Category: Công Trình Nghiên Cứu

14

Hoà tách quặng tinh bauxit Bảo Lộc ở điều kiện áp suất khí quyển

Để góp thêm căn cứ khoa học cho việc lựa chọn nhiệt độ hoà tách phù hợp, cần thiết khảo sát thêm khả năng hoà tách loại quặng này ở điều kiện áp suất khí quyển tương ứng với nhiệt độ 1070C theo cơ chế hoà tách sau.

Atmospheric pressure digestion of Baoloc bauxite concentrates

Trương Ngọc Thận, Vũ Chất Phác
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tóm tắt

   Ở chế độ hoà tách thử nghiệm, hiệu suất thực tế thu hồi nhôm ôxit từ quặng tinh bauxit gipxit Bảo Lộc đạt 90%. Kết quả cho thấy, có thể sử dụng loại bauxit này cho sản xuất alumin bằng công nghệ Bayer châu Mỹ với chế độ hoà tách ở điều kiện áp suất khí quyển tương ứng nhiệt độ hoà tách 107°C.

Abstract

   The actual recovery of Al2O3 from BaoLoc gibbsitic bauxite concentrate reached 90% at the experimental degestion conditions. Obtained results show that it is possible to use this kind of bauxite for alumin production by the american Bayer technology at degestion regimes under atmospheric pressure (equivalent to 107°C).

1. Đặt vấn đề

   Theo công nghệ Bayer châu Mỹ, có thể hoà tách bauxit gipxit ở nhiệt độ 107°C hoặc 140°C. Kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy, hiệu suất hoà tách thực tế của bauxit Bảo Lộc ở nhiệt độ 140°C đạt giá trị tương đương hiệu suất hoà tách lý thuyết [1]. Để góp thêm căn cứ khoa học cho việc lựa chọn nhiệt độ hoà tách phù hợp, cần thiết khảo sát thêm khả năng hoà tách loại quặng này ở điều kiện áp suất khí quyển tương ứng với nhiệt độ 107°C theo cơ chế hoà tách sau. Ở nhiệt độ 107°C, nhôm ôxit trong bơmit hoặc điaspo hoặc ở dạng thay thế đồng hình trong mạng alumogơtit không tan [2,3] mà chỉ có gipxit – Al2O3.3H2O [hay 2Al(OH)3] tác dụng với kiềm theo phản ứng:

Al(OH)3+NaOH+nH2O = NaAl(OH)4+nH2O (1)

   Silic ôxit từ caolinit hoà tan tạo thành natrisilicat theo phản ứng (2):

Al2O3.2SiO2.2H2O + 6NaOH + nH2O = 2NaAl(OH)4 + 2Na2SiO3 + (n+1)H2O (2)

    Natrisilicat tiếp tục phản ứng tạo ra kết tủa Bayersodalit đi vào bùn đỏ:

6NaAl(OH)4 + 6Na2SiO3 + 3Na2X + nH2O → 3(Na2O.Al2O3.2SiO2.nH2O).Na2X +12NaOH + (n-6)H2O (3)

– (Na2O.Al2O3.2SiO2.nH2O).Na2X là kết tủa Bayersodalit
– X có thể là 2AlO2– , 2Cl– , CO32- …

   Trong khi đó, SiO2 ở dạng thạch anh chỉ có thể hoà tan theo cơ chế tương tự caolinit ở nhiệt độ cao hơn với điều kiện cỡ hạt mịn hơn. Các khoáng vật sắt (hêmatit, gơtit, alumogơtit) hoàn toàn không tan trong kiềm và đi vào bùn đỏ.

2. Thực nghiệm

2.1. Mẫu nghiên cứu

   Bauxit gipxit Bảo Lộc dùng cho nghiên cứu có thành phần hóa học [%]: 45,36 Al2O3; 24,17 Fe2O3; 2,44 SiO2 và 3,81 TiO2, còn lại là các tạp chất khác.

2.2. Thiết bị và quy trình hoà tách

a. Thiết bị hoà tách

   Với nhiệt độ 107°C, quá trình hoà tách chỉ cần tiến hành trong bình kín. Tuy nhiên, để hạn chế sự thay đổi thành phần của dung dịch luân lưu, dung dịch natrialuminat và đảm bảo vệ sinh môi trường trong quá trình hoà tách, có thể sử dụng ôtôcla đứng như trên hình 1. Bauxit và dung dịch luân lưu được cấp vào ôtôcla qua nắp đậy. Huyền phù sau hoà tách được tháo từ đáy ôtôcla và theo ống dẫn làm nguội bằng nước ra ngoài. Ôtôcla được gia nhiệt bằng dây điện trở. Nhiệt độ của thiết bị hoà tách được ổn định bằng hệ thống tự động. Vận hành thiết bị hoà tách được thực hiện theo trình tự các bước sau: – Nạp dung dịch luân lưu và bauxit theo khối lượng tính toán. – Cố định nắp đậy ôtôcla. Bắt đầu quá trình gia nhiệt và khuấy trộn. Thời gian hoà tách được tính từ khi nhiệt độ đạt 107°C – Kết thúc quá trình hoà tách, ngắt nguồn điện, mở van tháo huyền phù vào bình lắng.

Hình 1

Hình1. Ôtôcla

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
14

Ảnh hưởng của một số yếu tố tới phân huỷ dung dịch natrialuminat từ hoà tách bauxit Bảo Lộc

Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, tỷ lệ mồi kết tủa Al(OH)3 và thời gian tới mức độ phân huỷ của dung dịch natrialuminat từ hoà tách quặng tinh bauxit Bảo lộc ở điều kiện áp suất thấp.

Influence of some parameters on the decomposition of NaAl(OH)4 solution obtained from digestion of Baoloc bauxite

Trương Ngọc Thận, Vũ Chất Phác
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Tóm tắt

   Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, tỷ lệ mồi kết tủa Al(OH)3 và thời gian tới mức độ phân huỷ của dung dịch natrialuminat từ hoà tách quặng tinh bauxit Bảo lộc ở điều kiện áp suất thấp. Mức độ phân huỷ đạt 54,63% và Al(0H)3 thu được có độ sạch 98% với chế độ tối ưu được xác định qua nghiên cứu .

Abstract

   This article presents the influence of some technological parameters such as: temperature, ratio of seed alu- minium hydrate and holding time on the decomposition of NaAl(OH)4 solution obtained from degestion of Baoloc bauxite under low pressure. The recovery of decomposition may reach 54,63% by optimal experimental conditions and the purity of obtained Al(OH)3 is 98%.

1. Đặt vấn đề

   Dung dịch natrialuminat phân huỷ để tạo ra nhôm hyđrôxít kết tủa theo phản ứng

NaAl(OH)4+ nH2O → Al(OH)3↓ + NaOH+ nH2O

   Đây là một quá trình phức tạp, chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, trước hết là nồng độ dung dịch, nhiệt độ, thời gian phân huỷ và tỷ lệ mồi kết tủa Al(OH)3 … Khi xác định điều kiện tối ưu của phân huỷ cần xét đến ảnh hưởng của khâu này tới các khâu khác trong toàn bộ quy trình Bayer sản xuất alumin.

   Mức độ phân huỷ (η) hay còn gọi là thu hoạch nhôm hydroxit được tính bằng %. Đó là tỷ số khối lượng Al(OH)3 kết tủa ra so với khối lượng Al(OH)3 có trong dung dịch ban đầu. Cũng có thể xác định thu hoạch trên cơ sở môđun côstic của dung dịch ban đầu (αcđ) và sau phân huỷ (αcc) theo biểu thức:

η = (1-αcc/αcđ)x100% ( 1 )

   Nhiệt độ là yếu tố có ảnh hưởng lớn tới mức độ phân huỷ. Từ giản đồ trạng thái cân bằng hệ Al2O3 – Na2O – H2O suy ra độ quá bão hoà của Al2O3 sẽ giảm khi tăng nhiệt độ, do đó độ bền của dung dịch sẽ tăng, tốc độ phân huỷ giảm. Trong thực tế, quá trình phân huỷ được tiến hành qua 2 giai đoạn: Giai đoạn 1- tạo mầm, tích tụ mầm ở nhiệt độ cao hơn, giai đoạn 2 – phát triển mầm.

   Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch thể hiện như sau: dung dịch có nồng độ cao, thì tốc độ phân huỷ nhỏ, các dung dịch có nồng độ thấp hoặc loãng thì ngược lại, mức độ phân huỷ cao. Môđun costic (αc) là chỉ tiêu đánh giá độ bền hay độ bão hoà của dung dịch. Khi αc càng nhỏ thì dung dịch càng phân huỷ nhanh.Trong thực tế, nồng độ Al2O3 của dung dịch cho phân huỷ khoảng 120 ÷ 230 g/l Al2O3 và αc =1,4 ÷ 1,8.

   Phụ thuộc vào thời gian theo quy luật: ở thời điểm đầu tốc độ phân huỷ tăng nhanh, sau đó giảm dần cho tới giá trị không đổi, có nghĩa quá trình đạt cân bằng.

   Để tăng tốc độ phân huỷ, cần sử dụng mồi kết tủa Al(OH)3 từ chu trình phân huỷ trước. Tỷ lệ mồi được tính bằng lượng Al(OH)3 đưa vào so với lượng Al(OH)3 có trong dung dịch. Ngoài ra, khuấy trộn cũng có tác dụng tốt đối với phân huỷ.

2. Thực nghiệm

Dung dịch natrialuminat, mồi kết tủa và thiết bị phân huỷ

   Các dung dịch natrialuminat từ hoà tách ở nhiệt độ 140°C dùng cho nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, tỷ lệ mồi kết tủa và thời gian tới mức độ phân huỷ được ký hiệu lần lượt là: M1, M2, M3, M4, M5 với thể tích 2,5 lít và có thành phần như trong bảng 1.

Mẫu phân hủy Thành phần (g/l) αc
Na2Oc Al2O3
M1
M2
M3
M4
M5		 150,77
149,89
150,78
150,85
150,77		 130,20
130,20
130,20
130,21
130,20		 1,42
1,42
1,42
1,42
1,42

Bảng 1. Thành phần các mẫu dung dịch cho phân huỷ

   Mồi kết tủa Al(OH)3 có độ sạch 98%, độ ẩm 15%. Số lượng mồi (Mm) được tính theo công thức:

Công thức

   trong đó:

A – nồng độ Al2O3 [g/l] ;
a – Độ ẩm [%] ;
V – Thể tích dung dịch [l] .

   Quá trình phân huỷ được tiến hành trong thiết bị hoà tách với dung tích 5 lít có cơ cấu khuấy trộn, hệ thống gia nhiệt bằng điện trở và ổn nhiệt tự động.

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
14

Ảnh hưởng của năng lượng cơ học đến tính chất thiêu kết của bột kim loại

Bài báo trình bày ảnh hưởng của năng lượng cơ học đến hiệu quả thiêu kết của bột kim loại Fe, Ag, Cu, Al- 4%Cu-4%Mg.

Influence of mechanical energy on sintering of metal powders

Trần Quốc Lập
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

TÓM TẮT

   Năng lượng cơ học làm tăng nội năng của hệ bột nghiền, trong đó nội năng tăng chủ yếu nhờ phần năng lượng đàn hồi hơn là phần năng lượng bề mặt. Sự tăng năng lượng tự do của bột kim loại làm nhiệt độ thiêu kết của nó giảm xuống.

ABSTRACT

   The paper presents some results of effect of mechanical energy on sintering of metal powders Fe, Ag, Cu, Al- 4%Cu-4%Mg. The mechanical energy increases internal energy, but this increasing is caused mainly by elastic component rather than by surface one. The increasing free energy leads also to lower sintering temperature.

1. Đặt vấn đề

   Năng lượng cơ học tác dụng lên bột khi nghiền gây ra sự thay đổi nội năng ΔG của bột [1]. Sự thay đổi đó được thể hiện ở biểu thức sau:

ΔG = ΔGbề mặt + ΔGsai lệch mạng (1)

   Trong đó:

ΔG: Sự thay đổi nội năng của hạt bột,
ΔGbề mặt: Sự thay đổi nội năng do sự biến đổi bề mặt của hạt bột,
ΔGsai lệch mạng: Sự thay đổi nội năng do sự biến đổi các khuyết tật mạng.

   Để xem xét tác nhân nào ảnh hưởng lớn đến sự thay đổi động học quá trình thiêu kết của bột, cần tách riêng ảnh hưởng của từng số hạng cho trong biểu thức (1).

   Các khuyết tật mạng có thể bị huỷ bằng công nghệ ủ hồi phục bột. ở nhiệt độ này, chỉ có ứng suất dư (đàn hồi) bị khử bỏ mà không có sự lớn lên của hạt bột. Như vậy có thể tách rời tác động của xô lệch mạng với ảnh hưởng của kích thước hạt đến độ co khi thiêu kết và qua đó đánh giá gián tiếp ảnh hưởng của xô lệch mạng.

2. Thực nghiệm

   Các nguyên liệu ban đầu là bột Fe, bột Ag, bột Cu và bột Al-4%Cu-4%Mg; kích thước bột < 0,16 mm, được nghiền trong máy nghiền hành tinh với thời gian nghiền khác nhau. Nhiệt độ ủ được chọn như sau:

Tủ < Tktl (2)

   Theo công thức trên, nhiệt độ ủ của từng loại vật liệu là:

Bột Fe Tủ < 600°C
Bột Ag Tủ < 450°C
Bột Cu Tủ < 500°C
Bột Al-4%Cu-4%Mg Tủ < 300°C

   Với thời gian ủ ngắn, đã không quan sát thấy sự lớn lên của kích thước hạt bột trên. Từ bột nghiền chưa ủ và bột nghiền đã ủ, tiến hành ép và thiêu kết theo quy trình truyền thống [2,3]. Cụ thể như sau: các mẫu Ag (1 g) và Cu, Fe, Al-4%Cu-4%Mg (2 g) được ép với Pép = 1 và 2 T/cm2, thiêu kết 30 phút trong môi trường khí nitơ, lần lượt ở nhiệt độ Ttk = 900, 1000, 1050 và 650°C tương ứng.

Pages: Page 1, Page 2
14

Công nghệ chế tạo nền Fe-Cu ứng dụng cho vật liệu kết cấu thiêu kết

Công trình nghiên cứu này nhằm đưa ra công nghệ hợp kim hoá nền Fe bằng bột Cu để ứng dụng vào việc chế tạo chi tiết phục vụ cho các thiết bị gia công cơ khí, máy nâng chuyển, thiết bị ngành giao thông vận tải….

Fabrication of alloying Cu – Fe matrix for sintered structural materials

Trần Quốc Lập, Phạm Thảo
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vũ Lai Hoàng
Trường ĐH KTCN Thái Nguyên

TÓM TẮT

   Bài báo mô tả quy trình công nghệ chế tạo nền Fe – Cu theo phương pháp luyện kim bột. Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần, lực ép và nhiệt độ thiêu kết đến độ xốp của sản phẩm nền.

ABSTRACT

   This paper presents alloying process of Cu – Fe matrix by powder metallurgy technology. The effect of compo- sition, pressure and sintering temperature on porosity of materials are reported.

1. Đặt vấn đề

   Tính chất cơ bản của sản phẩm hợp kim hoá bột Fe bằng bột Cu là độ xốp và thành phần của hợp kim. Các tính chất này có thể thay đổi khi điều chỉnh công nghệ chế tạo. Tuỳ theo độ xốp của sản phẩm nhận được mà phạm vi ứng dụng có khác nhau: khi độ xốp nhỏ hơn 60% ứng dụng để chế tạo phin lọc; khi độ xốp nhỏ hơn 30% ứng dụng chế tạo bạc tự bôi trơn; khi nhỏ hơn 20% ứng dụng chế tạo các chi tiết có độ bền chịu tải trọng tĩnh, vật liệu bôi trơn và vật liệu ma sát; khi nhỏ hơn 15% ứng dụng chế tạo các chi tiết có độ bền và độ chính xác cao; khi nhỏ hơn 5% ứng dụng chế tạo vật liệu kết cấu và các chi tiết có độ bền, độ chính xác cao…[1-5]. Ngoài ra, hợp kim hoá bột Fe bằng bột Cu cho phép chống sự ăn mòn của khí quyển.

   Ở các nước công nghiệp phát triển, phạm vi ứng dụng của các chi tiết luyện kim bột có khác nhau. Nước có phương tiện giao thông phát triển mạnh thì 50% chi tiết được sản xuất theo phương pháp luyện kim bột [6].

   Ở Việt nam nhu cầu về vật liệu này rất lớn nhưng chưa có cơ sở nào tiến hành nghiên cứu chế tạo. Công trình nghiên cứu này nhằm đưa ra công nghệ hợp kim hoá nền Fe bằng bột Cu để ứng dụng vào việc chế tạo chi tiết phục vụ cho các thiết bị gia công cơ khí, máy nâng chuyển, thiết bị ngành giao thông vận tải….

2. Thực nghiệm

2.1. Nguyên liệu ban đầu

   Như đã biết Fe – Cu là hệ hòa tan hữu hạn do đó lần lược tiến hành khảo sát với các hàm lượng bột Cu khác nhau cho thêm vào bột Fe (bảng 1).

Mẫu Thành phần và hàm lượng
(% nguyên tử)
Fe Cu
M1 87 13
M2 84 16
M3 81 19
M4 78 22

Bảng 1. Thành phần và hàm lượng các mẫu khảo sát

2.2. Các thông số cần khảo sát

   Quá trình hợp kim hoá được khảo sát theo quy trình ép, thiêu kết một lần và hai lần.

   Khi ép và thiêu kết một lần, khảo sát ở các lực ép (2, 3, 4, 5, 6 tấn/cm2) và thiêu kết ở nhiệt độ (1050, 1100, 1150°C) với các thành phần khác nhau.

   Khi ép và thiêu kết hai lần, đã khảo sát:

– Lần 1: lực ép 2 tấn/cm2 và thiêu kết ở nhiệt độ 1000°C.
– Lần 2: lực ép (2, 3, 4, 5, 6 tấn/cm2) và thiêu kết ở nhiệt độ 1150°C.

2.3. Quy trình công nghệ hợp kim hoá nền Fe bằng Cu

   Quá trình trộn tiến hành trong tang và bi sứ, thời gian trộn hỗn hợp bột 10 giờ với tốc độ quay của tang là 50 vòng/phút. Hỗn hợp bột (Fe + Cu) được ép trên máy ép thuỷ lực.

Hình 1

Hình 1. Sơ đồ công nghệ hợp kim hoá nền Fe bằng bột Cu

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
14

Cấu trúc và tính chất của vật liệu tổ hợp nền Cu cốt hạt phân tán TiB2 chế tạo bằng phương pháp phối hợp nghiền cơ học, phản ứng tự sinh nhiệt ở nhiệt độ cao và thiêu kết xung plasma

Cu và hợp kim Cu có độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt và độ dẻo cao nên thường được sử dụng để chế tạo điện cực hàn phục vụ trong nhiều lĩnh vực công nghiệp: từ đóng tàu, chế tạo ôtô – xe máy cho đến sản xuất bàn ghế, đồ dân dụng.

Microstructure and property of TiB2– dispersed Cu-matrix composites produced by mechanical mixing, self propagating high temperature synthesis and spark plasma sintering

Trần Văn Dũng, Nguyễn Đặng Thủy Khoa
Khoa học và công nghệ vật liệu, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tóm tắt

   Trong công trình này, vật liệu tổ hợp Cu-4,5%TiB2 đã được chế tạo thành công đế sản xuất thử điện cực. Kết quả phân tích cấu trúc của mẫu bột sau phản ứng tự sinh nhiệt ở nhiệt độ cao cho thấy hạt TiB2 đã hình thành và phân bố đều trên nền Cu với kích thước nhỏ hơn 250 nm. Quá trình làm giảm nồng độ TiB2 trong sản phẩm sau phản ứng tự sinh nhiệt ở nhiệt độ cao được thực hiện bằng phương pháp nghiền trộn cơ học, độ đồng đều của vật liệu đạt đến trạng thái tới hạn tại tốc độ nghiền 300 vòng/phút với thời gian nghiền trộn 60 phút. Mẫu khối đạt tỷ trọng trên 98% sau khi thiêu kết ở nhiệt độ 650°C trong thời gian 5 phút. Cơ tính và độ dẫn điện đều thoả mãn tiêu chuẩn cho vật liệu điện cực. Sự phân bố của hạt TiB2 với kích thước nhỏ mịn trong nền Cu là nguyên nhân chính làm tăng cơ tính của vật liệu. Các tính chất của hệ vật liệu này cũng được so sánh với một số hệ vật liệu tổ hợp mới được phát triển gần đây.

Abstract

   In this work, the Cu – 4.5%TiB2 was successfully fabricated for electrode materials. The microstucture obser- vation of powder after self propagating high temperature synthesis (SHS) showed that the TiB2 dispersoids with the particle size of smaller than 250 nm uniformly distributed in Cu matrix. The dilution of TiB2 content in the product of SHS process was carried out by mechanical mixing (MM). The homogeneity of the materials was obtained after mixing at 300 rpm for 60 min. After sintering at 650°C for 5 min, the relative density of the sintered samples was approximately 98%. The hardness, tensile strength, ultimate tensile strength, microhardness and electrical con- ductivity exceeded those of the standard electrode materials. The fine dispersed TiB2 dispersoids in Cu matrix were the main reason to improve the mechanical properties of the composites. The properties of the composites were compared with those of other electrode materials developed recently.

1. Đặt vấn đề

   Cu và hợp kim Cu có độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt và độ dẻo cao nên thường được sử dụng để chế tạo điện cực hàn phục vụ trong nhiều lĩnh vực công nghiệp: từ đóng tàu, chế tạo ôtô – xe máy cho đến sản xuất bàn ghế, đồ dân dụng. Song, trong điều kiện làm việc ở nhiệt độ cao, khoảng (600-700)°C, độ bền cơ học của Cu, độ bền nhiệt của hợp kim Cu và cả độ dẫn điện của chúng lại giảm một cách đáng kể [1, 2 và 3]. Nguyên nhân của hiện tượng này là do sự hình thành pha mới và thô trong nền hợp kim. Nếu sử dụng Cu và hợp kim Cu làm vật liệu chế tạo điện cực hàn ở nhiệt độ cao thì chất lượng hạn bị hạn chế.

   Việc nâng cao độ bền cơ học, độ dẫn điện của vật liệu điện cực hàn nền Cu ở nhiệt độ cao có thể tiến hành bằng cách tạo ra một loại vật liệu tổ hợp giữa Cu và cốt hạt phân tán Al2O3, WC, TiC, TiN hoặc TiB2 [2,3 và 4]. Sự có mặt của các cốt hạt phân tán đó với một hàm lượng nhỏ, khoảng vài phần trăm và kích thước nhỏ mịn, sẽ cản trở sự chuyển động của lệch, làm tăng nhiệt độ kết tinh lại và hạn chế sự phát triển hạt của pha nền Cu ở nhiệt độ cao [5].

   Trong công trình nghiên cứu này, vật liệu tổ hợp cốt hạt phân tán TiB2 trên nền Cu được đề xuất để chế tạo thử điện cực hàn, vì TiB2 có nhiệt độ chảy 2980°C, độ cứng khoảng (1800 – 2600) kG/ mm2, môđun đàn hồi khoảng (510-575) MPa và độ dẫn điện 25 W/mK, cao hơn so với các loại cốt phân tán khác.

   Liên quan đến việc phát triển hệ vật liệu tổ hợp nền Cu cốt hạt phân tán TiB2, GS Kwon và các cộng sự [6] đã thành công trong việc tổng hợp vật liệu tổ hợp Cu-57% (thể tích) TiB2 bằng phương pháp trộn cơ học (mechanical mixing, viết tắt là MM) sao cho hỗn hợp Cu, Ti và B được phân bố đều, sau đó thực hiện phản ứng tự sinh nhiệt ở nhiệt độ cao (self-propagating high-temperature sythesis, viết tắt là SHS) đối với hỗn hợp Cu, Ti và B này. Theo kết quả nghiên cứu, cốt hạt TiB2 với cỡ hạt (100-200) nm đã hình thành trên nền Cu sau phản ứng SHS.

   Tuy nhiên, vật liệu tổ hợp Cu-57%TiB2 chỉ đạt được độ bền cơ học cao, còn độ dẫn điện vẫn thấp. Các thực nghiệm cho thấy, vật liệu tổ hợp Cu – TiB2 chỉ có thể đạt được độ dẫn điện cao với hàm lượng của TiB2 ≤ 15% [2, 3, 4, 8 và 9]. Nhưng trong thí nghiệm với hàm lượng của TiB2 ≤ 15% thì phản ứng SHS không thể xảy ra trong nền Cu do hàm lượng TiB2 thấp, khả năng tiếp xúc giữa các chất tham gia phản ứng Ti và B là kém. Vì lẽ đó, nếu sử dụng hệ vật liệu tổ hợp Cu-57%TiB2 để chế tạo điện cực hàn, hàm luợng của TiB2 cần giảm một cách đáng kể.

   Trong công trình nghiên cứu này phương pháp làm giảm hàm lượng TiB2 trong sản phẩm SHS được đề xuất là nghiền trộn sản phẩm SHS với Cu nguyên chất trong máy nghiền cơ học. ở đây vấn đề đồng đều hoá và tiếp tục làm giảm kích thước hạt vật liệu cần đặc biệt quan tâm.

   Một yếu tố quan trọng trong việc nâng cao cơ tính và tính dẫn điện của hệ vật liệu tổ hợp này là tỷ trọng tương đối γ,(%) của vật liệu. Nếu tỷ trọng tương đối γ thấp, hay nói cách khác, độ xốp cao, sẽ làm giảm mạnh cả cơ tính và tính dẫn điện của vật liệu. Để đạt được tỷ trọng tương đối cao có thể sử dụng phương pháp thiêu kết bằng xung plasma (spark plasma sintering, viết tắt là SPS). Đây là một phương pháp thiêu kết tiên tiến đã được Công ty Sumimoto, Nhật Bản, phát triển vào những năm 1990 [7]. Phương pháp này có tốc độ nâng nhiệt cao, nhiệt độ thiêu kết thấp và thời gian thiêu kết ngắn.

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
14

Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu ma sát trên cơ sở nền Fe mác ΦMK – 11

Bài báo đề cập kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu ma sát trên cơ sở nền Fe – mác Φ MK11 của Nga. Đã xác định công nghệ chế tạo và kiểm tra các thông số như: độ xốp, độ mài mòn, giới hạn bền nén và hệ số ma sát của sản phẩm.

Fabrication of Fe based friction materials Φ MK 11

Trần Quốc Lập, Phạm Thảo
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vũ Lai Hoàng
Trường ĐH KTCN Thái Nguyên

ABSTRACT

   This paper concerns with the fabrication technology of Fe based friction materials – Φ MK11 (Russian standart). Characteristics of the material such as porosity, wear rate, compression strength and friction coefficient were deter- mined.

1. Đặt vấn đề

   Vật liệu ma sát (VLMS) là vật liệu có hệ số ma sát cao được ứng dụng trong các thiết hị hãm, các bộ phận truyền động… nó thường chịu tải trọng rất lớn, có khi tới 70 Kg/cm2 với vận tốc (50 – 70) m/giây [1]. Khi làm việc, trên các bề mặt hãm xảy ra sự đốt nóng tức thời (trong các bộ hãm máy bay nhiệt độ lên tới 1000 ÷ 1100°C). Với những điều kiện làm việc khắc nghiệt như vậy, VLMS phải có các yêu cầu kỹ thuật cơ bản sau: hệ số ma sát cao, không thay đổi rõ rệt trong khoảng nhiêt độ rộng; độ chịu mài mòn cao, ổn định; độ bền lớn, độ dai va đập cao; khả năng chống kẹt cao và chống được sự xâm thực của môi trường [2].

   Nhu cầu về VLMS ở Việt Nam cũng như trên thế giới là rất lớn. VLMS được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực công nghiệp. Trong điều kiện ma sát khô, VLMS ứng dụng để chế tạo các bộ phận thay đổi chuyển động, cơ cấu phanh ôtô, máy cắt gọt kim loại và bộ ly hợp của động cơ. Khi làm việc trong điều kiện ma sát ướt, VLMS được ứng dụng trong các bộ phận chịu tải trọng lớn như bộ ly hợp của máy bay.

   VLMS nền kim loại có hai nhóm cơ bản: nhóm trên cơ sở nền Cu (hợp kim của Cu) và nhóm trên cơ sở nền Fe (hợp kim của Fe). Hiện nay, các chi tiết làm việc trong điều kiện ma sát phần lớn được chế tạo từ vật liệu ma sát trên cơ sở nền Fe. VLMS trên cơ sở nền Fe có giá thành thấp hơn so với VLMS trên cơ sở nền kim loại mầu. Ngoài ra VLMS trên cơ sở nền Fe có hệ số ma sát cao, độ chịu mài mòn lớn…

   Công trình nghiên cứu này nhằm đưa ra công nghệ chế tạo VLMS trên cơ sở nền Fe – Mác Φ MK11 của Nga.

2. Thực nghiệm

2.1. Nguyên liệu ban đầu

   Dựa trên thành phần VLMS Mác Φ MK-11 của Nga (64% Fe; 15% Cu; 9% Grafit; 3% SiO2; 3% amiăng và 6% BaSO4) thì công trình nghiên cứu này lựa chọn thành phần hoá học của VLMS trên cơ sở nền Fe có thành phần và hàm lượng như bảng 1:

Thành phần Fe Cu Cgr SiC BaSO4
Hàm lượng (%) 64 15 9 6 6

Bảng 1. Thành phần và hàm lượng của VLMS trên cơ sở nền Fe

2.2. Quy trình công nghệ chế tạo vật liệu ma sát trên cơ sở nền Fe

   Với thành phần như trên thì vật liệu ma sát bao gồm kim loại và phi kim loại có tỷ trọng và kích thước hạt bột khác nhau, để đồng đều thành phần cần tiến hành trộn hợp lý. Quá trình trộn được tiến hành trong tang và bi sứ, thời gian trộn hỗn hợp bột 10 giờ trong môi trường cồn nhằm tránh sự ôxi hoá bột và tốc độ quay của tang là 50 vòng/phút.

Hình 1

Hình 1. Sơ đồ công nghệ chế tạo vật liệu ma sát trên cơ sở nền Fe

   Hỗn hợp bột vật liệu ma sát được ép đóng bánh trên máy ép thuỷ lực.

   Quá trình thiêu kết mẫu cần phải bảo vệ tốt tránh hiện tượng ôxi hoá trở lại thành ôxit làm chất lượng mẫu kém không có khả năng dính kết với nền và độ xốp cao.

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
13

Gang cầu tôi đẳng nhiệt sử dụng đồng làm nguyên tố hợp kim

Gang cầu ủ đẳng nhiệt đã chứng tỏ là một vật liệu có những tính chất tuyệt vời: độ bền cao, độ dai và dãn dài tốt đồng thời với tính chịu mài mòn và khả năng gia công cơ. Những tính chất trên có thể đạt được bằng cách nhiệt luyện thích hợp.

Austempered ductile iron (ADI) alloyed with copper

Nguyễn Hữu Dũng
Khoa khoa học và công nghệ vật liệu, trường Đại học Bách khoa Hà Nội

TÓM TẮT

   Gang cầu tôi đẳng nhiệt là một vật liệu có độ bền và độ dẻo dai cao, kết hợp với tính chóng mài mòn và khả năng gia công tốt. Chế độ nhiệt luyện thích hợp sẽ tạo một tổ chức tế vi tối ưu cho mỗi thành phần của gang. Trong bài này sẽ giới thiệu kết quả xử lý nhiệt gang cầu hợp kim hoá bằng 0,33% Cu. Kết quả cho thấy độ bền, độ dãn dài và độ cứng của gang phụ thuộc vào lượng bainit-ferit và austenit dư. Trên cơ sở đó đã thiết lập chế độ xử lý thích hợp của cửa sổ quá trình là: ủ ở (380-400) °C trong (1,5-2)h. Cơ tính của gang đạt được là: giới hạn bền 970 MPa, độ dãn dài 6%.

ABSTRACT

   Austempered ductile iron (ADI) is an excellent material as it possesses attractive properties: high strength, duc- tility, toughness which are combined with good wear resistance and machinability. These properties can be achieved upon adequate heat treatment which creates the optimal microstructure for a given chemical composi- tion. This paper presents some results of austempering ADI alloyed with 0,33% Cu for a range of time and tem- perature. The results show that the strength, elongation and hardness of ADI depend on the amount of bainite-fer- rite and retained austenite amount. Based on theses results, an optimal processing window was established: austempering time is (1,5-2,0) hours, austempering temperature (380-400) °C. Mechanical properties of ADI: strength 970 MPa, elongation 6%.

1. Đặt vấn đề

   Gang cầu ủ đẳng nhiệt đã chứng tỏ là một vật liệu có những tính chất tuyệt vời: độ bền cao, độ dai và dãn dài tốt đồng thời với tính chịu mài mòn và khả năng gia công cơ. Những tính chất trên có thể đạt được bằng cách nhiệt luyện thích hợp. Chế độ nhiệt luyện thích hợp sẽ cho một cấu trúc tối ưu với mỗi thành phần của gang cầu. Bài báo này giới thiệu kết quả nghiên cứu ủ đẳng nhiệt gang cầu có chứa 0,33% Cu phụ thuộc vào thời gian và nhiệt độ tôi đẳng nhiệt. Các kết quả đã chỉ ra rằng, độ bền, độ dãn dài và độ cứng của gang cầu phụ thuộc vào lượng ferit-bainit và lượng austenit dư trong gang. Dựa vào các số liệu trên, đã dự đoán được cửa sổ của quá trình tối ưu.

   Quá trình nhiệt luyện gang cầu ADI được chia làm 2 giai đoạn (hình 1). Kết thúc của giai đoạn 1 tương ứng với thời điểm mà lượng ferit-bainit và quá trình làm giàu austenit đạt giá trị cực đại. Kết thúc giai đoạn 2 tương ứng với điểm bắt đầu tiết ra cacbit. Khoảng thời gian giữa 2 giai đoạn trên gọi là cửa sổ của quá trình (window of processing). Trong khoảng thời gian này, hình thái học, thành phần hoá học của ferit-bainit và cấu trúc austenit ổn định và sự thay đổi hầu như không đáng kể. Việc mở rộng vùng cửa sổ này phụ thuộc vào nhiều yêu tố như thành phần hoá học, kiểu thiên tích, nhiệt độ austenit hoá và nhiệt độ tôi.

   Mangan là nguyên tố có ảnh hưởng mạnh đến cửa sổ quá trình. Nếu hàm lượng Mn cao có thể làm thu hẹp và thậm chí là thủ tiêu vùng cửa sổ này do mangan làm cho giai đoạn 1 và 2 chồng lên nhau. Cửa sổ của quá trình hẹp có nghĩa là gang rất khó có thể đạt được tính chất cơ học cao do việc chồng lấn của hai giai đoạn nói trên. Mactenxit sẽ xuất hiện ỏ vùng austenit nghèo cacbon, cacbit xuất hiện ở vùng có giai đoạn 2 xảy ra sớm hơn do có hiện tượng thiên tích.

Hình 1Hình 1. Cửa sổ quá trình luyện gang ADI

   Tính chất cơ học của gang cầu ADI phụ thuộc vào cấu trúc sau nhiệt luyện của gang. Cấu trúc này lại là hàm số của thời hạn và nhiệt độ của quá trình. Đã có nhiều công trình nghiên cứu tập trung vào xem xét ảnh hưởng cua thành phần hoá học các nguyên tố hợp kim đến cấu trúc, tính chất và hiệu ứng nhiệt luyện của gang ADI. Trong số các nguyên tố có ảnh hưởng mạnh đến cấu trúc của gang phải kể đến môlipđen và đồng. Các nguyên tố này đều làm mở rộng vùng austenit của giản đồ trạng thái: một mặt nâng cao tốc độ chuyển biến trong quá trình nung, đồng thời cũng nâng cao hàm lượng cacbon trong nền hợp kim. Mặt khác, trong quá trình tôi tiếp theo, chúng còn có thể kiềm chế việc hình thành cacbit. Môlípđen là nguyên tố rất đắt, bởi vậy việc nghiên cứu thay thế Mo bằng các nguyên tố khác, thí dụ Cu là vấn đề vô cùng cần thiết đối với Việt Nam.

2. Thực Nghiệm

Hình 2

Hình 2. Qui trình chế tạo gang ADI

   Dùng phối liệu là gang thỏi Canada, hồi liệu, thép vụn, ferô-cacbon và các loại ferô khác. Thiết bị nấu là lò cảm ứng cao tần dung tích 1000 kg. Hợp kim trung gian FeSiMg5 dùng 2,0% so với gang lỏng.

   Biến tính dùng

C=4,329%; Si=2,753%; Mn=0,117%,
p=0,029%; S=0,013%; Cr=0,036%;
Ni=0,067%; Cu=0,33%; Mg=0,066%.

   Gang lỏng được rót vào khuôn để đúc mẫu thử cơ tính (hình 3), sau đó gia công thành mẫu thử bền kéo tiêu chuẩn hình chữ I. Các mẫu thử cơ tính sau đó được ủ austenit hoá ở 900°C trong khoảng thời gian 2 giờ rồi chuyển nhanh sang bể muối ở các nhiệt độ 300; 350; 380 và 400°C và duy trì ở các nhiệt độ đó trong khoảng thời gian 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 và 4,0 giờ. Sau đó làm nguội xuống nhiệt độ phòng (hình 2).

   Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng gang cầu là giới hạn bền kéo, độ dãn dài, độ cứng và lượng austenit dư trong tổ chức kim loại.

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
13

Điều chế dung dịch điện phân thiếc

Nghiên cứu này giới thiệu các phương pháp chính để điều chế dung dịch SnSO4 sau đó lựa chọn và nghiên cứu trên mô hình trong phòng thí nghiệm, làm cơ sở áp dụng trong quy mô công nghiệp.

Preparation of electrolyte solution for tin

Nguyễn Kim Thiết, Phạm Kim Đĩnh, Đinh Tiến Thịnh
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

TÓM TẮT

   Đã nghiên cứu quy luật phân bố của nồng độ kim loại theo chiều cao của bể điện phân khi tiến hành quá trình trong bể có bố trí các điện cực nằm ngang. Kết quả thu được sử dụng để thiết kế, vận hành bể điện phân điều chế dung dịch trong sản xuất một cách hữu hiệu.

ABSTRACT

   The distribution law of tin concentration in dependance on the higth of electrolytic cell with horizontal electrodes has been determined. The obtained results will be used to design and operate electrolytic cell of fabrication of electrolyte SnSO4 – solution

1. Mở Đầu

   Để đáp ứng được yêu cầu thiếc sạch dùng cho các nhu cầu sản xuất: đồ hộp, bao bì trong công nghiệp thực phẩm cũng như xuất khẩu, một số nhà máy luyện thiếc ở nước ta đã áp dụng công nghệ điện phân tinh luyện thiếc trong dung dịch axit sunfuaric. Quá trình điện phân cần một lượng dung dịch SnSO4 khá lớn. Để chế tạo dung dịch này phải chọn được phương pháp thích hợp, vừa rẻ vừa nhanh. Nghiên cứu này giới thiệu các phương pháp chính để điều chế dung dịch SnSO4 sau đó lựa chọn và nghiên cứu trên mô hình trong phòng thí nghiệm, làm cơ sở áp dụng trong quy mô công nghiệp.

2. Thực nhiệm

2.1. Phương pháp điều chế dung dịch SnSO4

   Có nhiều cách để sản xuất dung dịch SnSO4:

   a. Dùng thiếc bột đẩy đồng ra khỏi dung dịch sunfat của nó:

Sn(bột) + CuSO4 = SnSO4 + Cu (1)

   Phương pháp này chỉ có ý nghĩa nếu như chỉ cần một lượng nhỏ dung dịch và có sẵn bột thiếc và CuSO4. Mặt khác, việc làm sạch đồng ra khỏi dung dịch thu được là rất khó khăn.

   b. Dùng phương pháp điện hóa, hòa tan thiếc sạch vào dung dịch axit H2SO4. Đối với một phòng thí nghiệm hoặc một nhà máy đang chuẩn bị điện phân thiếc thì đây là phương pháp rất lý tưởng, vì mọi điều kiện để điều chế dung dịch đều đã có sẵn như: thiết bị điện phân, thiếc và axít.

   Trong nghiên cứu này đã chọn phương pháp điện hóa để nghiên cứu nhằm đưa ra một số thông số cần thiết cho quá trình.

2.2. Chọn công nghệ điều chế dung dịch SnSO4 bằng phương pháp điện hoá

   Nguyên lý điều chế dung dịch muối điện phân bằng phương pháp điện hóa là phải tạo cho được 2 khoang anot và catốt riêng biệt, cho dung dịch axit mới vào khoang catốt, rút dung dịch muối hình thành ở khoang anốt, tạo không gian thích hợp để ngăn cản một cách tối đa lượng dung dịch muối được hình thành ở anốt khuếch tán tới catốt.

   Tùy theo cách tạo ra các khoang anốt và catốt riêng biệt mà ta có thể phân thành các phương pháp điện hóa khác nhau:

– Phương pháp điện phân có màng ngăn

– Phương pháp điện phân thiên tích.

a.Phương pháp điện phân có màng ngăn

   Phương pháp này được áp dụng nhiều trong điện phân kim loại, điển hình là điện phân tinh luyện Ni[1]. Catốt được cho vào trong một túi vải bằng vật liệu chịu axit có khung bằng gỗ hoặc chất dẻo, đủ không gian cho catốt không bị chạm vào túi. Màng ngăn cũng có thể làm bằng vật liệu khác như: gỗ xốp hoặc khoan lỗ, sứ xốp…

   Thành công của phương pháp phụ thuộc vào thao tác vận hành điện phân. Đầu tiên cho một ít dung dịch axit H2SO4 vào trong bể (cả khoang anot và catốt và đóng điện. H2 phóng điện ở catốt và Sn tan ra ở anốt. Trong quá trình điện phân, dung dịch được nạp liên tục vào khoang catốt. Túi màng ngăn phải đảm bảo sao cho mức dung dịch trong khoang catốt thấm ra ngoài khoang anốt chậm, luôn đảm bảo có độ chênh lệch chiều cao dung dịch giữa 2 khoang. Đó là bí quyết để ngăn cản không cho iôn Sn2+ hình thành ở khoang anốt khuếch tán vào khoang catot. Màng ngăn catot trong trường hợp này có tác dụng ngăn dòng ion thiếc bằng dòng dung dịch chảy cơ học ngược chiều qua lỗ mao quản của màng ngăn do áp lực của chênh lệch chiều cao dung dịch giữa 2 khoang chứ không phải là màng lọc ion.

   Nạp tiếp axit vào khoang catốt cho đến độ cao theo dự kiến thì bắt đầu rút dung dịch SnSO4 ở đáy bể ra. Lượng dung dịch Sn2+ rút ra phải tính toán sao cho tương ứng với lượng axit cho vào và cân bằng với lượng Sn2+ đã hòa tan được.

   Phương pháp này rất đơn giản nhưng cần phải có các vật liệu làm màng ngăn chịu axit. Điện áp bể điện phân có màng ngăn lớn, nhiệt độ dung dịch khá cao (60-80°C), nên tiêu hao điện năng cao. Mặt khác, iôn thiếc hoà tan ra không tập trung nên rất khó thu được dung dịch có hàm lượng iôn thiếc cao.

b.Phương pháp điện phân thiên tích

   Trong dung dịch, các kim loại nặng như: Cu, Pb, Sn… các ion của chúng có xu thế bị thiên tích. Dung dịch để lắng sau một thời gian, ở đáy bể nồng độ thường cao hơn ở mặt bể. Ngược lại nếu cho muối tan được vào đáy bể, muối tan ra nhưng không thể khuếch tán đồng đều lên mặt bể. Tính chất này đã được lợi dụng để điều chế dung dịch điện phân và các muối vô cơ khác nhau. Có thể dùng bể điện phân với điện cực xếp dọc như trong các bể diện phân tinh luyện thông thường, hoặc dùng phương pháp xếp cực nằm ngang [1]. Trong công trình này phương pháp điện phân thiên tích với diện cực nằm ngang đã được chọn để nghiên cứu.

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
13

Ảnh hưởng đồng thời của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp (Ti, Mn, Cr) đến tổ chức và nhiệt độ kết tinh lại của hợp kim nhôm biến dạng hệ Al-Zn-Mg

Từ kết quả phân tích ảnh tổ chức đã khẳng định ảnh hưởng tích cực của việc hợp kim hoá kim loại chuyển tiếp.

Simultaneous influence of transition metals (Ti, Mn, Cr) on microstructure and recrystallization temperature of deformation aluminium alloys of system Al-Zn-Mg

Nguyễn Khắc Xương, Trần Như Biên, Đỗ Minh Đức
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tóm tắt

   Bằng phương pháp đúc trong khuôn kim loại có nước làm nguội tuần hoàn, đã chế tạo được hợp kim Al-4%Zn- 1,5%Mg hợp kim hoá đồng thời kim loại chuyển tiếp Mn, Cr, Ti. Trên cơ sở phương trình hồi quy đã xác định được quy luật ảnh hưởng của hàm lượng Mn, Cr; nhiệt độ và thời gian ủ đến nhiệt độ kết tinh lại của hợp kim và dự đoán toạ độ vùng tối ưu. Từ kết quả phân tích ảnh tổ chức đã khẳng định ảnh hưởng tích cực của việc hợp kim hoá kim loại chuyển tiếp.

Abstract

   By casting in chilled mold with circulated water cooling the Al-4%Zn-1,5%Mg alloy modified by transition metals (Ti, Mn, Cr) has been produced. Based on recurrent equation the influence of transition metals Mn, Cr content, of annealing temperature and time on recrystallization temperature of the alloy has been established. The coordinates of the optimal range has been also determined. It is confirmed by microstructure observation the essential effect of alloying by transition metals.

1. Đặt Vấn Đề

   Hợp kim Al-Zn-Mg thuộc nhóm các hợp kim biến dạng độ bền cao. Tính hàn, khả năng chịu gia công biến dạng và chống ăn mòn trong nước biển cũng như khí quyển khá tốt.

   Tuy nhiên, cơ tính hợp kim hệ này rất nhạy cảm với nhiệt độ. Khi ứng dụng trong kết cấu hàn, kích thước hạt sau kết tinh và ảnh hưởng của nhiệt độ đến tổ chức, tính chất vùng lân cận mối hàn là vấn đề hết sức quan trọng.

   Công trình này đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng đồng thời của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp Ti, Mn, Cr đến tổ chức kết tinh và nhiệt độ kết tinh lại của hợp kim Al – 4,5%Zn – 1,5%Mg.

   Cơ sở của vấn đề:

   – Việc sử dụng các chất biến tính chứa kim loại chuyển tiếp để làm nhỏ hạt các hợp kim nhôm khi kết tinh đang được nghiên cứu trong nhiều công trình [1,2,3,4].

   – Trong Al Ti sẽ tạo pha TiAl3 với mặt {110} tương hợp hệ mặt {112} của nhôm. Đó là lý do để TiAl3 trở thành tác nhân tạo mầm ký sinh làm nhỏ hạt α khi kết tinh của các hợp kim nhôm.

   – Mn và Cr là hai nguyên tố tạo giản đồ pha dạng cùng tinh và bao tinh tương ứng với nhôm. Các pha MnAl6 và CrAl7 sẽ phân bố trái ngược nhau trong hạt tinh thể α. Khi hóa già: pha MnAl6 có mật độ giảm dần từ tâm hạt ra biên giới hạt, trong khi đó pha CrAl7 ngược lại. Các pha này phân tán, nhỏ mịn và ổn định nhiệt, do vậy có tác dụng nâng cao nhiệt độ kết tinh lại của hợp kim.

2. Thực nghiệm và kết quả

2.1 Chế tạo mẫu nghiên cứu

   Hợp kim nghiên cứu được chọn có thành phần: Al-4,5%Zn-1,5%Mg. Các nguyên tố Mn, Cr, Ti được đưa vào hợp kim theo kết quả quy hoạch thực nghiệm với ma trận thí nghiệm (bảng 2).

   Trong đó:

x1: mã hóa hàm lượng Mn, có thành phần biến đổi trong chặng (0,4 ÷ 1,6)%.
x2: mã hóa hàm lượng Cr, có thành phần biến đổi trong chặng (0,2 ÷ 0,8)%.
x3: nhiệt độ ủ đồng đều hóa, biến đổi trong chặng (450 ÷ 500) 0C.
x4: thời gian ủ đồng đều hóa, biến đổi trong chặng (8 ÷ 12)h.

   Hàm lượng Ti không thay đổi, có giá trị 0,1%.

   Theo quy luật của ma trận thực nghiệm, có 5 phương án hợp kim hóa tương ứng với 5 thành phần hợp kim cho trong bảng 1.

HK Zn Mg Mn Cr Ti Al
(còn lại)
1 4 1,5 1,6 0,8 0,1 –
2 4 1,5 1,6 0,2 0,1 –
3 4 1,5 0,4 0,8 0,1 –
4 4 1,5 0,4 0,2 0,1 –
5 4 1,5 1,0 0,5 0,1 –

Bảng 1. Thành phần hóa học các mẫu hợp kim nghiên cứu (%)

   Các hợp kim nghiên cứu được nấu luyện tại phòng thí nghiệm thuộc Viện Khoa học-công nghệ Mỏ-Luyện kim, theo sơ đồ hình 1.

BDheNhom1

Hình 1. Sơ đồ chế tạo mẫu nghiên cứu

Hình 2

Hình 2. Khuôn nguội nhanh có nước làm nguội tuần hoàn

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
12

Hoàn thiện công nghệ xử lý tổng hợp bùn dương cực trong quá trình điện phân thiếc tinh 99,95% để thu các nguyên tố có ích: Sn, Cu, As, Bi, Au… ở quy mô mở rộng

Trong quá trình sản xuất thiếc bằng phương pháp điện phân sẽ sinh ra bùn dương cực, hàm lượng thiếc trong bùn dương cực rất cao và các nguyên tố đi cùng… hàm lượng tuy không lớn nhưng lại có giá trị cao về mặt kinh tế. Vì vậy việc xử lý để thu hồi chúng là rất cần thiết.

Improved processing anode mud during Sn electrolysis for recovery of useful elements Sn, Cu, As, Bi, Au…

Nguyễn Văn Chiến và Trần Văn Vụ
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ – Luyện kim

Tóm tắt

   Trong quá trình sản xuất thiếc loại I để phục vụ xuất khẩu bằng phương pháp điện phân sẽ sinh ra bùn dương cực, hàm lượng thiếc trong bùn dương cực rất cao, còn các nguyên tố đi cùng (Cu, As, Bi, Au …) hàm lượng tuy không lớn nhưng lại có giá trị kinh tế cao. Vì vậy việc xử lý thu hồi chúng là cần thiết. Trong bài viết giới thiệu kết quả nghiên cứu các điều kiện tối ưu để tách các nguyên tố có ích từ bùn dương cực, các chỉ tiêu kinh tế của quá trình công nghệ và lưu trình công nghệ thích hợp.

Abstract

   During production process of the 1st type tin (99,95%Sn) – one of exported products, an anode mud of high Sn content containning useful elements such as Cu, As, Bi, Au,… is formed thus the recovery of this anode mud is necessary. In this paper the optimal technological and economic conditions of the process, separating these elements from anode mud, are presented.

1. Mở đầu

   Việc sản xuất thiếc 99,95% có hàm lượng chì thấp (< 0,005% ) rất phù hợp với nhu cầu sản xuất đồ hộp và nâng giá thành sản phẩm thiếc. Trong quá trình sản xuất thiếc bằng phương pháp điện phân sẽ sinh ra bùn dương cực, tuy bùn dương cực chỉ chiếm khoảng 1% đến 5% (tùy thuộc độ sạch của thiếc) nhưng hàm lượng thiếc trong bùn dương cực rất cao và các nguyên tố đi cùng (Cu, As, Bi, Au …) hàm lượng tuy không lớn nhưng lại có giá trị cao về mặt kinh tế. Vì vậy việc xử lý để thu hồi chúng là rất cần thiết.

   Mục tiêu nghiên cứu là:

1- Thiết lập các điều kiện tối ưu để tách các nguyên tố có ích từ bùn dương cực (thiếc, đồng, vàng, bitmut…).

2- Xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của quá trình công nghệ.

3- Xây dựng được lưu trình công nghệ thích hợp để thu hồi thiếc và các nguyên tố có ích ở quy mô mở rộng.

2. Thực nghiệm

   Các nguyên tố trong bùn dương cực tồn tại chủ yếu ở dạng kim loại. Để tách các nguyên tố này thông thường người ta thiêu ôxy hóa trong lò có nhiệt độ tối đa 1000°C. Các phản ứng xảy ra trong quá trình nung :

Sn + O2 = SnO2
4Bi + 3O2 = 2Bi2O3
2Cu + O2 = 2CuO
4Fe + 3O2 = 2Fe2O3
4As + 3O2 = 2As2O3

   Các kim loại, các hợp chất của các nguyên tố cần thu hồi chủ yếu nằm trong bùn dương cực, riêng asen và antimon trong điều kiện thích hợp dễ bay hơi phần lớn, vì vậy có thể tách chúng bằng cách thiêu. Dựa vào độ hòa tan của ôxyt các kim loại còn lại rất khác nhau trong axit, sẽ hòa tách chúng trong môi trường axit có nồng độ khác nhau.

   Ôxyt đồng dễ dàng hòa tan trong axit sunphuric loãng theo phản ứng:

CuO+ H2SO4 = CuSO4 + H2O

   Bitmút và chì cũng như asen và antimon còn lại được hòa tan trong axit clohyđric theo phản ứng:

Me2Ox + 2xHCl = 2MeClx + x H2O

   Bitmút được tách khỏi dung dịch bằng phương pháp thủy phân.

BiCl3 + H2O = BiOCl + 2HCl

   Trong đề tài này chúng tôi tiến hành nghiên cứu hòa tách các nguyên tố chứa trong bùn dương cực ra khỏi thiếc bằng axit, sau đó hòa tách vàng bằng phương pháp xyanua.

Pages: Page 1, Page 2, Page 3