Khảo sát quá trình tách sắt từ quặng ilmenit hà tĩnh để làm nguyên liệu cho quá trình điều chế các hợp chất của titan

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

TRẦN THỊ SÁU

KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TÁCH SẮT TỪ QUẶNG
ILMENIT HÀ TĨNH ĐỂ LÀM NGUYÊN LIỆU CHO QUÁ
TRÌNH ĐIỀU CHẾ CÁC HỢP CHẤT CỦA TITAN
Chuyên ngành: Công nghệ các chất vô cơ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ CÁC CHẤT VÔ CƠ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. TSKH. LA VĂN BÌNH

Hà Nội – Năm 2010


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

LỜI CÁM ƠN
Em xin chân thàn cảm ơn GS.TSKH. La Văn Bình - người thầy đã để lại trong
em nhiều ấn tượng sâu sắc về lòng nhiệt thành, sự tận tâm và một thái độ làm việc
nghiêm túc, khoa học.
Em xin chân thành cảm ơn khoa Công nghệ Hóa học – Đại học Bách khoa Hà
Nội, đặc biệt là các thầy cô trong tổ môn Hóa vô cơ đã tạo thuận lợi cho em trong
quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn.
Tôi xin được bày tỏ lòng lòng biết ơn sâu sắc đối với những người thân trong gia

đình. Luôn ở bên động viên, chia sẻ và tạo điều kiện thuận lợi nhất cả về mặt vật
chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu.
Cảm ơn tất cả những đồng nghiệp đã nhiệt tình động viên, giúp đỡ tôi trong
cuộc sống cũng như trong quá trình học tập vừa qua.
Một lần nữa tôi xin được chân thành cảm ơn!
Phú Thọ, ngày 20 tháng 10 năm 2010
Tác giả luận văn

Trần Thị Sáu

2


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

MỤC LỤC
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt………………………………………….6
Danh mục các bảng………………………………………………………. ………7
Danh mục các hình vẽ và đồ thị………………………………………………….9
MỞ ĐẦU …………………………………………………………………. ……11
Chương 1 TỔNG QUAN …………………………………………………. ……13
1.1. Giới thiệu chung …………………………………………………………....13
1.1.1. Tính chất hóa học của TiO2 ……………………………………………….14
1.1.2. Tính chất vật lý của TiO2 ………………………………………………….15
1.1.4. Ứng dụng của TiO2 ………………………………………………………..19
1.2. Trữ lượng và thành phần hóa học của một số quăng ilmenit
trên thế giới và Việt Nam ……………………………………………………….20
1.3. Tình hình khai thác và chế biến quặng titan ở Việt Nam ……………….22

1.4. Các phương pháp sản xuất titan dioxit …………………………………...25
1.4.1. Phương pháp truyền thống xử lý quặng ilmenit để sản xuất titan dioxit ….25
1.4.2. Quá trình nung khử trong công nghệ chế tạo các sản phẩm titan …………30
1.5. Nhận xét chung về các phương pháp xử lý quặng ilmenit hiện có ……. .49
1.6. Lựa chọn xử lý tinh quặng trong luận văn………………………………. 50
1.7. Đối tượng nghiên cứu ……………………………………………………...50
1.8. Mục tiêu của luận văn ……………………………………………………..50
1.9. Nội dung nghiên cứu của luận văn ………………………………………..50
Chương 2 THỰC NGHIỆM……………………………………………………52
2.1. Thiết bị -dụng cụ - hóa chất………………………………………………..52.
2.1.1. Thiết bị …………………………………………………………………….52
2.1.2. Dụng cụ ……………………………………………………………..……..52
2.1.3. Hóa chất …………………………………………………………………...52
2.2. Phương pháp nghiên cứu ………………………………………………….53
2.2.1. Nghiên cứu đặc điểm tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh và than gỗ …………….53
2.2.2. Nghiên cứu quá trình nung khử tinh quặng ilmenit Hà tĩnh ………………53

3


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

2.2.3. Nghiên cứu quá trình tách sắt trong ilmenit hoàn nguyên ………………….54
2.2.4. Các phương pháp phân tích ………………………………………………...55
Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…………………………………..…...61
3.1. Nghiên cứu tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh …...……………………………...61
3.2. Nghiên cứu đặc điểm của than gỗ ………………………………………….63
3.3. Khảo sát quá trình nung khử tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh ………….... …63

3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất quá trình nung khử ….…....64
3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng CaCO3 và Na2CO3 đến hiệu suất
quá trình nung khử ……………………………………………………….....65
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng than gỗ đến hiệu suất quá trình
nung khử ………………………………………………………………….....67
3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nung đến hiệu suất quá trình
nung khử ………………………………………………………………….....69
3.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt than đến hiệu suất quá trình
nung khử …………………………………………………………………... .70
3.3.6. Khảo sát ảnh hưởng của phương pháp chuẩn bị phối liệu đến hiệu
suất quá trình nung khử …………………………………………………….72
3.4. Khảo sát quá trình tách sắt kim loại khỏi ilmenit hoàn nguyên ………...73
3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ lỏng/rắn đến hiệu suất tách Fe(0) …...............74
3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt ilmenit hoàn nguyên
đến hiệu suất tách Fe(0) …………………………………………………...76
3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất tách Fe(0) ...........77
3.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của việc thay dung dịch mới đến hiệu suất
tách Fe(0)………………………………………………………………… . 79
3.4.5. Khảo sát ảnh hưởng của việc không thay dung dịch mới đến hiệu
suất quá trình tách Fe(0)…………………………………………………….80
3.4.6. Khảo sát loại sắt còn lại trong ilmenit hoàn nguyên bằng HCl 10% .............81
3.4.7. Xác định thành phần hóa học của ilmenit hoàn ngyên sau khi đã tách Fe.....82
3.5. Tổng hợp các điều kiện tối ưu của các giai đoạn tách sắt

4


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

khỏi tinh quặng ilmenit Hà tĩnh …………………………………………83
3.6. Xây dựng quy trình công nghệ nung khử, tách sắt khỏi
tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh với quy mô phòng thí nghiệm..……….................85
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………………...87
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………….89
PHỤ LỤC………………………………………………………………………... 91

5


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu, từ viết tắt

Giải nghĩa

B, C1, C2, P1

Các cấp độ tìm kiếm thăm dò, đánh giá trữ lượng
tài nguyên

CTKS

Công ty khoáng sản

CTTNHH

Công ty trách nhiệm hữu hạn

KS

Khoáng sản

cm

centimet

º

C

Độ cencius

∆F

Biến thiên năng lượng tự do

∆H

Biến thiên entanpi

Fe(0)

Sắt kim loại, sắt tự do không nằm trong liên kết
với các nguyên tố khác

Fe(II), sắt(II)

Sắt hóa trị 2

Fe(III), sắt(III)

Sắt hóa trị 3

g

Gam

mm

Milimet

mesh

Mắt lỗ trên 1 đơn vị diện tích sàng tiêu chuẩn

pH

Chỉ số axit

Rutil nhân tạo

Chỉ sản phẩm có hàm lương TiO2 từ 75-98%

USD

Đô la Mỹ

VN đồng

Đồng Việt Nam

6


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần 10 nguyên tố chủ yếu trong vỏ trái đất ……………………13
Bảng1.2 .Các khoáng vật chứa titan……………………………………………….13
Bảng 1.3. Một số tính chất vật lý của tinh thể rutil và anatases…………………...17
Bảng 1.4. Sản lượng bột màu TiO2 theo 2 phương pháp sản xuất…………………20
Bảng 1.5. Trữ lượng ilmenit và rutil của một số nước……………………………..20
Bảng 1.6. Trữ lượng một số mỏ chứa sa khoáng ở Việt Nam……………………..21
Bảng 1.7. Thành phần hóa học (%) một số mẫu ilmenit điển hình………………..21
Bảng 1.8. Tổng sản lượng quặng tinh ilmenit sản xuất hàng năm của
các thành viên Hiệp hội titan từ năm 2000-2005…………………..........22
Bảng 1.9. Tổng hợp thu nhập ngoại tệ từ xuất khẩu quặng titan
của Hiệp hội titan Việt Nam…………………………………………...23
Bảng 1.10. Thành phần quặng thích hợp (%) để điều chế bột
màu TiO2 bằng phương pháp dùng H2SO4……………………………27
Bảng 1.11. Sự phụ thuộc hiệu suất tách TiO2 vào tỷ lệ FeO/Fe2O3………………..27
Bảng 1.12. Sự biến đổi thành phần pha theo nhiệt độ nung oxi hóa
quặng ilmenit…………………………………………………………31.

Bảng 1.13. Sự biến đổi thành phần pha theo nhiệt độ thiêu kết quặng
ilmenit trong môi trường agon………………………………………32
Bảng 1.14. Thành phần mẫu ilmenit vùng Capel(Oxtralia) so sánh
với thành phần tương ứng của quặng Cẩm xuyên(Hà tĩnh)……………38
Bảng 1.15. Các số liệu nhiệt động đối với quá trình khử bằng cacbon…………….39
Bảng 1.16. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình khử (trong lò nung)…………..39
Bảng 1.17. Ảnh hưởng của tác nhân khử và phụ gia………………………………40
Bảng 1.18. Phân tích các sản phẩm thu được sau quá trình nung oxi hóa…………42
Bảng 1.19. Nguyên liệu và đầu ra sử dụng lò quay (Oxtraylia)…………………...44
Bảng 3.1. Thành phần khoáng vật của mẫu tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh...………..61
Bảng 3.2. Phân tích thành phần hóa học tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh………..……62
Bảng 3.3. Phân tích thành phần cấp hạt tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh……………...63

7


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

Bảng 3.4. Đặc điểm chính của than gỗ…………………………………………….63
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất nung khử
tinh quặng ilmenit………………………………………………….……64
Bảng 3.6. Ảnh hưởng hàm lượng Na2CO3 đến hiệu suất nung khử
tinh quặng ilmenit ..…………………………………………………….65
Bảng 3.7. Ảnh hưởng hàm lượng CaCO3 đến hiệu suất nung khử
tinh quặng ilmenit ………………………………………………………66
Bảng 3.8. Ảnh hưởng hàm lượng than gỗ đến hiệu suất nung khử
tinh quặng ilmenit ..…………………………………………………….68
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của thời gian nung khử đến hiệu suất nung khử

tinh quặng ilmenit … …………………………………………………..69
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của kích thước hạt than đến hiệu suất nung khử
tinh quặng ilmenit ……….….………………………………………….71
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của phương pháp chuẩn bị phối liệu
đến hiệu suất nung khử tinh quặng ilmenit……………………………..72
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của tỷ L/R đến hiệu suất quá trình tách Fe(0)…………….75
Bảng 3.13. Ảnh hưởng kích thước hạt ilmenit hoàn nguyên đến
hiệu suất tách Fe(0)………………………………………………… .76
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất tách Fe(0)…………..78
Bảng 3.15. Ảnh hưởng của việc thay dung dịch mới đến hiệu suất tách Fe(0) …...79
Bảng 3.16. Thành phần hóa học ilmenit hoàn nguyên sau khi tách sắt……………82

8


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Các dạng thù hình của TiO2 …………………………………………. ..15
Hình 1.2. Đa diện phối trí của TiO2……………………………………………….16
Hình 1.3 .Sơ đồ chế biến quặng ilmenit bằng phương pháp sunfat ……………….28

Hình 1.4. Sơ đồ chế biến quặng ilmenit bằng phương pháp Becher…………….46
Hình 1.5. Sơ đồ chế biến quặng ilmenit dùng phụ gia NaCl…………………........48
Hình 2.1 . Sự phản xạ trên bề mặt tinh thể………………………………………..59
Hình 3.1. Giản đồ XRD của mẫu tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh…………………….61
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ nung khử
đến %Fe(0) trong ilmenit hoàn nguyên …………………………………64

Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ nung khử đến
hiệu suất nung khử tinh quặng ilmenit ………………………………….65
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng Na2CO3
đến % Fe(0) trong ilmenit hoàn nguyên…………………………………66
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng Na2CO3
đến hiệu suất nung khử tinh quặng ilmenit……………………………66
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng CaCO3
đến % Fe(0) trong ilmenit hoàn nguyên………………………………….67
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng CaCO3
đến hiệu suất nung khử tinh quặng ilmenit……...……………………….67
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng than gỗ
đến %Fe(0) trong ilmenit hoàn nguyên………………………................68
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng than gỗ
đến hiệu suất nung khử tinh quặng ilmenit……...……………………....69
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian nung khử
đến % Fe(0) trong ilmenit hoàn nguyên…………………………………70
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian nung khử
đến hiệu suất nung khử tinh quặng ilmenit…………………………….70

9


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của kích thước hạt than
đến % Fe(0) trong ilmenit hoàn nguyên……………………………….71
Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của kích thước hạt than
đến hiệu suất nung khử tinh quặng ilmenit……………………………71

Hình 3.14. Giản đồ XRD của sản phẩm ilmenit hoàn nguyên
thu được sau nung khử………………………………………………..73
Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ lỏng/rắn
đến % Fe(0) còn lại trong ilmenit hoàn nguyên………………………...75
Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ lỏng/rắn
đến hiệu suất tách Fe(0)…………………………………………………76
Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của kích thước hạt ilmenit
hoàn nguyên đến % Fe(0) còn lại trong ilmenit hoàn nguyên ..……..77
Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của kích thước hạt ilmenit
hoàn nguyên đến hiệu suất tách Fe(0)………………………………...77
Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
đến % Fe(0) còn lại trong ilmenit hoàn nguyên………………..…….78
Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
đến hiệu suất tách Fe(0)……………………………………………….79
Hình 3.21. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của việc thay dung dịch mới
đến % Fe(0) còn lại trong ilmenit hoàn nguyên...……………..……....80
Hình 3.22. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của việc thay dung dịch mới
đến hiệu suất tách Fe(0)………………………………………………...80
Hình 3.23. Giản đồ XRD mẫu inmenit hoàn nguyên sau khi tách
sắt bằng phương pháp oxi hóa có mặt chất xúc tác...............................81
Hình 3.24. Giản đồ XRD mẫu inmenit hoàn nguyên sau khi tách sắt……………..83
Hình 3.25. Sơ đồ công nghệ nung khử, tách sắt khỏi tinh quặng
ilmenit Hà Tĩnh…………........................................................................86

10


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

MỞ ĐẦU
Titan dioxit được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, với kích
thước lớn được sử dụng làm sơn, cao su, chất dẻo, que hàn điện,vật liệu chịu lửa,
giấy, titan kim loại và hợp kim được sử dụng để sản xuất máy bay… Bột titan dioxit
kích thước nanomet do có đặc tính lý hoá đặc biệt nên được ứng dụng trong các
nghành công nghiệp như: chất màu, sơn tự làm sạch, đồ mỹ nghệ, gốm cao cấp, chất
xúc tác quang hoá, chất mang xúc tác, vật liệu điện môi…, nên TiO2 ngày càng
được tập trung nghiên cứu, nhưng cho đến nay vấn đề điều chế TiO2 để giảm giá
thành của các loại vật liệu này và mở rộng khả năng ứng dụng của chúng từ các
nguồn quặng tự nhiên trong nước vẫn chưa được quan tâm nghiên cứu nhiều.
Việt nam có nguồn tài nguyên ilmenit sa khoáng biển ở Bình định, Hà tĩnh,
Thanh Hoá, Nam Định, Thừa Thiên Huế, Bình Thuận và quặng gốc ở Cao Bằng,
Thái Nguyên, có hàm lượng TiO2 tương đối cao, tổng trữ lượng trong quặng gốc và
sa khoáng lên tới hàng chục triệu tấn là nguồn nguyên liệu phong phú dồi dào để
sản xuất rutil nhân tạo và các sản phẩm khác của titan từ quặng ilmenit. Nguồn rutil
tự nhiên dồi dào, trong khi nhu cầu nguyên liệu có hàm lượng titan dioxit > 90%
TiO2 tăng cao đã đặt ra yêu cầu phải tìm ra các quy trình công nghệ và thực hiện các
biện pháp sản xuất rutil nhân tạo từ quặng ilmenit.
Trong nước hiện nay chủ yếu sử dụng quặng ilmenit để sản xuất TiO2 kích
thước lớn như: bột màu và vật liệu que hàn nhưng với quy mô nhỏ, phần lớn quặng
ilmenit được các Công ty khoáng sản khai thác để xuất khẩu với giá rẻ.
Thực tế đòi hỏi phải xác định quy trình công nghệ thích hợp chế biến sâu
quặng ilmenit đạt được các tiêu chuẩn sau:
- Đạt hiệu suất chế biến cần thiết;
- Chi phí năng lượng thấp;
- Nguyên liệu và các tác nhân hóa học sẵn có và giá thành thấp;
- Thiết bị đơn giản có thể mua được trên thị trường hoặc có khả năng tự chế tạo;
- Đảm bảo an toàn lao động và môi trường.
Một quy trình công nghệ như vậy phụ thuộc trước hết vào đặc điểm tài nguyên

11


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

ilmenit đưa vào chế biến thành rutil nhân tạo và các điều kiện công nghệ chế biến.
Tiếp cận với những thành tựu của công nghiệp chế biến quặng titan trên thế
giới trong thời gian qua và các vấn đề đã nghiên cứu sản xuất ilmenit hoàn nguyên
từ quặng ilmenit trong nước khi loại bỏ sắt trong ilmenit và tăng hàm lượng TiO2,
để làm nguyên liệu sản xuất các sản phẩm khác của titan là rất cần thiết. Vì vậy
chúng tôi đã đặt vấn đề “Khảo sát quá trình tách sắt từ quặng ilmenit Hà tĩnh để làm
nguyên liệu cho quá trình điều chế các hợp chất của titan” làm nội dung nghiên cứu
của luận văn.
Nội dung nghiên cứu gồm các phần sau đây:
- Nghiên cứu quá trình nung khử tinh quặng ilmenit để thu được ilmenit hoàn
nguyên;
- Nghiên cứu quá trình tách sắt khỏi ilmenit hoàn nguyên theo phương pháp
Becher ;
- Xây dựng quy trình công nghệ xử lý quặng ilmenit và tách sắt khỏi ilmenit
hoàn nguyên để thu được TiO2 = 80 – 85%; Fe tổng = 5 - 8%.

12


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung
Titan đứng hàng thứ 9 trong các nguyên tố phổ biến nhất trong vỏ trái đất.
Bảng 1.1. Thành phần 10 nguyên tố chủ yếu trong vỏ trái đất (% trọng lượng)
theo A.P. Vinogradova [14]
Nguyên

Hàm

Nguyên

Hàm

Nguyên

Hàm

Nguyên

Hàm

tố

lượng

tố

lượng

tố

lượng

tố

lượng

1. Oxi

47,00

4. Sắt

4,65

6. Natri

2,50

9. Titan

0,45

2. Silic

29,50

5.Canxi

2,96

7. Kali

2.50

10.Photpho

0,10

3.Nhôm

8,50

8.Magie

1,87

Trong số các oxit chủ yếu tạo thành vỏ trái đất thì một số oxit kim loại chiếm
tỷ lệ cao là nhôm oxit (15,61%), sắt oxit (6,99%), magiê oxit (3,56%) và ở hàng
thứ tư là titan dioxit (1,06%). Hiện nay người ta biết hơn 70 khoáng vật chứa titan,
trong số đó một số khoáng vật có ý nghĩa công nghiệp (bảng 1.2).
Bảng1.2 .Các khoáng vật chứa titan
%TiO2

Màu

Tỷ

Độ

trọng

cứng

Khoáng vật

Công thức

lý thuyết

sắc

Ilmenit

FeTiO3

52,6

Đen

Rutile

TiO2

100

Nâu đỏ

4,3

6

Anatase

TiO2

100

Nâu

3,90

5,75

Brookite

TiO2

Vàngnâu

4,13

5.57

Ilmenorutil

(Ti, Nb, Fe)O2

53

-

4,6-5,1

6

Perovskit

CaTiO2

58,9

-

4

5,5-6

Sfen

CaO,TiO2,SiO2

40,8

-

3,3-3,6

5-6

Loparit

(Na,Ce,Sr,Ca)(Nb,Ti)O2

39,2

-

4,7-5

5,5-6

Leicoxen

TiO2.TiO2.SiO2

50 - 95

-

3,3-4,3

5-6

2 - 30

-

4,5-5

5,5-6

-

-

4,12

-

Titanomagnetit Fe3O4.TiO2;Fe3O4.FeTiO3
Aionit

Fe2O3.3TiO2

13

4,6-5,2 5 – 6


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

Các khoáng vật gặp nhiều nhất là titanat sắt (II)- FeTiO3 (ilmenit) và titan dioxit
TiO2 (rutil). Các khoáng vật của titan còn lại tồn tại ở lượng rất nhỏ và bị phong hoá
ở các mức độ khác nhau. Hàm lượng TiO2 theo đúng công thức hoá học của ilmenit
là 52,7%, thông thường tùy thuộc từng mỏ và mức độ phong hóa, ilmenit có hàm

lượng titan dao động từ 48% TiO2 ở các mỏ về cơ bản không bị phong hóa (Nam
Phi) tới 61- 64%TiO2 ( Như ở Florida và New Jersey)[13]. Những nơi bị phong hóa
mạnh, ilmenit có thành phần chủ yếu là leicoxen với hàm lượng TiO2 tới trên 70%.
Đa số quặng ilmenit từ các mỏ khác nhau đều có chứa một lượng sắt cao hơn trong
công thức lý thuyết (FeO.TiO2, 47,37% FeO), điều này được giải thích bằng tính
đồng hình của ilmenit và hematit. Tạp chất magie và mangan có trong ilmenit cũng
do tính đồng hình của FeO.TiO2 với geikelit (MgO.TiO2) và pirofanit (MnO.TiO2) .
A.V.Rudneva tìm thấy sự hòa tan của Ti2O3 trong ilmenit và đưa ra giả thuyết về
khả năng tạo thành dung dịch rắn (Ti,Al)2O3.Như vậy công thức chung của nhóm
khoáng vật ilmenit là: m[(Fe,Mg,Mn)O.TiO2].n[(Fe,Ti,Al)2O3] [2]
1.1. 1. Tính chất hóa học
TiO2 trơ về mặt hóa học (nhất là dạng đã nung) không phản ứng với nước, axit
vô cơ loãng, kiềm, amôniac, các axit hữu cơ.
TiO2 tan không đáng kể trong các dung dịch kiềm và tạo thành các muối titanat.
TiO2 + 2NaOH → Na2TiO3 + H2O
TiO2 tan rõ rệt trong muối borac và trong muối photphát nóng chảy.
Khi đun nóng lâu với axit H2SO4đặc thì nó chuyển vào trạng thái hòa tan (khi
tăng nhiệt độ nung của TiO2 thì độ tan giảm).
100 − 200° C
TiO2 + 2H2SO4 ⎯⎯⎯⎯
→ Ti(SO4)2 + 2H2O

TiO2 tác dụng được với axit HF hoặc với kali bisulfat nóng chảy.
TiO2 + HF → H2[TiF6] + 2H2O
TiO2 + 2K2S2O7 → Ti(SO4) + 2K2SO4
Ở nhiệt độ cao TiO2 có thể phản ứng với cacbonat và oxit kim loại để tạo thành
các muối titanat.

14

Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

800 −1000° C
TiO2 + MCO3 ⎯⎯⎯⎯→
(MTi)3 + CO2

TiO2 + MO

1200 −1300° C
⎯⎯⎯⎯⎯
→ (MTi)3

M là Ca, Mg, Ba, Sr
M là Pb, Mn, Fe, Co

TiO2 + Na2CO3 → Na2TiO3 + CO2
TiO2 dễ bị hidro, cacbon monooxit và titan khử về các oxit thấp hơn.
1750° C
TiO2 + H2 ⎯⎯⎯
→ TiO2 + H2O
800° C
2TiO2 + CO ⎯⎯⎯
→ Ti2O3 + CO2
900 −1000° C
3TiO2 + Ti ⎯⎯⎯⎯→
2Ti2O3

3TiO2 + TiCl4 + 2H2O →
TiO2 + Ti →

2Ti2O3 + 4HCl

2TiO

1.1.2. Tính chất vật lý.
TiO2 là chất bột màu trắng khi đun nóng nó có màu vàng, khi làm lạnh nó có màu
trắng trở lại. Titan dioxit cứng, khó nóng chảy, bền nhiệt, Tnc = 1870ºC, năng lượng
Gibbs chuẩn ∆G = - 889 KJ/mol
1.1.2.1. Các dạng thù hình của TiO2
TiO2 có nhiều dạng tồn tại, trong đó ngoài dạng vô định hình còn có ba dạng tinh
thể: Rutile (tetragonat), anatase (tetragonat) và brookite (orthorhombic), trong đó có
2 dạng thù hình chính là: anatase và rutile.

Hình 1.1. Các dạng thù hình của TiO2

15


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

Cấu trúc của dạng tinh thể anatase và rutil thuộc hệ tinh thể tứ diện. Cả 2 dạng
tinh thể trên đều được tạo nên từ các đa diện phối trí TiO6 cấu trúc theo kiểu bát
diện (hình 1.2), các đa diện phối trí này sắp xếp khác nhau trong không gian. Tuy
nhiên trong tinh thể anatase các đa diện phối trí 8 mặt bị biến dạng mạnh hơn so với
rutile, khoảng cách Ti -Ti ngắn hơn và khoảng cách Ti - O dài hơn. Điều này ảnh

hưởng đến cấu trúc điện tử của hai dạng tinh thể, kéo theo sự khác nhau về các tính
chất vật lý và hóa học.Trong tự nhiên dạng tinh thể anatase và rutile thường phổ
biến hơn các dạng khác.

.

Hình 1.2. Đa diện phối trí của TiO2.
Rutile là dạng bền trong khi đó anatase và brookite là các dạng giả bền và
chuyển thành rutile khi đun nóng.
Cấu trúc của rutile và anatase đều được xây dựng từ các đa diện phối trí tám mặt
(octahedra) TiO6, chúng khác nhau bởi sự biến dạng của mỗi hình tám mặt và các
gắn kết giữa các octahedra. Mỗi ion Ti4+ được bao quanh bởi tám mặt tạo bởi sáu
mặt của ion O2- . Hình tám mặt trong rutile là không đồng đều nhau do đó có sự biến
dạng orthorhombic (hệ trực thoi) yếu. Các octahedra của anatase bị biến dạng mạnh
hơn, vì vậy mức đối xứng của hệ là thấp hơn trực thoi. Khoảng cách Ti – Ti trong
anatase lớn hơn trong rutile nhưng khoảng cách Ti – O trong anatase lại ngắn hơn
so với rutile. Trong cấu trúc rutile, mỗi octahedra gắn với mười octahedra lân cận
(hai octahedra chung một cặp oxi ở cạnh và tám octahedra khác nối với nhau qua
nguyên tử oxi ở góc) trong khi ở cấu trúc anatase, mỗi octahedra tiếp xúc với tám
octahedra khác (bốn octahedra chung ở cạnh và bốn octahedra chung oxi ở góc).
Các thông số vật lý của hai dạng anatase và rutile được đưa ra ở bảng 1.3.

16


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

Bảng 1.3. Một số tính chất vật lý của tinh thể rutile và anatase

Các thông số

Rutile

Anatase

Cấu trúc tinh thể

Tứ diện

Tứ diện

a (Aº)

4,58

3,78

c (Aº)

2,95

9,49

4,25

3,895

Chiết suất

2,75

2,54

Độ rộng vùng cấm (eV)

3,05

3,25

Nhiệt độ nóng chảy

1830 ÷ 1850ºC

ở nhiệt độ cao

Thông số mạng
Khối lượng riêng

(g/cm3)

chuyển thành rutil
Những sự khác nhau này trong cấu trúc mạng tinh thể dẫn đến sự khác nhau về
mật độ và cấu trúc điện tử giữa hai dạng TiO2 và đây là nguyên nhân của một số sự
khác biệt về tính chất.
Tính chất và ứng dụng của TiO2 phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc tinh thể các
dang thù hình và kích thước hạt của các dạng thù hình này. Chính vì vậy khi điều
chế TiO2 cho mục đích ứng dụng thực tế cụ thể người ta thường quan tâm đến kích
thước, diện tích bề mặt và cấu trúc tinh thể của sản phẩm.
Tất cả các dạng tinh thể của TiO2 tồn tại trong tự nhiên như là các khoáng,

nhưng chỉ có rutile và anatase ở dạng sạch và được tổng hợp ở nhiệt độ thấp. Hai
pha này cũng được sử dụng trong thực tế làm chất màu, chất độn, chất xúc tác…
Tuy nhiên, các pha khác , chẳng hạn như broockite cũng quan trọng về mặt ứng
dụng, tuy vậy việc điều chế broockite sạch không lẫn rutile và anatase là điều khó
khăn.
Ngoài ra khi điều chế bằng cách thủy phân muối vô cơ của Ti4+ hoặc các hợp
chất có titan trong nước ở nhiệt độ thấp người ta có thể thu được kết tủa TiO2 vô
định hình. Tuy vậy, dạng này để lâu trong không khí được sấy nóng thì chuyển sang
dạng anatase.

17


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

1.1.2.2 Sự chuyển dạng thù hình của TiO2
Khi điều chế TiO2 người ta thu được các sản phẩm ở dạng vô định hình, (H2TiO3)
dạng cấu trúc anatase hoặc rutile. Khi nung axit metatitanic (H2TiO3) một sản phẩm
trung gian của quá trình sản xuất TiO2 nhận được khi thuỷ phân các dung dịch muối
titan, thì trước hết tạo thành anatase. Khi nâng nhiệt độ thì anatase chuyển thành
rutil. Quá trình chuyển dạng thù hình của TiO2: vô định hình – anatase – rutile khi
đun nóng có một ý nghĩa khá quan trọng đối với ứng dụng thực tế của nó. Hầu hết
các tài liệu đều chỉ ra rằng, quá trình chuyển pha từ dạng vô định hình hoặc từ cấu
trúc anatase sang cấu trúc rutile xẩy ra ở nhiệt độ 450ºC. Quá trình này bị ảnh
hưởng bởi các điều kiện tổng hợp và sự có mặt của các hợp chất chứa trong đó. Ví
dụ: axit metatitanic thu được khi thủy phân muối clorua và nitrat của titan thì quá
trình chuyển thành rutile dễ dàng hơn nhiều so với sản phẩm thủy phân từ muối
sunfat. Nếu axit metatitanic thu được bằng cách thủy phân các dung dịch nước của

titan clorua thì quá trình chuyển thành rutile của H2TiO3 với tốc độ rõ rệt ở gần
500ºC, còn từ muối sunfat thì nhiệt độ chuyển pha phải trên 800ºC. Axit metatitanic
được điều chế bằng cách thủy phân dung dịch titan sunfat loãng thì sẽ chuyển thành
rutile ở nhiệt độ khoảng 850ºC. Trong khi Axit metatitanic được điều chế từ các
dung dịch đặc thì quá trình chuyển pha xẩy ra ở 950ºC. Với các axit metatitanic
sạch, không có tạp chất, thì nhiệt độ chuyển pha từ anatase thành rutile sẽ nằm trong
khoảng 610 ÷ 730ºC. Trong khi đó, với axit metatitanic đã được điều chế bằng cách
thủy phân các muối sunfat thì nhiệt độ chuyển pha sẽ cao hơn, nằm trong khoảng
850 ÷ 900ºC. Điều này có thể là do có sự liên quan đến sự có mặt của các sunfat
bazơ hoặc là các anion sunfat nằm dưới dạng hấp phụ.
Ngoài ion SO42- nhiệt độ chuyển anatase thành rutile cũng bị tăng cao khi có
mặt một lượng nhỏ tạp chất SiO2, cũng như khi có mặt HCl trong khí quyển bao
quanh. Có những chất làm giảm nhiệt độ chuyển sang anatase thành rutile như muối
vanadat của các kim loại kiềm, K2Cr2O7, các oxit nhôm, magiê, kẽm, bismut,
antimon, canxi, bari, cũng như hơi nước và các kết tủa có cấu trúc rutil. Chẳng hạn
khi thêm nhôm oxit vào thì song song với sự rutile hóa là sự nâng cao khả năng chịu

18


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

khí quyển của pigment.
Một số công trình khi nghiên cứu sự biến đổi cấu trúc của TiO2 khi nung nóng
đã xác nhận rằng năng lượng hoạt hóa của quá trình chuyển anatase thành rutile phụ
thuộc vào kích thước hạt anatase khi kích thước hạt càng bé thì năng lượng hoạt hóa
cần thiết để chuyển anatase thành rutile càng nhỏ.
Ngoài ra các tác giả công trình cho rằng: sự có mặt của pha brookite có ảnh

hưởng đến sự chuyển pha anatase – rutile. Khi tăng nhiệt độ nung, tốc độ chuyển
pha brookite – rutile nhanh hơn tốc độ chuyển pha anatase – rutile, do đó tạo ra
nhiều mầm tinh thể rutile hơn. Với các mẫu TiO2 càng chứa nhiều pha brookite thì
sự chuyển pha anatase – rutile càng nhanh. Nhiệt độ bắt đầu và kết thúc quá trình
chuyển pha anatase thành rutile tăng lên khi lượng pha brookite giảm. Quá trình
chuyển pha anatase – rutile xẩy ra hoàn toàn ở 900ºC.
1.1.3. Ứng dụng của TiO2
Titan là loại vật liệu đã được điều chế và ứng dụng từ lâu. Titan là kim loại chiến
lược, được hợp kim hóa và dùng nhiều trong công nghiệp máy bay, tên lửa tàu vũ
trụ, chế tạo thiết bị trong công nghiệp hóa học, máy phát động lực, lò phản ứng hạt
nhân, tầu biển, dùng trong y tế…
Hợp chất của titan được sử dụng rộng rãi hơn cả titan dioxit. Do có chỉ số khúc
xạ cao, titan dioxit có độ trắng, độ đục và độ sáng cao được dùng làm bột màu cho
sơn và các loại dầu bóng, dùng trong công nghiệp giấy… Nhiều sản phẩm chất dẻo
như polyetylel, polyvinylclorua, polystyren kết hợp với titan dioxit có đặc tính
chống lão hóa dưới tác dụng tử ngoại và trơ dưới tác dụng hóa học. Titan dioxit và
các hợp chất khác của titan cũng được dùng nhiều trong công nghiệp cao su, như
sản xuất lốp cao su, lớp phủ tường hoặc sàn nhà, sợi thủy tinh, tụ điện ceramic,
dụng cụ cắt carbit và làm chất xúc tác dạng titan hữu cơ. Titan dioxit cũng được sử
dụng rộng rãi trong sản xuất gốm sứ, thuốc bọc que hàn, cốt liệu nặng và làm chất
trợ dung trong lò thép …
Hơn 40 năm qua quy trình clo hóa ngày càng được áp dụng rộng rãi đã tạo ra
một lượng sản phẩm lớn tital dioxit. Quy trình này đòi hỏi nguyên liệu đầu có hàm

19


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

lượng tạp chất thấp, như rutil nhân tạo (>90% TiO2), xỉ tital (85%TiO2), hoặc
tinh quặng 61%TiO2 [Mỹ]. Hiện nay hơn 50% sản lượng rutil thế giới dùng cho các
nhà máy sản xuất bột màu tital theo phương pháp clo hóa.
Bảng 1.4 cho thấy vai trò của phương pháp clorua hóa tăng dần trong công
nghiệp sản xuất bột màu titan dioxit.
Bảng 1.4. Sản lượng bột màu TiO2 theo 2 phương pháp sản xuất
Sản lượng ( triệu tấn)

Năm

Phương pháp sulfat

Phương pháp clrua

1990

1,70

1,40

1992

1,85

1,90

1996

1,80

2,15

1.2. Trữ lượng và thành phần hóa học một số quặng ilmenit trên thế giới và ở
Việt nam.
Bảng 1.5. Trữ lượng ilmenit và rutile của một số nước [Triệu tấn]
Ilmenit

Rutil

Tên nước

Triệu tấn

%

Triệu tấn

%

Oxtraylia

24

12,0

5,3

6,3

Canađa

27

13,4

-

-

Phần Lan

1

0,5

-

-

Nauy

32

15,9

-

-

Nam Phi

36

17,9

2,9

3,4

Mỹ

8

4,0

0,3

0,4

Brazil

2

1,0

66,0

78,4

Ấn Độ

31

15,4

4,4

5,2

Srilanka

4

-2,0

2,0

0,9

Trung Quốc

30

14,9

14,9

-

Liên Xô(cũ)

6

3,0

2,5

3,0

20


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

Các nhà cung cấp ilmenit của thế giới là Mỹ, Oxtraylia, Canađa, Nauy, Phần Lan,
Malayxia, Srilanka, Ấn Độ, Tây Ban Nha và Nam Phi. Ba nước Oxtraylia, Canađa
và Nam Phi là nguồn cung cấp chính khoảng 80% tổng sản phẩm khoáng vật titan
trên thế giới, Nauy cung cấp khoảng 5%. Tài nguyên ilmenit và rutile của thế giới
được tổng hợp trong bảng 1.5.
Bảng 1.6. Trữ lượng một số mỏ chứa sa khoáng ở Việt Nam [Nghìn tấn]
Trữ lượng nghìn tấn [theo

Trữ lượng nghìn tấn [theo

Nguyễn Văn Ban, Bộ

Ngô Văn Trới, tổng công ty

Công nghiệp]

khoáng sản Việt Nam, 2003]

Vùng mỏ

B+C1+C2

P1

B+C1+C2

Dự báo

Cây Châm

6.840,30

1.570,69

4.435,00

19,600

Hà Tĩnh

5.372,57

3220,00

5.470,00

Thừa Thiên Huế

1.689,00

Trung Bộ

2.430,00

2.830,00
2.570,00

Bình Định
Bình Thuận

1.680,00

800,00

Các mỏ khác

251,50

1.030,00

Tổng sa khoáng biển
Tổng cộng

7.263,07

4.790,69

12.700,00

15.700,00

17.135,00

35.000,00

Bảng 1.7. Thành phần hóa học(%) một số mẫu ilmenit điển hình
[Theo Võ Kim Cự, Chủ tịch hiệp hội titan Việt Nam, 2003]
TiO2

FeO

Fe2O3

SiO2

MnO

MgO

Cao Bằng

46,7

37,8

3,1

2,9

2,3

6,3

Hà Tĩnh

50-54

20,1

8,9

0,09

0,01

Thanh Hóa

45,57

35,1

9,4

0,27

0,12

Huế

50,37

28,7

11,6

0,17

0,21

Bình Định 50-52

25

15

Bình Thuận 53,17

21,8

19,2

0,27

0,04

Cr2O3 WO3
2,9

0,4-0,95 2,1-3,1

21


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

Các số liệu đã công bố về tài nguyên ilmenit ở Việt Nam còn rất khác nhau. Nhìn
chung nguồn tài nguyên titan của Việt Nam rất phong phú, tồn tại ở quy mô công
nghiệp dưới 2 dạng: quặng gốc và quặng sa khoáng ven biển. Trong bảng 1.6 là một
số liệu về nguồn tài nguyên này. Một số đặc điểm của quặng Việt Nam là:
Tại nhiều vùng, hàm lượng Fe(III), Cr, V cao, ( Fe2O3 > 7%, Cr2O3 > 0,03%
và V2O5 > 0,07%). Thành phần ilmenit thay đổi ở các vùng khác nhau.
1.3. Tình hình khai thác và chế biến quặng titan ở Việt Nam
Hoạt động 15 năm (từ 1990 đến 2005) của các thành viên trong Hiệp hội titan
Việt Nam (bảng 1.8) cho thấy sản lượng hàng năm về ilmenit tăng nhiều trong
những năm gần đây. Tổng sản lượng ilmenit sản xuất ra trong 15 năm của 12 cơ sở
sản xuất chính là 2.363.474 tấn, năm 2005 đạt sản lượng cả nước là 415.200 tấn.
Bảng 1.8. Tổng sản lượng quặng tinh ilmenit sản xuất hàng năm của các thành viên
Hiệp hội titan từ năm 2000-2005 [nghìn tấn]
TT

Tên đơn vị

2000

2001

2002

2003 2004 2005

1

CT KS và thương mại Hà Tĩnh

84

101

165

174

186

200

2

CTKS Thừa Thiên Huế

14

20

46

79

93

100

3

CT Cổ phần KS Bình Định

15

16

18

25

28

28

4

CT chế biến KS Thanh Hóa

0,5

0,5

0,3

0,3

0,3

0,3

5

Xí nghiệp thanh niên Cửa hội

1,5

8

12

12

15

20

6

CTKS Việt nam - Malayxia
40

30

35

34

30

30

bộ Vinh – Nghệ An

4

3

4

3,9

3

3

8

CT phát triển khoáng sản 4

15

15

12

25

24

23

9

CT Cổ phần KS Quảng Trị

3

4

5,4

6

6,2

6

10 Đoàn địa chất 406 Quảng Bình

3

3,5

3

3,1

2,9

11 CT Phát triển KS 5 Phú Yên

2

2,5

0,8

0,5

0,5

Bình Định
7

Liên đoàn địa chất Bắc Trung

1,5

12 CTKS Thanh Tâm - Quảng Trị

22

2,1

1,9

1,5


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

Giá bán quặng titan theo số liệu của Hiệp hội titan Việt Nam (bảng 1.9) có sự
khác biệt so với giá bán nội địa và giá xuất sang Trung Quốc (200 - 400 nhân dân
tệ/ tấn 52% TiO2, quặng hàm lượng titan thấp có khi chỉ bán được 28 - 30 USD/ tấn,
tại km 0 cửa khẩu Đồng Đăng, Lạng Sơn). Các cơ sở sở sản xuất quặng titan ở địa
phương chào bán giá nội địa từ 300.000 – 600.000 VN đồng /tấn ilmenit (khoảng 18
– 35 USD / tấn ilmenit)
Bảng 1.9. Tổng hợp thu nhập ngoại tệ từ xuất khẩu quặng titan của Hiệp hội titan
Việt Nam [giá được tính từ số liệu về thu nhập và sản lượng hàng năm của hiệp hội]
Năm

Doanh thu

Tổng sản Lượng

(Nghìn USD)

( Tấn)

1990

870

10.765

80,82

1991

1.557

22.645

86,76

1992

2.980

30.117

98,95

1993

2.090

33.659

62,09

1994

4.786

55.772

85,81

1995

920

11.345

81,09

1996

1.950

25.609

76,15

1997

6.700

76.089

88,05

1998

9.839

105.489

93,27

1999

11.740

135.984

86,33

2000

15.200

177.000

85,88

2001

18.860

202.500

93,14

2002

27.000

305.200

88,47

2003

35.370

365.100

96,88

2004

39.372

391.000

100,70

2005

41.000

415.200

98,75

Tổng

220.234

2.363.474

Trung bình:93,18

23

Giá USD/ tấn


Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

Khai thác ilmenit ở Việt Nam liên tục tăng trong đó hơn 90% được xuất khẩu

sang các nước như: Nhật, Mỹ, Malayxia, Trung Quốc… khoảng 10% tiêu thụ trong
nước. Nhu cầu ilmenit trong nước khoảng 10.000 tấn/năm, được dùng để chế tạo
que hàn điện và sản xuất bột TiO2 . Bimal Minerals Co. Ltd là Công ty liên doanh
giữa Công ty khoáng sản Bình Định (40%) và phía Malayxia (Công ty khai khoáng
Malayxia và Syarikat Pendorong Sdn. Bhd. (60%) khai mỏ Cát Khánh và vận hành
nhà máy xử lý ở Quy Nhơn - Bình Định. Công ty Bimal cộng tác với Công ty phát
triển khoáng sản Phú Yên xuất khẩu 40.000 tấn inmenit vào năm 2001. Hàm lượng:
52% TiO2, 0,08% P2O5, 15% Fe2O3. Công ty này đã xuất khẩu sang Trung Quốc,
Nhật Bản và Malayxia. Các nhà sản xuất ilmenit khác là Meteco, và các Công ty
khai khoáng địa phương khác ở Cẩm Hòa, Kỳ Anh – Cẩm Xuyên, Kỳ Khang, Kỳ
Ninh(Hà Tĩnh); Quảng Ngạn và Vĩnh Mỹ( Thừa Thiên Huế); Thành phố Vinh
(Nghệ An); và Đồng Xuân tỉnh Phú Yên.
Hầu hết các cơ sở khai thác và chế biến sa khoáng dùng trang thiết bị tự chế tạo
như vít đứng, bàn đãi, các mấy tuyển từ và tuyển điện. Một số cơ sở dùng máy móc
thiết bị của Oxtraylia và Malayxia sản xuất ilmenit chứa 52%TiO2. Họ cũng sản
xuất một lượng zircon chứa 60 – 65% ZrO2.
Việc nghiên cứu và chế thử sản phẩm TiO2 từ nguyên liệu chứa titan Việt Nam
đã thực hiện từ những năm 70 tại nhiều cơ sở: Viện hóa công nghiệp, Trường Đại
học Bách khoa Hà nội, Viên luyện kim mầu, Viện nguyên tử năng lượng Việt Nam,
Viện Địa chất và khoáng sản.
Nằm trong chương trình trọng điểm nhà nước, Đại học Bách khoa Hà nội
(1978- 1985) đã nghiên cứu chế thử rutil nhân tạo bằng phương pháp dùng HCl hòa
tan chọn lọc sắt dưới dạng áp suất [17] .Tại viện Công nghệ xạ hiếm đã thực hiện đề
tài sản xuất titan oxit bằng phương pháp axit . Đáng chú ý là một số đề tài cấp cơ sở
nghiên cứu quá trình nung khử và chế biến quặng ilmenit. Các đề tài bước đầu đã
thu được các sản phẩm như: ilmenit chất lượng cao [19], rutil nhân tạo [17,20],
ilmenit hoàn nguyên dùng cho que hàn [21]. Viện nghiên cứu mỏ luyện kim đã
nghiên cứu hoàn nguyên ilmenit Hà Tĩnh để phục vụ sản xuất que hàn và hoàn thiện

24

Luận văn cao học

Trần Thị Sáu

công nghệ sản xuất xỉ titan [16]. Tuy nhiên các đề tài chưa có điều kiện nghiên cứu
đầy đủ và hệ thống các điều kiện nung khử, chưa có được kết quả ổn định, chưa tận
thu nguyên liệu (chưa đi tới sản phẩm khử tương đương xỉ titan 80 – 85% TiO2,
chưa đề cập đến việc thu hồi sắt như một sản phẩm quá trình )…Do đó sơ đồ công
nghệ xử lý quặng ilmenit chưa hoàn chỉnh.
Báo cáo nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sản xuất xỉ tan thuộc đề tài “Nghiên
cứu hoàn thiện công nghệ sản xuất một số loại hợp kim fero” (Mã số KC.02.15)
thuộc chương trình nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ vật liệu mới 2001
– 2005 cho thấy những kết quả khả quan trong bước thiêu hoàn nguyên rắn đối với
tinh quặng Cẩm Xuyên Hà Tĩnh. Những kết quả này cũng là bước thực hiện hóa
một phương pháp chế biến sâu quặng titan phù hợp với điều kiện Việt Nam, đáp
ứng nhu cầu mới đặt ra trong lĩnh vực công nghệ là tiết kiệm năng lượng và đảm
bảo môi trường.
Hiện nay nhu cầu về bột TiO2 của nước ta vẫn rất lớn, chủ yếu được đáp ứng
bằng con đường nhập khẩu. Trong giai đoạn hiện nay, đặt vấn đề nghiên cứu triển
khai sản xuất TiO2 và titan kim loại là cần thiết. Những vấn đề cần quan tâm là:
-

Đánh giá đầy đủ hơn về các nguồn ilmenit hiện có (trữ lượng, chất lượng)
của Việt Nam.

-

Nghiên cứu các giải pháp giảm thấp chi phí năng lượng, nhất là trong điều

kiện eo hẹp về năng lượng điện cho việc chế biến sâu quặng titan.

-

Nghiên cứu thực hiện quá trình nung khử và tách sắt và crom để điều chế sản
phẩm trung gian là TiO2 kỹ thuật đáp ứng nhu cầu trước mắt cho sản xuất
que hàn điện và cao su, đồng thời tạo tiền đề cho các bước chế tạo bột màu
TiO2 và titan kim loại.

-

Bên cạnh triển khai phương pháp xử lý bằng H2SO4, cần xem xét khả năng
ứng dụng quá trình clo hóa. Dây truyền sản xuất này có ở nhiều nước:
Singapo, Hàn Quốc, Trung Quốc, Arap Saudi, Oxtraylia, Ấn Độ…

1.4. Các phương pháp sản xuất titan dioxit
1.4.1. Phương pháp truyền thống xử lý quặng ilmenit để sản xuất titan dioxit

25