Nghiên cứu cải tiến thiết bị và công nghệ sản xuất bột oxit kẽm chất lượng cao

Bộ Công thơng
Công ty TNHH NN MTV Kim loại màu Thái nguyên





Số hiệu công trình: 229.07.RD/HĐ-KHCN



Báo cáo
Đề tài nghiên cứu khoa học



Tên đề tài: Nghiên cứu cải tiến thiết bị và công nghệ
sản xuất bột oxit kẽm chất lợng cao bằng lò quay





Chủ nhiệm đề tài

Nguyễn Văn Tuấn

6792
14/4/2008

Thái Nguyên, tháng 2-2008


2
Bộ Công thơng
Công ty TNHH NN MTV Kim loại màu Thái nguyên





Số hiệu công trình: 229.07.RD/HĐ-KHCN



Báo cáo
Đề tài nghiên cứu khoa học

Tên đề tài: Nghiên cứu cải tiến thiết bị và công nghệ
sản xuất bột oxit kẽm chất lợng cao bằng lò quay







Cơ quan chủ trì: Công ty TNHH NN MTV Kim loại mầu Thái Nguyên







Thái Nguyên, ngày tháng năm 2008

Giám Đốc Công ty







3
TT Họ và tên

Học vị, chuyên môn
Cơ quan
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Nguyễn Văn Tuấn
Đặng Trọng Định
Lê Minh Khai
Vũ Ngọc Hoà
Nguyễn Văn Kế
Lữ Thị Thanh Hải
Nguyễn Văn Tháu
Đinh Thị Sừ
Lê Ngọc Dắc
Lê Ngọc Thạo
Nguyễn Thanh Giang
Hoàng Văn Quang
KS CBKT
KS TP. Luyện kim
KS GĐ Công ty
KS PGĐ Công ty

KS CBKT
KS Hoá PT
KS TP. Kế toán TK
TP. KCS
KS TP. Kế hoạch KT
KS. LK. GĐ XN LKM II
KS. PGĐ XN LKM II
KS. QĐ PX lò quay
Công ty KLM Thái Nguyên
nt
nt
nt
nt
nt
nt
nt
nt
XN Luyện kim mầu II
nt
nt

4
Mục lục
Trang
LờI NóI ĐầU
5
Phần I: Tổng quan
6
I. Cơ sở pháp lý-xuất xứ của đề tài và tính cấp thiết của đề tài 6
II. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 6
III. Đối tợng, phạm vi nghiên cứu của đề tài 6
IV. Tính chất lý, hoá học và ứng dụng của ZnO 7
V. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc 8
Phần II. Thực nghiệm nghiên cứu
25
I. Phơng pháp tiến hành nghiên cứu 25
II. Thiết bị, dụng cụ, nguyên vật liệu và hoá chất sử dụng cho nghiên cứu 30
III. Nghiên cứu cải tiến thiết bị, công nghệ nhằm nâng cao chất lợng sản
phẩm, cải thiện môi trờng
32
IV. Thử nghiệm sản xuất 37
V. Dự kiến các chỉ tiêu KTKT áp dụng vào thực tế sản xuất 39
VI. Xử lý môi trờng 42
Phần III. Kết luận và kiến nghị
44
Tài liệu tham khảo
46
Phụ lục
47

5
Lời nói đầu
Vỏ quả đất chứa khoảng 0,02 %kẽm. Ngời ta cha phát hiện có kẽm thiên
nhiên và kẽm có ái lực hoá học lớn với oxy, lu huỳnh và các nguyên tố khác nên
thờng thấy kẽm ở dạng hợp chất oxit, sunfua v.vTuỳ theo dạng tồn tại của kẽm
trong hợp chất thiên nhiên mà ngời ta chia chúng ra các loại khoáng vật khác
nhau. Có hàng chụclaọi khoáng vật kẽm, trong đó có hai nhóm thờng gặp là
khoáng vật sunfua và khoáng vật oxit. ở nớc ta, khoáng vật kẽm phân bố tơng
đối rộng: Bắc Kạn, Thái Nguyên, Lai Châu, Thanh Hoá, Quãng Ngãi
ZnO là một trong các sản phẩm hóa chất quan trọng, đợc các lĩnh vực ứng
dụng nh làm nguyên liệu cho sản xuất sơn, phụ gia trong nhựa, giấy, sợi hóa học,
cao su... đều gắn bó chặt chẽ với đời sống hàng ngày của con ngời.. ngoài ra còn
đợc sử dụng làm men gốm sứ, thuỷ tinh, dợc, mỹ phẩm v..v.
Năm 2007, Công ty TNHHNN một thành viên Kim loại mầu Thái Nguyên
đợc Bộ Công nghiệp giao nhiệm vụ nghiên cứu đề tài số 229.07.RD/HĐ-KHCN:
Nghiên cứu cải tiến thiết bị và công nghệ sản xuất bột oxit kẽm chất lợng cao
bằng lò quay. Nhằm tạo ra sản phẩm có chất lợng cao, nâng cao giá trị xuất
khẩu và tạo nguyên liệu sản xuất cho các ngành công nghiệp giấy, cao su, sơn, đồ

sứ.... Tạo ra hớng mới trọng sản xuất bột oxit kẽm chất lợng cao bằng hệ thống
lò quay cho Công ty, tạo công ăn việc làm cho ngời lao động và sự góp phần vào
sự phát triển lâu dài của Công ty. Đồng thời đóng góp một phần vào chiến lợc
phát triển ngành công nghiệp của Việt Nam.
Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi đã nhận đợc sự ủng hộ và giúp
đỡ tận tình của Lãnh đạo Bộ Công thơng, Vụ Khoa học Công nghệ Bộ Công
thơng, Tổng Công ty Khoáng sản - TKV. Lãnh đạo Công ty TNHHNN MTV Kim
loại mầu Thái Nguyên, các Phòng kỹ thuật, các Phòng quản lý Công ty, XN Luyện
kim mầu II. Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình đó.






6
Phần I. Tổng quan
I. Cơ sở pháp lý- xuất xứ của đề tài và tính cấp thiết của đề tài
Lò quay số I đã sản xuất đợc hơn 10 năm, hệ thống làm nguội, quạt hút,
buồng thu bụi và ống khói đã xuống cấp nghiêm trọng, mặt khác lò quay số I trớc
đây mua lại của Công ty gang thép từ lò luyện sắt xốp, lò ngắn, độ dốc ít, hệ thống
làm nguội, buồng thu bụi không hợp lý, lao động thủ công nhiều, môi trờng lao
động độc hại, năng suất lò (600 t/n), thực thu kim loại (72%) rất thấp, tiêu hao
than, tiêu hao điện lớn so với lò II, III. Vì vậy cần phải cải tạo nối dài thêm lò, cải
tạo nâng cao hệ thống buồng ô xy hoá và kênh dẫn, cải tạo lại hệ thống làm nguội
bề mặt gõ đập cơ khí, buồng thu bụi tuý vải rung rũ tự động, tăng năng suất lò lên
1.000 T/N, tăng thực thu lên 80%, giảm tiêu hao túi vải, điện, than, cải thiện điều
kiện lao động và giảm chi phí lao động, là hết sức cần thiết.
Lò I sau khi cải tạo xong sẽ sản xuất bột kẽm 90% ZnO thay thế lò Vêtêrin
sản xuất bột 90% ZnO. Thực thu ở lò quay số I (80%) cao hơn rất nhiều so với thực

thu lò Vêtêrin (52%), Chi phí sản xuất bột 90% ZnO tại lò quay chỉ bằng 70% so
với lò Vêtêrin. Dự kiến 75% sản phẩm đạt chất lợng 90% ZnO (bột tuí vải), còn
lại 25% bột đạt chất lợng 60% Zn (bột ống cong, kênh).
II. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Khảo sát, đánh giá hiện trạng thiết bị và công nghệ hiện tại.
- Nghiên cứu cải tiến thiết bị (thiết kế, chế tạo, lắp đặt).
- Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ nhằm nâng cao chất lợng sản phẩm, cải
thiện môi trờng.
- Thử nghiệm sản xuất, đánh giá hiệu quả.
III. Đối tợng, phạm vi nghiên cứu của đề tài
1- Nghiên cứu tổng quan tài liệu: Quy trình công nghệ sản xuất 90% ZnO
2- Lập phơng án lấy mẫu, nghiên cứu thành phần và tính chất nguyên liệu.
3- Nghiên cứu công nghệ, thiết bị và xây dựng các chỉ tiêu KTKT chủ yếu,
xác định chất lợng sản phẩm đạt đợc.
4 - Đề xuất dây chuyền công nghệ - thiết bị đáp ứng nhu cầu sản xuất - mô
hình sản xuất công nghiệp.

7
IV. Tính chất lý, hoá học và ứng dụng của ZnO
4.1.Tính chất của ZnO
Oxit kẽm ZnO: là loại bột mầu trắng, hơi vàng trong lợng riêng 5,42, bền
đối với nhiệt; khi đun nóng chuyển sang mầu vàng chanh, khi để nguội lại có màu
nh cũ. Sinh ra do kẽm bị oxy hoá hay thiêu ôxy hoá kẽm sunfua, thiêu phân huỷ
ZnCO
3
hoặc cho NH
4
OH tác dụng với dung dịch ZnSO
4
tạo thành Zn(OH)

2
kết
tủa, sau đó đem nung kết tủa thu đợc ZnO.
Kẽm ôxit nóng chảy ở 1.970
o
C. Kẽm ôxit thăng hoa ở trên 1000
o
C. ở 1400
o
C
áp suất thăng hoa đạt 3mm Hg, 1500
o
C đạt 10,4 mmHg. Nhiệt nóng chảy của kẽm
ôxit ở 2.250
o
C bằng 4470 cal/ mol.
Kẽm ôxit bị CO, C và các chất hoàn nguyên khác hoàn nguyên thành kẽm
kim loại.
(1) ZnO + CO = Zn +CO
2
Phản ứng (1) ở nhiệt độ thấp hơn 600
0
C tiến hành rất chậm, nhng ở nhiệt độ
trên 800
0
C tiến hành rất nhanh.
Nếu có Fe
2
O
3

thì ở 650
0
C sẽ sinh ra ferit kẽm ZnO.Fe
2
O
3
, 2ZnO.Fe
2
O
3
,
4ZnO.Fe
2
O
3
nhiệt độ càng cao khả năng sinh ra càng lớn. Ferit kẽm không tan
trong axit loãng hay trong nớc.
ZnO cũng tác dụng với Al
2
O
3
, SiO
2
tạo thành kẽm aluminat và silicat là
những hợp chất khó tan và khó hoàn nguyên.
4.2. ứng dụng của bột ZnO
Kẽm ôxit thờng dùng để sản xuất kẽm kim loại, hợp chất hoá học hoặc pha
chế một số sản phẩm khác. Trừ ôxit kẽm dùng để luyện kẽm, trong cơ cấu sử dụng
của ngành hoá chất thì 65% ôxit dùng chế tạo sơn, 25% chế tạo cao su, 10% cho
các yêu cầu khác.

Kẽm ôxit dùng cho các ngành hoá chất yêu cầu độ hạt bé 0,15 - 10 micrôn,
khối lợng riêng 5,5g/cm3, độ bao phủ 100 g/m
2
, khả năng chứa dầu 12 - 14, độ
chiết quang n
D
= 1,95 - 2,05, màu trắng, không tan trong nớc, tác dụng với CO2
trong không khí tạo thành màng cacbônat, kẽm ôxit dùng cho luyện kim không cao
nh ngành hoá chất.

8
Chẳng hạn bột oxit kẽm dùng trong thuốc thử đòi hởi chứa ít nhất
98,5%ZnO, lợng tạp chất tối đa cho phép trong bột ZnO nh sau:
Bảng 1: Chất lợng của bột 98,5%ZnO
TT Tạp chất %
1 Chất không tan trong nớc 0,02
2 Clorua (Cl) 0,01
3 Sunfat (SO
4
) 0,02
4 Nitrat (NO
3
) 0,01
5 Sắt (Fe) 0,005
6 Asen (As) 0,001
7 Kim loại kiềm và kiềm thổ (dạng sunfat) 0,25
8 Đồng (Cu) 0,005
9 Chì (Pb) 0,05
10 Mangan (Mn) 0,001
V. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc

Có hai phơng pháp luyện kẽm ôxit: Hoả luyện và Thuỷ luyện.Về Thuỷ
luyện sơ lợc tóm tắt nh sau: dùng dung dịch axit hoà tách quặng kẽm, sau đó
khử tạp rồi cho thuỷ phân kết tủa kẽm hiđrôxit, đem nung phân huỷ hiđrôxit sẽ
đợc kẽm ôxit. Ngời ta dùng dung dịch trung tính của quá trình thuỷ luyện đem
thuỷ phân bằng amôn hiđrôxit để đợc kẽm hiđrôxit và amôn sunfat. Nung kẽm
hiđrôxit đợc kẽm ôxit, amôn sunfat dùng làm phân bón.
Về hoả luyện kẽm ôxit, dùng các phơng pháp sau:
+ Luyện kẽm ôxit từ kim loại: chng bốc hơi kim loại kẽm rồi ôxy hoá hơi
đó thành ôxit và thu hồi ở dạng bột. Kẽm ôxit này thờng dùng trong ngành hoá
chất.
+ Luyện kẽm ôxit từ quặng hay các nguyên liệu chứa kẽm khác: Luyện hoàn
nguyên bốc hơi kẽm rồi ôxy hoá tiếp thành ôxit.
5.1. Tình hình nghiên cứu ở nớc ngoài
5.1.1. Luyện bột oxit kẽm từ kẽm kim loại

9
a) Luyện kẽm oxit bằng lò ống chng ngang :
ống chng một đầu bịt kín, một đầu có lỗ thoát hơi kẽm đợc nối với bộ
phận oxyhoá, không có bộ phận ngng tụ. ống chng yêu cầu mịn, chắc để kẽm
lỏng không thấm ra ngoài. hờng ngời ta chế tạo ống chng bằng 70%
cacborundium và 30% đất sét chịu nhiệt.
Dùng kẽm số không đến số ba làm nguyên liệu luyện bột oxit kẽm. Kẽm này
chứa ít tạp chất. đặc biệt là chì và cadimi nên chất lợng tốt.
Kẽm thỏi nạp vào ống chng đợc nung nóng gián tiếp lên trên một nghìn độ
bằng khí đốt, khí lò sinh khí hay dầu. Kẽm bị bốc hơi bay ra và bị oxy của không
khí oxy hoá thành oxit. Chúng đợc thu hồi ở thiết bị thu bụi túi vải.
Nhiệt độ trong buồng nung ống chng khoảng 1300-1350
0
C, trong ống
chng khoảng 1200-1100

0
C, trong buồng oxy hoá là khoảng 1200
0
C, ở buồng thu
bụi trọng lực là 800
0
C và ở buồng thu bụi túi vải trên 100
0
C. Mỗi ống chng có
ngăng suất 45 kg/h.
Bảng 2 : Chất lợng kẽm oxit khi luyện bằng lò ống chng ngang
Loại
Chỉ tiêu
1 2 3 4
%ZnO 99,5 99 99 99
%PbO 0,075 0,3 0,5 0,8
% không tan trong HCl 0,008 0,015 0,1 0,03
%Không tan trong nớc muối 0,10 0,15 0,2 0,2

b) Luyện kẽm oxit bằng lò tang quay:
Để cơ khí hoá và cờng hoá quá trình, ngời ta dùng lò tang quay để chng
kẽm.
Lò đợc nung nóng bằng khí đốt hay dầu. Nhiệt độ vùng kim loại lỏng là
950-1000
0
C. Lò này mỗi ngày đêm xử lý đợc 10 tấn kẽm.
Sản xuất một tấn kẽm oxit tốn chừng 0,873 tấn kẽm và 80-90 kg dầu.
Chất lợng kẽm oxit tốt : 99,5%ZnO, 0,36-0,38%PbO, 0,01 %kẽm kim loại.
Tuy có nhợc điểm là khi làm sạch lò phải lao động nặng nhọc, nhng nó có
nhiều u điểm hơn lò ống ngang nên đợc dùng nhiều.

10
5.1.2. Luyện bột oxit kẽm từ quặng và các nguyên liệu khác
a) Luyện kẽm oxit bằng lò vêtơrin
Vêtơrin là phơng pháp sản xuất bột oxit kẽm từ quặng và các nguyên liệu
chứa kẽm khác. Phơng pháp này phát triển tơng đối sớm, thích hợp với những
nơi sản xuất thủ công, kinh tế cha phát triển.
Để giảm lợng nhiệt mất mát, ngời ta thiết kế mỗi tổ 4 lò chung tờng. Mỗi
tổ lò có diện tích 6-35 m
2
. Phía trên đỉnh lò xây ống oxy hoá chung nối với hệ
thống làm nguội tự nhiên và hệ thống buồng lắng, buồng thu bụi túi vải. Trong lò
có đặt ghi bằng mangan hay bằng thép chịu nhiệt. Dới ghi quạt gió theo yêu cầu
của quá trình.
Để tiết kiệm than, ngời ta lợi dụng nhiệt khí lò để nung nóng gió trớc khi
thổi vào lò. Thờng nhiệt độ gió nóng khoảng 250-300
0
C.
Để cải thiện điều kiện làm việc, cờng hoá quá trình, ngời ta dùng ghi xích
thay ghi cố định.
Kỹ thuật luyện lò vêtơrin nh sau:
Liệu lò gồm quặng và than dạng bột đợc trộn đều với nhau. Quặng có hàm
lợng kẽm từ 15-75%. Nếu là quặng sunfua thì phải thiêu oxy hoá để khử hết lu
huỳnh, nếu là quặng oxit phải nung khử nớc kết tinh và phân huỷ quặng trớc.
Than hoàn nguyên phỉa dùng loại than chứa cácbon cao, ít chất bốc và lu huỳnh.
Nếu than nhiều lu huỳnh, quặng lại chứa chì thì sản phẩm sẽ chứa nhiều chì làm
giảm chất lợng của kẽm oxit. Có thể dùng than antraxit hay than cốc. Quặng và
than đều phải nghiền nhỏ đến cỡ hạt nhất định. Tỷ lệ phối liệu (quặng và than) phụ
thuộc vào hàm lợng kẽm trong quặng, thờng phối than gấp mấy lần tính toán lý
thuyết. Ví dụ khi xử lý quặng chứa 60%Zn thì phải phối theo tỷ lệ quặng/than bằng

1/0,6ữ0,8. Ngoài than hoàn nguyên ra, còn tốn thêm chừng 300 kg than lót để đốt
(tính cho 1 tấn quặng).
Liệu lò cần trộn lỹ, đa đi ép bánh hay vê viên, sau đó sấy khô.
Khi luyện, đầu tiên phải nhóm lò đốt cháy lớp than đệm trên ghi. Sau khi lớp
than đó cháy tốt sẽ nạp liệu lò lên trên với chiều dày khoảng 10-20 cm.
Nhiệt độ buồng lò giữ ở 1200-1300
0
C. Cần khống chế nhiệt độ lò tốt, không
để nhiệt dộ quá cao làm chảy liệu gây ách tắc, cũng không để nhiệt độ quá thấp

11
quá trình hoàn nguyên sẽ kéo dài. Trong quá trình hoàn nguyên, cần bảo đảm than
cháy tốt và đều. Thờng một chu trình luyện gồm: đốt lò khoảng 1,5 h; luyện hoàn
nguyên 3-5 h; ngừng đánh xỉ lò 1-1,5h. Tổng cộng mất 6-8h.
Kỹ thuật luyện lò ghi xích tơng tự nh ghi cố định. Liệu lò cũng cần chuẩn
bị kỹ. Tỷ lệ quặng/than = 4/1ữ3/1 lớn hơn loại lò ghi cố định nhiều. Dùng bã giấy
để ép bánh hay vê viên liệu lò. Thờng dùng than cám ép thành cục hay dùng than
củ lót ghi. Than này đợc rải một lớp dày 18-20 cm bằng phểu riêng đặt phía trớc
phểu liệu. Lớp liệu lò cũng có chiều dày chừng 20 cm. ở buồng hoàn nguyên hơi
kẽm bốc lên bị oxy d của khí lò và không khí đợt hai oxy hoá và bị khí lò cuốn
mang vào hệ thống làm nguội và thu bụi. Bã đợc đổ vào phểu đặt ở đuôi lò.
Luyện kẽm oxit bằng lò vêtơrin có thể đạt tỷ lệ bốc hơi và thu hồi kẽm 80-
85%. Bã kẽm khoảng 5-6%. Nói chung quặng chứa kẽm càng cao, kỹ thuật luyện
càng tốt, hiệu suất thu hồi càng cao. Thờng bã chứa kẽm và than cao cho nên cần
tiếp tục xử lý để thu hồi chúng.
Bột oxit kẽm thu đợc có chất lợng xuất hơn kẽm oxit sản xuất từ kẽm kim
loại nhiều. Chất lợng kẽm oxit thu đợc phụ thuộc nhiều vào liệu ban đầu. Thờng
sản xuất đợc các loại kẽm oxit sau:
Bảng 3: Chất lợng kẽm oxit lò Vêtơrin
TT Loại kẽm oxit 1 2 3 4

1 %ZnO 95 92 83 75
2 %PbO 3 6 12 22
3 Muối sunfat 0,5 1 1,7 2,5
4 %Bã không tan trong HCl <0,005 <0,1 <0,1 <0,1
5 %Chất tan trong nớc muối <1 <1 <1,5 <1,8
6 %Chứa clo 0,15 0,15 0,3 0,5
7 %Chứa As
2
O
3
<0,1 <0,1 <0,1 <0,1
8 %Loại không qua sàng 0,004mm 1,5 1,5 1,5 1,5

Nếu xử lý quặng sunfua đã thiêu tốt, không chứa chì, có thể đợc kẽm oxit
chứa ZnO trên 98,5%, PbO1,5%.

12
Sản xuất kẽm oxit bằng lò vêtơrin có các u điểm chính là: cấu tạo lò đơn
giản, dể chế tạo và thi công, vốn đầu t thấp, quá trình thao tác kỹ thuật tơng đối
đơn giản, thích hợp với sản xuất nhỏ, thủ công.
Luyện lò vêtơrin có nhợc điểm lớn: rất tốn than, tỷ lệ thu hồi kim loại thấp,
bã chứa kẽm cao (cần xử lý tiếp), chất lợng sản phẩm xấu, điều kiện lao động
không tốt, nhất là khi dùng lò ghi cố định.
b) Luyện kẽm oxit bằng lò điện trở
Lò có chiều cao 11,3m, đờng kính 1,75-2,44m, cực điện có đờng kính 304
mm. Các cực đặt cách nhau 8,3m. Lò lớn có 6 cực, lò bé có 4 cực. Điện thế dẫn vào
lò ở hai cực là 190-260V. Công suất mỗi điện cực cực khoảng 600 kVA. Nếu phối
liệu 70% quặng, 30%cốc và tốc độ nạp liệu 37kg/phút, thì lò phải có công suất
2000 kVA; nếu nạp 52 kg/phút lò phải có công suất 3000kVA.
Loại lò bé có công suất 20 tấn ngày, lò lớn 30 tấn ngày. Tiêu hao điện năng

khoảng 2,3 kwh/kg kẽm oxit.
Quặng dùng cho lò điện trở phải nung hay thiêu kết trớc. Quặng đợc thiêu
để khử tốt lu huỳnh, chì, cadimi. Quặng cùng than phối theo tỷ lệ đã định, đợc
nạp vào lò ống quay nung trớc lên 800-850
0
C để khử ẩm, chất bốc, các chất dể
bay hơi và cung cấp liệu nóng cho lò luyện.
ở trong lò, hơi kẽm đợc hoàn nguyên bay ra cùng khí lò vào buồng oxy
hoá. Lò lớn có bốn cửa, lò bé có một của thoát hơi kẽm vào buồng oxy hoá, thờng
bố trí hai buồng oxy hoá ở hai bên hông lò.
Điều chỉnh độ hạt oxit bằng cách thay đổi nhiệt độ buồng oxy hoá, tốc độ
nguội và tốc độ của dòng khí. Muốn có độ hạt oxit mịn, tốc độ oxy hoá và tốc độ
làm nguội nhanh, nhiệt độ buồng oxyhoá cao.
Nhiệt độ trong buồng oxy hoá khoảng 200-1000
0
C. Kẽm oxit có độ hạt từ
0,01 đến 1 micron. Khí chứa kẽm oxit trong lo oxy hoá đi qua thiết bị làm nguội
băng nớc, sau đó vào xyclon và vào thiết bị thu bụi tíu vải. Để giảm nhiệt độ trớc
khi vào túi vải, cần phải cho thêm không khí để bảo đảm nhiệt độ dới 130
0
C.

13
Thành phần kẽm oxit thu đợc có chất lợng khá tốt 98-99,5% ZnO,
0,3%Pb, 0,01%Cd, các chất tan trong nớc chiếm 0,7%, cặn không tan trong axit
HCl chiếm 0,15%.
Đây là phơng pháp sản xuất kẽm oxit từ quặng có chất lợng cao, năng suất
lớn, trình độ cơ giới hoá cao, có thể tự động hoá hoàn toàn.
Nó đợc dùng ở một số nớc trên thế giới nh nhà máy mikaisi (nhật) ;
Kômdoro Kivadavia (Achentina).

Tuy nhiên phơng pháp sản xuất này có nhợc điểm : phải dùng liệu khó
nóng chảy, chuẩn bị liệu cẩn thận và tốn kém, tốn vật liệu chịu lửa, lợng hồi liệu
chiếm tỷ lệ cao, phân loại phức tạp.
b) Luyện kẽm oxit bằng lò ống quay
Lò ống quay xuất hiện và đầu thế kỷ 19 với mục đích luyện kẽm. Nhng vì
không ngng tụ đợc kẽm nên dùng để luyện ra kẽm oxit. Hiện nay lò ống quay là
thiết bị đợc dùng rộng rãi để sản xuất kẽm oxit, xử lý các nguyên liệu chứa kẽm,
chì, kể cả làm giầu quặng oxit nghèo.
Lò ống quay, dài 32-180m đờng kính 1,5-6m. Vỏ lò bằng thép nồi hơi dầy
20 mm, phía trong có lót gạch chịu lửa. Tuỳ tính chất từng vùng của lò, ngời ta lát
các loại gạch chịu lửa thích hợp, đầu lò về phía chất liệu thờng lát bằng gạch
samốt tốt, có chiều dầy 250 mm. Các vùng khác vì nhiệt độ cao thờng, dể bị ăn
mòn và bào mòn nên xây bằng gạch cromagiedit (200*155*65/55) trên lớp gạch
samôt tiêu chuẩn. Để kéo dài tuổi thọ, một số xởng (ở Tây Đức) khi xử lý loại liệu
FeS ngời ta xây xen kẽ gạch cromagiedit với gạch samốt, khi gạch samôt bị mòn,
nó sẽ tạo thành các túi chứa stên lỏng, trành tạo thành kết tảng ngăn cản sự vận
chuyển của liệu trong lò. Lò ống quay đợc đặt trên hệ thống con lăn. Mỗi lò có
hai hay ba hệ thống con lăn. Lò đặt nghiêng 3-5
0
và quay với tốc độ 0,75-1
vòng/phút. Tốc độ quay phụ thuộc vào tính chất của liệu, điều kiện kỹ thuật chạy
lò. Với tốc độ nh trên liệu sẽ ở trong lò khoảng 2-3h.
Cấp liệu cho lò dùng máy cấp liệu mâm xoay hoặc kiểu tang quay, nếu chất
liệu trục vít thì ống chất liệu sẽ nằm ngang theo thân lò. Đầu nạp liệu cũng là đầu

14
dẫn khí lò ra. ở đây khí nóng tới 500
0
C đợc dẫn qua hệ thống ống làm nguội và
thu bụi túi vải. Quanh ống chất liệu thờng làm nguội bằng nớc để bảo vệ ống. Hệ

thống nạp liệu gồm băng tải hay gầu nâng, một hệ thống phểu chứa liệu và máy
nạp liệu. Hệ thống làm nguội khí lò làm bằng ống thép có đờng kính 0,5 m. Một
hệ thống gồm 2-4 dãy ống song song và làm nguội bằng phơng pháp tự nhiên hay
cỡng bc (dội nớc).
Hệ thống thu bụi túi vải là bộ phận thu hồi bột kẽm oxit chính. Thờng dùng
kiểu tự động có túi bằng dạ hay len.
Kỹ thuật luyện lò ống quay:
Nguyên liệu: Nguyên liệu luyện lò ống quay phụ thuộc vào sản phẩm cần
sản xuất. Để sản xuất bột kẽm oxit dùng làm sơn, chất độn cao su và cho các chất
hoá học khác yêu cầu chất lợng cao hơn, chứa ít tạp chất đặc biệt là chì, lu
huỳnh, cadimi do đó liệu phải chứa các tạp đó thấp. Muốn sản xuất kẽm oxit
chất lợng cao thờng phải chuẩn bị liệu rất cẩn thận. Với liệu chứa nhiều tạp chất
dể bốc phải tiến hành thiêu hai lần, thiêu lần đầu để khử Pb, Cd, S
2
, F thiêu lần
hai để bốc hơi kẽm. Thiêu khử tạp chất Pb, Cd, S
2
, F tiến hành ở nhiệt độ cao, trong
môi trờng oxy hoá. Nhiệt dộ khống chế 1200-1250
0
C, tỷ lệ than 5-6%. Để khử tạp
chất tốt, phải cho thêm pirit hay muối ăn; chì, cadimi dể bốc hơi ở dạng clorua hay
sunfua. Bã còn lại luyện kẽm oxit rất tốt.
Liệu nạp vào lò có độ hạt 5-10mm. Hạt quá lớn, hoàn nguyên sẽ khó khăn,
hạt quá bé sinh ra bụi nhiều.
Than hoàn nguyên thờng dùng than antraxit hay cốc vụn. Yêu cầu về chất
lợng than không cao, độ hạt khoảng 0-10mm. Độ hạt của than không nên quá lớn
vì sẽ sinh hiện tợng phân chia tự nhiên, trộn không đều với quặng, hạn chế quá
trinh hoàn nguyên. Thờng phối liệu theo tỷ lệ than 35-50% so với quặng. Trong
trờng hợp liệu dể chảy, có thể tăng than để chống dính bết. Nếu hàm lợng kim

loại trong liệu cao, phải dùng tỷ lệ than cao. Nếu dùng phơng pháp thổi gió cỡng
bức, thì lợng than sẽ tốn nhiều hơn. Thờng bã sau khi luyện còn chứa 15-30%
than, cần thu hồi để sử dụng lại.

15
Ngoài nguyên liệu chính là quặng, than còn dùng các chất phụ gia: đá, vôi,
vôi tôi, pirit hay muối ăn. Khi xử lý liệu chứa nhiều chì, cần phối thêm 1-3% pirit
hay muối ăn để tạo điều kiện cho chì bốc hơi tốt hơn. Độ ẩm của liệu có ảnh hởng
lớn tới năng suất lò và hiệu suất bốc hơi của kim loại.
Nói chung cứ tăng 1% độ ẩm, hiệu suất bốc hơi kim loại giảm 0,5%, quặng
cung cấp cho lò ống quay, nếu độ ẩm cao phải sấy để đa tỷ lệ ẩm xuống 5-7%.
Quy trình luyện: liệu lò (gồm quặng, than, trợ dung, phụ gia đã sấy) đợc
đa vào phểu chứa. Dùng băng tải đa quặng, than, phụ gia theo tỷ lệ nhất định vào
máy trộn (tang quay hay trục vít) rồi nạp thẳng vào lò .
Do lò có độ dốc nhất định, nên khi liệu quay sẽ lăn dần từ đầu này sang đầu
kia và chảy ra ngoài.
Nhiệt độ trong lò đợc khống chế chặt chẽ theo yêu cầu của quá trình luyện.
Nhiệt cung cấp cho quá trình chủ yếu do nhiệt cháy của than và nhiệt oxy hoá của
hơi kẽm.
Luyện kẽm oxit bằng lò ống quay có những u khuyết điểm sau:
- u điểm: Luyện lò ống quay có thể xử lý hiệu quả các loại chứa kẽm, chì-
kẽm dạng vụn nghèo. Quá trình có thể tự động hoá hoàn toàn, điều kiện lao động
tốt, luyện liên tục, năng suất cao, công suất lò lớn, dễ thao tác, có thể quan sát đợc
quá trình làm việc ở các khu vực khác nhau. Hiệu suất thu hồi kim loại cao, xử lý
tốt liệu tổng hợp chì-kẽm. Dùng loại nhiên liệu rẻ tiền, không cần chất lợng cao.
- Nhợc điểm: ở lò ống quay dể xảy ra kết tảng rất khó xử lý, do vậy thời
gian dừng lò có khi chiếm 1/3-1/4 thời gian làm việc. Xử lý kết tảng là một việc
khó khăn và nặng nhọc, khó cơ giới hoá. Tốn khá nhiều nhiên liệu, bã chứa than và
các kim loại có ích cao, do đó phải tiếp tục xử lý đề thu hồi nên dây chuyền dài và
phúc tạp. Lò chóng bị bào mòn và ăn mòn nhât là vùng phản ứng, nên phải dùng

loại gạch đắt tiền Cromagiedit. Xử lý loại liệu dể nóng chảy rất khó khăn.
Tuy tồn tại các nhợc điểm trên nhng nó vẫn là thiết bị đợc dùng rộng rãi
nhất hiện nay.


16
5.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nớc
Hiện nay Công ty TNHHNN MTV KLM Thái Nguyên có hai khu vực khai
thác quặng kẽm là mỏ Kẽm chì thuộc xã Bản Thi - Chợ Đồn - Bắc Kạn và mỏ Kẽm
chì Làng Hích - Đồng Hỉ - Thái Nguyên. Những năm trớc đây Công ty khai thác
quặng ôxit kẽm chủ yếu để xuất khẩu và một phần quặng ôxit có hàm lợng từ 15-
20%Zn để sản xuất ra bột ôxit kẽm 60%Zn tại Xí nghiệp Luyện kim màu II và sản
xuất bột ôxit kẽm 90%ZnO tại Xí nghiệp Bột kẽm Tuyên Quang và Phân xởng
Antimon tại mặt bằng Công ty, ở đây sản xuất bột ZnO 90% bằng công nghệ lò
Vêtơrin đạt thực thu thấp, tiêu hao nguyên nhiên vật liệu cao, lao động thủ công
năng suất thấp, vì vậy hiện nay Công ty Kim loại mầu Thái Nguyên đang tiến hành
nghiên cứu thiết bị, công nghệ lò quay tại Xí nghiệp Luyện kim mầu II luyện bột
oxit kẽm 90%ZnO nhằm nâng cao chất lợng sản phẩm (chất lợng sản phẩm hiện
nay chỉ đạt 80%ZnO) cải thiện môi trờng làm việc, giảm tiêu hao nguyên nhiên
vật liệu, tăng giá trị kinh tế.

17

Bảng 4: Các chỉ tiêu KTKT khi sản xuất bột 90%ZnO bằng lò vêtơrin
Số
TT
Tên chỉ tiêu
Yêu cầu kỹ
thuật
ĐVT SLĐM/TSP
I Các chỉ tiêu chính

1 Nguyên liệu
Quặng vào lò Tấn

Hàm lợng % Zn 20 0,5
2 Sản phẩm
Hàm lợng kẽm %Zn 72,31
4 Năng suất Tấn/24giờ 6
5 Thực thu % 52
6 Than các loại Tấn 5,90

Trong đó:

Than cục Quảng Ninh
C= 78%,
Q=7800 kcal/kg
Tấn 2,20
Than cám Quảng Ninh
C = 70 %,
Q=6500 kcal/kg
Tấn 3,70

độ ẩm 7,5%

7 Điện năng Kwh 500
8
Nớc :

Công nghiệp và
nớc sạch
m
3
6,5
Trong đó nớc sạch m
3
1,5
Nớc Công nghiệp m
3
5,0
9 Túi vải pêcô
F400, vải pêcô 1
lớp

Cái 0,17












18
Phần II. THực nghiệm nghiên cứu
I. Phơng pháp tiến hành nghiên cứu
1.1. Sơ đồ nghiên cứu
Phơng pháp truyền thống để sản xuất bột oxit kẽm sử dụng phơng pháp hoả
luyện bằng lò ống quay. Các bớc công nghệ sản xuất nh sau:
1- Nghiên cứu thành phần quặng oxit kẽm. Lấy mẫu đại diện phân tích thành
phần hóa học gồm các nguyên tố: Zn; Fe; SiO
2
; H
2
O. Các thành phần này do
Phòng KCS Công ty thực hiện bằng việc lấy mẫu đại diện.
2- Thực hành nghiên cứu thực nghiệm lựa chọn thiết bị và công nghệ tại Xí
nghiệp Luyện kim mầu II theo các mục tiêu chính là: Công nghệ hoả luyện, thiết
bị, năng suất, chất lợng sản phẩm, các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, đánh giá khả
năng có thể duy trì và mở rộng sản xuất.

3- Trên cơ sở kết quả thu đợc, lập quy trình công nghệ, qui mô sản xuất sản
phẩm.
4- Lu trình công nghệ sản xuất bột oxit kẽm 90% ZnO bằng lò quay (trang
bên).