Nhà khoa học Việt tinh chế titan từ quặng

Nhóm nghiên cứu do GS.TS Phan Đình Tuấn, nguyên Hiệu trưởng Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TPHCM đứng đầu đã thiết kế, xây dựng hệ thống pilot chế biến xỉ titan thành sản phẩm TiCl4 và TiO2 công suất 50 kg/h.

GS Tuấn cho biết, titan là kim loại hiếm, có khả năng chịu nhiệt, chống ăn mòn hóa học, có độ cứng cao nhưng vẫn dẻo, nên được sử dụng chế tạo các chi tiết trong thiết bị của ngành công nghiệp dân dụng, hàng không, vũ trụ...

Ở Việt Nam, trữ lượng tại các mỏ titan vùng Thừa Thiên Huế, Bình Định, Ninh Thuận - Bình Thuận rất lớn nhưng hiện các phương pháp sunfat trong chế biến quặng và sản xuất TiO2 chưa mang lại thành công. Nhóm nghiên cứu của GS Tuấn đã nghiên cứu công nghệ clo hóa nguyên liệu xỉ titan "công nghệ này là phương pháp hợp lý để giải quyết vấn đề titan tại Việt Nam", ông Tuấn nói.

Hệ thống sản xuất và tinh chế TiCl4 - nguyên liệu không thể thiếu để sản xuất titan kim loại và bột màu trắng TiO2. Ảnh: NVCC

Theo GS Tuấn, clo hóa xỉ titan là công nghệ chuyển hóa nguyên liệu xỉ chứa TiO2 với hàm lượng 85-92% (còn lại là sắt và các nguyên tố tạp chất khác) thành chất lỏng TiCl4. Để thực hiện, nguyên liệu xỉ titan được phối liệu với carbon và nạp vào lò clo hóa.

Qua các bước chiết xuất, từ TiCl4 tinh khiết, titan kim loại sẽ nhận được bằng cách thực hiện phản ứng khử nhờ kim loại magne (Mg) hoặc canxi (Ca). "Độ tinh khiết của TiCl4 sẽ quyết đinh độ sạch của kim loại titan tạo thành", ông giải thích.

Nhóm cũng xây dựng thành công quy trình công nghệ chế tạo bột titan dioxide (TiO2) từ TiCl4 tinh khiết. TiO2 được sản xuất từ TiCl4 tinh khiết có độ sạch cao và các tính chất hóa lý đạt tiêu chuẩn bột màu, ứng dụng trong ngành sản xuất sơn, cao su, nhựa, giấy...

Những nghiên cứu này đóng góp vào công nghệ chế tạo titan kim loại từ nguyên liệu quặng titan trong nước, mở đường cho việc xây dựng ngành công nghiệp sản xuất các sản phẩm titan của Việt Nam, thay thế hàng hóa nhập khẩu hoàn toàn hiện nay.

Theo GS Tuấn, chế tạo thành công titan kim loại từ quặng titan của Việt Nam là mục tiêu tiếp theo của nhóm nghiên cứu, nhằm làm tiền đề cho việc chế tạo một số loại hợp kim ứng dụng được trong kỹ thuật y sinh, chế tạo vật liệu chống ăn mòn trong kỹ thuật dầu khí, hóa chất, kỹ thuật tên lửa, hướng đến chế tạo các chi tiết cơ khí chính xác và kỹ thuật cao.

GS Phan Đình Tuấn, Trưởng nhóm nghiên cứu hướng dẫn sinh viên trong phòng thí nghiệm. Ảnh: NVCC

Ông cho biết thêm, clo hóa xỉ titan là phản ứng kinh điển song cũng có một số khó khăn về mặt kỹ thuật như phản ứng cần tiến hành ở nhiệt độ cao, không gian phản ứng không được có hơi ẩm và oxy, môi trường phản ứng ăn mòn cực mạnh. Bên cạnh đó, việc tìm ra vật liệu chế tạo lò phản ứng cũng như vật liệu dẫn nhiệt là bước quan trong để thực hiện quá trình. Công nghệ này cần được hoàn thiện bằng thử nghiệm với các thiết kế mới về thiết bị và tác nhân phản ứng để khắc phục các nhược điểm trên, tạo điều kiện thuận lợi hơn cho việc triển khai ở quy mô lớn.

Hiện nhóm nghiên cứu của GS Tuấn đang xây dựng phương án cải tiến quy trình và thiết bị chế tạo TiCl4, để có thể thực hiện dễ dàng hơn, triển khai quy mô lớn hơn. "Nền công nghiệp titan chỉ có thể phát triển thực sự khi tạo được sản phẩm có ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác. Chỉ đến khi đó chúng ta mới có thể khẳng định làm chủ được công nghệ chế biến sâu nguyên liệu titan của Việt Nam", ông nói.

GS.TS Nguyễn Việt Bắc, Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự, chủ nhiệm Chương trình nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ vật liệu mới (KC.02 giai đoạn 2016-2020), thuộc Chương trình khoa học công nghệ trọng điểm cấp quốc gia do Bộ Khoa học và Công nghệ chủ trì đánh giá, chế biến titan là một trong hai đề tài nổi bật thuộc nội dung nghiên cứu chế biến sâu quặng khoáng sản gồm quặng nhôm, titan, đất hiếm, apatit và một số khoáng sản tiềm năng của Việt Nam có giá trị kinh tế cao.

GS Bắc cho biết, các nghiên cứu xây dựng quy trình, công nghệ chế biến xỉ titan đã tạo ra được TiCl4, từ đó chuyển hóa thành TiO2 có thể ứng dụng nhiều trong thực tiễn các ngành công nghiệp.