(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất luyện kim và khả năng ứng dụng quặng sắt Cao Bằng

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

NGUYỄN THANH HOÀN

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT LUYỆN KIM
VÀ KHẢ NĂNG ỨNGDỤNG QUẶNG SẮT CAO BẰNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU

Hà Nội - 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------- o0o --------

NGUYỄN THANH HOÀN

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT LUYỆN KIM
VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG QUẶNG SẮT CAO BẰNG

Ngành: Kỹ thuật vật liệu
Mã số: 9520309

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS.TS. NGUYỄN SƠN LÂM
2. PGS.TS. BÙI ANH HÒA

Hà Nội - 2020


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc tác giả nào công bố.
Hà Nội, ngày 14 tháng 2 năm 2020
TM. TẬP THỂ HƢỚNG DẪN

NGƢỜI CAM ĐOAN

PGS.TS. Nguyễn Sơn Lâm

Nguyễn Thanh Hoàn

i


Lời cảm ơn
Trƣớc tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS.
Nguyễn Sơn Lâm và PGS.TS. Bùi Anh Hòa đã tận tình hƣớng dẫn và động viên tôi
trong thời gian thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, Bộ môn Kỹ
thuật gang thép, PTN lý thuyết các quá trình luyện kim 210-C5, Phòng đào tạo-Bộ
phận sau đại học, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi nhất
để tôi hoàn thành đƣợc công trình nghiên cứu của mình.
Luận án đã đƣợc hoàn thành với sự góp ý tƣ vấn xử lý số liệu thực nghiệm của
Phòng Vật liệu Vô cơ thuộc Viện khoa học vật liệu, Viện hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam, và sự giúp đỡ nhiệt tình của các đồng nghiệp tại Sở Công Thƣơng
Cao Bằng.

Nhân dịp này, tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn của mình tới thầy cô, bạn bè đã động
viên tinh thần tạo động lực cho tôi hoàn thành luận án của mình.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới những ngƣời thân trong gia
đình luôn luôn sát cánh cùng tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu thực hiện
luận án này.

Tác giả luận án

Nguyễn Thanh Hoàn

ii


MỤC LỤC
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................. vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................... viii
MỞ ĐẦU 1
 Mục tiêu của luận án ...................................................................................................1
 Nội dung nghiên cứu ...................................................................................................1
 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ...............................................................................2
a. Đối tƣợng nghiên cứu.....................................................................................2
b. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................2
 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn luận án ........................................................................2
a. Ý nghĩa khoa học............................................................................................2
b. Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................................3
 Kết cấu của luận án .....................................................................................................3
Chƣơng 1 TỔNG QUAN ............................................................................................4
1.1. Tính chất của các ô-xít sắt ......................................................................................4

1.1.1. Ê-ma-tít .....................................................................................................4
1.1.2. Ma-nhê-tít .................................................................................................5
1.1.3. Vu-tít .........................................................................................................6
1.2. Các chỉ tiêu đánh giá về chất lƣợng quặng sắt cho ngành luyện kim ....................6
1.2.1. Thành phần hoá học và tính ổn định ........................................................6
1.2.2. Tính hoàn nguyên của quặng sắt ..............................................................7
1.2.3. Nhiệt độ biến mềm và khoảng biến mềm .................................................7
1.3. Đặc điểm nguồn nguyên liệu quặng sắt Cao Bằng .................................................7
1.4. Đặc điểm nguồn quặng sắt đƣợc chọn làm đối tƣợng nghiên cứu của luận án ....10
1.5. Các nghiên cứu về hoàn nguyên quặng sắt ..........................................................10
1.5.1. Các nghiên cứu trong nƣớc .....................................................................10
1.5.2. Các nghiên cứu quốc tế ..........................................................................12
1.6. Kết luận chƣơng 1. ....................................................................................17
iii


Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..............................................................................19
2.1. Sự tƣơng thích của các mặt mạng tinh thể ô-xít sắt .............................................19
2.2. Nhiệt động học của phản ứng hoàn nguyên .........................................................21
2.2.1. Giản đồ Richardson ................................................................................21
2.2.2. Giản đồ Baur – Glaessner .......................................................................25
2.2.3. Hoàn nguyên bằng hỗn hợp khí ..............................................................27
2.2.4. Giản đồ pha sắt - ô-xy.............................................................................29
2.2.5. Hoàn nguyên ô-xít trong dung dịch rắn ..................................................30
2.2.6. Nhiệt động học liên quan đến quá trình chiết ly.....................................31
2.2.7. Điều kiện biên nhiệt động học phản ứng hợp thức.................................32
2.3. Động học phản ứng hoàn nguyên .........................................................................34
2.3.1. Nguyên lý cơ bản ....................................................................................36
2.3.2. Quy luật tốc độ của các phản ứng hoàn nguyên phức tạp ......................40
2.4. Kết luận chƣơng 2 ................................................................................................44

Chƣơng 3 NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH QUẶNG SẮT VÀ QUẶNG VIÊN NÀ
RỤA CAO BẰNG .......................................................................................................45
3.1. Nguyên liệu đầu vào và quy trình thí nghiệm ......................................................45
3.1.1. Nguyên liệu đầu vào ...............................................................................45
3.1.2. Quy trình thí nghiệm...............................................................................47
3.2. Thiết bị và phƣơng pháp phân tích .......................................................................48
3.3. Đặc tính quặng sắt và quặng viên Nà Rụa Cao Bằng ...........................................51
3.3.1. Nhiệt độ chuyển pha của quặng sắt ........................................................51
3.3.2. Đặc tính biến mềm của quặng sắt ...........................................................55
3.3.3. Tính chất quặng viên Nà Rụa Cao Bằng ................................................58
3.3.4. Thể tích lỗ xốp và hệ số giãn nở nhiệt ....................................................68
3.4. Kết luận chƣơng 3 ................................................................................................71
Chƣơng 4 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HOÀN NGUYÊN QUẶNG CẦU VIÊN
NÀ RỤA CAO BẰNG ................................................................................................72
4.1. Quy trình hoàn nguyên quặng viên ......................................................................73
4.2. Hoàn nguyên quặng viên P1200 ...........................................................................74
iv


4.3. Hoàn nguyên quặng viên P500 .............................................................................76
4.4. Động học hoàn nguyên quặng viên ......................................................................78
4.4.1. Hằng số tốc độ phản ứng ........................................................................78
4.4.2. Năng lƣợng hoạt hóa ..............................................................................84
4.5. Kết quả phân tích cấu trúc và tổ chức ..................................................................87
4.5.1. Đặc trƣng cấu trúc ..................................................................................87
4.5.2. Tổ chức tế vi .........................................................................................103
4.6. Kết luận chƣơng 4 ..............................................................................................112
KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN ....................................................................114
Tính chất quặng sắt và quặng cầu viên Nà Rụa Cao Bằng........................................114
Tính chất hoàn nguyên quặng cầu viên Nà Rụa Cao Bằng với khí CO và các-bon rắn114

KIẾN NGHỊ VỀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ...........................................................116
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ...........................117
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................118

v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
f

tỷ phần, mức độ hoàn nguyên (quy về đơn vị, 0÷1)

R

mức độ hoàn nguyên, %

k

hằng số tốc độ phản ứng (s-1)

Ea

năng lƣợng hoạt hóa, kJ/mol

Ȓ

hằng số khí, Ȓ = 8.314 Jmol-1 K-1

A

Thừa số tần số (xác suất va chạm hữu hiệu của các phân tử tham
gia phản ứng)

EDX

energy dispersive X-ray - phổ tán xạ năng lƣợng tia rơnghen

SEM

scanning electron microscope - hiển vi điện tử quét

PDF

powder diffraction file – thẻ file nhiễu xạ bột tinh thể

DTA

differential thermal analysis - phân tích nhiệt vi sai

TG

thermogravimetry - phân tích nhiệt trọng lƣợng

BET

phân tích diện tích bề mặt riêng bằng phƣơng pháp BrunauerEmmet-Teller

BHKS

Biểu hiện khoáng sản

TNDB

Tài nguyên dự báo

Mẫu M1

Mẫu quặng ban đầu

Mẫu M2

Mẫu quặng trộn 7% than

Mẫu M3

Mẫu quặng trộn 10% than

Mẫu M4

Mẫu quặng trộn 15% than

Mẫu M5

Mẫu quặng trộn 20% than

BF

Blast Furnace – Lò cao

EAF

Electric Arc Furnace – Lò điện hồ quang

BOF

Bassic Oxygen Furnace – Lò thổi oxy

Đ.V.T.Y

Đơn vị tùy ý

P500

Mẫu nung ô-xy hóa ở 500 °C

P1200

Mẫu nung ô-xy hóa ở 1200 °C

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thống kê trữ lƣợng và tài nguyên khoáng sản quặng sắt của tỉnh Cao Bằng .......... 8
Bảng 1.2. Thống kê tình hình chế biến quặng sắt của các cơ sở sản xuất.................... 9
Bảng 1.3. Bảng tổng hợp hoàn nguyên quặng viên bằng các-bon rắn [42] ............... 15
Bảng 3.1. Thành phần khoáng vật trong mẫu quặng sắt ban đầu (%) ........................ 45
Bảng 3.2 Thành phần hóa học của mẫu quặng sắt Nà Rụa Cao Bằng ....................... 46
Bảng 3.3. Kết quả phân tích thành phần khoáng vật trong mẫu quặng sắt nung ở nhiệt
độ 1200 °C trong 2h ................................................................................................... 46

Bảng 3.4. Kết quả phân tích mẫu các-bon rắn............................................................ 47
Bảng 3.5. Các chế độ nhiệt độ và thời gian thực hiện nung mẫu viên quặng ............ 48
Bảng 3.6. Nhiệt độ nóng chảy một số kim loại kiềm và hợp chất của chúng ............ 53
Bảng 3.7. Nhiệt độ nóng chảy của một số hợp chất hóa học ..................................... 53
Bảng 3.8. Sự thay đổi kích thƣớc mẫu từ phép đo sử dụng thiết bị hiển vi nhiệt độ cao 56
Bảng 3.9. Các chế độ nung mẫu viên quặng .............................................................. 60
Bảng 3.10. Độ bền nén của viên quặng sau khi nung ................................................ 61
Bảng 3.11. Thành phần khoáng vật của mẫu quặng viên sau khi nung ở nhiệt độ khác
nhau ............................................................................................................................ 65
Bảng 3.12. Kết quả đo mẫu viên quặng bằng phƣơng pháp đo hấp phụ .................... 65
Bảng 4.1. Hằng số tốc độ phản ứng quặng viên P1200 từ mô hình 1  (1 

f )1 3  kt ..

82

Bảng 4.2. Hằng số tốc độ phản ứng quặng viên P1200 từ mô hình
1

2
f  (1  f ) 2/3  kt ................................................................................................... 82
3

Bảng 4.3. Hằng số tốc độ phản ứng quặng viên P500 từ mô hình 1  (1 

f )1 3  kt ....

83

Bảng 4.4. Hằng số tốc độ phản ứng quặng viên P500 từ mô hình 1  2 f  (1  f )2/3  kt

3

.................................................................................................................................... 83
Bảng 4.5. Năng lƣợng hoạt hóa từ mô hình 1  2 f  (1  f )2/3  kt ............................. 86
3

Bảng 4.6. Thành phần nguyên tố từ phổ EDX ở các vị trí trên Hình 4.42 ............... 104
Bảng 4.7. Thành phần nguyên tố từ phổ EDX ở các vị trí trên Hình 4.45 ............... 107
Bảng 4.8. Thành phần nguyên tố từ phổ EDX ở các vị trí Hình 4.47 ...................... 109
vii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Kích thƣớc tƣơng đối của anion ô-xy O2- là 0,136 nm, cation Fe2+ là 0,078
nm và cation Fe3+ là 0,065 nm. ..................................................................................... 4
Hình 1.2. Cấu trúc của ê-ma-tít hợp thức, trong đó hai lớp tuần tự (AB…) của anion ôxy (quả cầu màu xanh), cation sắt (quả cầu màu đỏ) trong khối bát diện, minh họa từ
Klein [5]. ....................................................................................................................... 4
Hình 1.3. Các lớp nguyên tử của ma-nhê-tít sắp xếp trên mặt (111), trong đó quả cầu
màu xanh là các anion ô-xy và các cation sắt Fe2+ và Fe3+ nằm trong khối tứ diện và
bát diện, minh họa dựa theo Leinl [5, 6]. ..................................................................... 5
Hình 1.4. Cấu trúc mạng tinh thể vu-tít hợp thức. Minh họa theo Waychunas [1] ...... 6
Hình 1.5. Hoàn nguyên đơn tinh thể ê-ma-tít và ma-nhê-tít theo mức độ ô-xy hóa manhê-tít thành ê-ma-tít [37]. ......................................................................................... 13
Hình 2.1. Minh họa định hƣớng ƣu tiên của các ô-xít sắt vu-tít và ma-nhê-tít .......... 19
Hình 2.2. Sự tƣơng thích và phƣơng mạng của ma-nhê-tít sau khi hoàn nguyên đến
bề mặt của ê-ma-tít cùng tỷ lệ thể tích ô mạng tính toán đƣợc. ................................. 20
Hình 2.3. Lớp màng nguyên tử và phƣơng mạng của sắt trên mặt vu-tít (100) [20]. 20
Hình 2.4. Sự phụ thuộc nhiệt độ và thế ô-xy của các ô-xít, theo Richardson và Jeffes [3,
8-12]. ........................................................................................................................... 23
Hình 2.5. Giản đồ Fe – Fe3C [8, 10, 13-15], đƣờng gạch tƣơng ứng với hệ ổn định,
đƣờng liền nét tƣơng ứng với hệ giả ổn. .................................................................... 25

Hình 2.6. Giản đồ Baur – Glaessner theo đƣờng cong Boudoard [9, 10, 12, 16]. ..... 26
Hình 2.7. Giản đồ Baur – Glaessner cho hỗn hợp khí [9, 10, 12, 16]. ....................... 27
Hình 2.8. Giản đồ pha Fe – O, theo Darken và Furry [10, 12, 16]. ........................... 29
Hình 2.9. Áp suất ô-xy ở trạng thái cân bằng với sắt ................................................. 30
Hình 2.10. Hệ Fe – Fe2O3 – SiO2 ở 900 °C, ví dụ về các đƣờng hoàn nguyên [16]. . 31
Hình 2.11. Một số quá trình hoàn nguyên trên giản đồ pha .............................................. 32
Hình 2.12.(a) Mô hình hoàn nguyên quặng ê-ma-tít và (b)mô hình lõi co của phản
ứng hoàn nguyên vu-tít thành sắt [62]. ....................................................................... 34
Hình 2.13. Sơ đồ biểu diễn cơ chế hoàn nguyên trong quặng xốp [22, 26]. .............. 38
Hình 2.14. Mối liên quan giữa mức độ hoàn nguyên ô-xít sắt (III) ........................... 39
viii


Hình 2.15. Hoàn nguyên ê-ma-tít thành ma-nhê-tít. .................................................. 40
Hình 2.16. (a) Sự phụ thuộc nhiệt độ của hằng số tốc độ phản ứng hoàn nguyên vutít; (b) Năng lƣợng hoạt hóa của phản ứng hoàn nguyên [27]. .................................. 43
Hình 3.1.Quy trình chuẩn bị mẫu thí nghiệm với mẫu quặng vê viên ....................... 47
Hình 3.2 Giản đồ nhiệt lý mẫu S1 (a) đƣờng nung nóng và (b) đƣờng làm nguội của
mẫu quặng sắt Nà Rụa kiểm tra ở nhiệt độ 1300 °C. ................................................. 53
Hình 3.3. Giản đồ nhiệt lý mẫu S2 (a) đƣờng nung nóng và (b) đƣờng làm nguội của
mẫu quặng sắt Nà Rụa trộn 20% các-bon rắn đƣợc kiểm tra ở nhiệt độ 1300 °C. .... 54
Hình 3.4. Ảnh mẫu hiển vi nhiệt độ cao tại nhiệt độ 900 °C. .................................... 56
Hình 3.5. Sự thay đổi diện tích của mẫu M1 theo nhiệt độ. ....................................... 57
Hình 3.6. Sự thay đổi diện tích của mẫu M2 theo nhiệt độ. ....................................... 57
Hình 3.7. Sự thay đổi diện tích của mẫu M3 theo nhiệt độ. ....................................... 58
Hình 3.8. Sự thay đổi diện tích của mẫu M4 theo nhiệt độ. ....................................... 58
Hình 3.9. Sự thay đổi diện tích của mẫu M5 theo nhiệt độ. ....................................... 58
Hình 3.10. Sự thay đổi của nhiệt độ biến mềm của các mẫu M1-M5. ....................... 58
Hình 3.11. Ảnh hƣởng của nhiệt độ và thời gian nung đến độ bền của quặng viên. . 60
Hình 3.12. Ảnh SEM mặt vỡ mẫu quặng viên nung ô-xy hóa ở (a) 500 °C; (b) 900
°C; (c) 1000 °C; (d) 1100 °C; và (e) 1200 °C trong 2h .............................................. 62

Hình 3.13. Phổ nhiễu xạ rơnghen của các mẫu (a) quặng viên ban đầu, nung ô-xy hóa
.................................................................................................................................... 64
Hình 3.14. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến bề mặt riêng, thể tích và bán kính lỗ xốp. .. 66
Hình 3.15. Ảnh SEM của mẫu quặng vê viên ở 1200 °C trong 2h. ........................... 67
Hình 3.16. Hình thái hạt quặng và phổ EDX theo đƣờng của mẫu ở 1200 °C, 2h. ... 68
Hình 3.17. Giản đồ đo thể tích lỗ xốp của mẫu quặng viên nung ô-xy hóa ở 1200 °C.
.................................................................................................................................... 69
Hình 3.18. Giản đồ đo thể tích lỗ xốp của mẫu quặng viên nung ô-xy hóa ở 500 °C.69
Hình 3.19. Giản đồ giãn nở nhiệt của mẫu nung ô-xy hóa ở 1200 °C trong 2h. ........ 70
Hình 3.20. Giản đồ giãn nở nhiệt của mẫu nung ô-xy hóa ở 500 °C trong 2h. .......... 70
Hình 4.1. Các dây chuyền công nghệ luyện gang-thép chính. ................................... 72
Hình 4.2. Sơ đồ quy trình hoàn nguyên bằng khí CO với mẫu quặng viên P500 và
P1200 .......................................................................................................................... 73
ix


Hình 4.3. Sơ đồ quy trình hoàn nguyên bằng các-bon rắn ......................................... 74
Hình 4.4. Đồ thị mức độ hoàn nguyên quặng viên P1200 hệ 60 % CO + 40 % Ar. .. 76
Hình 4.5. Đồ thị mức độ hoàn nguyên quặng viên P1200 hệ 80 % CO + 20 % Ar. .. 76
Hình 4.6. Đồ thị mức độ hoàn nguyên quặng viên P1200 hệ 100 % CO. .................. 76
Hình 4.7. Đồ thị mức độ hoàn nguyên quặng viên P1200 các-bon rắn...................... 76
Hình 4.8. Đồ thị mức độ hoàn nguyên quặng viên P500 hệ 60 % CO + 40 % Ar. .... 77
Hình 4.9. Đồ thị mức độ hoàn nguyên quặng viên P500 hệ 80 % CO + 20 % Ar..... 77
Hình 4.10. Đồ thị mức độ hoàn nguyên quặng viên P500 hệ 100 % CO. .................. 78
Hình 4.11. Đồ thị biểu thị mức độ hoàn nguyên quặng viên P500 bằng các-bon rắn 78
Hình 4.12. Đồ thị

1  (1  f )1 3

theo thời gian của phản ứng hoàn nguyên quặng viên

P1200 với 60 % CO + 40 % Ar. ................................................................................. 79
Hình 4.13. Đồ thị

1  (1  f )1 3

theo thời gian của phản ứng hoàn nguyên quặng viên

P1200 với 80 % CO + 20 % Ar. ................................................................................. 79
Hình 4.14. Đồ thị

1  (1  f )1 3

theo thời gian của phản ứng hoàn nguyên quặng viên

P1200 với 100 % CO. ................................................................................................. 79
Hình 4.15. Đồ thị

1  (1  f )1 3

theo thời gian của phản ứng hoàn nguyên quặng viên

P1200 bằng các-bon rắn. ............................................................................................ 79
Hình 4.16. Đồ thị 1  2 f  (1  f )2/3  kt theo thời gian của phản ứng hoàn nguyên
3

quặng viên P1200 với 60 % CO + 40 % Ar. .............................................................. 79
Hình 4.17. Đồ thị 1  2 f  (1  f )2/3  kt theo thời gian của phản ứng hoàn nguyên
3

quặng viên P1200 với 80 % CO + 20 % Ar. .............................................................. 79
Hình 4.18. Đồ thị 1  2 f  (1  f )2/3  kt theo thời gian của phản ứng hoàn nguyên
3

quặng viên P1200 với 100% CO. ............................................................................... 80
Hình 4.19. Đồ thị 1  2 f  (1  f )2/3  kt theo thời gian của phản ứng hoàn nguyên
3

quặng viên P1200 bằng các-bon rắn ........................................................................... 80
Hình 4.20. Đồ thị

1  (1  f )1 3

theo thời gian của phản ứng hoàn nguyên quặng viên

P500 với 60% CO + 40% Ar. ..................................................................................... 80
Hình 4.21. Đồ thị

1  (1  f )1 3

theo thời...................................................................... 80
x


Hình 4.22. Đồ thị

1  (1  f )1 3

theo thời gian của phản ứng hoàn nguyên quặng viên

P500 với 100% CO. .................................................................................................... 81
Hình 4.23. Đồ thị

1  (1  f )1 3

theo thời gian của phản ứng hoàn nguyên quặng viên

P500 bằng các-bon rắn. .............................................................................................. 81
Hình 4.24. Đồ thị 1  2 f  (1  f )2/3  kt ...................................................................... 81
3

Hình 4.25. Đồ thị 1  2 f  (1  f )2/3  kt theo thời gian của phản ứng hoàn nguyên
3

quặng viên P500 với 80% CO + 20% Ar. .................................................................. 81
Hình 4.26. Đồ thị 1  2 f  (1  f )2/3  kt theo thời gian của phản ứng hoàn nguyên
3

quặng viên P500 với 100% CO. ................................................................................. 82
Hình 4.27. Đồ thị 1  2 f  (1  f )2/3  kt ...................................................................... 82
3

Hình 4.28. Năng lƣợng hoạt hóa của quá trình hoàn nguyên quặng viên P1200 từ mô
hình 1  2 f  (1  f )2/3  kt ........................................................................................... 86
3

Hình 4.29. Năng lƣợng hoạt hóa của quá trình hoàn nguyên quặng viên P500 từ mô
hình 1  2 f  (1  f )2/3  kt ........................................................................................... 86
3

Hình 4.30. Giản đồ nhiễu xạ rơnghen mẫu quặng viên P1200 hoàn nguyên bằng 60%
CO + 40% Ar tại 1100 °C trong (a) 20, (b) 30, (c) 40, (d) 60 và (e) 90 phút. ........... 89
Hình 4.31. Giản đồ nhiễu xạ rơnghen mẫu quặng viên P1200 hoàn nguyên bằng 80%
CO + 20% Ar tại 1100 °C trong (a) 20, (b) 30, (c) 40, (d) 60 và (e) 90 phút. ........... 90
Hình 4.32. Giản đồ nhiễu xạ rơnghen mẫu quặng viên P1200 hoàn nguyên bằng
100% CO tại 1100 °C trong (a) 20, (b) 30, (c) 40, (d) 60 và (e) 90 phút. .................. 91
Hình 4.33. Hàm lƣợng các pha trong mẫu quặng viên P1200 hoàn nguyên ở thời gian
khác nhau (a) 60% CO + 40% Ar; (b) 80% CO + 20% Ar và (c) 100% CO, ............ 92
Hình 4.34. Giản đồ nhiễu xạ rơnghen mẫu quặng viên P1200 hoàn nguyên bằng cácbon rắn tại các giá trị mức độ hoàn nguyên R là (a) 18%, (b) 39%, (c) 60% và (d)
95%. ............................................................................................................................ 94
Hình 4.35. Thành phần pha ở các mức độ hoàn nguyên khác nhau sử dụng các-bon
rắn ............................................................................................................................... 95
xi


Hình 4.36. Giản đồ nhiễu xạ rơnghen mẫu quặng viên P500 hoàn nguyên bằng 60%
CO + 40% Ar tại 1100 °C trong (a) 20, (b) 30, (c) 40, (d) 60 và (e) 90 phút. ........... 97
Hình 4.37. Giản đồ nhiễu xạ rơnghen mẫu quặng viên P500 hoàn nguyên bằng 80%
CO + 20% Ar tại 1100 °C trong (a) 20, (b) 30, (c) 40, (d) 60 và (e) 90 phút. ........... 98
Hình 4.38. Giản đồ nhiễu xạ rơnghen mẫu quặng viên P500 hoàn nguyên bằng
100%CO tại 1100 °C trong (a) 20, (b) 30, (c) 40, (d) 60 và (e) 90 phút. ................... 99
Hình 4.39. Hàm lƣợng các pha trong mẫu quặng viên P500 hoàn nguyên ở thời gian
khác nhau (a) 60% CO + 40% Ar; (b) 80% CO + 20% Ar và (c) 100% CO ........... 100
Hình 4.40. Giản đồ phân tích rơnghen mẫu quặng viên P500 đƣợc hoàn nguyên bằng
các-bon rắn tại các giá trị mức độ hoàn nguyên R là (a) 13%, (b) 47%, (c) 64% và (d)
96%. .......................................................................................................................... 102
Hình 4.41. Thành phần pha của mẫu quặng viên P500 ở các mức độ hoàn nguyên
khác nhau sử dụng các-bon rắn. ............................................................................... 103
Hình 4.42. Ảnh SEM mặt vỡ mẫu quặng viên P1200 và các vị trí lấy mẫu phổ EDX.
.................................................................................................................................. 104

Hình 4.43. Phổ EDX mẫu P1200 với các vị trí phổ trên Hình 4.42 ......................... 104
Hình 4.44. Ảnh SEM mẫu (a, c) P500, 57% R và (b, d) P1200, 51% R hoàn nguyên
.................................................................................................................................. 106
Hình 4.45. Các vị trí lấy phổ EDX của các mẫu quặng viên (a, c) P500, 57% R và (b,
d) P1200, 51% R hoàn nguyên bằng 80% khí CO tại 1000 °C trong 20 phút. ........ 107
Hình 4.46. Ảnh SEM mẫu P1200 tại mức độ hoàn nguyên 39%R. ......................... 108
Hình 4.47. Các vị trí lấy phổ EDX mẫu P1200 hoàn nguyên tại R = 39% .............. 109
Hình 4.48. Ảnh SEM mẫu P1200 tại mức độ hoàn nguyên 60% R phút (a, c) tại rìa
ngoài và (b,d) tại phần bên trong mẫu. ..................................................................... 110
Hình 4.49. Ảnh SEM mẫu P500 tại mức độ hoàn nguyên 64% R (a, c) tại rìa ngoài và
(b,d) tại phần bên trong mẫu..................................................................................... 111
Hình 4.50. Mật độ rỗ xốp của của mẫu hoàn nguyên tại 1050 °C trong 90 phút của
mẫu quặng viên (a, c) P1200 và (b, d) P500. ........................................................... 112

xii


MỞ ĐẦU
Tỉnh Cao Bằng có nguồn tài nguyên khoáng sản kim loại khá phong phú, bao
gồm các loại quặng: magan, sắt, thiếc, vonfram, chì-kẽm, uran, antimon, nhôm…,
trong đó đáng chú ý là nguồn quặng sắt.
Theo các tài liệu điều tra địa chất, ở địa phƣơng này có tổng trữ lƣợng của
các mỏ sắt khoáng sản và biểu hiện khoáng sản là trên 44 triệu tấn quặng. Hiện nay
đã có 3 mỏ đƣợc thăm dò: Ngƣờm Cháng, Nà Lũng, Nà Rụa. Các mỏ này cũng đã
bƣớc đầu đƣơc khai thác để cung cấp làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất sắt xốp
và luyện gang, nhằm phục vụ cho việc phát triển công nghiệp của tỉnh nhà.
Tuy nhiên, trong quá trình khai thác và sử dụng nguyên liệu quặng sắt, ngoài
thuận lợi mỏ lộ thiên và gần đƣờng giao thông, còn gặp khó khăn do phần lớn
quặng sắt ở dạng vụn và chƣa nắm đƣợc bản chất của nó, vì vậy gặp rất nhiều khó
khăn trong vận hành sản xuất, dẫn đến cần phải có sự tìm hiểu kỹ về nguyên liệu.

Cho đến nay, ở nƣớc ta cũng đã có một số nghiên cứu về quặng sắt Cao
Bằng, song chỉ là tập chung khảo sát và đánh giá trữ lƣợng các vùng mỏ mà thôi.
Vấn đề nghiên cứu về tính chất luyện kim của quặng sắt để đƣa ra một quy trình
công nghệ phù hợp cho việc lựa chọn nguyên liệu đầu vào cho các công nghệ sản
xuất sắt xốp và gang lò cao hiện còn bỏ ngỏ. Chính vì vậy tác giả đã quyết định
chọn đề tài luận án: “Nghiên cứu tính chất luyện kim và khả năng ứng dụng
quặng sắt Cao Bằng” cùng với việc chọn một đối tƣợng mỏ cụ thể có tính tiêu biểu
để nghiên cứu trong số các mỏ quặng sắt ở Cao Bằng.

 Mục tiêu của luận án
- Nghiên cứu tính chất luyện kim của quặng sắt Nà Rụa - Cao Bằng
- Xác định khả năng ứng dụng công nghệ hoàn nguyên quặng viên trong các
nhà máy sử dụng quặng sắt Nà Rụa - Cao Bằng làm nguyên liệu đầu vào sản xuất
sắt xốp và luyện gang lò cao.

 Nội dung nghiên cứu
1. Khảo sát đánh giá về quặng sắt Nà Rụa Cao Bằng. Nghiên cứu các đặc tính
của quặng sắt và quặng viên.
1


2. Nghiên cứu quá trình hoàn nguyên quặng viên sử dụng khí hoàn nguyên CO
và các-bon rắn. Nghiên cứu động học phản ứng hoàn nguyên dựa trên các
mô hình lý thuyết, xây dựng đồ thị thực nghiệm xác định hằng số tốc độ
phản ứng và năng lƣợng hoạt hóa.
3. Phân tích sự chuyển biến pha trong quá trình hoàn nguyên và xác định hàm
lƣợng pha theo các bƣớc phản ứng Fe2O3

Fe3O4

FeO

Fe. Quan sát ảnh

tổ chức vi mô và thành phần nguyên tố của các mẫu với các mức độ hoàn
nguyên khác nhau.

 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a. Đối tượng nghiên cứu
Quặng sắt tại mỏ Nà Rụa Cao Bằng có hàm lƣợng sắt từ 55-70 % với trữ lƣợng
hơn 18 triệu tấn chiếm khoảng 40% tổng trữ lƣợng quặng sắt toàn tỉnh Cao Bằng
đƣợc chọn là đối tƣợng nghiên cứu cho luận án.
b. Phạm vi nghiên cứu
Luận án nghiên cứu các đặc tính của quặng sắt Nà Rụa Cao Bằng và quặng
cầu viên. Nghiên cứu quá trình hoàn nguyên đối với mẫu quặng viên sử dụng khí
hoàn nguyên CO và các-bon rắn.

 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn luận án
a. Ý nghĩa khoa học
 Sử dụng có hiệu quả đồng thời các phƣơng pháp phân tích vật liệu xác định
đặc tính quặng sắt và quặng viên.
 Kết hợp mô hình động học lý thuyết với số liệu thực nghiệm, xây dựng đồ thị
xác định hằng số tốc độ phản ứng và tính năng lƣợng hoạt hóa của quặng
viên ô-xy hóa ở 1200 và 500 °C sử dụng khí CO và các-bon rắn.
 Sử dụng phƣơng pháp nhiễu xạ rơnghen xác định sự thay đổi các pha và tỷ
phần pha làm sáng tỏ quá trình hoàn nguyên của quặng viên.
 Nghiên cứu các tính chất tổng thể của quặng viên làm cơ sở trong việc định
hƣớng sử dụng nguyên liệu cho công nghệ hoàn nguyên trực tiếp hoặc luyện
gang lò cao.
2

b. Ý nghĩa thực tiễn
Với trữ lƣợng quặng sắt đƣợc dự báo hơn 44 triệu tấn, đề tài nghiên cứu tính
chất luyện kim của quặng sắt Nà Rụa Cao Bằng là cấp bách và mang tính thực tiễn cao.
Lần đầu tiên ở Việt Nam đây là công trình nghiên cứu chi tiết về tính chất
luyện kim của quặng sắt Nà Rụa Cao Bằng với mục đích tìm ra các thông số công
nghệ trong quá trình nung ô-xy hóa quặng sắt và hoàn nguyên quặng viên.
Kết quả nghiên cứu của luận án có thể áp dụng cho các cơ sở sản xuất sử
dụng quặng sắt Nà Rụa Cao Bằng làm nguyên liệu đầu cho nhà máy sản xuất sắt
xốp và nhà máy luyện gang lò cao.

 Các đóng góp mới của luận án
1. Đây là công trình nghiên cứu cơ bản đầu tiên về tính chất luyện kim của
quặng sắt Cao Bằng ở Việt Nam.
2. Đã xác định sự ảnh hƣởng của nhiệt độ và thời gian nung đến cấu trúc và
chất lƣợng quặng cầu viên.
3. Sử dụng phƣơng pháp nhiễu xạ rơnghen xác định sự thay đổi các pha và tỷ
phần pha trong quá trình hoàn nguyên quặng viên khẳng định cơ chế hoàn
nguyên là ê-ma-tít  ma-nhê-tít  vu-tít  sắt nguyên chất.
4. Nghiên cứu động học hoàn nguyên, xác định hằng số tốc độ phản ứng và
năng lƣợng hoạt hóa của mẫu quặng viên P1200 và P500 sử dụng khí hoàn
nguyên khí CO và các-bon rắn. Đề suất việc sử dụng quặng viên làm nguyên
liệu đầu vào cho lò cao và sản xuất sắt xốp.

 Kết cấu của luận án
Ngoài phần mở đầu và các mục theo quy định, luận án đƣợc trình bày trong 4
chƣơng, cụ thể nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết

Chƣơng 3: Nghiên cứu đặc tính quặng sắt và quặng viên
Chƣơng 4. Nghiên cứu hoàn nguyên quặng viên
Kết luận chung của luận án và kiến nghị
Danh mục các công trình đã công bố của luận án
Tài liệu tham khảo
3


Chương 1 TỔNG QUAN
1.1. Tính chất của các ô-xít sắt
Đối với tập hợp khoáng vật giàu sắt (Fe), hiện nay ở nƣớc ta quy ƣớc khi
hàm lƣợng sắt chứa trong hợp phần chiếm từ 17% trở lên thì đƣợc gọi là quặng sắt,
nếu hàm lƣợng này nhỏ hơn 17% thì gọi là nguyên liệu khoáng. Trong tự nhiên
quặng sắt có nhiều loại khác nhau, thành phần chính gồm 1 số loại ô-xít sắt trong đó
sắt ở dạng hóa trị 2 và 3 (Fe2+, Fe3+). Các loại ô-xít sắt xếp theo thứ tự mức độ ô-xy
hóa giảm dần là: ê-ma-tít (Fe2O3), ma-nhê-tít (Fe3O4) và vu-tít (FeO) [1-4]. Ion O2-,
Fe2+ và Fe3+ có đƣờng kính khác nhau (Hình 1.1). Trong mạng tinh thể của ô-xy,
các ion Fe2+ và Fe3+ nằm ở vị trí lỗ trống tứ diện hoặc bát diện.

Hình 1.1. Kích thước tương đối của anion ô-xy O2- là 0,136 nm, cation Fe2+ là 0,078 nm và
cation Fe3+ là 0,065 nm.

1.1.1. Ê-ma-tít
Ê-ma-tít có cấu trúc khối hình thoi dựa trên chuỗi hình lục giác xếp chặt xếp
chồng lên nhau của các ion ô-xy(ABAB…) trong đó có cation sắt có hóa trị 3 đƣợc
đặt giữa các khối hình thoi trong ê-ma-tít hợp thức (Hình 1.2) [5-7]. Dạng ê-ma-tít
không hợp thức thƣờng tồn tại khi thiếu anion, khi cân bằng điện tích đƣợc bù trừ
với các cation sắt hóa trị hai thay vì cation sắt hóa trị.

Hình 1.2. Cấu trúc của ê-ma-tít hợp thức, trong đó hai lớp tuần tự (AB…) của anion ô-xy (quả

cầu màu xanh), cation sắt (quả cầu màu đỏ) trong khối bát diện, minh họa từ Klein [5].
4


Trong thực tế ê-ma-tít tồn tại ở 2 dạng:
(a) α – Fe2O3: cấu trúc mạng tinh thể lục giác.
(b) γ – Fe2O3: cấu trúc mạng tinh thể lập phƣơng; chỉ hình thành dƣới điều
kiện đặc biệt ở dƣới khoảng nhiệt độ 400÷500 °C.
1.1.2. Ma-nhê-tít
Ma-nhê-tít là một khoáng vật sắt từ có công thức hóa học Fe3O4 thƣờng đƣợc
xem là tập hợp của Vu-tít và ê-ma-tít. Ma-nhê-tít có cấu trúc tinh thể lập phƣơng
tâm mặt gồm 3 lớp khác nhau của anion ô-xy (ABCABC…) trong đó các ion sắt
hóa trị hai và hóa trị ba có bán kính ion nhỏ hơn phân bố trong mạng của ô-xy ở các
vị trí tứ diện và bát diện (Hình 1.3) [5, 6]. Ma-nhê-tít hợp thức có chứa 2/3 các ion
sắt hóa trị 3 và 1/3 các ion sắt hóa trị hai. Dạng không hợp thức tồn tại khi thiếu các
cation khi cân bằng điện tích đƣợc bù bằng các cation sắt hóa trị 3.

Hình 1.3. Các lớp nguyên tử của ma-nhê-tít sắp xếp trên mặt (111), trong đó quả cầu màu
xanh là các anion ô-xy và các cation sắt Fe2+ và Fe3+ nằm trong khối tứ diện và bát diện,
minh họa dựa theo Leinl [5, 6].

Trong quá trình chuyển biến từ ê-ma-tít thành ma-nhê-tít, cấu trúc biến đổi từ
mạng tinh thể lục giác thành mạng tinh thể lập phƣơng làm tăng thể tích, tăng độ
xốp tăng và gây nứt. Trong thực tế, quá trình hoàn nguyên của ê-ma-tít sinh ra sản
5


phẩm xốp và diện tích bề mặt lớn hơn do đó làm cho mức độ hoàn nguyên của êma-tít cao hơn ma-nhê-tít.
1.1.3. Vu-tít
Vu-tít có cấu trúc tinh thể theo kiểu NaCl. Mỗi ion Fe2+ đƣợc phối trí bởi 6

ion O2- và mỗi ion O2- đƣợc phối trí bởi 6 ion Fe2+. Các ion Fe

2+

nằm lỗ trống bát

diện tạo nên bởi các ion O2- trong khi các lỗ trống tứ diện không có ion Fe2+ (Hình
1.4). Thành phần không hợp thức (FeO1,05 hoặc Fe0.95O) tồn tại khi thiếu cation dẫn
đến một cặp cation Fe2+/Fe3+ ở vị trí lỗ trống. Các cation Fe3+ đƣợc định vị nằm
giữa khối tứ diện.

Hình 1.4. Cấu trúc mạng tinh thể vu-tít hợp thức. Minh họa theo Waychunas [1]

1.2. Các chỉ tiêu đánh giá về chất lượng quặng sắt cho ngành
luyện kim
1.2.1. Thành phần hoá học và tính ổn định
Thành phần hoá học của quặng đƣợc quan tâm đầu tiên là hàm lƣợng sắt,
quặng sắt có hàm lƣợng cao thì hiệu quả luyện gang càng cao. Khi hàm lƣợng sắt
trong quặng đạt trên 60%, là quặng giàu sắt, quặng trung bình từ 50 ÷ 60%, dƣới
50% là quặng nghèo sắt. Quặng sắt đƣa vào lò cao đòi hỏi thành phần hoá học phải
ổn định để đảm bảo cho việc vận hành lò thuận lợi và chất lƣợng của gang cũng nhƣ
năng suất của lò. Trong thực tế thành phần hoá học của quặng sắt rất không ổn định,
do vậy công tác chuẩn bị liệu là hết sức cần thiết. Biện pháp chung hoà quặng và
tính toán phối liệu lò cao phải đảm bảo cho tỷ lệ Mn/Fe; P/Fe thích hợp và hàm
lƣợng Fe; SiO2; Al2O3... có độ dao động không đƣợc quá 0,5%.

6


1.2.2. Tính hoàn nguyên của quặng sắt

Trong luyện gang lò cao, tính hoàn nguyên của quặng quyết định hiệu suất
tiêu hao nhiên liệu và năng suất của lò cao. Tính hoàn nguyên của quặng càng cao
thì hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của lò càng lớn. Tính hoàn nguyên của quặng phụ
thuộc vào thành phần, cấu trúc của khoáng chất, độ xốp của quặng do vậy cần phải
nghiên cứu chi tiết.
1.2.3. Nhiệt độ biến mềm và khoảng biến mềm
Tính biến mềm của quặng quyết định trắc đồ lò cao, nhiệt độ bắt đầu biến
mềm và khoảng biến mềm của quặng ảnh hƣởng đến độ thông khí của cột vật liệu
trong lò, ảnh hƣởng đến quá trình tạo xỉ và mức độ hoàn nguyên gián tiếp của các
vật liệu phụ. Tính biến mềm của quặng luôn phù hợp với khí động học trong lò nên
tiết kiệm đƣợc nhiên liệu và nâng cao năng suất của lò cao và ngƣợc lại. Tính biến
mềm phụ thuộc vào cấu trúc và thành phần khoáng vật của quặng.
Ngoài các chỉ tiêu trên các chỉ tiêu về độ xốp, độ bền, tỷ trọng và hàm lƣợng
nƣớc hyđrat trong quặng đều có ảnh hƣởng đến quá trình luyện gang và hiệu quả
kinh tế khi luyện gang lò cao.

1.3. Đặc điểm nguồn nguyên liệu quặng sắt Cao Bằng
Kết quả điều tra, tìm kiếm, đánh giá và thăm dò đã xác định đƣợc 5 mỏ khoáng,
17 biểu hiện khoáng sản. Các thành tạo magma thuộc phức hệ Cao Bằng có thành phần
là gabro, congadiabas, granophyr. Các thân quặng nằm trong đới tiếp xúc giữa đá vôi với
đá xâm nhập, đi xa ranh giới tiếp xúc thân quặng. Thân quặng chủ yếu dạng ổ, thấu kính
dài từ 100÷500m, rộng 20÷70m độ sâu thành tạo các thân quặng từ 100÷200m, lớn nhất
là trên 300m (mỏ Nà Rụa), bề dày thân quặng từ 1÷25m, ổ lớn nhất có bề dày 30÷50m.
Mỗi mỏ có từ 1 đến 3 thân quặng. Quặng có cấu tạo dạng khối, đặc sít với thành phần
chính là ma-nhê-tít với hàm lƣợng sắt đạt từ 55% đến 70%.
Với tài nguyên khoáng sản hiện có Cao Bằng (Bảng 1.1) đang đẩy mạnh các
điều kiện để ngành công nghiệp khai thác và chế biến khoáng sản trở thành một
trong những ngành mũi nhọn trong phát triển nền kinh tế của tỉnh nhà. Việc chế
biến quặng sắt tại Cao Bằng đã đƣợc tiến hành từ khá lâu tuy nhiên mức độ còn hạn
7

chế. Công nghiệp gang thép Cao Bằng cho thấy có lợi thế là nguyên liệu quặng sắt,
trợ dung đá vôi và dolomi. Tuy nhiên còn phụ thuộc vào bên ngoài là thiết bị, than
cốc, công nghệ. Hiện tại trên địa bàn tỉnh Cao Bằng đã có 06 cơ sở luyện gang và
sản xuất sắt xốp. Các lò cao luyện gang phần lớn là các lò cao nhỏ (Bảng 1.2). Trình
độ công nghệ không đồng đều của các cơ sở sản xuất làm chất lƣợng sản phẩm chƣa
cao và ít chủng loại. Với những tiềm năng khoáng sản hiện có và tình hình ngành
công nghiệp chế biến khoáng sản hiện nay đang còn gặp nhiều khó khăn đặc biệt về
công nghệ và nghiên cứu tính chất luyện kim quặng sắt Cao Bằng.
Bảng 1.1. Thống kê trữ lượng và tài nguyên khoáng sản quặng sắt của tỉnh Cao Bằng
(Nguồn: Báo cáo tổng kết đánh giá trình độ công nghệ chế biến khoáng sản kim
loại của tỉnh Cao Bằng của Viện khoa học và công nghệ mỏ-luyện kim)
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

17

Mỏ khoáng,
BHKS
Nà Rụa
Quốc Khánh
Nà Lủng
Ngƣờm Cháng
Bó Nình
Bản Chang
Boong Quang
Tà Phình
Cao Lù
Khuổi Tông
Lũng Luông
Bó Lếch
Làng Chạng
Bản Nùng
Bản Ho
Nà Mè -Hào Lịch
Khuổi Mạn
Tổng

Trữ lƣợng (tấn)
121 (A+B)

122 (C1)

2.849.503

13.858.033

667.000
769.800

880.000
1.085.640

Tài nguyên dự báo
(tấn)
333 C2
334a (P1)
2.020.818
1.019.000
940.860
600.000
86.000

1.009.497
320.650

18.728.354
20.000
3.579.000
2.796.300
600.000
86.000
2.900.000
600.000
1.074.600

1.1142.091
3.048.576
949.572
700.000
6.700.000
500.000
1.009.497
350.650

17.228.748

44.754.190

20.000
1013.000

2.900.000
600.000
1.074.600
1.142.091
3.048.576
949.572
700.000
6.700.000
500.000

4.286.303

15.823.673

7.416.450

Tổng TL và
TNDB (tấn)

Cho đến nay chƣa có một công trình nghiên cứu đối với nguồn quặng sắt của
tỉnh Cao Bằng. Vấn đề nghiên cứu các đặc trƣng về khoáng vật, quy trình làm giàu
và tính chất hoàn nguyên của quặng sắt cần đƣợc thực hiện và mang một ý nghĩa
khoa học và thực tiễn. Đặc biệt nhà máy sản xuất sắt xốp MIREX đã đƣợc đầu tƣ
8


xây dựng dựa trên quy trình công nghệ sử dụng than làm chất hoàn nguyên. Công
nghệ này tuy đơn giản nhƣng có nhiều vấn đề nảy sinh về mức độ ổn định khi vận
hành và chất lƣợng của sắt xốp. Chất lƣợng sắt xốp cần đƣợc nghiên cứu đánh giá
kỹ lƣỡng để có thể cung cấp cho các khâu luyện gang hoặc luyện thép. Nghiên cứu
tính chất luyện kim của quặng sắt giúp cho các các cơ sở chế biến quặng sắt sử
dụng công nghệ luyện gang lò cao đƣa ra đƣợc quy trình công nghệ sản xuất tối ƣu
nhằm giảm các chi phí nguyên liệu đầu vào.
Bảng 1.2. Thống kê tình hình chế biến quặng sắt của các cơ sở sản xuất
trên địa bàn tỉnh Cao Bằng
(Nguồn: Báo cáo tổng kết ngành Công Thương năm 2019)
Tên dự án

STT

1

2

3

4

- Lò cao luyện gang xã Chu
Trinh;
- Cty Khoáng sản Xây dựng

Sản phẩm
tấn/năm

40000

Hiện trạng dự án
Sản xuất không liên tục,
nguyên liệu đã cân đối cơ
bản đảm bảo cho sản xuất

30-4

trên 16 năm.

- Lò cao luyện gang Bản Gủn;
- Công ty Cổ phần chế biến
khoáng sản Cao Sơn Hà

54000

Sản xuất không liên tục,
đang ngừng sản xuất.

Nguyên liệu đã cân đối cơ
bản đảm bảo cho sản xuất
trên 16 năm.

45000

Đã xây dựng xong nhà
xƣởng và nhập đƣợc 13 hạng
mục thiết bị

Dự án chế biến gang cầu; Khu
kinh tế cửa khẩu Tà Lùng;
- Công ty TNHH Thiên Phú
- Nhà máy sản xuất sắt xốp
MIREX;
- Công ty Cổ phần Khoáng sản
và Luyện kim Việt Nam;

200000 sắt xốp
& phôi thép hợp
kim

Nhà máy đã đi vào chạy thử
dây chuyền sắt xốp từ
5/2010, hiện đang hoàn thiện
về Công nghệ.

9