BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MỎ-LUYỆN KIM

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHCN
Đề tài nghiên cứu KHCN cấp Bộ Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ LUYỆN FERO TITAN TỪ
QUẶNG GỐC ILMELIT CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: QUẢN VĂN DŨNG

7648
02/02/2010

1.3.2. Hoàn nguyên ilmenite bằng Si 9
1.3.3. Hoàn nguyên ilmenite bằng nhôm kim loại 10
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC
CHUẨN BỊ 17
2.1. PH
ƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17
2.2. CÔNG NGHỆ ÁP DỤNG 17
Sơ đồ công nghệ dự kiến lựa chọn nghiên cứu luyện fero titan 18
2.3. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 19
2.4. NGUYÊN LIỆU DÙNG CHO NGHIÊN CỨU 19
2.4.1.Quặng ilmenit gốc 19
2.4.2. Các nguyên liệu và chất phụ gia khác. 21
2.4.2.1. Nhôm hạt 21
2.4.2.2. Fero Silic 22
2.4.2.3 .Quặng sắt 22
2.3.2.4.Trợ dung vôi 22
2.5. THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 23
2.5.1. Thiết bị nghiên cứu phòng thí nghiệm 23
 Lò điện hồ quang 12 KVA 23
 Tủ sấy (Trung Quốc): 23
 Máy đập hàm (TrungQuốc): 23
 Máy đập trục (Bungari): 23
2.5.2. Thiết bị nghiên cứu mở rộng 24
 Lò điện hồ quang 100KVA 24
 Hệ thống thiết bị đậ
p nghiền như trên 24
2.6. CÔNG TÁC PHÂN TÍCH 24
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 4
Mở đầu

Nhưng năm gần đây kinh tế Việt Nam phát triển nhanh do vậy có nhu
cầu lớn về thép hợp kim để đáp ứng nghành công nghiệp nặng nước nhà. Để
hợp kim hóa người ta sử dụng các nguyên tố khác nhau, trong đó có titan (sản
phẩm là fero titan). Sự có mặt của titan làm tăng tính năng cơ học, chịu axit,
cải thiện tính năng hàn và tính chống ăn mòn của thép… Ngoài ra fero titan
được sử dụng trong luyện thép làm chất khử oxy, năng l
ực khử oxy của titan
vượt qua cả silic có thể tương đương như nhôm, titan còn là chất khử nitơ
(hình thành TiN). Thép dùng Ti khử oxy có tổ chức đúc đặc chắc, cải thiện
tính năng cơ học của thép. Ngoài ra còn có thể làm thép không rỉ chịu axit.
Hàng năm Việt Nam cần khoảng nghìn tấn fero titan ( trong đó Công
Ty Cơ Khí Đông Anh có nhu cầu 300T/năm) để sản xuất thép hợp kim, nhưng
hoàn toàn phải nhập khẩu.
Trong khi đó ở Vi
ệt Nam có nguồn quặng ilmenite khá lớn (trữ lượng

gần.
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN TITAN CỦA VIỆT NAM
Quặng titan ở Việt Nam được chia làm 2 loại: quặng titan gốc và quặng
titan sa khoáng.
Quặng gốc mới chỉ biết duy nhất mỏ quặng Cây Châm vùng Núi Chúa,
Thái Nguyên gồm các loại quặng đặc sít (Nà Hoe) và xâm tán (Hữu Sào).
Khoáng vật quặng chủ yếu là ilmenite ( 30 - 70 %) và một số khoáng vật
khác.
Quặng sa khoáng có hai dạng: Dạng 1 là quặng gốc ilmenite bị phong
hóa thường ở phần trên hoặc xung quanh các mỏ và điểm quặng gốc
ở Núi
Chúa (Thái Nguyên). Dạng 2 là quặng sa khoáng titan ven biển đã được phát
hiện, điều tra, thăm dò và khai thác ở hầu hết dải ven biển miền Trung Việt
Nam.
Bảng 1: Thống kê trữ lượng và tài nguyên dự báo quặng titan ở Việt Nam
TT
Vùng mỏ
Trữ lượng và tài nguyên dự báo (1000 Tấn-
khoáng vật nặng)
Tổng
B C1 C2 P1 P2
1
Vùng mỏ Thái
Nguyên

Tổng cộng: 34.762,050 ngàn tấn
Ghi chú: B,C là các cấp trữ lượng.
Việc chế biến quặng titan của Việt Nam đã được tiến hành ở mức độ
nhất định, nguyên liệu sử dụng chủ yếu là quặng ilmenite sa khoáng bi
ển.
1.2. SẢN XUẤT FERO TITAN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.2.1 Sản xuất fero titan trên thế giới
Ở các nước như Liên Xô (cũ), Mỹ, Đức, Nhật Bản đã nghiên cứu và
sản xuất nhiều hợp kim fero trong đó có fero titan.
Đối với các mác Fe-Ti thông thường người ta dùng phương pháp nhiệt
nhôm, nguyên liệu là quặng ilmenite. Phương pháp này có thể thu được fero
có hàm lượng titan 20 - 35 %, nguyên liệu là quặng ilmenite. Đối với fero
titan có hàm lượng Ti cao hơn (>60%), người ta dùng nguyên liệu là các phế
li
ệu titan hoặc các hợp kim titan và nấu trong lò cảm ứng…
Các mác fero titan trên thế giới:
4
Vùng Quảng Trị-
Thừa Thiên
0,0 783,67 1522,21 6001,5 0,0 8307,38
5
Vùng Bình Định -
Phú Yên
0,0 792,25 898,77 713,69 400,0 2804,72
6
Vùng Bình Thuận-
Bà Rịa Vũng Tàu
0,0 137,2 299,28 518,28 7860,0 8814,76
Tổng cộng
805,87 6732,42 6491,60 7293,17 13439.05 34762,05

S
max
V
max
FeTi30Al6 20.0-35.0 6.0 4.0 - 0.15 0.10 0.07 -
FeTi30Al10 20.0-35.0 10.0 8.0 - 0.20 0.10 0.06 -
FeTi40Al6 35.0-50.0 6.0 4.5 1.5 0.10 0.10 0.06 -
FeTi40Al8 35.0-50.0 8.0 5.0 1.5 0.20 0.05 0.05 -
FeTi40Al10 35.0-50.0 10.0 8.0 1.5 0.20 0.10 0.07 -
FeTi70 65.0-75.0 0.5 0.1 0.2 0.20 0.03 0.03 0.5
FeTi70Al2 65.0-75.0 2.0 0.25 1.0 0.20 0.04 0.04 1.5
FeTi70Al5 65.0-75.0 5.0 0.5 1.0 0.30 0.05 0.04 -
1.2.2 Tình hình nghiên cứu luyên fero titan ở Việt Nam
Việc nghiên cứu luyện fero titan ở Việt Nam cũng đã được tiến hành từ
những năm 80 của thế kỷ trước và đã có một số kết quả bước đầu.
Năm 1986, Viện Luyện Kim Màu đã nghiên cứu thăm dò luyện fero
titan từ tinh quặng sa khoáng ilmenite thu được khi tuyển quặng thiếc Cao
Bằng. Kết quả ban đầu đã thu được fero titan, tuy nhiên chưa được triể
n khai
mở rộng.
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 9
Trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nước KC.02.15, các tác giả đã nghiên
cứu luyện fero titan trong lò điện hồ quang từ nguyên liệu quặng ilmenite sa
khoáng biển Hà Tĩnh. Đây là loại quặng khá sạch và có hàm lượng titan cao
khoảng 53%. Kết quả đã thu được fero titan tương đương mác FeTi30, với
hiệu suất thu hồi titan: 60-70%.

chất hợp kim hóa được.
1.3.2. Hoàn nguyên ilmenite bằng Si
Có thể tạo được hợp kim FeTi có hàm lượng cacbon thấp. Phản ứng
hoàn nguyên titan bằng Silic:
TiO
2
+ Si = Ti + SiO
2
(4)
Trong thực tế người ta không dùng phương pháp này bởi vì hợp kim
silicotitan ít được ứng dụng trong thực tế.
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 10
1.3.3. Hoàn nguyên ilmenite bằng nhôm kim loại
Hiện nay, phương pháp chế tạo FeTi với hàm lượng Ti: 20-35% bằng
nhiệt nhôm là phổ biến nhất. Phương pháp này có thể thực hiện ngoài lò hoặc
dùng lò điện để gia nhiệt trước và dùng hỗn hợp oxyt sắt – nhôm để thực hiện
phản ứng.
Các phản ứng của quá trình xảy ra như sau:
3FeO.TiO
2
+ 2Al = 3Fe + 3TiO
2
+ Al
2
O
3

Các hình 1,2,3,4,5,6,7,8 là các giản đồ trạng thái có liên quan đến quá trình
luyện fero titan. Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 11
Fe
Ti
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90
600
800
1000
1200
1400
1600
400
TiFe2
TiFe
TiFe
αFe
16
9,8
1289
1317
49,8
1085

2
+γ
γ
+
γ
1
β
α+β
Ti
3
Al
α
2
+β
β+γ
TiAl
TiHình 2: Giản đồ trạng thái hệ Ti-Al
Hàm lượng, %
chuyển biến
t
ừ tính
Nhiệt độ,
0
C
Hàm lượng, %
Nhiệt độ,
0

Hình 3: Giản đồ trạng thái Ti-Si
1540
SiO
020406080
1500
1600
1700
1800
1900
t, C
TiO
22
0
SiO
TiO
2
2

Hình 4: Giản đồ trạng thái hệ xỉ TiO
2
-SiO
2

Hàm lượng, %
Hàm lượng, %
Nhiệt độ,
0
C
Nhiệt độ,
0


Hình 5: Giản đồ trạng thái hệ xỉ TiO
2
-FeO
CaO
TiO
2
3CaO.TiO
2
2CaO.TiO
2
CaO.TiO
2
1400
2200
2570
t, C
0Hình 6: Giản đồ trạng thái hệ xỉ TiO2-CaO
Hàm lượng, %
Hàm lượng, %
Nhiệt độ,
0
C
Nhiệt độ,
0
C
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit

TiO
2
1713 C
2570 C
1830 C
SiO
2
1350 C
1598 C
1549 C
1970 C
1780 C
0
0
0
0
0
0
0
0
2
2
0
0

C
1
7
8
0

Nhiệt độ,
0
C
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 15
(TiO
2
) = 10-20% và cao hơn. Tức có thể đáp ứng được hiệu suất thu hồi titan
khoảng 70%.
Hiện có 2 phương pháp chính luyện fero-titan là phương pháp nhiệt
nhôm trong lò và ngoài lò.
Theo phương pháp ngoài lò: quặng ilmenite sau khi thiêu, sấy được
trộn với bột nhôm, trợ dung và chất mồi sau đó nạp vào nồi phản ứng theo 2
cách sao cho phản ứng từ đáy nồi đi lên và phản ứng từ mặt nồi xuống.
Theo phương pháp nhiệt nhôm trong lò: Đây là phương pháp đượ
c áp
dụng nhiều nhất hiện nay. Một phần quặng ilmenite và trợ dung được nạp vào
lò và dùng hồ quang để nấu chảy. Lượng quặng ilmenite còn lại cùng với phoi
nhôm và trợ dung được trộn đều, nạp dần vào lò sao cho phản ứng của quá
trình hoàn nguyên diễn ra ổn định. Tiếp tục quá trình tinh luyện, bổ xung
quặng sắt, phoi nhôm và trợ dung để cho các hạt sắt cùng các hạt fero hấp thụ
nhau và lắng xuống.
Ảnh hưởng c
ủa các thành phần trong phối liệu:
• Ảnh hưởng của nhôm: Tăng hàm lượng Al trong fero sẽ tăng hiệu suất
thu hồi titan, nhưng lại làm tăng hàm lượng nhôm trong fero và Al
2

lắng xuống đáy lò, do đó tăng được hiệu suất thu hồi titan.
• Ảnh hưởng của vôi: Vôi làm giảm nhiệt độ chảy của xỉ, tăng tính lưu
động, nâng cao khả nă
ng phản ứng đồng thời làm cho kim loại huyền
phù trong xỉ lắng đọng xuống dưới. Lượng vôi dùng khoảng 18-20%
lượng nhôm đem phối liệu.

Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 17
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC
CHUẨN BỊ
2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Sơ đồ công nghệ dự kiến lựa chọn nghiên cứu luyện fero titan

Hình 9: Sơ đồ công nghệ dự kiến lựa chọn nghiên cứu luyện fero titan

Lò ống quay
ilmenite

quặng gốc ilmenite Vùng Cây Châm, Núi Chúa, Thái Nguyên để thu được
fero titan đạt tiêu chuẩn thương mại với hàm lượng như sau: (20-35)%Ti, (8-
10)%Al, (4-6)%Si, <0,2%C.
2.4. NGUYÊN LIỆU DÙNG CHO NGHIÊN CỨU
2.4.1.Quặng ilmenit gốc
Quặng ilmenite dùng cho nghiên cứu là tinh quặng ilmenite gốc Cây
Châm, Núi Chúa, Thái Nguyên.
Thành phần hóa học của nguyên liệu được xác định bằ
ng phương pháp
phân tích hóa và xác định cấp hạt bằng phân tích rây. Thành phần của các
nguyên liệu được nêu trong các bảng dưới đây:
Bảng 4: Thành phần tinh quặng ilmenite, %
TiO
2
FeO Fe
2
O
3
SiO
2
CaO MgO Cr
2
O
3
Al
2
O
3
MnO S
45,75 6,90 37,76 4,25 0,54 2.17 1,15 0,15 0,72 0,01

2.4.2.1. Nhôm hạt
Nhôm hạt đóng vai trò là chất hoàn nguyên, do đó độ sạch của nhôm
cũng như độ hạt ảnh hưởng lớn tới chất lượng sản phẩm. Tham khảo các tài
liệu thì độ hạt của nhôm là 0,1-2mm. Nhưng trong điều kiện thí nghiệm hiện
có thì đề tài mới chỉ khảo sát được ảnh hưởng về độ hạ
t của nhôm với quy mô
phòng thí nghiệm. riêng đối với quy mô mở rộng đề tài sử dụng nhôm phế
liệu với độ hạt lớn hơn, do đó hàm lượng nhôm trong sản phẩm sẽ phải cao
hơn.
Ban đầu thí nghiệm với nhôm có độ hạt là 0,2mm hàm lượng 99%. Sau
đó sử dụng nhôm thứ liệu 98% độ hạt 2mm – 4mm thấy kết quả có thể chấp
nhận được, do đó đề tài đã chọ
n nhôm thứ liệu 98% với thành phần độ hạt
như sau:
Bảng 6. Thành phần hạt của nhôm
Cấp hạt %
-2mm 30
2-4mm 60
+4mm 10
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 22
2.4.2.2. Fero Silic
Fero silic có vai trò làm giảm hàm lượng nhôm trong sản phẩm, bởi vì
liên kết TiSi bền hơn liên kết TiAl. Đồng thời fero silic còn có vai trò
hòa tan Ti còn lằm lơ lửng trong xỉ, cùng lắng tách xuống đáy lò tức là
làm tăng hiệu suất thu hồi titan.
Bảng 7: Thành phần hóa học của fero Silic75, %

0,2mm được dùng làm trợ dung cho quá trình luyện ferotitan.
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 23
2.5. THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU
2.5.1. Thiết bị nghiên cứu phòng thí nghiệm
• Lò điện hồ quang 12 KVA
- Lò điện hồ quang có các thông số kỹ thuật sau: 12 KVA, I
max
: 200 A, U
max
:
60V, nâng hạ điện cực tự động, đường kính điện cực: 40 mm Hình 12: Ảnh lò điện hồ quang 12KVA
• Tủ sấy (Trung Quốc): Khoảng Nhiệt độ làm việc: 0-300
0
C
• Máy đập hàm (TrungQuốc): Công suất 50kg/h, Cỡ hạt: -5mm
• Máy đập trục (Bungari): 200kg/h, Cỡ hạt: -1mm, -2mm
Nghiên cứu công nghệ luyện ferôtitan từ quặng gốc ilmenit
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện Kim 24
2.5.2. Thiết bị nghiên cứu mở rộng
• Lò điện hồ quang 100KVA