NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ MAGIE OXIT TỪ DOLOMIT VÀ NƯỨC ÓT

 

Nghiêm Thị Hiển, và các cộng tác viên

 

Summary

The technological process of production of activated MgO from two materials: dolomite and mother water of production of salt was studied.

The obtained results affirm that the process of preperation is suitable. A pilot production using 0,5T of dolomite was carried out.

I. MỞ ĐẦU

Magie oxit (MgO) là một oxit quan trọng, dùng trong nhiều ngành công nghiệp. Hàng năm nước ta phải nhập toàn bộ lượng magie oxit từ thị trường nước ngoài nhằm thoả măn yêu cầu này.

Trong khi đó nước ta có nhiều loại khoáng sản như dolomit, secpentin, talc... và nguồn tài nguyên nước biển, nước ót đều là nguyên liệu điều chế MgO. Thanh Hoá, Bắc Thái, Vĩnh Phú... là nơi có mỏ dolomit đă được đánh giá và khai thác với sản lượng dồi dào, chất lượng tốt. Dọc theo bờ biển nước ta có 21 tỉnh làm nghề muối, sản lượng muối hàng năm tới 1 triệu tấn. Nước ót là'nước thải của quá tŕnh làm muối, cứ sản xuất 1 tấn muối th́ thu được 0,5m3 nước ót.

Bởi vậy, nếu ta phối hợp việc sử dụng quặng dolomit và nước ót để sản xuất MgO th́ có thể đáp ứng được một phần nhu cầu tiêu thụ MgO ở nước ta.

II. PHẦN TỔNG QUAN

MgO là chất bột xốp và trắng như tuyết có trọng lượng riêng 3,19 -3,71 (tuỳ theo nhiệt độ điều chế) và nhiệt độ nóng chảy cao hơn 2500oC, hầu như không tan trong nước (8,4. 10-4% ở 18oC).

MgO Có 2 dạng do chế độ nung bán thành phẩm Mg(OH)2 quyết định [1]:

+ MgO hoạt tính thu được khi độ nung Mg(OH)2 ờ nhiệt độ thấp (700oC):

                 Mg(OH)2 ® MgO + H2O­

+ MgO thiêu kết, có được khi nung Mg(OH)2 ở nhiệt độ cao (1600oC):

                 Mg(OH)2 ®  MgO + H2O

MgO hoạt tính được dùng làm chất phụ gia trong công nghiệp chế biến cao su làm chất hấp phụ trong chế biến dầu mỏ; MgO là nguyên liệu làm xi măng xoren, từ đó làm thành các sản phẩm như tấm lợp mái nhà, vách ngăn nội thất, bàn ghế. . . thay cho gỗ.

MgO thiêu kết là nguyên liệu để làm gạch chịu lửa dùng để xây các ḷ luyện thép, ḷ sản xuất xi măng, các vật liệu chịu lửa..

Trên thế giới, MgO được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, theo nhiều phương pháp công nghệ khác nhau [1].

Một số nước có nguồn quặng magezit (MgCO3) giầu như Trung Quốc (5 tỷ tấn), Triều Tiên (2 tỷ tấn), Mỹ (65 triệu tấn), Áo, Ấn Độ... đều sản xuất MgO từ magezit:

                MgCO3 ® MgO + CO2­

Một số nước khác như Nhật và Mỹ ( cho 65% nhu cầu ) th́ khai thác MgO từ nước biển v́ trong nước biển hàm lượng Mg++ có tới 1,3 g/l.

Riêng Liên Xô (cũ) c̣n khai thác MgO từ các hồ nước mặn như Xivaxki. Phương pháp sản xuất MgO từ quặng dolomit và nước biển (hoặc nước ót) cũng đă được triển khai trên dây chuyền công nghệ ở nhà máy "Kaisel: - Refractore" (Mỹ) hoặc ở Liên Xô (cũ).

nước ta, nguồn quặng magezit hầu như không có, nên chỉ có thể khai thác MgO từ các loại quặng như: dolomit (CaCO3,MgCO3), secpentin (3MgO.2SiO2.2H2O), hoặc quặng talc (3MgO.4SiO2) hay từ nước biển, nước ót [3,4].

Chúng tôi chọn phương pháp điều chế MgO từ nguồn quặng dolomit và nước ót đă nghiên cứu, sản xuất thử mẻ lớn, qua đó xây dựng một dây chuyền công nghệ sản xuất ổn định.

III. PHẦN THỰC NGHIỆM

1. Phân tích thành chần hoá học của nguyên liệu:

a- Quặng dolomit.

Dolomit Thanh Hoá là loại tốt, có thành phần hoá học như sau (%) :

MgO

CaO

Al2O3

Fe2O3

P2O5

SO3

Mn

TiO2

19

32

0,13

0,2

0,045

0,025

0,122

vết

b- Thành phần hoá học của nước ót:

Hàm lượng các loại muối trong nước ót rất cao, tổng lượng muối khoảng 300 g/l, thành phần chủ yếu là MgCl2:

Nước ót nồng độ 30o Bé có thành phần (g/l):

MgCl2

MgSO4

KCl

NaCl

166,2

68,9

23,3

98,8

2- Xử lư nguyên liệu:

a- Xử lư quặng dolomit bằng cách nung phân huỷ hoàn toàn:

Chúng tôi chọn cách nung phân huỷ hoàn toàn quặng dolomit [1] ở nhiệt độ 910oC, khi đó:

                    MgCO3,CaCO3 = MgO + CaO + CO2 - 74 Kcal

Phản ứng trên đây diễn ra qua 2 giai đoạn:

- Khi nhiệt độ nung tăng đến 730oC, dolomit phân huỷ tạo ra MgO và dung dịch rắn cacbonat:

                    nMg Ca(CO3)2 = (n-1) MgO + MgCO3. nCaCO3 + (n-1) CO2­

- Khi nhiệt độ tiếp tục tăng đến 910oC dung dịch rắn cacbonat bị phân huỷ .

                    MgCO3.nCaCO3 = MgO + nCaO + (n+1) CO2­

Chúng tôi đă tiến hành nung dolomit ở nhiệt độ 910oC trong 3 giờ được hỗn hợp oxit có thành phần (%): CaO: 53,84 ,       MgO: 30,76

Hỗn hợp oxit tạo thành đem tôi với nước theo tỷ lệ R/L =1/5 được sữa dolomi

                    [1] MgO +CaO + 2H2O = Mg(OH)2 + Ca(OH)2

Huyền phù sữa được pha loăng đến tỷ lệ R/L = 1/7 khuấy trộn, lắng tạp chất không tan, lấy sữa mịn có tỷ trọng 10 - 14o

b- Làm sạch nước ót

Trong nước ót có thành phần SO4-- (55,12 g/l) phải loại bỏ để tránh tạo thành CaSO4 lẫn vào bán thành phẩm Mg(OH)2 gây nhiễm bẩn sản phẩm MgO, muốn vậy chúng tôi dùng CaCl2 để kết tủa toàn bộ SO4-- trong nước ót, khi đó xảy ra phản ứng:

                    MgSO4 + CaCl2 ® MgCl2 + CaSO4¯

Tiến hành lọc tách, để loại bỏ kết tủa CaSO4 này ta được nước ót sạch.

3. Phản ứng kết tủa Mg(OH)2

Xét phản ứng kết tủa Mg(OH)2 tư sữa dolomi và nước ót:

                Mg(OH)2 + Ca(OH)2 + MgCl2 = 2Mg(OH)2 + CaCl2

Do độ tan của Mg(OH)2 rất nhỏ (5,5.10-12 ở 25oC) Và độ tan của Ca(OH)2 lớn (1,6 g/l ở 25oC) nên phản ứng trên diễn ra theo chiều tạo thành Mg(OH)2.

Muốn nhận được dạng kết tủa Mg(OH)2 xốp, dễ lọc rửa, ít bị nhiễm bẩn CaCl2, Phải tuân thủ một số điều kiện sau [1,2]:

- Dung dịch sữa dolomi phải loăng, mới điều chế để tránh bị cácbônát hoá

- Khuấy trộn trong suất thời gian phản ứng.

- Nạp dần sữa vào dung dịch nước ót đă có sẵn phụ gia.

- Phản ứng ở nhiệt độ thường.

- Có sử dụng chất phụ gia trong quá tŕnh tạo hợp thể Mg(OH)2.

Mg(OH)2 sau khi tạo thành được lắng 3-4 giờ dề dàng rửa sạch ion Cl-, nhưng nếu để lắng quá lâu ví dụ sau 2 ngày mới lọc th́ không thể rửa hết Cl- nữa và độ nhiễm bẩn can-xi lên tới 10%. '

Thông thường Mg(OH)2 được rửa 5 lần với tỷ lệ R/L=1/10 là hết Cl-.

4. Sấy và nung Mg(OH)2

Mg(OH)2 được sấy khô ở nhiệt độ 100oC cho hết H2O hấp phụ [1] , sau đó đem nung ở 700oC Sẽ thu được MgO hoạt tính:

                    Mg(OH)2 ® MgO + H2O­

Chất lượng sản phẩm MgO điều chế pḥng thí nghiệm (%):

MgO

CaO

Al2O3

Fe2O3

SiO2

88,8

3,92

0,34

0,23

0,18

 Trong sản xuất thử mẻ lớn ở Cầu Diễn (từ 0,5 tấn quặng dolomit) cũng được sản phẩm có chất lượng (%): MgO: 86,7,  CaO: 4,5

5. Dây chuyền công nghệ sản xuất:

 

 

IV- KẾT LUẬN:

Từ nguyên liệu cơ bản là quặng dolomit và nước ót, chúng tôi đă t́m được những điều kiện kỹ thuật thích hợp cho công nghệ điều chế MgO hoạt tính. Đă tiến hành sản xuất thử mẻ lớn từ 0,5 tấn quặng dolomit đạt kết quả gần bằng chất lượng trong pḥng thí nghiệm.

Với nguồn nguyên liệu phong phú rẻ tiền, dễ kiếm là dolomit và nước ót, công nghệ chế biến tương đối đơn giản, chúng ta có thể được một sản phẩm hoá chất vô cơ là MgO hoạt tính, nếu nung ở nhiệt độ cao sẽ được MgO thiêu kết với chất lượng và giá thành mà thị trường chấp nhận.

Do đó đầu tư một dây chuyền công nghệ sản xuất MgO ở nước ta là vấn đề cần thiết.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1- M.E Pozin - Technologhia mineralnuc solei. 1974. Trang 265-296.

2- Vũ Bội Tuyền, Kỹ thuật sản xuất muối khoáng từ nước biển - 1970. Trang 254-263.

3- Nội san Hoá học - 1/1976

4- Nội san Hoá học - 2/1968.