Tiểu luận
Nghiên cứu các yếu tố ảnh
hưởng đến quá trình thiêu
khử lưu huỳnh quặng niken
Bản Phúc trong lò bằng và lò
quay
M ục l ục
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thiêu khử lưu huỳnh quặng
niken Bản Phúc trong lò bằng và lò quay 1
M ục l ục 2
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thiêu khử lưu huỳnh quặng
niken Bản Phúc trong lò bằng và lò quay 2
TÓM TẮT (Abstract or summary) 2
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 3
2. THỰC NGHIỆM 3
3. CƠ SỞ QUÁ TRÌNH THIÊU OXY HÓA KHỬ LƯU HUỲNH 5
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 5
5. KẾT LUẬN 11
TÀI LIỆU THAM KHẢO 11
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thiêu khử
lưu huỳnh quặng niken Bản Phúc trong lò bằng và lò quay
NGÔ HUY KHOA, PHẠM ĐỨC THẮNG
Viện Khoa học vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Email: ;
TÓM TẮT (Abstract or summary)
Bài báo giới thiệu về cơ chế phản ứng trong quá trình thiêu khử lưu huỳnh trong lò thiêu
dạng lò bằng và lò quay thiêu có thổi gió vào lòng lò, nguyên nhân gây ra sự giảm hàm lượng

4
1-Quặng đa
kim sunfua
Cu-Ni
2-Tuyển nổi (1) thu
tinh quặng chứa
∼ 10% ( Cu + Ni )
3-Thiêu ôxy hoá
(2) để đuổi S
4a-Nấu chảy (3) thu được
hỗn hợp Cu
2
S + Ni
2
S
3
Với
hàm lượng ∼16%(Cu+Ni)
4b-Nấu chảy sản
phẩm (4) có cấp oxy
thu được hỗn hợp ∼
80%( Cu+Ni )
5-Nghiền nhỏ và
oxy hoá thành
(CuO+NiO)
6-Khử (6) bằng khí
than
(56%H
2
+25%CO),

1200
1500
1800
2100
2400
Counts
OKa
MgKa
AlKa
SiKa
SKa
SKb
CaKa
CaKb
FeLa
FeKa
FeKb
NiLl
NiLa
NiKa
NiKb

Element keV Mass% Error% Atom%
O K 0,525 9,71 0,13 21,06
Mg K 1,253 0,80 0,15 1,15
Al K 1,486 0,97 0,14 1,24
Si K 1,739 2,48 0,14 3,06
S K 2,307 24,65 0,12 26,67
Ca K 3,690 1,11 0,25 0,96
Fe K 6,398 53,16 0,70 33,01

S
n
+ O
2
= MeNi
x
O
y
+ SO
2
+ Q
Nhiệt lượng Q toả ra là do lưu huỳnh tồn tại dạng sufua trong quặng bị cháy toả nhiệt và
phản ứng oxy hóa kim loại cũng tỏa nhiệt, nhiệt lượng này càng lớn nếu hàm lượng lưu huỳnh
trong quặng càng lớn, và nó có thể đủ điều kiện để phản ứng cháy tự xảy ra, lúc này điều quan
trọng là ta chỉ cần cung cấp đủ oxy cho quá trình này, chính điều này giải thích vì sao thiêu
quặng niken người ta thường dùng lò quay. Nếu nhiệt lượng này càng lớn đến mức xảy ra sự
biến mềm quặng thì có thể trong quá trình thiêu cũng tạo ra một lượng nhỏ sten niken.
Hàm lượng nguyên tố thay đổi nhiều nhất là O, S và Fe bởi trong quặng niken hai
nguyên tố này chiếm hàm lượng chủ yếu và quá trình thiêu xảy ra sự đốt cháy lưu huỳnh rất
mạnh và phản ứng oxy hóa kim loại. Qua thực tế thí nghiệm cho thấy rằng khối lượng quặng
sau thiêu thường thấp hơn trước khoảng 5-10%, điều này nói lên rằng khối lượng lưu huỳnh
mất đi nhiều hơn so với lượng oxy vào quặng do bị oxy hóa.
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Qua thực tế nghiên cứu cho thấy trong quá trình thiêu xảy ra các hiện tượng sau:
- Thứ nhất: Bốc bụi quặng làm tiêu hao một lượng quặng khoảng 5-10%, quặng bốc bụi
này sẽ được thu hồi bằng hệ thống lọc bụi.
- Thứ hai: Hiện tượng lưu huỳnh cháy và oxy hóa kim loại.
- Thứ ba: Hiện tượng hóa hơi của niken ở nhiệt độ khoảng 60-80
0
C.

m
Me1
: Khối lượng nguyên tố trong quặng.
5
m
Me2
: Khối lượng nguyên tố trong quặng sau thiêu.
m
Me3
: Khối lượng nguyên tố mất trong bụi.
2.%
1.%
22
3,13,1
Memm
Memm
Me
Me
=
=
Với :
m
Me1,3
: Khối lượng nguyên tố trong quặng hoặc trong bụi
m
Me2
: Khối lượng nguyên tố trong quặng sau thiêu
m
1,3
: Khối lượng quặng, bụi

phương nghiêng so với phương ngang khoảng 5
0
, vì vậy khi khống chế với lưu lượng đủ nhỏ
cần thiết thì toàn bộ quặng bị đốt cháy đều hơn. Mặt khác lò quay có chiều dài đủ lớn làm cho
quặng bị chuyển dần ra từ vùng sấy đến vùng xảy ra sự cháy quặng và vùng cháy hoàn toàn.
Chính vì vậy mà phản ứng cháy của lưu huỳnh diễn ra triệt để hơn so với lò bằng.
Đường S(2) thể hiện rằng khi tốc độ gió lớn hơn 0,5 m/s thì hiệu suất khử lưu huỳnh
hầu như không tăng, trái lại còn có xu hướng hơn giảm. Điều này có thể giải thích như sau:
Phản ứng để xảy ra sự cháy hoàn toàn của lưu huỳnh và sự oxy hóa kim loại xảy ra vừa đủ ở
tốc độ gió 0,5 m/s. Khi tốc độ lớn hơn 0,5 m/s xảy ra hiện tượng thừa oxy làm cho quặng bị
nguội, vì thế mà sự tự cháy của lưu huỳnh diễn ra kém đi, tương ứng với điều này là hiệu suất
thiêu lưu huỳnh không tăng.
6
Hình 1: Hiệu suất thu hồi niken và khử lưu huỳnh phụ thuộc vào tốc độ gió
(1) Chế độ thiêu lò bằng
(2) Chế độ thiêu lò quay
Đồ thị hình 1 cũng thể hiện rõ ràng rằng lò quay có hiệu suất thu hồi niken hơn hẳn so
với lò bằng khoảng 10%. Điều này cũng hoàn toàn dễ hiểu bởi các nguyên nhân sau:
- Thứ nhất: Lò quay có vùng đốt đồng thời tại vùng đốt này không khí thổi vào ngay lập
tức được sấy nóng trên 100
0
C, tại nhiệt độ này là điều kiện không thích hợp để hình thành hợp
chất dạng hơi nikencacbonyl xảy ra theo hai phản ứng [4] và [5].
4NiS +7O
2
= 2Ni
2
O
3
+ 4SO

Như vậy có thể thấy rằng trong điều kiện cùng một tốc độ gió thì thiêu lò quay hiệu quả
hơn hẳn so với lò bằng cả về hiệu suất thu hồi niken và hiệu suất thiêu lưu huỳnh, tốc độ gió
tốt nhất là 0,5 m/s, tại điều kiện này hàm lượng S sau thiêu là 4,51%; còn hàm lượng Ni là
4,51%.
4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thiêu
7
Nhiệt độ thiêu được khống chế ở các mức khác nhau 600
0
C, 700
0
C, 800
0
C, 900
0
C, kết
quả nghiên cứu cho thấy có sự thay đổi đáng kể hàm lượng Ni, S trong quặng sau thiêu; cụ thể
được thể hiện ở bảng 3 và hình 2.
Bảng 3: Ảnh hưởng của tốc độ gió đến hàm lượng Ni và S trong quặng sau thiêu
Nhiệt
độ
Ni S
Khối lượng
trước thiêu
(kg)
Khối lượng sau
thiêu (kg)
Khối lượng bụi
(kg)
0
C (1) (2) (1) (2) (1) (2) (1) (2) (1) (2)

3
+ SO
2
+ Q [7]
FeNi
2
S
4
+ O
2
= Fe
2
O
3
+ Ni
2
O
3
+ SO
2
+ Q [8]
Fe
9
Ni
9
S
16
+ O
2
= Fe

theo ta không phải đốt dầu nữa.
4.3. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thiêu
Thời gian thiêu có sự ảnh hưởng đến sự mất mát niken, cụ thể nếu càng tăng thời gian
thiêu thì lượng niken mất càng nhiều và hàm lượng lưu huỳnh trong quặng sau thiêu càng
thấp, tuy nhiên ta phải lựa chọn thời gian thiêu phù hợp để vừa tiết kiệm năng lượng vừa đem
lại hiệu quả thiêu tốt nhất. Các mốc thời gian thiêu được lựa chọn là 30, 60, 90, 120 phút, các
kết quả được thể hiện rõ trong bảng 4 và hình 3.
Bảng 4: Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng Ni và S trong quặng sau thiêu
Thời
gian
Ni S
Khối lượng
trước thiêu
(kg)
Khối lượng sau
thiêu (kg)
Khối lượng bụi
(kg)
(phút) (1) (2) (1) (2) (1) (2) (1) (2) (1) (2)
30 4,81 4,83 8,79 4,68 3 150 2,50 132,00 0,22 7,50
60 4,95 5,13 6,54 3,72 3 150 2,55 130,00 0,25 7,88
90 4,67 4,76 6,15 3,38 3 150 2,53 127,79 0,26 8,32
120 4,55 4,74 5,97 3,26 3 150 2,52 125,60 0,31 8,64
Từ đồ thị hình 3 có thể thấy ngay rằng hiệu suất đuổi lưu huỳnh luôn luôn tăng và tăng
mạnh nhất ở mốc 60 phút, điều này có thể lý giải là do tại mốc thời gian 60 phút này lưu
huỳnh cháy mạnh nhất. Nếu ta tiếp tục thiêu lâu hơn nữa thì chính sự tạo thành oxit kim loại ở
bề mặt hạt quặng tạo thành lớp màng làm cho lưu huỳnh ở bên trong hạt quặng không có cơ
hội gặp oxy để phản ứng cháy tiếp tục xảy ra, chính vì vậy mà ở các mốc thời gian 90, 120
phút hiệu suất đuổi lưu huỳnh tăng rất chậm.
Đường Ni (1) và Ni (2) có đặc điểm chung là có hiệu suất thu hồi Ni lớn nhất ở mốc 60

20 µm

004
004
0.2 mm0.2 mm
0.2 mm
0.2 mm
0.2 mm
Hình 4: Dạng bề mặt hạt quặng sau thiêu
Đường Ni (2) cho thấy khi tiếp tục thiêu trên 90 phút thì niken mất nhiều hơn so với
thiêu lò bằng. Điều này được lý giải là lò quay ngoài khả năng bốc bụi niken oxit như lò bằng
còn có hiện tượng sinh khí niken cacbonyl. Lò bằng gia nhiệt gián tiếp từ bên ngoài, còn điều
kiện thiêu lò quay khác lò bằng ở chỗ lò quay được gia nhiệt trực tiếp bằng sản phẩm cháy
dầu theo phản ứng:
QOHCOOHC
mn
++=+
222
[10]
Trong điều kiện nhiệt độ lòng lò cao hoặc thiếu oxy thì rất dễ tạo thành khí CO:
10
22
22 OCOCO +=
[11]
Khí CO sinh ra xuống dưới vùng sấy của lò gặp quặng cho vào có nhiệt độ thấp rất dễ
sinh khí niken cacbonyl theo phản ứng [4]. Phản ứng này càng thúc đẩy sự mất mát niken,
thời gian thiêu càng kéo dài thì niken càng dễ bị mất theo phản ứng này. Điều này lý giải tại
sao trong khoảng thời gian từ 90-120 phút hiệu suất thu hồi niken trong lò quay lại thấp hơn
so với lò bằng.
Như vậy tốt nhất nên thiêu lò quay khoảng 60 phút, lúc này hiệu suất thu hồi niken cỡ