Công nghệ luyện đồng

Bộ Giáo Dục & Đào Tạo *** Tr-ờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa Học & Công Nghệ Môi Tr-ờng Bộ Môn : Các QTSX Cơ Bản Đề tài : Công nghệ luyện đồng GVHD :ThS Đinh Bách Khoa Nhóm SVTH : Nguyễn Hải D-ơng Nguyễn Thanh Hiếu Mai Quang D-ơng Hoàng D-ơng HàNội 2008 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Công Nghệ Luyện Đồng Tóm Tắt Công Nghệ Luyện Đồng I Tình hình sản xuất giới n-ớc ; sơ l-ợc công nghệ Sinh viên thực : Nguyễn Hải D-ơng II Đặc thù công nghệ đ-ợc phân công tìm hiểu Thuyết minh công nghệ sản xuất , phân tích -u , nh-ợc điểm ; Sinh viên thực : Nguyễn Thanh Hiếu III Đặc điểm sử dụng nguyên nhiên vật liệu , n-ớc l-ợng công nghệ sản xuất Sinh viên thực : Mai Quang D-ơng IV Vấn đề môi tr-ờng công nghệ sản xuất bao gồm : dòng thải , quy mô dòng thải , -ớc tính chất thải quan trọng & sơ tóm tắt ph-ơng án giải ô nhiễm theo h-ớng : quản lý , giảm thiểu xử lý Sinh viên thực : Hoàng D-ơng Page LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com I T×nh h×nh sản xuất giới n-ớc ; sơ l-ợc công nghệ Đồng kim loại xuất khoảng 3000 năm tr-ớc công nguyên ,sự xuất đồ đồng đà làm cho sản xuất ng-ời thay đổi đI nên tầm cao Cho tới ngày ngành công nghiệp luyện đồng phát triển mạnh mẽ I.1 Tình hình sản xuất đồng giới Hiện giới với công nghệ tiên tiến đà cho đ-ợc sản phẩm đồng có chất l-ợng cao với 99,99% Cu nguyên chất Những n-ớc giới có ngành công nghiệp luyện đồng phát triển nh-: Chile,Indonexia,Trung Quốc,Conggo,Mehico.Chính n-ớc sở hữu công nghệ luyện đồng tiên tiến giới Ơ Chile ngành sản xuât đồng ngành kinh tế đem lại lợi nhuận víi tØ träng chiÕm tíi 38% tỉng doanh thu kinh tế n-ớc (số liệu năm 2006).Cũng n-ớc mỏ đồng lớn giới nh- : Mỏ Escondidec sản l-ợng khai thác năm 1,215 triệu Mỏ Elteniente sản l-ợng 438000 tấn/năm Mỏ Chuquicamata sản l-ợng 760000 tấn/năm Mỏ Collahuasi sản l-ợng 495000 tấn/năm Tổng sản l-ợng khái thác n-ớc 5,6 triệu tấn/năm (2005).Chile có kế hoạch đầu t- 15,22 tỷ $ vào ngành sản xuất đồng đẻ nâng sản l-ợng nên 6,34 triệu năm 2010 Ngoài Chile n-ớc khác sở hữu nhũng mỏ đồng lớn thÕ giíi nh- : Indonexia víi má Crusberg-papua lín thø giới công ty FreeportMcmoran Copper&Gold Mỹ chiu trách nhiệm khai thác sản l-ợng 600000tấn/năm.(2005-2006) Mỏ Teke Fubgurume Conggo thuộc công ty Phelps Đoge kiểm soát.Mỏ Gobi Monggolia thuộc công ty Ivanhoe Mines kiểm so¸t Má La Caridad ë b¸c Mehico Page LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Má Kansanshi ë Dambia Ngoài Trung Quốc có ngành công nghiệp đồng phát triển với sản l-ợng khai thác là:650000 tấn/năm Tại Ân Độ xuất 500000 tấn/năm Sản l-ợng đồng giới ngày tăng với ảnh h-ởng lớn từ Chile.Và năm 2010 dự đoán l-ợng tiêu thụ đồng giới khoảng 21,2 triệu tấn/năm Hiện có công nghệ đ-ợc dùng phổ biến nhÊt lµ háa lun vµ thđy lun,ngoµi cung cã công nghệ khác nh- ngâm triết đồng I.2 Tình hình sản xuất đồng Việt Nam Hiện l-ợng đồng tiêu thụ n-ớc nhập bên Nhu cầu sử dụng đồng n-ớc ngày cao làm cho nhà máy luyện đồng Tăng Loong Việt Nam đa đời Lào Cai (mỏ Xin Quyền)thuộc tổng công ty khoáng sản Việt Nam.Hiện công ty dà vào hoạt động từ quý năm 2008 dà cho lò mẻ đồng hỏa luyện có trọng l-ợng 20 Cu.Nhà máy vào hoạt động với công suất 10000 Cu thụ đ-ợc 341 Kg Au 99,99%,146 kg Ag 99,95%,40000 tÊn axit sunfuric Má Xin QuyÒn đ-ợc công ty Vincomin làm chủ nhóm khai thác khai thác 1,1 đến 1,2 triệu quặng Cu/năm Sản xuát khoảng 42000 quặng nguyên chất 25% Cu,110000 quặng Fe,20000 quặng sunfua Hiện nhà máy sử công nghệ trung quốc để sản xuất đồng d-ơng cực (đồng catot 99,5%)qua công đoạn là: Lấy tinh quặng đồng từ nhà máy tuyển nấu luyện lò thủy khấu sơn để sten 15% Cuồi tăng nấu luyện lò chuyển thành Cu 99%.Tinh luyện lò phản xajthanhf Cu 99,5%.ngoài bùn điện phân đ-ợc nấu luyện đẻ thu Au Ngoài nhà máy quan tâm tới vấn đề bảo vệ môi tr-ờng II Đặc thù công nghệ đ-ợc phân công tìm hiểu Thuyết minh công nghệ sản xuất , phân tích -u , nh-ợc điểm ; II.1 Nguyên liệu luyện đồng Nguyên liệu luyện đồng gồm quặng đồng, phế liệu công nghiệp chứa đồng phế phÈm sinh ho¹t Page LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồng đ-ợc luyện từ phế phẩm chiếm khoảng 30% so với tổng sản l-ợng đồng đ-ợc sản xuất hang năm Quặng đồng chứa hàm l-ợng đồng ít,quặng chia làm loại: + Quặng sunfua đồng sắt + Quặng oxit đồng Các tinh quặng đồng sau tun nỉi chøa tø 8-35% Cu tun nỉi chọn lọc thu đ-ợc tinh quặng đồng tinh quặng chì,kẽm,niken II.2 Ph-ơng pháp luyện đồng Có ph-ơng pháp luyện đồng : + Hỏa luyện + Thủy luyện Hỏa luyện dung để xử lý quặng sunfua đồng Thủy luyện áp dụng cho quặng oxit đồng tự nhiên Tuy nhiên hỏa luyện thi thu hồi đ-ợc đồng kim loai quý thủy luyện thi không.vì hỏa luyen đ-ợc dùng nhiều Thống kê hàng năm 90% đồng sản xuất hỏa luyện,10%sản xuất thủy luyện II.3 Sau mô hình trình sản xuất: Sản phẩm đầu vào Quặng ,tinh quặng phế liệu đồng Công nghệ sản xuất Sản phẩm đầu : đồng kim loai quý Page LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com II.4 Sơ đồ hỏa luyện đồng Tr dung đdung Tinh qung ng Bi Khí lò Thiêu kt Thu bi Bi Luyện sten đồng KhÝ lß Sten Xỉ Trợ dung SX H SO KhÝ lß Thổi luyện Thu bụi Đồng thô X sten : hn hp sunfua à nãi phần luyện Hỏa tinh luyện Đồng th« Xỉ Điện phân Muối catot Bïn an«t Xử lý thu hổi Ag, Au, Cu, kim loại quý kh¸c II.4.1 Thiêu kết tinh quặng đồng : Trong tinh quặng đồng chứa l-ợng S lớn, đồng có hàm l-ợng không cao Quá trình luyện tiến hành đồng thời lò phản xạ lò điện hiệu suất khử S thấp Sten thu đ-ợc hàm l-ợng Cu không cao, trình luyện Sten sau tốn Do phải tiến hành thiêu đốt để cháy bớt l-u huỳnh, biến phần sắt sunfua thành sắt oxit dạng xỉ, khử bớt tạp chất có hại cho trình luyện kim loại đồng thời có tác dụng trộng phối liệu tr-ớc luyện Quá trình luyện thiêu kết trình oxy hóa đốt cháy Page LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com c¸c sulfua biÕn chúng thành oxit Các phản ứng trình thiêu hỏa tinh luyện đồng nh- sau: Khi nhiệt độ cao 2CuFeS2 = Cu2S + 2FeS + 1/2S2 FeAsS = FeS + As FeS2 = FeS + 1/2 S2 2FeS +7/2O2 = Fe2O3 + 2SO2 + Q Cu2S + 2O2 = 2CuO + SO2 S + O2 = SO2 Ngoµi cã ph¶n øng cđa FeS víi Cu2S FeS + Cu2O = FeO + Cu2S Khi nhiƯt ®é thÊp cã thể xảy phản ứng tạo đồng sắt sulfat CuS + 2O2 = CuSO4 FeS + O2 = FeSO4 Ngoài ra, số oxit có tính axit tác dụng với oxit mang tính Bazơ tạo thành sản phẩm phức nh- 2CaO.SiO2; FeO.SiO2; MeO.Fe2O3 Các phản ứng phản ứng tỏa nhiệt nên trình tự nhiệt Quá trình thiêu th-ờng tiến hành 850oC, tr-ờng hợp thiêu kết phải tiến hành nhiệt độ chảy nhÃo nguyên liệu khoảng 1050-1100oC II.4.2 Qúa trình sten đồng Sten đồng sản phẩm trung gian hỏa luyện tinh quặng đồng Là sản phẩm sunfua kim loại 80-90%la Cu2S, FeS2 Trong trình luyện đồng từ tinh quặng sulfua ng-ời ta phải tiến hành thông qua sản phẩm trung gian Sten đồng luyện thành đồng thô lý sau: Page LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Sten đồng chất tập hợp tốt đồng, hầu hết đồng vào Sten d-ới dạng Cu2S, theo xỉ với l-ợng hạn chế - Sten đồng có khả hòa tan tốt kim loại quý nh- Au, Ag, Pt hầu hết kim loại quí tan vào sten, d-ới 1% vào xỉ theo đ-ờng học - Nếu luyện thẳng đồng thô phải thiêu hết l-u huỳnh quặng để chuyển thành oxit, tốn nhiên liệu l-ợng đồng mát vào xỉ lớn kéo theo mát kim loại quý vào xỉ không thu hồi đ-ợc lớn Trong trình luyện xảy biến đổi hóa lý nh- sau: FeS + Cu2S = FeS.Cu2S (sten) FeS + 6Fe2O3 + SiO2 = 7(2FeO.SiO2) + 2SO2 6(MeO.Fe2O3) + 2FeS + 7SiO2 = 6MeO + 7(2Fe2O3.SiO2) + 2SO2 Các oxit tạp nh- CaO tác dụng với SiO2 FeO tạo thành xỉ dễ chảy, chảy dồ xuống phía d-ới Ngoài xảy phản ứng hoàn nguyên đồng thành đồng kim lo¹i 2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2 Nh-ng nÕu có FeS đồng tác dụng để tạo thành Cu2S vào sten sắt sắt bị oxi không khí SO2 SO3 oxi hóa thành FeO vào xỉ II.4.3 Luyện sten đồng thô Quá trình đ-ợc thực lò thổi gió, sử dụng oxi không khí oxi để thực phản ứng Quá trình chia thành giai ®o¹n chÝnh: Giai ®o¹n 1: Oxi hãa t¹o xØ Sư dụng không khí có áp suất cao thổi vào khối sten lỏng vào phản ứng oxy hóa sulfua xảy mÃnh liệt 3-4 lần 2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2 + 185500 cal Page LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nh-ng sau ®ã, lực đồng với l-u huỳnh lớn sắt với l-u huỳnh nên xảy phản ứng: Cu2O + FeS = Cu2S + FeO 2FeO + SiO2 = 2FeO.SiO2 + 8100 cal Do giai đoạn có phản ứng oxy hóa tạo xỉ sulfua sắt theo phản ứng tổng quát: Vì giai đoạn phải không ngừng cung cấp bột thạch anh để tạo xỉ Kết thúc giai đoạn 1, nghiêng 2FeS + O2 + SiO2 = 2FeO.SiO2 + 2SiO2 + 233400cal lò tháo xỉ ngoài, nạp tiếp liệu (sten), SiO2 thực trình thổi luyện Mỗi mẻ lun n¹p sten 2FeS + 3O2 = 2FeO + 2SO2 + 225300 cal Giai đoạn 2: Oxy hóa hoàn nguyên Kết thúc giai đoạn 1, tiến hành thổi gió giai đoạn Phản ứng giai đoạn chủ yếu phản ứng oxy hóa sulfua đồng: khí lò có l-ợng nhỏ oxit kẽm, oxit chì khoảng 1% đồng nguyên liệu Và phản ứng hoàn nguyên Cu2O Cu2S: 2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2 30000 cal Giai đoạn kết thúc lò không khói trắng (SO2) Sản phẩm trình đồng thô, xỉ khí lò Hiệu suất thu hồi đồng đạt đến 98% tùy hàm l-ợng đồng Sten Đồng thô thu đ-ợc có thành phần đồng khoảng 9799%, cßn Sb antimoan); As; Ni; Bi; Au, Ag KhÝ lß có thành phần chủ yếu SO2, áp dụng biện pháp chống hở hàm l-ợng SO2 có thÓ Page LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com đạt từ 6-10% (Nồng độ SO2>3% sử dụng làm nguyên liệu điều chế axit sulfuric) Ngoài 2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + SO2 + 186000 cal II.4.4 Tinh luyện đồng đồng Cu2O + CH4 = CO2 + 2H2O + 8[Cu] Giai đoạn hoàn nguyên tiến hành đến đồng lỏng khoảng 0,30,5% Cu2O Sau trình hỏa tinh luyện, hầu hết kim loại quý nằm nguyên đồng Đồng đ-ợc đúc thành anốt để tinh luyện điện phân đúc thành thỏi để sử dụng tr-ờng hợp không cần Trong đồng thô luyện từ Sten chứa nhiều chất tạp l-ợng đáng kể kim loại quí Do cần tiến hành trình tinh luyện để khử chất tạp thu đồng 99,9599,99% Quá trình tinh luyện đồng đ-ợc diễn theo b-ớc: Hỏa tinh luyện điện phân B-ớc 1: Hoả tinh luyện Đây ph-ơng pháp oxy hóa, dựa vào sở lực hóa học kim loại tạp với oxy lớn đồng, oxit kim loại tạp tạo thành lại không tan vào đồng kim loại nên tách khỏi đồng thô d-ới dạng xỉ Sử dụng oxi không khí để oxi hóa phần đồng thành oxit Cu2O, Cu2O tan vào đồng lỏng oxi hóa chất tạp ®ång láng theo ph¶n øng: [Me] + [Cu2O] = (MeO) + 2[Cu] Thứ tự oxi hóa từ mạnh đến yếu kim loại nh- sau: Al, Si, Mn, Zn, Fe, Ni, As, Sb, Pb, Bi Để tăng c-ờng tr×nh oxy hãa, ng-êi ta th-êng dïng èng thÐp s Page LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thu hồi đ-ợc l-ơng l-u huỳnh lớn để phục vụ việc sản xuất axit sunfua ric Quy trình quay vòng làm cho việc sản xuất đồng liên tục *Nh-ợc điểm: Tr-ớc luyện đồng thô,phải thiêu hoàn toàn để đốt cháy l-ợng l-u huỳnh làm tăng thời gian phí tổn trình thiêu đốt Mất mát đồng vào xỉ lớn Do môi tr-ờng hoàn nguyên mạnh nên kim loại Ag,Sb,Fecũng đ-ợc hoàn nguyên hòa tan vào Cu thô, làm cho việc tinh luyện xảy khó III Đặc điểm sử dụng nguyên nhiên vật liệu,n-ớc l-ợng công nghệ luyện đồng III.1 Nguyên nhiên vật liệu Nguyên liệu dùng cho trình luyện đồng đồng phế quặng đồng.Việc lựa chọn nguyên liệu tuỳ theo điều kiện kinh tế,công nghệ Đồng phế Nguyên nhiên vật liệu Quá trình luyện đồng Sản phẩm đồng Quặng đồng Đồng luyện từ phế liệu chiếm khoảng 30% so với đồng luyện từ quặng Hiện ng-ời ta đà tìm thấy khoảng 240 khoáng vật ( quặng chứa đồng ) nh-ng có 10 loại số có ý nghĩa ngành công nghiệp luyện kim Quặng đ-ợc chia làm hai loại , quặng sunfua khoáng sản sunfua tạo thành , quặng oxit khoáng oxit ,silicat cacbonat tạo thành Quặng đồng nghèo chứa đồng thấp 1% , quặng đồng trung bình chứa 1-3 % đồng , cao 3% gọi quặng giàu Đa phần khai thác quặng nghèo chứa 0,35% đồng , quặng đồng th-ờng cộng sinh với nhiều kim loại khác nh- Ni , Co , Pb , Zn , Fe nên thành phần phức tạp Đa phần quặng đồng dạng sunfua D-ới số quặng phổ biến đ-ợc sử dụng công nghệ luyện đồng Page 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thành phần % Quặng sunfua Công thức cấu tạo Bornite Cu5 FeS4 63,5 11,1 25.4 Chalcopyrite CuFeS2 34,8 30,4 34,8 Tennanite (Cu,Fe)12 As4 S13 35,6 31,2 19,3 Tetrahedrite Cu12 Sb4 S13 45,9 Chalcocite Cu2 S 40 Quặng oxit Công thức cấu tạo Cuprite Cu2 O 88,9 Malachite CuCO3 Cu(OH)2 28,8 Cu Fe S Sb As 13,9 24,9 29,2 60 Thành phần % Cu Fe S Sb As III.1.1 Qng sunfua III.1.1.1 Qng chalcopyrite Trong quặng sunfua quặng chalcopyrite phân bố rộng Chalcopyrite có màu đồng thau , có ánh kim , có độ cứng lớn Chalcopyrite,khoáng vật đồng,thuộc lớp sunfua CuFeS2 tạp chất Xesi,telu ,kẽm,vàng,bạc,vvv,hệ tứ ph-ơng Màu vàng thau,ánh kim mạch Tập hợp hạt, khối,đặc sit,hạt xâm nhiễm,mạch,dạng cần,dạng then ,vvvĐộ cứng 3-4,khối l-ợng riêng 4,1-4,39 g/cm3 Th-ờng gặp mỏ nguồn gốc macma dung li ,scacnơ,nhiệt hạch,trầm tích.Phổ biến mỏ quặng đồng sinh (Lào Cai),mỏ đồngniken Bản Xang (Sơn La ) III.1.1.2 Quặng bornite Page 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bornite,khoáng vật đồng thuộc lớp Cu5 Fe S4 Hệ lập ph-ơng ,đa hình ,tập hợp hạt ,khối đặc sịt Màu sẫm ,đỏ màu đồng với tia màu sặc sỡ mặt ánh bán kim Độ cứng 3,0 ; khối l-ợng riêng 4,9 5,3 g/cm3 Th-ờng gặp mỏ quặng đồng đối làm giàu thứ nguyên chalcopyrite biến thành , mỏ cát kết ngậm đồng mỏ nhiệt điện Th-ờng gặp mỏ đồng biển đồng ( Bắc Giang ) mỏ quặng đồng điểm quặng đồng Lai Châu , Sơn La , Hà Tây , Hoà Bình III.1.1.3 Quặng chalcocite Khoáng vật màu đen màu chì xám tối, Cu2S , ánh kim tinh thể hệ thoi dạng khối nguồn quặng Cu quan trọng III.1.1.4 Quặng tennantite, Tennantite nhóm khoáng chất đ-ợc gọi fahlerz fahlores Nhóm có nghĩa tái quặng Nó có màu xám đen ,thép màu xám, sắt màu xám hay xám đen III.1.1.5 Tetrahedrite Page 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tetrahedrite lµ mét nhóm khoáng chất đ-ợc gọi fahlerz fahlores Nhóm có nghĩa tái quặng .Có màu xám bạc , Tetrahedrite Tennantite hai quặng có cấu trúc pha lê,nh-ng khác tỷ lệ % arsenic atimon atimon giàu tetrahedrite arsenic giàu tennantite III.1.2 Quặng oxit III.1.2.1 Quặng cuprite Cuprite quặng đồng đỏ , khoáng vật đồng , phụ thuộc vào lớp oxit đơn giản Cu2O.Hệ lập ph-ơng Tập hợp hạt nhỏ đặc sít , dạng đất Màu đỏ đến xám chì , ánh kim c-ơng nửa kim loại bề mặt vết vỡ Độ cứng 3,5 , khối l-ợng riêng 5,85 6,15 g/cm3 III.1.2.2 Quặng malachite Malachite cacbonat khoáng sản th-ờng đ-ợc biết đến nh- đồng cacbonat với công thức CuCO3 Cu(OH)2 Hệ đơn nghiêng ,tạp chất : CuO , Fe2O3 , SiO2 , vv , gặp tập hợp dạng nhũ đá thận , sợi phóng tia , dạng đất Màu xanh lục , ánh thuỷ tinh Độ cứng 3,5 , khối l-ợng riêng 3,9 4,1 g/cm3 gặp đới oxi hoá mỏ quặng ®ång ( Cu ) Céng sinh víi azumit , cuprit , limonit loại dạng nhũ đá , dạng thận dùng đá mỹ nghệ , loại dạng đất dùng làm bột màu Gặp mỏ đồng Biển Đông , Bắc Giang III.2 N-ớc l-ợng công nghệ luyện đồng Page 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong công nghiệp luyện đồng , n-ớc (n-ớc nhà máy) đ-ợc dùng chủ yếu cho trình rửa quặng nguyên liệu đầu vào L-ợng n-ớc thải từ nhà máy luyện đồng lớn,vì để tận dụng nguồn n-ớc ta tái chế sử dụng cho trình sản xuất khác Năng l-ợng công nghệ luyện đồng l-ợng điện than cốc Than cốc đ-ợc sử dụng để nung chảy quặng Than cốc sản phẩm tạo thành từ than đá , loại than chøa Ýt l-u huúnh vµ Ýt tro nhê quy trình luyện than đá thành than cốc điều kiện yếm khí 10000 C Các thành phần dễ bay nh- n-ớc,khí than tro than đà bị loại bỏ gần nhhoàn toàn Cacbon phần tro lại bị hoà tan lẫn vào Một phần cacbon bị chuyển sang dạng giống nh- than chì ( hay graphÝt) Thuéc tÝnh vËt lý cña than cèc Than cốc sản phẩm cứng xốp có màu xám , thu đ-ợc nhờ trình luyện cốc than mì ( lo¹i than cã thĨ t¹o ta chÊt kết dính kho đ-ợc nung môi tr-ờng yếm khí ) Tính theo hàm l-ợng than cốc chứa khoảng 96-98% C, phần lại H,S,N,O Độ xốp đạt 49-53% , tỷ trọng riêng khoảng 1,80-1,95 g/cm3 ,tỷ trọng biểu kiến khoảng g/cm3 ,còn tỷ trọng dạng rời khoảng 400-500g/cm3 độ tro 9-12%, tỷ lệ chất dễ bay khoảng 1% Độ ẩm t-ơng đối khoảng 2-4% không lớn 0,5% khối l-ợng Giới hạn bền bị nôn 15-25 MPa, bị cắt ( đặc tr-ng cho tính bền vững cắt ) 6-12 MPa, suất tủa nhiƯt 29-30 MJ/kg Thc tÝnh ho¸ häc cđa than cèc Trên 9000C, than cc d dàng phc hi khí cacbonic (СО2) theo phản ứng sau: С + СО2 = 2СО Ở nhiệt độ khoảng 10000C, tốc độ phản ứng (khả phản ứng tiªu chuẩn than cốc) tÝnh g than cc 0,1-0,2 ml giây, nng lng ta 140-200 kJ/mol Tc độ phản ứng với О2 (tức phản ứng ch¶y than cốc) theo phương tr×nh: С + О2 = СО2 Là cao hn mt cách k so vi phn ng 2, mc khong 5000C gn 0,1 ml giây, nng sut ta nhit khoảng 100-140 kJ/mol Page 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com C¸c thuộc tÝnh hãa lý than cốc x¸c định cấu tróc nã, cấu tróc nã gần với cấu tróc lớp lục gi¸c graphÝt Cấu tróc than cốc c c trng bi s sp xp không hoàn ho: phn riêng r (các lp) c liên kt bi lực Van de Waals chiếm giữ số vị trÝ cã khả (vÝ dụ, xếp chồng lÉn nhau) Bên cnh nguyên t cacbon li không gian than cốc (đặc biệt c¸c phần ngoại biên ca nó) có th phân b nguyên t dị thường lưu huỳnh, nitơ, oxy Cấu tróc vµ tÝnh chất than cốc phụ thuộc vµo thµnh phần mẻ than đá nhiệt độ vµ tốc t núng m than Vi s tng lên ca hàm lng khí than thành phn kh¸c, đặc trưng mức độ biến đổi thấp nhit cc hóa b gim xung s gim i ca thành phn ó nhit này, kh nng phn ng kh nng chảy ca than cc nhn c cui tng lên tng hàm lng ca khí than m than bn to cc trung bình than cốc giảm xuống, độ xốp tăng lên Sự tăng cao nhiệt độ cốc hãa cã khả tăng độ xốp than cốc Khi tăng thời gian cốc hãa vµ giảm tốc độ đốt nãng xp ca than cc cng c tng lên IV Vấn đề môi tr-ờng công nghệ sản xuất bao gồm : dòng thải , quy mô dòng thải , -ớc tính chất thải quan trọng & sơ tóm tắt ph-ơng án giải ô nhiễm theo h-ớng : quản lý , giảm thiểu xử lý IV.1 Vấn đề chất thải rắn Đa phần quặng đồng đ-ợc sử dụng th-ờng có hàm l-ợng đồng thấp (chứa khoảng 0,35% đồng) nên luyện trực tiếp tr-ớc luyện phải tiến hành qua công đoạn tuyển khoáng nhằm nâng hàm l-ợng đồng lên 1030%(Chất thải từ trình gọi quặng đuôi).Ph-ơng pháp tuyển ph-ong pháp tuyển quăng đồng phổ biến nay.Vấn đề đặt loại thuốc dùng trình tuyển hợp chất hữu chứa l-u huỳnh,phốt pho,nitơ,asen(có thể gây ung th-).Một số loại thuốc tuyển th-ờng dùng: Xantat: R-O-C(=S)-SH Tiocar bamat: RO-N(=R)-C(=S)-SH Đitiôphophat: (RO-)2P(=S)-SH Hợp chất hữu chứa Asen Page 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Biện pháp xử lí thông dụng đất đá phế thải trình tuyển quặng chôn lấp, cần diện tích lớn hàng trăm hécta để chứa chúng,bên cạnh không đ-ợc xử lí cẩn thẩn thuốc tuyển ngấm vào đất Để luyện đồng từ tinh quặng sulfua ng-ời ta phải tiến hành thông qua sản phẩm trung gian sten đồng luyện đồng thô,trong trình l-ợng đồng mà số kim loại quí nh- Au,Ag,Pt (khoảng 1% d-ới dạng xỉ lò theo đ-ờng học).Xỉ thải không đ-ơc tận thu kim loại th-ờng đ-ợc mang chôn lấp có số nơi đ-ợc dùng để đóng gạch,lát đ-ờng Trong trình luyện Sten đồng thô,chất thải rắn chủ yếu xỉ trình ôxi hoá tạo xỉ sulfua sắt có sten đồng(xỉ có chứa FeO.SiO2) xỉ giai đoạn ôxi hoá hoàn nguyên đồng(xỉ gồm l-ợng nhỏ oxit kẽm,oxit chì khoảng 1% đồng nguyên liệu).Th-ờng loại xỉ đ-ợc chôn lấp Trong đồng thô luyện từ Sten nhiều tạp chất l-ợng đáng kể kim loại quí ,do để khứ tạp chất thu đồng 99,95-99,99% cần tiến hành trình tinh luyện đồng gồm hai b-ớc: hoả tinh luyện điện phân.Giai đoạn hoả tinh luyện phát sinh l-ợng xỉ(các oxit kim loại tạp không tan vào Cu).Một phần xỉ giai đoạn đ-ợc tái sử dụng để luyện Sten đồng,phần lại đ-ợc đem chôn lấp.Trong trình điện phân,chất thải rắn chủ yếu bùn anôt(trong bùn có chứa nhiều kim loại quí nh- Au,Ag không đ-ợc tận thu gây lÃng phí lớn,tuy nhiên công nghệ nhà máy Việt Nam thấp nên phần lớn bùn đ-ợc đem chôn lấp) Một số loại chất thảỉ rắn khác nh- máy móc thiết bị hỏng,dụng cụ bảo hộ lao động công nhân,hay rác thải sinh hoạt công nhân không chất thải đặc thù nên biện pháp xử lí phân loại xử lí IV.2 Vấn đề n-ớc thải Page 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nứơc thải công nghƯ lun ®ång cã tõ nhiỊu ngn víi tÝnh chÊt khác Trong khâu tuyển quặng,n-ớc thải chủ yếu n-ớc rửa chứa tạp chất vô có hàm l-ợng chất rắn lơ lửng cao.Trong hoả luyện n-ớc tham gia trình làm nguội khí lò nung ( n-ớc thải loại chứa thành phần tạp chất quặng,đồng kim loại) Một nguồn n-ớc thải khác n-ớc rửa sản phẩm,lắng gặn lọc sản phẩm,dung dịch thải th-ờng mang tính axít có chứa thành phần kim loại cần lun cịng nh- mét sè chÊt hoµ tan hoµ tan quặng nh- As,Fe thông th-ờng loại n-ớc thải đ-ợc thu gom vào hồ chứa,lắng xử lí vi sinh Khi điện phân,dung dịch thải chất điện phân đ-ợc tháo liên tục để giữ cho tạp chất dung dịch d-ới hạn cho phép.Dung dịch chứa sunphat đồng,axít sunphuaric,tạp chất Ni,As.B-ớc đầu việc xử lí dung dịch thu lại Cu cách điện phân với cực d-ơng không tan.Tuy trình th-ờng có khả tạo asin dung dịch có As AsO-+3H2=AsH3+3OHDo dung dịch đ-ợc chiết li dung môi h-ũ tr-ớc điện phân Với mục đích khử bớt tạp chất dung dịch thu hồi kim loại có ích từ dung dịch có hàm l-ợng thấp ng-ời ta dùng trình xi măng hoá.Các phản ứng xi măng hoá: Fe + Cu+=Cu+Fe2+ Fe + 2H+=Fe2++H2 th-êng kÌm theo gi¶i phãng mét l-ợng nhỏ PH3,AsH3,bởi mặt sắt th-ờng chứa l-ợng nhỏ P,As dạng photphua asennua Fe3P2 + 6H+=2PH3+3Fe2+ Fe3As2 + 6H+=2AsH3+3Fe2+ Hiện đồng đ-ợc sản xuất mà không cần dùng mặt sắt cách chiết ly Cu dung môi hữu Page 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mét sè ngn n-íc th¶i khác nh- :n-ớc làm mát thiết bị(loại n-ớc đ-ợc quy -ớc sạch,tuy không bẩn nh-ng sử dụng nhiệt độ cao kéo theo gỉ sắt thiết bị truyền nhiệt có cố làm cho n-ớc bị nhiễm bẩn,n-ớc thải loại làm cho nguồn n-ớc tăng nhiệt độ nguồn nứơc, mặt khác nghèo oxi hoà tan nên làm chết loại sinh vật),n-ớc thải sinh hoạt công nhân.L-ợng n-ớc thải trung bình nhà máy 914m3/ha/ngày.Các loại n-ớc thải th-ờng đ-ợc gom vào hồ chứa xử lí lắng,vi sinh tr-ớc thải môi tr-ờng IV.3 Vấn đề khí thải khói bụi Trong nhà máy luyện đồng khói bụi,khí thải th-ờng phát sinh khâu tuyển quặng hoả luyện quặng đồng Trong trình nghiền quặng bụi phát sinh tránh khỏi Để khắc phục bụi biện pháp th-ờng đ-ợc áp dụng phun n-ớc(biện pháp dựa t-ợng hấp thụ bám dính hạt bụi bề mặt giọt n-ớc),cùng với trồng hàng rào xanh ngăn cách khu vực nghiền quặng với khu vục khác Khi thu hồi Cu từ quặng sunfua , SO2 đ-ợc tạo với số l-ợng lớn (SO2 khí độc gây tác hại tới hệ thần kinh.tiêu hoá),khoảng 30% khí đ-ợc sử dụng để sản xuất H2SO4 lại đ-ợc thải môi tr-ờng ( SO2 đ-ợc thải nồng độ khí thải 1-2%, thấp để dùng trực tiếp sản xuất axít).Hàng trăm SO2 từ nguồn đ-ợc thải môi tr-ờng năm.Có nhiều h-ớng để xử lí SO2 nh- tạo khí xả giàu SO2 thích hợp cho việc sản xuất H2SO4 sản sinh l-u huỳnh nguyên tố(cách xem lí t-ởng l-u hnh dƠ l-u kho vµ vËn chun cã thĨ chun thành SO2 hay H2SO4 cần thiết.Về ph-ơng diện có ph-ơng pháp thuỷ luyện có triển vọng đ-ờng dẫn đến l-u huỳnh nguyên tố cách trực tiếp,tuy ph-ơng pháp thuỷ luyện th-ờng tốn nên đ-ợc áp dụng).Sau số biện pháp cụ thể: Page 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cải tiến công nghệ sản xuất H2SO4 để sử dụng khí lò luyện chứa 1% SO2 thay khí lò thông th-ờng chứa 10% SO2.Thu gom có hiệu khí toả chuyển hoá Sten trắng sử dụng lò điện thay cho lò phản xạ Loại bỏ không gây ô nhiễm môi tr-ờng:điều naỳ thực cách hấp thụ chất rắn nh- CaO CaCo3 để tạo CaSO4 SO2 + 1/2 O2 + CaO =CaSO4 SO2 + 1/2 O2 + CaCO3 = CaSO4 + CO2 Khó khăn đề xuất phải xử lí l-ợng chất rắn lớn(thông th-ờng phải dùng vôi,phải xử lí CaSO4 cần loại bỏ l-u huỳnh.) Có nhiều cách khác để sử dụng SO2: Chuyển SO2 thành H2SO4 lo·ng b»ng c¸ch oxi ho¸ cã xóc t¸c pha n-ớc ( SO2+1/2O2+H2O = H2SO4,axít đ-ợc làm H2SO4 10-15% làm đậm dặc tới 70% hệ thống tuần hoàn, đốt chìm) Hấp thụ chọn lọc hydrôxit amon đ-a thị tr-ờng bán d-ới dạng phân bón (SO2+1/2O2+2NH4OH=(NH4)2SO4+H2O ; ph-ơng án dựa việc chuyển SO2thành SO3 sau phun NH3vào dòng khí để tạo tinh thể nhỏ mịn sunphat amôn đ-ợc tách túi vải) Tạo S nguyên tố: hấp thụ chọn lọc SO2bởi H2O ( độ hoà tan cđa SO2 bëi n-íc lµ 228g/l ë 00C;5,8g/l ë 900C.Để hấp phụ SO2cần n-ớc).Sau cho t-ơng tác với chất lỏng,qua nhiều b-ớc xử lí để tạo H2S-chất dễ chuyển đổi thành l-u huỳnh nguyên tố( trình sử dụng NaAlO2 rắn dung dịch n-ớc xitrat natri,hỗn hợp nóng chảy Na2CO3-LiCO3K2CO3.Trong hệ khí lò chứa l-ợng nhỏ SO2,l-ợng d- O2lớn,kết hợp lại tạo thành sunphua kiềm,sau phản ứng với H2để tái sinh chất phản ứng tạo H2S).Cuối để tạo l-u huỳnh nguyên tố ng-ời ta tiến hành hoàn nguyên C khí tù nhiªn ë 1200c: SO2+C=S+CO2 2SO2+CH4=2S+CO2+2H2O Page 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ngoµi khÝ SO2vµ bơi trình tuyển quặng,trong nhà máy luyện đồng có bụi khác hạt mịn vật liệu xử lí lò bị kéo theo ngoài,một phần số chúng đ-ợc thu lại lí do: Thu hồi hàm l-ợng kim loại có giá trị,phòng ngừa ô nhiễm môi tr-ờng Ph-ơng pháp khử bụi chủ yếu phụ thuộc kích th-ớc hạt, nhiệt độ ®é Èm cđa khÝ ThiÕt bÞ sư dơng sư dụng trình xử lí đ-ợc phân thiết bị thu bụi khô hoăc -ớt ( Các thiết bị thu bơi kh« gåm cã bng thu bơi träng lùc có chắn , xiclon , thu bụi túi vải Trong thiết bị thu bụi -ớt hạt bụi va chạm với n-ớc đ-ợc thu dạng bùn , phải lọc,sấy bÃlọc,tuần hoàn n-ớc.Thiết bị dùng trongph-ơng pháp -ớt tháp rửa,th-ờng gồm từ đến thiết bị nối với nhau.Ph-ơng pháp thu bụi -ớt đ-ợc -a chuộng) IV.4 Vấn đề vi khí hậu Các chất thải từ giai đoạn công nghệ luyện đồng không ảnh h-ởng đến sức khoẻ công nhân làm việc nhà máy mà ảnh h-ởng đến vùng lân cận Hiện để giảm nồng độ chất độc hại đến giới hạn cho phép khí ng-ời ta th-ờng làm khuyếch tán chất vào khí (xây ống khói đ-a khí độc vào môi tr-ờng) Biện pháp th-ờng tốn mà không giải triệt để vấn đề(nhà máy luyện đồng Copper Cliff Ontario Canada xây dựng năm 1972,với chiều cao ống khói 381m(vốn đầu t- 25 triệu USD),mỗi ngày nhà máy thải môi tr-ờng 2500 SO2,tuy phát đ-ợc bất khí độc hại lớp không khí d-ới thấp xung quanh nhà máy nh-ng không dám đảm bảo khí không rơi xuống với n-ớc m-a) N-ớc thải từ nhà máy luyện đồng(th-ờng có nhiệt độ cao, nghèo oxi) n-ớc từ bÃi chôn lấp chất thải rắn(th-ờng chứa số kim loại thuốc tuyển quặng)nếu không đ-ợc thu gom xử lí mà thải trực tiếp môi tr-ờng gây ô nhiễm nguồn n-ớc Page 21 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong nhà máy luyện đồng th-ờng dùng khí ,hơi n-ớc,và vật liệu nóng chảy(muối nóng chảy,xỉ,sten,kim loại) và vật liệu th-ờng dễ gây cháy nổ nên cần đ-ợc sử dụng phù hợp(để kim loại nóng chảy xỉ nóng chảy vào nuớc với mục đích làm nguội không làm ng-ợc lại gây nổ,Sten nóng chảy nguy hiểm tiếp xúc với n-ớc tạo H2S chất gây nổ) Một số vấn đề ô nhiễm khác nh- :tiếng ồn nhà máy luyện đồng(trong trình tuyển quặng),dầu bảo d-ỡng thiết bị máy móc dùng nhà máy(do tính chất đặc biệt loại dầu bền điều kiện môi tr-ờng nên cần có biện pháp thu gom ),hay xạ nhiệt(trong trình thiêu kết,hoả luyện) ảnh h-ởng trực tiếp tới sức khoẻ ng-ời công nhân Bên cạnh đó,do đặc thù nhà máy luyện đồng,ng-ời công nhân phải làm việc môi tr-ờng axít,ng-ời công nhân phải có thiết bị bảo hộ(nh- quần áo,khẩu trang) Hiện nay,ở Việt Nam phần lớn nhà máy hay sở luyện đồng (các làng nghề thủ công)th-ờng nằm gần khu dân c-(mà vùng đệm),trong công nghệ nhà máy th-ờng lac hậu nên gây vấn đề ô nhiễm nghiêm trọng nhà máy khu dân c- liền kề.Do cần phải di dời nhà máy,làng nghề khu vực riêng Tài liệu tham khảo 1) Giáo trình trình sản xuất 2) Giáo trình công nghệ xử lí n-ớc thải Tác giả : Trần Văn Nhân 3) Vấn đề ô nhiễm công nghiệp mỏ luyện kim Tác giả : Fathi Habashi Dịch giả : Lê Xuân Khuông 4) Đại c-ơng luyện kim 5) Kỹ thuật hoá học đại c-ơng Page 22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com (TS Hoàng Thị Diệu Vân) 6) http:// www.copper.com 7) http://vi.wikipedia.org 8) http://en.wikipedia.org Page 23 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Page 24 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Page 25 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com .. .Công Nghệ Luyện Đồng Tóm Tắt Công Nghệ Luyện Đồng I Tình hình sản xuất giới n-ớc ; sơ l-ợc công nghệ Sinh viên thực : Nguyễn Hải D-ơng II Đặc thù công nghệ đ-ợc phân công tìm hiểu... tuỳ theo điều kiện kinh tế ,công nghệ Đồng phế Nguyên nhiên vật liệu Quá trình luyện đồng Sản phẩm đồng Quặng đồng Đồng luyện từ phế liệu chiếm khoảng 30% so với đồng luyện từ quặng Hiện ng-ời... việc tinh luyện xảy khó III Đặc điểm sử dụng nguyên nhiên vật liệu,n-ớc l-ợng công nghệ luyện đồng III.1 Nguyên nhiên vật liệu Nguyên liệu dùng cho trình luyện đồng đồng phế quặng đồng. Việc lựa