NGHIÊN cứu TỔNG hợp bột NANO OXIT kẽm từ bụi lò điện hồ QUANG LUYỆN THÉP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP BỘT NANO OXIT KẼM TỪ BỤI LÒ ĐIỆN HỒ QUANG LUYỆN THÉP GVHD: PGS.TS... NỘI DUNGĐẶT VẤN ĐỀ QUY TRÌNH T

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP BỘT NANO OXIT KẼM

TỪ BỤI LÒ ĐIỆN HỒ QUANG LUYỆN THÉP

GVHD: PGS.TS BÙI ANH HÒA

SVTH: - LÊ ĐỨC CHINH- K61

- NGUYỄN VĂN ĐẠT – K61

- NGUYỄN NGỌC CHÍNH – K59

- NGUYỄN THỊ HUỆ – K59

NỘI DUNG

ĐẶT VẤN ĐỀ QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Sơ đồ nguyên lý phát sinh bụi trong lò điện

- Trung bình sản xuất thép lò điện hồ

quang phát sinh khoảng 15-25kg bụi/

tấn thép sản phẩm.

- Bụi lò điện được xếp vào loại phế

thải độc hại do trong thành phần có

chứa Pb, Cd, Cr, Cl…

- Bụi lò điện thường được bán sang

nước ngoài.

- Trong bụi có chứa hàm lượng khá

lớn các nguyên tố như Fe, Zn… nên

người ta có xu hướng thu hồi các

nguyến tố tránh gây lãng phí.

Thành phần bụi lò điện hồ quang

Nguồn:Study on Effect of EAFD Particulate Reinforcement in AA7075 Aluminum Matrix Composites(Mat Res vol.21 no.6 São Carlos 2018 Epub Sep 13, 2018)

Các phương pháp xử lý bụi lò điện

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ưu điểm:

- Hiệu suất thu hồi khá cao (75- 85%)

- Tiêu tốn năng lượng thấp

- Ứng dụng rộng rãi trong công

nghiệp sản xuất

Nhược điểm:

- Phát sinh nhiều khói bụi và khí độc

- Nhiệt độ làm việc cao

- Hiệu suất thu hồi không cao

- Bụi thải sau hòa tách gây ô nhiễm môi trường

Phương pháp lò ống Wealz Hòa tách bằng H2SO4

Lý do:

+ Zn tồn tại chủ yếu ở 2 dạng hợp chất ZnFe2O4 và ZnO

+ Kẽm ferrit (ZnFe2O4) là một hợp chất rất khó phân tách Nó không tác dụng với axit loãng và dung dịch kiềm ở nhiệt độ thường

+ Dùng CaO để phân tách ZnFe2O4 sẽ hiệu quả hơn

Nhiệt độ : 900 – 1100oC

ΔGG0 = - 32,114 + 11.329T + 4.201 x 10-3T2 – 5.46 x 105/T – 3.373TlnT

PT: ZnFe2O4 + 2CaO = Ca2Fe2O5 + ZnO (1)

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

nano ZnO

Pin mặt trời Cao su lưu hóa Dược phẩm

2 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM

nung

Hỗn hợp sau khi rửa

+ CaO

t 0 1100)

(900-+ H 2 O Khuấy 1h

Dung dịch sau hòa tách

Khuấy 1h + dd (NH 4 ) 2 CO 3

Bột cô cạn

Cô cạn ddBột nano ZnO

+ 400 o C

Sơ đồ quy trình tiến hành thí nghiệm

2 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM

a) Chuẩn bị liệu:

- Sấy và nghiền liệu

- Không có rác bẩn trong bụi

Lò nung điện trở Máy khuấy từ

Bước 1: Phân tích thành phần khoáng vật trong mẫu bụi lò điện

Bước 3: Hòa tách với nước

- Loại bỏ các muối clorua và sunfat có

Bước 4: Hòa tách bằng dung dịch amoni cacbonat (NH4)2CO3

- Từ lượng bụi sau khi hòa tách nước có những chất hóa học gồm hầu hết là ZnO, Fe2O3, Ca(OH)2.

ZnO, Fe 2 O 3 ,

Ca(OH) 2

+ (NH 4 ) 2 CO 3

Fe 2 O 3 , CaCO 3 không tan

ZnO được hòa tan vào dd

- Hòa tách bằng dung dịch (NH4)2CO3 1M

- Cho dung dịch (NH4)2CO3 1M vào bụi và khuấy trong1h Ca(OH)2 + (NH4)2CO3  CaCO3+ NH3 + H2O

ZnO + nNH3+ H2O  Zn(NH3)n 2+ + 2OH

-2 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM

Bước 5: Đun cô cạn dung dịch sau hòa tách

- Vì dung dịch sau hòa tách chứa hầu hết là muối

kẽm, NH4CO3 dư, và NH3 nên khi cô cạn thì có thể

thu được muối kẽm theo phương trình

Zn(NH3)n2+ + (NH4)2CO3  ZnCO3 + nNH3 + H2O

- Bột cô cạn có màu vàng

Bột cô cạn (ZnCO 3 )

2 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM

Bước 6: Nung phân hủy Muối Cacbonnat

- Bột sau cô cạn có hầu hết là ZnCO3

- Phản ứng phân hủy:

Zn5(CO3)2(OH)6  5ZnO + 2CO2 + 3H2O

- Nhiệt độ phân hủy của ZnCO3 : 180 – 400oC

3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Ảnh XRD của mẫu bụi ban đầu Ảnh XRD của bụi sau nung tại 900o, 1000o và

1100 o C

Các ảnh hưởng đến quá trình chuyển đổi ZnFe 2 O 4 sang ZnO

Ảnh hưởng của hàm lượng CaO đến quá trình biến đổi

3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

■ Ca2Fe2O5

▼ ZnO

Bụi lò điện Hỗn hợp

sau nung Bụi lò + vôi

Bột cô cạn

Bột kẽm oxit

%Zn 26,54 20,2 51,82 78

3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Bảng hàm lượng kẽm qua các bước thí nghiệm

■ Zn5(CO3)2(OH)6

3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

XRD của bụi cô cạn (ZnCO3)

Ảnh chụp XRD mẫu ZnO

Kết quả thành phẩm ZnO có hàm lượng 97%

3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

• Â

Ảnh SEM ZnO

Phù hợp để sản xuất cao su lưu

hóa

3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Kích thước hạt nano 

50nm

4 KẾT LUẬN

 Đã tổng hợp được bột kẽm oxit hàm lượng 97% và có kích thước trung bình khoảng 50 nm từ bụi lò điện hồ quang Bột nano kẽm oxit

có thể làm nguyên liệu để sản xuất cao su lưu hóa

 Đã sử dụng CaO để chuyển hóa ZnFe2O4 (là một chất khó phân tách trong bụi lò điện hồ quang) thành ZnO khi nung ở nhiệt độ

1000oC, giữ nhiệt trong 2h.

 Hỗn hợp sau khi nung được rửa bằng nước và đem hòa tách với dung dịch (NH4)2CO3 1M, sau đó nung phân hủy ZnCO3 tại 400oC để thu được bột nano ZnO.

 Trong thời gian tới, cần nghiên cứu tăng độ tinh khiết của bột ZnO

đã tổng hợp bằng cách lựa chọn các thông số hòa tách phù hợp

Chúng em xin cảm ơn TS Nguyễn Thị Thảo

– Bộ môn VLKL Màu & Compozit

đã giúp đỡ trong quá trình thí nghiệm.