Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ hoàn nguyên inmênhit Việt Nam, tạo vật liệu bọc que hàn chất lượng cao

Nước ta có trữ lượng quặng inmênhit khá lớn, khoảng 15 triệu tấn. Từ những năm 70 của thế kỷ XX đã có nhiều cơ quan nghiên cứu chế biến sa khoáng titan. Thực tế cho thấy rằng, các đề tài nghiên cứu luyện xỉ titan, sản xuất rutin nhân tạo, picmen điôxýt titan....chưa được ứng dụng vào sản xuất với nhiều lý do khác nhau, chủ yếu là chưa có hiệu quả kinh tế.

Hiện nay, ở Việt Nam đang tồn tại một nghịch lý là, mỗi năm chúng ta xuất khẩu khoảng 120.000-150.000 tấn quặng inmênhit với giá rẻ, nhưng sau đó lại phải nhập về inmênhit hoàn nguyên (một sản phẩm được chế biến từ chính quặng inmênhit Việt Nam) để làm vật liệu bọc que hàn điện với giá cao gấp nhiều lần. Riêng Công ty Que hàn Hữu Nghị và xây lắp Cơ khí Phú Thọ hàng năm đã tiêu thụ khoảng 1.000 tấn inmênhit hoàn nguyên, còn cả nước lượng tiêu thụ có thể lên đến 5.000 tấn/năm.

            Trên thế giới thông thường người ta sử dụng rutin để chế tạo vật liệu bọc que hàn điện còn inmênhit phải qua chế biến để nâng hàm lượng TiO2 và giảm hàm lượng của ôxyt sắt. Trong những năm gần đây, Trung Quốc đã áp dụng công nghệ mới để có thể sử dụng trực tiếp inmênhit làm vật liệu bọc que hàn điện. Theo công nghệ này, inmênhit được hoàn nguyên ở trạng thái rắn với mục đích chuyển hầu hết sắt ôxit thành sắt kim loại. Nhờ đó hàm lượng TiO2 được nâng cao một phần, đồng thời tận dụng được chính lượng sắt kim loại trong inmênhit hoàn nguyên thay cho việc bổ sung bột sắt đắt tiền khi pha chế thuốc bọc que hàn điện. Do cải thiện tính chất hàn, tăng tính chất cơ học của mối hàn và giảm được giá thành sản phẩm cho nên công nghệ hoàn nguyên inmênhit đang được ứng dụng rộng rãi ở Trung Quốc.

             Để tận thu tài nguyên chế biến inmênhit thành sản phẩm có giá trị, Viện Nghiên cứu Mỏ và Luyện kim đã có chủ trương nghiên cứu công nghệ hoàn nguyên inmênhit. Trong năm 2000, Viện đã nghiên cứu thành công đề tài: " Nghiên cứu công nghệ hoàn nguyên Inmênit Việt Nam tạo vật liệu bọc que hàn chất lượng cao".

            Đề tài đã được tiến hành nghiên cứu trong qui mô phòng thí nghiệm. Kết quả nghiên cứu đã được áp dụng vào sản xuất tại Công ty Que hàn Hữu Nghị và xây lắp Cơ khí Phú Thọ.

Kết quả nghiên cứu hoàn nguyên Inmênit:

Nguyên liệu dùng cho nghiên cứu chủ yếu gồm quặng inmênhit Cẩm Xuyên và than antraxit Quảng Ninh. Thành phần hóa học, cấp hạt, khoáng vật trình bày trên bảng 1, 2, 3, 4.

Hai khâu quan trọng nhất của sơ đồ công nghệ là hoàn nguyên inmênhit bằng các bon rắn và tuyển từ tiếp theo để nhận sản phẩm inmênhit hoàn nguyên.

Khi thiêu hoàn nguyên xảy ra các phản ứng hoàn nguyên ôxyt sắt và ôxit titan, có thể biểu diễn bằng các phản ứng chủ yếu sau:
FeO.TiO2 + C = Fe + TiO2 + CO ư   ( 1)
                                         
3/4 FeO.TiO2 + C = 3/4 Fe + 1/4 Ti3O5 + CO ư (2)
                                     
2/3 FeO.TiO2 + C = 2/3Fe + 1/3Ti2O3 + CO ư (3)

Thiêu phẩm nhận được chứa chủ yếu ô xít titan hóa trị thấp và sắt kim loại. Yêu cầu cơ bản của khâu thiêu và tuyển từ là thiêu phẩm không còn tồn tại Fe2O3 và hàm lượng FeO còn lại phải nhỏ hơn 7%, đồng thời các tạp chất khác như P, S, C cũng phải tối thiểu (C Ê0,2%, S Ê 0,03%, P Ê 0,03%).

+ Kết quả nghiên cứu xác định được điều kiện thiêu hoàn nguyên tối ưu:

- Nhiệt độ thiêu : 12000C-12500C.

- Thời gian : 150 phút-180 phút.

- Tỷ lệ than hoàn nguyên : 9%.

- Cỡ hạt than : -0,1mm.

- Tỷ lệ chất kết dính 10%.

- Liệu ép bánh.

- Thiêu phẩm nhận được sau khi tuyển từ với cường độ từ trường H = 400 Oe

- Đã nhận được sản phẩm có chất lượng tương đương tiêu chuẩn STH.20 (Trung Quốc) nhưng hàm lượng TiO2 cao hơn của Trung Quốc.

+ Mẫu sản phẩm inmênhit hoàn nguyên đã được Công ty Que hàn Hữu Nghị - Phú Thọ (nơi đang sản xuất que hàn dựa theo công nghệ của Trung Quốc) dùng thử để sản xuất que hàn điện. Kết quả dùng thử rất tốt, cơ lý tính của que hàn được cải thiện rất nhiều. Vì vậy ngày 26/12/2001 Viện Nghiên cứu Mỏ và Luyện kim đã ký hợp đồng chuyển giao công nghệ với Công ty Que hàn Hữu Nghị và xây lắp cơ khí Phú Thọ.

Nội dung chuyển giao bao gồm thiết kế, chuyển giao công nghệ sản xuất inmênhit hoàn nguyên làm nguyên liệu bọc que hàn điện đạt chất lượng; Công suất nhà máy 700 tấn/năm.

Trong khoảng thời gian rất ngắn (khoảng 3 tháng) toàn bộ xưởng inmênhit hoàn nguyên đã được thiết kế, thi công, lắp đặt và đi vào hoạt động. Đây là những hệ thống thiết bị đồng bộ được thiết kế, chế tạo từ nguyên vật liệu trong nước để chế biến quặng tinh inmênhit cho tới sản phẩm inmênhit hoàn nguyên. Các thiết bị bao gồm:

- Hệ thống thiết bị chuẩn bị và gia công nguyên liệu.

- Hệ thống lò thiêu hoàn nguyên.

- Hệ thống thiết bị gia công tuyển từ.

            Theo số liệu của Công ty Que hàn Hữu Nghị: Cho tới nay (tháng 8 năm 2005) Công ty đã sản xuất được khoảng 3 000 tấn inmênhit hoàn nguyên đạt chất lượng tương đương tiêu chuẩn STH.20 (Trung Quốc), xem bảng 5.

           Công trình: "Nghiên cứu công nghệ hoàn nguyên inmênhit Việt Nam tạo vật liệu bọc que hàn chất lượng cao" đã được áp dụng vào sản xuất. Qua thời gian thử thách cho đến nay, công trình đã thể hiện được tính sáng tạo, hiệu quả kinh tế, hiệu quả kỹ thuật, hiệu quả xã hội, khả năng áp dụng thực tế.

+ Tính sáng tạo:

           Lần đầu tiên ở Việt Nam thực hiện thành công công nghệ hoàn nguyên inmênhit trạng thái rắn thu được sản phẩm inmênhit hoàn nguyên có chất lượng tương đương sản phẩm nhập ngoại dùng để sản xuất que hàn điện có chất lượng đạt tiêu chuẩn quốc tế.

+ Hiệu quả kinh tế:

- Chủ động nguồn nguyên liệu không phụ thuộc nước ngoài.

- Giá thành sản phẩm giảm 25% so với nhập ngoại.

- Đầu tư ban đầu ít và thời gian triển khai sản xuất rất ngắn (2 tháng)

+ Hiệu quả kỹ thuật:

- Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đều thoả mãn được yêu cầu đặt ra, nên có thể áp dụng ngay vào sản xuất với qui mô công nghiệp.

- Tận dụng được nguồn tài nguyên dồi dào trong nước.

- Chế biến quặng nguyên thành sản phẩm tinh có giá trị cao gấp nhiều lần.

+ Hiệu quả xã hội:

- Tạo công ăn việc làm cho người lao động và tiến tới thu ngoại tệ về cho đất nước.

+ Khả năng áp dụng của công trình:

- Công trình có giá trị thực tiễn cao.

- Công nghệ hoàn nguyên inmênhit đã và đang được áp dụng tại Công ty Que hàn Hữu Nghị và xây lắp cơ khí Phú Thọ, cung cấp cho thị trường các sản phẩm que hàn có chất lượng cao.

           Do đạt được các tiêu chí kể trên, công trình đã nhận được Giải thưởng sáng tạo Khoa học Công nghệ Việt Nam năm 2002. Sự thành công của công trình là sự kết hợp hài hoà giữa Viện Nghiên cứu và Cơ sở Sản xuất.

           Hiện nay, nhiều doanh nghiệp trong nước đã đề nghị Viện Nghiên cứu Mỏ và Luyện kim xây dựng dây chuyền công nghệ sản xuất inmênhit hoàn nguyên qui mô lớn công suất hàng vạn tấn/năm như: Công ty Cổ phần Khoáng sản Bình Định, Công ty Khoáng sản Thừa Thiên Huế... với mục đích chế biến sâu quặng titan Việt Nam, nhằm cung cấp sản phẩm cho thị trường trong nước và tiến tới xuất khẩu. Đây là một chủ trương rất đúng đắn, phù hợp với đường lối công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước của Đảng cần được khuyến khích và ủng hộ.
Nguồn: TC Công nghiệp, kỳ 2-KHCN, 2005, No8-9, tr. 42