Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ luyện xỉ titan

Huỳnh văn nam

bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

luận văn thạc sĩ khoa học
ngành : công nghệ hoá học

CÔNG NGHệ hóa học

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải
của công nghệ luyện xỉ titan

Huỳnh văn nam

2007 - 2009
Hµ
Néi
2009

Hµ néi - 2009


MụC LụC
Trang
Mở ĐầU

1

Danh mục chữ viết tắt

2

DANH MụC BảNG Và HìNH Vẽ

3

Phần 1 - TổNG QUAN
Chương 1 - CƠ Sở Lý THUYếT CÔNG NGHệ LUYệN Xỉ TITAN
1. Giới thiệu

6

1.1. Hiện trạng khai thác, chế biến quặng Titan ở Việt Nam

6

1.2. Công nghệ luyện xỉ Titan tại Việt Nam

7

1.3. Công nghệ luyện xỉ Titan ở nhà máy luyện xỉ titan Bình Định

8

2. Cơ sở lý thuyết công nghệ luyện xỉ titan

9

2.1. Hoàn nguyên ilmenit trong pha rắn

10

2.2. Hoàn nguyên trong pha lỏng

15

3. khí thải sinh ra trong quá trình luyện xỉ titan

17

Chương 2 - TổNG QUAN Về BụI Và CáC PHƯƠNG PHáP Xử Lý
BụI TRONG CÔNG NGHIệP
1. Khái niệm chung về bụi và phân loại bụi

18

1.1. Khái niệm chung về bụi

18

1.2. Phân loại bụi

18

1.2.1. Phân loại theo kích thước của bụi

18

1.2.2. Phân loại theo tính kết dính của bụi

19

1.2.3. Phân loại theo độ dẫn điện

19

1.2.4. Phân loại theo độ tác động đến sức khỏe con người

19

2. Các phương pháp xử lý bụi trong công nghiệp
2.1. Lắng bụi theo phương pháp trọng lực

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghÖ luyÖn xØ titan

19
19


2.1.1. Lý thuyết tính toán thiết kế buồng lắng bụi

20

2.1.2. Hiệu quả lắng theo cỡ hạt của buồng lắng

21

2.1.3. Biện pháp nâng cao hiệu suất của buồng lắng

22

2.2. Thiết bị lắng bụi ly tâm

23

2.2.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc

23

2.2.2. Đường kính giới hạn và hệ số hiệu quả lắng theo cỡ hạt

25

2.2.3. Chọn xiclon

25

2.2.4. Các dạng tổ hợp khác nhau của xiclon

26

2.2.4.1. Lắp nối tiếp hai xiclon cùng loại

26

2.2.4.2. Lắp song song hai hoặc nhiều xiclon cùng loại

26

2.2.4.3. Xiclon tổ hợp

27

2.3. Lọc bụi kiểu vách ngăn

27

2.3.1. Cơ cấu lọc bụi

27

2.3.2. Các dạng khác nhau của vách ngăn trong lọc bụi

28

2.3.2.1. Lọc bằng túi vải hoặc ống tay áo

28

2.3.2.2. Lọc kiểu tấm xốp

31

2.4. Thiết bị lọc bụi theo phương pháp ướt

32

2.4.1. Buồng phun, thùng rữa khí rỗng

33

2.4.2. Thiết bị läc bơi cã líp ®Ưm b»ng vËt liƯu xèp theo nguyên lý ướt 34
2.4.3. Thiết bị lọc bụi loại tháp đĩa
2.5. Thiết bị lọc bụi theo phương pháp điện trường

36
37

2.5.1. Cơ sở vật lý của quá trình lọc điện

37

2.5.2. Các loại thiết bị lọc điện trong công nghiệp

39

3. So sánh hiệu quả lọc bụi theo cỡ hạt của các thiết bị lọc bụi khác nhau
và sự lựa chọn thiết bị lọc bụi

41

Phần 2 - PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU
1. Các phương pháp phân tích sử dụng trong nghiên cứu

43

1.1. Phương pháp xác định độ phân cấp cỡ hạt của bụi

43

1.1.1. Phân tích cỡ hạt bụi bằng phương pháp rây

43

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ luyện xỉ titan


1.1.2. Phân tích cỡ hạt bụi bằng phương pháp lắng chìm

44

1.2. Phương pháp xác định thành phần hóa học của bụi

48

1.3. Phương pháp xác định thành phần hóa học của khí

49

1.3.1. Xác định hàm lượng SO2

49

1.3.2. Xác định hàm lượng CO

50

2. Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải trong công nghệ luyện xỉ titan

50

2.1. Đặc điểm khí thải trong công nghệ luyện xỉ titan

50

2.2. Phương pháp thu gom khí thải để xử lý

53

2.3. Phương pháp xử lý các chất khí độc hại trong khí thải

54

2.4. Phương pháp xử lý bụi trong khí thải

56

Phần 3 - KếT QUả Và THảO LUậN
1. Thành phần nguyên liệu

57

2. Phân tích thành phần và hàm lượng các chất trong khí thải

58

3. Thành phần khí thải sau khi qua các công đoạn xử lý

60

3.1. Xử lý khÝ CO

60

3.2. Thu bơi trong bng l¾ng

61

3.3. Thu bơi trong Xyclon

64

4. Đề xuất phương án xử lý
4.1. Phương án 1

66
66

4.1.1. Tính toán, lựa chon các thông số của thiết bị lọc túi vải

67

4.1.2. Tính năng suất của thiết bị lọc túi vải

69

4.2. Phương án 2

70

4.2.1. Chọn các thông số của tháp sủi bọt

71

4.2.2. Tính năng suất của tháp sủi bọt

72

5. Thải khí ra môi trường

75

6. Xử lý bụi thu được

77

KếT LUậN

78

TàI LIệU THAM KHảO

80

Tóm tắt luận văn

83

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ luyện xỉ titan

-1-

Mở ĐầU
Trong quá trình thực hiện công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, vấn
đề ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng do các hoạt động sản xuất
công nghiệp, sinh hoạt ... gây ra, đặc biệt từ các nhà máy, xí nghiệp, khu công
nghiệp. Ô nhiễm môi trường không những tác động trực tiếp đến sức khỏe con
người mà còn ảnh hưởng đến hệ thống cân bằng sinh thái xung quanh.
Trước thực trạng đó, những yêu cầu khắc khe về xử lý và bảo vệ môi
trường cho mỗi doanh nghiệp ngày càng đòi hỏi cao. Nhiều giải pháp đồng bộ
về xử lý rác thải, nước thải, khí thải bảo vệ môi trường tại các nhà máy, xí
nghiệp đà và đang được đặt ra.
Trong quá trình luyện xỉ titan tạo ra một lượng khí thải rất lớn. Trong khí
thải mang một lượng bụi xỉ đáng kể gây thất thoát kinh tế và ô nhiễm môi
trường. Cho nên vấn đề xử lý khí thải trong nhà máy luyện xỉ titan là hết sức
cần thiết. Mục đích của quá trình xử lý khí thải là để thu hồi lượng lớn xỉ titan,
mặc khác giảm ô nhiễm môi trường.
Với đề tài Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ
luyện xỉ titan là cần thiết với nội dung:
Tìm hiểu về công nghệ luyện xỉ titan nói chung và nghiên cứu các
phương pháp xử lý khí thải trong công nghệ luyện xỉ titan nói
riêng.
Khảo sát các công nghệ luyện xỉ titan hiện có ở Việt Nam.
Xác định thành phần khí và bụi chứa trong khí thải của công nghệ
luyện xỉ titan, từ đó đưa ra các phương pháp xử lý thích hợp.
ứng dụng để xử lý khí thải cho lò luyện xỉ titan ở nhà máy luyện
xỉ titan Bình Định.

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải cđa c«ng nghƯ lun xØ titan


-2-

Danh mục chữ viết tắt
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam
AAS: Atomic Absorption Spectral (Phổ hấp thụ nguyên tử)

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ luyện xỉ titan


-3-

DANH MụC BảNG Và HìNH Vẽ
Bảng 1.1. Phân cấp lưới lọc bụi theo hiệu quả lọc đối với cỡ hạt bụi
Bảng 1.2. Năng suất lọc của thiết bị lọc túi vải phụ thuộc vào chất liệu vải lọc
Bảng 2.1. Thành phần hóa học cơ bản quặng tinh ilmenit
Bảng 2.2. Thành phần hoá học của than hoàn nguyên
Bảng 2.3. Thành phần khí trong khí thải lò hồ quang
Bảng 2.4. Thành phần hóa học của bụi trong khí thải
Bảng 3.1. Thành phần tinh quặng ilmenit làm nguyên liệu
Bảng 3.2. Thành phần chất hoàn nguyên
Bảng 3.3. Thành phần khí thải lò hồ quang
Bảng 3.4. Thành phần bụi trong khí thải lò hồ quang
Bảng 3.5. Độ phân tán kích thước hạt của bụi
Bảng 3.6. Nồng độ các chất độc hại trong khí thải lò hồ quang và TCVN
Bảng 3.7. Thành phần khí thải lò hồ quang sau khi xử lý CO
Bảng 3.8. Thành phần bụi bị giữ lại trong buồng lắng
Bảng 3.9. Độ phân tán kích thước hạt của bụi thu được ở buồng lắng

Bảng 3.10. Thành phần bụi trong khí thải ra khỏi buồng lắng
Bảng 3.11. Độ phân tán kích thước hạt của bụi trong khí thải sau buồng lắng
Bảng 3.12. Thành phần khí thải lò hồ quang sau buồng lắng
Bảng 3.13. Thành phần bụi bị giữ lại trong xyclon
Bảng 3.14. Độ phân tán kích thước hạt của bụi thu được trong xyclon
Bảng 3.15. Thành phần bụi trong khí thải ra khỏi xyclon
Bảng 3.16. Độ phân tán kích thước hạt của bụi trong khí thải ra khỏi xyclon
Bảng 3.17. Thành phần khí thải lò hồ quang sau xyclon
Bảng 3.18. Thành phần khí thải lò hồ quang sau thiết bị lọc bụi túi vải
Bảng 3.19. Các thông số của tháp sủi bọt một tầng
Bảng 3.20. Hiệu suất riêng phần theo kích thước hạt của tháp sủi bọt
Bảng 3.21. Thành phần khí thải lò hồ quang sau tháp sủi bọt

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ luyện xỉ titan


-4-

Bảng 3.22. Thành phần khí thải lò hồ quang sau khi đà xử lý (phương án 1)
Bảng 3.23. Thành phần khí thải lò hồ quang sau khi đà xử lý (phương án 2)
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý công nghệ luyện xỉ titan của nhà máy luyện xỉ titan
Bình Định
Hình 1.2. Buồng lắng bụi
Hình 1.3. Buồng lắng chia thành nhiều tầng đều nhau
Hình 1.4. Cấu tạo buồng lắng bụi nhiều tầng
Hình 1.5. sơ đồ nguyên lý cấu tạo xiclon
Hình 1.6. Thiết bị lọc bụi ống tay áo nhiều đơn nguyên, giũ bụi bằng cơ cấu
rung và thổi khí ngược chiều.
Hình 1.7. Thiết bị lọc bụi ống tay áo có khung lồng và có hệ thống thổi
không khí nén kiểu xung lực để giũ bụi.

Hình 1.8. Cấu tạo lưới lọc kiểu tấm
Hình 1.9. Lắp ghép bộ lưới lọc kiểu tấm
Hình 1.10. Buồng phun hoặc thùng rữa khí rỗng
Hình 1.11. Tháp rửa khí scrubơ
Hình 1.12. Thiết bị phun nước có lớp đệm kiểu nằm ngang
Hình 1.13. Thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nước sủi bọt
Hình 1.14. Thiết bị lọc bụi kiểu ướt có đĩa va đập và phản xạ
Hình 1.15. Sơ đồ nguyên lý của lọc điện
Hình 1.16. Máy lọc tấm loại XK 45
Hình 1.17. Máy lọc điện ướt M 134
Hình 2.1. Cấu tạo rây máy
Hình 2.2. Dụng cụ phân tích cỡ hạt theo phương pháp lắng chìm
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị AAS
Hình 2.4. Phương pháp thải khí lò hồ quang
Hình 2.5. Làm kín khe hở chỗ đặt điện cực trong lò hồ quang
Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý quá trình làm sạch khí thải lò luyện xỉ titan tại nhà
máy luyện xỉ titan Bình Định

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải cđa c«ng nghƯ lun xØ titan


-5-

Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý quá trình làm sạch khí thải lò luyện xỉ titan
(Phương án 1)
Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý quá trình làm sạch khí thải lò luyện xỉ titan
(Phương án 2)
Hình 3.4. Thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nước sủi bọt loại chảy tràn
Hình 3.5. Đồ thị xác định hiệu suất riêng phần của tháp sđi bät ®èi víi bơi Èm
khi ρ b .d T2 > 1 và đối với bụi khô khi b .dT2 > 43,5

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải cđa c«ng nghƯ lun xØ titan


-6-

Phần 1
TổNG QUAN
Chương 1
CƠ Sở Lý THUYếT CÔNG NGHệ LUYệN Xỉ TITAN
1. Giới thiệu
Công nghệ luyện xỉ titan chiếm vị trí rất quan trọng trong quá trình sản
xuất pigment titan và nó cung cấp nguyên liệu đầu vào chủ yếu cho sản xuất
pigment. Công nghệ sản xuất xỉ titan là công nghệ có điều kiện thuận lợi thực
hiện môi trường trong sạch và các sản phẩm đều được sử dụng, hầu như không
có phế liệu. Vì vậy, công nghệ luyện xỉ titan ngày càng được phát triển.
Việt Nam có trữ lượng quặng titan rất lớn, những năm gần đây đà khai
thác với quy mô công nghiệp nhưng sản phẩm bán ra thị trường chủ yếu là
quặng thô, chưa qua chế biến nên giá thành thấp, gây thất thoát về kinh tế. Do
đó, việc nghiên cứu và đưa vào thực tế sản xuất chế biến sâu quặng titan là
nhu cầu cấp thiết.
1.1. Hiện trạng khai thác, chế biến quặng Titan ở Việt Nam [1]
Tổng trữ lượng cấp B + C1 quặng titan đà được thăm dò tính đến cuối
tháng 12 năm 2004 của cả nước là 7.538.300 tấn. Trữ lượng cấp C2 đà tính
được là 6.491.600 tấn. Tài nguyên dự báo cấp P1 đà xác định được 7.293.000
tấn. Tiềm năng quặng titan ­íc tÝnh cã thĨ cã theo dù b¸o cđa các nhà địa chất
thuộc cục địa chất và khoáng sản Việt Nam là khoảng 13 triệu tấn ilmenit.
Ngành khai thác, chế biến khoáng sản titan ở Việt Nam đà hình thành
hơn 17 năm, 4 năm gần đây phát triển rất nhanh. Ngoài 2 công ty đang khai
thác, chế biến quặng titan lục địa ở thái nguyên, hiện nay cả nước có khoảng

40 đơn vị ở dọc bờ biển Việt Nam từ Thanh Hóa đến Thuận Hải cũng đang
khai thác, chế biến khoáng sản titan. Tuy vậy, công nghệ khai thác và tuyển

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của c«ng nghƯ lun xØ titan


-7-

khoáng quặng titan của Việt Nam thực sự mới bắt đầu, trình độ còn thấp, chưa
có công nghệ chế biến sâu, chủ yếu bán nguyên liệu thô, sản lượng sản xuất
hàng năm không lớn. Hiện nay, hàng năm nước ta xuất khẩu khoảng 200.000
ữ 300.000 tấn ilmenit. Các sản phẩm chủ yếu được chế biến từ quặng titan
Việt Nam gồm có: quặng tinh ilmenit, rutil, zircon, monazit và magnhetit.
Mức độ tiêu thụ ở thị trường trong nước rất ít, chủ yếu để xuất khẩu. Quặng
tinh ilmenit, rutil được sử dụng cho sản xuất que hàn với một lượng rất nhỏ.
Từ năm 1990 đến nay, nước ta đà khai thác, chế biến và xuất khẩu gần 2 triệu
tấn quặng tinh ilmenit, 30.000 tấn rutil. Một điều đáng lưu ý là thị trường
trong nước có nhu cầu về pigment titan và ilmenit hoàn nguyên rất lớn nhưng
nước ta chưa chế biến được pigment titan, chỉ sản xuất được một phần ilmenit
hoàn nguyên nên mỗi năm phải nhập khoảng 10.000 tấn pigment và khoảng
10.000 tấn ilmenit hoàn nguyên.
1.2. Công nghệ luyện xỉ Titan tại Việt Nam [1]
Năm 1974 - 1976, Bộ môn Luyện kim màu - Đại học Bách khoa Hà Nội
đà kết hợp với Công ty que hàn Hà Nội tiến hành nghiên cứu luyện xỉ titan từ
quặng ilmenit Cao Bằng và Sơn Dương trong qui mô phòng thí nghiệm.
Năm 1977 - 1978, Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim đÃ
triển khai nghiên cứu đề tài cấp Nhà nước: "Nghiên cứu luyện xỉ titan từ
quặng ilmenit Cao Bằng" nằm trong chương trình Vật liệu kim loại 24 và 24C.
Đề tài đà nghiên cứu luyện xỉ titan qui mô bán công nghiệp trong lò điện hồ
quang DC- 0,5T công suất 400 KVA, đà luyện được 18 tấn tinh quặng ilmenit,

nhận được hơn 10 tấn xỉ và 5 tấn gang hợp kim.
Năm 1981, kết quả nghiên cứu đề tài này đà được sử dụng để lập báo
cáo kinh tế kỹ thuật xây dựng xưởng sản xuất xỉ titan công suất 1000 tấn/năm.
Thực tế công nghệ luyện xỉ titan lúc đó chưa ổn định, chi phí điện năng cao,
hiệu suất thu hồi thấp nên kết quả trên vẫn chưa được chấp nhận trong thực tế
sản xuất.

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ luyện xỉ titan


-8-

Năm 2002 - 2003, Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim tiếp
tục nghiên cứu đề tài: " Hoàn thiện công nghệ luyện xỉ titan ". Đây là đề tài
nhánh nằm trong đề tài cấp Nhà nước: " Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sản
xuất một số loại hợp kim ferro - đất hiếm Magiê ( Fe-RE-Mg ), ferro titan ( Fe
- Ti ) vµ xØ titan". Trong đợt nghiên cứu này đà sử dụng quặng ilmenit Hà Tĩnh.
Công nghệ luyện xỉ titan đà được hoàn thiện, các chỉ tiêu công nghệ đà được
nâng cao hơn nhiều.
Hiện nay, nước ta có 2 nhà máy luyện xỉ titan với quy mô công nghiệp
là Nhà máy luyện xỉ tian Bình Định và nhà máy luyện xỉ titan Thái Nguyên.
Trong đó chỉ có nhà máy luyện xỉ titan Bình Định đà đi vào hoạt động, còn
nhà máy luyện xỉ Thái Nguyên đang trong quá trình xây dựng, sẽ hoạt động
vào cuối năm 2009.
1.3. Công nghệ luyện xỉ Titan ở nhà máy luyện xỉ titan Bình Định
Nhà máy luyện xỉ titan Bình Định với năng suất thiết kế trong giai đoạn
1 là 6000 tấn xỉ/năm và 3500 tấn gang/năm. Nhà máy sử dụng công nghệ
luyện xỉ titan kiểu lò bán kín, điện cực tự thiêu kết như của Trung Quốc. Để
thực hiện an toàn môi trường và nâng cao thực thu TiO2 cần thiết phải trang bị
thêm hệ thống xử lý khí thải. Sơ đồ nguyên lý thể hiện trên hình 1.1.

Nguyên liệu ban đầu là ilmenit hoặc các quặng titan khác như titanomanhetit, được trộn và ép bánh với chất hoàn nguyên và chất phụ gia. Sau đó
luyện trong lò điện hồ quang. Ôxit sắt được hoàn nguyên đến kim loại còn
ôxit titan hoàn nguyên đến ôxit hóa trị thấp (Ti3O5, Ti2O3, TiO). Sản phẩm
nhận được là gang hợp kim và xØ titan. Gang hỵp kim cã thĨ chÕ biÕn sư dụng
cho công nghệ luyện thép và sản xuất bột sắt. Xỉ titan tùy theo thành phần hóa
học được sử dụng sản xuất pigment, titan kim loại và có thể dùng làm nguyên
liệu bọc que hàn điện.

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ luyện xỉ titan


-9-

Nguyên liệu
luyện lại

Quặng tinh
ilmenit

Than cốc
Phụ gia

Trộn

Lọc bụi

Khí thải

Khí lò

Luyện
lò điện

Xỉ

Gang

Gia công,
tuyển từ

Hạt có từ

Xỉ thương
phẩm

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý công nghệ luyện xỉ titan của nhà máy
luyện xỉ titan Bình Định
2. Cơ sở lý thuyết công nghệ luyện xỉ titan [3,4,12]

Luyện xỉ titan thực chất là quá trình hoàn nguyên quặng sắt - titan trong
lò điện hồ quang. Trong đó ôxit sắt được hoàn nguyên đến kim loại và nóng
chảy tách khỏi xỉ giàu titan. Quá trình hoàn nguyên ôxit sắt rất phức tạp bởi vì
ôxit sắt liên kết bền vững với ôxit titan trong hợp chất hóa học, chẳng hạn như
ilmenit (FeO.TiO2). Ngoài ra trong quá trình luyện còn xảy ra các phản ứng
hoàn nguyên ôxit titan (TiO2) đến các ôxit hóa trị thấp, tạo thành dung dịch xỉ
và hợp chất hóa học mới của ôxit sắt với các ôxit titan, chúng làm nảy sinh sự

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ luyện xỉ titan

- 10 -

thay thế đồng hành. Trong quá trình luyện không chỉ có sắt chuyển vào pha kim
loại mà còn có một phần các kim loại như Mn, Si, Cr... được hoàn nguyên từ
ôxit. Kết quả là sắt được hợp kim hóa với các nguyên tố này tạo thành gang hợp
kim.
Từ các hiện tượng thực tế cho thấy rằng: luyện quặng sắt titan là quá
trình phức tạp, có thể bao gồm hai quá trình: tiến hành phản ứng trong pha rắn và
tiến hành phản ứng trong pha lỏng.
2.1. Hoàn nguyên ilmenit trong pha rắn
Khi hoàn nguyên ilmenit bằng cacbon rắn thì sắt và titan được hoàn
nguyên. Tuy nhiên, do tương quan về ái lực hóa học, sắt được hoàn nguyên ưu
thế hơn theo các phản ứng (1.1), (1.2), (1.3), (1.4).
FeO.TiO2 + C = Fe + TiO2 + CO↑

(1.1)

∆G0T = 37910 - 33,88T (J/mol)

3/4FeO.TiO2 + C = 3/4Fe + 1/4Ti3O5 + CO↑

(1.2)

∆G0T = 40106 - 36,39T (J/mol)

2/3FeO.TiO2 + C = 2/3Fe + 1/3Ti2O3 + CO ↑

(1.3)

∆G0T = 42434 - 36,87 T (J/mol)

1/2FeO.TiO2 + C = 1/2Fe + 1/2TiO + CO↑

(1.4)

∆G0T = 53684 - 37,62T (J/mol)
Như vậy, sắt được hoàn nguyên đến kim loại còn titan được hoàn
nguyên đến ôxit hóa trị thấp: Ti3O5,Ti2O3,TiO.
Nghiên cứu cơ chế hoàn nguyên ilmenit người ta thấy rằng sự hoàn
nguyên của sắt trong ilmenit tiến hành theo quá trình sau:
FeO.TiO2

(1-x) ( FeO.TiO2). xTiO2 + xFe

(1.5)

(FeO.TiO2).xTiO2

FeO.2TiO2+ Fe

(1.6)

FeO.2TiO2

FeO(1-x).2 TiO2 + xFe

(1.7)

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ luyện xỉ titan

- 11 -

(FeO.2TiO2).xTiO2 → TiO2 + Fe

(1.8)

(FeO.2TiO2).xTiO2 →xFe + n[(TiFe)O.2TiO2].m(Ti2O3.TiO2).pTiO2 (1.9)
Kết quả hoàn nguyên là sắt được chuyển hầu hết thành sắt kim loại và
vẫn nằm trong trạng thái rắn, ôxit titan được hoàn nguyên đến ôxit hóa trị thấp
Ti3O5, Ti2O3, TiO cộng với ôxit sắt còn lại tạo hỗn hợp bền vững, mang tên
anoxovit n[(Ti,Fe)O.2TiO2].m(Ti2O3.TiO2).pTiO2.
Sự hoàn nguyên ôxit kim loại tiến hành theo sơ đồ sau:
MeO + CO MeO[CO] +

(1.10)

MeO[CO]+ ↔ Me[CO2] +

(1.11)

Me[CO2]+ + C ↔ Me + C [CO2]+

(1.12)

C [CO2]+ 2[CO]+

(1.13)

2[CO]+ 2CO

(1.14)

Trong đó: [CO]+ và [CO2]+ là các nhóm keton ở trên mặt cacbon rắn và
ôxit kim loại. Tốc độ hoàn nguyên ôxit kim loại được giới hạn bởi sự phân rÃ
của nhóm keton.
Khi hoàn nguyên ilmenit bằng cacbon rắn, do tiến hành phản ứng Bel-bu-đoa:
CO2 + C = 2CO

(1.15)

Nên hàm lượng CO trong vùng phản ứng vượt quá 92-95%. Điều đó tạo
điều kiện thuận lợi cho quá trình hoàn nguyên ilmenit.
Trong hệ FeO.TiO2 tồn tại 3 pha: 2FeO.TiO2, FeO.TiO2, FeO.2TiO2.
Cho nên trong điều kiện bền vững về mặt nhiệt động học của đititanat thì quá
trình hoàn nguyên ilmenit cần phải tiến hành với sự tạo thành hợp chất trung
gian - đititanat sắt. Như vậy đititanat sắt bền vững nhiệt động học ở nhiệt độ
cao hơn 1000 - 11000C. Tuy nhiên cần phải tính toán rằng đititanat sắt có thể
được tạo thành ở nhiệt độ thấp hơn như là một hợp chất giả bền. ôxit magie
(có thể có cả các ôxit khác) làm ổn định mạng lưới tinh thể của đititanat sắt.

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ luyện xỉ titan


- 12 -

Giai đoạn hoàn nguyên ilmenit đầu tiên sẽ làm thay đổi thành phần và
giới hạn đồng nhất của nó:
FeO.TiO2

xFe + (1-x) FeO.TiO2. x TiO2.

(1.16)

Kết quả nghiên cứu đà xác nhận: ilmenit ở 1200oC hòa tan đến 7% TiO2,
khi làm nguội chậm dung dịch sẽ xảy ra sự phân rà và tách ra một phần dư
TiO2. Giới hạn trên của độ hòa tan TiO2 trong ilmenit là sự tạo dung dịch
thành phần (FeO.TiO2)0,886(TiO2)0,114.
Hoàn nguyên ilmenit tiếp theo sẽ kém theo sự tạo thành đititanat sắt:
(FeO.TiO2).x(TiO2)

FeO.2TiO2 + Fe

(1.17)

Đititanat sắt cũng tạo điều kiện hòa tan TiO2. Dung dịch rắn bÃo hòa
TiO2 trong đititanat có thành phần (FeO.2TiO2)0,37(TiO2)0,63. Khi có mặt MgO
thì độ hòa tan của TiO2 trong đititanat tăng lên. Giới hạn hòa tan TiO2 trong
trường hợp này tương ứng công thức (Fe,Mg)0,12TiO2. Hoàn nguyên ilmenit ở
nhiệt độ thấp trong điều kiện bền vững nhiệt động học của đititanat được giới
hạn bằng sự thay đổi giới hạn đồng nhất của nó do tạo thành sắt kim loại và
rutil. Kết quả hoàn nguyên đititanat sắt và nền dung dịch rắn tạo thành sắt kim
loại và rutil. Cần phải thấy rằng: ở nhiệt độ tương đối cao TiO2 và sắt kim loại
không thể tồn tại. Số liệu thực nghiệm xác nhận: Khi nung đỏ hỗn hợp TiO2 và
bột sắt trong chân không ở nhiệt độ 12000C thấy rằng: khi thêm lượng Fe
không lớn thì Fe đi vào mạng lưới tinh thể của rutil và tạo thành Ti3+. Khi
thêm lượng lớn Fe thì tạo thành pha mới có mạng lưới tinh thể tương ứng của
đititanat hay là anoxovit. Hàm lượng TiO3+ khi đó tăng lên rõ rệt. Kết quả
tương

tác

của

Fe

với

TiO2

tạo

thành

hợp

chất

n[(Ti,Fe)O.2TiO2]m(Ti2O3.TiO2)pTiO2, một đititanat sắt đồng hành. Khi nấu
chảy sắt với TiO2 thì tương tác giữa chúng còn mạnh hơn. Với tỷ lệ mol
Fe:TiO2 = 1:5 thì phản ứng tương tác kết thúc sau 1-2 phút, lúc đó tạo thành
hợp chất thành phần: n[(Ti,Fe)O.2TiO2]m(Ti2O3.TiO2)pTiO2.

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ luyện xØ titan


- 13 -

Như đà biết, trong ilmenit tự nhiên các tạp chất MgO, MnO tạo thành

hợp chất đồng hình (Fe,Mg,Mn).TiO2. Trong quá trình hoàn nguyên ilmenit do
mức độ hoàn nguyên MnO thấp hơn FeO, còn MgO thực tế không bị hoàn
nguyên. Vì vậy, do FeO được hoàn nguyên theo sơ ®å (Fe,Mg,Mn).TiO2 →
xFe + (Fe1-x, Mg,Mn)O.TiO2 mµ MnO vµ MgO được làm giàu. Khi tạo thành
đititanat tất cả 3 ôxit đi vào trong thành phần của đititanat, do đó công thức
của đititanat có dạng (Fe,Mg,Mn)O.2TiO2. Hoàn nguyên đititanat sẽ làm giàu
MgO, MnO do tách ra Fe. Khi tạo thành Ti3+ ôxit MgO và MnO đi vào trong
thành phần của anoxovit. Các ôxit khác có thể đi vào trong thành phần của
anoxovit nên nó có dạng n[(Fe,Mn,Mg,TiO).2TiO2].m[(Ti,Al,Cr)2O3. TiO2].pTiO2.
Khi thêm vôi sẽ tạo thành perovskit và quá trình hoàn nguyên ilmenit
bằng cacbon tiến hành theo phản ứng sau:
FeO.TiO2 + CaO = FeO

+ CaO.TiO2

(1.18)

FeO

CO

(1.19)

+

C

=

Fe

+

FeO.TiO2 + CaO + C = Fe + CaO.TiO2 + CO

(1.20)

Khi hoàn nguyên đititanat magie, ban đầu tạo thành dung dịch rắn của
Ti3O5 trong đititanat, sau đó tạo thành dung dịch rắn Ti2O3 trong metatitanat, về
cuối tạo thành dung dịch rắn có thành phần phức tạp n(2MgO.TiO2).m
(MgO.Ti2O3), mà các ôxit: FeO, MnO, NiO, CoO, Al2O3 có thể đi vào đồng
hình trong nó. Dung dịch rắn đó gọi là barđinhit.
Khi hoàn nguyên ilmenit ở nhiệt độ không cao sẽ tạo thành sắt kim loại
và rutil. Rutil này có thành phần không hợp thức (TiO2-x) có nghĩa là hoàn
nguyên trong khu vực giới hạn đồng nhất của nó. Nhiệt độ bắt đầu hoàn
nguyên rutil bằng cacbon gần 9000C. Khi tăng nhiệt độ hoàn nguyên ilmenit
thì mức độ hoàn nguyên rutil mới được tạo thành tăng lên. Tiếp tục tăng nhiệt
độ dẫn đến tạo thành Ti3O5, đôi khi nhận thấy có Ti6O11. Có một nét đặc trưng
là rutil (TiO2) được hoàn nguyên đến Ti3O5 thường chậm hơn so với TiO2

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ luyện xỉ titan


- 14 -

trong thành phần của ilmenit. Đó là do khi hoàn nguyên ilmenit sắt kim loại
được tạo ra đà làm hoạt hóa phản ứng tái sinh khí ôxit cacbon (theo phản ứng
(1.15)).
Trong quá trình hoàn nguyên ilmenit tạo thành đititanat sắt, nó có thể
hòa tan Ti3O5, nhờ đó mà tốc độ hoàn nguyên rutil tăng lên. Ngoài ra sự có

mặt của Fe và FeO trong mạng tinh thể rutil cũng nâng cao tốc độ hoàn
nguyên của nó.
Nghiên cứu động học hoàn nguyên TiO2 bằng cacbon rắn có thêm vào
1-1,7% (mol) Fe, Al2O3, CaO, SiO2 thấy rằng: TiO2 bắt đầu hoàn nguyên bằng
cacbon ở 9500C, biến đổi thành Ti3O5 kết thúc ở 13000C. Thêm sắt làm cho
TiO2 hoàn nguyên dễ hơn rất nhiều. Thêm Al2O3 cũng làm tăng tốc độ hoàn
nguyên nhưng yếu hơn so với sắt. Thêm CaO, SiO2 không ảnh hưởng đến sự
hoàn nguyên TiO2. Bởi vì trong ilmenit thiên nhiên có chứa các ôxit tạp chất
cho nên khi hoàn nguyên TiO2 đến Ti3O5 thì hầu hết các ôxit đó đi vào trong
thành phần của anoxovit mới được tạo thành. Cho nên công thức của anoxovit
sẽ là: m[(Fe,Mg,Mn,Ti)O.2TiO2].n[(Ti,Al,Cr)2O3.TiO2].pTiO2.
Cơ chế hoàn nguyên titanat sắt chứng minh rằng: sự tạo thành ôxit titan
hóa trị thấp trong quá trình hoàn nguyên hay quá trình khác dẫn đến tạo thành
liên kết của ôxit sắt trong hợp chất hóa học bền vững. Điều đó làm cho hoàn
nguyên sắt khó khăn. Do đó tốc độ hoàn nguyên sắt trong ilmenit giảm theo
mức độ tăng hoàn nguyên TiO2. Nâng cao nhiệt độ dẫn đến tạo thành ôxit
titan hóa trị thấp, liên kết với FeO trong hợp chất bền cho nên ngay cả khi
tăng nhiệt độ đến 13000C thường không đạt được mức độ hoàn nguyên cao
hơn 80%.
Như vậy ôxit sắt và titan làm ảnh hưởng ngược nhau đến mức độ hoàn
nguyên của chúng: ôxit sắt làm tăng tốc độ hoàn nguyên của TiO2, còn TiO2
làm giảm mức độ hoàn nguyên của ôxit sắt.

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ luyện xỉ titan


- 15 -

2.2. Hoàn nguyên trong pha lỏng
Quá trình hoàn nguyên trong pha rắn tiến hành với khối lượng không

lớn, thường giới hạn ở mức hoàn nguyên một phần ôxit sắt. Quá trình hoàn
nguyên phần lớn ôxit sắt (90-95%), một phần ôxit crôm, silic, mangan... đến
kim loại, một phần TiO2 đến ôxit hóa trị thấp được hoàn thiện trong pha lỏng,
trong môi trường xỉ nóng chảy.
Theo số liệu thực tế: Chi phí năng lượng cho hoàn nguyên các ôxit chỉ
chiếm gần 17% và cho hoàn nguyên ôxit sắt chỉ gần 6,5%. Phần đáng kể sắt
chưa được hoàn nguyên trong pha rắn bởi vì nó liên kết bền vững với ôxit
titan.
Luyện xỉ titan trong lò điện hồ quang trong thời gian một vài giờ, nhiệt
độ đạt được 17000C. Theo thời gian luyện, hàm lượng TiO2 trong xỉ tăng, hàm
lượng FeO giảm. Nên ban đầu chứa 23- 47% (FeO + Fe2O3) thì xØ titan cuèi
gi¶m xuèng 10 - 12% hay 2 - 5%, kết qủa là: chuyển sắt từ xỉ vào pha kim loại
và xỉ có hàm lượng TiO2 được tăng lên đạt tới 75 - 90%. Có một đặc trưng là
tổng số ôxit titan và sắt trong một quá trình luyện titan được giữ không thay
đổi trong xỉ titan. Theo mức độ giảm hàm lượng FeO trong xỉ mà hoạt độ của
sắt giảm và tốc độ hoàn nguyên nó giảm đột ngột.
Tốc độ hoàn nguyên sắt trong dung dịch xỉ phụ thuộc nhiều vào thành
phần liệu và phương pháp chuẩn bị liệu. Khi hàm lượng FeO trong xỉ giảm thì
hàm lượng Ti2O3 tăng. Như vậy, trong dung dịch xỉ lỏng sự hoàn nguyên ôxit
sắt và ôxit titan có mối liên hệ. Ví dụ: khi trong xỉ chứa 16% FeO thì tương
ứng chứa 11% Ti2O3; khi 2% FeO thì tương ứng 37% Ti2O3. Để xác định gần
đúng mức độ hoàn nguyên của xỉ chỉ cần xác định hàm lượng FeO trong nó.
Thông thường hàm lượng TiO trong xỉ không cao, không vượt quá 3 - 5%, ít
khi đạt đến 7 - 9%.

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ luyÖn xØ titan


- 16 -

Khi luyện xảy ra phản ứng hoàn nguyên ôxit sắt đồng thời hoàn nguyên
các ôxit khác tạo thành kim loại. Kim loại nhận được khi luyện quặng sắttitan trong lò điện hồ quang là thép cao cacbon chứa: 1 2,5%C, hay là gang
chứa đến 4,3%C.
Do hàm lượng C, S, P cao nên giá trị thép thấp, muốn nâng cao giá trị của
nó phải qua công đoạn tách S, P.
Khi luyện có trợ dung vôi thì có một số ưu điểm sau:
- Làm giảm độ nhớt và nhiệt độ nóng chảy của xỉ.
- Làm giảm độ dẫn điện của xỉ.
- Có thể giảm hàm lượng FeO trong xỉ đến 1% ở điều kiện luyện bình
thường. Nhưng thêm quá nhiều trợ dung sẽ gây tác hại, nó phá lượng lớp lót
và đồng thời nâng cao hàm lượng CaO, MgO trong xỉ.
Thành phần xỉ titan phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu (quặng tinh,
chất hoàn nguyên và trợ dung) và công nghệ luyện. Thành phần xỉ được lựa
chọn theo mức độ hoàn nguyên tối ưu, phương pháp đúc xỉ và phương pháp
làm nguội xỉ. Hiện nay sản xuất hai loại xỉ:
- Xỉ để sản xuất TiCl4 (xỉ clorua): hàm lượng FeO thấp (2 - 6%).
- Xỉ để sản xuất pigment TiO2 bằng phương pháp axit sulphuaric (xỉ
sulphat) cho phép tới 10-15%FeO. Bởi vì chất lượng xỉ và kim loại có liên
quan với nhau cho nên khi xác định thành phần xỉ tối ưu cần phải tính đến
chất lượng kim loại, giá trị của nó trong lĩnh vực sử dụng.
Một trong những vấn đề quan trọng của công nghệ luyện xỉ titan đó là:
xác định mức độ hoàn nguyên tối ưu. Điều đó phụ thuộc vào tính toán kinh tế
kỹ thuật giá thành xỉ và các sản phẩm nhận được khi gia công lại như: TiCl4,
pigment TiO2 ... Khi nâng cao mức độ hoàn nguyên sẽ cải thiện được chất
lượng xỉ, do nâng cao hàm lượng TiO2, giảm hàm lượng FeO và một số các tạp

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ luyện xỉ titan


- 17 -

khác (Cr, Mn, Si, V...). Điều đó làm có lợi khi gia công tiếp theo các sản phẩm
luyện: Giảm chi phí clo hay là H2SO4, giảm lượng phế liệu, nâng cao năng
suất thiết bị (đặc biệt trong giai đoạn làm sạch TiCl4), đồng thời nâng cao
được hàm lượng «xit titan hãa trÞ thÊp trong xØ (Ti2O3, TiO) do đó làm thay
đổi tính chất công nghệ của xỉ. Đó là mức độ phân hủy trong H2SO4, tốc độ
clorua hóa, mức độ ôxy hóa và tự vỡ vụn khi làm nguội thỏi xỉ đúc.
Khi nâng cao mức độ hoàn nguyên xỉ, thành phần kim loại thay đổi: tăng
hàm lượng cacbon và các nguyên tố khác (Cr, Si, Mn ...) cho nên chất lượng kim
loại và giá trị của nó có thể thay đổi khi thay đổi mức độ hoàn nguyên của xỉ.
Tuy nhiên khi nâng cao mức độ hoàn nguyên thì độ nhớt và nhiệt độ
nóng chảy của nó tăng gây khó khăn khi sản xuất liên tục. Ngoài ra nâng cao
hàm lượng ôxit titan hóa trị thấp làm tăng tính chất ăn mòn của xỉ, đặc biệt
hòa tan mạnh lớp lót lò, làm tăng lượng MgO đi vào xỉ từ lớp lót lò.
Tốc độ hoàn nguyên ôxit sắt giảm đột ngột trong quá trình luyện. Khi
tính toán mức độ hoàn nguyên xỉ tối ưu cần phải tính đến những điều sau: Khi
tăng mức độ hoàn nguyên độ nhớt xỉ tăng, tốc độ hoàn nguyên sắt giảm do đó
sự lắng tách các giọt kim loại nhỏ xuống đáy lò khó khăn, có thể không kịp
lắng xuống đáy lò mà ở trạng thái lơ lửng trong xỉ. Nếu như kích thước các hạt
kim loại nhỏ hơn một phần mười milimet không tách được bằng tuyển từ.
3. khí thải sinh ra trong quá trình luyện xỉ titan
Trong hầu hết các phản ứng của quá trình hoàn nguyên đều sinh ra khí
CO. Do ®ã, nång ®é khÝ CO trong khÝ th¶i rÊt lín. Mặt khác, trong quặng chứa
các hợp chất của lưu huỳnh (thường tồn tại ở dạng muối sunfua), ở nhiệt độ
cao và có mặt các tác nhân oxy hóa tạo thành khí SO2. Khí CO và SO2 là
những khí độc ảnh hưởng đến sức khỏe con người và gây ô nhiễm không khí.
Ngoài ra, khí thải còn cuốn theo bụi oxit kim loại, oxit silic và muội than,
gây thất thoát về kinh tế và ô nhiễm môi trường.

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ luyện xỉ titan

- 18 -

Vì vậy, khí thải thoát ra từ quá trình luyện xỉ titan cần phải được xử lý
CO, SO2 và thu hồi bụi trước khi thải ra môi trường.

Chương 2
TổNG QUAN Về BụI Và CáC PHƯƠNG PHáP Xử
Lý BụI TRONG CÔNG NGHIệP
1. Khái niệm chung về bụi và phân loại bụi [5,13]
1.1. Khái niệm chung về bụi
Các phần tử chất rắn thể rời rạc (vụn) có thể đươc tạo ra trong các quá
trình nghiền, ngưng kết và các phản ứng hóa học khác nhau. Dưới tác dụng
của các dòng khí hoặc không khí, chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng và
trong những điều kiện nhất định chúng tạo thành thø vËt chÊt mµ ng­êi ta gäi
lµ bơi.
Bơi lµ mét hệ thống gồm hai pha: pha khí và pha rắn rời rạc các hạt có
kích thước nằm trong khoảng từ kích thước nguyên tử đến kích thước nhìn
thấy được bằng mắt thường, có khả năng tồn tại ở dạng lơ lửng trong thời gian
dài ngắn khác nhau.
Sol khí (aerozon) cũng là một hệ thống vật chất rời rạc gồm các hạt thể
rắn và thể lỏng ở trạng thái lơ lửng trong thời gian dài không hạn định. Tốc độ
lắng chìm của các hạt aerozon rất bé. Những hạt bé nhất của aerozon có kích
thước gần bằng kích thước các nguyên tử lớn, còn những hạt lớn nhất có kích
thước khoảng 0,2 1 àm. Vì vậy, khái niệm aerozon thô có thể xem là đồng
nghĩa với bụi. Aerozon có kích thước hạt đồng nhất (monodisperse,
isodisperse) hoặc không đồng nhất (polydisperse, heterodisperse).
1.2. Phân loại bụi
1.2.1. Phân loại theo kích thước của bụi

- Bụi thô, cát bụi: gồm từ các hạt bụi chất rắn có kích thước hạt >75àm.

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ luyện xỉ titan


- 19 -

- Bụi: hạt chất rắn có kích thước nhỏ hơn bụi thô (5 ữ 75 àm) được hình
thành từ các quá trình cơ khí như đập, nghiền, tán
- Khói: gồm các hạt vật chất có thể là rắn hoặc lỏng được tạo ra trong
quá trình đốt cháy nhiên liệu hoặc quá trình ngưng tụ, có kích thước hạt
= 1 ữ 5 àm. Hạt bụi cỡ này có tính khuếch tán rất ổn định trong khí
quyển.
- Khói mịn: gồm những hạt chất rắn rất mịn, kích thước hạt < 1 àm.
- Sương: hạt chất lỏng có kích thước < 10 àm. Loại hạt cỡ này có một
nồng độ đủ để làm giảm tầm nhìn thì được gọi là sương giá.
1.2.2. Phân loại theo tính kết dính của bụi
- Bụi không kết dính: xỉ thô, thạch anh, đất khô
- Bụi kết dính yếu: bụi tro từ lò cao, abatit, tro bụi, đá Trong bụi có
chứa nhiều chất cháy.
- Bụi có tính kết dính: bụi kim loại, than bụi tro mà không chứa chất
cháy, bụi sữa, mùn cưa
- Bụi có tính kết dính mạnh: bụi xi măng, amiăng, thạch cao, sợi bông,
len muối natri
1.2.3. Phân loại theo độ dẫn điện
- Bụi có điện trở thấp: nhanh trung hòa điện, dễ bị lôi cuốn trở lại dòng
khí.
- Bụi có điện trở cao: hiệu quả xử lý không cao.
- Bụi có điện trở trung bình: thích hợp cho các phương pháp xử lý.
1.2.4. Phân loại theo độ tác động đến sức khỏe con người

- Bụi độc: chì, thủy ngân..
- Bụi độc tính thấp: cát, sỏi đá
2. Các phương pháp xử lý bụi trong công nghiệp [5,6,7,8,9,14,15,16,17]
2.1. Lắng bụi theo phương pháp trọng lực

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải cđa c«ng nghƯ lun xØ titan


- 20 -

Phương pháp lọc bụi đơn giản nhất là làm cho bụi lắng đọng dưới tác
dụng của trọng lực. Những hạt bụi cỡ lớn thường lắng đọng trên đường ống,
nhưng để hiệu quả của quá trình lắng được cao hơn người ta phải chế tạo ra
một thiết bị riêng cho việc lắng bụi và gọi là buồng lắng bụi.
Cấu tạo của buồng lắng rất đơn giản đó là một không gian hình hộp
có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đường ống dẫn khí vào để
cho vận tốc dòng khí giảm xuống rất nhỏ (< 1 2 m/s), nhờ thế hạt bụi đủ
thời gian để rơi chạm đáy dưới tác dụng của trọng lực và bị giữ lại ở đó mà
không bị dòng khí mang theo.
Phương pháp này chủ yếu để thu hồi bụi thô, có kích hạt lớn từ 60
70àm. Tuy vậy, các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn vẫn có thể bị giữ lại trong
buồng lắng.
u

M
v = vgh

HxB

N

l

Hình 1.2. Buồng lắng bụi
2.1.1. Lý thuyết tính toán thiết kế buồng lắng bụi
Một số quy định và giả thiết:
- Buồng lắng có cấu tao hình hộp nằm ngang chiều dài l, chiều cao H và
chiều rộng B.
- Vận tốc dòng khí mang bụi trên toàn bộ tiết diện ngang của buồng lắng
là đều đặng, nói một cách khác trường vận tốc của dòng khí trong buồng
lắng bụi là không đổi.

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ luyÖn xØ titan


- 21 -

- Hạt bụi chuyển động ngang theo dòng khÝ cã vËn tèc b»ng vËn tèc b»ng
vËn tèc dßng khí.
- Hạt bụi rơi dưới tác dụng của trọng lực theo phương thẳng đứng khi
chạm được đáy trước điểm N của buồng lắng coi như bị giữ lại trong buồng
lắng.
Nếu L là lưu lượng của dòng khí (m3/s) thì vận tốc chuyển động ngang u
của hạt bụi sẽ được xác định theo công thức sau:
u=

L
BH

, m/s

(1.21)

Thời gian lưu lại của dòng khí (cũng tức là của bụi) trong buồng lắng:
=

l lBH V
,s
=
=
u
L
L

(1.22)

Trong ®ã:
τ – thêi gian, s
V – thĨ tÝch của buồng lắng, m3
Khi hạt bụi thuộc bất kỳ loại vật liệu gì có đường kính rơi với vận tốc v
và đi được một đoạn h trong thời gian xác định theo (1.22) thì:
- Nếu h < H: hạt bụi bị dòng khí mang ra ngoài phạm vi của buồng lắng.
- Nếu h H: tất cả các hạt bụi có kích thước lớn hơn hoặc bằng đều bị
giữ lại trong buồng lắng.
Như vậy, tỷ số h/H ứng với các cỡ đường kính khác nhau của hạt bụi thể
hiện được phần bụi có kích thước đà cho bị giữ lại trong buồng lắng và từ đó
có thể xác định được hiệu quả lắng theo cỡ hạt của buồng lắng.
Đường kính bé nhất của hạt bụi hoặc còn gọi là đường kính giới hạn mà
buồng lắng có thể giữ lại được toàn bộ được tính theo công thức:
0 = δ min =

18µL
( ρ b − ρ ) gBl

(1.23)

2.1.2. Hiệu quả lắng theo cỡ hạt của buồng lắng

Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ luyÖn xØ titan