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: [email protected]; [email protected]
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
niken và biện pháp sử lý chống hao hụt niken. Kết quả tối ưu có thể đạt được là sự giảm hàm
lượng niken trước và sau khi thiêu là 5-5,5% xuống còn 4,8-5%, còn hàm lượng lưu huỳnh
giảm từ 22-25% xuống còn 3-5%, thời gian thiêu trong lò bằng là 2h. Thành phần các nguyên
tố sau thiêu như vậy rất thuận lợi cho công đoạn nấu luyện sten niken, đặc biệt là phải giữ sao
cho hạn chế tối đa sự mất mát niken trong các công đoạn khác nhau nhất là trong giai đoạn đầu
xử lý quặng thô.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Thiêu oxy hóa quặng niken là khâu bắt buộc trong quy trình công nghệ chế tạo niken từ
quặng nguyên khai. Dưới đây là sơ đồ công nghệ chế tạo niken rất phổ biến trên thế giới bằng
con đường cacbonyl hóa niken:
7- Carbonyl hoá niken
bằng CO ở 50-80
o
C tạo
ra tetracarbonyl Ni(CO)
4
1-Quặng đa
kim sunfua
Cu-Ni
2-Tuyển nổi (1) thu
tinh quặng chứa
∼ 10% ( Cu + Ni )
3-Thiêu ôxy hoá

4
ở 200
o
C thu
được bột Niken có độ
sạch 99.99%
Sơ đồ quy trình công nghệ điều
chế niken bằng phương pháp
cacbonyl hoá [1]
9- Nấu chảy bột niken (8) trong
khí bảo vệ, đúc thỏi rồi cán
thành niken tấm thương phẩm
độ sạch 99.9%
Mục đích chính của thiêu là oxy hóa hỗn hợp kim loại có trong quặng đồng thời đốt cháy
lưu huỳnh làm nguyên liệu cho quá trình nấu luyện ra sten tiếp theo. Sở dĩ người ta phải làm
như vậy vì lưu huỳnh hầu như không đi vào xỉ và mặt khác nếu lưu huỳnh có hàm lượng cao
làm cho xỉ bị sệt cản trở cho sự phân tách lớp xỉ và kim loại. Tuy nhiên, nhược điểm của quá
trình thiêu khử lưu huỳnh là xảy ra hiện tượng hóa hơi niken không mong muốn. Vì vậy, cần
phải có giải pháp phù hợp để thiêu oxy quặng làm giảm hàm lượng S về tới mức cần thiết đồng
thời hạn chế tối đa sự mất mát lưu huỳnh.
Từ thực tế nêu trên, trong khuôn khổ bài báo này sẽ tập trung nghiên cứu thiêu oxy hóa
quặng niken Bản Phúc-Sơn La trong nồi lò bằng và lò quay. Yêu cầu công nghệ đặt ra là nồi lò
được gia nhiệt đồng thời phía trên và dưới lớp quặng, nồi lò phải kín và trong quá trình thiêu có
thổi gió nóng, thời gian thiêu khoảng 2h.
2. THỰC NGHIỆM
Quặng niken lấy từ nguồn quặng Bản Phúc ở xã Tạ Khoa - huyện Bắc Yên-Sơn La, mẫu
lấy thí nghiệm có thành phần như sau:
Bảng 1: Kết quả phân tích EDX mẫu quặng niken đặc xít Bản Phúc – Sơn La
2
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00

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
Ni K 7,471 5,04 1,26 2,98
Total 100 100
Thiết bị thiêu sử dụng là lò bằng tự thiết kế và lò quay tại viện công Mỏ và Luyện kim.
Lò bằng loại nhỏ có ưu điểm là thích hợp trong quy mô phòng thí nghiệm với mỗi mẻ thí
nghiệm khoảng 5 kg, nhưng có nhược điểm là tổn hao nhiệt lớn và tổn hao quặng do bị bốc bụi
trong quá trình thiêu. Lò quay có ưu điểm là thiêu công suất lớn, gia nhiệt nhanh phù hợp với
quy mô pilot và công nghiệp; tổn hao nhiệt, suất tiêu hao năng lượng và tổn hao quặng thấp hơn
hẳn so với lò bằng.
Với lò bằng, mỗi mẻ nghiên cứu có khối lượng khoảng 5kg, nồi thiêu hình trụ kích thước
đáy 25cm, chiều cao 30cm, tốc độ gió được thay đổi 5-10m
3
/s, nồi lò có vung đậy kín phía trên
có bố trí ống thoát khói, phía dưới được gia nhiệt bằng than, phía trên và ngang hông được gia
nhiệt bằng dây điện trở để đảm bảo nhiệt đồng đều trong toàn bộ nồi lò. Liệu được cấp khi
nhiệt lòng nồi đạt cực đại sau đó cấp liệu lần lượt là 0.5kg-1.5kg-3kg nhằm đảm bảo nhiệt lúc
nào cũng cấp đủ để phản ứng đốt cháy lưu huỳnh xảy ra nhanh chóng. Điều kiện kỹ thuật được
đưa ra là nồi lò kín chỉ có lỗ thoát khói được thiết kế phù hợp với nồi lò
3
Với lò quay: Quặng thiêu trong lò quay công suất 6 tấn/24h, tốc độ vòng quay 30-60
vòng/ph, thiết bị được gia nhiệt bằng mỏ đốt dầu, khống chế nhiệt độ vùng đốt bằng que đo
nhiệt độ và hộp điều khiển tự động. Trong quá trình thiêu do lượng gió để đốt cháy dầu được
tính toán vừa đủ nên để thúc đẩy quá trình oxy hóa và đốt cháy lưu huỳnh xảy ra nhanh thì ta
phải kết hợp thổi gió phụ.
3. CƠ SỞ QUÁ TRÌNH THIÊU OXY HÓA KHỬ LƯU HUỲNH

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.
Vì vậy ta phải tính được hiệu suất khử lưu huỳnh và thu hồi niken còn lại sau thiêu như
sau:
- Hiệu suất khử lưu huỳnh:
100.
31
321
SS
SSS
S
mm
mmm
−
−−
=
η
[1]
- Hiệu suất thu hồi niken:
100.
31
2
NiNi
Ni
Ni
mm
m

Me2
: Khối lượng nguyên tố trong quặng sau thiêu
m
1,3
: Khối lượng quặng, bụi
m
1,3
: Khối lượng quặng sau thiêu
%Me1: Phần trăm nguyên tố trong quặng
%Me2: Phần trăm nguyên tố trong quặng sau thiêu
Trong quá trình thiêu một số yếu tố công nghệ ảnh hưởng lớn đến quá trình thiêu như tốc
độ gió, nhiệt độ và thời gian thiêu,... Dưới đây chúng tôi nghiên cứu ảnh hưởng của ba nhân tố
chính này đến hiệu suất thu hồi niken và hiệu suất đuổi lưu huỳnh:
4.1. Ảnh hưởng của tốc độ gió đến quá trình thiêu
Tốc độ gió được thay đổi các mức khác nhau 0,3 m/s ; 0,5 m/s ; 1m/s kết quả thu được về
hàm lượng S, Ni sau thiêu được cho bởi bảng sau:
Bảng 2: Ảnh hưởng của tốc độ gió đến hàm lượng Ni và S trong quặng sau thiêu
Gió Ni S
Khối lượng
trước thiêu
(kg)
Khối lượng
sau thiêu
(kg)
Khối lượng
bụi (kg)
(m/s)
(1) (2) (1) (2) (1) (2) (1) (2) (1) (2)
0,3 4,6 4,52 9,32 4,96 3 50 2,60 45 0,2 2,5
0,5 4,3 4,67 7,02 4,51 3 50 2,55 44 0,21 2,7