Luận văn nghiên cứu tối ưu hóa quá trình điều chế nano tio2 từ nguồn sa khoáng ilmenite việt nam

Luận văn nghiên cứu tối ưu hóa quá trình điều chế nano tio2 từ nguồn sa khoáng ilmenite việt nam Luận văn nghiên cứu tối ưu hóa quá trình điều chế nano tio2 từ nguồn sa khoáng ilmenite việt nam Luận văn nghiên cứu tối ưu hóa quá trình điều chế nano tio2 từ nguồn sa khoáng ilmenite việt nam

Sưu tầm: Thạc sĩ Ngô thị thuỳ Dương http://ngothithuyduong.violet.vn

MỞ ĐÀUTitan đioxit, một hợp chất quan trọng với những ứng dụng vượt trội, là hợp chất phổbiến nhất của titan đang được giới khoa học coi là sản phẩm lý tưởng của thế kỷ 21,

là một trong những vật liệu cơ bản được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhưsơn, mỹ phẩm, vật liệu xúc tác, giấy, sản xuất ximăng trắng, pha màu cho chất dẻo,sản xuất thủy tinh màu, thủy tinh chịu nóng, sứ gạch chịu lửa, men gốm, làm xúc táccho nhiều phản ứng hữu cơ, Ngoài ra rutil còn dùng làm đồ trang sức [12] và

năng rất tốt để điều chế hydro và oxy trong các tàu vũ trụ nước, tạo ra tiềm năng rất

thước nano có hoạt tính quang xúc tác rất mạnh, do đó được ứng dụng trong lĩnh

của các nhà cao tầng, gạch ốp lát, đồ gỗ, ôtô, để khỏi phải lau rửa cũng như diệtkhuẩn Mặt khác vì có khả năng kéo dãn tốt (kể cả khi nhiệt độ cao), nhẹ, chống ănmòn tốt, và khả năng chịu đựng nhiệt độ rất cao, nhờ các tính chất rất quý đó cáchợp kim titan được dùng chủ yếu trong hàng không, xe bọc thép, tàu hải quân, tàu

vũ trụ và tên lửa,áo chống đạn loại mà lính Mỹ được trang bị ở Iraq Nó được dùngtrong hợp kim thép để giảm kích thước và chống oxi hóa; nhưng trong thép không gỉ

nó dùng để giảm lượng cacbon Ti tan thường được luyện với nhôm, vanađi, đồng(để cứng thêm), sắt, mangan, môlipđen và với nhiều kim loại khác Nhiều sản phẩmkhác cũng dùng titan để chế tạo như gậy đánh golf, xe đạp, dụng cụ thí nghiệm,nhẫn cưới và máy tính xách tay Các dạng hợp chất của titan được sử dụng trong

ilmenit

Nước ta có nguồn tài nguyên quặng titan khá phong phú và được phân bốrộng rãi trên nhiều vùng lãnh thổ Quặng titan ở Việt Nam có hai loại: quặng gốc vàquặng sa khoáng, trong đó nguồn sa khoáng titan có hàm lượng rất đáng kể Trữlượng đã được thăm dò và đánh giá khoảng hàng chục triệu tấn ilmenit, nằm dọc ven

biển các tỉnh Quảng Ninh, Thanh Hóa, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng trị, Thừa ThiênHuế, Bình Định và Bình Thuận [3], [8]

Nước ta có tiềm năng lớn về quặng ilmenit, tuy nhiên việc chế biến để thu

công nghiệp phần lớn đều nhập từ Trung Quốc, gây lảng phí nguồn tài nguyênkhoáng sản [2-4] Gần đây các công nghệ thu hồi titan đioxit từ quặng ilmenit đangđược các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao

sullùric, tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là gây ô nhiễm môi trường [1, 5,8] Đe khắc phục nhược điểm trên trong thời gian gần đây đã có nhiều công trình

7] Phương pháp trên chẳng những khắc phục được việc ô nhiễm môi trường mà còntận dụng hầu hết các sản phẩm phụ của quá trình đem lại hiệu quả về kinh tế Nhưvậy, nếu thực hiện theo quy trình này sẽ góp phần giảm chi phí sản xuất, tăng hiệuquả kinh tế, thu hồi được titan đioxit với hàm lượng tinh khiết hơn Góp phần vàoviệc khai thác và sử dụng có hiệu quả hơn nguồn tài nguyên sa khoáng

Xuất phát từ những vấn đề trên chúng tôi chọn đề tài:

“Tách Ti0 2 từ quặng ilmenit bằng phương pháp florua ”

Chương 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU1.1 Sơ lược về titan và titan đioxit

1.1.1 Sơ lược về titan

Vào năm 1971, tại thị trấn Menacan trên bán đảo Comuon, Uyliam Grêgor (Reverend William Gregor, 1761-1817),một linh mục người Anh đã tình cờ nhặt một khoáng vật lạ, trông như những hạt cát to tối màu Rồi từ khoáng vật này, ông đãtìm ra một nguyên tố mà trước đó chưa ai biết Gregor đặt tên khoáng vật này là Menacanit và nguyên tố tìm được là Menakin

bởi Grêgor

Năm 1975, nhà hóa học người Đức tên là Martin Claprôt (Martin Heinrich Klaproth, 1743-1817) lần thứ hai phát hiện

được gọi là titan)

Hai năm sau người ta mới biết rằng Grêgor và Claprôt đã phát hiện ra cùng một nguyên tố và từ đó đến nay mang mộtcái tên đầy kiêu hãnh- titan

Titan là một loại kim loại nhẹ, cứng bề mặt bóng loáng, chống ăn mòn tốt (giống như platin) Nó có thể chống ăn mòn kể cảvới axit, khí clo và với dung dịch muối thông thường

Ở trạng thái tinh khiết, titan có thể được kéo sợi dễ dàng (nhất là trong môi trường không có oxi) nên dễ gia công Nhiệt

độ nóng chảy của titan tương đối cao nên nó được dùng làm kim loại chịu nhiệt

Titan cứng như thép nhưng nhẹ hơn 40%, và nó nặng hơn nhôm nhưng cứng gấp đôi Kim loại này khi đốt ở 610°c hoặc cao

hơn trong không khí sẽ tạo thành titan đioxit, và nó cũng là một trong những kim loại có thể cháy trong khí nitơ tinh khiết (nó

cháy ở 800°c và tạo thành ti tan nitrit)

Titan ít dẫn điện, dẫn nhiệt Nó có tính phóng xạ, sau khi bắn Đơtơri phát rachủ yếu hạt positron và tia gama

1.1.2 Sơ lược về titan đioxit

Rutile và anatase được sản xuất với khối lượng lớn và được ứng dụng trong nhiều lĩnhvực

Hình 1.1 Cấu trúc dạng tinh thể anatas và rutil Trong cả ba dạng thù

hình có 8 cạnh và mỗi nguyên tử oxy được bao quanh bởi 3 nguyên tử Ti theo hìnhtam giác Ba dạng thù hình khác nhau do cách liên kết tạo thành hình 8 cạnh khác nhau

ở góc và cạnh, cấu trúc của dạng tinh thể anatas và rutil thuộc hệ tinh thể tứ phương.Tuy nhiên trong tinh thể anatas các đa diện phối trí 8 mặt bị biến dạng mạnh hơn sovới rutil, khoảng cách Ti-Ti ngắn hơn và khoảng cách Ti-O dài hơn Điều này ảnhhưởng đến cấu trúc điện tử của 2 dạng tinh thể kéo theo sự khác nhau về tính chất vật

lý và hóa học Brookite kết tinh có dạng khối hình thoi nhưng tính chất hóa học và vật

* Oxy Tiỉan

của các dạng thù hình được trình bày ở bảng 1.1 Bảng 1.1 Thông

Tinh thể anatas thường có màu nâu sẫm, đôi khi có màu vàng hoặc xanh, có

độ sáng bóng như tinh thể kim loại Tuy nhiên lại rất dễ bị rỗ bề mặt, các vết xước cómàu trắng

hoạt động nhất dưới sự có mặt của ánh sáng mặt trời Đó là do sự khác biệt về cấu trúcvùng năng lượng của anatas so với rutil, dẫn đến một số tính chất đặc biệt của anatas

đặc biệt là ở châu Á Các số liệu về tiêu thụ trong năm 1996 được tóm tắt trong bảng1.2

Khoảng nhiệt độ 915°c thì anatas bắt đầu chuyển sang rutil Vì vậy dạng rutil là phổ

nhiên

ứng dụng Tổng lượng tiêu thụ trên thế giới

Trong số các quặng titan, chỉ có quặng ilmenite, leucoxene và rutile là có giátrị kinh tế

Trong thiên nhiên có hơn 10 khoáng vật chứa titan Các khoáng vật quan trọngchứa titan được trình bày ở bảng 1.2 của phụ lục

Trong các khoáng vật chứa titan chỉ có Ilmenit và rutil có giá trị kinh tế cao.Khoảng 95% sản phẩm ilmenit và rutil trên thế giới được dùng để sản xuất bột màu

1.2.1 Cấu trúc và tính chất của ilmenit

Ilmenit là một khoáng vật titan - sắt oxit có từ tính yếu, có màu xám thép,

để tạo ra cấu trúc perovskit nên cấu trúc tinh thể giống corundum và hematit

Hình 1.3 Quặng Ilemnit

cấu trúc Ilmenit được sắp xếp thành các lớp, trong đó anion o 2 ' gói ghém chắc

số phối trí của oxy là 12, còn sắt và titan đều có số phối trí 6.các dạng hợp chất khác

có cùng cấu trúc với cấu trúc Ilmenit được trình bày ở bảng

1.3

n

Hình 1.4 Mạng tinh thể IlmenitIlmenit thường được tìm thấy trong các đá mắc ma bị biến đổi, khoáng vật giảhình Leucoxen Thông thường các Ilmenit có viền bằng leucoxen, là đặc điểm phânbiệt Umenit với Magnetit và các khoáng vật oxit titan- sắt khác

Bảng 1.3 Các họp chất có cùng cấu trúc với Ilmenit

( Ghi chú: * ở nhiệt độ thấp)

về mặt phản xạ ánh sáng, Ilmenit có thể phân biệt với Magnetit bởi nó có tính đa sắc lớn hơn và cho màu hồng nâu nhạt.

Quặng ilmenite có tính chất vật lý rất phong phú, người ta căn cứ vào sự khác biệt về tính chất này để tách ilmenite rakhỏi quặng khác bằng những kỹ thuật đon giản như cơ học hay từ tính, Tính chất vật lý được liệt kê ở bảng 1.4

Bảng 1.4 Tính chất vật lý của Ilmenit

Trên thế giới Ilmemit được tìm thấy ở 2 dạng : quặng gốc và quặng sa khoáng Sản lượng quặng Ilmenit của các nướctrên thế giới được trình bày ở bảng 1.5

(ngàn tấn)

Quốc gia

Sản lượng(ngàn tấn)

Thành phần trong khoáng vật Ilmenit ở một số nơi trên thế giới được trình bày ở bảng 1.4 của bảng phụ lục

sự tập trung Ilmenit và các khoáng vật khác như rutil, zircon, monazit Sự tập trung này hình thành các lớp quặng sa khoángven biển Sự tấn công của nước biển và không khí theo thời gian sẽ làm mòn Ilmenit

Bảng 1.5 Ước tính sản lượng quặng năm 2006 theo USGS

và được gọi là leucoxen Như vậy leucoxen là khoáng vật Ilmenit bị bào mòn theo thời gian và chỉ chiếm một trữ lượng rất nhỏ

so với trữ lượng ilmenit [16]

1.2.2 Tình hình khai thác quặng titan trên thế giới

nghiệp men sứ, luyện kim, điện tử và hóa chất Trữ lượng ilmenit trên thế giới ước tính khoảng 540 triệu tấn (quy ra TĨ02).Trong thập niên 1990, sản lượng khai thác ilmenit toàn cầu hàng năm trung bình là 3,6 triệu tấn (quy ra TĨ02) Ôxtrâylia vàChâu Phi có sản lượng khai thác lớn nhất (xấp xỉ 1 triệu tấn/năm) Trên thế giới chưa có những số liệu thống kê về tình hìnhsản xuất zircon Zircon chủ yếu được khai thác kèm như là khoáng sản phụ trong sa khoáng ti tan Nhu cầu về bột zircon trongcác ngành công nghiệp sứ - gốm, thủy tinh, điện tử, luyện kim hiện nay rất lớn

Nhìn chung nhu cầu thị trường thế giới về các sản phẩm đi từ ilmenit và zircon gia tăng đều đặn trong vài thập kỷ gầnđây Dự báo trong thập kỷ tới, mức độ gia tăng nhu cầu đối với hai sản phẩm này là khoảng 2-2,5 %/năm Theo thống kê, các

nhu cầu tiêu thụ như sau:

- Ilmenit (tính theo TĨ02) 5-7 triệu tấn/năm (Riêng bột màu TĨ02: 4,5-5,5 triệu tấn/năm)

- Rutil nhân tạo: 300 ngàn tấn/năm

- Xỉ titan: 900 ngàn tấn/năm

1.2.3 Tiềm năng quặng titan ở Việt Nam

Việt Nam có nguồn tài nguyên quặng titan khá phong phú và được phân bố rộng rãi trên nhiều vùng lãnh thổ Quặngtitan Việt Nam có 2 loại: quặng gốc và quặng sa khoáng

Các điểm và mỏ quặng gốc titan thường tập trung trong nội địa và phân bố chủ yếu ở hai tỉnh Tuyên Quang và TháiNguyên Tổng trữ lượng quặng gốc đã được thăm dò đánh giá là 4435 nghìn tấn ilmenit và trữ lượng dự báo là 19600 nghìn tấn[3]

Quặng titan sa khoáng phân bố chủ yếu dọc bờ biển Việt Nam, còn sa khoáng nội địa có quy mô không đáng kể Sakhoáng ven bờ biển Việt Nam được phân bố trải dài suốt dọc bờ biển từ Bắc tới Nam Trữ lượng quặng sa khoáng ven biển đãđược điều tra, thăm dò, đánh giá là 12700 nghìn tấn ilmenit + rutil và trữ lượng dự báo là 15400 nghìn tấn

Gần đây các nhà địa chất ở cục địa chất và khoáng sản Việt Nam phát hiện trong tầng cát đỏ từ Ninh Thuận đến Bà Rịa

- Vũng Tàu có chứa ilmenit với tổng tài nguyên trữ lượng dự báo đạt đến 200 triệu tấn

Ket quả điều tra và thăm dò mấy chục năm qua cho thấy, tiềm năng tài nguyên quặng titan và các khoáng sản đi kèmcủa Việt Nam thuộc loại lớn của thế giới

Như vậy, Nước ta có nguồn sa khoáng Ti tan ven biển khá phong phú với nhiều mỏ và điểm quặng phân bố rải rác trongvùng cát duyên hải Miền Trung, từ Nghệ An đến Bình Thuận.

1.2.3.1 Tình hình khai thác

Trước đây, quặng titan được tận thu từ các xí nghiệp sản xuất thiếc như là một sản phẩm cộng sinh, tập trung ở các xínghiệp thiếc Tinh Túc (Cao Bằng), Sơn Dương (Tuyên Quang) Những năm 1978-1984, sản lượng tinh quặng ilmenit đạt

Trước năm 1990, ở nước ta chưa hình thành ngành khai thác và chế biến sa khoáng ti tan Từ những năm 1991 trở lạiđây, sản lượng ilmenit, zircon, rutil khai thác từ sa khoáng ngày càng tăng, từ 2000 tấn (năm 1987) đến 150000 tấn (năm2000) Tinh quặng titan chủ yếu được xuất khẩu [6], [8]

Và sau hơn 30 năm hoạt động, đến nay trữ lượng sa khoáng Titan ven biển đã phần nào cạn dần, sản phẩm chủ yếu làtinh quặng thô chưa qua chế biến, mà môi trường trong các khu mỏ lại bị suy thoái và ô nhiễm dần, nhiều nơi đến mức báođộng Vì vậy cần thiết phải nghiên cứu để đưa ra các giải pháp nhằm khai thác, sử dụng họp lý các nguồn sa khoáng sản đặcbiệt này và bảo vệ môi trường vùng ven biển hết sức nhạy cảm của Việt Nam

1.2.3.2 Tình hình khai thác sa khoáng titan ở Thừa Thiên - Huế

Sa khoáng titan ở Thừa Thiên Huế nằm dọc ven biển kéo dài từ Quảng Điền đến Phú Lộc Thành phần khoáng vật

Thừa Thiên Huế khai thác, tuyển làm giàu và xuất khẩu, năm 1999, công ty đã khai thác và xuất khẩu được 47.000 tấn Ilmenit,1.800 tấn zircon, 220 tấn rutil và 50 tấn monazit

1.2.4 Quy trình tuyển sa khoáng titan

Thực tiễn tuyển sa khoáng titan phải phối họp các phương pháp tuyển trọng lực để thu quặng tinh tập họp (tổng khoángvật nặng) tiếp theo là áp dụng các phương pháp tuyển từ, tuyển điện và tuyển nổi để tách các khoáng vật nặng ra khỏi nhau

Phương pháp tuyển trọng lực thường dùng các qúa trình là : vít xoắn, máng thu dòng, bàn đãi nước để tách cát hoặcthạch anh Quặng tinh tập họp đem sấy khô rồi đưa vào tuyển từ , tuyển điện Tùy thuộc vào thành phần các khoáng vật chứatrong quặng tinh tập họp mà sử dụng sơ đồ phối họp tuyển từ và tuyển điện khác nhau

Trong quặng tinh tập họp chứa nhiều Ilmenit phải dùng sơ đồ tuyển từ trước tuyển điện sau Đầu tiên tuyển từ với từtrường thấp để tách Ilmenit có từ tình trước Sản phẩm không từ đem tuyển điện để tách phần dẫn điện là rutil, leucoxen vàphần dẫn điện là monozit, zircon Từng sản phẩm trên lại được tuyển từ với từ trường cao để tách riêng rutil (có từ) ra khỏileucoxen (không từ) và monozit (có từ) ra khỏi zircon (không từ)

Hình 1.5 Sơ đồ quy trình tổng quát để tuyển quặng titan Quặng tinh tập họp chứa ít Ilmenit phải dùng sơ đồtuyển điện trước để tách riêng phần dẫn điện là Ilmenit, rutil, leucoxen và phần không dẫn điện là monazit, zircon Sau đó đemphần dẫn điện tuyển từ với từ trường thấp để tách riêng Ilmenit (có từ) ra khỏi hỗn họp Phần không từ tiếp tục được tuyển từvới từ trường cao để tách riêng leucoxen (có từ) ra khỏi rutil (không từ) Phần không dẫn điện được đem tuyển từ với từ trườngcao để tách monazit (có từ) ra khỏi zircon (không từ) Phần zircon còn lẫn cát thạch anh có thể tuyển lại bằng bàn đãi khí hoặcbàn đãi nước để nâng cao chất lượng zircon.

Hình 1.6 Sơ đồ quy trình tổng quát để tuyển quặng titan Hơn nữa

để nhận được tinh quặng zircon, rutil vàmonazit chất lượng cao trong sơ đồ tuyển từ, tuyển điện các sản phẩm trên phải được tuyển đi tuyển lại nhiều lần

Hình 1.7 Sơ đồ công nghệ tuyển sa khoáng ven biể

Công ty Titanium Zirconium Industry (Australia)

1.3.1 Phương pháp axit suníiiric

pháp này sử dụng quặng ilmenite hoặc xỉ titan làm nguyên liệu hòa tách trong axitsuníiiric đậm đặc, còn rutil không tan trong axit suníiiric

Quy trình kỹ thuật được giới thiệu ở hình 1.1 của phụ lục bao gồm 4 giai đoạnchính:

- Thủy phân quặng bằng axit suníiiric

- Tinh quặng ilmenite được sấy khô, nghiền mịn đến cỡ hạt d < 28 pm Trộn tinh quặng với axit suníiiric đậm đặc (80% đến 98%) Đun hỗn họp trong vòng 12 giờ

ở nhiệt độ 170 đến 220°c để hòa tan quặng.

- Tách sắt (II) suníat

Hòa tan sản phẩm bằng nước dư Trong quá trình hòa tan phải giữ nhiệt độ cảu

hỗn họp thấp hơn 85°c để tránh sự thủy phân sớm của titanyl suníat Sau đó dùng sắt

- Thủy phân titanyl suníat

Nung để thu sản phẩm

Lọc lấy sản phẩm axit metatitanic, rửa lại nhiều lần bằng nước Sau đó nung ở

900 đến 1000°c thu được titan dioxit

H2TĨO3 900-1000V > Q 2 + JỊ2O

Ưu điểm của phương pháp này là dùng nguyên liệu có hàm lượng Ti02 thấp, rẻtiền Nhược điểm chủ yếu là thải ra một lượng lớn sắt (II) sunfat và axit suníuric loãng.Việc xử lý các chất thải này cũng là vấn đề phức tạp và tốn kém.

1.3.2 Phương pháp clo hóa

Quy trình kỹ thuật được giới thiệu ở hình 1.2 của bảng phụ lục bao gồm 4 giaiđoạn chính:

- Clo hóa hỗn họp quặng với cacbon

Quặng titan được trộn với than cốc, nung nóng đến 800 - 900°c, sau đó dẫn khí

- Tách titan tetraclorua ra khỏi hỗn họp

- Tinh chế titan tetraclorua

dùng các chất khử như đồng, titan triclorua, hidro suníiia, để khử về các hóa trị thấphơn của nó Sau khi tinh chế, TÌCI4 có hàm lượng vanadi < 5 ppm

- Điều chế titan dioxit

T1CI4 được đốt cháy trong khí oxy ở 900 - 1400°c tạo thành TÌO2 và khí clo.

TiCl4 + 02 90(M400'’C > 2C12 + Ti02

Khí clo được thu và quay vòng trở lại

1.3.3 Quy trình axit clohydric của công ty Altair

Đây là công nghệ được cấp bằng phát minh trong những năm cuối của thập kỉ

90, thế kỉ 20 của hãng Altair Nano technologies Inc Quy trình này được Altair đăng

ký sáng chế vào tháng 4/2002 và được đánh giá sẽ có triển vọng gây ra một cuộc cách

Bản chất của công nghệ Altair là có thể hòa tách trực tiếp tinh quặng ilmenitbằng axit clohiđric đậm đặc, sau đó khử bỏ các tạp chất và thu hồi, tái sinh lại axitclohydic Công nghệ này có một số khâu gần giống với công nghệ axit sunhiric

Mô tả quy trình: quặng ilmenit được hòa tách bằng axit clohydric đậm đặc.Titan và sắt sẽ tạo thành muối clorua ở dạng hòa tan Dùng phoi sắt hoàn nguyên

được chuyển đi tách chiết bằng dung môi để loại bỏ tạp chất với hàm lượng vết Dung

hydroxit Titan hydroxit được đem nung để khử nước, sau đó rửa, nghiền và xử lýbằng các cách khác nhau để thu TÌO2 dạng anatase hoặc rutil theo yều cầu

Công nghệ nay hiện chưa có sản phẩm thương mại và chưa có sản phẩm thuộcquy mô công nghiệp Altair chỉ sản xuất sản phẩm ở phòng thí nghiệm và trên quy môbán công nghiệp

Công nghệ Altair hơn hẳn các công nghệ axit suníuric và clo hóa nhiều mặt.điều quan trọng là cho phí đầu tư và vận hành của công nghệ này thấp hơn, đồng thời

nó còn mang lại lợi ích rõ rệt về môi trường so với các quy trình thông thường, khácvới công nghệ truyền thống, ở công nghệ Altair axit clohyđric được tái sử dụng Phếthải duy nhất của quy trình chỉ là sắt oxit, nó có thể sử dụng làm bột màu vô cơ hoặcchôn lấp mà không ảnh hưởng nhiều đến môi trường

Quy trình mới là sự kết họp độc đáo giữa quy trình hiện có, sử dụng thiết bị dễchế tạo và có khả năng sản xuất bột màu trắng với cỡ hạt rất đồng đều, sản phẩm cóthể được sử dụng cả trong những ứng dụng có đòi hỏi khắt khe về vật liệu

Quy trình này đạt hiệu quả kinh tế ở những nhà máy công suất nhỏ hơn cácnhà máy thông thường (100.000 tấn/ năm), nhờ đó giảm chi phí đầu tư khi xây dựngnhà máy mới và cho phép xây dựng nhà máy quy mô nhỏ ngay bên cạnh mỏ quặngtitan.[14]

về hiệu quả kinh tế, có thể so sánh các quy trình sản xuất Ti02 ở bảng 1.7.[13]

Chương 2

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu

2.1 Nội dung nghiên cứu

quặng ilmenit Thừa Thiên - Huế bằng phương pháp ílorua Nhằm tìm ra điều kiện tối

ưu để nâng cao hiệu suất thu hồi, chúng tôi tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:

2.1.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng tinh quặng/ NH 4 F đến hiệu suất thu hồi Ti0 2

Bằng việc xác định hiệu suất thu hồi TĨƠ2 chúng tôi rút ra được tỷ lệ thích họp của

2.1.2 Ảnh hưởng của nồng độ amoniýlorua đến hiệu suất thu hồi Ti0 2

amoni ílorua thích họp

2.1.3 Ảnh hưởng của thời gian sẩy đến hiệu suất thu hồi Ti0 2

họp

2.1.4 Ảnh hưởng của kích thước hạt đến hiệu suất thu hồi Ti0 2

Các mẫu nghiên cứu được chuẩn bị trong cùng điều kiện về nồng độ NH4F, tỷ lệ khối

chúng tôi rút ra được thời gian sấy mẫu thích hợp

2.1.5 Khảo sát thành phần pha của T 1 O 2 và khả năng tạo màu của TÌO 2

Sản phẩm cuối cùng được ghi phổ XRD để xác định thành phần pha và kíchthước hạt trung bình, chụp ảnh SEM xác định hình thái và kích thước hạt, chạy màu và

so sánh khả năng tạo màu để quyết định những ứng dụng của nó trong thực tiễn

2.2 Phưomg Pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp florua

Nguyên tắc của phưomg pháp được trình bày trong mục 3.1, dùng dungdịch

dịch NH3 để thu hồi titan đioxit

2.2.2 Phương pháp phân tích trọng lượng

Phân tích trọng lượng là một phương pháp phân tích hóa học để định lượngmột chất ở dạng tinh khiết hóa học, hoặc nằm dưới một dạng một hợp chất hóa họcthích hợp, có thành phần không thay đổi và biết công thức hóa học chính xác Nguyêntắc của phương pháp này là đưa chất cần phân tích về dạng cân bền có công thức hóahọc chính xác rồi tiến hành cân để xác định hàm lượng, phương pháp này có độ chínhxác rất cao

H% = —.100 2,61

2,61 là khối lượng Ti0 2 có trong 5g tinh quặng Ilmenit theo lý thuyết.

2.2.3 Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X (XRD: X - Ray Diffrection)

Nhiễu xạ X là một phương pháp để kiểm tra cấu trúc tinh thể của mẫu Sảnphẩm sau khi điều chế được đem chụp phổ XRD, thông qua sách tra cứu ASTM hayAtlal phổ người ta so sánh để tìm ra tên sản phẩm, số liệu thu được tính toán theophương trình Vulf- Bragg:

Trong đó:

dhki: khoảng cách giữu các mặt phản xạ, chính là các mặt tinh thể học có chỉ

số Miller là hkl

n: bậc phản xạ, trong thực nghiệm người ta chọn n = 1

0: góc của tia tới họp với mặt phang nhiễu xạ

k : bước sóng của tia X.

Giản đồ nhiễu xạ tia X cho phép xác định các pha tồn tại trong mẫu, các chỉ

số Miller qua mỗi đỉnh nhiễu xạ Từ các dữ kiện thu được ta xác định được cấu trúctinh thể , khoảng cách giữa các mặt phản xạ, hằng số mạng thông qua cấu trúc mẫutinh thể chuẩn

pháp nhiễu xạ tia X, mẫu được phân tích trên thiết bị D8 Advance Brucke (Đức) tạikhoa Hóa, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà

2.2.4 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua

Phương pháp TEM cho bức ảnh chân thực về kích thước hạt vật liệu Nhờcách tạo ảnh nhiễu xạ, vi nhiễu xạ và nano nhiễu xạ, bên cạnh đó còn cho biết nhiềuthông tin chính xác về cách sắp xếp các nguyên tử trong mẫu, theo dõi được cáchsắp xếp đó trog chi tiết từng hạt, từng diện tích cỡ micromet vuông và nhỏ hơn

Tuy có độ phóng đại và phân giải cao hình ảnh TEM không thể hiện đượctính lập thể của vật liệu

Ảnh TEM được ghi ở thiết bị hiển vi điện tử truyền qua tại viện vệ sinh Dịch tễ

Trung ương, Hà nội

2.3 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 2.3.1 Hóa chất

- Tinh quặng ilmenit Thừa Thiên Huế

- Dung dịch amoniac đậm đặc (24-28%, d = 0,906 g/ml) (Trung Quốc)

2 dhy.sinớ

= n Ă

- Amoni ílorua (Trung Quốc)

- Dung dịch HC1 (Trung Quốc)

- FeS (Trung Quốc)

- Etanol (Trung Quốc)

- Giấy chỉ thị pH (Trung Quốc)

2.3.2 Dụng cụ

- Giấy lọc

- Cốc nhựa, cốc sắt, phễu nhựa, đũa sắt

- Phễu lọc chân không

KÉT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Gồm có 3 giai đoạn:

3.1.1 Phân hủy quặng bằng amoniỷlorua

Trộn 5,00 gam quặng ilmenit được sấy khô có kích thước hạt xác định vớiamoni ílorưa theo một tỷ lệ xác định trong cốc sắt Thêm nước, khuấy đều hỗn hợp

bằng máy khuấy trong thời gian 30 phút Hỗn hợp trên được làm nóng ở bếp cách

thủy, tiếp tục khuấy cho đến khi hỗn hợp không khuấy được nữa Sau đó giữ hỗn

hợp qua đêm ở 160°c trong tủ sấy.