BCT
VIMLUKI
BCT
VIMLUKI

BCT
VIMLUKI
BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MỎ - LUYỆN KIM
30B ĐOÀN THỊ ĐIỂM, ĐỐNG ĐA, HÀ NỘI

BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT
ĐỀ TÀI CẤP NHÀ NƯỚC
Mã số: KC 02-01/06-10

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TUYỂN HỢP LÝ VÀ SẢN
XUẤT RUTIN NHÂN TẠO TỪ QUẶNG SA KHOÁNG
VÀ QUẶNG GỐC VÙNG NÚI CHÚA, THÁI NGUYÊN

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: Tiến sỹ Nguyễn Văn Chiến


Hà Nội, 9/2009
Bản thảo viết xong 5/2009, được chỉnh sửa 9/2009.
Tài liệu này được chuẩn bị trên cơ sở kết quả thực hiện
đề tài cấp Nhà nước, mã số KC.02.01/06-10.
Báo cáo tổng kết đề tài KC.02.01/06-10 Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2009.
1
NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN CHÍNH

1.
Nguyễn Văn Chiến Tiến sỹ Luyện kim
2. Vũ Tân Cơ Kỹ sư Tuyển khoáng
3.
Ngô Ngọc Định Kỹ sư Luyện kim màu
4. Đỗ Hồng Nga Thạc sỹ Luyện kim màu
5. Phạm Xuân Kính Kỹ sư Hóa
6.
Nguyễn Cảnh Nhã Kỹ sư Tuyển khoáng
7. Lê Gia Mô Tiến sỹ Luyện kim màu
8. Trần Thị Hiến Thạc sỹ Tuyển khoáng
9. Nguyễn Thị Ngọc Lâm Thạc sỹ Khai thác Mỏ
10. Nguyễn Xuân Anh Kỹ sư Máy mỏ CƠ QUAN PHỐI HỢP THỰC HIỆN

chuyến công tác tham quan, trao đổi kinh nghiệm tại Trung Quốc.
Phần thứ ba: Kết quả nghiên cứu.
Phần này trình bày đầy đủ các nội dung cụ thể đã thực hiện của đề tài, nêu
luận cứ cần thiết của các thí nghiệm tiến hành, nguyên lý hoạt động của đối
tượng đã nghiên cứu… các số liệu thí nghiệm thu được, nhận xét và đánh giá
những số liệu, kết quả thí nghiệm/ thử nghiệm thu được và rút ra kết luận của
từng phần nghiên cứu.
Phần thứ tư: Định hướng áp dụng kết quả nghiên cứu.
Phần này trình bày các tính toán dự kiến hiệ
u quả kinh tế khi áp dụng kết
quả nghiên cứu vào sản xuất, dự kiến hình thức áp dụng kết quả nghiên cứu của
đề tài và các sơ đồ công nghệ kiến nghị.
Phần Kết luận, Kiến nghị: Nêu những kết luận, kiến nghị cần thiết rút ra từ
các kết quả nghiên cứu.
Tài liệu tham khảo: Nêu các tài liệu đã tham khảo khi thực hiện đề tài.
Phần Ph
ụ lục: Một số hình ảnh, kết quả phân tích và tài liệu liên quan.
Quyển 2: Báo cáo tóm tắt “Tổng kết khoa học và kỹ thuật” của đề tài.
Quyển này được trình bày cô đọng những nội dung của quyển 1 nhằm giúp cho
độc giả không có thời gian đọc toàn văn báo cáo.
Bộ tài liệu “ Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật ” này được chuẩn bị trên
cơ sở tổng hợp các số liệu từ các kế
t quả nghiên cứu thử nghiệm trong quá trình
thực hiện đề tài cấp Nhà nước mã số KC.02.01/06-10 của tập thể các thành viên
tham gia đề tài thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim.
Báo cáo tổng kết đề tài KC.02.01/06-10 Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2009.
3

3.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 32
3.1.1 Tình hình nghiên cứu tuyển quặng titan 32
3.1.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất xỉ titan trên thế giới 37
3.1.3 Tình hình nghiên cứu, sản xuất rutin nhân tạo trên thế giới 40
3.1.4
Tình hình nghiên cứu, thu hồi Nb, Ta, V trong quá trình sản xuất
rutin nhân tạo trên thế giới
46
3.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước 47
3.2.1 Tình hình nghiên cứu tuyển quặng titan 47
3.2.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất xỉ titan 47
3.2.3 Tình hình nghiên cứu, sản xuất rutin và bột màu TiO
2
48
3.2.4
Tình hình nghiên cứu, thu hồi Nb, Ta, V trong quá trình sản xuất
chế biến quặng tinh titan
49
Phần II Mẫu nghiên cứu và công tác chuẩn bị
50
Chương 4 Mẫu nghiên cứu
50
4.1 Mẫu nghiên cứu và nguyên vật liệu, hóa chất sử dụng trong nghiên cứu50
4.1.1 Mẫu nghiên cứu công nghệ tuyển 50
4.1.1.1 Yêu cầu kỹ thuật lấy mẫu 50
Báo cáo tổng kết đề tài KC.02.01/06-10 Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2009.
4

6.1.2 Nghiên cứu thành phần vật chất 67
6.1.2.1 Kết quả nghiên cứu thành phần vật chất mẫu quặng gốc 67
6.1.2.2 Kết quả nghiên cứu thành phần vật chất mẫu quặng sa khoáng 72
6.1.3 Nhận xét kết quả nghiên cứu thành phần vật chất mẫu 78
6.2 Kết quả nghiên cứu công nghệ tuyển quặng titan gốc 80
6.2.1 Công nghệ tuyển trọng lực 80
6.2.1.1 Kết quả nghiên cứu tuyển trên bàn đãi 80
6.2.1.2 Kết quả tuyển quặng titan gốc trên vít đứng 83
6.2.2 Công nghệ tuyển từ 84
6.2.2.1 Phân tích từ mẫu nghiên cứu và các sản phẩm tuyển 84
6.2.2.2 Phân tích từ trên máy tuyển từ đa hướng 88
6.2.3 Công nghệ tuyển nổi 89
Báo cáo tổng kết đề tài KC.02.01/06-10 Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2009.
5

MỤC LỤC
Trang
6.2.3.1 Nghiên cứu chế độ nghiền quặng 89
6.2.3.2 Nghiên cứu chế độ thuốc tuyển 92
6.2.4 Nghiên cứu sơ đồ tuyển 99
6.2.4.1 Kết quả nghiên cứu sơ đồ hở 99
6.2.4.2 Kết quả nghiên cứu sơ đồ vòng kín 101
6.2.4.3 Sơ đồ kết hợp giữa tuyển trọng lực - tuyển nổi 103
6.2.5 Nhận xét kết quả nghiên cứu công nghệ tuyển quặng titan gốc 105
6.3 Kết quả nghiên cứu mẫu titan sa khoáng 106
6.3.1 Công nghệ tuyển trọng lực 106
6.3.1.1 Chế độ tuyển rửa 106

nguyên trong lò đốt gas
152
Báo cáo tổng kết đề tài KC.02.01/06-10 Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2009.
6

MỤC LỤC
Trang
7.3.2.5
Luyện xỉ titan trong lò 12 KVA với quặng gốc đã thiêu trong lò đốt
gas và quặng manhêtit đã thiêu trong lò quay
154
7.3.2.6 Nhận xét kết quả nghiên cứu luyện xỉ titan quy mô phòng thí nghiệm 156
7.4 Kết quả nghiên cứu công nghệ luyện xỉ titan quy mô mở rộng 157
7.4.1 Nghiên cứu thiêu hoàn nguyên 157
7.4.1.1 Thử nghiệm lò ống quay 157
7.4.1.2 Nghiên cứu thiêu quặng manhêtit 157
7.4.1.3 Nghiên cứu thiêu hoàn nguyên quặng inmênit sa khoáng 160
7.4.1.4 Nghiên cứu thiêu hoàn nguyên quặng inmênit gốc 162
7.4.1.5 Nhận xét kết quả nghiên cứu thiêu hoàn nguyên quy mô mở rộng 165
7.4.2 Nghiên cứu luyện xỉ titan quy mô mở rộng 165
7.4.2.1 Quy trình thí nghiệm 165
7.4.2.2 Luyện xỉ titan quặng sa khoáng trong lò 100 KVA 165
7.4.2.3 Luyện xỉ titan quặng gốc trong lò 100KVA 169
7.4.2.4 Nhận xét kết quả nghiên cứu luyện xỉ titan trong lò 100KVA 173
7.4.3 Nghiên cứu luyện xỉ titan liên tục 174
7.4.3.1 Quy mô thí nghiệm 174
7.4.3.2 Quy trình thí nghiệm 174

8.1.2.4 Nghiên cứu quá trình hòa tách tinh quặng gốc đã thiêu hoàn nguyên 205
8.1.2.5 Nghiên cứu quá trình lắng lọc rửa bã 209
8.2 Nghiên cứu sản xuất rutin nhân tạo quy mô mở rộng 210
8.2.1 Đối tượng tinh quặng inmênit sa khoáng 210
8.2.1.1 Thí nghiệm thiêu hoàn nguyên 210
8.2.1.2 Thí nghiệm hòa tách 212
8.2.2 Đối tượng tinh quặng inmênit gốc 214
8.2.2.1 Thí nghiệm thiêu hoàn nguyên 214
8.2.2.2 Thí nghiệm hòa tách 215
8.3 Định hướng giải quyết vấn đề môi trường 217
8.3.1 Các chất gây ô nhiễm môi trường dạng khí, bụi và định hướng giải quyết 217
8.3.2 Các chất thải gây ô nhiễm môi trường dạng rắn và định hướng giải quyết 217
8.3.3 Các chất thải gây ô nhiễm môi trường dạng lỏng và định hướng giải quyết 217
8.4 Tổng hợp kết quả nghiên cứu công nghệ sản xuất rutin nhân tạo 218
8.4.1 Chất lượng sản phẩm 218
8.4.2 Kết quả dùng thử sản phẩm 218
8.4.3 Đánh giá kết quả nghiên cứu công nghệ sản xuất rutin nhân tạo 219
Chương 9 Nghiên cứu định hướng công nghệ thu hồi V, Nb, Ta
220
9.1 Xác định hàm lượng V, Nb, Ta trong quặng và sản phẩm, phụ phẩm
khi chế biến quặng titan vùng Núi Chúa
221
9.2
Nghiên cứu định hướng xử lý thu hồi ôxýt vanadi
221
9.3 Nghiên cứu định hướng xử lý phân chia ôxýt niobi, tantan từ sản
phẩm hỗn hợp ôxýt niobi, tantan
223
Phần IV Định hướng áp dụng kết quả nghiên cứu
224

Thương chủ trì thực hiện.
Thời gian thực hiệ
n Đề tài là 24 tháng, từ tháng 05/2007 đến tháng 4/2009.
Tổng kinh phí thực hiện Đề tài là 5.325 triệu đồng trong đó hỗ trợ từ nguồn
Ngân sách sự nghiệp khoa học: 2.350 triệu đồng, nguồn tự có: 2.975 triệu đồng.
Mục tiêu của Đề tài:
− Nghiên cứu xác lập được quy trình công nghệ tuyển hợp lý cho quặng titan
sa khoáng và quặng titan gốc vùng Núi Chúa, Thái Nguyên nhằm thu hồi sản
phẩm là quặng tinh inmênit đạt chất lượng tiêu chuẩn:
+ Quặng tinh sa khoáng có hàm l
ượng TiO
2
: 48 ÷ 52%.
+ Quặng tinh gốc có hàm lượng TiO
2
: 47 ÷ 50%.
Và sản phẩm phụ đi kèm: Quặng tinh sắt chứa kim loại quý hiếm, quặng tinh
rutin, quặng tinh zircon, sản phẩm sunphua.
− Nghiên cứu xác lập được quy trình công nghệ luyện xỉ titan tiên tiến để chế
biến sâu quặng titan vùng Núi Chúa, Thái Nguyên một cách hợp lý, an toàn môi
trường, tiết kiệm tài nguyên. Nguyên liệu đầu vào là: Quặng tinh sa khoáng và
quặng tinh gốc, quặng tinh sắt chứa titan và kim loại quý hiếm.
Sản phẩm của công nghệ luyện xỉ
titan là:
+ Xỉ titan luyện từ quặng tinh inmênit sa khoáng đạt sản phẩm TiO
2
: 85 ÷ 90%.
+ Xỉ titan luyện từ quặng tinh inmênit gốc đạt hàm lượng TiO
2
: 80 ÷ 85%.

2
: 80 ÷ 90%): 150 kg.
− Gang hợp kim: 50 kg.
− Rutin nhân tạo (TiO
2
: 90 ÷ 95%): 200 kg.
Dạng kết quả loại 2:
1. Quy trình công nghệ hợp lý tuyển quặng titan gốc và sa khoáng vùng Núi
Chúa, Thái Nguyên.
2. Quy trình công nghệ luyện xỉ titan 2 giai đoạn hợp lý đối với 2 loại tinh quặng
(quặng gốc, quặng sa khoáng).
3. Quy trình công nghệ sản xuất rutin nhân tạo hợp lý đối với 2 loại tinh quặng
(quặng gốc, quặng sa khoáng).
4. Quy trình công nghệ đề nghị cho việc xử lý thu hồi khoáng có ích đi kèm
trong quá trình sản xuất rutin nhân tạo từ quặng titan gốc và sa khoáng vùng
Núi Chúa, Thái Nguyên.
Dạng kết quả loại 3, 4:
+ Số liệu: Đề tài thực hiện và có số liệu báo cáo 56 chuyên đề.
+ Bài báo: Đề tài có 04 bài báo đăng trên các tạp chí Công nghệ Mỏ, Kim loại…
+ Sản phẩm đăng ký sở hữu trí tuệ: Đề tài có 02 phương pháp công nghệ.
Các kết quả khác:
Công tác đào tạo: Bên cạnh việc thực hiện chuyên môn, đề tài chú trọng
công tác đào tạ
o. Trong hai năm, đề tài đã bồi dưỡng kiến thức cho 01 kỹ sư
tuyển khoáng, 02 kỹ sư luyện kim mới ra trường, chuẩn bị kiến thức cho 01 thạc
sỹ luyện kim thi đào tạo tiến sỹ… cập nhật và phổ biến kiến thức cho các cán bộ
tham gia thực hiện đề tài.
Hợp tác quốc tế: Tham quan, trao đổi kinh nghiệm thực tế nghiên cứu, sản
xuất chế
biến titan gốc tại Trung Quốc.

Ấn Độ 378 380 430 460 500
Malaysia 128 125 130 106 95
Nauy 600 750 750 750 800
Ucraina 537 577 650 670 670
Mỹ
⎯
400 500 400 500
Việt Nam 91 174 189 258 352
Tổng 4.150 5.080 5.229 5.648 6.082
(Tài liệu Quy hoạch titan).
Báo cáo tổng kết đề tài KC.02.01/06-10 Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2009.
11
Được biết có tới trên 70 khoáng vật titan, trong số đó 8 khoáng vật có giá trị
công nghiệp được nêu trong bảng 3. Các khoáng vật titan chủ yếu nhất là inmênit
– FeTiO
3
, rutin – TiO
2
, inmênorutin – (Ti, Nb, Fe)O
2
, perovskit – CaTiO
3
, sphen-
CaO.TiO
2
.SiO
2

Rutin TiO
2
100 4,3 6
Inmênorutin (Ti,Nb,Fe)O
2
53
4,6 ÷ 5,1
6
Perovskit CaTiO
3
58,9 4
5,5 ÷ 6
Sphen CaO.TiO
2
.SiO
2
40,8
3,3 ÷ 3,6 5 ÷ 6
Loparit (Na,Ce,Sr,Ca)(Nb,Ti)O
2
39,2
4,7 ÷ 5 5,5 ÷ 6
Leicoxen TiO
2
.TiO
2
.SiO
2

50 ÷ 95 3,3 ÷ 4,3 5 ÷ 6

2
) rồi xử lý tiếp để nhận được sản phẩm titan thương phẩm.
Để làm giầu quặng titanomanhêtit cũng như các khoáng vật có ích xâm
nhiễm không đồng đều, người ta sử dụng sơ đồ công nghệ tiến bộ hơn, bao gồm
tuyển trọng lực, tuyển từ và tuyển nổi.
Quặng titan được sử dụng cho các lĩnh vực chế biến các sản phẩm titan,
trong đó kho
ảng 95% được dùng cho mục đích chế biến picmen TiO
2
, nó được
dùng trong bột mầu, sơn cao cấp, gốm sứ, chất độn trong cao su chịu mài mòn,
trong các loại giấy cao cấp…, phần còn lại được dùng cho việc sản xuất titan
kim loại và hợp kim, que hàn điện Nguyên liệu đầu vào cho sản xuất picmen
titan có thể là quặng inmênit, xỉ titan hoặc rutin (tự nhiên và nhân tạo). Cơ cấu
sử dụng nguyên liệu cho sản xuất picmen titan như hình sau:

(Tài liệu – Outokumpu)
Hình 1. Cơ cấu nguyên liệu sử dụng cho sản xuất picmen TiO
2
.

Titan kim loại và các hợp chất của nó có vai trò to lớn trong lĩnh vực hàng
không và vũ trụ do tính chịu nhiệt cao, độ bền nhiệt cao và đặc biệt là tỉ trọng
thấp. Tại Mỹ, khoảng 75% titan kim loại được dùng trong công nghiệp chế tạo
máy bay, 15% dùng trong lĩnh vực chế tạo tên lửa và vệ tinh, còn lại khoảng
10% được dùng cho các lĩnh vực khác như điện, ô tô, đóng tầu và năng lượng
nguyên tử.
Xỉ titan
40%
Rutin nhân tạo


1
Vùng mỏ Thái Nguyên 3214,4 1616,9 3000,0 7831,3

Mỏ Vùng Núi Chúa
Quặng gốc
Sa khoáng

2818,6
395,8

1616,94435,5
395,8
2
Vùng Quảng Ninh
38,31 22,89 26,03 0,0 0,0 87,23
3
Vùng Thanh Hóa - Hà
Tĩnh
767,56 1782,01 2128,4 59,7 2179,0 6916,67
4
Vùng Quảng Trị -
Thừa Thiên
0,0 783,67 1522,21 6001,5 0,0 8307,38
5
Vùng Bình Định - Phú
Yên

nhỏ đế
n lớn. Thành phần khoáng vật chủ yếu của đá gabro là plagiocla 50 ÷
70%, pyroxen 25 ÷ 30%, amfibol 3 ÷ 5%, olivin 1 ÷ 3%.
Mỏ titan Cây Châm có trữ lượng ở cấp B + C
1
+ C
2
là 4.832.400 tấn inmênit,
trong đó quặng gốc là 4.441.600 tấn và quặng sa khoáng là 390.800 tấn inmênit.
Các thân quặng gốc là các đới quặng hóa có độ tập trung cao inmênit dạng
xâm tán nằm trong gabro hạt lớn đạt đến hàm lượng công nghiệp. Quặng gốc có
thành phần khoáng vật chính là: inmênit mầu xám đen, ánh nâu nhẹ, phong hóa
có mầu đỏ chiếm 10 ÷ 70%, pyrotin 1 ÷ 3%, chalcopyrit, rutin với tỷ lệ nhỏ.
Hàm lượng inmênit trong quặng giàu thay đổi từ 30 ÷ 70%, trong quặng nghèo
từ 10 ÷ 20%, ngoài ra còn có các nguyên tố đ
i kèm như: FeO, Fe
2
O
3
, V
2
O
5
,
Ta
2
O
5
, Nb
2

o
. Chiều dài
theo đường phương là 650m, theo độ dốc 100 ÷ 200m. Chiều dày thay đổi từ 5 ÷
30m, trung bình 15m. Phần phía Tây thân quặng bị vát nhọn, phần phía Đông bị
phá hủy thành quặng sa khoáng. Hàm lượng inmênit trong quặng giàu thay đổi
từ 30 ÷ 70%, trong quặng nghèo từ 10 ÷ 20%, trung bình 15 ÷ 16%. Ngoài ra
còn gặp pyrotin 1 ÷ 3%, chalcopyrit, rutin với tỷ lệ nhỏ.
Quặng sa khoáng phân bố chủ yếu trong lớp sét và lớp vỏ phong hóa của
gabro. Quặng sa khoáng có thành phần khoáng vật chính là inmênit màu xám
đen chiế
m 83%, ngoài ra còn có leucoxen 3%, rutin 2 ÷ 3%, pyrit 0,5%, pyrotin
1%, limonit 10÷15%. Hàm lượng inmênit trong quặng giàu thay đổi từ 60 ÷
95%, trong quặng nghèo từ 10 ÷ 20%, ngoài ra còn có các nguyên tố đi kèm
như: FeO, Fe
2
O
3
, V
2
O
5
, Ta
2
O
5
, Nb
2
O
5
. Quặng sa khoáng cũng gồm hai thân


Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2009.
16
CHƯƠNG 2. MỘT SỐ VẤN ĐỀ LÝ THUYẾT LÀM CƠ SỞ CHO NGHIÊN CỨU
2.1. NHỮNG PHƯƠNG PHÁP TUYỂN QUẶNG TITAN
Dựa vào sự khác nhau của các tính chất vật lý như tỷ trọng, độ dẫn điện, độ từ
cảm riêng… của các khoáng vật có trong quặng titan mà có thể lựa chọn các
phương pháp tuyển, các chế độ làm việc và các chủng loại thiết bị thích hợp để
thu hồi hiệu qu
ả các khoáng vật có ích. Thực tế tuyển quặng titan là việc sử dụng
kết hợp các phương pháp tuyển như: Tuyển trọng lực, tuyển từ, tuyển điện và
tuyển nổi để thu hồi được các quặng tinh riêng rẽ đạt chất lượng thương phẩm.
Quặng khai thác lên được gia công đến cỡ hạt cần thiết và được chuyển vào
phân xưởng tuyển thô để thu hồi sản phẩ
m là hỗn hợp các khoáng vật nặng, sau
đó được đưa vào phân xưởng tuyển tinh để phân chia thành các quặng tinh riêng
rẽ như quặng tinh inmênit, quặng tinh rutin, quặng tinh mônazit, quặng tinh
silimanit, quặng tinh zircon…
Trong thực tế các tính chất vật lý như độ từ cảm, độ dẫn điện, tính nổi… của
các khoáng vật đều có thể bị thay đổi do các yếu tố như nhiệt độ, độ phong hóa,
trạng thái bề mặt, sự thay thế
đồng hình trong các ô mạng… đã ảnh hưởng rất
lớn đến kết quả tuyển, làm giảm chất lượng của các sản phẩm, do độ lẫn lộn cao
quá trình phân chia các quặng tinh riêng rẽ có thể không thực hiện được bởi một
vài phương pháp tuyển.
Ở công đoạn tuyển tinh các khoáng vật được tách riêng rẽ bằng các sơ đồ
công nghệ phù hợp. Có thể phân loại một số sơ đồ công ngh
ệ chính đang được
áp dụng như sau:
- Dùng tuyển từ để tách manhêtit, inmênit, sau đó dùng tuyển điện để tuyển

inmênit, rutin bằng thủy tinh lỏng trong môi trường kiềm, sau đó phân chia
inmênit, rutin bằng tuyển từ.
Các khoáng titan và zircon thường được tuyển bằng các thuốc tập hợp là axit
béo no và không no hoặc bằng hỗn hợp của chúng, các xà phòng gốc axit béo,
pêtrôlatum ôxy hóa, các thuốc tập hợp cation và có thể
còn được bổ sung thêm
thuốc tập hợp không cực. Giá trị pH tối ưu để tuyển các khoáng vật này nằm
trong khoảng gần với trung tính [13], [14].
Các thuốc đè chìm mạnh đối với khoáng titan là thủy tinh lỏng và hồ tinh bột
trong môi trường kiềm. Rutin bị đè chìm bằng các thuốc này có thể kích hoạt
bằng cách bổ sung axit sunfuaric đến môi trường trung tính, còn đối với
perovskit cần bổ sung thêm crômat hoặc bicrômat natri. Tác dụng đè chìm đối
với tuyể
n nổi rutin và inmênit có thể bằng cách thổi khí nitơ vào bùn quặng. Để
đè chìm đất đá không quặng, người ta sử dụng NaF, một lượng nhỏ thủy tinh
lỏng hoặc lượng lớn xôđa với thủy tinh lỏng. Lượng dư thừa sẽ được đẩy khỏi
bùn quặng bằng quá trình khử slam sơ bộ.
Để tuyển tách tập hợp rutin - zircon - inmênit có thể áp dụng các phương
pháp sau [14]:
- Đè chìm rutin và inmênit trong môi trường kiềm b
ằng thủy tinh lỏng (đến
0,5 kg/t) hoặc bằng hồ tinh bột (đến 0,1 kg/t) và tuyển nổi zircon bằng axít béo
(đến 5 kg/t), sau đó trung hòa kiềm bằng H
2
SO
4
(đến pH = 7) rồi tuyển nổi rutin
và inmênit.
- Gia công quặng tinh tập hợp bằng khí nitơ có tác dụng đè chìm sâu inmênit
và rutin sau đó tuyển nổi zircon bằng axit béo hoặc bằng xà phòng naftenic ở

đến các ôxýt hóa trị thấp, tạo thành thể nóng chảy xỉ và hợp chất hóa học mới
của ôxýt sắt với các ôxýt titan, làm thay đổi đồng hình. Sự có mặt các ôxýt khác
nhau trong dung dịch xỉ nóng chảy làm ảnh hưởng mạnh đến hoạt độ là các ôxýt
titan và sắt kim loại. Trong quá trình luyện không chỉ có sắt được hoàn nguyên
vào pha kim loại mà còn có một phần các ôxýt kim loại như Mn, Si, Cr được
hoàn nguyên chuyển hóa thành kim loại. Kết quả là sắt kim loại được hợp kim
hóa v
ới các kim loại đó. Từ các hiện tượng thực tế cho thấy rằng: luyện quặng sắt
titan là quá trình phức tạp được phân chia thành các quá trình xảy ra trong pha rắn
và quá trình xảy ra trong pha lỏng.
Luyện xỉ titan có thể tiến hành liên tục hoặc gián đoạn. Trong quá trình gián
đoạn, liệu được nạp đầy lò và tiến hành luyện xỉ, sau đó tháo sản phẩm (kim loại
và xỉ). Chu trình lại được lặp lại. Quá trình luyện liên tụ
c là thường xuyên nạp
liệu vào lò và định kỳ tháo sản phẩm. Hiện nay, luyện xỉ titan chủ yếu là quá trình
luyện liên tục.
Luyện tinh quặng có thể tiến hành bổ sung trợ dung hoặc không có trợ dung
với phối liệu dạng bột hoặc dạng cục. Ngoài ra, tinh quặng trước khi luyện có
thể được hoàn nguyên trước ở pha rắn.
2.2.1. Quá trình hóa lý của sự hoàn nguyên ôxýt titan và ôxýt sắt
Công nghệ hoàn nguyên ôxýt titan và ôxýt sắt đã đượ
c nghiên cứu và ứng
dụng từ thế kỷ hai mươi, đó là công đoạn đầu tiên của công nghệ sản xuất rutin
nhân tạo và luyện xỉ titan.
Quá trình hoàn nguyên ôxýt sắt và titan trong thành phần tinh quặng là quá
trình hoàn nguyên kim loại bằng cacbon rắn được mô tả bởi các phản ứng tổng
quát sau:
MeO +CO ↔ MeO[CO]
+
(1)

↔ 2CO (5)
Trong đó: Me là ký hiệu kim loại; [CO]
+
và [CO
2
]
+
là các nhóm kêtôn ở trên
mặt các bon rắn và ôxýt kim loại. Tốc độ các phản ứng hoàn nguyên được giới
hạn bởi sự phân rã của nhóm kêtôn C[CO
2
]
+
↔ 2[CO]
+
.
Khi hoàn nguyên inmênit bằng các bon rắn, do kết quả xảy ra phản ứng Benbuđoa:
CO
2
+ C = 2CO ↑ (6)
Nên hàm lượng CO trong vùng phản ứng vượt quá 92 ÷ 95%. Điều đó thúc
đẩy sự hoàn nguyên FeO.TiO
2
.
Khi hoàn nguyên inmênit bằng cácbon rắn thì sắt và titan được hoàn
nguyên. Do tương quan về ái lực hóa học, sắt được hoàn nguyên trước theo các
phản ứng (7) ÷ (13) [15].
FeO.TiO
2
+ C = 2/3Fe + 1/3[Ti

∆G
0
T
= 15,6.10
4
- 142,1T
FeO.TiO
2
+ C = Fe + TiO
2
+ CO↑ (10)
∆G
0
T
= 16,1.10
4
- 144,6T
3/4FeO.TiO
2
+ C = 3/4Fe + 1/4Ti
3
O
5
+ CO ↑ (11)
∆G
0
T
= 18,5.10
4
- 157,2T

Æ FeO.2TiO
2
Æ TiO
2
Æ Ti
2
O
9
Æ Ti
3
O
5
ÆTi
2
O
3
Æ TiO
Động học hoàn nguyên titanat sắt: Khi nghiên cứu sự hoàn nguyên của
inmênit ở trạng thái rắn. Theo tác giả V.A.Garmata [15] quá trình tiến hành qua
Báo cáo tổng kết đề tài KC.02.01/06-10 Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2009.
20
ba khu vực: Khu vực động học, khu vực chuyển tiếp và khu vực khuếch tán, có
thể biểu diễn bằng phương trình:
B
2
= a + b τ
Trong đó: B - mức độ hoàn nguyên.

2
; FeO.TiO
2
; FeO. 2TiO
2
. Vì
vậy trong điều kiện bền vững nhiệt động học của đititanat, quá trình hoàn
nguyên inmênit phải tạo hợp chất trung gian là sắt đititanat. Tính bền vững nhiệt
động học của sắt đititanat ở nhiệt độ trên 1000 ÷ 1100
o
C; nó cũng có thể được
tạo thành ở nhiệt độ thấp hơn như một hợp chất giả bền. Giai đoạn đầu hoàn
nguyên inmênit sẽ làm thay đổi thành phần của nó trong giới hạn đồng thể
FeO.TiO
2
Æ xFe + (1-x) FeO.TiO
2
.xTiO
2
. Các nghiên cứu đã xác định inmênit
ở 1200
o
C hòa tan đến 7% TiO
2
. Khi làm nguội chậm dung dịch sẽ tách ra phần
dư TiO
2
. Giới hạn hòa tan 7% TiO
2
trong inmênit được tạo thành bởi dung dịch

0,37
(TiO
2
)
0,63
. Khi có mặt MgO thì độ
hòa tan của TiO
2
trong đititanat tăng lên. Giới hạn hòa tan TiO
2
trong trường
hợp này tương ứng công thức (Fe,Mg)
0,12
TiO
2
.
Hoàn nguyên inmênit ở nhiệt độ thấp trong điều kiện không bền vững,
nhiệt động học của đititanat được thay đổi trong giới hạn đồng nhất bởi sự tạo
thành sắt kim loại và rutin. Kết quả hoàn nguyên đititanat sắt và dung dịch rắn
tạo thành sắt kim loại và rutin. Cần phải thấy rằng: ở nhiệt độ tương đối cao
TiO
2
và sắt kim loại không thể tồn tại. Đã tiến hành thí nghiệm: Khi nung đỏ
hỗn hợp TiO
2
và bột sắt trong chân không ở nhiệt độ 1200
o
C thấy rằng: khi thêm
lượng Fe không lớn thì Fe đi vào mạng lưới tinh thể của rutin và tạo thành Ti
3+

3
. TiO
2
)p TiO
2
.
Trong quá trình đông đặc, lượng TiO
2
dư bị tách ra đồng thời tạo thành cấu
tạo đặc trưng sự phân hủy dung dịch rắn.
Các tác giả Moroz và Sidorenco đã hoàn nguyên quặng arizônhit
(Fe
2
O
3
.3TiO
2
) bằng hyđrô ở 950
o
C tới khi sắt được hoàn nguyên 85%, không
phát hiện thấy ôxýt titan hóa trị thấp. Tinh quặng đã hoàn nguyên cho vào nung
trong bình chân không ở nhiệt độ 1200 ÷ 1500
o
C . Khi tăng nhiệt độ và thời gian
nung thì hàm lượng sắt kim loại giảm và xuất hiện ôxýt titan hóa trị thấp. Kết
quả nung tinh quặng hình thành pha cấu tạo anôxôvit.
Trên cơ sở nghiên cứu trên cho rằng: trong giai đoạn hoàn nguyên đititanat
sắt đã tạo thành dung dịch rắn n[(Ti,Fe)O.2TiO
2
]m(Ti

+ xFe (15)
(FeO.TiO
2
).xTiO
2
→ FeO.2TiO
2
+ Fe (16)
FeO.2TiO
2
→ FeO
1-x
.2TiO
2
+ xFe (17)
(FeO.2TiO
2
).xTiO
2
→ TiO
2
+ Fe (18)
(FeO.2TiO
2
).xTiO
2
→ xFe +n[(Ti,Fe)O.2TiO
2
]m(Ti
2

2
]m[(Ti,Al,Cr)
2
O
3
. TiO
2
].p TiO
2
.
Theo số liệu của Pavlova[11], khi thêm vôi sẽ tạo thành perovskit và quá
trình hoàn nguyên inmênit bằng các bon tiến hành theo phản ứng sau:
FeO. TiO
2
+ CaO = FeO + CaO. TiO
2
(21)
FeO + C = Fe + CO (22)
FeO.TiO
2
+ CaO + C = Fe + CaO. TiO
2
+ CO (23)
Các tác giả Reznirenko và Solovưev [11] cho rằng: khi luyện hoàn nguyên
inmênit bổ sung thêm vôi sẽ tạo thành octotitanat sắt 2FeO.TiO
2
. Phản ứng xảy
ra như sau: 2(FeO.TiO
2
) +CaO = 2FeO.TiO

.
Đặc trưngcủa rutin (TiO
2
) sạch được hoàn nguyên đến Ti
3
O
5
thường chậm hơn
so với TiO
2
trong thành phần của inmênit. Tác giả Trufarop giải thích rằng: khi
hoàn nguyên TiO
2
từ inmênit ngay lúc đầu đã tạo ra được sắt kim loại và nó
tham gia tích cực đóng góp phản ứng tái tạo ôxýt các bon:
CO
2
+ C = 2CO ↑ (25)
Như đã thấy, khó khống chế độ hoạt động của sắt trong hoàn nguyên
inmênit. Quá trình hoàn nguyên inmênit tạo thành đititanat sắt, nó có thể hòa tan
Ti
3
O
5
, sự hòa tan Ti
3
O
5
trong đititanat làm tăng tốc độ hoàn nguyên rutin. Ngoài
ra sự có mặt của Fe hay FeO trong mạng tinh thể rutin cũng nâng cao tốc độ

2
nhưng yếu hơn so với sắt. Thêm
CaO, SiO
2
không ảnh hưởng đến sự hoàn nguyên TiO
2
.
Ở nhiệt độ thấp dưới 1000
o
C, quá trình hoàn nguyên tạo thành dung dịch
TiO
2
trong FeO.TiO
2
và chỉ sau khi phá vỡ mạng lưới tinh thể inmênit và
chuyển hóa cơ bản khối lượng sắt thành kim loại, TiO
2
bắt đầu hoàn nguyên đến
Ti
3
O
5
, sau đó đến Ti
2
O
3
. Các tác giả nhận định: cấu tạo của anoxovit bền vững
chỉ khi có mặt của các ôxýt đồng hình.
Phân tích cơ chế và đặc tính chuyển pha khi hoàn nguyên sắt titanat chứng
minh rằng: quá trình hoàn nguyên không giới hạn, chỉ tạo thành các dạng phân