Từ lâu, Niken được coi là kim loại có tầm quan trọng chiến lược trong kế hoạch phát triển các ngành công nghiệp phục vụ kinh tế và đời sống xã hội. Trong công nghiệp nặng, Niken là chất biến tính không thể thiếu để chế tạo các loại hợp kim có độ bền, chất lượng cao và các đặc tính quý giá khác. Trong công nghiệp hoá dầu, oxyt niken là chất xúc tác rất quan trọng cho quá trình cracking dầu mỏ. Trong các ngành kỹ nghệ cao, niken là chất tạo màng phủ bằng phương pháp mạ lên bề mặt của các sản phẩm nhằm tăng khả năng chống ăn mòn, chịu mài mòn và làm đẹp cho bề mặt sản phẩm. Trong các ngành kỹ nghệ y sinh, niken là nguyên liệu chính để chế tạo các loại hợp kim nhớ hình, các chi tiết thay thế xương cốt của cơ thể hoặc các dụng cụ cho các công việc giải phẫu… Xuất phát từ ý nghĩa và tầm quan trọng của niken như đã nêu, vấn đề luyện kim sản xuất ra niken luôn được quan tâm và đẩy mạnh phát triển.

Ở nước ta, từ trước đến nay nhu cầu tiêu thụ niken ngày càng tăng cao, nhưng phải phụ thuộc chủ yếu vào nhập ngoại. Trong khi đó nước ta lại có một số điểm quặng niken có giá trị, cụ thể Mỏ niken Bản Phúc - Sơn la có trữ lượng quặng tương đối dồi dào. Theo đánh giá thăm dò, trữ lượng và chất lượng quặng của mỏ này có thể đáp ứng cho việc xây dựng nhà máy luyện kim có quy mô công nghiệp vừa. Đây là tiền đề rất quan trọng để chúng ta có thể bắt tay vào nghiên cứu cơ sở khoa học và công nghệ luyện kim niken phù hợp với điều kiện của nước ta nhằm góp phần chuẩn bị cho việc xây dựng và phát triển ngành luyện kim hoàn toàn mới này. Chính vì vậy xây dựng quy trình công nghệ luyện kim niken từ quặng là một trong những hướng nghiên cứu mới của Viện Khoa học vật liệu từ vài năm trở lại đây. Từ năm 2014-2015, nhóm nghiên cứu tại Viện Khoa học Vật liệu - Viện Hàn lâm khoa học và Công nghệ Việt Nam do PGS.TS Phạm Đức Thắng làm chủ nhiệm, đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ điều chế kim loại đồng và niken điện phân tử quặng sunfua đa kim Bản Phúc Sơn La”.

Đề tài đã thu được các kết quả sau:

- Đánh giá nguồn nguyên liệu đồng mỏ Sao Tua-Sơn La. Lập phương án lấy mẫu và tổ chức thi công lấy 20 tấn quặng đồng sunfua.

- Nghiên cứu tuyển và đề ra quy trình công nghệ tuyển nổi quy mô pilot. Kết quả nghiên cứu tuyển đã nâng cao hàm lượng đồng trong quặng ngyên khai từ 1-1,2% lên trên 20% với tỷ lệ thực thu trên 90%. Sản phẩm giao nộp 200 kg tinh quặng.

- Nghiên cứu quá trình atacamit trực tiếp tinh quặng sau tuyển với tỷ lệ phối trộn là 1 tinh quặng + 0,1 axit sunfuric + 0,05 H2O2 + 0,03 FeCl3 + 0,15 NaCl + 0,03 NaNO3 kết quả thu được. Hiệu quả của quá trình cho phép chuyển hóa tới 93% đồng trong tinh quặng thành dạng atacamit dễ hòa tan.

- Nghiên cứu quá trình thiêu sunfat hóa và atacamit hóa gián tiếp tinh quặng sau thiêu sunfat hóa nhưng hiệu quả không bằng quá trình atacamit trực tiếp.

- Nghiên cứu hòa tách sắt trong dung dịch sau hòa tan của quặng đồng bị atacamit ở độ pH~2,82, tỷ lệ L/R = 10/1, thời gian hòa tách cỡ 6h; thu được sản phẩm dung dịch nồng độ ion Cu2+ cỡ 16 g/l, Fe2+ cỡ 0,862 g/l, clo cỡ 2,5 g/l. Đây là sản phẩm trung gian cần khử tạp chất trước khi chế biến thu được đồng kim loại.

- Nghiên cứu khử tạp chất sắt bằng phương pháp oxi hóa và nâng cao độ pH lên trên 3,5. Sau đó khử clo bằng phương pháp đun trong dung dịch có hòa tan xút ở nhiệt độ 900C cho sản phẩm đồng oxit độ sạch 99,2%, hàm lượng sắt cỡ 0,05%.

- Nghiên cứu loại bỏ đồng thời tạp chất sắt và clo bằng phương pháp nung ferrat ở nhiệt độ 5000C trong môi trường xút cho phép khử sắt và clo đồng thời, hàm lượng oxit trong sản phẩm lên tới 99,52%; còn hàm lượng clo chỉ còn 0,01%. Tuy nhiên, phương pháp này không thuận lợi về mặt công nghệ so với phương pháp khử hai bước. Chính vì vậy tập thể đề tài chọn phương án khử hai bước là khử sắt trước, sau đó khử clo bằng phương pháp đun trong dung dịch ở nhiệt độ cỡ 900C.

- Nghiên cứu tái xử lý cặn sau hòa tách từ atacamit. Trong đó đề tài nghiên cứu xử lý theo hai hướng đó là nấu luyện sten để nâng cao hàm lượng, và tái tuyển nâng cao hàm lượng. Trong đó, phương án tái tuyển có nhiều ưu điểm hơn. Kết quả đã nâng cao hàm lượng đồng từ 6% lên trên 19%, hiệu suất thu hồi cỡ 70%. Như vậy hàm lượng đồng tận thu từ tái tuyển là 4%, cộng với hàm lượng đồng thu lần 1 từ atacamit 93% thì quá trình chế biến quặng đồng cho phép tận thu đồng lên tới 97%.

- Điện phân thành công đồng tấm từ CuO bằng phương pháp điện phân tuần hoàn, nồng độ dung dịch điện phân 30-50 g/l, điện áp điện phân là 1,5V, thời gian điện phân 3 ngày, mật độ dòng cỡ 0,5 A/dm2. Sơ đồ đấu điện phân là 2 bể mắc nối tiếp dung tích mỗi bể 100l; mỗi bể có 10 catot mắc song song, kích thước phần ngập trong dung dịch là 250 x 200mm. Sau 3 ngày điện phân chúng tôi đã thu được tổng khối lượng 25 kg đồng, hàm lượng Cu > 99,6%. Với kết quả như vậy đề tài đã hoàn thành chỉ tiêu đăng ký đề ra.

- Đưa ra biện pháp xử lý môi trường để xử lý chất thải sau mỗi công đoạn như: phát sinh khí SO2 trong quá trình atacamit, phát sinh bụi trong atacamit và trong nấu luyện sten.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 13489/2017) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

N.P.D (NASATI)