Viện KHCN Mỏ - Luyện kim Báo cáo tổng kết đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná, Cao Bằng Cnđt: Đỗ Hồng Nga 8427 Hà nội 2010 BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 1 NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN Họ và tên Chuyên môn Đơn vị công tác Đỗ Hồng Nga ThS luyện kim màu Viện KH&CN Mỏ - Luyện Kim Ngô Ngọc Định KS luyện kim màu Viện KH&CN Mỏ - Luyện Kim Đinh Quang Hưng KS luyện kim màu Viện KH&CN Mỏ - Luyện Kim Quản Văn Dũng KS luyện kim màu Viện KH&CN Mỏ - Luyện Kim Nguyễn Hồng Quân KS luyện kim màu Viện KH&CN Mỏ - Luyện Kim BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 2 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU 4 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ 5 MỞ ĐẦU 6 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 7 1.1. VÀI NÉT VỀ TÀI NGUYÊN BAUXIT VIỆT NAM VÀ ĐẶC ĐIỂM QUẶNG TÁP NÁ, CAO BẰNG 7 1.2. TÌNH HÌNH KHAI THÁC BAUXIT VÀ SẢN XUẤT ALUMIN TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC 9 1.2.1. Tình hình khai thác bauxit và chế biến alumin ở ngoài nước 9 1.2.2. Tình hình khai thác bauxit và chế biến alumin ở trong nước 12 1.3. TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 1.3.1. Một số ứng dụng của alumin 13 1.3.2. Bauxit – nguyên liệu chính để sản xuất alumin 14 1.3.3. Lý thuyết quá trình hòa tách bauxit 16 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC CHUẨN BỊ 18 2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 2.2. CHUẨN BỊ MẪU VÀ THÀNH PHẦN PHỐI LIỆU 18 2.2.1. Mẫu nghiên cứu 18 2.2.2. Chuẩn bị cấp hạt bauxit 19 2.2.3. Chuẩn bị dung dịch hòa tách 19 2.3. NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT 19 2.4. THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 21 2.5. CÔNG TÁC PHÂN TÍCH 22 CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 23 3.1. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 23 3.2. NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN VẬT CHẤT 23 3.2.1. Thành phần hóa học 24 BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 3 3.2.2. Thành phần khoáng vật 24 3.3. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HÒA TÁCH 26 3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hòa tách 27 3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hòa tách 28 3.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến hiệu suất hòa tách 29 3.3.4. Ảnh hưởng của lượng nạp bauxit đến hiệu suất hòa tách 30 3.3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ vôi (CaO) đến hiệu suất hòa tách 32 3.4. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LẮNG BÙN ĐỎ 33 3.5. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHÂN HÓA DUNG DỊCH NATRI ALUMINAT NHẬN NHÔM HYDROXIT 35 3.5.1. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất phân hóa 36 3.5.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ mầm đến mức độ phân hóa 37 3.6. LỰA CHỌN NHIỆT ĐỘ NUNG NHÔM HYDROXIT 39 3.7. TỔNG HỢP KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 40 3.7.1. Một số chỉ tiêu công nghệ chính 40 3.7.2. Sơ đồ công nghệ kiến nghị 41 3.8. ĐỊNH HƯỚNG ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 41 3.9. PHÂN TÍCH MỘT SỐ VẤN ĐỀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 4 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Tổng hợp tài nguyên trữ lượng bauxit sa khoáng mỏ Táp Ná 8 Bảng 2. Tổng hợp tài nguyên trữ lượng bauxit gốc mỏ Táp Ná 8 Bảng 3. Phân bố trữ lượng bauxit ở các Châu lục 9 Bảng 4. Các nước có tiềm năng lớn hàng đầu về bauxit 9 Bảng 5. Các công ty sản xuất alumin chủ yếu trên thế giới 10 Bảng 6. Những đặc trưng cơ bản của công nghệ Bayer châu Âu và châu Mỹ .11 Bảng 7. Thành phần hóa học của alumin, % 14 Bảng 8. Phân bố cấp hạt tinh quặng bauxit Táp Ná mẫu công nghệ 19 Bảng 9. Thành phần hóa học bauxit Táp Ná, % 24 Bảng 10. Thành phần khoáng vật bauxit Táp Ná, % 24 Bảng 11. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hòa tách 27 Bảng 12. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hòa tách 28 Bảng 13. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến hiệu suất hòa tách 30 Bảng 14. Ảnh hưởng của lượng nạp bauxit đến hiệu suất hòa tách 31 Bảng 15. Ảnh hưởng của tỷ lệ vôi đến hiệu suất hòa tách 32 Bảng 16. Lắng bùn đỏ bauxit Táp Ná 34 Bảng 17. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất phân hóa 37 Bảng 18. Ảnh hưởng của tỉ lệ mầm đến mức độ phân hóa 38 Bảng 19. Thành phần hóa học của sản phẩm alumin 39 Bảng 20. Tổng hợp một số chỉ tiêu công nghệ chính 40 Bảng 21. Thành phần hóa học của các loại bùn đỏ khác nhau, % 43 BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 5 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ Hình 1. Sơ đồ chuẩn bị cấp hạt bauxit 20 Hình 2. Quy trình chuẩn bị dung dịch luân lưu 21 Hình 3. Thiết bị hòa tách 21 Hình 4. Sơ đồ tóm tắt công nghệ sản xuất alumin theo phương pháp Bayer 23 Hình 5. Ảnh thạch học bauxit Táp Ná (phóng đại 100 lần) 25 Hình 6. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hòa tách 27 Hình 7. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hòa tách 29 Hình 8. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch luân lưu đến hiệu suất hòa tách 30 Hình 9. Ảnh hưởng của lượng nạp bauxit đến hiệu suất hòa tách 31 Hình 10. Ảnh hưởng của tỷ lệ vôi đến hiệu suất hòa tách 33 Hình 11. Sự phụ thuộc của tốc độ lắng vào chất trợ lắng 34 Hình 12. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất phân hóa 37 Hình 13. Sự phụ thuộc hiệu suất phân hóa vào tỉ lệ mầm 38 Hình 14. Sơ đồ công nghệ kiến nghị sản xuất alumin từ bauxit Táp Ná, Cao Bằng 42 BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 6 MỞ ĐẦU Bauxit là nguyên liệu chính để sản xuất ra alumin (Al 2 O 3 ). Hiện tại, trên thế giới khoảng 90% sản lượng alumin được sản xuất từ quặng bauxit, 10% còn lại được sản xuất từ quặng nephelin, alunit và từ các nguyên liệu khác. Khoảng 85% sản lượng alumin trên thế giới dùng để sản xuất ra nhôm kim loại, 10% dùng cho ngành công nghiệp hóa chất, còn lại 5% dùng cho ngành công nghiệp khác. Theo kết quả điều tra, thăm dò địa chất và đánh giá khoáng sản bauxit, Việt Nam là một trong những quốc gia có nguồ n tài nguyên bauxit lớn trên thế giới. Để đóng góp chung vào công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, song song với công tác nghiên cứu công nghệ tuyển bauxit thì việc nghiên cứu công nghệ luyện alumin từ tinh quặng bauxit cũng cần được triển khai. Nhằm đánh giá khả năng và điều kiện xử lý bauxit từng vùng trên lãnh thổ Việt Nam, Bộ Công Thương cho phép Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ- Luyện kim triển khai đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng Táp Ná, Cao Bằng” theo hợp đồng số 135.10 RD/HĐ-KHCN ký ngày 02 tháng 03 năm 2010. Kết quả nghiên cứu của đề tài có ý nghĩa quan trọng, làm cơ sở cho việc định hướng công nghệ để xử lý hiệu quả nguồn tài nguyên quý giá này với mục tiêu: - Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná, Cao Bằng - Alumin nhận được đạt hàm lượng Al 2 O 3 98 – 99%, các tạp chất SiO 2 ≤ 0,1%, Fe 2 O 3 ≤ 0,05%. - Sản phẩm alumin đáp ứng yêu cầu cho công nghệ điện phân nhôm. BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 7 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. VÀI NÉT VỀ TÀI NGUYÊN BAUXIT VIỆT NAM VÀ ĐẶC ĐIỂM QUẶNG TÁP NÁ, CAO BẰNG Việt Nam là một trong những quốc gia có nguồn tài nguyên bauxit lớn trên thế giới. Xét về nguồn gốc thành tạo, bauxit Việt Nam gồm hai loại chính là trầm tích và phong hóa từ đá bazan. Các mỏ bauxit trầm tích có thành phần khoáng vật chủ yếu là diaspor phân bố chủ yếu ở miền Bắc thuộc các tỉnh: Cao Bằng, Lạng Sơn, Hà Giang. Tổng trữ lượng (quặng bauxit có độ hạt + 10 mm) xấp xỉ 91 triệu tấn, trong đó cấp B+C 1 +C 2 là khoảng 84 triệu tấn, cấp P là 7 triệu tấn và hàm lượng các cấu tử chính là Al 2 O 3 44,65 – 58,84%, Fe 2 O 3 21,32 – 27,35%, TiO 2 2 – 4,5%, M Si ~ 7 [7]. Các mỏ bauxit phong hóa laterit từ đá bazan chiếm trữ lượng lớn nằm ở miền Nam thuộc các tỉnh: Đắk Nông, Bảo Lộc – Di Linh, Kon Plông – Kon Hà Nừng…., có thành phần khoáng vật chính là gipxit. Trữ lượng đã được thăm dò và đánh giá là 5,432 tỷ tấn (tương ứng khoảng 2,3 tỷ tấn tinh quặng). Tinh quặng bauxit đạt hàm lượng Al 2 O 3 45 - 50%, SiO 2 1,6 – 5%, Fe 2 O 3 17 - 22%, TiO 2 2,6 - 3% [7]. Mỏ Táp Ná, Cao Bằng được phát hiện từ năm 1960. Công tác tìm kiếm, thăm dò sơ bộ mỏ này được tiến hành trên cả hai loại quặng gốc và sa khoáng. Trữ lượng bauxit Táp Ná được Hội đồng xét duyệt trữ lượng Khoáng sản phê duyệt tại quyết định số 65/QĐHĐ ngày 5 tháng 12 năm 1979 được trình bày trong bảng 1 và 2. BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 8 Bảng 1. Tổng hợp tài nguyên trữ lượng bauxit sa khoáng mỏ Táp Ná Đơn vị: 1000 tấn TT Khu mỏ Cấp B Cấp C1 Cấp C2 1 Lũng Móc 280,00 927,08 880,27 2 Lũng Xỉa - 687,21 271,93 3 Ke Bao 364,83 538,31 368,75 4 Lũng Giang 1.672,70 1.682,75 293,59 5 Cốc Càng - 1.891,32 1.286,26 6 Cốc Lùng 238,67 1.343,17 494,84 7 Nậm Cốp - 99,91 292,59 8 Nậm Ngũ - 729,83 29,12 Tổng 2.556,20 7.899,58 3.935,36 Bảng 2. Tổng hợp tài nguyên trữ lượng bauxit gốc mỏ Táp Ná Đơn vị: 1000 tấn TT Khu mỏ Cấp B Cấp C1 Cấp C2 1 Lũng Móc - - 1.338,11 2 Lũng Xỉa - - 384,897 3 Cốc Càng - - 715,196 Tổng - - 2.476,203 Theo báo cáo kết quả nghiên cứu địa chất, tinh quặng bauxit Táp Ná có hàm lượng Al 2 O 3 và SiO 2 giữa các khu mỏ có độ biến thiên rất lớn. Tuy nhiên, hàm lượng trung bình toàn mỏ như sau: - Hàm lượng Al 2 O 3 trung bình 51,36 % - Hàm lượng SiO 2 trung bình 6,8 % - M Si ~ 7,5 BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 9 1.2. TÌNH HÌNH KHAI THÁC BAUXIT VÀ SẢN XUẤT ALUMIN TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC 1.2.1. Tình hình khai thác bauxit và chế biến alumin ở ngoài nước Theo công bố của Cục khảo sát Địa chất Mỹ vào tháng 1/2009 thì tiềm năng tài nguyên bauxit toàn thế giới khoảng 75 tỷ tấn, phân bố ở các Châu lục như trong bảng 3. Bảng 3. Phân bố trữ lượng bauxit ở các Châu lục STT Châu lục Tỷ lệ phân bố, % 1 Châu Phi 33 2 Châu Đại dương 24 3 Châu Mỹ và Carribe 22 4 Châu Á 15 5 Các nơi khác 6 Trên thế giới có trên 40 nước có bauxit, trong đó những nước có tiềm năng lớn hàng đầu được trình bày trong bảng 4. Bảng 4. Các nước có tiềm năng lớn hàng đầu về bauxit STT Tên nước Trữ lượng bauxit, (10 9 tấn) 1 Guinea 8,6 2 Australia 7,8 3 Việt Nam 5,5 4 Brazil 2,5 5 Jamaica 2,5 6 Trung Quốc 2,3 7 Ấn Độ 1,4 Hầu hết các nước có nguồn bauxit lớn đều khai thác để chế biến trong nước hoặc xuất khẩu. Hiện nay, trên thế giới có khoảng trên 20 nước khai thác bauxit, 33 nước sản xuất alumin và 45 nước điện phân nhôm [13,15]. [...]... Mẫu nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là 100 kg tinh quặng bauxit Táp Ná, tỉnh Cao Bằng được cung cấp bởi Phòng Công nghệ Tuyển khoáng Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 18 BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná ,Cao Bằng Mẫu nghiên cứu tuyển được Đoàn địa chất 116 thi công lấy theo “phương án lấy mẫu công nghệ đại diện tại mỏ bauxit Táp Ná thuộc vùng quặng bauxit. .. hợp) Từ khi được phát minh đến nay, công nghệ Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 10 BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná ,Cao Bằng Bayer vẫn chiếm vị trí chủ đạo trong công nghiệp sản xuất alumin của thế giới Hiện nay và dự báo trong tương lai, khoảng 90% sản lượng alumin của thế giới vẫn được sản xuất bằng công nghệ này Những đặc tính cơ bản của công nghệ. .. 2.5 CÔNG TÁC PHÂN TÍCH Công tác phân tích được thực hiện tại Trung tâm phân tích Hóa- lý Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Trung tâm phân tích khoáng sản Cục địa chất khoáng sản Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 22 BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná ,Cao Bằng CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ Sơ đồ công nghệ tóm tắt sản xuất. .. chất của bauxit lại tác động rất rõ rệt đến công nghệ xử lý bauxit để sản xuất ra alumin Việc nghiên cứu chi tiết Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 23 BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná ,Cao Bằng thành phần vật chất của bauxit khi muốn đưa vào sử dụng là điều không thể thiếu vì biết thành phần vật chất sẽ cho phép định hướng trong nghiên cứu công nghệ, giải...BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná ,Cao Bằng Khai thác bauxit và sản xuất alumin phụ thuộc chủ yếu vào nhu cầu nhôm của thế giới Từ những năm 1990, tốc độ phát triển của sản xuất nhôm cao hơn sản xuất bauxit – alumin Năm 1999 sản lượng alumin của thế giới là 45,784 triệu tấn, năm 2005 là 60,833 triệu tấn và năm 2010 đã là > 80 triệu tấn Bauxit chủ yếu dùng... theo công thức sau: ηlt = Al2O3 − SiO2 100,% Al2O3 Trong đó: ηlt - hiệu suất hoà tách lý thuyết Al2O3 - hàm lượng nhôm ôxit trong tinh quặng bauxit SiO2 - hàm lượng silic ôxit trong tinh quặng bauxit Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 17 BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná ,Cao Bằng CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC CHUẨN BỊ 2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU... suất, % bauxit, g/l 90 80 70 60 50 280 300 320 340 360 380 400 Lượng nạp bauxit, g/l Hình 9 Ảnh hưởng của lượng nạp bauxit đến hiệu suất hòa tách Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 31 BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná ,Cao Bằng Từ kết quả nghiên cứu cho thấy: Khi lượng nạp bauxit thấp hơn 344 g/l sẽ cho hiệu suất hòa tách cao Khi lượng nạp bauxit cao hơn... BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná ,Cao Bằng tiêu hao kiềm và tiêu hao bauxit khi sản xuất 1 tấn alumin Ngoài ra, cũng đã có nghiên cứu thăm dò nâng cao MSi mỏ bauxit Lạng Sơn bằng nung trước khi hòa tách Tuy nhiên, các nghiên cứu cho thấy rằng, việc nung trước làm tăng Al2O3 trong tinh quặng vì khoáng vật diaspor (Al2O3.H2O) mất phân tử nước kết tinh duy nhất trở nên... thể chế biến thành alumin chẳng những từ bất kỳ loại bauxit nào mà còn từ cao lanh, đất sét và các loại Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 11 BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná ,Cao Bằng đất đá alumosilicat Hiện nay, có hai loại phương pháp thiêu kết: phối liệu khô và phối liệu ướt Tuy phương pháp thiêu kết có thể chế biến thành alumin từ các nguồn nguyên... lần bằng nước cất nóng, sau đó đưa vào các ống lắng bằng thuỷ tinh chịu nhiệt có chia vạch và giữ nhiệt bằng nước nóng tuần hoàn ở 950C Các ống lắng được ký hiệu M1, M2, M3, M4 tương ứng với lượng chất trợ lắng thêm vào là 0, 1, 2, 3 g tinh bột/kg bùn đỏ khô Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 33 BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná ,Cao Bằng Kết quả nghiên cứu . 14. Sơ đồ công nghệ kiến nghị sản xuất alumin từ bauxit Táp Ná, Cao Bằng 42 BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná ,Cao Bằng. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ. Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná, Cao Bằng Cnđt: Đỗ Hồng Nga 8427 Hà nội 2010 BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ. trong tinh quặng bauxit BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná ,Cao Bằng. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 18 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG