Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu luyện tinh sten từ quặng sul fua niken, đồng ra sten ở quy mô phòng thí nghiệm trong lò điện Tamman công suất 20kW.
A study on molten process of nikel sulphide concentrates into sulphide stone
Phạm Đức Thắng
Viện Khoa học vật liệu, Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam
Tóm tắt
Trong kỹ thuật luyện niken và đồng từ quặng, luyện ở nhiệt độ cao là một trong những biện pháp công nghệ quan trọng. Bản chất của phương pháp này là trộn trợ dung với tinh quặng rồi luyện ở nhiệt độ cao. Trong quá trình luyện, ôxyt sắt từ tinh quặng kết hợp với trợ dung tạo thành xỉ; sulfua sắt cùng với các sulfua kim loại cần thu hồi như Ni,Cu tạo thành sulfua đa kim, được gọi là sten. Sten có khối lượng nhỏ so với tinh quặng ban đầu. Nhờ đó hàm lượng của niken và đồng được tăng vọt. Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu luyện tinh sten từ quặng sul fua niken, đồng ra sten ở quy mô phòng thí nghiệm trong lò điện Tamman công suất 20kW.
Abstract
Molten process is important method for metallurgy of nickel and cuprous sulphide. Accordingly the nickel con centrates are mixed with flux compounds. In the molten process, ferrous oxide from concentrates combines with the flux to create slag and sulphide stones me formed from ferrous, nickel and cuprous sulphide at the same time. The quantity of sulphide stones is less against early concentrates. Thus content of nickel and copper in the stone is intensively increased. This article presents the results of molten process of nickel sulphide concentrates in the electric fumace Tamman.
1. Mở đầu
Trước tiên xét các giản đồ trạng thái của các hệ sunfua Fe – S, Cu – S và Ni – S được trình bày ở các hình l, 2, 3 [1]. Trên hình 1 thấy rằng sulfua sắt nóng chảy ở nhiệt độ thấp hơn 1000°C với thành phần lưu huỳnh 44% và ở nhiệt độ xấp xỉ 1100°C với thành phần lưu huỳnh 65%. Khi hàm lượng lưu huỳnh giảm, nhiệt độ nóng chảy của sulfua sắt, tăng cao. Cụ thể khi hàm lượng lưu huỳnh thấp hơn 10% nhiệt độ nóng chảy của sulfua sắt cao hơn 1400°C. Trong khi đó sulfua đồng và sulfua niken đều nóng chảy ở nhiệt độ thấp hơn 1100°C (xem hình 2 và 3). Do đó, nếu thiêu bớt lưu huỳnh thì khi nấu chảy tinhh quặng ở nhiệt độ từ (1150 -1450)°C sulfua đồng và niken cùng sulfua sắt đi vào sten. Đồng thời ôxít sắt tạo thành sau thiêu sẽ dễ dàng kết hợp với các trợ dung để tạo thành xỉ nóng chảy và tách ra khỏi sten mới được hình thành.
Thực tế là sắt, đồng, niken và lưu huỳnh tồn tại dưới dạng sulfua đa kim nên tất yếu cần xét hành vi của chúng trong hệ 4 nguyên. Nhưng chưa có tài liệu nghiên cứu chuyên sâu về vấn đề này, nên chỉ có thể tham khảo được một số hành vi chính của các sulfua kim loại này ở hệ hai nguyên và ba nguyên. Để giảm được lượng sắt đi vào sten, bảo đảm toàn bộ lượng niken và đồng đi vào sten, cần giảm bớt hàm lượng lưu huỳnh của tinh quặng trước khi luyện. Theo các tài liệu [2, 3] các chất dễ dàng tạo xỉ với ôxyt sắt là các ôxyt canxi và ôxyt silic Trong quá trình luyện với sự tham gia của các ôxyt trên, sẽ hình thế hệ xỉ Cao – SiO2 – Fe2O3. Trong đó theo [2] thành phần của xỉ dao trong các khoảng sau: (10-12)% CaO, (30-33)% SiO2, (35-50)% Fe2O3(7-10)% ôxyt khác. Tuy nhiên để có thể xây dựng chắc cho sự lựa chọn của hệ xỉ, cần phải dựa vào các giản đồ trạng thái của hệ xỉ tổng quát Cao – FeOx- SiO2 nêu trong [3, 4].
| Nguyên liệu |
Thành phần các nguyên tố chính, % | |||
| S | Fe | Ni | Cu | |
| TQ nguyên khai | 22,41 | 47,19 | 5,37 | 1,84 |
| TQ1 | 13,31 | 51,04 | 5,22 | 1,88 |
| TQ2 | 8,36 | 52,77 | 5,10 | 1,92 |
| TQ3 | 3,44 | 54,57 | 5,03 | 1,81 |
Bảng 1. Thành phần tinh quặng sử dụng để nấu luyện sten
Hình 1 và 2
Hình 3 và 4
Theo các giản đồ trạng thái của hệ sulfua kim loại (Fe, Cu, Ni) – S được trình bày trên các hình 1, 2, 3 thì chúng có thể nóng chảy ở nhiệt độ cao và hoà tan với nhau tạo ra sten. Do đó cần phải hạn chế sulfua sắt đi vào sten. Để tìm chế độ nấu luyện hợp lý cần phải tiến hành các thực nghiệm theo các yêu cầu sau:
– Sử dụng tinh quặng đã khử bớt lưu huỳnh làm nguyên liệu nấu luyện.
– Chọn chất trợ dung để tạo hệ xỉ Fe2O3-CaOSiO2 với lượng thay đổi để tìm ra chế độ xỉ thích hợp.
– Tiến hành luyện trong các loại lò khác nhau. Trong bài này, tác giả trình bày quá trình luyện thử nghiệm trong lò Tamman.
– Phân tích, đánh giá chất lượng sten được nấu ra.
