Việt Nam là nước giàu khoáng sản mangan, đứng hàng thứ tám trên thế giới với trữ lượng khoảng 5 triệu tấn. Khoáng sản mangan ở nước ta gồm cả ba dạng: trầm tích, nhiệt dịch và phong hoá, trong đó chủ yếu là khoáng pyrolusit (MnO2 thiên nhiên). Quặng pyrolusit trong nước được khai thác chủ yếu để sản xuất pin và các sản phẩm khác nhưng với quy mô nhỏ. Phần lớn quặng pyrolusit được được khai thác để xuất khẩu với giá rẻ.
Trước thực tế này, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì đã đặt vấn đề “Nghiên cứu chế tạo MnO2 điện giải từ quặng pyrolusit Tuyên Quang, làm nguyên liệu sản xuất pin khô Mn - Zn”. Đây là đề tài nghiên cứu cấp Bộ Công Thương. Mục tiêu nghiên cứu nhằm chế tạo được MnO2 điện giải có hàm lượng MnO2 ≥ 99,99% và xây dựng được quy trình chế tạo MnO2 điện giải từ quặng pyrolusit Tuyên Quang, với hiệu suất > 90%, làm nguyên liệu sản xuất pin khô Mn – Zn. Đồng thời, đề tài nhằm giảm giá thành của các loại vật liệu này và mở rộng khả năng ứng dụng của chúng từ các nguồn quặng tự nhiên trong nước.
Cấu tạo pin khô Mn – Zn Theo TS. Nguyễn Mạnh Tiến, chủ nhiệm đề tài, Pyrolusit cũng như mangan đioxit (MnO2) là hợp chất của mangan có nhiều ứng dụng nhất trong thực tế. Từ xa xưa, pyrolusit đã được dùng đưa vào nguyên liệu nấu thủy tinh để làm mất màu lục của thủy tinh và làm cho thủy tinh màu hồng hoặc màu đen (tùy thuộc vào lượng MnO2 khi dùng). Trong công nghiệp đồ gốm, MnO2 được dùng để tạo men màu nâu, đỏ hay màu đen. Mangan đioxit được dùng làm nguyên liệu trong công nghiệp luyện kim (chiếm 95% lượng MnO2 sản xuất được) để sản xuất hợp kim feromangan.
Bên cạnh đó, ứng dụng pin khô Mn – Zn tuy xuất hiện từ rất lâu, nhưng vẫn là loại pin được sử dụng rộng rãi và phổ biến vì cấu tạo đơn giản, sử dụng thuận tiện, di chuyển dễ dàng, lắc, xóc không ảnh hưởng, giá thành thấp.
Mẫu quặng pyrolusit (Phúc Sơn, huyện Chiêm Hoá,tỉnh Tuyên Quang) của Công ty Cổ phần Khoáng sản và Cơ khí được chọn là đối tượng nghiên cứu.
Sản phẩm MnO2 điện giảiSau khi khảo sát quá trình nung quặng pyrolusit, quá trình hòa tách MnO và quá trình điện phân dung dịch MnSO4, nhóm thực hiện tiến hành quy trình điều chế MnO2 hoạt tính và MnO2 điện giải sử dụng làm nguyên liệu cho pin khô Mn – Zn, từ quặng pyrolisit Tuyên Quang.
Kết quả thử nghiệm cho thấy, khi sử dụng MnO2 điện giải để sản xuất pin Mn – Zn cho suất điện động lớn hơn, điện trở trong nhỏ hơn khi sử dụng MnO2 hoạt tính hay thiên nhiên, nên có thể cung cấp dòng lớn hơn. So với pin thường sản xuất ở Việt Nam, pin Mn – Z cho thời gian sử dụng dài hơn gấp 1,6 lần. Với quy trình đơn giản, không cần sử dụng chất khử khi nung, kết quả nghiên cứu có tính ứng dụng cao vào sản xuất.
Chia sẻ về phương án triển khai phát triển sản phẩm, đại diện Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì cho biết, từ kết quả nghiên cứu nhóm thực hiện sẽ tính toán, thiết kế được các thiết bị chính cho quá trình chế tạo MnO2 điện giải như: lò nung quặng pyrolusit, thiết bị hòa tách MnO, thiết bị lọc dung dịch MnSO4, thiết bị điện phân dung dịch MnSO4, thiết bị trao đổi nhiệt…với quy mô pilot để thu được sản phẩm với năng suất lớn hơn. Đại học Công nghiệp Việt Trì đề nghị được Bộ Công Thương tạo điều kiện để sản xuất thử nghiệm sản phẩm MnO2 điện giải ở quy mô pilot, để có thể mở rộng quy mô lớn hơn hoặc chuyển giao công nghệ cho các cơ sở sản xuất.
Hiện MnO2 điện giải do Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì nghiên cứu đã được thử nghiệm ứng dụng tại Công Ty TNHH Total Việt Nam để tạo ra sản phẩm pin khô Mn-Zn loại R6. MnO2 điện giải được sử dụng chế tạo bao than (cực dương) của pin Mn – Zn với thành phần MnO2 75%, grafit, 15%, muội đèn 3%, than hoạt tính 5%, NH4Cl tinh thể 2%, từ đó xác định được thông số của pin bao gồm: suất điện động E = 1,6 V, dung lượng pin 900 mAh. Khi sử dụng MnO2 thiên nhiên và hoạt tính cho pin thường, suất điện động E = 1,5 V, dung lượng pin 550 mAh. |
Hà Trần
