Nghiên Cứu Công Nghệ Sản Xuất Oxyt Zirconi Zro2 Bằng Phương Pháp Phân Huỷ Chọn Lọc.docx

cộnghòaxhộichủnghĩaviệtnam
Bộcôngthơng
ViệnkhoahọcvàcôngnghệMỏ-Luyệnkim

Báocáotổngkếtđềtài
NGHIấNCUCễNGNGHSNXUT
OXYTZIRCONIZrO 2BNGPHNGPHPPH
NHUCHNLC

6856
15/5/2008

THNHPHHNI-2007


ViệnkhoahọcvàcôngnghệMỏ-Luyệnkim

BOCOTNGKTTI
NGHIấNCUCễNGNGHSNXUTOXYTZIRCONIZr
O 2BNGPHNGPHPPHNHUCHNLC

Chnhimti:TS.LờGiaMụ

Ngày

tháng12năm2007

Thủtrởngcơquanchủquản

Ngày

tháng12năm2007

Thủtrởngcơquanchủtrì


BCTK:NghiêncứucơngnghệsảnxuấtoxytzirconiZrO2bằngphươngphápphânhuỷchọnlọc

NHỮNGNGƯỜITHỰCHIỆN
TT

Họvàtên

Chứcvụ

Cơquan

1

LêGiaMơ

TS

ViệnKH&CHMỏ-Luyệnkim

2

NguyễnVănChính

KS

ViệnKH&CHMỏ-Luyệnkim

3

HồngDuyNê

KTV

ViệnKH&CHMỏ-Luyệnkim

ViệnKhoahọcvàCơngnghệMỏ-Luyệnkim

1


MỤCLỤC
Sốhiệu

Danhmục

Tr

Mởđầu

5

Tổngquan

6

Tìnhhìnhnghiêncứuvàsảnxuấtởtrongvàngồinước

6

1.1.1

Tìnhhìnhnghiêncứuởnướcngồi.

6

1.1.2

Tìnhhìnhnghiêncứutrongnước.

6

1.2

Cơngnghệsảnxuấtoxytzircon.

6

1.2.1

Phânhuỷsilicatzirconvớihợpchấtcủanatri.

7

1.2.2

Thiêuvớiflosilicatkali.

8

1.2.3

Cloruahốtrựctiếp.

8

1.2.4

Hồnnguntinhquặngbằngthanrồisauđócloruahốcacbonzirconi.

8

1.2.5

Phânhuỷtronglịplazma.

8

1.2.6

PhươngphápcơngnghệphânhuỷchọnlọcvớiCaO.

8

Phươngphápnghiêncứuvàcơngtácchuẩnbị.

11

Phươngphápnghiêncứu.

11

2.1.1

Mụcđíchcủađềtài.

11

2.1.2

Phươngphápnghiêncứucơngnghệsảnxuấtoxytzircon.

11

Thiếtbịvàvậttưnghiêncứu.

11

2.2.1

Thiếtbịnghiêncứu

11

2.2.2

Ngunliệuvàhốchất.

12

2.2.3

Cơngtácphântích.

12

2.2.4

Sơđồcơngnghệnghiêncứu

12

Nộidungnghiêncứu.

13

3.1

Trìnhtựthínghiệm.

13

3.2

Nghiêncứuqtrìnhthiêu.

13

3.2.1

Ảnhhưởngcủanhiệtđộtớihiệusuấtqtrìnhnung.

13

3.2.2

Ảnhhưởngcủathờigiantớihiệusuấtqtrìnhnung.

15

3.2.3

Ảnhhưởngcủatỷlệphốiliệutớihiệisuấtqtrìnhnung.

16

3.2.4

ẢnhhưởngcủaphụgiaCaF2đếnhiệusuấtqtrìnhnung.

20

3.2.5

Ảnhhưởngcủacỡhạtđếnhiệusuấtqtrìnhnung.

21

3.3.

Nghiêncứuqtrìnhhồtách.

22

3.3.1

Ảnhhưởngcủaaxitclohđricđếnhiệusuấtqtrìnhhồtách.

22

Chương1
1.1

Chương2
2.1

2.2

Chương3


3.3.1.1

ẢnhhưởngcủanồngđộHClvàsốlầnhồtách.

22

3.3.1.2

ẢnhhưởngcủatỷlệR/L.

23

Ảnhhưởngcủatỷlệnatrihyđroxytđếnhiệusuấtqtrìnhhồtách.

25

3.3.2.1

ẢnhhưởngcủanồngđộNaOHvàsốlầnhồtách.

25

3.3.2.2

ẢnhhưởngcủatỷlệR/L.

26

3.4

Thínghiệmtổnghợp

27

3.5

QuitrìnhcơngnghệphânhuỷchọnlọcvớiCaO.

28

Kếtluận.

29

Tàiliệuthamkhảo

30

Phụlục

31

3.3.2


MỤCLỤCBẢNGVÀHÌNH
Bảng1

ThànhphầnhốhọczirconNghệTĩnh.

12

Bảng2

ẢnhhưởngcủanhiệtđộthiêutớihiệusuấttáchSiO2.

14

Bảng3

ẢnhhưởngcủathờigianthiêutớihiệusuấttáchSiO2.

15

Bảng4

ẢnhhưởngcủatỷlệphốiliệuđếnhiệusuấttáchSiO2.

16

Bảng5

ẢnhhưởngcủaphụgiaCaF2đếnhiệusuấttáchSiO2.

20

Bảng6

ẢnhhưởngcủacỡhạtđếnhiệusuấttáchSiO2.

21

Bảng7

ẢnhhưởngcủanồngđộHClvàsốlầnhồtáchđếnhiệusuấttáchSiO2.

23

Bảng8

ẢnhhưởngcủatỷlệR/LđếnhiệusuấttáchSiO2.

24

Bảng9

ẢnhhưởngcủanồngđộNaOHvàsốlầnhồtáchđếnhiệusuấttáchSiO2.

25

Bảng10

ẢnhhưởngcủatỷlệR/LđếnhiệusuấttáchSiO 2.

26

Bảng11

Kếtquảthínghiệmtổnghợp.

27

Bảng12

Địnhmúctiêuhaocho1000Kgsảnphẩm.

28

Hình1

SơđồcơngnghệngunlýphânhuỷchọnlọcvớiCaO.

9

Hình2

Sơđồngunlýcơngnghệphânhuỷzirconvớikiềm.

10

Hình3

Sơđồcơngnghệnghiêncứu.

12

Hình4

ẢnhhưởngcủanhiệtđộthiêuđếnhiệusuấttáchSiO2.

14

Hình5

ẢnhhưởngcủathờigianthiêuđếnhiệusuấttáchSiO 2.

15

Hình6

ẢnhhưởngcủatỷlệphốiliệuđếnhiệusuấttáchSiO2.

17

Hình7

XRDcủasảnphẩmtrướcvàsauhồtáchvớiHCl5%vàNaOH2%.

18

Hình8

XRDcủasảnphẩmvớitỷlệCaOkhácnhau.

19

Hình9

XRDcủasảnphẩmởnhiệtđộkhácnhau.

19

Hình10

ẢnhhưởngcủaphụgiaCaF2đếnhiệusuấttáchSiO2.

20

Hình11

ẢnhhưởngcủacỡhạtphốiliệuđếnkhảnăngtáchSiO 2.

21

Hình12

ẢnhhưởngcủanồngđộHClvàsốlầnđếnhiệusuấttáchSiO2.

23

Hình13

ẢnhhưởngcủatỷlệR/LđếnhiệusuấttáchSiO2.

24

Hình15

ẢnhhưởngcủanồngđộNaOHvàsốlầnđếnhiệusuấttáchSiO2.

26

Hình15

ẢnhhưởngcủacủatỷlệR/LđếnhiệusuấttáchSiO2.

27

Hình16

SơđồcơngnghệphânhuỷchọnlọczirconvớiCaO.

29


MỞĐẦU
Hàngnămtrênthếgiớisửdụngkhoảng40.000÷ 50.000Toxytzirconitrongnhiềulĩ
nhvựcvớichấtlượngkhácnhau:Gạchchịulửa,sànhsứ,cáchđiện,hạtnhân...Donguồnox
ytzirconitựnhiênlạirấthạnchế(DạngkhốngBadelitcóởBraxin...)nênphầnlớnZrO2đượ
csảnxuấttừsilicatzirconitồntạivớitrữlượnglớn.
Ởnướcta
cótrữlượngkhốngzirconđángkểnằmtrongsakhốngvenbiểntừQuảngNinhđếnBìnhT
huận,nhưngtậptrungchủyếuởvenbiểnmiềmtrung.Trữlượngtinhquặngzircontrongsak
hốngvenbiểnViệtNamướctínhkhoảng1060ngìntấn.Sakhốngzirconhiệnđangđượck
haithácvàhàngnămxuấtkhẩuhàngnghìntấnsilicatzirconiở dạngngunliệuthơnêngiátr
ịsảnphẩmthấp.ViệcnghiêncứusảnxuấtZrO2từsilicatzirconiđãđượcthựchiệnởmộtvàin
ơitrongnước:P70cũ- naythuộcViệnKhoahọcvàCơngnghệMỏLuyệnkim,Việnxạhiếmđểthuđượcoxytzirconicóchấtlượngkhácao97÷98%bằngcơng
nghệphânhuỷvớikiềm(NaOH,Na2CO3)kếthợphồtáchvớiaxitHClđặc.Cơngnghệnày
cóưuđiểmlànhậnđượcoxytzirconichấtlượngkhácao,nhưngquitrìnhphứctạp,tiêu
tốnlượnghố

chấtkiềm,axit

lớn,gânhiễmmơitrường(Nungvớikiềmởnhiệtđộcao,làmviệcvớidungdịchaxitHClđ
ặc...)nênviệctriểnkhaisảnxuấtởquymơlớn gặpnhiềukhókhăn.

Hiệnnaydocơngnghiệppháttriển,mộtsốcơsởcơngnghiệpvậtliệugốmsứtrongnư
ớclạiđangphảinhậpkhẩukhoảnghàngnămvàingìntấnzirconit/
nămđểchếtạomenfritvàmensốngtrongkhinguồnsilicatzirconicủanướctasẵncó.Đểsửd
ụngtàingunkhốngsảncóhiệuquảvàtạosựchủđộngchocácngànhsảnxuấtsứ,gạchchị
ulửa….thìviệcsảnxuấtoxytzirconiđểphụcvụchonhucầutrongnướclàrấtcầnthiết.Tuyn
hiênviệcchọncơngnghệsảnxuấtnàolàphùhợpvớiđiềukiệncủaViệtNamthìcầnphảinghi
êncứutỉmỉvàcụthể.Dovậynăm2007BộCơngNghiệpnaylàBộCơngThươngđãgiaocho
ViệnKhoahọcvàCơngnghệMỏLuyệnkimthựchiệnđềtài:“ Nghiêncứucơngnghệsảnxuất
oxytzirconiZrO2bằngphươngphápphânhuỷchọnlọc”.


CHƯƠNGI.TỔNGQUAN
1.1.TÌNHHÌNHNGHIÊNCỨUVÀSẢNXUẤTTRONGVÀNGỒINƯỚC.
1.1.1. Tìnhhìnhnghiêncứuởnướcngồi.
Ởn ướcn g o à i đ ãtiếnh à n h n g h i ê n cứu,sảnxuấtZrO2ở q u i môc ô n g ngh
i ệp.Sảnlượngh à n g nămướct í n h 4 5 . 0 0 0 ÷ 5 0 . 0 0 0 T [ 1 ; 2 ; 3 ; 4 ] v ớichấtlượng
khácnhau:Từ75%÷99,5%chocácngànhcơngnghiệpsànhsứ,vậtliệuchịulửachođế
nđiệntử,hạtnhân.
Cơngn g h ệtruyềnthốngá p dụngl à p h â n huỷzirconv ớikiềm( N a O H , Na2C
O3),CaOkếthợphoàtáchvớiaxitclohidricHCl,axitsunfuricH2SO4.Gầnđâyở mộtsố
n ướcc ô n g nghiệpn h ưNhậtBản,ẤnĐộn g h i ê n cứuc ơ n g n g h ệphânhuỷchọnlọczi
rconvớiCaO,CaO/
MgOvàđãthuđượcoxytzirconicóđộsạchtrên90%thậmtríđến98%[4,5].
1.1.2.Tìnhhìnhnghiêncứutrongnước.
Đãtriểnk h a i nhiêncứuc ô n g n g h ệsảnxuấto x y t z i r c o n i tạimộtsốn ơin h ư:
P.70(ViệnKH&CNMỏLuyệnkim),ViệnXạhiếm[6,7]đãthuđượcsảnphẩmoxytzirconiZrO2c ó độsạch97÷
98%.Tuynhiêndocácnghiêncứunàpdụngcơng nghệphânhuỷzirconvớikiề
m(NaOH,Na2CO3)nêngặpnhữngk h ó khănkhisảnxuấtlớnnhư:Thiếtbịphứctạp(Phâ
nhuỷ,hồtáchởnhiệtđộc a o , n ồngđ ộ axitclohiđricHClcao),chiphíh o á chấtc a o , g
â y ô nhiễmmôitr ườngdẫnđếng i á t h à n h sảnphẩmc a o . V i ệcn g h i ê n c ứut ì m k i ếm

c ô n g n g h ệđơngiản,ítgânhiễmmơitrường,dễtriểnkhaisảnxuấtlàmụctiêuđềtàiđặtra:
- Nghiêncứuc h ọnđượcc ơ n g n g h ệsảnxuấto x y t zirconik ỹt h u ậtcóc h ấtlượng
vừaphải,đơngiản,thânthiệnvớimơitrường.
- Xâyd ựngq u i trìnhc ơ n g n g h ệsảnx u ấto x y t zirconZ r O 2b ằngphươngp h
á p phânhuỷchọnlọc.
1.2. CÔNGNGHỆSẢNXUẤTOXYTZIRCONI.
Oxytzirconi(ZrO2)vớichấtlượngkhácnhauđềuđượcsảnxuấttừsilicatz ir con
i–ZrO2.SiO2( z i r c o n ) . Bảnchấtcủacơngnghệlàtổhợpcácqtrìnhhố


họcđểtáchđioxytsilicSiO2k h ỏisilicatzirconi.Docónhiệtđộnóngchảycao,tr ơvềm
ặthố họcnê noxytz irconikhơngb ịphânhuỷb ởidungdịchaxitha ykiềm.Tồnt
ạimộtsốcơngnghệsảnxuấtZrO2chínhsau:
1.2.1. Phânhuỷsilicatzirconivớihợpchấtcủanatri.
Từlâ u ngườita thiê u tinh quặngv ớiNaOHđể nhậnđượcz irc ona t na t ri , tuy
nhiênngàynayngườitakhơngsửdụngphươngphápnàyvìkhithiêuNaOHb ốchơirấtđ
ộc.ĐểthaythếngườitadùngNa2CO3.Phươngphápnàykhơnglàmơ nhiễmmơitrườngv
à d ễt ổchứcsảnxuấtl ớn.Sảnphẩmsauk h i thiêuđượcđ emhồtáchbằngnướcđểtách
NaOHdưvàmộtphầnsilicatnatri.Sauđócót h ểđemhồtách bằngHCl hay H2SO
4theo ucầucủachấtlượngsảnphẩm.NếuđemhồtáchbằngHClthìtiếptheongườita

sẽkếttinhoxycloruazirconiđ ể táchFe,Tivàcáctạpchấtkhác.
ZrO2.SiO2+ 4NaOH=Na2SiO3+ Na2ZrO3+ 2H2O
(1)ZrO2.SiO2+ 4Na2CO3= Na2SiO3+ Na2ZrO3+ 2CO2

(2)

Cáczirconatnatriđượctác hrabằnghoàta ntrong dungdịchaxitclohyđricHC
l,axitsunfuricH2SO4:
Na2ZrO3+ 4HCl=ZrOCl2+ 2 N a C l +2H2O

(3)Na2ZrO3+ 2H2SO4= ZrOSO4+Na2SO4+ 2H2O
PhươngphápcơngnghệphânhuỷzirconvớiNaOH(Na2CO3)cóưuđiểmt h u đ
ượcZrO2có chấtl ượngc a o , đ ápứ ngc h o c á c n g à n h k ỹthuậtk h á c n h a u . Tuynhiên
phươngphápnàycịntồntạimộtsốnhượcđiểm:
 Tiêutốnmộtlượngkiềm(NaOH,Na2CO3)hayaxitHCl,H2SO4,khálớn.
 Nấuchảyzirconvớikiềmkhơngnhữnggâyănmịnchovậtliệuchứamàc ị n gây
ơnhiễmmơitrườngdohơikiềmbốcradướinhiệtđộcao.
 QtrìnhhồtáchtrongmơitrườngaxitHCl,H2SO4đặcvànhiệtđộcaolàtrởngạ
ichothaotáccũngnhưvậtliệuchếtạocácthiếtbịhồtách.

(4)


Sơđ ồ n g u y ê n l ý c ô n g n g h ệphânh u ỷzirconvớikiềm( N a O H , Na2CO3)n h
ưhình2(Trang10).
1.2.2. Thiêuvớiflosilicatkali.
o

Ngườitathiêuởnhiệtđộkhoảng650÷700 CcóthêmphốiliệuKCl.Sảnphẩmsa
o

o

ukhithiêuđượchồtáchbằngHCl1%ở85 C.Dungdịchđượcgiữở8 5 Cvàđểlắng.P
hầndungdịchtrongđượclấyralàmlạnhđểkếttinhK2ZrF6.Quacáctàiliệuthamkhảo
ngườitađãtáchđượctrên80%zirconirakhỏidung
dịchbằngcáchkếttinhK2ZrF6.Phươngphápnàythườngđượcứngdụngđểsảnxuấtk i
m loạiz i r c o n i d ù n g trongc ô n g nghiệpn g u y ê n tử.D o đ ộ t a n khácn h a u củaK2ZrF
6v à K2HfF6n g ườitacóthểtáchsơbộHfrakhỏiZr.

1.2.3. Cloruahoátrựctiếp:
Trênthựct ếngườitađ ãc l o r u a h o á t r ựctiếpt i n h quặngz i r c o n đ ãđ ư ợ ct r ộn
o

vớithanvàđãchokếtquảtốt.Qtrìnhcloruahốđượcthựchiệnở900÷1000 C.Qtr
ìnhđịihỏiphảicấpnhiệttốt.Cóhaiphươngáncungcấpnhiệt:M ộtlàcấpnhiệttừbên
ngồi,hailàphốiliệuthannhiềuhơndựtínhbanđầu.T r o n g cơngnghiệpngườitach
ọnphươngánhailàphốiliệuthanđến25÷30%.
1.2.4.Hồnnguntinhquặng bằngthanrồisauđócloruahốcacbonzirconi:
Đểkhắc

phục

cácnhượcđiểm

củaphươngphápcloruahố
o

trựctiếp
o

ngườitađãthiêuhồnnguntinhquặngzirconbằngthanởnhiệtđộ1900 C÷2000 Ctạoca
cbuazirconi.Từđótanhậnđượcsảnphẩmgiàuzirconichoqtrìnhcloruahố.
1.2.5. Phânhuỷtronglịplazma:
Gầnđâyở mộtsốnướcnhưMỹ,Nhậtđãpháttriểnmộtsốphươngphápcơngnghệtiê
ntiếnđểsảnxuấtoxytzirconinhư:Nấuchảyzircontronglịplazma.Cáccơng
nghệnàyđềuđịi hỏithiếtbịtiên tiến,hiệnđại, khó cóthểtiếpcậnđược.
1.2.6. PhươngphápcơngnghệphânhuỷchọnlọcvớiCaO
Khic h o đ ủ l ượngv ô i ( C a O ) đ ể chuyểnh o á c ảZrO2v à SiO2sẽxảyr a phảnứn
g(5)&(6):

ZrO2.SiO2+ 2CaO=CaZrO3+ CaSiO3

(5)

ZrO2.SiO2+ 3CaO→CaZrO3+ CaSiO4

(6)


SauđóSiO2đượctáchrabằnghồtáchsảnphẩmthiêu(Sảnphẩmphânh u ỷ)tron
gaxitHClđặchay55%H2SO4,tươngtựnhưlưutrìnhhình2.
Đâylàphươngphápcóthểcạnhtranhvớicơngnghệphânhuỷvớikiềm(NaO
H,Na2CO3),n h ưngv ềmặtk i n h tếvẫnk h ơ n g hấpdẫndophảit ốnmộtl ượnglớnaxit
HCl,H2SO4.Vềmặtlýthuyếtcũngnhưthựctếcóthểlựachọnđ ư ợ cmộttỷlệvơivànhiệ
tđộthíchhợpđểtáchSiO 2kh ỏizircondạng
metasilicatcanxinhưphảnứng(7)
o

0

1200 C–1500 C

ZrO2.SiO2+ CaO

ZrO2+ CaO.SiO2

(7)

Thựcchấtphảnứng(7)xảyratheocácgiaiđoạn[5]:
ZrO2.SiO2 +CaO

o

1100 C

(CaZrSiO5)

Tạophức

(8)

o

CaZrSiO5
CaZrSiO5

1250 C

ZrO2+ CaSiO3

(9)

CaO.SiO2+ ZrO2

(10)

Btuphõnhuphc
o
1450 C
Ktthỳcphõnhuphc

Theohngcụngnghnytrongnhngnmgnõyócúnhiutỏcgi Nht,
n,AiCpónghiờncu[4,5]vcnglmctiờunghiờncucati.

Zircon
CaO

Trộn

CaF2

Nung

Hoà tách với HCl

Lng lc
ZrO2( > 9 0 % )
Hình1:SơđồngunlýcơngnghệphânhuỷchọnlọcvớiCaO.


Tinhquăngzircon

NaOH(Na2CO3)

Nghiền

NungchảyvớiNaOH(Na2CO3)

HoàtáchvớiH2O
Dungd ịch

Na2SiO3,NaOH,NaAlO2

Phầnrắn
Na2ZrO3,Na2SiO3

HoàtáchvớiHCl

HoàtáchvớiH2SO4

KếttủaH2SiO3

KếttủaH2SiO3

Dung dịch ZrOCl2

Dung dịch ZrOSO4

Kết tinh ZrOCl2.8H2O

Kết tủa ZrOSO4

Kết tủa hyđroxyt

Thuỷ phân

NH3

Nung
ZrO2
Hình2:Sơđồngunlýcơngnghệphânhuỷzirconvớikiềm.

CHƯƠNG2.PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨUVÀCƠNGTÁCCHUẨNBỊ
2.1. PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU.
2.1.1. Mụcđíchcủađềtài.
- Xácđịnhcácthơng sốcơngnghệtốiưucủaphươngphápphân huỷchọnlọc
đểsảnxuấtoxytzirconi.
- Xâydựngsơđồcơngnghệphânhuỷchọnlọc.
- Xácđịnhsơbộmộtsốchỉtiêukinhtế,kỹthuậtcủaphươngpháp.
2.1.2. Phươngphápnghiêncứucơngnghệsảnxuấtoxytzirconi.
- Dựavàothơngtintừcáctàiliệuthamkhảonướcngồi[1,2,3,4,5],cũngnhưđặct í n h k
ỹthuậtcủasilicatz i r c o n i ViệtN a m s a u đ ótiếnh à n h t h í n g h i ệmnghiêncứut
h ựcn g h i ệmt r o n g p h ò n g t h í nghiệmq u a đ óđ ể chọnc á c t h ô n g sốc ơ n g nghệtối
ưu.
- Sửdụngphươngphápđốichiếu,loạitrừ,đánhgiákếtquảnghiêncứuquakếtq u ảphâ
ntíchhố,pha….
2.2. THIẾTBỊ,VẬTTƯNGHIÊNCỨU
2.2.1. Thiếtbịnghiêncứu.
- HệthốnglịnungMuffleLinn,lịVESTAR(Anh)cóhệthốngtựđộngkhốngchếnhi
o

o

ệtđộ,nhiệtđộtốiđa1450 C,lịnungđiệntrở1600 C.
- Bểhồtáchchịunhiệtkèmmáykhuấydungtích2l,5lcóhệthốnggianhiệttựđ ộ ng,nhi
o

ệtđộtốiđa300 C.
- Máynghiềnrung2lít.
- Máynghiềnbisứ3l.

- Dụngcụthuỷtinh:cốc2l,3l,ốngđong…
o

- Tủsấy30lít,nhiệtđộtừ0÷300 C.


2.2.2. Nguyênvậtliệuvàhoáchất
*Silic at Zirconi:Là loạis i li c a t z i rc on i N gh ệT ĩnh,c ó cỡhạtt r u n g bình 0,
125mmđượcnghiềnđếncỡhạt0,060mm,tuyểnsâuđạtchấtlượngnhưbảng1.
Bảng1.ThànhphầnhốhọczirconNghệTĩnh.
Câccấutử

ZrO2

TiO2

Fe2O3

SiO2

Al2O3

Hàmlượng(%)

66,0

0,2

0,2

33,0

0,09

o

* Vơi(CaO):Chọnloạivơisạch98,0%CaO,nungở900 Cđếntrọnglượng
khơngđổi.Cỡhạt~0,060mm.
* NaOH:Cóđộsạchcơngnghiệp98,0%.
* HCl:HClcụngnghip,nng29ữ33%HCl
* CaF2:CaF2c ú schcụngnghip,96%,cht<0,060mm.
2.2.3. Cụngtỏcphõntớch
Phõntớchhoỏhciviitngnghiờncu,cỏcsnphmoxytzirconitiTrungt
õmphõntớchcaVinKH&CNMLuynkim.Cỏcnguyờntcnphõntớch:Zr,SiO2,Fe,Ti
2.2.4. Scụngnghnghiờncu.
Zircon

Nghiềnđếncỡhạt0,
060mm

Trộ
n

HoàtáchvớiHCl

Thiờuở1200ữ15000C

HoàtáchvớiNaOH

Lắnglọc

Hỡnh3:Scụngnghnghiờncu.
ZrO2( > 9 0 % )

CaO
CaF2


CHƯƠNG3:NỘIDUNGNGHIÊNCỨU
3.1. TRÌNHTỰTHÍNGHIỆM.
Hỗnh ợpsilicatz i r c o n i v à C a O t h e o tỷl ệX t ừ1 đến2 ( X l à tỷl ệm o l CaO/
zircon)trộnđềuvàthiêutronglòVestar(Anh). XlàlượngCaOlýthuyếtcầnđểphân
huỷzircontheophảnứng(7).
o

o

Liệuđượct h i ê u ở cácnhiệtđ ộ khácn h a u từ900 Cđến1 4 0 0 Ct r o n g khoả
ngthờigianđến4giờ.Sảnphẩmsaukhithiêuđượclấyrakhỏilò,nghiềnn h ỏv à táchC
aSiO3(CaSiO4)b ằngc á c h h o à t a n v ớid u n g d ịcha x i t clohiđricl o ã n g (HCl5%)v
ànatrihyđroxytlỗng(NaOH2%).Phầncặnrắncịnlạiđượcr ửanhiềulầnbằngnước,s
ấykhơvàphântíchhàmlượngđioxytsilic(SiO2)cịnlạivàcáctạpchấtkhác.Từtrọnglư
ợngphầnrắnsaukhirửavàsấykhơ,cóthểt í n h đượckhốilượngsảnphẩmoxytzirconi
cũngnhưhiệusuấttáchđioxytsilicSiO2r a khỏizircon.
Cácthínghiệmđượctiếnhànhtheohướngnghiêncứuảnhhưởngcủacácthơng
số:T ỷl ệv ơ i ( C a O ) , chấtp h ụgiaCaF2trong liệu,nhiệtđ ộ v à thờigianthiêu,cỡhạtzircon
banđầu,chếđộhoàtáchaxitvàkiềmđếnhiệusuấtthuhồivàchấtlượngsảnphẩmoxyt
zirconithuđược.
3.2. NGHIÊNCỨUQTRÌNHTHIÊU.
3.2.1. Ảnhhưởngcủanhiệtđộtớihiệusuấtqtrìnhthiêu.

CácthínghiệmphânhuỷzirconvớiCaOởtỷlệX=1,2đượctiếnhànhtrongk
hoảngnhiệtđộkhácnhau.
Điềukiệnthínghiệm:
Thànhphầnliệu

:1molzirconcỡhạt0,063mm.
:1,2molCaO
o

o

Nhiệtđộ

:Thayđổitừ900 C÷1500 C

Thờigian

:1giờ.

Cáckếtquảthínghiệmđượctrìnhbàyởbảng2vàhình4.


Bảng2:ẢnhhưởngcủanhiệtđộthiêuđếnhiệusuấttáchSiO2.

1

Khốilượng
mẫuquặng
zircon(g)
100

900

Khốilượng
SiO 2táchr
a
4,0

2

100

1000

5,4

16,3

3

100

1100

6,1

18,5

4

100

1200

6,9

21,0

5

100

1300

14,9

45,0

6

100

1400

29,1

88,3

7

100

1500

24,9

75,6

T
T

Nhiệt
o
độ(T C)

Hiệusuất(
%)
12,1

Hiệusuất(%).

Hình 4: Ảnh hưởng của nhiệt
độ thiêu đến hiệu suất tách SiO2.

100
90
80
70
60
50

40
30
20
10
0
800

1000

1200

1400

1600

Nhiệt độ (ToC).
Quacáck ếtq u ảt h í n g h i ệmcónhậnx é t : Hiệusuấtt á c h SiO2tăngt h e o nhiệtđ
o

o

ộđến1400 C.Khoảng21%SiO2đượctáchrasaukhiphânhuỷ(Thiêu)ở1200 C.Ở1300

o

o

Ctáchđượctrên45%SiO2.Ởnhiệtđộ1400 Ccósựtăngđộtbiếnhiệusuấtt á c h SiO2,đ
o

ạt88,3%.T h e o [5],ngượclạiở 1500 Ctáchđược7 5 , 6 % SiO2.Nhưvậyđ iềukiệnnhi
o

ệtđột ốiưuc h o p h â n huỷchọnl ọc là1400 C.


3.2.2. Ảnhhưởngcủathờigiantớihiệusuấtqtrìnhthiêu.
Điềukiệnthínghiệm:
Thànhphầnliệu

:1molzirconcỡhạt0,063mm.
:1,2molCaO.
o

Nhiệtđộ

:1400 C.

Thờigian

:Thayđổitừ1÷4giờ

Cáckếtquảthínghiệmđượctrìnhbàyởbảng3vàhình5.
Bảng3:ẢnhhưởngcủathờigianthiêuđếnhiệusuấttáchSiO2.
T
T
1
2
3
4

5
6
7
8

Khốilượng
mẫuquặng
zircon(g)
100
100
100
100
100
100
100
100

Thờigian
(Phút)
30
60
90
120
150
180
210
240

Khốilượng
SiO2t á c h r

a(g)
15,8
29,1
28,9
32,0
31,9
31,8
31,7
31,6

Hiệusuất(
%)
48,0
88,3
87,6
97,0
96,82
96,5
96,31
96,0

Hình 5: Ảnh hưởng của thời gian thiêu đến hiệu suất tách
SiO2.
Hiệusuất(%).

100

90
80
70

60
50
40
0

30

6090 120 150 180 210 240 270

Thời gian (Phút).


Quacáck ếtq u ảt h í n g h i ệmcónhậnx é t : Hiệusuấtt á c h SiO2tăngt h e o t h ờigi
o

anđến2giờ.Khoảng32%SiO2đượctáchrasaukhiphânhuỷ(Thiêu)ở1 2 0 0 Ct r o n g
o

2 g i ờ.S a u đ ótăngn h ẹđến4 g i ờđạt3 7 % . Ở 1300 Ctáchđượct r ê n 73%SiO 2s a u 4gi
o

ờthiêu.Ởnhiệtđộ1400 Ccósựtăngđộtbiếnhiệusuấtt á c h SiO2,sau1giờtáchđược88
o

,3%,sau2giờđạt~97%,ngượclạiở1500 Csau1giờtáchđược75,6%SiO 2vàsauđókh
ơngthayđổilớn.Vậyđiềukiệnthờigian tốiưuchophânhuỷchọnlọclà2giờ.
3.2.3. Ảnhhưởngcủatỷlệphốiliệuđếnhiệusuấtqtrìnhthiêu.
Đãn gh iê n cứuảnhhưởngcủalượngv ơ i (CaO)X từ1 ÷ 2 lầnđếnh i ệusuấtthuhồi
vàhàmlượngSiO2c ị n lạitrongoxytzirconi.
Điềukiệnthínghiệm:

Zircon(0,063mm)

:1mol.

CaF2

:2%trọnglượngliệu.

CaO

:1÷2mol.

Nhiệtđộ

:1400 C.

Thờigian

:2giờ.

o

Kếtquảthínghiệmđượctrìnhbàyởbảng4vàhình6.
Bảng4:ẢnhhưởngcủatỷlệphốiliệuđếnhiệusuấttáchSiO2.
T
T
1
2
3
4

5

Khốilượng
mẫuquặng
zircon(g)
100
100
100
100
100

TỷlệmolCa
O/ZrO 2
1
1,1
1,2
1,3
1,5

Khốilượng
SiO 2tách r
a(g)
29,8
31,7
32,0
31,4
29,9

Hiệusuất(
%)

90,5
96,2
97,0
95,3
90,8

Quakếtquảthínghiệmchothấy:Ảnhhưởngcủavơi(CaO)khálýthúđól à thấph
ơnhoặcnhiềuhơntỷlệX=1,2đềukhơngchochấtlượngoxytzircon


tốt.Ởtỷl ệX = 1, 2c ho thựcthu 9 9, 5 %
(The o khốilượng)vàchấtlượngoxyt zircontốt(HàmlượngSiO2c ò n lại2,5%).Giảm
hàmlượngCaO(X<1,2)dẫnđếntănghàmlượngSiO2t r o n g sảnphẩmdokhôngđủlượ
ngCaOđểthựchiệnphảnứ ng( 7 ) t r o n g k h i tăngcaovượtq u á X = 1,2lạigâyảnhhưởn
gtrựctiếpđếnhiệusuấtthuhồicũngnhưchấtlượngsảnphẩm.Trongtrườnghợpnàycó
t h ểxảyramộtloạtcácphảnứngphụkhácnhư[5]:
ZrO2.SiO2+ CaO

CaO.SiO2+ ZrO2

ZrO2+ CaO

CaO.ZrO2

CaO.SiO2+ CaO

(7)
(11)

2CaO.SiO2

(12)

CaO.ZrO2t ừphảnứng( 1 1 ) c ó t h ểt a n t r o n g a x i t clohđricl o ã n g k h i h o à t á
c h , làmgi ảmthựcthu sảnphẩmoxytzircon. Mặtkhá cdorấtdễxảyraphảnứ ng(1
2)nênlượngvôichophảnứng(7)lạithiếuhụtgâyảnhhưởngđếnchấtl ượngsảnphẩm(
HàmlượngSiO2c a o ) .

Hiệusuất(%).

Hình 6: Ảnh hưởng của tỷ lệ phối liệu đến hiệu suất tách
SiO2.

98
97
96
95
94
93
92
91
90
89

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

Tỷ lệ phối liệu (mol CaO/mol ZrO2).
o

o

CácmẫuXRDsảnphẩmthiêuở1200 C÷1400 Cđãchứngminhchokếtq u ảtrên
o

.Nóchỉrarằngphazirconlàchủđạoở1200 C,cácphakhácnhưZrO2,CaZrO3xuấth i ệnv
o

o

ớic ườngđ ộ yếu.Ở nhiệtđ ộ 1 3 0 0 C÷ 1 4 0 0 Cphazircong i ảmdầnvàbiếnmấtở140
o

0 C,trongkhiđópham-ZrO2,CaSiO3t ăngmạnhở


o

1400 C.Điềuđóchứngtỏhiệusuấtphânhuỷ(TáchSiO2)ởnhiệtđộnàyxảyrat h e o chiề

utạorametasilicatcanxivàmo

oxytzircondẫnđếnhiệusuấttáchSiO2cũngtăngcaovàđạtđỉnhở1400 C.MẫuXRDsả
nphẩmsauhồtáchvớiaxit
clohiđriclỗng(HCl5%)vànatrihyđroxytlỗng(NaOH2%)xuấthiệnchủyếup h a mZrO2( H ì n h 7,8,9).
o

Theo[1]khiphânhuỷở1500 Cxảyraphảnứng:
CaSiO3+ CaSiO4

Ca3Si2O7

(13)

Ca3Si2O7+ ZrO2

Ca3ZrSi2O9

(14)

Hayphảnứngtổnghợp:
5ZrSiO4+ 7CaO=CaSiO3+ 3ZrO2+ 2Ca3ZrSi2O9

(15)

HợpchấtCa3ZrSi2O9rấtk h ó tant r o n g a x i t clohiđricl o ã n g , n ó đ ãl à m gi
ảmhiệusuấttáchSiO2.
Từcáckếtquảthínghiệmchothấytỷlệphốiliệulà1,2chokếtquảtốtnhất.