2.2. Công nghệ sản xuất điôxit zircôn ZrO2 kỹ thuật

   Điôxit zircôn là một trong những nguyên liệu quan trọng trong lĩnh vực vật liệu nói chung và gốm cao cấp nói riêng. Loại vật liệu này đã và đang được sử dụng nhiều để làm men màu cho gốm sứ, vật liệu chịu lửa, gạch lỗ xả trong công nghệ đúc thép, bi nghiền có tỷ trọng cao, lớp phủ cách nhiệt, gốm điện tử và gốm cao cấp… Tổng lượng tiêu thụ điôxit zircôn ước tính khoảng 36.000 tấn mỗi năm.

   Năm 1978 đánh dấu một bước ngoãt lớn trong công nghệ gốm khi các nhà khoa học phát hiện ra loại vật liệu gốm ZrO2 có cấu trúc têtragônal (T – ZrO2) có tỷ trọng và độ bền cơ vượt trội so với loại gốm cấu trúc thông thường. Để ổn định pha tạo dạng têtragônal cần bổ sung vào ZrO2 một số ôxít MgO, CaO, Y2O3, CeO2 hoặc Al2O3.

   Tiếp cận những kết quả khoa học của nước ngoài, năm 2002 nhóm đề tài đã nghiên cứu thành công việc chế tạo bột gốm ZrO2 có chất ổn định CeO2 14% mol theo phương pháp đồng kết tủa. Phương pháp này tạo được bột gốm T – ZrO2 có tính khả ép và khả thiêu cao, cho chất lượng gốm tốt và ổn định. Từ bột gốm T – ZrO2, đã chế tạo thử bi nghiền, khối lượng riêng của bi thành phẩm khá cao tới 5,86, tương đương 97,6% (tương đương khối lượng riêng lý thuyết). Điều đó chứng tỏ rằng, bột gốm zircôn điôxit sản xuất từ nguồn khoáng zircôn trong nước hoàn toàn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật để chế tạo loại bi nghiền cao cấp (khối lượng riêng cao).

   Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu bước đầu, năm 2003 trung tâm tiếp tục tiến hành nghiên cứu công nghệ chế tạo bột zircôn điôxit có chất ổn định canxi. Gốm ZrO2 – CaO có ưu điểm là bền ở nhiệt độ cao, chịu được sốc nhiệt, chịu mài mòn tốt. Từ bột gốm này đã chế tạo thử phễu rót thép trong công nghệ đúc liên tục. Sản phẩm dùng thử đã khẳng định được chất lượng, giá thành và được thị trường chấp nhận. Quy trình công nghệ sản xuất ZrO2 thể hiện ở hình 2.

Sản xuất có chất ổn định
Hình 2. Quy trình công nghệ sản xuất điôxit zircôn kỹ thuật có chất ổn định

   Theo quy trình công nghệ được thiết lập, tinh quặng zircôn qua công đoạn nghiền, xử lý phân cấp hạt được trộn đều với NaOH theo hệ số tỷ lượng 1:1,25. Sau dó được nấu chảy trong lò ở nhiệt độ 670°C trong khoảng 3 giờ. Sản phẩm sau khi nấu chảy được hoà tách bằng nước để loại bỏ dung dịch natrisilicat tan trong nước (Na2SiO3); NaOH dư và NaAlO3. Phần rắn thu được sau khi lắng, lọc bao gồm natri zircônat (Na2ZrO3). Các natrisilicô zircônat (Na2ZrSiO5, Na2ZrSiO7; Na4ZrSi2O12) và một số tạp chất khác như Na2TiO3; Na2OFe2O3. Phần rắn này được đem đi hoà tách bằng axit clohyđric HCl (25÷28%) để hoà tan các hợp chất chứa zircôn vào dung dịch. Zircôn sẽ hoà tan vào dung dịch ở dạng muối zircôn ZrOCl2. 8H2O, sau đó tiến hành lắng và lọc dung dịch để loại bỏ bã gồm có SiO và ZrSiO4 chưa phân hủy. Tuy nhiên silic tồn tại dưới dạng H2SiO3 nên rất khó tách. Để đảm bảo tránh việc tạo thành keo silic khó lọc, đã bổ sung công đoạn sấy ở nhiệt độ 1200°C nhằm chuyển dạng hợp chất silic.

   Từ dung dịch muối zircôn ZrOCl2.8H2O thu được, tiến hành kết tủa sunphat kiềm. Sau khi lọc, rửa đồng kết tủa với các chất ổn định Ca hoặc Ce. Sản phẩm thu được sau khi lọc, rửa, sấy và nung ở nhiệt độ > 850°C, thu được bột ZrO2 kỹ thuật (96 – 97)% có chất ổn định.

   Để có thể triển khai công nghệ này ra quy mô lớn hơn, các cán bộ khoa học của Viện đã thiết lập được giải pháp công nghệ và thiết bị thích hợp để tiến hành sản xuất thử nghiệm sản phẩm ZrO2 từ nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước.

   Hiện tại, nhóm đề tài đang tiến hành triển khai dự án xây dựng dây chuyền công nghệ và thiết bị sản xuất ZrO2 có chất ổn định với quy mô 20 tấn sản phẩm/năm nhằm đáp ứng bước đầu cho việc chế tạo phễu rót thép và bi nghiền cao cấp. Sản phẩm chế tạo ra trên hệ thống thiết bị của Viện có chất lượng đảm bảo yêu cầu và giá thành thấp hơn giá nhập sản phẩm của Hãng SAINT – GOBAIN ZlPRO (Pháp). Sau khi thử nghiệm thành công trên quy mô pilốt, nhóm đề tài có kế hoạch triển khai ra quy mô sản xuất công nghiệp loại sản phẩm này.

   Nhằm mục đích phục vụ nhu cầu trong nước, nhóm đề tài đã nghiên cứu công nghệ sản xuất dung dịch sơn khuôn đúc trên nền zircôn, bentônit và một số nguyên liệu sẵn có khác cung cấp cho ngành đúc – luyện kim. Sản phẩm chế thử của nhóm đã được khẳng định về chất lượng và giá thành bởi một số cơ sở đúc trong nước. Đây cũng là một hướng phát triển có nhiều triển vọng về việc ứng dụng sản phẩm zircôn – nguồn nguyên liệu quý của đất nước.

3. Kết luận

   Những kết quả nghiên cứu và triển khai công nghệ của nhóm đề tài đã khảng định tính khả thi xây dựng được hệ thống thiết bị và quy trình công nghệ thích hợp để sản xuất từ tinh quặng zircôn tạo ra các sản phẩm zircônit dùng chế tạo men frit và một số loại sản phẩm bột gốm ZrO2 có chất ổn định Ca, Ce để chế tạo vật liệu gốm cao cấp đáp ứng nhu cầu trong nước. Với nguồn tài nguyên sa khoáng biển dồi dào trong đó chứa một lượng khoáng zircôn với số lượng lớn và giá trị, hiện nay đang xuất khẩu với nguồn thu chưa tương xứng. Để giải quyết vấn đề này cần kết hợp công nghệ tuyển khoáng và công nghệ hoá học để tạo ra các sản phẩm có tính năng ưu việt và có giá trị kinh tế cao. Chúng ta hoàn toàn tin tưởng vào khả năng công nghệ trong nước khi được đầu tư đúng sẽ phát triển được công nghệ chế biến tổng hợp nguồn sa khoáng biển, đồng thời làm gia tăng giá trị nguồn tài nguyên khoáng sản của đất nước.

Tài liệu tham khảo

  1. Cao Đình Thanh, Thái Bá Cầu và cộng sự, Kết quả nghiên cứu công nghệ sản xuất zircônit từ sa khoáng ven biển Việt Nam, Tạp chí Hoá học, T39, số 4, 2001.
  2. Bùi Văn Hưng, Cao Đình Thanh và cộng sự, Nghiên cứu sản xuất ZrO2 99% và zircôn chất lượng cao, Báo cáo đề tài cấp Bộ, Hà Nội, 1991
  3. Vũ Thanh Quang, Cao Đình Thanh và cộng sự, Nghiên cứu công nghệ phân hủy chọn lọc lạp khoáng ilmênhit, rutin và mônazit trong tinh quặng zircôn Việt Nam, Tạp chí Hoá học, T.41, số 2, 2003
  4. Cao Đình Thanh, Ngô Văn Tuyến và cộng sự, Kết quả thực hiện đề tài cấp Bộ: “Xây dựng dây chuyền sản xuất điôxit zircôn có chất ổn định canxi và xêri”, Hà Nội, 2005

Bình luận

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>