Trong quá trình chế biến quặng apatit theo phương pháp hóa học, bên cạnh các sản phẩm chính như phosphor vàng, axit photphoric trích ly, phân lân supe, phân lân nung chảy, phân phức hợp DAP, MAP, DCP… còn thu được các sản phẩm phụ chứa flo và silic như HF, SiF4, H2SiF6). Do tính ăn mòn và tính độc hại cao, các sản phẩm phụ này cần thiết phải được xử lý nghiêm túc để hạn chế ảnh hưởng đến trang thiết bị công nghệ và môi trường. Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam đã nghiên cứu xử lý H2SiF6 theo hướng tạo ra sản phẩm nano SiO2 sử dụng cho vật liệu cao su và nhựa và muối NH4F sử dụng cho quá trình điều chế TiO2 từ quặng ilmenit hoặc SiO2 từ quặng cát trắng. Vấn đề nghiên cứu sử dụng tiếp NH4F vào các mục đích công nghiệp khác nhau có ý nghĩa quan trọng trong việc giải quyết xử lý cân bằng flo tại các nhà máy chế biến quặng apatit theo phương pháp hóa học. Kết quả nghiên cứu thăm dò của Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam cho thấy khi trung hòa dung dịch thải H2SiF6 bằng dung dịch NH3 rồi lọc kết tủa Si(OH)4 sẽ thu được dung dịch NH4F. Xử lý tiếp dung dịch NH4F bằng dung dịch Na3AlO3, Al2(SO4)3 và Na2SO4 sẽ thu được kết tủa criolit Na3AlF6 với độ trắng, độ tinh khiết và độ hoàn thiện tinh thể cao. Từ dung dịch NH4F, nếu xử lý tiếp bằng nhôm hydroxit Al(OH)3 hoặc alumin Al2O3 sẽ thu được nhôm florua AlF3.

Tại Việt Nam, trong năm 2014 phải nhập khẩu 800.000 tấn nhôm nguồn hay còn gọi là nhôm cơ bản và các thiết bị khác như vành bánh xe, dây điện… tổng cộng có thể lên tới 1,2 triệu tấn. Tốc độ nhập khẩu nhôm của Việt Nam tăng từ năm 2005 trở lại đây trung bình từ 14-16%/năm. Dự kiến đến năm 2018, nhu cầu trong nước phải cần tới 2 triệu tấn nhôm/năm. Hiện nay, các nhà máy sản xuất nhôm oxyt đầu tiên của Tập đoàn Than và Khoáng sản tại Tân Rai đã đi vào hoạt động với công suất 600.000 tấn/năm, năm 2015 đã đạt công suất 540.000 tấn. Cuối năm 2016 sẽ có thêm Nhà máy Nhân cơ; nâng tổng công suất nhôm oxyt của Tập đoàn lên cỡ 1.000.000 tấn/năm. Sản phẩm nhôm oxit của các nhà máy này một phần dùng để xuất khẩu, một phần làm nguyên liệu cho các nhà máy nhôm đã và đang trong thời gian đầu tư. Dự án Nhà máy điện phân nhôm Đăk Nông (Nhà máy điện phân nhôm đầu tiên của Việt Nam) có tổng mức đầu tư hơn 12.000 tỷ đồng dự kiến cuối năm 2016 đi vào hoạt động và hoàn thành vào năm 2019, với công suất 300-450 ngàn tấn nhôm mỗi năm; mới chỉ đáp ứng được khoảng 25% nhu cầu nhôm cơ bản trong nước. Với định mức tiêu hao 15-20 kg criolit/tấn nhôm, nhu cầu về nguyên liệu này là 4.500 - 9.000 tấn/năm, trước mắt hoàn toàn do nhập khẩu. Việc nghiên cứu, tổ chức sản xuất nguyên liệu này cung cấp cho nhà máy thay thế cho nguyên liệu nhập khẩu là vấn đề cần thiết.

Trên cơ sở những kết quả đạt được khi nghiên cứu thăm dò; yêu cầu cấp thiết của việc sản xuất nguyên liệu thay thế cho nguyên liệu nhập khẩu trong công nghệ luyện nhôm và xử lý chất thải flo trong quá trình chế biến quặng apatit, nhóm nghiên cứu do TS. Hoàng Anh Tuấn, Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam, Tập đoàn Hóa chất Việt Nam đứng đầu đề xuất đề tài “Nghiên cứu xử lý chất thải flo phát sinh trong quá trình chế biến quặng apatit tạo ra sản phẩm nhôm florua và criolit” hướng tới việc xử lý và chế biến sâu 8 chất thải flo phát sinh trong quá trình chế biến quặng apatit Việt Nam theo phương pháp hóa học, một mặt tạo ra chuỗi sản phẩm mới có ứng dụng cao trong công nghiệp thay thế hàng nhập khẩu, mặt khác góp phần giải quyết vấn đề môi trường sản xuất và an toàn sinh thái công đồng. Đề tài này sẽ sử dụng nguồn chất thải H2SiF6 phối hợp với các nguyên liệu sẵn có tại Việt Nam như nhôm hydroxit Al(OH)3, NaOH, NH3... để điều chế nhôm florua và criolit.

Sau một thời gian triển khai, đề tài đã đạt được những kết quả sau:

- Đã đưa ra các thông số kỹ thuật về: chế độ nạp liệu, lượng NH3 cần dùng, nhiệt độ phản ứng, tốc độ khuấy trộn, nồng độ dung dịch H2SiF6, nồng độ dung dịch NH3 để xử lý dung dịch H2SiF6 bằng dung dịch NH3 nhằm thu hồi dung dịch NH4F.

- Đã nghiên cứu tách lọc kết tủa Si(OH)4 bằng cách lọc nóng ở 60 độ C và sử dụng chất trợ lọc CTAB với nồng độ 0,005%. Dung dịch NH4F thu được có nồng độ 16%.

 - Đã nghiên cứu đưa ra các thông số cụ thể về nhiệt độ, thời gian phản ứng; tốc độ khuấy trộn; nồng độ dung dịch NaOH để điều chế dung dịch Na3AlO3 từ NaOH và Al(OH)3.

- Đã nghiên cứu điều chế được criolit với các điều kiện như sau: dung dịch Na3AlO3 được đi từ dung dịch NaOH 30%, nồng độ của dung dịch NH4F là 16%, phản ứng tại 70 độ C trong thời 2h.

 - Đã nghiên cứu điều chế muối (NH4)3AlF6 từ dung dịch NH4F và Al(OH)3 với các điều kiện phản ứng: nồng độ dung dịch NH4F 16%, phản ứng tại 90 độ C trong thời gian 2 giờ với tốc độ khuấy trộn 200 vòng/phút.

- Đã nghiên cứu điều chế được nhôm florua từ phân hủy nhiệt muối (NH4)3AlF6 bằng cách: nung ở nhiệt độ 450 độ C trong thời gian 1 h.

- Đã sản xuất thử nghiệm 10 kg criolit và 10 kg nhôm florua quy mô phòng thí nghiệm đạt yêu cầu chất lượng cho công nghiệp điện phân nhôm.

Do giới hạn về thời gian, kinh phí, cũng như vật chất thiết bị phục vụ nghiên cứu nên bên cạnh những kết quả đã đạt được, nhóm thực hiện đề tài cũng kiến nghị những vấn đề tiếp tục được nghiên cứu để kết quả nghiên cứu ứng dụng được trong thực tế sản xuất bao gồm:

- Nghiên cứu phương thức, thiết bị phù hợp nhất để hấp thụ các khí phát sinh thành các dung dịch NH4F và dung dịch NH3 tuần hoàn được trong quá trình sản xuất;

- Nghiên cứu tính toán cân bằng vật chất theo sơ đồ đề xuất dây chuyền công nghệ để có thể tận dụng hoàn toàn dung dịch NH3 thu được từ quá trình hấp thụ khí NH3 thoát ra từ phản ứng, tuần hoàn dung dịch NH4F thu được khi hấp thụ khí thải của phản ứng phân giải muối (NH4)3AlF6 tạo thành AlF3, tuần hoàn một phần lượng nước thải để quay lại hấp thụ khí NH3 và hỗn hợp khí NH3 và HF phát sinh từ các công đoạn sản xuất nhằm giảm thiểu lượng nước thải phát sinh;

- Nghiên cứu xử lý nước thải phát sinh trong công đoạn lọc Na3AlF6 và (NH4)3AlF6;

- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy móc thiết bị để sản xuất ở quy mô pilot tiến tới đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật cho giai đoạn đầu tư sản xuất quy mô lớn.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 16385/2019) tại Cục Thông tin KH&CN Quốc gia.

P.T.T (NASATI)