Quá trình vận hành nhà máy được chia thành 2 giai đoạn: - Giai đoạn 1: chế biến oxit đất hiếm từ nguyên liệu thô là bột nam châm đất hiếm nhập khẩu từ các nhà máy trong hệ thống chi nhán
Trang 1QUY TRÌNH TINH CHẾ OXIT ĐẤT HIẾM, HỢP KIM ĐẤT
HIẾM VÀ COBAN
CACBONAT
Trang 2TINH CHẾ OXIT ĐẤT HIẾM, HỢP KIM ĐẤT HIẾM VÀ
COBAN CACBONAT
Công ty TNHH Vật liệu Nam châm Shin - Etsu Việt Nam
Địa điểm nhà máy: Khu công nghiệp Đình Vũ, quận Hải An, thành phố Hải Phòng
-2012
1 Công suất nhà máy
Tổng công suất nhà máy khi đi vào hoạt động ổn định đạt 1507 tấn/năm Quá trình vận hành nhà máy được chia thành 2 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: chế biến oxit đất hiếm từ nguyên liệu thô là bột nam châm đất hiếm nhập khẩu từ các nhà máy trong hệ thống chi nhánh của ShinEtsu trên toàn thế giới Bột nam châm đất hiếm nhập khẩu về Việt Nam là sản phẩm phụ của quá trình gia công vật liệu nam châm, không chứa thành phần phóng xạ Sản phẩm chính của giai đoạn 1 bao gồm Nd2O3 (đi kèm với Pr6O11), Dy2O3 (đi kèm với
Tb4O7) và muối CoCO3 Sản phẩm phụ của giai đoạn 1 là bột sắt (Fe2O3 và Fe(OH)3)
- Giai đoạn 2 : tinh chế hợp kim đất hiếm từ oxit đất hiếm chế tạo trong giai đoạn 1 bằng phương pháp điện phân nóng chảy Do Dy thường đi kèm với Tb, còn Nd thường đi kèm với Pr không thể tách riêng được nên sản phẩm thu được sau điện phân là hợp kim DyTb và hợp kim NdPr
Công suất của nhà máy
1 Tinh chế oxit đất hiếm (Nd2O3,Dy2O3) 874
2 Tinh chế coban cacbonat (CoCO3) 33
3 Tinh chế hợp kim đất hiếm (Nd và Dy) 600
2 Công nghệ sản xuất:
Trang 3Sau khi nhập nguyên liệu thô về nhà máy tại Đình Vũ, quy trình sản xuất sẽ diễn
ra như sau:
Giai đoạn 1 của dự án tập trung sản xuất oxit đất hiếm và CoCO3
(1) Bột nam châm đất hiếm được hòa trộn cùng axit HCl, natri hipoclorit (NaClO)
và nước trong hệ thống phân hủy axit Sau khi phân hủy sẽ thu được 2 pha: pha rắn là cặn sắt và pha lỏng chứa kim loại đất hiếm; pha rắn chứa cặn sắt được tách riêng và làm khô thu được bột sắt phụ phẩm của quá trình sản xuất
(2) Pha lỏng thu được từ (1) sẽ được trung hòa một phần bằng dung dịch NaOH nhưng vẫn mang tính axit, khi đó, phần lớn sắt trong pha này sẽ bị kết tủa dưới dạng Fe(OH)3 và được lọc riêng, trộn cùng cặn sắt thu được ở (1), làm khô để thu hồi bột sắt (Fe2O3 và Fe(OH)3) Phần dung dịch đã trung hòa sẽ được chiết bằng dung môi Kerosen và axit hữu cơ (C16H35O3P)
- Đầu tiên toàn bộ dung dịch đã trung hòa, dung môi hữu cơ được bổ sung dung dịch NaOH, khi đó Dy sẽ chuyển vào pha hữu cơ Các nguyên tố còn lại nằm trong pha kiềm
- Tiếp theo, pha hữu cơ chứa Dy sẽ chuyển sang bước chiết thứ 2 và được
bổ sung HCl, khi đó Dy sẽ chuyển từ pha hữu cơ vào pha axit Phần dung môi hữu cơ được tuần hoàn trở lại
- Pha axit chứa Dy sẽ được bổ sung axit oxalic (H2C2O4) để kết tủa Dy, lọc kết tủa và nung khô thu được Dy2O3 Trong quá trình chiết tách, kim loại Tb có tính chất tương tự Dy nên sản phẩm thu được có lẫn một phần Tb4O7 Phần dịch sau lọc đưa vào hệ thống xử lý nước thải
- Pha kiềm chứa các nguyên tố khác sẽ được bổ sung H2C2O4 để kết tủa
Nd, lọc kết tủa và nung khô thu được Nd2O3 Trong quá trình chiết tách,
ki loại Pr có tính chất tương tự Nd nên sản phẩm thu được có lẫn một phần Pr6O11 Phần dịch sau lọc được xử lý tiếp trong bước (3)
(3) Phần dung dịch sau khi lọc ở (2) được trung hòa bởi NaOH và tiếp tục được chiết thêm 2 lần nữa giống bước 2 để tận thu Nd và Dy Cuối cùng, dịch lọc được bổ sung bột soda (Na2CO3) để kết tủa coban dưới dạng CoCO3 lọc kết tủa thu được CoCO3 thành phẩm Các dung dịch thu được sau bước này đưa vào hệ thống thu gom nước thải sản xuất để xử lý
Trang 4Nguyên liệu bột nam châm đất hiếm sử dụng cho nhà máy là 300 tấn/tháng Trong đó khối lượng các nguyên tố không bao gồm oxi chiếm 71,43%
Hiệu suất của quá trình sản xuất oxit đất hiếm như sau:
- Giai đoạn phân hủy bằng axit: hiệu suất 95%
- Giai đoạn chiết dung môi: hiệu suất 99%
- Giai đoạn kết tủa: hiệu suất 98%
Hiệu suất của toàn bộ quá trình sản xuất oxit đất hiếm là 92,169% Hiệu suất của quá trình sản xuất CôC3 như sau:
- Giai đoạn chiết dung môi: hiệu suất 63%
- Giai đoạn chiết dung môi: hiệu suất 95%
Hiệu suất của toàn bộ quá trình sản xuất CoCO3 là 56,86%
Chất thải tạo ra trong giai đoạn này bao gồm:
- Khí HCl trong quá trình phân hủy bằng axit
- Bụi nguyên liệu và hóa chất tại 5 công đoạn: đổ nguyên liệu bột nam châm vào máy phân ly, bổ sung axit oxalic dưới dạng bột, hệ thống lò nung thu Nd2O3, hệ thống lò nung Dy2O3, công đoạn bổ sung bột soda (Na2CO3)
- Nước thái sản xuất từ các quá trình lọc kết tủa
Trang 5Na2CO3 NaOH
HCl, NaOH, nước sản xuất
Làm khô
Khí thải ra Cặn (quặng sắt)
Oxit sắt khô (Fe2O3) Hydroxit sắt khô
NaClO Nước sản xuất
Gia nhiệt bằng hơi nước
Gia nhiệt bằng hơi nước
NaOH Nước sản xuất
Axit Clohydric
Nguyên liệu thô đất hiếm
Phân ly axit
Kết tủa Lọc Nung khô
Kết tủa
Lọc
Trung hòa
Chiết xuất dung môi Dung môi (kerosen + axit hữu cơ)
Trung hòa Lọc
Kết tủa Lọc Nung khô
Chiết xuất dung môi Dung môi (kerosen + axit hữu cơ)
Fe(OH)3
Chiết xuất dung môi Dung môi (kerosen + axit hữu cơ)
Dy 2 O 3
Nd 2 O 3
Nước thải Axit oxalic, nước sau khi lọc
Trang 6Quy trình tinh chế oxit đất hiếm và Coban cacbonat
Một phần oxit đất hiếm (Nd2O3) tạo ra trong giai đoạn 1 của quá trình sản xuất được trộn với NH4HF2 rồi tiến hành gia nhiệt để phản ứng giữa Nd2O3 và NH4HF2 xảy ra hoàn toàn thu được muối florua của kim loại đất hiếm (NdF3) Sau đó, lượng oxit đất hiếm Nd2O3
còn lại, muối florua đất hiếm NdF3 vừa tạo ra trong phản ứng trên và phụ gia Liti florua (LiF) được đưa vào thiết bị điện phân nóng chảy sử dụng điện cực than chì Sau quá trình điện phân sẽ thu được sản phẩm là kim loại đất hiếm (Nd) Tuy nhiên, trong các quá trình tinh chế oxit đất hiếm và điện phân, Nd luôn đi kèm với Pr nên sản phẩm tạo ra thực tế là hợp kim của Nd và Pr
Tiến hành quá trình điện phân tương tự đối với Dy2O3 sẽ thu được kim loại đất hiếm Dy Tuy nhiên, do Dy luôn đi kèm với Tb nên sản phẩm thực tế là hợp kim của Dy và Tb Hiêu suất của quá trình điện phân sản xuất hợp kim đất hiếm là 99%
Các chất thải tạo ra trong giai đoạn này bao gồm:
Amoni hydro florua Oxit đất hiếm
Pha trộn
Khí thải Tinh khoáng
Khoáng chất đất hiếm
Điện nguồn Điện phân muối
nóng chảy Khí thải
Kim loại đất hiếm
Trang 7- Khí NH3 trong công đoạn florua hóa nguyên liệu bằng NH4HF2
- Khí HF trong công đoạn điện phân nóng chảy
3 Danh mục máy móc thiết bị
Tất cả các thiết bị chính do tập đoàn Shin - Etsu đặt hàng tại Nhật Bản và đưa sang lắp đặt tại Việt Nam Các thiết bị phụ trợ khác được mua tại Việt Nam theo tiêu chuẩn chất lượng của tập đoàn Shin - Etsu
Bảng Các thiết bị máy móc chính của nhà máy
Tên thiết bị Kích thước/ Công suất Số lượng Xuất xứ Tình trạng
Bồn phản ứng để phân ly,
loại composite FRP (Fiber
Reinforeed Polymer)
4 m3 04 Nhật Bản Mới 100%
Bồn trung hòa, loại tráng
thủy tinh
8 m3 02 Nhật Bản Mới 100%
Máy lọc khung bản 112 m3 01 Nhật Bản Mới 100% Thiết bị chiết dung môi 10 m3 07 Nhật Bản Mới 100% Bồn kết tủa (1) 10 m3 03 Nhật Bản Mới 100% Bồn kết tủa (2) 5 m3 02 Nhật Bản Mới 100% Bồn kết tủa (3) 4 m3 01 Nhật Bản Mới 100% Máy lọc kết tủa (1) 8 m3 03 Nhật Bản Mới 100% Máy lọc kết tủa (2) 4,5 m3 03 Nhật Bản Mới 100%
Lò nung (1) 25 tấn/tháng 03 Nhật Bản Mới 100%
Lò nung (2) 10 tấn/tháng 01 Nhật Bản Mới 100% Máy trộn oxit đất hiếm 75 tấn/tháng 01 Nhật Bản Mới 100%
Lò điện phân sản xuất hợp
kim đất hiếm 4,2 tấn/tháng 12 Nhật Bản Mới 100% Nồi hơi (sử dụng LPG) 2 tấn/giờ 01 Nhật Bản Mới 100% Thiết bị Scrubber - 03 Nhật Bản Mới 100% Máy lọc bụi túi 40 m3/phút 05 Nhật Bản Mới 100% Thiết bị xử lý nước thải 10.500
m3/tháng 01 bộ Nhật Bản Mới 100%
4 Nguyên nhiên liệu đầu vào
4.1 Nguyên liệu thô
Trang 8Nguyên liệu này là bột nam châm Thành phần chính của bột nam châm là hợp kim (NdFeB)Ox (Neodymium Ferro Alloy Powder), có mã số nhập khẩu là HS Code 7205 21
000 được nhập khẩu từ các nhà máy thuộc tập đoàn Shin - Etsu nằm tại các quốc gia khác Khối lượng nguyên liệu thô (bột nam châm đã bị oxy hóa nhà máy sử dụng là : 300 tấn/tháng
Bảng Danh mục các hóa chất sử dụng trong quá trình sản xuất
(tấn/tháng)
1 Bột nam châm đất hiếm 300
2 Axit clohydric 540
3 Axit sulfuric 5,4
4 Natri hydroxit 195
5 Natri hypoclorit 9,0
6 Axit oxalic 116
7 Natri cacbonat 8,0
8 Canxi clorua 10,5
9 Sắt (II) clorua 1,1
10 Axit photpho hữu cơ: 2 -ethyl- hexyl,
2- ethyl- hexyl phosphanat (tên thương mại PC-88A)
50 kg/tháng
11 Kerosene 100 kg/tháng
12 Nước 21.000 m3/tháng
4.2 Nhiên liệu
Nhiên liệu sử dụng trong nhà máy là LPG và điện LPG cần 196 tấn/tháng trong đó 89 tấn/tháng cung cấp cho nồi hơi, 107 tấn/tháng cung cấp cho hệ thống lò nung
Năng lượng điện cho hệ thống lò điện phân là 345 Kwh/tháng
Nhu cầu nước cho sản xuất là 21.000 m3/tháng, nước cho sinh hoạt là 1080 m3/tháng