Hoàn thiện công nghệ và sản xuất sunphat măng gan từ quặng mịn

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MỎ - LUYỆN KIM
BÁO CÁO TỔNG KẾT
DỰ ÁN HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ VÀ SẢN XUẤT
MnSO
4
TỪ QUẶNG MANGAN MỊN


Chủ nhiệm dự án: KS. Lê Hồng Sơn










7362
19/5/2009
HÀ NỘI – 2008




céng hßa x∙ héi chñ nghÜa viÖt nam
Bé c«ng th−¬ng
ViÖn khoa häc vµ c«ng nghÖ Má - LuyÖn kim

BÁO CÁO TỔNG KẾT
DỰ ÁN HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ VÀ SẢN XUẤT
MnSO
4
TỪ QUẶNG MANGAN MỊN






Chủ nhiệm dự án: KS. Lê Hồng Sơn









BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
1
Nh÷ng ng−êi thùc hiÖn
TT
Họ và tên Chức vụ Cơ quan
1

Lê Hồng Sơn Kỹ sư hoá Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim
2
Phạm Bá Kiêm Kỹ sư hoá Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim
3
Phạm Xuân Kính Kỹ sư hoá Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim
4
Nguyễn Tuấn Kỹ sư LK Viện KH&CN Mỏ-Luyện kim
5
Mguyễn Mạnh Nam Kỹ sư LK Viện KH&CN Mỏ-Luyện kim
6
Nguyễn Minh Đạt Kỹ sư LK Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim
7
Ngô Quyền Kỹ sư điện Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim
8
Mai Thị Thanh KTV Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim
BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
2
MỤC LỤC
Số hiệu Danh mục Tr
Mở đầu
6
Chương 1 Tổng quan
8
1.1
Tình hình nghiên cứu và sản xuất trong và ngoài nước.
8
1.1.1

Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước.
8
1.1.2
Tình hình nghiên cứu trong nước.
8
1.2
Tổng quan lý thuyết.
9
1.2.1
Mangan sunfat.
9
1.2.2
Chế hoá quặng mangan thu hồi mangan sunfat.
10
1.2.2.1
Xử lý quặng bằng phương pháp axit.
11
1.2.2.2
Xử lý quặng bằng phương pháp thiêu hoàn nguyên.
12
1.2.2.3
Xử lý quặng bằng phương pháp thiêu sunfat hoá với tác nhân FeS
2
.
12
1.2.2.4
Xử lý quặng bằng phương pháp thiêu sunfat hoá với tác nhân FeSO
4
.
12

1.2.2.5
Xử lý quặng bằng phương pháp sục khí.
13
1.2.2.6
Kết tinh mangan sunfat từ dung dịch
13
1.2
Nhữngvấn đề dự án cần giải quyết.
14
Chương 2 Phương pháp nghiên cứu và công tác chuẩn bị.
15
2.1 Đối tượng nghiên cứu.
15
2.2
Phương pháp nghiên cứu.
15
2.3
Thiết bị và vật tư nghiên cứu.
15
2.3.1
Thiết bị nghiên cứu và sản xuất.
15
2.3.1.1
Thiết bị nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.
15
2.3.1.2
Thiết bị sản xuất lớn. 16
2.3.2
Vật tư và hoá chất.
18

2.3.2.1
Quặng mangan.
18
2.3.2.2
Hoá chất.
18
2.3.3
Sơ đồ công nghệ dự kiến.
19
2.3.4
Công tác phân tích.
19
Chương 3
Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ. 21
3.1
Nghiên cứu quá trình thiêu sunfat hoá.
21
3.1.1
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất quá trình thiêu.
21
BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
3
3.1.2
Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất quá trình thiêu.
22
3.1.3
Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ phối liệu đến hiệu suất quá trình thiêu.

24
3.1.4
Nghiên cứu ảnh hưởng của độ dày lớp liệu đến hiệu suất quá trình thiêu.
25
3.2.
Nghiên cứu quá trình hoà tách.
27
3.2.1
Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ L/R và số lần hòa tách đến hiệu suất.
27
3.2.2
Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất quá trình hoà tách.
28
3.3
Nghiên cứu quá trình kết tinh sản phẩm.
29
3.3.1
Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến quá trình làm sạch.
30
3.3.2
Nghiên cứu quá trình kết tinh.
31
3.3.2.1
Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ.
31
3.3.2.2
Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ axit.
34
3.3.2.3
Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình rửa sấy.

35
3.4
Nghiên cứu quá trình sản xuất lớn.
36
3.5
Xử lý môi trường
38
3.5.1
Xử lý chất thải khí
38
3,5.2
Xử lý chất thải lỏng
38
3.5.3
Xử lý chất thải rắn
39
3.6
Sơ đồ công nghệ sản xuất MnSO
4
từ quặng mịn.
39
Chương 4
Sản xuất mangansunfat. 41
4.1
Nghiên cứu quá trình sản xuất lớn.
41
4.1.1
Sản xuất thử nghiệm.
41
4.1.2

Dự kiến qui mô thiết bị cho dây chuyền 120T/năm.
45
4.2
Kết quả dự án.
45
4.2.1
Dự kiến giá thành.
45
4.2.2
Kết quả đạt được.
46

Kết luận và kiến nghị. 47

Kết luận. 47

Kiến nghị. 48

Tài liệu tham khảo
49

Phụ lục 50

BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
4
MỤC LỤC BẢNG
Số hiệu Danh mục Tr

Bảng 1
Thành phần hóa học quặng mangan-Hà Tĩnh.
18
Bảng 2
Thành phần khoáng vật của quặng mangan-Hà Tĩnh.
18
Bảng 3
Thành phần hóa học của FeSO
4
.7H
2
O.
19
Bảng 4
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phân hủy.
22
Bảng 5
Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất phân hủy.
23
Bảng 6
Ảnh hưởng của tỷ lệ phối liệu đến hiệu suất phân hủy.
24
Bảng 7
Ảnh hưởng của độ dầy lớp liệu đến hiệu suất phân hủy.
25
Bảng 8
Ảnh hưởng của tỷ lệ L/R và số lần hòa tách đến hiệu suất hòa tách.
27
Bảng 9
Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hòa tách.

28
Bảng 10
Nồng độ các nguyên tố có trong dung dịch hòa tách.
29
Bảng 11
Ảnh hưởng của pH đến khả năng tách các nguyên tố.
30
Bảng 12
Ảnh hưởng của (NH
4
)
2
S đến khả năng tách sắt.
31
Bảng 13
Ảnh hưởng của độ giảm khối lượng đến hàm lượng Mn trong dd.
32
Bảng 14
Ảnh hưởng của nồng độ MnSO
4
đến quá trình kết tinh.
33
Bảng 15
Ảnh hưởng của nồng độ H
2
SO
4
đến quá trình kết tinh.
34
Bảng 16

Ảnh hưởng của số lần rửa đến hiệu suất thu hồi sản phẩm.
35
Bảng 17
Ảnh hưởng của thời gian thiêu đến hiệu suất thu hồi mẫu 2500g.
37
Bảng 18
Bảng so sánh chất lượng.
39
Bảng 19
Kết quả sản xuất thử nghiệm qui mô 5 Kg/mẻ.
42
Bảng 20
Kết quả sản xuất thử nghiệm qui mô 10 Kg/mẻ.
42
Bảng 21
Kết quả sản xuất thử nghiệm qui mô 15, 20 & 40 Kg/mẻ.
43
Bảng 22
Dự tính khối lượng các nguyên vật liệu cho 1000Kg sản phẩm.
46
BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
5
MỤC LỤC HÌNH
Số hiệu Danh mục Tr
Hình 1
Thiết bị thí nghiệm và sản xuất.
17

Hình 2
Sơ đồ công nghệ dự kiến.
20
Hình 3
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thiêu sunfat hóa.
22
Hình 4
Ảnh hưởng của thời gian thiêu đến hiệu suất thiêu sunfat hóa.
23
Hình 5
Ảnh hưởng của tỷ lệ phối liệu đến hiệu suất thiêu sunfat hóa.
25
Hình 6
Ảnh hưởng của độ dày lớp liệu đến hiệu suất thiêu sunfat hóa.
26
Hình 7
Ảnh hưởng của tỷ lệ L/R đến hiệu suất quá trình hòa tách.
28
Hình 8
Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hòa tách.
28
Hình 9
Ảnh hưởng của pH đến khả năng tách các tạp chất.
30
Hình 10
Ảnh hưởng của (NH
4
)
2
S đến khả năng tách sắt.

31
Hình 11
Ảnh hưởng của độ giảm khối lượng đến hàm lượng Mn trong dung dịch.
32
Hình 12
Ảnh hưởng của nồng độ MnSO
4
đến hiệu suất kết tinh.
33
Hình 13
Ảnh hưởng của nồng độ H
2
SO
4
đến hiệu suất kết tinh.
34
Hình 14
Ảnh hưởng của số lần rửa đến chất lượng sản phẩm và hiệu suất thu hồi.
35
Hình 15
Ảnh hưởng của thời gian thiêu đến hiệu suất thu hồi ở mẫu 2500g.
37
Hình 16
Sơ đồ công nghệ sản xuất MnSO
4
.
40
BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
6
MỞ ĐẦU
Trong tự nhiên, nguyên tố mangan đứng hàng thứ 15 về mức độ phổ biến.
Nó có mặt trong khoảng trên 100 loại khoáng vật. Quặng mangan tốt nhất và có giá
trị nhất hiện nay là quặng mangan ở dạng oxyt như MnO, MnO
2
, Mn
2
O
3
và Mn
3
O
4
.
Cho đến nay trên toàn lãnh thổ Việt Nam đã ghi nhận được khoảng 34 điểm có
quặng mangan, nhưng chỉ có một số ít điểm quặng là có ý nghĩa công nghiệp. Phần
lớn các điểm quặng này phân bố chủ yếu ở phía bắc Việt Nam và hầu hết các điểm
quặng có ý nghĩa công nghiệp tập trung ở Cao Bằng và Tuyên Quang. Ngoài ra
còn có một số điểm quặng nhỏ ở khu vự
c Nghệ An - Hà Tĩnh - Quảng Bình. Các
mỏ quặng gốc thường có hàm lượng mangan dao động trong khoảng từ 17% ÷
25% và quặng phong hoá có hàm lượng mangan lớn hơn 35%.
Quặng mangan ở dạng oxyt là loại quặng có giá trị công nghiệp nhất. Ở
dạng pyrolusit sạch được dùng cho công nghiệp hóa chất. Những loại quặng oxyt
mangan khác và một ít quặng carbonat mangan được sử dụng chủ yếu cho công
nghiệp luyện kim.
Quặng mangan ở Việt Nam chủ yếu đượ
c khai thác thủ công kết hợp bán cơ

giới nên hệ số thu hồi chỉ đạt từ 30 ÷ 34 % và một lượng lớn quặng có cỡ hạt
<5mm bị bỏ lại tại khai trường. Quặng nguyên khai được tiếp tục tuyển để thu hồi
quặng tinh (Mn đạt 43,46%) và thải ra một khối lượng lớn quặng nghèo và quặng
mịn đã bị thải loại (70%) không sử dụng được trong quá trình luyện kim hoặc
không đủ chất lượng để sử dụng trong công nghiệp hoá chất (Tiêu chuẩn để dùng
trong luyện kim hàm lượng Mn khoảng 38 ÷ 55% với cỡ hạt ≥ 5mm, dùng trong
công nghiệp hoá chất thì hàm lượng Mn qui ra MnO
2
phải đạt 63%).
Các sản phẩm từ mangan hiện nay được sử dụng rất nhiều trong cuộc sống
cũng như trong các ngành công nghiệp. Hiện nay các sản phẩm hóa học có gốc
mangan được sử dụng trong nước phải nhập từ nước ngoài.
Để sử dụng có hiệu quả nguồn quặng mangan hiện có tại Việt Nam năm
2004, Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim đã triển khai nghiên cứu
đề
tài:“Nghiên cứu công nghệ sản xuất mangan sunfat MnSO
4
từ quặng mangan
BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
7
nghèo” đã được Hội đồng Khoa học và Công nghệ Bộ Công Nghiệp nghiệm thu
năm 2005 đánh giá đạt loại khá. Tuy nhiên các kết quả đã nghiên cứu chỉ mới ở nội
dung qui mô nhỏ trong phòng thí nghiệm (100 g/mẻ). Để đưa các kết quả nghiên
cứu có thể áp dụng vào sản xuất cần phải nghiên cứu bổ xung ở qui mô lớn hơn để
ổn định công nghệ.
Trước nhu cầu của các ngành công nghiệ
p trong nước về loại sản phẩm này

cũng như khả năng thiết bị công nghệ hiện có của Viện, Viện Khoa học và Công nghệ
Mỏ - Luyện kim đã triển khai dự án:“Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất
mangan sunfat MnSO
4
từ quặng mangan mịn” theo HĐ số 02.08.SXTN/HĐ-
KHCN ký ngày 31 tháng 01 năm 2008 giữa Bộ Công Thương và Viện Khoa học &
Công nghệ Mỏ - Luyện kim.
Mục tiêu của dự án:

- Tiến hành nghiêncứu bổ xung để ổn định công nghệ sản xuất mangan sunfat
MnSO
4
ở qui mô phòng thí nghiệm mở rộng(1 ÷ 5 Kg/mẻ) đạt các yêu cầu chỉ
tiêu kỹ thuật trên cơ sở qui trình công nghệ tiếp thu từ đề tài nghiên cứu khoa
học công nghệ cấp Bộ năm 2004. Từ đó hoàn thiện qui trình công nghệ sản
xuất mangan sunfat MnSO
4
trên cơ sở sơ đồ công nghệ đã có và qui mô thiết bị sẽ
xây dựng đạt chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật.
- Xây dựng một dây chuyền sản xuất mangan sunfat MnSO
4
ở qui mô xưởng sản
xuất có công suất 1 tấn/tháng trên cơ sở qui trình công nghệ đã hoàn thiện. Từ
đó sản xuất thử nghiệm ở qui mô 1 tấn/tháng, tiến tới sản xuất thử nghiệm ở qui
mô 120 tấn/năm.
- Bước đầu sản xuất thử sản phẩm, tiến hành tiếp thị sản phẩm trên thị trường
thông qua các Công ty sử dụng sản phẩm này. Từ đó t
ạo thương hiệu và uy tín
tiến tới sản xuất lớn hoặc chuyển giao công nghệ cho các đơn vị khai thác sản
xuất lớn để thay thế sản phẩm nhập ngoại.

BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC.
1.1.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài.
Ở nước ngoài các công trình nghiên cứu về các hợp chất có chứa mangan
đã được công bố trong một số sách và tài liệu khoa học. Các sản phẩm chứa
mangan đã được sản xuất công nghiệp như fero mangan, mangan sunfat, mangan
kim loại. Ở Ucraina và Trung Quốc ngưòi ta đã sản xuất công nghiệp mangan
sunfat MnSO
4
theo công nghệ sunfat hoá bằng phương pháp sục khí SO
2
vào
huyền phù quặng mangan và theo công nghệ axit sunfuric.
Qua các tài liệu tham khảo [1.4.6.7.8.9.10.11] đã cho thấy hầu hết việc chế
hoá quặng mangan để sản xuất mangan sunfat MnSO
4
là việc xử lý các loại quặng
giàu có hàm lượng mangan lớn hơn 42%.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước.
Quặng mangan ở Việt Nam chủ yếu được khai thác thủ công kết hợp bán cơ
giới nên hệ số thu hồi chỉ đạt từ 30 ÷ 34 % và một lượng lớn quặng có cỡ hạt < 5
mm bị bỏ lại tại nơi khai thác. Quặng nguyên khai được tiếp tục tuyển để thu hồi
quặng tinh (Mn đạt 43,46%) và th

ải ra một khối lượng lớn quặng nghèo và quặng
mịn đã bị thải loại (70%) không sử dụng được trong quá trình luyện kim hoặc
không đủ chất lượng để sử dụng trong công nghiệp hoá chất.
Hiện nay ở nước ta, việc nghiên cứu xử lý quặng mangan dạng quặng mịn
chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ và hệ thống. Trước đây, trong năm 2004 tại
Viện Nghiên c
ứu Mỏ và Luyện kim đã bước đầu nghiên cứu xử lý các loại quặng
này qua đề tài:“Nghiên cứu công nghệ sản xuất mangan sunfat MnSO
4
từ quặng
thải mịn và quặng thải nghèo” đạt tiêu chuẩn đưa vào làm thức ăn gia súc.
Mặt khác hiện nay chúng ta phải nhập hoàn toàn các sản phẩm hoá học có
chứa mangan, một trong những mặt hàng đó là mangan sunfat MnSO
4
. Chỉ tính
riêng Công ty TNHH Vạn Phúc tại Hải Phòng chuyên nhập MnSO
4
để dùng trong
công nghiệp thức ăn gia súc đã phải nhập mỗi tháng đến 20 tấn. Vì vậy thị trường
đối với sản phẩm này có tiềm năng tiêu thụ sản phẩm rất lớn. Việc ứng dụng các
BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
9
kết quả nghiên cứu của đề tài: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất mangan sunfat
MnSO
4
từ quặng thải mịn và quặng thải nghèo” là việc rất cần thiết để tạo ra sản
phẩm mới trong nước thay thế hàng nhập ngoại cùng như bảo vệ môi trường tại

các mỏ khai thác quặng mangan và tạo thêm công việc cho cán bộ công nhân viên.
Ngoài ra đây là một trong những nội dung quan trọng để thực hiện qui hoạch
ngành mangan có hiệu quả, chế biến sâu khoáng sản tiết kiệm tài nguyên, góp phần
phát triển ngành. Vì v
ậy việc triển khai dự án sản xuất mangan sunfat MnSO
4
ở qui
mô 120 tấn/năm là một việc rất cần thiết và có hiệu quả.
Qua phân tích nhu cầu thị trường trong nước về việc sử dụng MnSO
4
, chúng
tôi thấy rằng cần đầu tư và hoàn thiện công nghệ cũng như dây chuyền sản xuất
mangan sunfat MnSO
4
ở qui mô 120 tấn/năm. Việc đa dạng hoá các sản phẩm có
gốc mangan là việc cần thiết mang lại lợi ích cho nền kinh tế, tránh được tình trạng
ô nhiễm môi trường đồng thời có sản phẩm thay thế sản phẩm nhập ngoại vì các
sản phẩm hoá học chứa mangan đều được nhập ngoại là chủ yếu trong khi hiện nay
trong nước chưa có cơ sở nào sản xuất để cung cấp cho th
ị trường. Vì vậy việc tiến
hành tận dụng nguồn quặng thải mịn để sản xuất mangan sunfat MnSO
4
đạt tiêu
chuẩn thương mại có hàm lượng mangan sunfat MnSO
4
.H
2
O 98% là phù hợp với
yêu cầu thực tiễn và lợi ích lâu dài của các mỏ khai thác quặng mangan [1.2.3].
1.2. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT.

1.2.1. Mangan sunfat (MnSO
4
.H
2
O).
Mangan(II) tạo muối với tất cả những anion đã biết. Đa số muối dễ tan trong
nước, trừ MnS, Mn
3
(PO
4
)
2
và MnCO
3
tan hơi ít. Mangan sunfat (MnSO
4
.H
2
O) là
muối dễ tan trong nước, không tan trong rượu, nó có khả năng tan rất lớn trong
nước (Ở nhiệt độ 30
o
C, độ tan của nó là: 39,3g/100 ml H
2
O), nó thể hiện tính khử
yếu khi tác dụng với các chất oxy hoá. Trong dung dịch nước, ion Mn
+2
có màu
hồng nhạt, có phản ứng axít yếu (pH < 7). Muối kết tinh ở dạng hyđrat
MnSO

4
.xH
2
O ( x= 1, 2, 4, 5, 7). Khi đun nóng, tinh thể hyđrat MnSO
4
.xH
2
O sẽ mất
nước dần và cuối cùng biến thành muối khan:
Mn
+2
+ H
2
O ' MnOH
+
+ H
+

BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
10
Muối kết tinh ở dạng hyđrat MnSO
4
.xH
2
O (x= 1, 2, 4, 5, 7). Khi đun nóng,
tinh thể hyđrat MnSO
4

.xH
2
O sẽ mất nước dần và cuối cùng biến thành muối khan:
MnSO
4
.7H
2
O



MnSO
4
.5H
2
O MnSO
4
.4H
2
O
MnSO
4
.2H
2
O

MnSO
4
.H
2

O MnSO
4

Ở nhiệt độ cao muối MnSO
4
bị nóng chảy và phân huỷ
3 MnSO
4
= (Mn
II
,Mn
III
2
)O
4
+ 2 SO
3
↑ + SO
2
↑
1.2.2. Chế hóa quặng mangan thu hồi mangan sunfat MnSO
4
.
Các khoáng vật chủ yếu của mangan có tỷ trọng khác biệt với các khoáng vật
đất đá thường (Tỷ trọng > 4 g/cm
3
), có từ tính yếu, cứng giòn và có ánh kim. Do
đặc điểm và tính chất của khoáng vật chứa trong quặng, nên sau khi khai thác
chúng ta phải tiến hành tuyển để thu được tinh quặng. Quá trình tuyển ngoài sản
phẩm chính là tinh quặng chúng ta còn thu được quặng đuôi mà hàm lượng Mn ≤

25% có cỡ hạt mịn. Đây là loại quặng không thể dùng trong quá trình luyện kim.
Để tận thu tài nguyên, người ta sử dụng phương pháp hóa tuyển để thu hồi
mangan. Ở phương pháp này, người ta dùng hóa chất để hòa tan mangan vào dung
dịch còn tạp chất ở lại dạng kết tủa hoặc dùng hóa chất để hòa tan tạp chất có trong
quặng vào dung dịch còn mangan ở lại trong quặng ở dạng rắn. Các hóa chất mạnh
có thể là SO
2
, H
2
SO
4
, FeS
2
v.v. Với các phương pháp này có thể thu được trên
85% lượng mangan có trong quặng.
Trong các tài liệu tham khảo [5.6.7.8.9.10.11] đã nêu ra một số phương pháp
tách mangan ra khỏi quặng mangan nghèo đã được nghiên cứu ở nhiều nước công
nghiệp phát triển trên thế giới. Quặng mangan sau khi tuyển, phần không đạt chất
lượng cho công nghiệp luyện kim hay công nghiệp hóa chất khác được sử dụng
cho quá trình sản xuất sunfat mangan (MnSO
4
). Có nhiều phương pháp hóa học xử
lý quặng mangan, tùy thuộc vào các loại quặng khác nhau mà chúng ta có phương
pháp xử lý quặng khác nhau. Đối với quặng mangan cacbonat và quặng mangan
metahyđroxyt MnO(OH) người ta dùng axit sunfuric (H
2
SO
4
) để phân hủy
mangan. Còn với các loại quặng khác được xử lý bằng phương pháp thiêu sunfat

9
o
C
27
o
C
43
o
C
60 ÷ 100
o
C 150 ÷ 280
o
C
BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
11
hóa mangan bằng tác nhân sunfat hóa như pirít(FeS
2
) hoặc FeSO
4
hay sục khí SO
2
.
Sunfat mangan nhận được bằng phương pháp này được coi là sản phẩm trung gian
để tạo ra các sản phẩm khác. Khi xem xét những phương pháp xử lý quặng mangan
nghèo chúng ta phải chú ý đến các giai đoạn:
• Nghiền nguyên liệu đến cỡ hạt thích hợp.

• Hòa tan và chuyển mangan vào dung dịch.
• Làm sạch dung dịch khỏi các tạp chất có hại và kết tinh sản phẩm.
Trong phòng thí nghiệm có thể điều chế bằng cách cho kim loại, oxyt,
hyđ
roxyt hay muối cacbonat tan trong dung dịch H
2
SO
4
:
MnO + H
2
SO
4
= MnSO
4
+ H
2
O
Trong công nghiệp, mangan sunfat MnSO
4
được điều chế bằng cách thiêu
quặng mangan với các tác nhân sunfat hóa như : FeS
2
, FeSO
4
. Phản ứng chính như sau:
4 MnO
2
+ 2 FeS
2

+ 5,5 O
2
= 4 MnSO
4
+ Fe
2
O
3

2 MnO
2
+ 2 FeSO
4
= 2 MnSO
4
+ Fe
2
O
3
+ 0,5 O
2
↑
Ngoài ra trong công nghiệp, người ta cũng điều chế mangan sunfat MnSO
4

bằng phương pháp nung hoàn nguyên quặng mangan. Sau đó hỗn hợp sau khi nung
được hoà tách với axit sunfuric H
2
SO
4

và thu được dung dịch chứa sản phẩm thô.
Tiến hành làm sạch các tạp chất, cô đặc dung dịch, kết tinh ta thu được sản phẩm.
1.2.2.1. Xử lý quặng bằng phương pháp axít.
Qua tham khảo tài liệu có nhiều công trình nghiên cứu ở các nước như Liên
Xô (cũ), Mỹ v.v đã xử lý quặng mangan chứa 10 ÷15% Mn bằng phương pháp
axít sunfuric, sau đó làm sạch dung dịch và bốc hơi với thiết bị bốc hơi chân
không. Quá

trình xử lý bằng axít sunfuric (H
2
SO
4
) thường sử dụng cho loại nguyên
liệu quặng mangan dạng silicat hoặc cacbonat cũng như quặng MnO(OH). Những
tác giả của các công trình [6.7.8.9.10] giới thiệu phương pháp xử lý quặng
cacbonat và silicat bằng axít sunfuric. Quá trình chuyển mangan từ dạng rắn sang
dạng hòa tan (MnSO
4
) tiến hành theo cơ chế phản ứng sau:
Mn
+2
+ H
2
SO
4
= MnSO
4
+ 2 H
+

BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
12
1.2.2.2. Xử lý quặng bằng phương pháp thiêu hoàn nguyên.
Phương pháp này chủ yếu được dùng cho loại quặng mangan sạch có hàm
lượng MnO
2
> 72% và có tạp Fe nhỏ (< 4,5% tính theo Fe
2
O
3
). Hỗn hợp quặng và
than được trộn đều và được nung trong lò kín ở nhiệt độ từ 600
o
C ÷ 700
o
C, thời
gian từ 3 ÷ 5 giờ. Sau đó hỗn hợp sau khi nung được hoà tách trong H
2
SO
4
có nồng
độ từ 2 ÷ 3M ở nhiệt độ từ 100
o
C ÷ 120
o
C, thời gian từ 60 ÷ 120 phút. Sau khi hoà
tách dung dịch được tiến hành làm sạch các tạp chất, cô đặc và kết tinh thu hồi sản

phẩm. Cơ chế của quá trình xảy ra theo các phản ứng sau [11]:
MnO
2(R)
+ C
(R)
= MnO
(R)
+ CO ↑
2MnO
2(R)
+ C
(R)
= 2MnO
(R)
+ CO
2
↑
MnO
(R)
+ H
2
SO
4
= MnSO
4(dd)
+ H
2
↑
1.2.2.3. Xử lý quặng bằng phương pháp thiêu sunfat hoá với tác nhân pirit.
Quá trình xử lý quặng mangan chứa oxyt mangan (Loại quặng MnO, Mn

2
O
3
,
MnO
2
) hoặc loại quặng sunfua (MnS) được xử lý bằng phương pháp thiêu quặng với
tác nhân FeS
2
. Các tác giả [6.7.8.10] đã hòa tan mangan trong quặng bằng phương pháp
này. Đây là phương pháp không sử dụng axít hay khí SO
2
. Các tác giả đó chỉ ra trong
các thí nghiệm, với nhiệt độ thiêu 500
o
C ÷ 800
o
C, thời gian thiêu 2 ÷ 3 giờ thì có hiệu
suất quá trình đạt 75% ÷ 80%. Quá trình xảy ra theo hai giai đoạn: Ban đầu khi ở nhiệt
độ thấp (t
o
C < 400
o
C) phản ứng xảy ra theo cơ chế như sau:
2 MnS + O
2
= 2 MnO
2
+ 2 SO
2

↑
Khi nhiệt độ cao thì quá trình xảy ra theo cơ chế các phản ứng sau:
4 MnO
2
+ 2 FeS
2
+ 5,5 O
2
= 4 MnSO
4
+ Fe
2
O
3

1.2.2.4. Xử lý bằng phương pháp thiêu sunfat hoá với tác nhân FeSO
4
.
Quá trình xử lý quặng mangan bằng phương pháp thiêu với tác nhân FeSO
4
.
Hỗn hợp quặng được thiêu và nhận được thiêu phẩm, hoà tan thiêu phẩm nhận
được sản phẩm mangan sunfat MnSO
4
. Các tác giả [9.10] đã hoà tan mangan trong
đioxyt mangan nhân tạo bằng phương pháp này. Trong những thí nghiệm thiêu hỗn
BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.

13
hợp đioxyt mangan nhân tạo với sunfat sắt (II) FeSO
4
ở nhiệt độ khoảng 650 ÷
680
o
C trong thời gian từ 4 ÷ 6 giờ, hàm lượng mangan còn lại trong bã khoảng 4,5
÷ 8,0%. Cơ chế phản ứng xảy ra theo phương trình:
4 MnO
2
+ 4 FeSO
4
= 4 MnSO
4
+ 2 Fe
2
O
3
+ O
2
↑
1.2.2.5. Xử lý quặng bằng phương pháp sục khí.
Quá trình sunfat hóa hợp chất của mangan bằng khí SO
2
. Đây là quá trình xử
lý quặng bằng phương pháp sục khí SO
2
vào huyền phù quặng. Các tác giả [8.10]
nghiên cứu hòa tan quặng bằng phương pháp này. Quá trình xảy ra tốt khi nhiệt độ
khoảng 80

o
C, sục khí cho đến khi dung dịch này chuyển mầu vàng xanh và pH của
dung dịch đạt 2 ÷ 2,5 là lúc kết thúc. Tuy nhiên các tác giả cũng chỉ ra, nếu không
kết hợp cùng một lúc sục khí vào huyền phù trong dung dịch FeSO
4
/H
2
SO
4
thì hiệu
suất của phản ứng không thể đạt tới 90%. Mặt khác các tác giả cũng lưu ý là bùn
thu được bằng phương pháp này rất khó lọc. Quá trình xảy ra theo phản ứng sau:
MnO
2
+ 2 SO
2
= MnS
2
O
6

MnS
2
O
6
= MnSO
4
+ SO
2
↑

MnO
2
+ MnS
2
O
6
= 2 MnSO
4

Kết tủa MnO
2
sau khi lọc được tiếp tục phân hủy bằng khí SO
2
bằng cách
sục khí SO
2
vào huyền phù MnO
2
. Từ các quá trình trên qua nghiên cứu thực tế,
cho thấy phương pháp thiêu quặng với tác nhân FeSO
4
là phương pháp phù hợp
với điều kiện kinh tế, kỹ thuật của nước ta trong điều kiện hiện nay ở nước ta
không khai thác pirit FeS
2
. Phương pháp này thành công thì đây là một giải pháp
hợp lý để tận thu tài nguyên.
1.2.2.6. Kết tinh MnSO
4
từ dung dịch.

Qua tài liệu tham khảo [4.5.6.7.8.11], chúng ta có thể kết tinh MnSO
4
từ dung
dịch mangan sunfat bằng ba phương pháp:
Phương pháp 1
: Quá trình kết tinh mangan sunfat từ dung dịch của nó được thực
hiện bằng cách bốc hơi dung dịch. Độ tan của mangan sunfat giảm khi nhiệt độ của
BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
14
dung dịch tăng nên có thể tách mangan sunfat từ dung dịch của nó bằng cách tăng nhiệt
độ của dung dịch đến 160
o
C trong octocla bằng hơi nước có áp lực 7 at ÷ 8 at. Giữ ở
nhiệt độ này trong 15 phút. Sau đó lọc dung dịch và thu được sản phẩm.
Phương pháp 2
: Qua tài liệu tham khảo, chúng ta biết rằng độ hòa tan của mangan
sunfat sẽ giảm mạnh khi có mặt H
2
SO
4
. Qua tài liệu [2.6] khi nồng độ H
2
SO
4
trong dung
dịch từ 20% ÷ 60% thì độ hòa tan MnSO
4

giảm còn khoảng 3,8% trong dung dịch. Lúc
này sản phẩm thu được là MnSO
4
.H
2
O có chứa khoảng 0,3 ÷ 0,6% H
2
SO
4
.
Phương pháp 3:
Từ dung dịch mangan sunfat sạch tiến hành cô kết tinh đến
khi dung dịch có d = 1,54 ở nhiệt độ 92
o
C rồi ngâm vào trong nước lạnh nhiều giờ.
Lọc rửa sản phẩm và phơi khô ở nhiệt độ phòng đến khi sản phẩm có màu hồng
nhạt. Tiến hành sấy sản phẩm ở 105
o
C trong vài giờ thu được sản phẩm cuối cùng
là MnSO
4
.H
2
O.
1.2. NHỮNG VẤN ĐỀ DỰ ÁN CẦN GIẢI QUYẾT.
Từ các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của đề tài: “Nghiên cứu
công nghệ sản xuất mangan sunfat từ quặng thải mịn và nghèo” với tác nhân
sunfat hóa bằng pirit ở qui mô phòng thí nghiệm nên khi áp dụng vào sản xuất lớn
thì các thông số công nghệ chưa ổn định, quá trình thử nghiệm ở qui mô lớn trong
phòng thí nghiệm gây ô nhiễm môi trường làm việc, mặt khác hiện nay nguồn cung

cấp pirit không ổn định (Hiện nay tại Việt Nam không khai thác pirit). Để cải thiện
môi trường sản xuất, qua tham khảo các tài liệu, nhóm thực hiện dự án sản xuất thử
nghiệm đã thay đổi tác nhân sunfat hóa bằng sunfat sắt(II).
Từ các vấn đề trên, các vấn đề dự án cần phải giải quyết là:

• Khảo sát lại các thông số qui trình công nghệ sản xuất mangan sunfat với
tác nhân mới là sunfat sắt(II) FeSO
4
.7H
2
O để tìm các thông số công nghệ
tối ưu ở qui mô 200 g/mẻ. Sau đó dựa trên các kết quả nghiên cứu ở qui
mô nhỏ tiến hành nghiên cứu ở qui mô 2500 g/mẻ để khẳng định các số
liệu công nghệ.
• Tiến hành sản xuất thử ở qui mô 5 ÷ 20 Kg/mẻ để ổn định công nghệ và
có sản phẩm chào hàng.
BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
15
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC CHUẨN BỊ
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU.
Đã xử dụng loại quặng mịn của mỏ Phú Lộc - Can Lộc - Hà Tĩnh, quặng
vùng Tuyên Quang. Hiện nay mỏ Phú Lộc có khả năng sản xuất khoảng 2.500 tấn
quặng tinh (Hàm lượng Mn > 35%) một tháng và mỗi tháng mỏ thải ra khoảng
1.200 tấn quặng mịn dưới sàng có hàm lượng Mn < 35% cần phải xử lý. Việc xử lý
có hiệu qu
ả loại quặng này góp phần làm sạch môi trường, tạo được công ăn việc
làm cho nhiều người lao động.

2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
Phương pháp nghiên cứu là dựa vào lý thuyết, sau đó tiến hành các thí nghiệm
thăm dò khả năng phân huỷ quặng bằng tác nhân sunfat sắt(II). Qua đó sẽ chọn được
các thông số kỹ thuật thích hợp để sản xuất mangan sunfat MnSO
4
từ quặng mịn
trong phòng thí nghiệm và sản xuất lớn ở qui mô 3 tấn/tháng tại xưởng thực nghiệm
Tam Hiệp - Viện KH & CN Mỏ - Luyện kim. Từ các kết quả ở qui mô 3 tấn/tháng
lập sơ đồ công nghệ, thiết bị dự kiến để sản xuất ở qui mô 120 tấn/năm.
• Nghiên cứu thí nghiệm bổ xung trong phòng thí nghiệm (200 g/mẻ).
• Chế thử sản phẩm ở
qui mô lớn phòng thí nghiệm (2500 g/mẻ).
• Sản xuất thử sản phẩm ở qui mô lớn (5 ÷ 20 Kg/mẻ).
2.3. THIẾT BỊ VÀ VẬT TƯ NGHIÊN CỨU.
2.3.1. Thiết bị nghiên cứu và sản xuất.
2.3.1.1. Thiết bị nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.
- Lò nung của Đức có kích thước buồng nung 200 x 200 x 300 mm, có khả năng
khống chế nhiệt độ 100
o
C ÷ 1000
o
C.
- Lò nung Trung quốc có kích thước buồng nung 250 x 400 x 250 mm, có khả
năng khống chế nhiệt độ 100
o
C ÷ 1000
o
C.
- Khay nung: Làm bằng thép không rỉ, có kích thước 100 x 200 x 50 mm.
- Khay nung: Làm bằng thép không rỉ có kích thước 180 x 300 x 100 mm.

- Máy khuấy có bộ điều chỉnh có khả năng điều chỉnh tốc độ khuấy 30 vòng/phút
đến 180 vòng/phút, đường kính cánh khuấy 50 mm ÷ 250 mm.
BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
16
- Máy lọc chân không có khả năng đạt độ chân không 2 x 10
-4
mm Hg
- Máy lọc ly tâm có tốc độ 6000 vòng/phút, có đường kính 500 mm, mỗi lần lọc
được 800 ml.
- Cốc thuỷ tinh có dung tích 1000 ml, 3000 ml, 5000 ml và thùng khuấy 50 lít.
- Tủ sấy quạt gió Trung Quốc, kích thước buồng sấy 400 x 500 x 300 mm, Nhiệt
độ sấy tối đa 250
o
C, có khả năng khống chế nhiệt độ.
- Máy nghiền bi 1 Kg/mẻ, máy nghiền rung 200 g/mẻ.
- Tủ sấy chân không SPT-200, độ chân không 50 mm Hg.
2.3.1.2. Thiết bị sản xuất lớn.

- Lò nung công nghiệp P =20 Kw có thiết bị khống chế nhiệt độ có dung tích
buồng nung 500 x 800 x 600 mm.
- Lò quay thí nghiệm:
L = 4000 mm.
Φ
Trong
= 250 mm.
Lò được đốt bằng dầu DO, công suất mỏ đốt 2 ÷ 6 Kg dầu/giờ, khống chế nhiệt
độ bằng can nhiệt, có tốc độ quay 3 ÷ 7 vòng/phút.

- Thiết bị hòa tách có dung tích 100 lít và 500 lít, công suất môtơ khuấy 1,5 Kw,
tốc độ khuấy 30 ÷ 60 vòng/phút.
- Thiết bị khí nén:
P = 7,5 Kw.
Lưu lượng: 1538 lít/phút, bình tích khí: 1 m
3
.
- Thiết bị lọc ly tâm công nghiệp có đường kính 800 mm, P = 2,5 Kw.
- Thiết bị lọc ép công nghiệp có 25 ÷ 40 bản ép, bơm ép 10 Kg/cm
2
, P = 2,5 Kw có
khả năng lọc 500 lít/giờ.
- Máy nghiền bi công nghiệp có khả năng nghiền đến cỡ 0,074 mm, 100 Kg/giờ:
Φ = 800mm.
L = 3500mm
P = 7,5Kw.
- Máy sấy HS401A: có dung tích buồng sấy 1000 x 800 x 600 mm, P = 5 Kw.

BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
17

Thiết bị sản xuất qui mô 2,5Kg/mẻ Thiết bị nghiên cứu qui mô 200g/mẻ







Thiết bị hòa tách và lọc ép
Lò nung 20Kw



Lò quay.




Hình 1: Thiết bị thí nghiệm và sản xuất.

BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
18
2.3.2. Vật tư, hoá chất.
2.3.2.1. Quặng mangan.
Quặng mangan được mỏ mangan Phú Lộc - Can Lộc - Hà Tĩnh cung cấp là
loại quặng dưới sàng 5 mm. Mẫu được trộn đều và nghiền trong máy nghiền bi đến
cỡ hạt ≤ 0,074 mm. Bằng phương pháp trộn kỹ đảm bảo cho mẫu nghiên cứu có

hàm lượng đồng đều. Hiện nay theo khả năng sản xuất của mỏ thì mỗi tháng có
khoảng 1.200T quặng loại quặng này. Quặng sau khi nghiền được lấy mẫu phân
tích để xác định độ ẩm. Quặng có thành phần hóa học được nêu ra ở bảng 1 và
thành phần khoáng vật ở bảng 2.
Thực hiện công tác chuẩn bị nghiên cứu bổ xung để xác định các thông số công
nghệ và sản xuất mangan sunfat để có sản phẩm chào hàng, nhóm thực hiện dự án
đã thực hiện chuyến đi công tác vào mỏ mangan Hà Tĩnh để trực tiếp lấy mẫu đại
diện. Lượng mẫu
đã lấy là 1500 Kg.
Bảng 1: Thành phần hóa học quặng mangan - Hà Tĩnh

Thành phần hoá học(%)
Loại
Mn As Fe
2
O
3
Al
2
O
3
SiO
2

Quặng mịn
dưới sàng
33.68 0,21 13,15 6,07 26,06

Bảng 2: Thành phần khoáng vật của quặng mangan - Hà Tĩnh
Pyrolusit Mn

2
O
3
(Fe
2
O
3
) Todorokit Groutit Vernadit
17 ÷ 19% 7 ÷ 9% 6 ÷ 8% 13 ÷ 15% 6 ÷ 8%

Pyrochroit SiO
2
Khoáng sét
6 ÷ 8% 18 ÷ 20% 15 ÷ 17%


2.3.2.2. Hoá chất.
Sunfat sắt (II) FeSO
4
.7H
2
O : Loại công nghiệp có hàm lượng 98%. Thành
phần hoá học được nêu ra ở bảng 3.
BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
19
Bảng 3: Thành phần hoá học của FeSO
4

.7H
2
O.
Thành phần hoá học (%)
FeSO
4
.7H
2
O PO
4
3-
Cu Zn As Pb
98,0 0,002 0,01 0,02 0,00005 0,002

Các loại hoá chất khác được sử dụng trong nghiên cứu:
• Axít sunfuríc- H
2
SO
4
: Loại công nghiệp, hàm lượng 96%. Trước khi sử
dụng được kiểm tra bằng tỷ trọng kế.
• Axit nitric HNO
3
(P)
• Axit photphoric H
3
PO
4
(P)
• Axit clohiđric HCl (P).

• Hyđroxyt kali KOH (P).
• NH
4
OH (P) và một số loại hoá chất khác.
2.3.3. Sơ đồ công nghệ dự kiến.
Sơ đồ công nghệ dự kiến như hình 2 (Trang 21).
2.3.4. Công tác phân tích.
Công tác phân tích được tiến hành tại Trung tâm phân tích VILAS 143 của
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim bằng các phương pháp: Phương
pháp chuẩn độ oxy hoá khử, phương pháp chuẩn độ EDTA, phương pháp chuẩn độ
axit bazơ.
Ngoài ra các mẫu của dự án còn được phân tích tại các cơ quan khác như
COMFA (Viện KH Vậ
t liệu - Viện Khoa Học Việt Nam) bằng phương pháp EDX
và ICP.





BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
20

Hình 2: Sơ đồ công nghệ dự kiến

QuÆng mangan

Xử lý bã
FeSO
4

Thiêu
Hoà tách
Xử lý tạp chất
Sấy khô, đánh tơi
Lọc ly tâm
Lọc chân không
Cô đặc, kết tinh
Khí thải

Lọc bụi
Bã thải

Sản phẩm
Bã thải
BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
21
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ
Hỗn hợp quặng và sunfat sắt FeSO
4

.7H
2
O được trộn theo tỷ lệ X từ 1,0 đến
1,6 (X là tỷ lệ mol Fe/Mn). Phối liệu được thiêu trong lò thiêu có hệ thống quạt hút
ở các nhiệt độ khác nhau từ 550
o
C đến 800
o
C trong thời gian thay đổi từ 60 phút
đến 360 phút. Sản phẩm sau khi thiêu được hòa tách bằng nước. Phần cặn rắn được
rửa nhiều lần bằng nước, sấy khô ở 105
o
C cho tới khi khối lượng không đổi và
phân tích hàm lượng mangan còn lại. Qua đó ta xác định được hiệu suất của quá
trình thiêu và hòa tách. Dung dịch hòa tách được phân tích xác định hàm lượng
mangan, tiến hành quá trình làm sạch dung dịch và kết tinh. Phân tích hàm lượng
mangan còn lại trong dung dịch sau kết tinh ta có thể tính được hiệu suất quá trình
làm sạch và kết tinh. Các thí nghiệm được tiến hành theo hướng nghiên cứu ảnh
hưởng của các thông số: Tỷ lệ phối liệu, nhiệt độ thiêu, thời gian, chế
độ hòa tách,
chế độ kết tinh.
3.1. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THIÊU SUNFAT HÓA.
Quá trình nghiên cứu các thông số tối ưu được tiến hành trong phòng thí
nghiệm. Do việc thay đổi tác nhân thiêu oxy hóa, nên chỉ có thể ứng dụng các bước
tiến hành nghiên cứu như quá trình nghiên cứu đề tài sản xuất mangan sunfat năm
2004. Tiến hành thiêu các mẫu có khối lượng 200 g/mẻ. Sau đó tiến hành nghiên cứu
ở qui mô 2500 g quặng/mẻ trong phòng thí nghiệm. Từ các kết quả nghiên cứu ở qui
mô lớn trong phòng thí nghiệm, tiến hành s
ản xuất mangan sunfat qui mô 5 ÷ 20 Kg
quặng/mẻ tại xưởng thực nghiệm Tam Hiệp - Viện KH & CN Mỏ - Luyện kim.

3.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất quá trình thiêu.
Các mẫu quặng mangan và sunfat sắt(II) FeSO
4
.7H
2
O được trộn đều với
nhau được tiến hành nghiên cứu ở điều kiện:
- Tỷ lệ Q
Fe
/ Q
Mn
= 1 (Tỷ lệ mol giữa Fe/Mn trong phối liệu).
- Độ hạt của phối liệu ≤ 0,074 mm.
- Thời gian thiêu: 120 phút với độ dầy lớp liệu 10 mm.
- Nhiệt độ thiêu được thay đổi từ 550
o
C ÷ 800
o
C.
Kết quả thí nghiệm được trình bày ở bảng 4 và hình 3.

BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
22
Hì nh 3: Ả nh hưở ng củ a
nhiệ t độ đế n hiệ u suấ t
thiêu sunfat hó a.
60

62
64
66
68
70
72
74
500 600 700 800
Nhiệ t độ (T
o
C)
Hi ệ u suấ t (%).
Bảng 4: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thiêu sunfat hóa.
TT
Nhiệt độ
(T
o
C)
Khối lượng Mn
trong nước (g)
Khối lượng Mn
còn lại trong bã (g)
Hiệu suất
(%)
1 550 41,46 25,899 61,55
2 600 43,588 23,771 64,71
3 650 48,553 18,806 72,08
4 700 48,559 18,80 72,09
5 750 48,505 18,854 72,01
6 800 47,030 20,269 69,82

Qua các kết quả thí nghiệm cho thấy khi tăng nhiệt độ thì hiệu suất phân hủy
tăng, tuy nhiên tại nhiệt độ 700
o
C cho hiệu suất phân hủy quặng cao nhất. Tiếp tục
tăng nhiệt độ thì hiệu suất phân hủy quặng giảm. Điều này được lý giải do khi ở
nhiệt độ cao thì sản phẩm mangan sunfat tạo thành do quá trình thiêu sunfat hóa lại
bị phân hủy hoặc kết hóa.
3.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tới hiệu suất quá trình thiêu.
Các mẫu quặng mangan và sunfat sắt(II) FeSO
4
.7H
2
O được trộn đều với
nhau được tiến hành nghiên cứu ở điều kiện:
- Tỷ lệ Q
Fe
/ Q
Mn

= 1 (Tỷ lệ mol giữa Fe/Mn trong phối liệu).
BCTK:Dự án hoàn thiện công nghệ và sản xuất MnSO
4
từ quặng mangan mịn.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim - 2008.
23
Hì nh 4: Ả nh hưở ng
củ a thờ i gian thiêu đế n
hiệ u suấ t thiêu sunfat
hó a.
71,5
72
72,5
73
73,5
74
74,5
1234567
Thờ i gian (Giờ )
Hiệ u suấ t (%).
- Độ hạt của phối liệu ≤ 0,074 mm.
- Nhiệt độ thiêu: 700
o
C với độ dầy lớp liệu 10 mm.
- Thời gian thiêu được thay đổi từ 120 phút ÷ 300 phút.
Kết quả thí nghiệm được trình bày ở bảng 5 và hình 4.

Bảng 5: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thiêu sunfat hóa.
TT
Thời gian

(h)
Khối lượng Mn
trong dd (g)
Khối lượng Mn
còn lại trong bã (g)
Hiệu suất
(%)
1 2,0 48,559 18,80 72,09
2 2,5 48,815 18,544 72,47
3 3,0 49,125 18,234 72,93
4 3,5 49,341 18,018 73,25
5 4,0 49,718 17,641 73,81
6 4,5 49,927 17,432 74,12
7 5,0 49,92 17,439 74,11
8 6,0 49,853 17,506 74,02













Từ các kết quả thí nghiệm cho thấy khi thay đổi thời gian thiêu thì hiệu suất
thiêu sunfat hóa tăng. Tại thời gian khoảng 270 phút thì thấy rằng hiệu suất thiêu