Nghiên cứu tách SiO2 trong than trấu bằng phương pháp cơ học

 - 130 
 Email: jst@tnu.edu.vn 127 
ống vào hệ thống thu hồi than, còn các hạt có 
trọng lượng lớn hơn (phần than giàu SiO2) sẽ 
quay trở lại hệ thống dẫn và rơi xuống đáy 
của thiết bị. Quá trình tính toán được thể hiện 
như sau: 
Đối với dòng chảy qua vật cản ta có phương 
trình quan trọng sau đây [4]: 
. .kF f A K (1) 
Trong đó: 
Fk: lực cản vật hình cầu đối với dòng chảy (N) 
f: là hệ số ma sát 
A: là tiết diện vuông góc với dòng (m2) 
K: năng lượng động học dòng chảy (kgm-1s-2) 
Đối với vật cản hình cầu thì: 
 (2) 
Công thức Stokes xác định lực hút của vật hình 
cầu chuyển động với vận tốc không quá lớn: 
 (3) 
Trong đó: 
R: bán kính của vật cản (m) 
V∞: vận tốc dòng chảy (m/s) 
ρ: khối lượng riêng (kg/m3) 
η: độ nhớt của dòng chảy (kgm-1s-2) 
Ta được hệ số ma sát đối với dòng chảy tầng 
qua hình cầu: f = 24/Re 
Ở dòng chảy Stokes có số Reynolds rất thấp 
Re ≤ 1 vì thế ta cần kiểm tra điều kiện này. 
Ở nhiệt độ phòng có các thông số đối với 
dòng khí: độ nhớt η ≈ 1,8.10-5kgm-1s-2 [5]; 
khối lượng riêng không khí =1,18kg/m3; 
khối lượng riêng SiO2: S=2634kg/m
3
. 
Giả sử các hạt SiO2 có dạng hình cầu. Xét 1 
hạt đang ở trạng thái lơ lửng trong ống và 
phương trình cân bằng được áp dụng đối với 
hạt này là: 
 (4) 
Suy ra: (5) 
Thay (5) vào (3): (6) 
Bước tiếp theo V∞ được xét bằng phương 
pháp thử đúng sai như là hàm của đối số R 
thông qua Re.Ta bắt đầu xét đối với các hạt 
nhỏ nhất D=2R=10-5m và giả thiết định luật 
Stokes thỏa mãn: 
 (7) 
Thay (7) vào (6): (8) 
với các dữ liệu ở trên ta được V∞ = 7,86.10
-3
, 
tương ứng với giá trị Reynolds (Re = DV∞ ρ/η 
=5,25.10
-3, phù hợp với giả thiết Re <1). 
Tương tự đối với hạt có D=50 μm thì cần 
V∞=0,197 m/s khi đó Re ≈ 1. Như vậy, định 
luật Stokes áp dụng phù hợp với các hạt nhỏ 
và đạt tới kích thước D=50 μm. 
Vì vậy, ở đây chỉ xét hút với những hạt có 
kích thước nhỏ hơn 50 μm. Dựa vào sự chênh 
lệch về trọng lượng riêng giữa cacbon và 
SiO2, ta sẽ tạo ra một lực hút đã được tính 
toán dựa trên khối lượng và kích thước của 
cacbon và SiO2 nhằm thu được lượng cacbon 
nhiều nhất. Phương pháp này có thể giúp thu 
được SiO2 để ứng dụng vào lĩnh vực khác. 
b. Tiến hành thực nghiệm 
Thực nghiệm với các bước chính sau: 
+ Than hóa trấu ở các nhiệt độ. 
+ Nghiền thô: Được sử dụng trên máy nghiền 
bi sứ, thời gian 60 phút. Trước khi nghiền thì 
than được đem sàng qua để loại bỏ vỏ trấu 
chưa cháy hết hoặc than trấu bị vón cục trong 
quá trình than hóa còn sót lại. 
+ Nghiền tinh: Sau khi được nghiền thô, than 
trấu sẽ được nghiền mịn thêm với các thời 
gian khác nhau: 20 phút, 60 phút, 90 phút. 
+ Tách SiO2: Than sau khi nghiền nhỏ mịn, 
đưa vào thiết bị hút để thu được phần than 
chứa nhiều C và phần chứa nhiều SiO2. 
+ Xác định hàm lượng C và SiO2 sau khi đã tách. 
2.2. Thiết bị nghiên cứu 
a. Máy nghiền than: Đường kính tang nghiền 
Dt=500 mm, bi có đường kính d = 50 mm. 
b. Thiết bị hút: Than được hút nhờ lực ở máy 
hút thông qua ống nhựa 200 × 2500 mm. 
Ngô Mạnh Hà và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 208(15): 125 - 130 
 Email: jst@tnu.edu.vn 128 
c.Lò ống: Dùng để phân tích hàm lượng C 
trong than, nguồn: 220V; Tmax: 1000
0
C. 
3. Kết quả và thảo luận 
3.1. Hình thái bề mặt than khi xử lý ở các 
nhiệt độ khác nhau 
Trong quá trình phân tích xác định bằng 
phương pháp đốt, cho thấy tổng lượng SiO2 
và các oxit không cháy khác cho giá trị 
khoảng 45%, lượng cacbon trong than trấu 
chiếm khoảng 55%. Trong quá trình xử lý 
nhiệt, các chất bốc thoát khỏi trấu sẽ để lại 
các lỗ xốp (hình 2). 
Theo kết quả phân tích mapping cả O và Si 
đều tập trung ở các ụ lồi trên bề mặt than, kết 
quả phân tích các điểm trắng nhỏ trên bề mặt 
than cho thấy đó là SiO2. Chúng được tích tụ 
từ vỏ trấu tập trung thành các ụ. Các ụ này 
ngừng phát triển là khi hạt thóc già, lượng 
SiO2 chưa kịp tích tụ thành ụ sẽ nằm rải rác 
khắp mọi nơi trong vỏ trấu với kích thước nhỏ 
hơn và nằm sâu bên dưới lớp biểu bì (hình 3). 
Như vậy, khi tiến hành nghiền vỏ than trấu sẽ 
làm phá vỡ mối liên kết và tạo ra những hạt 
tập trung nhiều cacbon, những hạt tập trung 
nhiều SiO2. 
Hình 2. Mặt cắt ngang của vỏ than trấu xử lý ở 6000C 
Hình 3. Mặt cắt ngang của vỏ than trấu xử lý ở 8500 C 
3.2. Kết quả quá trình nghiền than 
Bảng 1. Cấp hạt than sau khi được nghiền thô và tinh 
Kích thước hạt (mm) 1mm 0,63 0,43 0,32 0,25 0,16 0,10 0,085 0,05 <0,05 Tổng 
Nghiền thô 
(60 phút), % 
2,47 9,28 6,18 23,92 1,42 20,44 7,50 18,52 4,43 5,84 100,0 
Nghiền tinh 
(20phút), % 
0,13 8,30 4,42 21,75 2,35 22,64 8,82 10,31 8,76 12,52 100,0 
Nghiền tinh 
(60phút), % 
0,00 4,86 3,38 20,41 0,57 24,71 10,52 9,67 10,54 15,34 100,0 
Nghiền tinh 
(90phút), % 
0,11 0,91 0,29 2,44 0,04 6,36 5,87 10,15 18,67 55,07 100,0 
Ngô Mạnh Hà và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 208(15): 125 - 130 
 Email: jst@tnu.edu.vn 129 
Vỏ trấu được than hóa ở nhiệt độ 500- 600oC, 
sau đó được nghiền nhỏ nhằm phá vỡ các mối 
liên kết giữa C và SiO2. Kết quả các cấp hạt 
nhận được ở chế độ nghiền thô và nghiền tinh 
được thể hiện ở bảng 1. 
Nhìn vào bảng cấp hạt ta thấy khi nghiền 
thêm 60 phút thì tỷ lệ cấp hạt 1mm không còn 
nữa. Cấp hạt 0,25 mm còn rất ít 0,57%, cấp 
hạt 0,32 mm và 0,16 mm không giảm đáng 
kể. Tỷ lệ than trấu ở cấp hạt <0,1 mm đã tăng 
trên 35%. Như vậy, nhận thấy cấp hạt than 
trấu phụ thuộc vào thời gian nghiền. Thời 
gian nghiền thêm càng dài thì cấp hạt nhận 
được càng nhỏ mịn. Tuy nhiên, nhận thấy rõ 
cấp hạt chia làm 4 loại chính là: 0,32 mm; 
0,16 mm; 0,085 mm; <0,05 mm. Thời gian 
nghiền càng dài thì cấp hạt 0,32 mm; 0,16 
mm; 0,085 mm càng giảm và cấp hạt <0,05 
mm tăng lên. Đặc biệt, thấy rõ khi nghiền 
thêm 90phút thì kích thước hạt tập trung 
nhiều ở dưới 0,05 mm. 
3.3. Kết quả tách SiO2 trong than 
Mẫu than trấu sau khi được nghiền mịn với cỡ 
hạt ≤ 50µm, hàm lượng SiO2 trong than trấu 
chiếm 45%. Tiến hành cho mẫu than trấu vào 
thiết bị bút với các lưu lượng khác nhau. Cách 
xác định kích thước hạt theo lưu lượng dựa 
theo công thức (9): 
 (9) 
Với Q: lưu lượng khí (m3/h), A: tiết diện 
ngang của đường ống (m2), R: bán kính của 
hạt (µm), ρx: khối lượng riêng của C hoặc 
SiO2 (kg/m
3). Từ đó ta có bảng 2 chế độ hút 
thực nghiệm như sau: 
Bảng 2. Các chế độ thí nghiệm tách SiO2 
Chế độ hút 1 2 3 
Lưu lượng khí (m3/h) 0,23 0,5 1 
Kích thước hạt trung bình thu được (µm) 
SiO2 C SiO2 C SiO2 C 
2,5 3,1 3,75 4,5 5,3 6,37 
Khi hút với cùng với một lưu lượng khí, do trọng lượng riêng của cacbon nhỏ hơn SiO2 nên sẽ 
thu được hai sản phẩm: phần hút lên (phần giàu Cacbon) được ta ký hiệu là M1; phần ở lại (phần 
giàu SiO2) ký hiệu là M2. 
3.3.1. Phần giàu cacbon (M1) 
Bảng 3. Khối lượng phần nhẹ M1 
Chế độ hút 1 2 3 
Khối lượng đầu vào (g) 100 
Tỷ lệ thu được (%) 18 21 23 
Bảng 3 cho ta thấy tỷ lệ than trấu thu được khi sử dụng 3 chế độ hút khác nhau như sau: với lưu 
lượng 0,23m3/h lượng than trấu thu được là 18g/100g và với tỷ lệ 1m3/h thì tỷ lệ than thu được 
chỉ đạt 23g/100g than trấu. Như vậy, khi lưu lượng khí hút tăng lên thì hiệu quả thu được than 
trấu đã tách tăng nhưng không đáng kể. 
Bảng 4. Tỷ lệ Cacbon và SiO2 trong phần nhẹ M1 
Chế độ 
Ban đầu [%] M1 [%] 
C SiO2 C SiO2 
1 
55 45 
62,5 37,5 
2 57,72 42,28 
3 59,7 40,3 
Từ số liệu được thể hiện trong bảng 4, hình 4 và hình 5 cho thấy sau quá trình tách, lượng SiO2 
có giảm so với trước thấp nhất là 3% ở chế độ 2, với lưu lượng là 0,5 m3/h. Tỷ lệ SiO2 giảm nhiều 
nhất là 8% ở chế độ 1, với lưu lượng là 0,23 m3/h. Như vậy, hạt càng nhỏ mịn khi hút với lực hút 
đã tính toán thì lượng than trấu thu được sau khi tách SiO2 càng hiệu quả hơn. 
Ngô Mạnh Hà và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 208(15): 125 - 130 
 Email: jst@tnu.edu.vn 130 
Hình 4. Tỷ lệ SiO2và C phần nhẹ M1 Hình 5. Tỷ lệ SiO2 và C phần nặng M2 
3.3.2. Phần giàu SiO2 (M2) 
Bảng 5. Bảng tỷ lệ phần nặng M2 
Chế độ 
Ban đầu [%] M2 [%] 
C SiO2 C SiO2 
1 
55 45 
44 56 
2 51 49 
3 49 51 
Bảng 5 cho ta thấy tỷ lệ SiO2 ở các chế độ hút 
đều tăng so với mẫu than trấu chưa tách, điều 
này chứng tỏ quá trình tách bước đầu đã đạt 
hiệu quả. Nhận thấy, ở chế độ hút 1 (0,23 
m
3/h) thì mẫu than trấu nhận được giàu SiO2 
đạt được cao nhất (56%), còn ở chế độ hút 2 
và 3 thì mẫu than trấu thu được tỷ lệ SiO2 
chênh lệch nhau không đáng kể. 
Từ những kết quả thử nghiệm trên nhận thấy, 
với than trấu đã được tách SiO2 thì ở lưu 
lượng 0,5 m3/h hàm lượng SiO2 còn lại 
42,28% so với mức than trấu chưa tách. Ở lưu 
lượng 0,23 m3/h, sau khi kiểm tra lượng SiO2 
ta thấy hàm lượng SiO2 chiếm 37,5% giảm 
đáng kể so với than trấu ban đầu là 45%. Như 
vậy, khi kích thước hạt than trấu càng nhỏ, thì 
hạt SiO2 và C sẽ ít nằm xen kẽ với nhau nữa, 
khi đó quá trình tách đạt hiệu quả cao, thu 
được hạt SiO2 và C có độ sạch cao. 
4. Kết luận 
- Tính toán chế độ hút phù hợp với kích thước 
hạt có đường kính nhỏ hơn 50 μm. 
- Quá trình tách đã đạt hiệu quả, với phần 
than tách SiO2, tỷ lệ SiO2 giảm nhiều nhất là 
8% ở chế độ 1 với lưu lượng là 0,23 m3/h. 
- Ở phần giàu SiO2 nhận thấy khi hút ở chế độ 
lưu lượng 0,23 m3/h, hàm lượng SiO2 chiếm 
56% tăng đáng kể so với than ban đầu là 45%. 
-Khi kích thước hạt càng nhỏ mịn (<50 μm) 
với lực hút tính toán thì quá trình tách đạt 
hiệu quả cao hơn. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Food and Agriculture Organization of the 
United Nations (FAO) năm 2018. 
[2]. Taik Nam Kim, Nguyễn Văn Tư, Nguyễn 
Ngọc Minh, “Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ 
vỏ trấu Việt Nam”, Tạp chí KH&CN Kim loại, số 
38 (10), tr. 21-23, 2011. 
[3]. Nguyễn Văn Tư, Vũ Văn Khánh, “Nghiên cứu 
các yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ chế tạo than 
thô từ trấu”, Tạp chí KH&CN Kim loại, số 45 (12), 
tr. 39-43, 2012. 
[4]. Hoàng Bá Chư, Cơ học chất lưu, Nxb Bách 
khoa HN, 2011. 
[5]. Nguyễn Hữu Chí, 1000 Bài toán thủy khí động 
lực, Nxb Giáo dục, 1998.