. Lượng quặng ilmenite còn lại cùng với phoi
nhôm và trợ dung được trộn đều, nạp dần vào lò sao cho phản ứng của quá
trình hoàn nguyên diễn ra ổn định. Tiếp tục quá trình tinh luyện, bổ xung
quặng sắt, phoi nhôm và trợ dung để cho các hạt sắt cùng các hạt fero hấp thụ
nhau và lắng xuống.
Ảnh hưởng c
ủa các thành phần trong phối liệu:
• Ảnh hưởng của nhôm: Tăng hàm lượng Al trong fero sẽ tăng hiệu suất
thu hồi titan, nhưng lại làm tăng hàm lượng nhôm trong fero và Al
2

O
3

trong xỉ tăng lên. Nhôm chứa silic cao sẽ tốt cho quá trình luyện fero
titan, vì tạo ra SiTi, không làm tăng hàm lượng nhôm trong fero. Độ hạt
của nhôm khoảng 0,5-2,0 mm là tốt nhất cho phản ứng nhiệt nhôm.
Nếu độ hạt quá nhỏ sẽ tăng tổn thất do cháy hao, nếu độ hạt quá to thì
phản ứng kém (do bề mặt tiếp xúc giữa Al và oxit của liệu giảm).
• Ảnh hưởng của tinh quặng ilmenite: Hàm lượng TiO
2
trong tinh quặng
càng cao thì hàm lượng Ti trong fero cũng cao. Thích hợp nhất để
luyện fero titan hàm lượng TiO
2
khoảng 48-52%.
• Ảnh hưởng của quặng sắt: Để đảm bảo hiệu ứng nhiệt và tốc độ phản
ứng, đồng thời cấp một lượng sắt đủ để hòa tan vào fero. Dùng quặng
sắt chỉ đủ, không nên dùng quá nhiều vì TiO
2
tạo thành TiO làm giảm
hàm lượng Ti trong fero. Quặng sắt thiếu thì, nhiệt sẽ không đủ, tính
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 16
lỏng kém, khó tách xỉ và fero. Quặng sắt còn có vai trò quan trong là
cấp thêm nhiệt để cho phản ứng nhiệt nhôm, nhiệt lượng tỏa ra khi
phản ứng nhiệt nhôm của quặng sắt là 966kj/kg. Mặt khác sắt sau khi
được hoàn nguyên sẽ hòa tan titan kim loại được hoàn nguyên cùng

lắng xuống đáy lò, do đó tăng được hiệu suất thu hồi titan.
• Ảnh hưởng của vôi: Vôi làm giảm nhiệt độ chảy của xỉ, tăng tính lưu
động, nâng cao khả nă
ng phản ứng đồng thời làm cho kim loại huyền
phù trong xỉ lắng đọng xuống dưới. Lượng vôi dùng khoảng 18-20%
lượng nhôm đem phối liệu.
















Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 17
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC
CHUẨN BỊ
2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu luyện fero titan từ tinh quặng gốc ilmenite vùng Cây
Châm, Núi Chúa, Thái Nguyên là đề tài nghiên cứu ứng dụng. Phương pháp
nghiên cứu là dựa trên tài liệu kỹ thuật của nước ngoài và các nghiên cứu
trong nước về việc chế biến titan. Dựa vào những đặc tính công nghệ của
nguyên liệu, từ đó chọn sơ đồ công nghệ hợp lý. Sử dụng các thiết bị phòng
thí nghiệm tạo mô hình thiết bị công nghệ
phù hợp, từ các kết quả nghiên cứu
phòng thí nghiệm tiến hành thực hiện trên các thiết bị bán công nghiệp được
đề tài xây dựng như lò điện hồ quang 12KVA, lò điện hồ quang 100KVA. Sử
dụng các phương pháp phân tích hóa, phân tích khoáng vật, phân tích hóa lý
hiện đại để đánh giá thành phần nguyên liệu cũng như sản phẩm thu được. sản
phẩm luyện ra được sử dụng để sản xuất thử thép hợ
p kim và đánh giá chất
lượng sản phẩm tạo ra.
2.2. CÔNG NGHỆ ÁP DỤNG
Đề tài áp dụng phương pháp luyện fero titan bằng nhiệt nhôm trong lò
điện hồ quang. Các nghiên cứu được tiến hành trên lò 12KVA để xác định chế
độ phối liệu. Sau khi có được phối liệu hợp lý, các nghiên cứu được tiến hành
trên lò điện hồ quang 100KVA để xác định các thông số còn lại và một số chỉ
tiêu kinh tế kỹ thuật.





Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 18

Sơ đồ công nghệ dự kiến lựa chọn nghiên cứu luyện fero titan

























Hình 9: Sơ đồ công nghệ dự kiến lựa chọn nghiên cứu luyện fero titan

Lò ống quay
ilmenite

thiêu ôxh
Sản phẩm thiêu
Liệu lò
Liệu hoàn
n
guyê
n
Trợ dung
Nhôm
h
ạ
t
Nấu chảy
Sấy
Hoàn nguyên
Lắng tách
trong lò
Quặng sắt
Fero silic
Xỉ Fero titan
Lò điện hồ
quang
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 19
2.3. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu xác định công nghệ luyện fero titan
do Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim thực hiện từ nguyên liệu là

quặng gốc ilmenite Vùng Cây Châm, Núi Chúa, Thái Nguyên để thu được
fero titan đạt tiêu chuẩn thương mại với hàm lượng như sau: (20-35)%Ti, (8-
10)%Al, (4-6)%Si, <0,2%C.
2.4. NGUYÊN LIỆU DÙNG CHO NGHIÊN CỨU
2.4.1.Quặng ilmenit gốc
Quặng ilmenite dùng cho nghiên cứu là tinh quặng ilmenite gốc Cây
Châm, Núi Chúa, Thái Nguyên.
Thành phần hóa học của nguyên liệu được xác định bằ
ng phương pháp
phân tích hóa và xác định cấp hạt bằng phân tích rây. Thành phần của các
nguyên liệu được nêu trong các bảng dưới đây:
Bảng 4: Thành phần tinh quặng ilmenite, %
TiO
2
FeO Fe
2
O
3
SiO
2
CaO MgO Cr
2
O
3
Al
2
O
3
MnO S
45,75 6,90 37,76 4,25 0,54 2.17 1,15 0,15 0,72 0,01

Bảng 5: Thành phần cấp hạt quặng tinh ilmenite
Cấp hạt %
- 1 + 0,5 mm
- 0,5 + 0,25 mm
- 0,25 + 0,125 mm
- 0,125 + 0,075 mm
- 0,075 mm
29
35,3
24,1
8,9
3,7
Các kết quả phân tích trọng sa, X-ray, chụp ảnh khoáng tướng
Các kết quả phân tích cho thấy quặng tinh ilmenite gốc chủ yếu là ilmenite, có
một ít limonit và leucoxen.
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 20

Hình 10: Nhiễu xạ rơnghen quặng gốc
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 21

Hình 11: Quặng ilmenite gốc ban đầu
2.4.2. Các nguyên liệu và chất phụ gia khác.

2.4.2.1. Nhôm hạt
Nhôm hạt đóng vai trò là chất hoàn nguyên, do đó độ sạch của nhôm
cũng như độ hạt ảnh hưởng lớn tới chất lượng sản phẩm. Tham khảo các tài
liệu thì độ hạt của nhôm là 0,1-2mm. Nhưng trong điều kiện thí nghiệm hiện
có thì đề tài mới chỉ khảo sát được ảnh hưởng về độ hạ
t của nhôm với quy mô
phòng thí nghiệm. riêng đối với quy mô mở rộng đề tài sử dụng nhôm phế
liệu với độ hạt lớn hơn, do đó hàm lượng nhôm trong sản phẩm sẽ phải cao
hơn.
Ban đầu thí nghiệm với nhôm có độ hạt là 0,2mm hàm lượng 99%. Sau
đó sử dụng nhôm thứ liệu 98% độ hạt 2mm – 4mm thấy kết quả có thể chấp
nhận được, do đó đề tài đã chọ
n nhôm thứ liệu 98% với thành phần độ hạt
như sau:
Bảng 6. Thành phần hạt của nhôm
Cấp hạt %
-2mm 30
2-4mm 60
+4mm 10
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 22
2.4.2.2. Fero Silic
Fero silic có vai trò làm giảm hàm lượng nhôm trong sản phẩm, bởi vì
liên kết TiSi bền hơn liên kết TiAl. Đồng thời fero silic còn có vai trò
hòa tan Ti còn lằm lơ lửng trong xỉ, cùng lắng tách xuống đáy lò tức là
làm tăng hiệu suất thu hồi titan.
Bảng 7: Thành phần hóa học của fero Silic75, %

Fe Si
30,45 67,85
Bảng 8: Thành phần độ hạt của fero Silic
Cấp hạt %
-0,1mm 40
0,1-0,2mm 45
+0,2mm 15
2.4.2.3 .Quặng sắt
Quặng sắt có vai trò hết sức quan trọng đó là:
- Tăng hiệu suất thu hồi titan bởi vì khi sắt được hoàn nguyên trên đường
lắng xuống đáy lò sẽ hòa tan Ti kéo Ti cùng lắng tách xuống đáy lò.
- Đồng thời cung cấp thêm nhiệt cho phản ứng nhiệt nhôm (lượng nhiệt
tỏa ra khi xảy ra phản ứng nhiệt nhôm đối với quặng sắt 966kj/kg).
Bảng 9: Thành phần hóa học của qu
ặng sắt, %
Fe
2
O
3
SiO
2

87,67 3,8
Bảng 10: thành phần cấp hạt của quặng sắt
Cấp hạt %
- 0,1 + 0,074 mm
- 0,074 mm
15,5
84,5
2.3.2.4.Trợ dung vôi: Vôi công nghiệp hàm lượng 80% CaO, cỡ hạt nhỏ hơn

0,2mm được dùng làm trợ dung cho quá trình luyện ferotitan.
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 23
2.5. THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU
2.5.1. Thiết bị nghiên cứu phòng thí nghiệm
• Lò điện hồ quang 12 KVA
- Lò điện hồ quang có các thông số kỹ thuật sau: 12 KVA, I
max
: 200 A, U
max
:
60V, nâng hạ điện cực tự động, đường kính điện cực: 40 mm


Hình 12: Ảnh lò điện hồ quang 12KVA
• Tủ sấy (Trung Quốc): Khoảng Nhiệt độ làm việc: 0-300
0
C
• Máy đập hàm (TrungQuốc): Công suất 50kg/h, Cỡ hạt: -5mm
• Máy đập trục (Bungari): 200kg/h, Cỡ hạt: -1mm, -2mm
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit



Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 24
2.5.2. Thiết bị nghiên cứu mở rộng
• Lò điện hồ quang 100KVA

Các thông số kỹ thuật của lò điện hồ quang 100KVA như sau: Sơ cấp: I =
0-300 A , U = 380 V, thứ cấp: I = 0-1000A, U = 68 V, đường kính điện
cực: 10cm, nâng hạ điện cực tự động.

Hình 13: Lò điện hồ quang 100KV
- Hệ thống quạt hút ống khói:
+ Đường kính ống hút khói: 200mm
+ Ống khói: bằng thép đường kính:300 mm; Cao 15 m.
+ Quạt hút: 7,5 KW; lưu lượng 3000 m
3
/h.
• Hệ thống thiết bị đập nghiền như trên.
2.6. CÔNG TÁC PHÂN TÍCH
Công tác phân tích, kiểm tra kết quả nghiên cứu được tiến hành tại các
đơn vị phân tích trong và ngoài Viện. Phân tích trung gian được tiến hành tại
Trung tâm phân tích của Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim và
phân tích đối chứng kiểm tra tại Trung tâm phân tích Viện Nghiên cứu Địa
chất, trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội…