Công nghệ sản xuất Ti Tan docx

Cong nghe san xuat Titan
I- Titan :
Titan kim loại và hợp chất của nó được dùng nhiều vào hàng thứ 4 trong công nghiệp. Hợp kim titan
có độ bền nhiệt, độ bền va đập, độ bền chống ăn mòn và mài mòn tốt. Tỉ trọng thấp bằng khỏang
phân nửa so với thép nhưng cứng vững như thép. Hợp kim titan có tính tương hợp sinh học tốt và
không độc. Chúng có giá cạnh tranh so với nhiều loại vật liệu cao cấp khác. Hợp kim titan được
dùng rất nhiều trong công nghiệp hàng không vũ trụ, hạt nhân, tên lửa ( các chi tiết của động cơ
phản lực, của bộ phận cất hạ cánh, vỏ máy bay vv….) , chế tạo máy, làm dụng cụ và vật liệu y học
( xương giả, răng giả …. ) vv… Nhiều quốc gia xếp titan vào hàng kim loại chiến lược.
Trong các hợp chất titan thì chất màu dioxyt titan TiO2 được sử dụng nhiều nhất. TiO2 được sử
dụng trong ngành sơn làm bền màu,bền hoá học, độ phản chiếu cao, không độc, chịu đựng tốt tác
động của khí hậu. TiO2 cũng được dùng làm phụ gia trong công nghiệp sợi, chất dẻo, săm lốp cao
su, giấy, nhuộm in màu, gốm sứ thủy tinh, điện tử, vv…
Nhu cầu sử dụng Ti, các hợp kim và hợp chất Ti trên thế giới và VN ngày càng tăng.
II- Ngành titan VN :
Công nghệ khai thác và chế biến khoáng sản Ti đã có cách nay hàng trăm năm.Ở VN rầm rộ đi vào
khai thác chế biến khoảng 20 năm trở lại đây. Tiềm năng khóang sản Ti của VN dự tính vài chục
triệu tấn, không nhiều.Trong một vài thống kê xuất khẩu quặng Ti thế giới đã có tên VN. Số lượng
cũng khá nhưng mới chỉ là quặng thô, giá rất thấp. Trong khi đó VN vẫn phải nhập hàng chục ngàn
tấn chất màu TiO2 với giá cao. Đó là chưa nói đến những bất cập, thiếu qui hoạch ở tầm vĩ mô trong
khai thác chế biến thô và xuất khẩu quặng. Trữ lượng quặng titan của VN không nhiều, nên cần tính
đến nhu cầu sử dụng titan, hợp chất titan hiện nay và mai sau của đất nước mà qui hoạch hợp lý việc
khai thác và chế biến nguồn khoáng sản qúi có hạn này. Nên đi vào chế biến sâu, xuất khẩu quặng
đã làm giàu, tiến tới sản xuất chất màu TiO2 phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Từ cách nhìn
đó công ty Nam Nhật sẵn sàng giới thiệu, tư vấn cho các nhà đầu tư VN công nghệ chế biến sâu tinh
quặng titan, công nghệ sản xuất chất màu TiO2, công nghệ sản xuất titan tetraclrua TiCl4, công nghệ
sản xuất titan bọt, titan kim loại của Viện Titan Quốc gia Ucraina trình độ tiên tiến thế giới với chi
phí đầu tư hợp lý.
III- Giới thiệu công nghệ :
1- Công nghệ khai thác và chế biến thô :
Hiện tại công nghệ thiết bị khai thác, tách lọc khóang vật nặng và tuyển quặng tinh từ sa khoáng

titan ở trong nước đã làm được. Có thể sử dụng cho các đơn vị sản xuất . Trong thành phần quặng
tinh có Ilmenit, Rutil, Anataz, Zircon và một số loại khác.
2- Công nghệ làm giàu quặng tinh quặng :
Ilmenit ( FeTiO3 ) trong quặng sa khoáng chứa 52-55 % TiO2, trong quặng tụ khoáng chứa 40 - 48
% TiO2. Nó là nguyên liệu chính để sản xuất chất màu TiO2 và Ti.Giá xuất khẩu FOB Úc 75-85
USD/tấn ilmenite 52-55 % TiO2. Rutil tự nhiên và anataz trong quặng tinh cũng được dùng để sản
xuất chất màu TiO2. Trong thành phần của ilmenit chứa nhiều sắt nên trước qui trình sản xuất chất
màu TiO2 người ta phải xử lý loại bớt sắt làm giàu quặng. Hiện có nhiều qui trình làm giàu tinh
quặng đang sử dụng trong ngành titan thế giới.Ta qui về hai dạng sau :
Phương pháp nung khử tạo ra xỉ titan chứa 75- 90% TiO2 : Phương pháp này phát triển rất sớm. Về
cơ bản có hai qui trình : xử lý một bước và xử lý hai bước. Qui trình một bước, có suất đầu tư thấp,
sử dụng lò nhiệt quặng hở thông thường, tiêu tốn nhiều năng lượng 2700-3.200 kwđiện/tấn xỉ,tiêu
tốn nguyên vật liệu cao, năng suất thấp, ô nhiễm môi trường cao. Hiện nay nhiều nước đang cho
thanh lý dây truyền thiết bị theo qui trình này. Qui trình tiên tiến xử lý hai bước mới ra đời vài năm
gần đây, do rất ít nhà công nghệ titan chuyên nghiệp nắm giữ. Nó cho phép giảm suất tiêu hao điện
xuống còn và thấp hơn 1500kw/tấn xỉ , đồng thời cho ra sản phẩm chất lượng tốt ổn định hơn, suất
tiêu tốn nguyên vật liệu thấp hơn, năng suất cao hơn, xử lý ô nhiễm môi trường triệt để. Qui trình xử
lý hai bước đang thay thế dần qui trình một bước. Sản phẩm phụ của phương pháp nung xỉ là kim
loại đồng hành ở dạng gang sử dụng tốt cho ngành luyện kim. Giá loại gang này khoảng
100USD/tấn. Phương pháp sản xuất xỉ gần như tận dụng hết các thành phần trong tinh quặng
ilmenite. Chất thải ra môi trường chủ yếu ở dạng khí. Người ta đã hoàn thiện công nghệ xử lý khí
đạt đến tiêu chuẩn an toàn môi trường trước khi thải ra. Giá xỉ 80- 90 % TiO2, FOB Úc khoảng 390-
430 USD/tấn ( theo USGS Mỹ ). Phương pháp sản xuất xỉ có hiệu qủa tốt cho cả qui mô nhỏ, vừa và
lớn. Lượng chất thải độc hại môi trường ít hơn, công nghệ xử lý chất thải cũng đơn giản hơn so với
phương pháp hoá học sản xuất SR nêu ở dưới. Nhiều cường quốc titan như Nga,Ucraina, Ấn độ,
Trung quốc, Kazacstan, Canada vv…chủ yếu sử dung phương pháp xỉ. Hiện nay xỉ titan chiếm 40%
thị phần nguyên liệu ngành công nghiệp chất màu TiO2 thế giới .
Phương pháp hoá học sản xuất rutile tổng hợp (SR) chứa trên 90 % TiO2 : Phương pháp này kết hợp
vừa xử lý nhiệt ( nung ) vừa dùng hoá chất ( H2SO4, HCl, một số loại muối,vv…). Thành phần sắt
trong ilmenite không tách thành gang như trong phương pháp sản xuất xỉ mà ở dạng oxít, hoặc

clorua. Phương pháp hóa học sinh ra khá nhiều chất độc hại trong qúa trình sản xuất và trong thành
phần thải ra. Do vậy luôn yêu cầu rất nghiêm nhặt công nghệ xử lý chất thải để đảm bảo an toàn độc
hại cho nhân viên trực tiếp sản xuất và chống ô nhiễm môi trường. SR được dùng trong công nghiệp
que hàn, pigment, titan kim loại. Nước sản xuất SR nhiều nhất thế giới là Úc.Giá SR 95 % TiO2,
FOB Úc khoảng 470 USD/tấn ( theo USGS Mỹ ).Phương pháp này thích hợp và phát huy hiệu qủa
cao ở qui mô lớn. Đó là lý do vì sao rất hiếm nhà công nghệ chấp nhận làm nhà máy SR qui mô dưới
30.000t/năm. SR chiếm khoảng 18-20 % thị phần nguyên liệu ngành công nghiệp chất màu TiO2 thế
giới.
Sau qui trình làm giàu quặng ilmenit ta thu được rutil nhân tạo hoặc xỉ titan. Sản phẩm này dùng làm
nguyên liệu cho ngành sản xuất chất màu TiO2, que hàn, titan bọt hoặc xuất khẩu sẽ tạo ra giá trị
cao hơn nhiều so với xuất khẩu tinh quặng như hiện nay.
3- Công nghệ sản xuất chất màu dioxyt titan :
Có hai qui trình công nghệ hiện đang dùng nhiều trên thế giới để sản xuất pigment TiO2
Qui trình axít sunphuric ( Sulphate process )
Qui trình dùng axít sunphuric đậm đặc để hòa tách. Qui trình này có lịch sử phát triển sớm nhất cách
nay trên 80 năm.Ưu điểm của qui trình là nguyên liệu vào có thể dùng ilmenit hoặc xỉ titan hàm
lượng TiO2 thấp ( 75% ) là loại rẻ tiền. Nhược điểm là lượng chất thải axít loãng và sunfua sắt khá
lớn. Khi dùng nguyên liệu đầu vào là tinh quặng ilmenite,chất thải sunfat sắt khoảng 3,5 - 4 tấn /1
tấn chất màu Còn axít loãng phải trung hòa bằng vôi để tạo thành thạch cao. Khâu xử lý chất thải
khá phức tạp và tốn kém. Chi phí sản xuất 1 tấn sản phẩm cao hơn qui trình clorua hoá 150-200
USD. Các nhà máy đang sản xuất pigment theo công nghệ này hầu hết là nhà máy đã có từ trước.
Hiện nay người ta gần như không phát triển thêm nhà máy mới dùng qui trình sulphate. Thành phẩm
của qui trình này ở dạng anatas, thích hợp cho lĩnh vực mỹ phẩm, dược phẩn và thực phẩm
Qui trình clorua hóa ( Chloride process )
Qui trình này bắt đầu ứng dụng vào năm 1959.Trong qui trình clorua hoá nguyên liệu vào là xỉ titan
85- 90% TiO2, rutil nhân tạo và rutil tự nhiên. Ưu điểm của phương pháp clorua hoá là :
- Lượng chất thải ít hơn so với phương pháp Sulphate. Khoảng 0,2 tấn chất thải/1 tấn chất màu. Khí
clo được thu hồi dùng lại.
- Sản phẩm trung gian là TiCl4 đã có thể bán để dùng cho ngành sản xuất titan bọt.
- Thành phẩm ở dạng rutil sạch, khoảng kích thước hạt hẹp hơn, được sử dụng rất rộng rãi trong

ngành sơn, giấy, plastic, vv…. chiếm 80% thị trường pigment thế giới.
Nhược điểm của phương pháp này là sản phẩm phụ là clorua sắt ít được sử dụng phải đem chôn sâu.
Do có nhiều ưu điểm hơn so với qui trình sulphate nên trên thế giới người ta chuyển sang dùng
phương pháp clorua hoá nhiều hơn.
Giá của chất màu TiO2 khoảng 2300-3000USD/tấn. Hiện nay nhu cầu của VN khoảng 15.000 -
20.000 tấn /năm và phải nhập khẩu 100%. Nhu cầu sẽ tăng nhanh trong thời gian tới. VN chưa có
nhà máy sản xuất chất màu TiO2, trong khi ta có nguyên liệu dư đủ để sản xuất.
Ngoài hai qui trình nêu trên, vào năm 2002 công ty Altair Mỹ công bố qui trình sản xuất chất màu
TiO2 bằng axít clohidric đậm đặc. Qui trình này có một số điểm tương đồng với qui trình sulphate
Nguyên liệu vào là tinh quặng ilmenit. Theo tài liệu công bố của hãng Altair thì công nghệ này có
nhiều ưu điểm hơn so với hai công nghệ nêu trên.Các chuyên gia titan cho rằng vấn đề chất thải và
xử lý chống ô nhiễm môi trường của qui trình này chắc chắn sẽ phức tạp. Ngoài ra tính ổn định của
công nghệ cũng cần trải nghiệm qua thực tế qui mô công nghiệp mới đánh giá được chính xác. Hiện
tại công nghệ mới thử nghiệm sản xuất trên qui mô pilot.
4- Công nghệ sản xuất titan kim loại
4.1- Sản xuất tetraclorua titan TiCl4 : xỉ titan và SR là nguyên liệu chính để sản xuất TiCl4 bằng qui
trình clo hoá ở nhiệt độ 800-1250 độ C với sự có mặt của cácbon . Sản phẩm thu được ngoài thành
phần chính là tetraclorua titan TiCl4 còn có MgCl2, CaCl2, và một số clorite khác. Người ta tiến
hành tách rửa để thu được thành phẩm TiCl4.
4.2- Sản xuất titan bọt ( titanium sponge ): tetraclorua titan là nguyên liệu để sản xuất bọt titan bằng
công nghệ nhiệt magnhê. Giá bọt titan 5200 - 6500 USD/tấn. Có rất ít cường quốc sản xuất bọt titan
trên thế giới, cụ thể như sau : Nga 26.000 t/n, Nhật 25.000t/n, Kazstan 22.000t/n, Mỹ 21.500t/n, TQ
7.000 t/n, Ucraina 6.000 t/n.
4.3- Sản xuất titan kim loại: Từ bọt titan người ta sản xuất ra titan thỏi. Từ titan thỏi người ta sản
xuất ra titan sạch và siêu sạch. Công nghệ thường dùng là hồ quang chân không, tinh luyện bằng íôt
để loại bỏ các tạp chất Mg, MgCl2, vv… Giá của titan kim loại rất cao 13.000 - 20.000 USD/tấn tùy
theo độ sạch. Mỹ là nước tiêu thụ titan kim loại nhiều nhất thế giới.
Nhu cầu sử dụng titan kim loại của VN rất thấp. Để sản xuất titan kim loại cần có vốn lớn. Có thể
trước mắt VN chưa có nhu cầu đầu tư công nghệ titan kim loại.
5- Một vài lưu ý khi lựa chọn công nghệ :

Tính tiên tiến của công nghệ để đảm bảo chất lượng sản phẩm ra tốt và ổn định. Công nghệ tốt sẽ sử
dụng được lâu dài và có tính hiệu qủa cao. Những đơn vị chuyên nghiệp thiết kế, chuyển giao công
nghệ titan trên thế giới rất ít, có thể nói đếm trên đầu ngón tay. Hiện nay ở nước ngoài nhiều công ty
titan buộc phải đổi mới thay thế công nghệ để nâng cao hiệu qủa và giảm ô nhiễm môi trường nên
cho thanh lý công nghệ và thiết bị cũ lạc hậu. Chúng được chào bán với giá rẻ để hấp dẫn người
mua.Nhà đầu tư cần rất thận trọng khi chọn mua dây truyền công nghệ loại này. Nếu chọn mua chắc
chắn sẽ phải đầu tư thêm một khoản lớn để nâng cấp. Tuy nhiên không dễ thực hiện và tính đồng bộ
khó đảm bảo.
Vấn đề ô nhiễm môi trường : Công nghệ titan nói chung có lượng chất thải khá lớn. Nhiều qui trình
sử dụng hoá chất có tính độc hại cao. Do đó khi đầu tư vấn đề xử lý chất thải, bảo vệ môi trường
môi sinh nhất thiết phải được đặt ra. Nhiều nhà công nghệ không nêu vấn đề này khi chào bán. Khi
lựa chọn phải hỏi rõ qui trình đã có phần xử lý ô nhiễm môi trường chưa.
Nguồn nguyên liệu và qui mô dự án : Các mỏ của VN có trữ lượng nhỏ , phân tán thích hợp cho các
dự án chế biến sâu tinh quặng, sản xuất pigmentqui mô vừa và nhỏ. Ngoài ra cần dành dụm nguồn
nguyên liệu chiến lược này cho thế hệ mai sau.
Tất nhiên còn nhiều yếu tố quan trọng khác phải nghiên cứu khi đầu tư để hoạch định qui mô dự án.
Composite
Nguồn: