Bộ Công thơng
Công ty TNHH NN MTV Kim loại màu Thái nguyên Số hiệu công trình: 229.07.RD/HĐ-KHCN
Báo cáo
Đề tài nghiên cứu khoa học
Tên đề tài: Nghiên cứu cải tiến thiết bị và công nghệ
sản xuất bột oxit kẽm chất lợng cao bằng lò quay Chủ nhiệm đề tài

Nguyễn Văn Tuấn

Tên đề tài: Nghiên cứu cải tiến thiết bị và công nghệ
sản xuất bột oxit kẽm chất lợng cao bằng lò quay

Cơ quan chủ trì: Công ty TNHH NN MTV Kim loại mầu Thái Nguyên

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2008

Giám Đốc Công ty

3
TT Họ và tên

KS CBKT
KS Hoá PT
KS TP. Kế toán TK
TP. KCS
KS TP. Kế hoạch KT
KS. LK. GĐ XN LKM II
KS. PGĐ XN LKM II
KS. QĐ PX lò quay
Công ty KLM Thái Nguyên
nt
nt
nt
nt
nt
nt
nt
nt
XN Luyện kim mầu II
nt
nt


5
Lời nói đầu
Vỏ quả đất chứa khoảng 0,02 %kẽm. Ngời ta cha phát hiện có kẽm thiên
nhiên và kẽm có ái lực hoá học lớn với oxy, lu huỳnh và các nguyên tố khác nên
thờng thấy kẽm ở dạng hợp chất oxit, sunfua v.vTuỳ theo dạng tồn tại của kẽm
trong hợp chất thiên nhiên mà ngời ta chia chúng ra các loại khoáng vật khác
nhau. Có hàng chụclaọi khoáng vật kẽm, trong đó có hai nhóm thờng gặp là
khoáng vật sunfua và khoáng vật oxit. ở nớc ta, khoáng vật kẽm phân bố tơng
đối rộng: Bắc Kạn, Thái Nguyên, Lai Châu, Thanh Hoá, Quãng Ngãi
ZnO là một trong các sản phẩm hóa chất quan trọng, đợc các lĩnh vực ứng
dụng nh làm nguyên liệu cho sản xuất sơn, phụ gia trong nhựa, giấy, sợi hóa học,
cao su... đều gắn bó chặt chẽ với đời sống hàng ngày của con ngời.. ngoài ra còn
đợc sử dụng làm men gốm sứ, thuỷ tinh, dợc, mỹ phẩm v..v.
Năm 2007, Công ty TNHHNN một thành viên Kim loại mầu Thái Nguyên
đợc Bộ Công nghiệp giao nhiệm vụ nghiên cứu đề tài số 229.07.RD/HĐ-KHCN:
Nghiên cứu cải tiến thiết bị và công nghệ sản xuất bột oxit kẽm chất lợng cao
bằng lò quay. Nhằm tạo ra sản phẩm có chất lợng cao, nâng cao giá trị xuất
khẩu và tạo nguyên liệu sản xuất cho các ngành công nghiệp giấy, cao su, sơn, đồ

thu lò Vêtêrin (52%), Chi phí sản xuất bột 90% ZnO tại lò quay chỉ bằng 70% so
với lò Vêtêrin. Dự kiến 75% sản phẩm đạt chất lợng 90% ZnO (bột tuí vải), còn
lại 25% bột đạt chất lợng 60% Zn (bột ống cong, kênh).
II. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Khảo sát, đánh giá hiện trạng thiết bị và công nghệ hiện tại.
- Nghiên cứu cải tiến thiết bị (thiết kế, chế tạo, lắp đặt).
- Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ nhằm nâng cao chất lợng sản phẩm, cải
thiện môi trờng.
- Thử nghiệm sản xuất, đánh giá hiệu quả.
III. Đối tợng, phạm vi nghiên cứu của đề tài
1- Nghiên cứu tổng quan tài liệu: Quy trình công nghệ sản xuất 90% ZnO
2- Lập phơng án lấy mẫu, nghiên cứu thành phần và tính chất nguyên liệu.
3- Nghiên cứu công nghệ, thiết bị và xây dựng các chỉ tiêu KTKT chủ yếu,
xác định chất lợng sản phẩm đạt đợc.
4 - Đề xuất dây chuyền công nghệ - thiết bị đáp ứng nhu cầu sản xuất - mô
hình sản xuất công nghiệp.

7
IV. Tính chất lý, hoá học và ứng dụng của ZnO
4.1.Tính chất của ZnO
Oxit kẽm ZnO: là loại bột mầu trắng, hơi vàng trong lợng riêng 5,42, bền
đối với nhiệt; khi đun nóng chuyển sang mầu vàng chanh, khi để nguội lại có màu
nh cũ. Sinh ra do kẽm bị oxy hoá hay thiêu ôxy hoá kẽm sunfua, thiêu phân huỷ
ZnCO
3
hoặc cho NH
4
OH tác dụng với dung dịch ZnSO
4
tạo thành Zn(OH)

thì ở 650
0
C sẽ sinh ra ferit kẽm ZnO.Fe
2
O
3
, 2ZnO.Fe
2
O
3
,
4ZnO.Fe
2
O
3
nhiệt độ càng cao khả năng sinh ra càng lớn. Ferit kẽm không tan
trong axit loãng hay trong nớc.
ZnO cũng tác dụng với Al
2
O
3
, SiO
2
tạo thành kẽm aluminat và silicat là
những hợp chất khó tan và khó hoàn nguyên.
4.2. ứng dụng của bột ZnO
Kẽm ôxit thờng dùng để sản xuất kẽm kim loại, hợp chất hoá học hoặc pha
chế một số sản phẩm khác. Trừ ôxit kẽm dùng để luyện kẽm, trong cơ cấu sử dụng
của ngành hoá chất thì 65% ôxit dùng chế tạo sơn, 25% chế tạo cao su, 10% cho
các yêu cầu khác.

Có hai phơng pháp luyện kẽm ôxit: Hoả luyện và Thuỷ luyện.Về Thuỷ
luyện sơ lợc tóm tắt nh sau: dùng dung dịch axit hoà tách quặng kẽm, sau đó
khử tạp rồi cho thuỷ phân kết tủa kẽm hiđrôxit, đem nung phân huỷ hiđrôxit sẽ
đợc kẽm ôxit. Ngời ta dùng dung dịch trung tính của quá trình thuỷ luyện đem
thuỷ phân bằng amôn hiđrôxit để đợc kẽm hiđrôxit và amôn sunfat. Nung kẽm
hiđrôxit đợc kẽm ôxit, amôn sunfat dùng làm phân bón.
Về hoả luyện kẽm ôxit, dùng các phơng pháp sau:
+ Luyện kẽm ôxit từ kim loại: chng bốc hơi kim loại kẽm rồi ôxy hoá hơi
đó thành ôxit và thu hồi ở dạng bột. Kẽm ôxit này thờng dùng trong ngành hoá
chất.
+ Luyện kẽm ôxit từ quặng hay các nguyên liệu chứa kẽm khác: Luyện hoàn
nguyên bốc hơi kẽm rồi ôxy hoá tiếp thành ôxit.
5.1. Tình hình nghiên cứu ở nớc ngoài
5.1.1. Luyện bột oxit kẽm từ kẽm kim loại

9
a) Luyện kẽm oxit bằng lò ống chng ngang :
ống chng một đầu bịt kín, một đầu có lỗ thoát hơi kẽm đợc nối với bộ
phận oxyhoá, không có bộ phận ngng tụ. ống chng yêu cầu mịn, chắc để kẽm
lỏng không thấm ra ngoài. hờng ngời ta chế tạo ống chng bằng 70%
cacborundium và 30% đất sét chịu nhiệt.
Dùng kẽm số không đến số ba làm nguyên liệu luyện bột oxit kẽm. Kẽm này
chứa ít tạp chất. đặc biệt là chì và cadimi nên chất lợng tốt.
Kẽm thỏi nạp vào ống chng đợc nung nóng gián tiếp lên trên một nghìn độ
bằng khí đốt, khí lò sinh khí hay dầu. Kẽm bị bốc hơi bay ra và bị oxy của không
khí oxy hoá thành oxit. Chúng đợc thu hồi ở thiết bị thu bụi túi vải.
Nhiệt độ trong buồng nung ống chng khoảng 1300-1350
0
C, trong ống
chng khoảng 1200-1100


10
5.1.2. Luyện bột oxit kẽm từ quặng và các nguyên liệu khác
a) Luyện kẽm oxit bằng lò vêtơrin
Vêtơrin là phơng pháp sản xuất bột oxit kẽm từ quặng và các nguyên liệu
chứa kẽm khác. Phơng pháp này phát triển tơng đối sớm, thích hợp với những
nơi sản xuất thủ công, kinh tế cha phát triển.
Để giảm lợng nhiệt mất mát, ngời ta thiết kế mỗi tổ 4 lò chung tờng. Mỗi
tổ lò có diện tích 6-35 m
2
. Phía trên đỉnh lò xây ống oxy hoá chung nối với hệ
thống làm nguội tự nhiên và hệ thống buồng lắng, buồng thu bụi túi vải. Trong lò
có đặt ghi bằng mangan hay bằng thép chịu nhiệt. Dới ghi quạt gió theo yêu cầu
của quá trình.
Để tiết kiệm than, ngời ta lợi dụng nhiệt khí lò để nung nóng gió trớc khi
thổi vào lò. Thờng nhiệt độ gió nóng khoảng 250-300
0
C.
Để cải thiện điều kiện làm việc, cờng hoá quá trình, ngời ta dùng ghi xích
thay ghi cố định.
Kỹ thuật luyện lò vêtơrin nh sau:
Liệu lò gồm quặng và than dạng bột đợc trộn đều với nhau. Quặng có hàm
lợng kẽm từ 15-75%. Nếu là quặng sunfua thì phải thiêu oxy hoá để khử hết lu
huỳnh, nếu là quặng oxit phải nung khử nớc kết tinh và phân huỷ quặng trớc.
Than hoàn nguyên phỉa dùng loại than chứa cácbon cao, ít chất bốc và lu huỳnh.
Nếu than nhiều lu huỳnh, quặng lại chứa chì thì sản phẩm sẽ chứa nhiều chì làm
giảm chất lợng của kẽm oxit. Có thể dùng than antraxit hay than cốc. Quặng và
than đều phải nghiền nhỏ đến cỡ hạt nhất định. Tỷ lệ phối liệu (quặng và than) phụ
thuộc vào hàm lợng kẽm trong quặng, thờng phối than gấp mấy lần tính toán lý
thuyết. Ví dụ khi xử lý quặng chứa 60%Zn thì phải phối theo tỷ lệ quặng/than bằng

1 %ZnO 95 92 83 75
2 %PbO 3 6 12 22
3 Muối sunfat 0,5 1 1,7 2,5
4 %Bã không tan trong HCl <0,005 <0,1 <0,1 <0,1
5 %Chất tan trong nớc muối <1 <1 <1,5 <1,8
6 %Chứa clo 0,15 0,15 0,3 0,5
7 %Chứa As
2
O
3
<0,1 <0,1 <0,1 <0,1
8 %Loại không qua sàng 0,004mm 1,5 1,5 1,5 1,5

Nếu xử lý quặng sunfua đã thiêu tốt, không chứa chì, có thể đợc kẽm oxit
chứa ZnO trên 98,5%, PbO1,5%.

12
Sản xuất kẽm oxit bằng lò vêtơrin có các u điểm chính là: cấu tạo lò đơn
giản, dể chế tạo và thi công, vốn đầu t thấp, quá trình thao tác kỹ thuật tơng đối
đơn giản, thích hợp với sản xuất nhỏ, thủ công.
Luyện lò vêtơrin có nhợc điểm lớn: rất tốn than, tỷ lệ thu hồi kim loại thấp,
bã chứa kẽm cao (cần xử lý tiếp), chất lợng sản phẩm xấu, điều kiện lao động
không tốt, nhất là khi dùng lò ghi cố định.
b) Luyện kẽm oxit bằng lò điện trở
Lò có chiều cao 11,3m, đờng kính 1,75-2,44m, cực điện có đờng kính 304
mm. Các cực đặt cách nhau 8,3m. Lò lớn có 6 cực, lò bé có 4 cực. Điện thế dẫn vào
lò ở hai cực là 190-260V. Công suất mỗi điện cực cực khoảng 600 kVA. Nếu phối
liệu 70% quặng, 30%cốc và tốc độ nạp liệu 37kg/phút, thì lò phải có công suất
2000 kVA; nếu nạp 52 kg/phút lò phải có công suất 3000kVA.
Loại lò bé có công suất 20 tấn ngày, lò lớn 30 tấn ngày. Tiêu hao điện năng

Tuy nhiên phơng pháp sản xuất này có nhợc điểm : phải dùng liệu khó
nóng chảy, chuẩn bị liệu cẩn thận và tốn kém, tốn vật liệu chịu lửa, lợng hồi liệu
chiếm tỷ lệ cao, phân loại phức tạp.
b) Luyện kẽm oxit bằng lò ống quay
Lò ống quay xuất hiện và đầu thế kỷ 19 với mục đích luyện kẽm. Nhng vì
không ngng tụ đợc kẽm nên dùng để luyện ra kẽm oxit. Hiện nay lò ống quay là
thiết bị đợc dùng rộng rãi để sản xuất kẽm oxit, xử lý các nguyên liệu chứa kẽm,
chì, kể cả làm giầu quặng oxit nghèo.
Lò ống quay, dài 32-180m đờng kính 1,5-6m. Vỏ lò bằng thép nồi hơi dầy
20 mm, phía trong có lót gạch chịu lửa. Tuỳ tính chất từng vùng của lò, ngời ta lát
các loại gạch chịu lửa thích hợp, đầu lò về phía chất liệu thờng lát bằng gạch
samốt tốt, có chiều dầy 250 mm. Các vùng khác vì nhiệt độ cao thờng, dể bị ăn
mòn và bào mòn nên xây bằng gạch cromagiedit (200*155*65/55) trên lớp gạch
samôt tiêu chuẩn. Để kéo dài tuổi thọ, một số xởng (ở Tây Đức) khi xử lý loại liệu
FeS ngời ta xây xen kẽ gạch cromagiedit với gạch samốt, khi gạch samôt bị mòn,
nó sẽ tạo thành các túi chứa stên lỏng, trành tạo thành kết tảng ngăn cản sự vận
chuyển của liệu trong lò. Lò ống quay đợc đặt trên hệ thống con lăn. Mỗi lò có
hai hay ba hệ thống con lăn. Lò đặt nghiêng 3-5
0
và quay với tốc độ 0,75-1
vòng/phút. Tốc độ quay phụ thuộc vào tính chất của liệu, điều kiện kỹ thuật chạy
lò. Với tốc độ nh trên liệu sẽ ở trong lò khoảng 2-3h.
Cấp liệu cho lò dùng máy cấp liệu mâm xoay hoặc kiểu tang quay, nếu chất
liệu trục vít thì ống chất liệu sẽ nằm ngang theo thân lò. Đầu nạp liệu cũng là đầu

14
dẫn khí lò ra. ở đây khí nóng tới 500
0
C đợc dẫn qua hệ thống ống làm nguội và
thu bụi túi vải. Quanh ống chất liệu thờng làm nguội bằng nớc để bảo vệ ống. Hệ

loại trong liệu cao, phải dùng tỷ lệ than cao. Nếu dùng phơng pháp thổi gió cỡng
bức, thì lợng than sẽ tốn nhiều hơn. Thờng bã sau khi luyện còn chứa 15-30%
than, cần thu hồi để sử dụng lại.

15
Ngoài nguyên liệu chính là quặng, than còn dùng các chất phụ gia: đá, vôi,
vôi tôi, pirit hay muối ăn. Khi xử lý liệu chứa nhiều chì, cần phối thêm 1-3% pirit
hay muối ăn để tạo điều kiện cho chì bốc hơi tốt hơn. Độ ẩm của liệu có ảnh hởng
lớn tới năng suất lò và hiệu suất bốc hơi của kim loại.
Nói chung cứ tăng 1% độ ẩm, hiệu suất bốc hơi kim loại giảm 0,5%, quặng
cung cấp cho lò ống quay, nếu độ ẩm cao phải sấy để đa tỷ lệ ẩm xuống 5-7%.
Quy trình luyện: liệu lò (gồm quặng, than, trợ dung, phụ gia đã sấy) đợc
đa vào phểu chứa. Dùng băng tải đa quặng, than, phụ gia theo tỷ lệ nhất định vào
máy trộn (tang quay hay trục vít) rồi nạp thẳng vào lò .
Do lò có độ dốc nhất định, nên khi liệu quay sẽ lăn dần từ đầu này sang đầu
kia và chảy ra ngoài.
Nhiệt độ trong lò đợc khống chế chặt chẽ theo yêu cầu của quá trình luyện.
Nhiệt cung cấp cho quá trình chủ yếu do nhiệt cháy của than và nhiệt oxy hoá của
hơi kẽm.
Luyện kẽm oxit bằng lò ống quay có những u khuyết điểm sau:
- u điểm: Luyện lò ống quay có thể xử lý hiệu quả các loại chứa kẽm, chì-
kẽm dạng vụn nghèo. Quá trình có thể tự động hoá hoàn toàn, điều kiện lao động
tốt, luyện liên tục, năng suất cao, công suất lò lớn, dễ thao tác, có thể quan sát đợc
quá trình làm việc ở các khu vực khác nhau. Hiệu suất thu hồi kim loại cao, xử lý
tốt liệu tổng hợp chì-kẽm. Dùng loại nhiên liệu rẻ tiền, không cần chất lợng cao.
- Nhợc điểm: ở lò ống quay dể xảy ra kết tảng rất khó xử lý, do vậy thời
gian dừng lò có khi chiếm 1/3-1/4 thời gian làm việc. Xử lý kết tảng là một việc
khó khăn và nặng nhọc, khó cơ giới hoá. Tốn khá nhiều nhiên liệu, bã chứa than và
các kim loại có ích cao, do đó phải tiếp tục xử lý đề thu hồi nên dây chuyền dài và
phúc tạp. Lò chóng bị bào mòn và ăn mòn nhât là vùng phản ứng, nên phải dùng


17

Bảng 4: Các chỉ tiêu KTKT khi sản xuất bột 90%ZnO bằng lò vêtơrin
Số
TT
Tên chỉ tiêu
Yêu cầu kỹ
thuật
ĐVT SLĐM/TSP
I Các chỉ tiêu chính

1 Nguyên liệu
Quặng vào lò Tấn

Hàm lợng % Zn 20 0,5
2 Sản phẩm
Hàm lợng kẽm %Zn 72,31
4 Năng suất Tấn/24giờ 6
5 Thực thu % 52
6 Than các loại Tấn 5,90

Trong đó:


Cái 0,17
18
Phần II. THực nghiệm nghiên cứu
I. Phơng pháp tiến hành nghiên cứu
1.1. Sơ đồ nghiên cứu
Phơng pháp truyền thống để sản xuất bột oxit kẽm sử dụng phơng pháp hoả
luyện bằng lò ống quay. Các bớc công nghệ sản xuất nh sau:
1- Nghiên cứu thành phần quặng oxit kẽm. Lấy mẫu đại diện phân tích thành
phần hóa học gồm các nguyên tố: Zn; Fe; SiO
2
; H
2
O. Các thành phần này do
Phòng KCS Công ty thực hiện bằng việc lấy mẫu đại diện.
2- Thực hành nghiên cứu thực nghiệm lựa chọn thiết bị và công nghệ tại Xí
nghiệp Luyện kim mầu II theo các mục tiêu chính là: Công nghệ hoả luyện, thiết
bị, năng suất, chất lợng sản phẩm, các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, đánh giá khả
năng có thể duy trì và mở rộng sản xuất.