Báo cáo Nghiên cứu cải tiến thiết bị và công nghệ sản xuất bột oxit kẽm chất lượng cac bằng lò quay

Bộ Công th−ơng 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 l−ợng cao bằng lò quay” Chủ nhiệm đề tài Nguyễn Văn Tuấn 6792 14/4/2008 Thái Nguyên, tháng 2-2008 2 Bộ Công th−ơng 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 l−ợng 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 Học vị, chuyên môn Cơ quan 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Nguyễn Văn Tuấn Đặng Trọng Định Lê Minh Khai Vũ Ngọc Hoà Nguyễn Văn Kế Lữ Thị Thanh Hải Nguyễn Văn Tháu Đinh Thị Sừ Lê Ngọc Dắc Lê Ngọc Thạo Nguyễn Thanh Giang Hoàng Văn Quang KS – CBKT KS – TP. Luyện kim KS – GĐ Công ty KS – PGĐ Công ty 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 4 Mục lục Trang LờI NóI ĐầU 5 Phần I: Tổng quan 6 I. Cơ sở pháp lý-xuất xứ của đề tài và tính cấp thiết của đề tài 6 II. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 6 III. Đối t−ợng, phạm vi nghiên cứu của đề tài 6 IV. Tính chất lý, hoá học và ứng dụng của ZnO 7 V. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài n−ớc 8 Phần II. Thực nghiệm nghiên cứu 25 I. Ph−ơng pháp tiến hành nghiên cứu 25 II. Thiết bị, dụng cụ, nguyên vật liệu và hoá chất sử dụng cho nghiên cứu 30 III. Nghiên cứu cải tiến thiết bị, công nghệ nhằm nâng cao chất l−ợng sản phẩm, cải thiện môi tr−ờng 32 IV. Thử nghiệm sản xuất 37 V. Dự kiến các chỉ tiêu KTKT áp dụng vào thực tế sản xuất 39 VI. Xử lý môi tr−ờng 42 Phần III. Kết luận và kiến nghị 44 Tài liệu tham khảo 46 Phụ lục 47 5 Lời nói đầu Vỏ quả đất chứa khoảng 0,02 %kẽm. Ng−ời ta ch−a phát hiện có kẽm thiên nhiên và kẽm có ái lực hoá học lớn với oxy, l−u huỳnh và các nguyên tố khác nên th−ờng thấy kẽm ở dạng hợp chất oxit, sunfua v.v…Tuỳ theo dạng tồn tại của kẽm trong hợp chất thiên nhiên mà ng−ời ta chia chúng ra các loại khoáng vật khác nhau. Có hàng chụclaọi khoáng vật kẽm, trong đó có hai nhóm th−ờng gặp là khoáng vật sunfua và khoáng vật oxit. ở n−ớc ta, khoáng vật kẽm phân bố t−ơng đối rộng: Bắc Kạn, Thái Nguyên, Lai Châu, Thanh Hoá, Quãng Ngãi… ZnO là một trong các sản phẩm hóa chất quan trọng, đ−ợc 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 ng−ời.. ngoài ra còn đ−ợc sử dụng làm men gốm sứ, thuỷ tinh, d−ợc, mỹ phẩm v..v. Năm 2007, Công ty TNHHNN một thành viên Kim loại mầu Thái Nguyên đ−ợc 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 l−ợng cao bằng lò quay”. Nhằm tạo ra sản phẩm có chất l−ợng cao, nâng cao giá trị xuất khẩu và tạo nguyên liệu sản xuất cho các ngành công nghiệp giấy, cao su, sơn, đồ sứ.... Tạo ra h−ớng mới trọng sản xuất bột oxit kẽm chất l−ợng cao bằng hệ thống lò quay cho Công ty, tạo công ăn việc làm cho ng−ời lao động và sự góp phần vào sự phát triển lâu dài của Công ty. Đồng thời đóng góp một phần vào chiến l−ợc phát triển ngành công nghiệp của Việt Nam. Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi đã nhận đ−ợc sự ủng hộ và giúp đỡ tận tình của Lãnh đạo Bộ Công th−ơng, Vụ Khoa học Công nghệ Bộ Công th−ơng, Tổng Công ty Khoáng sản - TKV. Lãnh đạo Công ty TNHHNN MTV Kim loại mầu Thái Nguyên, các Phòng kỹ thuật, các Phòng quản lý Công ty, XN Luyện kim mầu II. Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình đó. 6 Phần I. Tổng quan I. Cơ sở pháp lý- xuất xứ của đề tài và tính cấp thiết của đề tài Lò quay số I đã sản xuất đ−ợc hơn 10 năm, hệ thống làm nguội, quạt hút, buồng thu bụi và ống khói đã xuống cấp nghiêm trọng, mặt khác lò quay số I tr−ớc đây mua lại của Công ty gang thép từ lò luyện sắt xốp, lò ngắn, độ dốc ít, hệ thống làm nguội, buồng thu bụi không hợp lý, lao động thủ công nhiều, môi tr−ờng lao động độc hại, năng suất lò (600 t/n), thực thu kim loại (72%) rất thấp, tiêu hao than, tiêu hao điện lớn so với lò II, III. Vì vậy cần phải cải tạo nối dài thêm lò, cải tạo nâng cao hệ thống buồng ô xy hoá và kênh dẫn, cải tạo lại hệ thống làm nguội bề mặt gõ đập cơ khí, buồng thu bụi tuý vải rung rũ tự động, tăng năng suất lò lên 1.000 T/N, tăng thực thu lên 80%, giảm tiêu hao túi vải, điện, than, cải thiện điều kiện lao động và giảm chi phí lao động, là hết sức cần thiết. Lò I sau khi cải tạo xong sẽ sản xuất bột kẽm 90% ZnO thay thế lò Vêtêrin sản xuất bột 90% ZnO. Thực thu ở lò quay số I (80%) cao hơn rất nhiều so với thực 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 l−ợng 90% ZnO (bột tuí vải), còn lại 25% bột đạt chất l−ợng 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 l−ợng sản phẩm, cải thiện môi tr−ờng. - Thử nghiệm sản xuất, đánh giá hiệu quả. III. Đối t−ợng, phạm vi nghiên cứu của đề tài 1- Nghiên cứu tổng quan tài liệu: Quy trình công nghệ sản xuất 90% ZnO 2- Lập ph−ơng 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 l−ợng sản phẩm đạt đ−ợc. 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 l−ợng 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 ZnCO3 hoặc cho NH4OH tác dụng với dung dịch ZnSO4 tạo thành Zn(OH)2 kết tủa, sau đó đem nung kết tủa thu đ−ợc ZnO. Kẽm ôxit nóng chảy ở 1.970oC. Kẽm ôxit thăng hoa ở trên 1000oC. ở 1400oC áp suất thăng hoa đạt 3mm Hg, 1500oC đạt 10,4 mmHg. Nhiệt nóng chảy của kẽm ôxit ở 2.250o C bằng 4470 cal/ mol. Kẽm ôxit bị CO, C và các chất hoàn nguyên khác hoàn nguyên thành kẽm kim loại. (1) ZnO + CO = Zn +CO2 Phản ứng (1) ở nhiệt độ thấp hơn 6000C tiến hành rất chậm, nh−ng ở nhiệt độ trên 8000C tiến hành rất nhanh. Nếu có Fe2O3 thì ở 650 0C sẽ sinh ra ferit kẽm ZnO.Fe2O3, 2ZnO.Fe2O3, 4ZnO.Fe2O3… nhiệt độ càng cao khả năng sinh ra càng lớn. Ferit kẽm không tan trong axit loãng hay trong n−ớc. ZnO cũng tác dụng với Al2O3, SiO2 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 th−ờng 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. Kẽm ôxit dùng cho các ngành hoá chất yêu cầu độ hạt bé 0,15 - 10 micrôn, khối l−ợng riêng 5,5g/cm3, độ bao phủ 100 g/m2, khả năng chứa dầu 12 - 14, độ chiết quang nD = 1,95 - 2,05, màu trắng, không tan trong n−ớc, tác dụng với CO2 trong không khí tạo thành màng cacbônat, kẽm ôxit dùng cho luyện kim không cao nh− ngành hoá chất. 8 Chẳng hạn bột oxit kẽm dùng trong thuốc thử đòi hởi chứa ít nhất 98,5%ZnO, l−ợng tạp chất tối đa cho phép trong bột ZnO nh− sau: Bảng 1: Chất l−ợng của bột 98,5%ZnO TT Tạp chất % 1 Chất không tan trong n−ớc 0,02 2 Clorua (Cl) 0,01 3 Sunfat (SO4) 0,02 4 Nitrat (NO3) 0,01 5 Sắt (Fe) 0,005 6 Asen (As) 0,001 7 Kim loại kiềm và kiềm thổ (dạng sunfat) 0,25 8 Đồng (Cu) 0,005 9 Chì (Pb) 0,05 10 Mangan (Mn) 0,001 V. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài n−ớc Có hai ph−ơng pháp luyện kẽm ôxit: Hoả luyện và Thuỷ luyện.Về Thuỷ luyện sơ l−ợc 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 đ−ợc kẽm ôxit. Ng−ời ta dùng dung dịch trung tính của quá trình thuỷ luyện đem thuỷ phân bằng amôn hiđrôxit để đ−ợc kẽm hiđrôxit và amôn sunfat. Nung kẽm hiđrôxit đ−ợc kẽm ôxit, amôn sunfat dùng làm phân bón. Về hoả luyện kẽm ôxit, dùng các ph−ơng pháp sau: + Luyện kẽm ôxit từ kim loại: ch−ng bốc hơi kim loại kẽm rồi ôxy hoá hơi đó thành ôxit và thu hồi ở dạng bột. Kẽm ôxit này th−ờng 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 n−ớc ngoài 5.1.1. Luyện bột oxit kẽm từ kẽm kim loại 9 a) Luyện kẽm oxit bằng lò ống ch−ng ngang : ống ch−ng một đầu bịt kín, một đầu có lỗ thoát hơi kẽm đ−ợc nối với bộ phận oxyhoá, không có bộ phận ng−ng tụ. ống ch−ng yêu cầu mịn, chắc để kẽm lỏng không thấm ra ngoài. h−ờng ng−ời ta chế tạo ống ch−ng 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 l−ợng tốt. Kẽm thỏi nạp vào ống ch−ng đ−ợc 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 đ−ợc thu hồi ở thiết bị thu bụi túi vải. Nhiệt độ trong buồng nung ống ch−ng khoảng 1300-13500C, trong ống ch−ng khoảng 1200-11000C, trong buồng oxy hoá là khoảng 12000C, ở buồng thu bụi trọng lực là 8000C và ở buồng thu bụi túi vải trên 1000C. Mỗi ống ch−ng có ngăng suất 45 kg/h. Bảng 2 : Chất l−ợng kẽm oxit khi luyện bằng lò ống ch−ng ngang Loại Chỉ tiêu 1 2 3 4 %ZnO 99,5 99 99 99 %PbO 0,075 0,3 0,5 0,8 % không tan trong HCl 0,008 0,015 0,1 0,03 %Không tan trong n−ớc muối 0,10 0,15 0,2 0,2 b) Luyện kẽm oxit bằng lò tang quay: Để cơ khí hoá và c−ờng hoá quá trình, ng−ời ta dùng lò tang quay để ch−ng kẽm. Lò đ−ợc nung nóng bằng khí đốt hay dầu. Nhiệt độ vùng kim loại lỏng là 950-10000C. Lò này mỗi ngày đêm xử lý đ−ợc 10 tấn kẽm. Sản xuất một tấn kẽm oxit tốn chừng 0,873 tấn kẽm và 80-90 kg dầu. Chất l−ợng kẽm oxit tốt : 99,5%ZnO, 0,36-0,38%PbO, 0,01 %kẽm kim loại. Tuy có nh−ợc điểm là khi làm sạch lò phải lao động nặng nhọc, nh−ng nó có nhiều −u điểm hơn lò ống ngang nên đ−ợc dùng nhiều. 10 5.1.2. Luyện bột oxit kẽm từ quặng và các nguyên liệu khác a) Luyện kẽm oxit bằng lò vêtơrin Vêtơrin là ph−ơng pháp sản xuất bột oxit kẽm từ quặng và các nguyên liệu chứa kẽm khác. Ph−ơng pháp này phát triển t−ơng đối sớm, thích hợp với những nơi sản xuất thủ công, kinh tế ch−a phát triển. Để giảm l−ợng nhiệt mất mát, ng−ời ta thiết kế mỗi tổ 4 lò chung t−ờng. Mỗi tổ lò có diện tích 6-35 m2. 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. D−ới ghi quạt gió theo yêu cầu của quá trình. Để tiết kiệm than, ng−ời ta lợi dụng nhiệt khí lò để nung nóng gió tr−ớc khi thổi vào lò. Th−ờng nhiệt độ gió nóng khoảng 250-3000C. Để cải thiện điều kiện làm việc, c−ờng hoá quá trình, ng−ời ta dùng ghi xích thay ghi cố định. Kỹ thuật luyện lò vêtơrin nh− sau: Liệu lò gồm quặng và than dạng bột đ−ợc trộn đều với nhau. Quặng có hàm l−ợng kẽm từ 15-75%. Nếu là quặng sunfua thì phải thiêu oxy hoá để khử hết l−u huỳnh, nếu là quặng oxit phải nung khử n−ớc kết tinh và phân huỷ quặng tr−ớc. Than hoàn nguyên phỉa dùng loại than chứa cácbon cao, ít chất bốc và l−u huỳnh. Nếu than nhiều l−u huỳnh, quặng lại chứa chì thì sản phẩm sẽ chứa nhiều chì làm giảm chất l−ợng 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 l−ợng kẽm trong quặng, th−ờng 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 1/0,6ữ0,8. Ngoài than hoàn nguyên ra, còn tốn thêm chừng 300 kg than lót để đốt (tính cho 1 tấn quặng). Liệu lò cần trộn lỹ, đ−a đi ép bánh hay vê viên, sau đó sấy khô. Khi luyện, đầu tiên phải nhóm lò đốt cháy lớp than đệm trên ghi. Sau khi lớp than đó cháy tốt sẽ nạp liệu lò lên trên với chiều dày khoảng 10-20 cm. Nhiệt độ buồng lò giữ ở 1200-13000C. Cần khống chế nhiệt độ lò tốt, không để nhiệt dộ quá cao làm chảy liệu gây ách tắc, cũng không để nhiệt độ quá thấp 11 quá trình hoàn nguyên sẽ kéo dài. Trong quá trình hoàn nguyên, cần bảo đảm than cháy tốt và đều. Th−ờng một chu trình luyện gồm: đốt lò khoảng 1,5 h; luyện hoàn nguyên 3-5 h; ngừng đánh xỉ lò 1-1,5h. Tổng cộng mất 6-8h. Kỹ thuật luyện lò ghi xích t−ơng tự nh− ghi cố định. Liệu lò cũng cần chuẩn bị kỹ. Tỷ lệ quặng/than = 4/1ữ3/1 lớn hơn loại lò ghi cố định nhiều. Dùng bã giấy để ép bánh hay vê viên liệu lò. Th−ờng dùng than cám ép thành cục hay dùng than củ lót ghi. Than này đ−ợc rải một lớp dày 18-20 cm bằng phểu riêng đặt phía tr−ớc phểu liệu. Lớp liệu lò cũng có chiều dày chừng 20 cm. ở buồng hoàn nguyên hơi kẽm bốc lên bị oxy d− của khí lò và không khí đợt hai oxy hoá và bị khí lò cuốn mang vào hệ thống làm nguội và thu bụi. Bã đ−ợc đổ vào phểu đặt ở đuôi lò. Luyện kẽm oxit bằng lò vêtơrin có thể đạt tỷ lệ bốc hơi và thu hồi kẽm 80- 85%. Bã kẽm khoảng 5-6%. Nói chung quặng chứa kẽm càng cao, kỹ thuật luyện càng tốt, hiệu suất thu hồi càng cao. Th−ờng bã chứa kẽm và than cao cho nên cần tiếp tục xử lý để thu hồi chúng. Bột oxit kẽm thu đ−ợc có chất l−ợng xuất hơn kẽm oxit sản xuất từ kẽm kim loại nhiều. Chất l−ợng kẽm oxit thu đ−ợc phụ thuộc nhiều vào liệu ban đầu. Th−ờng sản xuất đ−ợc các loại kẽm oxit sau: Bảng 3: Chất l−ợng kẽm oxit lò Vêtơrin TT Loại kẽm oxit 1 2 3 4 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 n−ớc muối <1 <1 <1,5 <1,8 6 %Chứa clo 0,15 0,15 0,3 0,5 7 %Chứa As2O3 <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 đ−ợc kẽm oxit chứa ZnO trên 98,5%, PbO≤1,5%. 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 t−ơng đối đơn giản, thích hợp với sản xuất nhỏ, thủ công. Luyện lò vêtơrin có nh−ợc điểm lớn: rất tốn than, tỷ lệ thu hồi kim loại thấp, bã chứa kẽm cao (cần xử lý tiếp), chất l−ợng 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, đ−ờng kính 1,75-2,44m, cực điện có đ−ờng 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 khoảng 2,3 kwh/kg kẽm oxit. Quặng dùng cho lò điện trở phải nung hay thiêu kết tr−ớc. Quặng đ−ợc thiêu để khử tốt l−u huỳnh, chì, cadimi. Quặng cùng than phối theo tỷ lệ đã định, đ−ợc nạp vào lò ống quay nung tr−ớc lên 800-8500C để khử ẩm, chất bốc, các chất dể bay hơi và cung cấp liệu nóng cho lò luyện. ở trong lò, hơi kẽm đ−ợc hoàn nguyên bay ra cùng khí lò vào buồng oxy hoá. Lò lớn có bốn cửa, lò bé có một của thoát hơi kẽm vào buồng oxy hoá, th−ờng bố trí hai buồng oxy hoá ở hai bên hông lò. Điều chỉnh độ hạt oxit bằng cách thay đổi nhiệt độ buồng oxy hoá, tốc độ nguội và tốc độ của dòng khí. Muốn có độ hạt oxit mịn, tốc độ oxy hoá và tốc độ làm nguội nhanh, nhiệt độ buồng oxyhoá cao. Nhiệt độ trong buồng oxy hoá khoảng 200-10000C. Kẽm oxit có độ hạt từ 0,01 đến 1 micron. Khí chứa kẽm oxit trong lo oxy hoá đi qua thiết bị làm nguội băng n−ớc, sau đó vào xyclon và vào thiết bị thu bụi tíu vải. Để giảm nhiệt độ tr−ớc khi vào túi vải, cần phải cho thêm không khí để bảo đảm nhiệt độ d−ới 1300C. 13 Thành phần kẽm oxit thu đ−ợc có chất l−ợng khá tốt 98-99,5% ZnO, 0,3%Pb, 0,01%Cd, các chất tan trong n−ớc chiếm 0,7%, cặn không tan trong axit HCl chiếm 0,15%. Đây là ph−ơng pháp sản xuất kẽm oxit từ quặng có chất l−ợng cao, năng suất lớn, trình độ cơ giới hoá cao, có thể tự động hoá hoàn toàn. Nó đ−ợc dùng ở một số n−ớc trên thế giới nh− nhà máy mikaisi (nhật) ; Kômdoro Kivadavia (Achentina). Tuy nhiên ph−ơng pháp sản xuất này có nh−ợc điểm : phải dùng liệu khó nóng chảy, chuẩn bị liệu cẩn thận và tốn kém, tốn vật liệu chịu lửa, l−ợng 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. Nh−ng vì không ng−ng tụ đ−ợc kẽm nên dùng để luyện ra kẽm oxit. Hiện nay lò ống quay là thiết bị đ−ợc 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 đ−ờng 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, ng−ời ta lát các loại gạch chịu lửa thích hợp, đầu lò về phía chất liệu th−ờng lát bằng gạch samốt tốt, có chiều dầy 250 mm. Các vùng khác vì nhiệt độ cao th−ờng, 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 x−ởng (ở Tây Đức) khi xử lý loại liệu FeS ng−ời 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 đ−ợc đặt trên hệ thống con lăn. Mỗi lò có hai hay ba hệ thống con lăn. Lò đặt nghiêng 3-50 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 5000C đ−ợc dẫn qua hệ thống ống làm nguội và thu bụi túi vải. Quanh ống chất liệu th−ờng làm nguội bằng n−ớc để bảo vệ ống. Hệ thống nạp liệu gồm băng tải hay gầu nâng, một hệ thống phểu chứa liệu và máy nạp liệu. Hệ thống làm nguội khí lò làm bằng ống thép có đ−ờng kính 0,5 m. Một hệ thống gồm 2-4 dãy ống song song và làm nguội bằng ph−ơng pháp tự nhiên hay c−ỡng b−c (dội n−ớc). Hệ thống thu bụi túi vải là bộ phận thu hồi bột kẽm oxit chính. Th−ờng dùng kiểu tự động có túi bằng dạ hay len. Kỹ thuật luyện lò ống quay: Nguyên liệu: Nguyên liệu luyện lò ống quay phụ thuộc vào sản phẩm cần sản xuất. Để sản xuất bột kẽm oxit dùng làm sơn, chất độn cao su và cho các chất hoá học khác yêu cầu chất l−ợng cao hơn, chứa ít tạp chất đặc biệt là chì, l−u huỳnh, cadimi … do đó liệu phải chứa các tạp đó thấp. Muốn sản xuất kẽm oxit chất l−ợng cao th−ờng phải chuẩn bị liệu rất cẩn thận. Với liệu chứa nhiều tạp chất dể bốc phải tiến hành thiêu hai lần, thiêu lần đầu để khử Pb, Cd, S2, F… thiêu lần hai để bốc hơi kẽm. Thiêu khử tạp chất Pb, Cd, S2, F tiến hành ở nhiệt độ cao, trong môi tr−ờng oxy hoá. Nhiệt dộ khống chế 1200-12500C, tỷ lệ than 5-6%. Để khử tạp chất tốt, phải cho thêm pirit hay muối ăn; chì, cadimi dể bốc hơi ở dạng clorua hay sunfua. Bã còn lại luyện kẽm oxit rất tốt. Liệu nạp vào lò có độ hạt 5-10mm. Hạt quá lớn, hoàn nguyên sẽ khó khăn, hạt quá bé sinh ra bụi nhiều. Than hoàn nguyên th−ờng dùng than antraxit hay cốc vụn. Yêu cầu về chất l−ợng than không cao, độ hạt khoảng 0-10mm. Độ hạt của than không nên quá lớn vì sẽ sinh hiện t−ợng phân chia tự nhiên, trộn không đều với quặng, hạn chế quá trinh hoàn nguyên. Th−ờng phối liệu theo tỷ lệ than 35-50% so với quặng. Trong tr−ờng hợp liệu dể chảy, có thể tăng than để chống dính bết. Nếu hàm l−ợng kim loại trong liệu cao, phải dùng tỷ lệ than cao. Nếu dùng ph−ơng pháp thổi gió c−ỡng bức, thì l−ợng than sẽ tốn nhiều hơn. Th−ờng 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 h−ởng 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 đ−a tỷ lệ ẩm xuống 5-7%. Quy trình luyện: liệu lò (gồm quặng, than, trợ dung, phụ gia đã sấy) đ−ợc đ−a vào phểu chứa. Dùng băng tải đ−a 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 đ−ợc 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 đ−ợc 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 l−ợng cao. - Nh−ợc 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 loại gạch đắt tiền Cromagiedit. Xử lý loại liệu dể nóng chảy rất khó khăn. Tuy tồn tại các nh−ợc điểm trên nh−ng nó vẫn là thiết bị đ−ợc dùng rộng rãi nhất hiện nay. 16 5.2. Tình hình nghiên cứu ở trong n−ớc Hiện nay Công ty TNHHNN MTV KLM Thái Nguyên có hai khu vực khai thác quặng kẽm là mỏ Kẽm chì thuộc xã Bản Thi - Chợ Đồn - Bắc Kạn và mỏ Kẽm chì Làng Hích - Đồng Hỉ - Thái Nguyên. Những năm tr−ớc đây Công ty khai thác quặng ôxit kẽm chủ yếu để xuất khẩu và một phần quặng ôxit có hàm l−ợng từ 15- 20%Zn để sản xuất ra bột ôxit kẽm 60%Zn tại Xí nghiệp Luyện kim màu II và sản xuất bột ôxit kẽm 90%ZnO tại Xí nghiệp Bột kẽm Tuyên Quang và Phân x−ởng Antimon tại mặt bằng Công ty, ở đây sản xuất bột ZnO 90% bằng công nghệ lò Vêtơrin đạt thực thu thấp, tiêu hao nguyên nhiên vật liệu cao, lao động thủ công năng suất thấp, vì vậy hiện nay Công ty Kim loại mầu Thái Nguyên đang tiến hành nghiên cứu thiết bị, công nghệ lò quay tại Xí nghiệp Luyện kim mầu II luyện bột oxit kẽm 90%ZnO nhằm nâng cao chất l−ợng sản phẩm (chất l−ợng sản phẩm hiện nay chỉ đạt 80%ZnO) cải thiện môi tr−ờng làm việc, giảm tiêu hao nguyên nhiên vật liệu, tăng giá trị kinh tế. 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 l−ợng % Zn 20 ±0,5 2 Sản phẩm Hàm l−ợng kẽm %Zn 72,31 4 Năng suất Tấn/24giờ 6 5 Thực thu % 52 6 Than các loại Tấn 5,90 Trong đó: Than cục Quảng Ninh C= 78%, Q=7800 kcal/kg Tấn 2,20 Than cám Quảng Ninh C = 70 %, Q=6500 kcal/kg Tấn 3,70 độ ẩm ≤ 7,5% 7 Điện năng Kwh 500 8 N−ớc : Công nghiệp và n−ớc sạch m3 6,5 Trong đó n−ớc sạch m3 1,5 N−ớc Công nghiệp m3 5,0 9 Túi vải pêcô F400, vải pêcô 1 lớp Cái 0,17 18 Phần II. THực nghiệm nghiên cứu I. Ph−ơng pháp tiến hành nghiên cứu 1.1. Sơ đồ nghiên cứu Ph−ơng pháp truyền thống để sản xuất bột oxit kẽm sử dụng ph−ơng pháp hoả luyện bằng lò ống quay. Các b−ớc 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; SiO2; H2O. 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 l−ợng sản phẩm, các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, đánh giá khả năng có thể duy trì và mở rộng sản xuất. 3- Trên cơ sở kết quả thu đ−ợc, lập quy trình công nghệ, qui mô sản xuất sản phẩm. 4- L−u trình công nghệ sản xuất bột oxit kẽm 90% ZnO bằng lò quay (trang bên). 19 Hình 1: Sơ đồ công nghệ luyện bột 90%ZnO bằng lò quay Chất hoàn Nguyên (than đá antraxit) Quặng kẽm ôxit 15-20% Zn Chất trợ dung Đá vôi Gia công nghiền sàng ( < 10 mm) Gia công nghiền sàng ( < 5 mm) Gia công nghiền sàng ( < 10 mm) Phối liệu Máy cấp liệu Xỉ Luyện hoàn nguyên trong lò ống quay Khí khói b∙i thải làm nguội thu bụi Sản phẩm bột kẽm khí thải sạch 20 1.2. Cơ sở lý thuyết Nguyên tắc cơ bản của ph−ơng pháp lò ống quay là dựa vào tính bốc hơi của kim loại kẽm, oxit chì và sunfua chì tốt khống chế ở nhiệt độ nhất định làm cho chúng hoàn nguyên và thoát ra khỏi liệu, sau đó thu hồi chúng ở dạng bụi còn các tạp chất khác và các kim loại hay oxit kim loại khó bốc hơi nằm trong xỉ. Thực chất của quá trình nh− sau: liệu trộn cùng than cám nếu cần trộn thêm cả đá vôi làm làm chất phụ gia, cho vào qua thiết bị chất liệu. Liệu nằm trong lò quay vận chuyển từ đầu lò đến cuối lò. Do tác dụng của nhiệt độ 1000-12000C và chất hoàn nguyên các oxit kim loại bị hoàn nguyên thành kim loại. Những kim loại dể bốc hơi nh− kẽm, chì, catmi… bốc thành hơi thoát ra cùng khí lò và bị oxy không khí oxy hoá thành oxit. Khí lò đ−a qua bộ phận thu bụi. Xỉ thải dần tới đuôi lò và tháo ra ngoài. Các phản ứng xảy ra trong quá trình luyện: Trong qua trình luyện luôn bảo đảm nhiệt độ trong lò t−ơng đối cao. Nhiệt độ của liệu cao nhất đạt 1000-11500C, nhiệt độ khí lò t−ơng đối cao nhất có thể đạt 13500C. Nhiệt độ lò cao có lợi cho quá trình phản ứng nh−ng cũng không nên cao quá vì liệu sẽ bị chảy lỏng hay nhão ra kết tảng trong lò. Tuỳ theo tính chất của quá trình xảy ra trong lò, lò đ−ợc chia làm bốn vùng sau: - Vùng sấy và trộn liệu: Vùng này nằm ở đầu nạp liệu có chiều dài 4-10m (với lò dài 40m) có nhiệt độ khoảng 500-9000C. Tác dụng chính của vùng này là khử n−ớc ẩm, n−ớc kết tinh, phân huỷ một phần cacbonat và trộn đều liệu. Chiều dài của nó phụ thuộc và hàm l−ợng n−ớc trong liệu, l−ợng liệu nạp vào lò, nhiệt độ khí lò… - Vùng quá độ: Vùng này dài khoảng 2-4m có nhiệt độ 900-11000C. Liệu bị nung lên nhiệt độ cao, các phản ứng bắt đầu xảy ra. - Vùng phản ứng. Vùng này dài 15-20m là vùng quan trọng nhất, các phản ứng chính đều xảy ra ở đây. Nhiệt dộ khống chế ở 1100-11500C. Nhiệt độ cao hay thấp tuỳ thuộc loại nguyên liệu đem xử lý có độ nóng chảy cao hay thấp. Chiều dài vùng phản ứng quyết định năng suất lò và hiệu quả bốc hơi của kim loại. 21 - Vùng làm nguội liệu: cũng là vùng nung nóng không khí tr−ớc khi vào vùng phản ứng . Vùng này dài 6-10m. Nhiệt độ từ 11500C giảm dần xuống 800- 9000C tr−ớc khi ra khỏi lò. 40 30 20 10 0 Chiều dài lò (m) 0 600 1200 τ (°C) Nhiệt độ liệu Nhiệt độ khí lò Hình 2: Sự phân bố nhiệt độ trong lò ống quay Các phản ứng chủ yếu: (2) ZnO.Fe2O3 + FeO + C = Znkhí + FeO.Fe2O3 + CO – Q’ (3) ZnO.Fe2O3 + CaO + C = Znkhí + CaO.Fe2O3 + CO – Q’’ (4) ZnO.SiO2 + FeO + C = Znkhí + FeO.SiO2 + CO – Q’’’ (5) ZnO.SiO2 + CaO + C = Znkhí + O.SiO2 + CO – Q’’’’ (6) ZnO + C = Zn + CO – Q Những phản ứng này xảy ra trong lớp liệu. Dĩ nhiên các phản ứng xảy ra trên viết ở dạng cácbon rắn, thực tế phản ứng với cacbon rắn chỉ có giới hạn còn có tác dụng lớn là các phản ứng hoàn với CO. Phản ứng hoàn nguyên tổng quát: (7) ZnO + CO = Zn + CO2 – QI (8) C+ CO2 = 2CO - QII (9) ZnO + C = Zn + CO – Q Những phản ứng hoàn nguyên của oxit sắt thành sắt kim loại sắt này sẽ tác dụng với oxit kẽm và sunfua kẽm: (10) ZnO + Fe = FeO + Znkhí 22 (11) ZnS + Fe = FeS + Znkhí Đồng thời cũng xảy ra phản ứng: (12) ZnO + ZnS = 3Zn + SO2 (13) ZnS + CaO + C = Znkhí + CaS + CO Sunfua kẽm khó hoàn nguyên hơn hơn kẽm oxit nhiều, cho nên phản ứng hoàn nguyên trực tiếp ZnS +C ít có tác dụng. Đối với chì bất cứ ở dạng sunfua hay oxit đều dể bốc hơi. Bảng 5: Nhiệt độ bốc hơi của một số kim loại và hợp chất kim loại Chất Cd Zn PbS PbO CdO ZnS Pb ZnO Nhiệt độ bốc hơi 0C 767 907 1135 1475 1559 1725 1744 1800-1850 Sunfua chì bắt đầu bốc hơi ở 6000C và bốc hơi mạnh ở nhiệt độ cao hơn. Các kim loại khác dể bốc trong liệu nh− catmi, axênic, antimon đều bốc hơi ra cùng kẽm. Oxit giecmani hoàn nguyên nh− sau: (14) GeO2 + C = Ge + CO2 (15) 2GeO2 + C = 2GeO + CO2 Nhiệt độ nóng chảy của Ge rất cao nên nó vào bã, còn Oxit giecmani dể bốc hơi (7000C) nên bay ra cùng khí lò, bị oxy trong khí lò oxy hoá thành GeO2 và vào bụi. Kim loại quý và đồng không bị bốc hơi nên nằm lại trong xỉ. Trong quá trình luyện kẽm bị hoàn nguyên bốc thành hơi gặp khí có chứa CO2 và O2 tự do sẽ bị oxy hoá thành oxit. (16) Znkhí + CO + O2 = 2ZnO + CO2 Do đó phản ứng tổng quát của kẽm bị hoàn nguyên trong lớp liệu và hơi kẽm bị oxy hoá trên bề mặt lớp liệu: (17) ZnO + C = Zn khí – 53600 cal (18) Znkhí + CO + O2 +4N2 = ZnO + CO2 + 4N2 + 151100 cal cân bằng nhiệt của 2 phản ứng này là 97500 cal, gần t−ơng đ−ơng nhiệt của phản ứng: 23 (19) C + O2 = CO2 +97800 cal Loại phản ứng này tiến hành đồng thời, về lý thuyết theo tính toán nhiệt, l−ợng trên không cần phải có thiết bị đốt riêng để tăng nhiệt độ lò vẫn duy trì quá trình luyện, thực tế nhiều khi phải cho thêm chất đốt để tăng thêm nhiệt độ, gần đây áp dụng ph−ơng pháp thêm không khí vào lò. II. Đánh giá tình trạng Thiết bị và công nghệ hiện tại 2.1. Đánh giá thực trạng thiết bị - Hệ thống vật chuyển nguyên nhiên vật liệu: Sử dụng hệ thống palăng và máy cấp liệu đĩa cung cấp liệu vào lò. Hệ thống này cồng kềnh, mức độ an toàn thấp, công nhân thao tác phải th−ờng xuyên làm việc trên đầu lò trong môi tr−ờng nóng, khí bụi. - Lò ống quay: + Chiều dài L =16 m; đ−ờng kính ngoài φ1,4m; đ−ờng kính hiệu quả: φ1,15m. Tỷ lệ L/D=16/1,4=11,4 không đảm bảo chiều dài làm việc, chiều dài vùng phản ứng ngắn lại, dẫn đến năng suất thấp, hiệu quả phản ứng kém. + Độ dốc lò: 10. Dẫn đến thời gian l−u liệu trong lò lâu, dể kết tảng, hiệu quả sản xuất kém, năng suất thấp. - Hệ thống quạt cung cấp gió: Nđc = 5,5KW; n = 1450 v/p ;Q = 450m3/h; H = 1000mmH20; l−u l−ợng, áp lực gió thấp không đủ oxy cung cấp, không c−ờng hoá quá trình phản ứng. - Hệ thống làm nguội bề mặt: Thấp, dài chiếm nhiều diện tích nhà x−ởng, mức độ làm nguội kém hiệu quả, thao tác vận hành đập bụi thủ công gây hậu quả ống làm nguội mau hỏng. - Hệ thống thu bụi: Xây bằng gạch, rung rũ túi vải lấp sản phẩm bằng thủ công, công nhân vận hành phải chui vào buồng thu bụi dẫn đến mức độ an toàn thấp, nguy cơ mắc các bệnh nghề nghiệp cao. 24 2.2. Đánh giá thực trạng công nghệ Bảng 6: Các chỉ tiêu KTKT tr−ớc khi cải tạo Số l−ợng Số TT Tên chỉ tiêu Yêu cầu kỹ thuật ĐVT ĐM/TSP I Số sản phẩm sản xuất Tấn 600 II Các chỉ tiêu chính 1 Quặng vào lò Tấn/TSP 5,5 Hàm l−ợng %Zn ≥15 Độ ẩm % <15 2 Chất l−ợng sản phẩm Hàm l−ợng % Zn 60 3 Số ngày sản xuất Ngày 300 4 Năng suất sản phẩm Tấn/ca ≥ 0,8 5 Thực thu luyện quặng % 72 6 Than các loại Tấn 3,50 Trong đó: Than phối liệu Cám 4A QN, HL: C ≥ 70 % 3,40 Than đốt đuôi lò Cám Khánh Hoà độ ẩm 7,5%, 0,08 HL: C ≥ 60% Than nhóm lò Cục K. Hoà độ ẩm 1,5%, 0,02 HL: C ≥ 70% 7 Tổng điện năng Kwh 500 Trong đó: Trực tiếp 455 Phân bổ 45 8 N−ớc Công nghiệp m3 12 Trong đó: Trực tiếp 8 Phân bổ 4 9 Túi vải Φ200 Cái 0,30 10 Đá vôi Tấn 0,60 25 Thực trạng công nghệ hiện tại chỉ sản xuất đ−ợc bột oxit kẽm loại II (60%Zn); năng suất thấp 720 tấn/năm; các chỉ tiêu tiêu hao đều lớn nh− than; điện... thực thu thấp 72%. Chế độ công nghệ không đảm bảo nh−: Lò không phân chia đ−ợc 4 vùng hoạt động (vùng sấy; vùng quá độ; vùng phản ứng;vùng làm nguội); l−u l−ợng gió cấp không đủ để xảy ra phản ứng oxy hoá kẽm. 4250 1800 35 00 39 007104 6050 Lò quay 1 29 00 3086 32 00 Hình 3: Mặt bằng công nghệ tr−ớc khi cải tạo III. Nghiên cứu cải tiến thiết bị, công nghệ nhằm nâng cao chất l−ợng sản phẩm, cải thiện môi tr−ờng 3.1. Cải tiến thiết bị: - Hệ thống vật chuyển nguyên nhiên vật liệu: Chuyển sang cấp liệu bằng băng tải: Quy trình nh− sau: Quặng, than, đá sau khi đ−ợc phối liệu và cầu trục gầu ngoặm đ−a vào máy cấp liệu lắc, điều chỉnh máy cấp liệu đúng yêu cầu công nghệ. Máy cấp liệu lắc hoạt động đ−a nguyên liệu vào băng tải và đ−ợc vận chuyển tự động lên đầu lò qua ống cấp liệu. Hệ thống này đ−ợc cơ khí hoá giảm thiểu đ−ợc sức lao động thủ công, nóng và độc hại. 26 Đá Than Quặng Sàn thao tác đầu lò 2 0 ° Hình 4: Hệ thống vận chuyển nguyên vật liệu vào lò - Lò ống quay: Đ−a về tiêu chuẩn thiết kế chiều dài lò/đ−ờng kính=12-15 và nối dài lò thêm 6,5 mét, nâng độ dốc của lò lên 30; thêm một hệ thống con lăn để cân bằng tải trọng đuôi lò. Nh− vậy tổng chiều dài lò sau khi cải tiến là 20,5 m; đ−ờng kính lò 1,4 m; tỷ lệ giữa chiều dài và đ−ờng kính lò là: 20,5:1,4 = 14,64. - Bỏ hệ thống quạt cung cấp gió cũ; thay bằng quạt ly tâm có l−u l−ợng Q=3000 m3/h; P=1500 mmH2O. - Bỏ hệ thống làm nguội bề mặt gõ đập thủ công bằng gõ đập cơ khí, với diện tích làm nguội 650m2 ; Nhiệt độ vào làm nguội 350-4000C; nhiệt độ ra khỏi bộ làm nguội 100-1500C. - Tăng thể tích buồng oxyhoá và kênh gạch tạo điều kiện kiện cho hơi kẽm đ−ợc oxy hoá triệt để 27 Hình 5: Hệ thống làm nguội bề mặt gõ đập tự động bằng cơ khí - Hệ thống thu bụi túi vải tự động: Lọai thiết bị này có hiệu suất lọc bụi rất cao 99,5%. Hệ thống này làm việc theo nguyên lý khí nóng mang bụi từ các đ−ờng ống nhỏ đ−ợc dẫn vào đ−ờng ống chính chạy vào khoang thân của hệ thống lọc. Khí sạch sẽ đ−ợc quạt hút hút lên khoang chứa khí sạch qua túi lọc và đẩy ra môi tr−ờng. Tủi vải đ−ợc lồng vào một x−ơng túi. Bụi (sản phẩm) khi đ−ợc rũ sẽ rơi vào phần côn của hệ thống lọc và đ−ợc van xả bụi tự động theo chu kỳ. Diện tích thu bụi 405 m2 gồm 288 túi thu bụi (φ=0,112m; L=4m). 28 Bảng 7: Các thiết bị chính TT Tên thiết bị Đặc tính Số l−ợng Đ.vị Ghi chú 1 Lò quay đồng bộ L= 20m, Dn = 1,4 m 1 cái 2 Quạt đẩy Q= 3000 m3/h, P = 1500 mmH2O 1 Bộ 3 Quạt hút Q= 20.000m3/h, P = 400mmH2O 1 Bộ 4 Thùng cấp liệu, thải xỉ Thùng mở đáy 2T 2 cái Có sẵn 5 Palăng điện Q= 2T, 8m 1 Bộ Có sẵn 6 Máy cấp liệu 0 – 2 t/h 1 Bộ Có sẵn 9 Máy cấp liệu lắc 2 t/h 5 Bộ 10 Sàng rung 1,5t/h 1 Bộ Có sẵn 11 Máy nén khí V = 5-10m3, P = 6at 1 Bộ 12 Băng tải B=0,5m, L=7m B=0,5m, L=23m 1 1 Bộ Bộ 13 Hệ thống làm nguội đồng bộ S = 650m2 1 Bộ 14 Hệ thống thu bụi đồng bộ S = 405m2 1 Bộ 15 Hệ thống cung cấp điện 1 Bộ Có sẵn 16 Cầu trục 3T, khẩu độ 15m 1 Bộ 3.4. Cải tiến công nghệ Đối với quặng ôxít có hàm l−ợng nghèo (15-20%Zn) làm giầu để có giá trị công nghiệp trên thế giới chỉ có cách duy nhất mang tính hiệu quả cao và áp dung rộng rãi là ph−ơng pháp hoả luyện. Quặng than đá vôi phối liệu theo tỉ lệ cũ: Than/ quặng= 50-55% Đá vôi/quặng=10-12%. Tăng c−ờng than hoàn nguyên, nâng cao nhiệt độ buồng oxy hoá, để phản ứng oxy hoá kẽm xảy ra triệt để. ` Quặng than đá đ−ợc phối liệu mới theo tỷ lệ: Than/ quặng= 60-65% 29 Đá vôi/quặng=10-12%. Yêu cầu đảm bảo về cỡ hạt, độ ẩm, đ−ợc trộn đều, cầu trục gầu ngoặm đ−a vào máy cấp liệu lắc. Máy cấp liệu lắc đ−ợc điều chỉnh 1,7-1,9 tấn nguyên liệu/giờ. Nguyên liệu đ−ợc cấp lên băng tải tự động đ−a vào lò. Thời gian l−u liệu trong lò 2- 2,5 h; nhiệt độ hoàn nguyên 1100-12000C, áp lực gió 1350mmH2O; l−u l−ợng gió 2550 m3/giờ. * Dự kiến công suất lò Theo dự kiến cải tạo nâng công suất lò thì ta có các kích th−ớc của lò: Chiều dài L = 20 m. (K/T cũ L= 14m dự kiến nối thêm 6,5m) Đ−ờng kính ngoài Dn = 1,4m. Khi xây lót lớp gạch chiụ lửa 115mm và lớp cách nhiệt 5mm, còn lại đ−ờng kính sử dụng Dd = 1,16m. Dung tích làm việc của lò: (0,582x3,14)x20,5m = 21,65m3 Thực tế nhiều năm của Xí nghiệp luyện kim màu II thì năng lực hoạt động của lò là 1,45 tấn(QK)/m3.24h. Nh− vậy năng lực nạp liệu của lò 24h là: 21,12x1,25 = 31,39 tấn liệu. Phối liệu Than/Quặng =60%, Đá/Quặng = 10% Hàm l−ợng quặng vào 17%Zn. Thực thu 80%. Bột hàm l−ợng chọn trung bình 60%Zn Một năm hoạt động 300 ngày Vậy công suất lò một năm là: [(31,39/1,6)x0,17x0,80]x300/0,6 = 1.107 t/n lấy tròn là: 1.000 tấn/năm. (công suất cũ là 600 T/năm) 30 Hình 6: Sơ đồ mặt bằng sau cải tạo IV. Thử nghiệm sản xuất 4.1. Dự toán nguyên nhiên vật liệu Bảng 8: Dự toán nguyên nhiên vật liệu TT Nguyên nhiên vật liệu ĐVT Số l−ợng Quy cách 1 Quặng ZnO Tấn 500 Độ ẩm 16 %; Cỡ hạt < 10 mm. 3 Đá vôi Tấn 50 Độ ẩm 50%; Cỡ hạt <5 mm. 4 Than cám QN 4A Tấn 300 %C > 72%; Độ ẩm < 7,5 %. 4.2. Nhân công Bảng 9: Dự toán nhân công Số l−ợng ng−ời TT Nội dung công việc 1 ka 3 ka Ngày sản xuất Tổng công I CBKT (PLK +XN MII) 2 6 15 90 II Nhân công lao động trực tiếp 585 1 Công nhân KTCN 6 18 15 270 2 Công nhân phụ trợ 4 12 15 180 3 Công nhân cơ 1 3 15 45 4 Công nhân điện 1 3 15 45 5 KCS 1 3 15 45 Tổng cộng 675 31 (Chạy thử xác định công nghệ sản xuất bột 90% ZnO bằng lò quay, l−ơng sản xuất thanh toán bình th−ờng, các chi phí phát sinh đ−ợc tính thêm theo thực tế) 4.3. Quy trình thực hiện Phối liệu: Quặng/ than= 1/ (0,5-0,65) Quặng/đá = 1/(0,1-0,15) Quặng nhập về KCS lấy mẫu phân tích Zn; Fe (Fe2O3; FeO); SiO2; CaO; ẩm. Sau đó quặng đ−ợc sàng đảm bảo cỡ hạt, trộn đều đem phối liệu với than và đá vôi theo tỷ lệ nh− trên (Quặng trên sàng đ−ợc để riêng ra đ−a vào máy nghiền búa và tiếp tục cho phối liệu). Sau khi phối liệu xong cho lên bunke cấp liệu lắc, c−ờng độ nạp liệu 1,5-1,7 t/h. Quy trình thao tác làm nh− quy trình đã ban hành. Sản phẩm bột ZnO túi vải đ−ợc để riêng ra, KSC lấy mẫu, cân theo từng ca. Xỉ thải: Mỗi ca lấy mẫu 1 lần trung hoà 3 ca thành 1 mẫu. 4.4. Số liệu sản xuất: Bảng 10: Thông số chạy thử −ớt Độ ẩm Khô Zn Fe Pb Kẽm TT Danh mục Kg % Kg % % % Kg I Nguyên liệu vào 1 Quặng 401.147 17,82 329681,71 16,57 16,99 1,39 54640,86 1.1 Quặng Lũng Cháy 89.730 16,61 74827,53 13,81 28,74 0,33 10331,10 1.2 Quặng Bản Thi 243.177 20,09 194314,513 14,93 14,45 1,57 29013,27 1.3 Quặng Nghiền 68.240 11,28 60539,67 25,27 10,62 2,13 15296,50 2 Năng l−ợng 2.1 Đá 39907,34 1 39508,26 - - - - 2.2 Than cám 4A 238433,4 8,41 218724,054 - - - - 2.3 Điện Kwh 25913,37 II Sản phẩm ra 68.309 63,49 43368,88 1 Bột túi vải 45.408 72,65 3,59 32988,82 2 Bột ống cong 21.154 44,00 9308,21 3 Bột kênh phân phối 1.747 61,35 1071,85 IV Chỉ tiêu KTKT ĐVT Thực hiện Định mức T.hiên/ĐM 1 Thực thu toàn bộ % 79,37 78 101,76 2 Thực thu túi vải % 60,37 3 Tỷ lệ bột ống cong+phân phối/túi % 33,53 32 vải 4 Tỷ lệ bột túi vải/tổng sản phẩm 74,89 5 Than cám 4A t/tsp 3,20 3,25 98,52 6 Đá t/tsp 0,578 0,6 96,40 7 Số ca sản xuất ca 40 8 Năng suất sản phẩm tsp/ca 1,708 9 Tiêu hao quặng tq/tsp 4,826 10.1 Quặng/ca tấn Q/ca 8,24 10.2 Nguyên liệu −ớt/ca tấn NL/ca 16,99 10.3 Nguyên liệu −ớt/h tấn NL/h 2,123 11 Xỉ thải % 3,10 3 103,33 12 Tiêu hao điện Kwh/tsp 379,36 380 99,83 Ghi chú: Dự kiến 1-2% bột nằm trong buồng oxy hoá đến buồng bụi ch−a thu đ−ợc nh− vậy thực thu thực chất là từ 81-82%. 4.5. Nhận xét đánh giá : 4.5.1. Kết quả: Qua đợt chạy thử bột 90%ZnO bằng lò quay tại XN Luyện kim mầu II, đã đánh giá đ−ợc quy trình công nghệ cùng các chỉ tiêu KTKT. Yêu cầu để sản xuất cần quặng có hàm l−ợng Zn cao ≥17%; hàm l−ợng chì thấp; than hoàn nguyên đảm bảo về cỡ hạt; nhiệt l−ợng; đúng tiêu chuẩn than hoàn nguyên của Công ty đã ban hành; tỷ lệ phối liệu đúng, quặng phải gia công bảo đảm cỡ hạt quy định, liệu phải đ−ợc trộn và cấp đều vào lò đều đặn. Chế độ gió hợp lý phải thổi quạt áp lực để c−ờng hoá quá trình, nhiệt là phải đảm bảo, đồng thời cung cấp đủ oxy đặc biệt là ở buồng oxy hoá để phản ứng oxy hoá hơi kẽm triệt để. Bột túi vải đạt hàm l−ợng 90%ZnO đã đ−ợc khách hàng chấp nhận. L−ợng bột túi vải chiếm tỷ lệ 75% khối l−ợng sản phẩm đ−ợc để riêng, còn bột ở kênh phân phối và ống cong chiếm khoảng 25% đ−a vào trung hoà thành bột 58%Zn xuất cho Nhà máy kẽm điện phân Thái Nguyên. Sản xuất bột kẽm 90%ZnO bằng hệ thống lò quay đem lại hiệu quả cao hơn sản xuất bằng lò vêtơrin. Qua cải tiến thiết bị và công nghệ đã - Nâng công suất lò từ 700 tấn bột oxit lên 1000 tấn/năm. 33 - Chất l−ợng sản phẩm từ bột 60%Zn lên 72,3%Zn. - Cảc chỉ tiêu KTKT đều giảm so tr−ớc khi cải tạo. - Lò không còn hiện t−ợng kết bứu. - Môi tr−ờng lao động đã đ−ợc cải thiện đáng kể. Tuy nhiên chạy thử bột 90%ZnO V. Dự kiến các chỉ tiêu KTKT áp dụng vào thực tế sản xuất 5.1. Đánh giá khả năng áp dụng sản xuất bột oxit kẽm 90%ZnO bằng lò quay vào thực tiễn sản xuất Đất n−ớc ta đang trong thời kỳ hội nhập và phát triển, mức độ xây dựng cơ sở hạ tầng ngày một cao, các ngành công nghiệp có nhu cầu lớn bột oxit kẽm nh− chế tạo sơn; cao su; men gốm sứ v.v… là nhu cầu tất yếu của cuộc sống. Qua đợt chạy thử sản xuất đ−ợc 45,408 tấn bột 90%ZnO đạt chất l−ợng, giá bán trong tháng 11/2007 là 25 triệu đồng/tấn; chi phí sản xuất cho một tấn bột oxit kẽm 16,3 triệu đồng/tấn. Nếu so sánh với sản xuất bột 90%ZnO bằng lò Vêtơrin thì giá bán bột 90%ZnO là 27 triệu đồng/tấn, chi phí sản xuất hết 21,9 triệu. Nh− vậy sản xuất bột kẽm 90%ZnO bằng hệ thống lò quay đem lại hiệu quả cao hơn sản xuất bằng lò vêtơrin. Bảng 11: So sánh các chỉ tiêu KTKT sản xuất bột kẽm 90%ZnO bằng lò quay với lò Vêtơrin Tên chỉ tiêu ĐVT ĐM/TSP So sánh TT (1) (2) (3) (4) (5) Quặng vào lò Lò quay Lò Vêtơrin (5)=(3)/(4) % Hàm l−ợng %Zn 17±0,5 20±0,5 85 1 Tấn quặng khô tấn/24h 24 6 400 Sản phẩm tấn/tấn quặng 0,136 0,104 130,772 Hàm l−ợng kẽm %Zn 72,3 72,3 100,00 3 Thực thu % 80 52 153,85 4 Than hoàn nguyên t/tsp 3,25 3,7 87,84 5 Điện năng Kwh/tsp 380 500 76,00 6 N−ớc m3 12 6,5 184,62 34 7 Đơn giá luyện Triệu đ/tsp 16,3 21,9 74,42 5.2. Dự kiến các chỉ tiêu KTKT sản xuất bột oxit kẽm 90%ZnO 750 tấn/năm và 250 tấn bột 58%Zn/năm. Nguyên liệu sản xuất bột oxit kẽm gồm có: Quặng oxit kẽm; than cám hoàn nguyên; đá vôi, than củ sấy lò; than cám tăng nhiệt. Nhiên liệu gồm: điện; n−ớc. Căn cứ và quy mô sản xuất tính toán và cân bằng nguyên nhiên vật liệu kết hợp với thực tiễn sản xuất ta có bảng nhu cầu nguyên nhiên vật liệu sau: Bảng 12: Nhu cầu nguyên nhiên vật liệu TT Danh mục ĐVT Khối l−ợng Ghi chú 1 Quặng kẽm oxit (≥17%Zn) Tấn 5.791,6 2 Than cám 4A Quảng Ninh Tấn 3.900 3 Than củ Khánh Hoà Tấn 24 4 Than cám Khánh Hoà Tấn 156 5 Đá vôi Tấn 720 6 Điện Kwh 456.000 7 N−ớc m3 14.400 Bảng 13: Chỉ tiêu KTKT TT Danh mục ĐVT Dự kiến đinh mức I Quặng 1 Độ ẩm % <15 2 Hàm l−ợng kẽm % 15-17 3 Hàm l−ợng chì % 1.,5-3 II Sản phẩm 1 Hàm l−ợng kẽm % ≥72,3 2 Hàm l−ợng chì % ≤2 3 Tỷ lệ bột túi vải % 75 4 Tỷ lệ bột ống cong+phân phối % 25 III Th−c thu toàn bộ % 80 IV Năng l−ợng 1 Than 4A t/tsp 3,25 35 Tỷ lệ trộn Than 4A khô/quặng khô % 60-65 2 Than củ KH t/tsp 0,02 3 Than cám KH t/tsp 0,13 4 Đá t/tsp 0,6 Hàm l−ợng CaO % >50 Tỷ lệ trộn Đá/quặng % 11-12% 5 Điện năng kwh/tsp 380 6 N−ớc m3/tsp 12 7 Xỉ thải % <2 8 Thời gian làm việc Ngày 300 Bảng 14: Dự kiến chi phí sản xuất 750 tấn bột 90%ZnO/năm và 250 tấn bột 58%Zn/năm. TT Yếu tố chi phí Định mức SL vật t− Đơn giá Hệ số Thành tiền (1000 đ) 1 Tiền l−ơng 117,6258 1000 1.693,563 1 1.767.617,803 2 ăn ca 117,6258 1000 1.473,015 1 264.658,125 3 Bảo hiểm xã hội 7,0628 1000 170,691 0,19 204.829,410 4 Chi phí sử dụng TSCĐ 1000 526,289 1 631.546,703 5 Vật liệu phụ 285.697,758 6 Nhiên liệu 2.936.505,469 7 Điện, n−ớc 487.760 8 Chi phí khác 198.933,036 9 Quặng 9.518.059,70 Cộng chi phí luyện 16.295.608,00 Đơn giá bột oxit kẽm 16.295,61 VI. Xử lý môi tr−ờng 6.1. Xử lý khí thải Môi tr−ờng sinh ra khí gồm: Khí trong môi tr−ờng không khí từ khu vực nghiền sàng quặng, có chứa các hạt quặng, than, vôi và chủ yếu là silic. Khí lò sinh ra gồm các thành phần: CO2, N2, H2O, O2, các hạt bụi ZnO, PbO là chủ yếu. 36 Giải pháp để không cho các loại khí này không thoát ra ngoài gây ô nhiễm môi tr−ờng lao động và xung quanh là: Tại khu vực nghiền sàng quặng sẽ bố trí hệ thống hút khí trên miệng ra, vào của thiết bị và đ−ợc bố trí quạt hút dẫn khí chứa bụi tới hệ thống lọc bụi gồm các cyclon và buồng thu bụi túi vải lọc khí đạt tiêu chuẩn môi tr−ờng Việt Nam và đ−ợc thải ra ngoài theo ống khói cao 20m. Tại các kênh dẫn và buồng thu bụi túi vải th−ờng xuyên bố trí ng−ời trực nếu phát hiện có chỗ rò rỉ phải nhanh chóng xử lý bằng các giải pháp có sẵn để xử lý. Riêng buồng thu bụi túi vải đ−ợc bố trí khả năng thu bụi d− từ 3 cụm nên 4 cụm. Khi một cụm bị sự cố sẽ ngừng hoạt động, 3 cụm còn lại sẽ hoạt động bình th−ờng. Các thiết bị liên quan đến dẫn khí cũng đ−ợc thiết kế d−, có dự phòng nên bất kỳ một sự cố nào cũng sẽ đ−ợc khắc phục ngay, gây ảnh h−ởng đến môi tr−ờng rất thấp. 6.2. Xử lý n−ớc thải Môi tr−ờng n−ớc sử dụng trong các khu vực nh− sau: Sử dụng n−ớc để làm nguội các gối đỡ thuộc các thiết bị lò quay và các động cơ, làm nguội xỉ l−ợng dùng không đáng kể và dùng tuần hoàn. khi thiếu thì bổ xung thêm không thải ra môi tr−ờng bên ngoài. 6.3. Xử lý bã thải rắn Chủ yếu là xỉ lò gồm các ô xít FexOy, SiO2, CaO hầu nh− không có hại cho môi tr−ờng, có thể bán làm chất phụ gia xi măng, vật liệu xây dựng, dải đ−ờng. 37 Phần III: Kết luận và kiến nghị 1. Đề tài “Nghiên cứu cải tiến thiết bị và công nghệ sản xuất bột kẽm chất l−ợng cao bằng lò quay” do Công ty TNHHNN một thành viên Kim loại mầu Thái Nguyên thực hiện, với đối t−ợng nghiên cứu là công nghệ và thiết bị sản xuất bột oxit kẽm 60%Zn hiện có của Công ty. 2. Kết quả nghiên cứu 2.1. Đã tiến hành Nghiên cứu cải tiến thiết bị và công nghệ sản xuất bột kẽm chất l−ợng cao bằng lò quay thu đ−ợc các chỉ tiêu KTKT chính sau: Bảng 15: Các chỉ tiêu KTKT chính TT Danh mục ĐVT Số l−ợng 1 Số ca sản xuất ca 40 2 Số quặng vào sản xuất (khô) Kg 329.681,71 3 Than cám 4A (khô) Kg 218.724,054 4 Đá (khô) Kg 39.508,26 5 Điện Kwh 25.913,37 6 Bột túi vải (72,65%Zn) Kg 45.408 7 Bột kênh phân phối (61,35%Zn) Kg 1.747 8 Bột ống cong (54,08%Zn) Kg 21.154 8 Thực thu toàn bộ % 79,37 9 Thực thu túi vải % 60,37 11 Tiêu hao than hoàn nguyên Tấn/Tấn bột 3,20 12 Tiêu hao đá Tấn/Tấn bột 0,578 13 Tiêu hao điện Kwh/Tấn bột 379,36 14 Tiêu hao quặng Tấn/Tấn bột 4,826 15 Năng suất sản phẩm Tấn/ca 1,708 2.2. Đã xác định, xây dựng đ−ợc quy trình công nghệ sản xuất bột ôxit kẽm 90%ZnO bằng lò quay. 2.3. Đã xây dựng đ−ợc các thông số kỹ thuật và các chỉ tiêu KTKT sản xuất bột 90%ZnO bằng lò quay của Công ty TNHHNN MTV Kim loại mầu Thái Nguyên. Đã dự kiến các chỉ tiêu KTKT và chi phí sản suất cho Nhà máy sản xuất bột ZnO công suất 750 tấn bột 90%ZnO/năm và 250 tấn bột 60%Zn/năm. 38 Bảng 16: Yêu cầu chất l−ợng sản phẩm Mác bột oxít kẽm Zn Pb Tạp chất khác Kẽm oxit loại I ≥ 90% ≤4% Không khống chế Kẽm oxit loại II ≥58% ≤6% Không khống chế 3. Lợi ích của đề tài Với việc Nghiên cứu cải tiến thiết bị và công nghệ sản xuất bột kẽm chất l−ợng cao bằng lò quay. Bột ZnO đ−ợc sử dụng đa dạng trong nền kinh tế quốc dân, trong các ngành nh− cao su; giấy; sơn vv..., làm nguyên liệu cho sản xuất kẽm thỏi. Sử dụng nguồn nguyên liệu, thiết bị sẵn có tại địa ph−ơng, cải thiện môi tr−ờng lao động, góp phần tạo công ăn việc làm và đóng góp vào sự phát triển Công ty. 4. Kiến nghị Với các kết quả đề tài đạt đ−ợc đề nghị Bộ Công Th−ơng xem xét cho nâng cấp đề tài lên cấp P, để Công ty chúng tôi có điều kiện nghiên cứu thí nghiệm thêm. Nhằm mục đích giảm các chỉ tiêu tiêu hao, nâng cao sức cạnh tranh và giá trị kinh tế của sản phẩm. Đ−a đề tài vào sản xuất thực tế của Công ty chúng tôi nói riêng và áp dụng vào sản xuất ở Việt Nam nói chung. 39 Tài liệu tham khảo TT Tên tài liệu và tác giả 1 Sách tra cứu tóm tắt luyện các kim loại màu - ng−ời dịch: Lê Văn Chúc; Nguyễn Khắc L− - Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật. 2 Hoá học đại c−ơng - Đại học Bách Khoa Hà Nội. 3 Lý thuyết các quá trình luyện kim - Thuỷ luyện – Lê Xuân Khuông; Tr−ơng Ngọc Thận. Nhà xuất bản giáo dục-1997 4 Luyện kim mầu và quý hiếm - GS.TS. Đinh Phạm Thái, PGS.PTS. Lê Xuân Khuông, PGS.PTS. Phạm Kim Đĩnh - Nhà xuất bản giáo dục, xuất bản năm 1996. 5 Kỹ thuật luyện kim ngày nay - Văn Ngọc biên dịch - Nhà xuất bản Lao động - Hà Nội - 1971 6 Luyện kẽm - Phùng Viết Ng− ; NXB đại học và trung học chuyên nghiệp 1981 7 Tài liệu của Công ty kim loại mầu Thái Nguyên 40 Phụ lục 1. Quy trình sảnxuất bộit 90%ZnO bằng lò vêtơrin Than cám Quặng kẽm ô xít ≥20%Zn Khí + bụi Xỉ thải Sản phẩm Sơ đồ công nghệ luyện bột 90%ZnO bằng lò vêtơrin Quy trình thao tác kỹ thuật luyện bột ôxít kẽm 90%ZnO bằng lò vêtơ rin nh− sau: * Chuẩn bị nguyên nhiên vật liệu: 1- Quặng kẽm phải đ−ợc nghiền sàng đảm bảo độ hạt ≤ 5 mm. Chất l−ợng quặng phải đảm bảo: ≥20%Zn, tỉ lệ Pb:Zn phải ≤ 1: 15. Nghiền < 10 mm Phối liệu và trộn Luyện lò vêtơrin 11000C Làm nguội Thu bụi Nhập kho Khí thải 41 2- Than hoàn nguyên và than đốt đảm bảo %C > 75%, chứa ít l−u huỳnh, không lẫn đất đá tạp. Than hoàn nguyên đảm bảo cỡ hạt ≤ 5 mm. Than đốt đảm bảo cỡ hạt > 25 mm. * Thao tác trộn liệu Mục đích: Làm cho các phối liệu đồng đều về thành phần làm cho các hạt than cám hoàn nguyên và các hạt quặng kẽm tiếp xúc tốt với nhau, khi hoàn nguyên trong lò, kẽm sẽ hoàn nguyên triệt để. Ng−ợc lại nếu phối liệu không đ−ợc trộn đều ở vị trí ít than nhiều quặng phản ứng hoàn nguyên sẽ xảy ra rời rạc, chậm chạp và kẽm trong phối liệu chỗ đó không đ−ợc hoàn nguyên theo đúng yêu cầu, gây mất mát nhiều kẽm theo xỉ. Cho n−ớc vào trong phối liệu là để chống bay bụi. Khi nạp phối liệu vào lò, d−ới tác động của nhiệt độ, n−ớc bay hơi để lại các lỗ xốp, quá trình vận hành cột liệu thông gió tốt, nếu cho nhiều n−ớc quá gây mất mát lớn nhiệt của lò. Để đảm bảo các mục tiêu trên khi trộn liệu phải thực hiện đúng các thao tác sau đây: - Trộn liệu thủ công 1-Tr−ớc khi trộn liệu phải vệ sinh sạch sẽ khu vực trộn liệu, kiểm tra lại cân cho chính xác. 2-Quặng và than hoàn nguyên đ−a vào trộn phải đảm bảo các tiêu chuẩn về chất l−ợng và cỡ hạt. 3-Quá trình phối liệu phải đảm bảo lấy đúng, cân đúng trọng l−ợng các thành phần phối liệu do cán bộ kỹ thuật ghi trong sổ phối liệu. 4-Ph−ơng pháp trộn liệu là rải thành từng l−ợt: một l−ợt quặng, một l−ợt than, một l−ợt bụi hồi liệu (nếu có), diện tích rải liệu tuỳ ý nh−ng không đ−ợc cao quá 200 mm. 5- Dùng xẻng xúc trộn phối liệu sang hai bên thành hình chóp nón (Khi đảo trộn phải xúc sát nền), xúc trộn nh− vậy 3 lần đảm bảo cho liệu đồng đều về thành phần (mầu sắc của liệu đồng đều). 6- Phun n−ớc vào phối liệu, đảm bảo độ ẩm của phối liệu từ 8-10 % 42 (8-12 lít n−ớc cho 100 kg quặng tuỳ thuộc vào độ ẩm ban đầu của quặng và than hoàn nguyên). Sau khi phun n−ớc trộn −ớt 2-3 lần thật đều, liệu trộn xong phải đảm bảo độ xốp ẩm đồng đều. 7- Quá trình xúc trộn và vận chuyển liệu phải đảm bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp sau: + Khi vận chuyển không để rơi vãi phối liệu trên đ−ờng vận chuyển. + Khi vận chuyển nguyên nhiên vật liệu chú ý không để xe va quệt vào ng−ời và thiết bị khác. Khi đ−a xe vào và ra khỏi cân phải nhẹ nhàng, cẩn thận tránh để xe va đập mạnh vào cân và cân khi đó phải để ở vị trí đóng . + Khắc phục mọi nguyên nhân gây bay bụi làm mất vệ sinh môi tr−ờng. Sau khi hết ca sản xuất phải vệ sinh khu vực làm việc sạch sẽ, sắp xếp các dụng cụ thao tác, thiết bị gọn gàng đúng nơi qui định. + Công nhân làm việc nhất thiết phải sử dụng các trang bị bảo hộ cá nhân đầy đủ ( khẩu trang, giầy da, gang tay. . . ) + Không đ−ợc ăn, uống, hút thuốc ở khu vực làm việc. Tr−ớc khi ăn ca, sau ca làm việc công nhân làm việc ở khu vực này phải vệ sinh cá nhân sạch sẽ. - Trộn liệu bằng máy trộn ruột xoắn: 1- Tr−ớc khi trộn liệu phải kiểm tra lại toàn bộ hệ thống máy trộn, thùng cánh lật, động cơ, hệ thống cấp điện theo qui trình vận hành máy trộn, xem đã đảm bảo an toàn ch−a. 2- Các b−ớc chuẩn bị nguyên, nhiên liệu thực hiện nh− ph−ơng pháp trộn liệu thủ công. 3- Rải từng lớp vào thùng chứa cánh lật theo thứ tự: một lớp quặng, một lớp than hoàn nguyên, một lớp hồi liệu (nếu có ). . . 4- Vận hành máy trộn ruột xoắn, mở từng cửa cánh lật cho phối liệu chảy xuống máy trộn ruột xoắn, phun n−ớc đảm bảo độ ẩm từ 8-10 %. 5- Các b−ớc vận hành thiết bị phải tuyệt đối tuân theo quy trình vận hành thiết bị đảm bảo an toàn cho ng−ời và thiết bị, đảm bảo vệ sinh công nghiệp. * Thao tác đốt luyện: 1- Thao tác đánh xỉ: 43 - Tr−ớc khi đánh xỉ lò, tắt quạt hút và quạt đẩy, đóng van khói vào buồng thu bụi túi vải, mở nắp thoát của hàng ống chữ A đầu tiên để tránh các tạp tro lẫn vào sản phẩm. - Đầu tiên đánh một đ−ờng thẳng từ cửa lò vào đến chân t−ờng ngăn,chia mảng xỉ thành hai phần bằng nhau, sau đó đánh sang hai bên, phải đánh sạch xỉ trên mặt ghi, bốn chân t−ờng, đảm bảo thoáng trên toàn bộ diện tích mặt ghi để quá trình thông gió đều trên toàn bộ diện tích mặt ghi. - Đánh xỉ xong, đ−a xe cải tiến vào cửa lò cào sạch xỉ vào xe đ−a ra đổ vào nơi quy định. - Sau hai mẻ mở buồng tro cào sạch xỉ gầm ghi để quá trình thông gió đ−ợc đảm bảo. - Thao tác đánh xỉ phải nhanh, gọn, chính xác thời gian đánh và cào xỉ từ 15-20 phút phải xong, phải đánh xỉ đồng thời ở các cửa trên cùng một hệ thống. 2- Thao tác nạp than đốt: - Sau khi cào sạch xỉ xong phải nhanh chóng nạp than đốt vào lò, than đốt phải đảm bảo cỡ hạt theo tiêu chuẩn. - Nạp than đốt phải đảm bảo phủ đều trên mặt ghi, phủ kín mặt ghi và phẳng đều, thời gian nạp than đốt vào lò tối đa là 5 phút. - Chạy quạt đẩy, cấp 30-60 % l−ợng gió vào lò để đốt than, bảo đảm cho than cháy hồng đều trên toàn bộ diện tích mặt ghi, thời gian đốt tối đa là 15 phút, phải điều chỉnh van gió để các lò trong hệ thống cháy đều nhau. 3- Thao tác nạp liệu: - Giảm gió cấp vào lò còn từ 10-20 %. - Dùng xẻng xúc liệu vào lò, liệu phải rải đều trên mặt than, rải lần l−ợt từ trong chân t−ờng và hai bên chân t−ờng rải ra, tránh để liệu keo lên chân t−ờng, mặt liệu lồi lõm quá kớn, phối liệu phải nhẹ nhàng, rải thật đều thành từng đợt, không để thành từng đống, ụ hoặc giật cục làm cho cột liệu bị nén mạnh. Thời gian nạp liệu vào lò là 5 phút, nạp liệu đồng đều ở tất cả các cửa trong một hệ thống. - Chạy quạt đẩy cấp gió để nâng nhiệt dần dần cho lò bằng cách điều chỉnh l−ợng gió vào lò từ 30- 50 % để than cháy sáng, phát nhiệt mặt liệu hồng đều, thời gian có thể kéo dài 40-50 phút, nhiệt độ cuối giai đoạn này xấp xỉ 9000 C. 44 Chú ý: Khi thấy bụi bắt đầu bay ra thì đống nắp ống cong lại, chạy quạt hút đ−a khí vào buồng thu bụi túi vải. 4- Thao tác hoàn nguyên- ôxy hoá: - Giai đoạn này kẽm bắt đầu hoàn nguyên và ôxy hoá mạnh trong lò, cần phải tăng nhiệt độ lên cao hơn nữa, muốn vậy l−ợng gió cấp vào trong lò phải tăng dần từ 50-80%, thời gian kéo dài 40 phút, nhiệt độ mặt liệu trong giai đoạn này lên đến 1150 0C - 12000C. - Tiếp tục cấp gió từ 80-100% để c−ờng hoá quá trình cháy, nhiệt độ mặt liệu sáng trắng, quá trình hoàn nguyên, ô xy hoá rất mãnh liệt, nhiệt độ mặt liệu duy trì từ 1150 0C-12000C. Thời gian có thể kéo dài đến 60 phút. - Điều chỉnh van gió để các buồng trong cùng hệ thống cháy đều nhau. - Điều chỉnh van gió quạt hút để lò âm ( bụi không phì ra cửa lò ). - Sau khi bột kẽm bốc mạnh, cứ 15-20 phút đảo liệu một lần, đảo liệu chỉ thay đổi bề mặt phía trên của liệu, không đ−ợc đảo liệu xuống đến lớp than đốt, khi đảo liệu phải chú ý san mặt liệu để khí bốc đồng đều. - Phải điều chỉnh l−ợng gió vào lò, van quạt hút, mở cửa hút khí ở buồng ôxi hoá hợp lý để hoàn nguyên và ôxi hoá bột kẽm đ−ợc tốt, nhiệt độ buồng ôxy hoá khống chế từ 600-8000C. - ở giai đoạn cuối, quá trình hoàn nguyên giảm đi rõ rệt, xỉ đông kết, nếu thấy bột kẽm không còn bốc lên thì tắt lò để chuyển sang luyện mẻ sau. * Qui cách bột kẽm sản phẩm: Bột sản phẩm phải mịn, trắng, khô, không lẫn đất đá, cọng chổi, gỉ sắt. Bột sản phẩm đ−ợc chia làm hai loại: loại I và loại II . + Bột loại I: Có hàm l−ợng ≥ 90% ZnO, ≤ 4% Pb. + Bột loại II: Có hàm l−ợng ≥ 80% ZnO, ≤ 12% PbO. * An toàn lao động trong quá trình đốt luyện: - Trong quá trình đốt luyện, các dụng cụ thao tác mới sử dụng ở lò ra rất nóng phải để đúng nơi qui định để tránh làm bỏng ng−ời qua lại. - Chú ý điều chỉnh các van gió để đảm bảo khí lò không phì ra cửa lò gây độc hại cho công nhân trong khu vực. 45 - Trong quá trình làm việc, phải mang đầy đủ trang bị an toàn và bảo hộ cá nhân: Giày da,mũ, gang tay, quần áo, kính. . . - Tr−ớc khi đi ăn ca và sau ca làm việc phải vệ sinh cá nhân sạch sẽ để hạn chế tối đa xâm nhiễm chì vào cơ thể. - Không đ−ợc uống n−ớc, hút thuốc trong khu vực thao tác. - Th−ờng xuyên kiểm tra hệ thống quạt gió để kịp thời phát hiện sự cố tránh gây h− hỏng nặng cho quạt. - Buồng thu bụi túi vải bị phì hở, túi thu bụi bị thủng rách phải xử lý kịp thời để tránh bay bụi ra ngoài gây mất mát sản phẩm, ô nhiễm môi tr−ờng. Khi xử lý buồng bụi nhất thiết phải có hai ng−ời trở lên. * Thao tác thu bụi túi vải 1- Công tác chuẩn b:ị - Tr−ớc mỗi đợt luyện đều phải kiểm tra điều chỉnh lại thiết bị thu bụi gồm: đ−ờng dẫn khí, bụi, các van, các mặt bích để xử lý kịp thời. - Kiểm tra buồng thu bụi túi vải, độ căng của túi, xem túi có bị thủng tuột chỉ 2- Chỉ tiêu kỹ thuật của quá trình thao tác thu bụi: a- Chỉ tiêu về nhiệt độ: Nhiệt độ khi vào buồng thu bụi túi vải là 80-1000C, nếu cao quá sẽ dễ bị cháy túi thu bụi, nếu nhiệt độ trong buồng thu bụi quá thấp, bụi bị ẩm gây bí túi. b- Chu kỳ đập bụi: - Sau mỗi mẻ luyện rung rũ túi vải một lần, kiểm tra xem túi nào thủng hoặc tuột chỉ thì phải thay. Trong quá trình luyện nếu túi bí thì phải rung rũ kịp thời. - Gõ bụi ống cong mỗi ca một lần ở thời điểm đánh xỉ và nạp liệu. Khi gõ bụi ống cong phải ngừng quạt hút. c- Chu kỳ lấy bụi: - Tuỳ theo mô hình tổ chức sản xuất theo ka hay kíp mà định chu kỳ lấy bụi cho hợp lý. Nếu sản xuất theo ka thì mỗi ca lấy bụi ở buồng thu bụi túi vải một lần, nếu tổ chức theo kíp thì mỗi ngày hai lần. Bụi này đ−ợc đóng bao và bảo quản ở kho thành phẩm. - ở các vị trí khác nh− buồng lắng, kênh dẫn, ống cong. . . thực hiện lấy bụi 10 ngày một lần, không để bụi quá nhiều làm tắc đ−ờng dẫn khí. 46 - Bụi lấy đ−ợc ở các vị trí sau khi lấy mẫu phân tích sẽ phân loại theo từng loại sản phẩm theo tiêu chuẩn. 3- Những sự cố có thể xảy ra trong quá trình thu bụi và cách khắc phục: a- Nhiệt độ ở buồng thu bụi túi vải cao quá qui định: - Gõ sạch bụi ở ống cong để khí trao đổi với môi tr−ờng bên ngoài đ−ợc tốt hơn. - Nếu quạt hút quá mạnh ( lò quá âm ) thì đóng bớt van quạt hút lại. - Nếu nhiệt độ của lò quá cao ( > 12000C ), phải giảm bớt nhiệt độ của lò. b- Túi vải bị tuột rách: - Tắt quạt buộc lại túi vải bị tuột rách xong lại tiếp tục chạy xong mẻ thì thay túi đó. - Bột phì ra ở các mặt bích ống ngang, bầu quạt, khu vực ống cong. . . phải xử lý kịp thời để không mất mát bột ôxít kẽm, gây ô nhiễm môi tr−ờng. 4- An toàn lao động trong quá trình thu bụi : - Khi xử lý túi vải bị tuột rách,phải tắt quạt mới lên xử lý. Khi xử lý phải mang đầy đủ trang bị phòng hộ cá nhân: Quần áo, giày da, mũ, khẩu trang gang tay, mặt nạ chống độc. . . Khi thao tác trên buồng bụi phải có từ hai ng−ời trở lên. - Khi rung rũ túi vải và lấy bột xong phải vệ sinh cá nhân sạch sẽ để hạn chế nhiễm độc chì vào cơ thể. - Khi thu bụi và vận chuyển bụi,không để rơi vãi ra môi tr−ờng xung quanh làm mất vệ sinh môi tr−ờng và mất mát sản phẩm.