1

  Tin tức   Tin khoa học công nghệ

Công nghệ sản xuất quặng TiTan

Đăng lúc: Thứ hai - 18/11/2013 06:54 - Người đăng bài viết: Công ty Vtech
Công nghệ sản xuất quặng TiTan

Công nghệ sản xuất quặng TiTan

Quá trình làm giàu quặng là bước sơ bộ và rất quan trọng trong sản xuất công nghiệp. Cơ sở của quá trình làm giàu quặng là loại bỏ bớt hàm lượng sắt có trong quặng để nâng cao hàm lượng TiO2 và làm giảm bớt hóa chất hòa tan quặng trong quá trình chế biến tiếp theo. Các quá trình làm giàu quặng ngày càng được cải tiến để tăng năng suất, hiệu suất và giảm giá thành sản phẩm cho nên trong công nghiệp có nhiều cách xử lý quặng như sản xuất xỉ titan hay rutil tổng hợp.

I. Giới thiệu về Titan, TiO2 và quặng Ilmenit

I.1 Kim loại Titan

Titan là một nguyên tố hóa học, một kim loại, có ký hiệu là Ti và số thứ tự trong bảng tuần hoàn là 22. Titan là một kim loại chuyển tiếp với màu trắng bạc. Nguyên tố này có mặt trong nhiều khoáng vật với nguồn chính là rutililmenit, được phân bố rộng khắp trên Trái Đất. Có hai dạng thù hình và năm đồng vị tự nhiên của nguyên tố này: Ti-46 đến Ti-50, với Ti-48 là phổ biến nhất (73,8%). Một trong những tính chất quan trọng nhất của titan là nó cứng như thép nhưng chỉ nặng bằng 60% thép.
Titan được dùng trong các hợp kim cứng và nhẹ (đặc biệt là với sắtnhôm). Hợp chất phổ biến nhất của nó, ôxít titan, được dùng làm chất nhuộm trắng. Titan kim loại và hợp chất của nó được dùng nhiều vào hàng thứ 4 trong công nghiệp. Hợp kim titan có độ bền nhiệt, độ bền va đập, độ bền  chống ăn mòn và mài mòn tốt. Hợp kim titan có tính tương hợp sinh học tốt và không độc. Chúng có giá cạnh tranh so với nhiều loại vật liệu cao cấp khác. Hợp kim titan được dùng rất nhiều trong công nghiệp hàng không vũ trụ, hạt nhân, tên lửa ( các chi tiết của động cơ phản lực, của bộ phận cất hạ cánh, vỏ máy bay vv....) , chế tạo máy, làm dụng cụ và vật liệu y học ( xương giả, răng giả .... ) vv... Nhiều quốc gia xếp titan vào hàng kim loại chiến lược.
Trong các hợp chất titan thì chất  màu dioxyt titan TiO2 được sử dụng nhiều nhất. TiO2 được sử dụng trong ngành sơn làm bền màu,bền hoá học, độ phản chiếu cao, không độc, chịu đựng tốt tác động của khí hậu. TiO2 cũng được dùng làm phụ gia trong công nghiệp sợi, chất dẻo, săm lốp cao su, giấy, nhuộm in màu, gốm sứ thủy tinh, điện tử, vv...Nhu cầu sử dụng Ti, các hợp kim và hợp chất Ti trên thế giới và VN ngày càng tăng.
 

I.2  Cấu tạo và tính chất TiO2

  +Cấu tạo
Titan dioxit hay được gọi là titan (IV) oxit hay titania, là oxit của Titan với công thức hóa học là TiO2. Là oxit tồn tại ở dạng tinh thể màu trắng với nhiều cấu trúc khác nhau nhưng chủ yếu tồn tại ở 3 dạng cấu trúc: rutile, anatase và brookite. Hai dạng sau không bền và ở 9150C chuyển hóa một chiều thành rutile. Dạng cấu trúc rutile bền ở nhiệt độ cao, anatase bền ở nhiệt độ thấp hơn còn cấu trúc brookite chỉ tồn tại trong các khoáng. Trong quá trình hình thành vật liệu thì TiO2 chủ yếu được hình thành ở dạng rutile và anatase.
http://img3.tamtay.vn/files/photo2/2013/11/18/21/975114/528a2a79_3db0ec17_doan-copy.jpg
Cấu trúc brookite có dạng orthorhomic, còn dạng cấu trúc rutile và anatase đều được xây dựng từ các đa diện phối trí tám mặt. Ta thấy cấu trúc rutile và anatase khác nhau ở sự biến dạng của mỗi hình 8 mặt và cách gắn kết giữa các đa diện phối trí. Trong cấu trúc ô mạng cơ sở của tinh thể rutile và anatase, mỗi ion Ti4+ được bao quanh bởi hình 8 mặt tạo bởi 6 ion O2-. Hình 8 mặt trong rutile không đồng đều do có sự biến dạng của các đa diện phối trí tám mặt gần với hệ trực thoi yếu. Các đa diện phối trí 8 mặt của anatase bị biến dạng mạnh nên mức đối xứng của hệ thấp hơn hệ trực thoi.
+Tính chất vật lý
 Do có sự khác nhau về cấu trúc dẫn tới sự khác nhau về mật dộ và cấu trục điện từ và các tính chất vật lý của 2 dạng thù hình rutile và anatase
 
 
 
TÍNH CHẤT RUTILE ANATASE
Cấu trúc tinh thể Tetragonal Tetragonal
Khối lượng riêng (g/cm3) 4,25 3,895
Chỉ số khúc xạ 2,71 2,52
Độ cứng(thang mox) 6,0 ÷ 7,0 5,5 ÷ 6,0
Hằng số điện môi 114 31
Nhiệt độ nóng chảy (00C) 1830 ÷ 1850 0C Nhiệt độ cao chuyển thành rutile
 
+Tính chất hóa học
TiO2 là sản phẩm quan trọng nhất trong quá trình chế biến nguyên liêu titan. Là hợp chất rất bền với các chất hóa học. Không tan trong nước và các axit trừ HF và H2SO4. Axit Sunfuric hòa tan chậm TiO2 cấu trúc anatase nung dưới 8000C. Trong dung dịch axit, titan tồn tại dưới dạng cation Ti4+ hoặc ion titanyl TiO22+
Dung dịch kiềm tác dụng không đáng kể lên TiO2, song khi nấu chẩy TiO2 với xút rắn sẽ tạo ra các muối titanat
Dễ dàng chuyển TiO2 thành trạng thái tan bằng cách nung chảy với các sunfat oxit hoặc florua axit kim loại kiềm:
     1
Clo trước 8000C không phản ứng với TiO2, ở nhiệt độ cao hơn chỉ tiến hành phản ứng thuận nghịc với hằng số cân bằng rất nhỏ:
     TiO2 + 2Cl2   →  TiCl4 + O2
Song khi có mặt chất khử như C, CO, COCl2 (các chất lấy O2) cân bằng sẽ chuyển dịch về phải và nhiệt độ clo hóa giảm xuống:
     1
Đây là phản ứng rất quan trọng trong kỹ thuật chế biến nguyên liệu và sản xuất kim loại titan
 
+Ứng dụng của TiO2
Từ những năm 60 của thế kỷ XX, các nhà khoa học đã đi sâu nghiên cứu các tính chất của titan dioxit và đưa ra những ứng dụng hữu hiệu trên các loại vật liệu chế tạo từ TiO2. Một trọng những ưu điểm để các nhà khoa học chú ý vào việc nghiên cứu những ứng dụng về TiO2 bởi nó là một oxit sạch, đơn giản trong phương pháp tổng hợp và không độc hại. Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, càng ngày người ta càng tìm ra được nhiều những ưu điểm mới và quan trọng của Titan dioxit và cho đến nay TiO2 đã trở thành một trong những vật liệu cơ bản đối với cuộc sống con người. Những ứng dụng cơ bản của TiO2 như:
-Làm vật liệu xúc tác quang:
-Làm vật liệu siêu ưa nước (bề mặt tự làm sạch, chống sương mù…);
-Dùng để chế biến hợp kim trong các ngành kỹ thuật hiện đại…

I.3 Quặng Ilmenit

Khi tuyển tinh quặng từ sa khoáng, trong tinh quặng thường chứa Ilmenit, Rutil, Anataz, Zircon. Ilmenit có công thức hó học chung là mFeTiO3.nFe2O3, tùy thuộc vào m, n mà hàm lượng TiO2 dao động từ 41.6-58.3%. Ilmenit trong quặng sa khoáng chứa 52-55 % TiO2, trong quặng tụ khoáng chứa 40 - 48 % TiO2. Ilmenit là khoáng vật quặng chứa 52 - 54% TiO2, trong đó nguyên tố: Fe = 36,8%, Ti = 31,6% và O = 31,6%.
Quặng ilmenit dùng cho sản xuất rutil nhân tạo, TiO2 kỹ thuật, bột màu TiO2 phải thỏa mãn nhưng tiêu chuẩn về khả năng phân hủy , hàm lượng tạp chất và hàm lượng TiO2. Trong thành phần của ilmenit chứa nhiều sắt nên trước qui trình sản xuất chất màu TiO2 người ta phải xử lý loại bớt sắt làm giàu quặng. Bên cạnh đó trong quặng còn chứa nhiều tạp chất như V, Al, Ca, Mg, Mn, Cr, Zr, Nb, Si, … Các tạp chất này đều dễ tạo thành các clorua dưới tác dụng của HCl, các chất khác như VCl4 ­và VOCl3 có nhiệt độ sôi thấp dễ bay hơi cùng với FeCl3. Các clorua khác thì ở dạng rắn và có thể làm sạch được.

II. Các phương pháp công nghệ

Sơ đồ khối phương thức chế biến titan trong công nghiệp:
http://img3.tamtay.vn/files/photo2/2013/11/18/21/975114/528a2a95_78b425a9_doan1-copy_resize.jpg

II.1 Công nghệ sản xuất chất màu dioxyt titan :

Có 2 quy trình công nghệ hiện nay đang được xử dụng nhiều trên thế giới để sản xuất chất mầu TiO2

II.1.1- Phương pháp sulfate

Đây là phương pháp sản xuất TiO2 chủ yếu dùng làm bột màu (pigment). Phương pháp sunfat là phương pháp lâu đời nhất và thường áp dụng cho những quặng có hàm lượng thấp.
Phương pháp này bao gồm 4 giai đoạn chính:
-     Phân huỷ quặng bằng H2SO4
-     Tách sulphat Fe
-     Thuỷ phân titanyl sunphat
-     Nung để thu sản phẩm
Sơ đồ quy trình công nghệ:
http://img3.tamtay.vn/files/photo2/2013/11/18/21/975114/528a2aaa_29f45884_doan2-copy.jpg

Tác giả bài viết: Hoàng Dương
Nguồn tin: Sưu tầm
Đánh giá bài viết
Tổng số điểm của bài viết là: 15 trong 3 đánh giá
Click để đánh giá bài viết
 

Tin Tức

Sản phẩm VIP