TIỂU LUẬN MÔN HỌC QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN VÀ CHẤT THẢI NGUY HẠI CHẤT THẢI NGUY HẠI NGÀNH LUYỆN KIM

Đó chính là côngnghệ luyện kim, công nghệ tinh luyện, công nghệ hợp kim hóa, công nghệ đúc và côngnghệ cán… Sau khi có được kim loại và hợp kim, các nhà luyện kim còn làm thay đổi được c

BÁO CÁO MÔN HỌC: QUẢN LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI

Chủ đề:

CHẤT THẢI NGUY HẠI NGÀNH LUYỆN KIM

GVGD: PGS.TS LÊ THANH HẢI Nhóm 5:

1 Trần Thành Đạt

2 Nguyễn Minh Hồng Nga

3 Phạm Thị Vân

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH iii

1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH LUYỆN KIM 1

1.1 Giới thiệu chung 1

1.2 Ngành luyện kim tại Việt Nam 1

1.3 Định hướng phát triển trong tương lai 2

1.4 Phân loại luyện kim 2

1.4.1 Luyện kim đen 2

1.4.2 Luyện kim màu 3

1.5 Quy trình sản xuất 5

1.5.1 Quá trình xử lý bằng hóa học 5

1.5.2 Quá trình luyện 8

1.5.3 Quá trình tinh luyện 13

1.5.4 Quá trình nhiệt luyện 16

2 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH ĐÚC KIM LOẠI 19

2.1 Công đoạn của quá trình đúc 20

2.2 Các phương pháp đúc 20

2.3 Ưu và nhược điểm của ngành đúc kim loại 30

3 QUY TRÌNH LUYỆN GANG 67

4 QUY TRÌNH LUYỆN THÉP 73

5 QUY TRÌNH LUYỆN NHÔM 79

6 QUY TRÌNH LUYỆN KẼM 85

7 QUY TRÌNH LUYỆN CHÌ 90

8 QUY TRÌNH LUYỆN ĐỒNG 92

9 NHIỆT LUYỆN VÀNG 98

10 ĐÚC KIM LOẠI ĐEN (ĐÚC GANG) 103

11 ĐÚC KIM LOẠI MÀU (ĐÚC ĐỒNG) 106

12 DANH MỤC CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ NGÀNH LUYỆN KIM 108

13 BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM TRONG QUÁ TRÌNH LUYỆN KIM VÀ ĐÚC KIM LOẠI 113

13.1 Đối với ngành luyện kim 113

13.2 Đối với ngành đúc kim loại 120

14 HỆ THỐNG QUẢN LÝ VÀ XỬ LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI 136

14.1 Hệ thống quản lý CTNH 143

14.2 Xử lý CTNH 146

15 CASE STUDY – CÔNG TY TNHH HYOSUNG VIỆT NAM 148

15.1 Tổng quan về công ty 148

15.2 Nhu cầu về nguyên vật liệu 148

15.3 Quy trình công nghệ sản xuất 149

15.4 Nguồn phát sinh chất thải chính của công ty 154

15.5 Biện pháp giảm thiểu các nguồn gây ô nhiễm 156

TÀI LIỆU THAM KHẢO 161

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: sơ đồ quy trình đúc trong khuôn cát 19

Hình 2: hòm khuôn đúc má tĩnh và má động 20

Hình 3: chi tiết ống nói cán chế tạo mẫu đúc, vật đúc 21

Hình 4: sơ đồ cấu tạo một khuôn đúc 2 nữa 21

Hình 5: hệ thống rót và vật đúc 22

Hình 6: hộp lõi tròn và hộp lõi chữ T 22

Hình 7: khuôn kim loại 23

Hình 8: khuôn đúc áp lực 25

Hình 9: đúc ly tâm trục quay thẳng đứng 27

Hình 10: sản phẩm của đúc ly tâm trục quay thẳng đứng 27

Hình 11: đúc khuôn mẫu chảy 28

Hình 12: Quặng sắt Hematit (Fe2O3) nâu 68

Hình 13: Quặng sắt Hematit đỏ 68

Hình 14: Quặng sắt manhetit (Fe3O4) 68

Hình 15: Quặng pyrit 68

Hình 16: Quy trình luyện gang 69

Hình 17: Quy trình luyện thép bằng lò điện hồ quang 74

Hình 18: Cấu tạo tổng thể của lò điện hồ quang luyện thép 77

Hình 19: quy trình luyện nhôm 81

Hình 20: quy trình luyện kẽm 88

Hình 21: quy trình tinh luyện chì từ chì đã qua tái sinh 91

Hình 22: quy trình luyện đồng 92

Hình 23: quy trình luyện vàng 100

Hình 24: lò đúc gang 105

Hình 25: quy trình đúc đồng 107

Hình 26: quy trình công nghệ xử lý khí thải bằng thiết bị hấp thu 113

Hình 27: các buồng lắng bụi cho ngành đúc kim loại 128

Hình 28: cyclon lọc bụi cho ngành đúc kim loại 129

Hình 29: thiết bị lọc bụi bằng túi vải cho ngành đúc kim loại 130

Hình 30: thiết bị lọc bụi kiểu tĩnh điện cho ngành đúc kim loại 130

Hình 31: quy trình công nghệ xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thu của ngành đúc kim loại 131

Hình 32: Sơ đồ nguyên lý hệ thống xử lý nước làm mát của ngành đúc kim loại 133

Hình 33: Sơ đồ khối nguyên lý xử lý nước rửa phế liệu 134

Hình 34: Hệ thống quản lý CTNH của Nhà nước 143

Hình 35: quy trình sản xuất ống đúc 148

Hình 36: quy trình sản xuất ống dẫn, ống bọc 150

Hình 37: quy trình sản xuất ống khoan 152

Hình 38: Cấu tạo bể tự hoại 3 ngăn 158

1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH LUYỆN KIM

1.1 Giới thiệu chung

Luyện kim là lĩnh vực khoa học kỹ thuật và ngành công nghiệp điều chế các kim loại từquặng hoặc từ các nguyên liệu khác, chế biến các hợp kim, gia công phôi kim loại bằng

áp lực, bằng cách thay đổi các thành phần hóa học và cấu trúc để tạo ra những tính chấtphù hợp với yêu cầu sử dụng

Luyện kim là một ngành công nghiệp rộng lớn, phức tạp và còn non trẻ ở nước ta ViệtNam nằm trong số mười nước giàu tài nguyên khoáng sản, nhưng chủ yếu đang ở dạngtiềm năng, chưa được thăm dò, khảo sát đầy đủ Chúng ta đã thấy có các mỏ sắt, mangan,crôm, nhôm, đồng, chì kẽm, thiếc, titan, wonfram, vàng, bạc…

Có bao nhiêu loại quặng thì ít nhất có bấy nhiêu phương pháp giải phóng các kim loại ấy

ra khỏi các quặng chứa chúng Tiếp đó phải tinh luyện để các kim loại đạt được độ sạchcao, pha trộn giữa các kim loại đó để có các hợp kim đáp ứng được những yêu cầu mongmuốn và tạo hình dáng cho chúng phù hợp với các nhu cầu sử dụng Đó chính là côngnghệ luyện kim, công nghệ tinh luyện, công nghệ hợp kim hóa, công nghệ đúc và côngnghệ cán…

Sau khi có được kim loại và hợp kim, các nhà luyện kim còn làm thay đổi được cấu trúc

và tính chất của chúng để các sản phẩm được chế tạo ra đáp ứng được những yêu cầungày càng đa dạng của cuộc sống, của nền kinh tế và quốc phòng

1.2 Ngành luyện kim tại Việt Nam

Luyện kim ở Việt Nam cũng khá phát triển Ở nơi nào có mỏ kim loại thì nơi đó có lòluyện kim

Luyện kim tập trung nhiều ở các tỉnh Đồng Nai, Bà Rịa Vũng Tàu, Quảng Nam, QuảngNgãi, Hà Tĩnh, Thanh Hóa, Hải Phòng, Hải Dương, Thái Nguyên, Lào Cai, Tuyên

Quang, Bắc Kạn, Cao Bằng và TP Hồ Chí Minh, … Trong đó ngành luyên kim đen củanước ta có xu hướng phát triển mạnh do khai thác nhiều từ các mỏ quặng sắt và nhậpnguyên liệu từ các nước đang phát triển.

1.3 Định hướng phát triển trong tương lai

Bộ Công Thương cho biết, theo quy hoạch phát triển ngành công nghiệp luyện kim thuộcvùng kinh tế trọng điểm phía Nam, đến năm 2015, ngành này sẽ đạt trình độ sản xuất tiêntiến ở khu vực ASEAN Theo đó, năm 2010, cơ cấu sản phẩm của ngành thép khu vựcnày từ chỗ chủ yếu là sản phẩm thép dài (thép hình, thép thanh) hiện nay sẽ được đa dạnghơn gồm thép cuộn, băng, lá cán nguội và cán nóng (kể cả thép không rỉ); sau năm 2010đến năm 2015 sẽ có thêm các sản phẩm phôi thép, thép tấm và nhôm

Các nhà máy cán nóng, cán nguội, mạ kẽm luyện cán thép không rỉ, luyện thép lò điện sẽđược xây dựng tại tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu trong giai đoạn 2006 - 2010 Trong giai đoạn

2011 - 2015, ngành thép sẽ triển khai giai đoạn hai 2 nhà máy cán thép Posco - HànQuốc và Phú Mỹ Đối với tỉnh Bình Dương, đến năm 2010, ngành sẽ hoàn thành xâydựng và đưa vào sản xuất nhà máy thép cuộn cán nguội của Công ty tôn Hoa Sen, xâydựng nhà máy thép cuộn cán nguội của công ty Sun Steel; sau 2010, tiếp nhận sự dịchchuyển sản xuất từ TP Hồ Chí Minh đến Tại tỉnh Đồng Nai, ngành cũng sẽ mở rộng nhàmáy cán thép thanh, thép dây của Công ty Sun Steel, năm 2010, địa phương này tiếpnhận sự chuyển dịch sản xuất từ TP Hồ Chí Minh

Ngoài ra, từ nay đến năm 2015, ngành cũng tập trung đầu tư đổi mới công nghệ, trangthiết bị xử lý chất thải, giảm thiểu ô nhiễm môi trường tại các cơ sở sản xuất không thuộcdiện phải di dời và thực hiện việc di dời hoặc chuyển đổi các cơ sở gây ô nhiễm theo kếhoạch

1.4 Phân loại luyện kim

Bản chất của công nghiệp luyện kim là tinh luyện ra các kim loại từ quặng của chúng Luyện kim gồm có 2 loại chính:

 Luyện kim đen: sản xuất ra gang và thép có nguồn gốc từ sắt

 Luyện kim màu: sản xuất ra các kim loại không có sắt

1.4.1 Luyện kim đen

1.4.1.1 Vai trò

Luyện kim đen là một trong những ngành quan trọng nhất của công nghiệp nặng Sảnphẩm chính của nó là gang và thép, nguyên liệu cơ bản cho ngành công nghiệp cơ khí vàgia công kim loại để tạo ra tư liệu sản xuất, công cụ lao động, thiết bị toàn bộ và cả vậtphẩm tiêu dùng Ngành luyện kim đen còn cung cấp những cấu kiện bằng sắt - thép chongành xây dựng

Hầu như tất cả các ngành kinh tế đều sử dụng sản phẩm của công nghiệp luyện kim đen

1.4.1.2 Đặc điểm kinh tế - kỹ thuật

Ngành luyện kim đen sử dụng một khối lượng rất lớn về nguyên liệu, nhiên liệu và độnglực Muốn sản xuất ra được 1 tấn gang cần phải sử dụng:

 1,7 - 1,8 tấn quặng sắt (tuỳ thuộc hàm lượng sắt trong quặng, nếu hàm lượng sắtthấp thì con số này sẽ lớn hơn)

 0,6 - 0,7 tấn đá vôi làm chất trợ dung (giúp chảy) vì trong quặng tuy đã làm giàunhưng vẫn còn đá không quặng Nếu đá này thuộc loại axit (như silic ôxit) phảidùng đá bazơ (đá vôi) làm chất giúp chảy; còn nếu là đá bazơ (như ôxit canxy) lạiphải dùng chất trợ dung là đá axit (cát thạch anh)

 0,6 - 0,8 tấn than cốc dùng để làm nhiên liệu vì khả năng sinh nhiệt cao, chịu đượcsức nặng của phôi liệu, kích thích sự cháy

Như vậy, để có được 1 tấn gang thành phẩm, trung bình cần từ 3,0 - 3,5 tấn nguyên liệu.Chi phí vận chuyển các nguyên liệu và thành phẩm là rất lớn, thường chiếm 25 - 30% giáthành sản phẩm Vì vậy, sự phân bố cũng như trữ lượng và chất lượng của các mỏ than,sắt có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc lựa chọn địa điểm và qui mô các xí nghiệpluyện kim

Ngành luyện kim bao gồm nhiều giai đoạn sản xuất phức tạp, đòi hỏi một loại hình xínghiệp có qui mô lớn, cơ cấu hoàn chỉnh, trên diện tích rộng lớn Trong một xí nghiệpluyện kim đen thường có nhiều phân xưởng: luyện cốc; nghiền - thiêu kết quặng; luyệngang, thép; đúc, cán, dát thép Ngoài sản phẩm chính là gang (với hàm lượng cácbon từ 2đến 6%) và thép (khử bớt các bon xuống dưới 2%), còn có thêm các phân xưởng khácnhằm tận dụng phế thải để sản xuất ra nhiều sản phẩm phụ như gạch, xi măng từ xỉ thancốc, dược phẩm, benzen, lưu huỳnh, amôniắc, hyđrô, mêtan, êtylen từ khí than cốc Chính từ đặc điểm trên mà các xí nghiệp luyện kim đen thường được xây dựng thành xínghiệp liên hợp và có khả năng tạo vùng rất lớn Ưu điểm chính của loại hình xí nghiệpnày là có chu trình đầy đủ (từ sản xuất gang, thép, luyện cốc, sản xuất một số sản phẩmphụ thuộc hóa phẩm và vật liệu xây dựng ), đạt hiệu quả kinh tế cao, tận dụng được cácphế thải Tuy nhiên, nhược điểm chủ yếu là chỉ cần một khâu (công đoạn) bị ngưng trệhay muốn nâng cấp thì toàn bộ xí nghiệp nhiều khi phải ngừng hoạt động

1.4.2 Luyện kim màu

1.4.2.1 Vai trò

Công nghiệp luyện kim màu gồm các xí nghiệp khai thác, làm giàu quặng, sản xuất kimloại màu, hợp kim và chế biến chúng thành sản phẩm Đây là những kim loại không cóchất sắt (như đồng, nhôm, thiếc, chì, kẽm, vàng ), trong đó nhiều kim loại có giá trịchiến lược Các kim loại màu được phân thành 4 nhóm chính là kim loại màu cơ bản,kim loại màu hợp kim, kim loại màu quý và kim loại màu hiếm

Các kim loại màu được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp chế tạo máy, đặc biệt là chếtạo ô tô, máy bay, kỹ thuật điện, điện tử, công nghiệp hóa chất và cả trong nhiều ngànhkinh tế quốc dân khác như bưu chính viễn thông, thương mại

1.4.2.2 Đặc điểm kinh tế - kỹ thuật

Hàm lượng kim loại trong quặng kim loại màu nói chung rất thấp Nguyên liệu củangành luyện kim màu là các loại khoáng vật có chứa một số kim loại màu (hay nhómkim loại màu) có thể tinh luyện thành dạng kim loại Trong vỏ Trái đất, các kim loại màu(trừ nhôm) ít hơn rất nhiều so với sắt Quặng kim loại màu lại nằm phân tán hơn, ít cócác mỏ trữ lượng lớn Điều đó làm cho việc khai thác rất khó khăn và tốn kém

Hàm lượng các kim loại màu ở trong quặng rất thấp, hiếm khi vượt quá 5%, trung bìnhkhoảng 1-3% Trong nhiều trường hợp, hàm lượng chỉ ở mức vài phần nghìn Hàm lượngcực kỳ thấp của kim loại màu trong quặng ảnh hưởng lớn tới hiệu quả kinh tế của ngành,làm giảm năng suất và tăng giá thành sản phẩm Trong ngành luyện kim màu, chi phínguyên liệu rất lớn Muốn có 1 tấn kim loại đòi hỏi ít nhất 20 tấn, trung bình là 50 - 100tấn quặng và trong nhiều trường hợp còn lớn hơn

Từ những đặc điểm nói trên, sau khi khai thác phải có quy trình làm giàu quặng (hay gọi

là tuyển quặng), tức là loại bỏ đá không quặng và tách riêng các khoáng vật có chứa kimloại để gia công sau này Việc làm giàu quặng về mặt địa lý cần phải gắn liền với nơikhai thác Các xí nghiệp tuyển quặng bao giờ cũng được xây dựng ngay tại khu vực khaithác do việc vận chuyển quặng kim loại rất tốn kém về mặt kinh tế

Trong quặng đã tuyển, thường gọi là tinh quặng, hàm lượng kim loại màu tuy đã đượccải thiện nhưng vẫn còn thấp Việc chuyên chở tinh quặng đi xa rõ ràng là không có lợi

Do vậy, về nguyên tắc, người ta thường đặt các xí nghiệp chế biến tinh quặng ở gần xínghiệp tuyển quặng và gần nơi khai thác Việc tuyển quặng kim loại màu đòi hỏi lượngnước rất lớn Vì thế, nguồn nước cũng là điều kiện quan trọng ảnh hưởng đến việc phân

bố các xí nghiệp luyện kim màu

Nguyên liệu của ngành luyện kim màu là quặng kim loại ở dạng đa kim Quặng kim loạikhai thác được thường ở dạng đa kim Nó có thể dùng làm nguyên liệu để sản xuất khôngchỉ một, mà có thể hàng loạt kim loại màu

Tính chất đa dạng, phong phú của nguyên liệu đòi hỏi phải sử dụng chúng một cách tổnghợp nhằm lấy ra tối đa các kim loại, kể cả kim loại hiếm và quý có trong quặng Vì thế,người ta thường xây dựng xí nghiệp luyện kim màu dưới dạng xí nghiệp liên hợp, có cácphân xưởng riêng sản xuất các kim loại màu khác nhau Việc sử dụng tổng hợp nguyênliệu trong ngành luyện kim loại màu đã làm tăng khối lượng sản phẩm, hạ giá thành vàđem lại cho nền kinh tế quốc dân thêm nhiều sản phẩm quý

Công nghiệp luyện kim màu bao gồm 02 khâu: khai thác, làm giàu quặng và chế biếntinh quặng thành kim loại Các xí nghiệp khai thác và làm giàu quặng nhất thiết phảiphân bố ở nơi có mỏ kim loại Các xí nghiệp tinh luyện kim loại màu, tuỳ theo từng loại

có thể chịu ảnh hưởng của nhiều nhân tố khác nhau

Xí nghiệp luyện đồng thường được phân bố gần nơi khai thác, làm giàu quặng vì quặngđồng sau khi khai thác, làm giàu tới mức tối đa, hàm lượng cũng không vượt quá 50%

Do khối lượng tinh quặng còn khá lớn nên việc vận chuyển đi xa là không kinh tế.Trường hợp luyện đồng bằng phương pháp điện phân thì có thể xây dựng xí nghiệp gầnnguồn năng lượng dồi dào và rẻ tiền

Xí nghiệp luyện nhôm, kẽm đòi hỏi nguồn điện năng rất lớn Muốn có 1 tấn nhôm đòihỏi tới 17.000 - 18.000KWH hay 1 tấn kẽm cũng cần 3.000 – 4.000KWH Vì thế, các xínghiệp này thường được phân bố gần các trung tâm điện lực lớn.

Xí nghiệp tinh luyện kim loại hiếm lại thường được phân bố gần nơi tiêu thụ vì việc tinhluyện đòi hỏi kỹ thuật cao Một số kim loại hiếm như vonfram, giecmani, liti được tinhluyện bằng phương pháp điện phân thì các xí nghiệp được đặt gần nguồn điện năng Một

số kim loại hiếm lẫn trong quặng sắt như fero- vonfram, fero- titan, fero- crom thì nênxây dựng xí nghiệp tinh luyện bên cạnh khu liên hợp gang thép

1.5 Quy trình sản xuất

Luyện kim bao gồm các quá trình cơ bản như sau:

 Xử lý hóa học

 Nhiệt luyện

 Gia công hóa nhiệt và cơ nhiệt đối với kim loại

1.5.1 Quá trình xử lý bằng hóa học

Xử lý nguyên liệu (quặng hoặc tinh quặng) bằng hóa học nhằm 02 mục đích chính:chuyển kim loại từ hợp chất khó luyện thành hợp chất dễ luyện và khử tạp chất Đối vớicác quặng kim loại hoặt tính yếu thì có thể trực tiếp luyện thành kim loại thô nhưng đốivới các quặng kim loại hoạt tính lớn thường có chứa nhiều tạp chất thì buộc phải xử lýbằng hóa học để khử tạp chất

Quặng kim loại màu có nhiều dạng, chủ yếu là quặng oxit và quặng sunfua Mỗi một loạiquặng đều có đặc tính riêng, vì vậy sẽ tương ứng với một phương pháp xử lý hóa họcthích hợp nhằm đạt được các mục đích nêu trên

1.5.1.1 Xử lý quặng oxit

Có rất nhiều quặng kim loại màu ở dạng oxit đơn giản, phức tạp và ngậm nước Các loạiquặng này được xử lý băng hóa học nhằm:

 Tạo thành muối kiềm dễ hòa tan Tác nhân là chất kiềm

 Tạo thành muối kim loại dễ hòa tan Tác nhân là axit Qua trình này nhằm táchsilic và silicat là những chất không hoặc ít bị axit tác động

 Tạo thành các halogenua bay hơi Tác nhân là các halogen, đặc biệt là clo

a) Xử lý bằng chất kiềm

Tác nhân thường dùng là xút costic NaOH và natricacbonat Na 2CO3 Quá trình nàythường dùng để xử lý các quặng bôxit, vonframit, crômit

Xử lý quặng vonframit bằng Na 2 CO 3

Quặng vonframit tồn tại ở dạng (Fe, Mn), WO4 được xử lý bằng tác nhân trên theo haiphản ứng:

4WO + O2 + 4Na2CO3 = 4Na2WO4 + 2Fe2O3 + 4CO2

6MnWO4 + O2 + 6 Na2CO3 = 6Na2WO4 + 2Mn3O4 + 6CO2

Sản phẩm thu được ở dạng rắn được đem đi hòa tan trong nước Vonfram chuyển vàodung dịch ở dạng natri vonframat Na2WO4 tách khỏi sắt và mangan (Fe2O3 và Mn3O4

không tan) Tiếp tục xử lý dung dịch để thu được vônfram ôxit WO3 Từ đó luyện thànhkim loại bằng phương pháp hoàn nguyên bằng hiđrô hoặc luyện thành cacbitvonfram

Xử lý quặng bôxit bằng NaOH (phương pháp Baye)

Quá trình này là một bước làm sạch Trong quặng bôxit, nhôm hiđrôxit hòa tan chuyểnvào trong dung dịch ở dạng natri aluminat theo phản ứng:

Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]

AlOOH + NaOH +H2O = Na[Al(OH)4]

Các tạp chất trong quặng tuỳ theo tính chất hóa học của mình có thể chuyển vào dungdịch hoặc nằm lại thành cặn Các tạp chất đi vào dung dịch sẽ không làm bẩn sản phẩmcuối cùng vì chung sẽ kết lắng trong các quá trình tiếp theo hoặc nằm trong dung dịch cáikhi kết tủa nhôm hiđrôxit

Quá trình xử lý bôxit bằng NaOH được tiến hành trong thiết bị hòa tách cao áp (ôtôcla).Nhôm ôxit thu được sau khi nung nhôm hiđrôxit sẽ tiếp tục đưa đi luyện để thu đượcnhôm kim loại bằng phương pháp điện phân trong dung dịch muối nóng chảy

b) Xử lý bằng axit

Tác nhân thường dùng là axit clohiđric HCl và axit sunfuric H2SO4 Quá trình nàythường dùng để xử lý các quặng inmenit, seelit, vonframit, crômit

Xử lý quặng inmenit

Quặng inmenit được xử lý bằng axit sunfuric theo phương trình phản ứng:

TiO2FeO + 2HCl = TiO2 + FeCl2 + H2O

Tiến hành lọc dung dịch thu được bột TiO2 sạch Sắt được khử tới 99,5%

Xử lý quặng cromit

Quặng crômit được xử lý bằng axit sunfuric theo phương trình phản ứng:

Cr2O3.FeO +4H2SO4 = Cr2(SO4)3 + FeSO4 + 4H2O

Dung dịch thu được tiếp tục đưa đi xử lý để khử các tạp chất: sắt, nhôm, thu được dung

c) Xử lý bằng halogen

Halogen thường dùng là clo Trong một số trường hợp đặc biệt có thể dùng flo Như đãbiết clo có tính điện âm so với oxi, nên không thể thay thế oxi từ oxit kim loại (quặngbôxit) để tạo thành clorua kim loại Vì vậy cần phải dùng một chất hoàn nguyên để giànhoxi từ ôxit

Trong thực tế, người ta thường dùng hỗn hợp C + Cl2 hoặc CCl4 và S + Cl2 Cũng có thểxử lý qua hai giai đoạn: giai đoạn thứ nhất – hoàn nguyên oxit về trạng thái kim loại hoặcchuyển sang trạng thái hoạt tính như cacbit kim loại bằng chất hoàn nguyên cacbon; giaiđoạn thứ hai – xử lý sản phẩm thu được của giai đoạn thứ nhất bằng clo

Quá trình xử lý bằng clo thường dùng đối với các quặng titan, crôm, vanađi, tantani,niobi, bo

Xử lý quặng titan

Quặng inmenit thường chứa nhiều tạp chất: vanađi, ziriconi, silic, nhôm, bạc, canxi,mangan Có thể được xử lý bằng CCl 4 Sản phẩm được tạo thành là TiCl4, FeCl3, vàclorua kim loại khác Có thể dễ dàng khử FeCl3 vì điểm sôi cao hơn nhiều so với TiCl4 (ở

áp lực khí quyển, nhiệt độ sôi của TiCl4 – 1550C, của FeCl3 – 3190C) Người ta ít dùngphương pháp này để xử lý quặng inmenit, vì tốn nhiều clo vào việc khử sắt, mà thườngdùng đối với quặng rutin hoặc rutin nhân tạo Phản ứng như sau:

TiO2 + 2C + 2Cl2 = TiCl4 + 2CO

TiCl4 thu được dễ bay hơi, được ngưng tụ bằng cách làm nguội Trong sản phẩm thuđược ngoài TiCl4 còn có một ít SiCl4, ZrCl4, AlCl3, FeCl3…sẽ được chưng phân đoạn đểthu được TiCl4 sạch dùng để sản xuất TiO2 sạch hoặc luyện ra titan kim loại

Xử lý quặng vanađi

Vanađi oxit V2O5 thu được từ việc xử lý quặng vanađi, có thể được xử lý tiếp bằng lưuhuỳnh và clo hoặc SCl2 Phản ứng như sau:

Xử lý bằng quặng bo

Bo oxit B2O3 thu được từ quá trình trước được xử lý qua hai giai đoạn Đầu tiên xử lýbằng cacbon để tạo thành cacbit bo:

1.5.1.2 Xử lý quặng sunfua

Các quặng sunfua thường gặp như quặng đồng sunfua, chì - kẽm sunfua cần thiết phảichuyển sang dạng oxit để thuận tiện cho quá trình luyện về sau Điều này có thể thựchiện được vì lưu huỳnh có tính điện âm kém hơn oxi

Quá trinh oxi hóa quặng (tinh quặng) sunfua như nói ở trên gọi là quá trình thiêu, đượctiến hành trong lò thiêu nhờ tác nhân oxi của không khí Phản ứng thiêu là phản ứng phátnhiệt, tự tiến hành sau khi được cung cấp mồi lửa đạt nhiệt độ bốc cháy

Xử lý quặng (tinh quặng) chì sunfua

Phản ứng thiêu xảy ra như sau:

2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2

Chì oxit thu được kết hợp với oxit khác trong tinh quặng thành sản phẩm dạng cục (thiêukết) được đưa di chuyển hoàn nguyên để thu được chì kim loại

Xử lý quặng (tinh quặng) kẽm sunfua

Kẽm sunfua bị thiêu theo phản ứng:

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2

Ngoài ra ở nhiệt độ thấp (xấp xỉ 3500C) còn xảy ra theo phản ứng tạo thành kẽm sunphat.Sản phẩm thiêu được đưa đi luyện hoàn nguyên để thu được kẽm kim loại (trong trườnghợp này cần thiêu hoàn toàn thành ZnO) hoặc đưa đi hòa tách trong dung dịch axitsunfuric rồi tiếp tục điện phân ra kẽm kim loại (trong trường hợp này ngoài việc thiêuthành ZnO cần thiêu một phần thành ZnSO4 để đỡ tốn axit sunfuric hòa tách)

1.5.2 Quá trình luyện

Kim loại trong quặng (tinh quặng) chưa bị xử lý hoặc đã bị xư lý bằng hóa học đều tồntại ở dạng oxi hóa Men+ - trạng thái ion khi kim loại bị mất n điện tử hoặc trạng thái liênkết cộng hóa trị hoặc bán phân cực khi kim loại có n điện tử bị ràng buộc trong liên kết

Vì vậy để luyện kim ra kim loại phải có quá trình khử, được biểu thị theo sơ đồ:

 Bằng một cơ chế điện hóa: phản ứng hoàn nguyên xẩy ra ở cực âm (catôt) của một

hệ thống điện phân

Hai khả năng trên đây tương ứng với hai phương pháp luyện cơ bản:

 Hóa luyện - quá trình luyện nhờ một chất hoàn nguyên Trường hợp này thườngthích ứng với luyện kim loại có hoạt tính yếu đối với oxi, clo hoặc lưu huỳnh

 Điện luyện - quá trình luyện nhờ phản ứng điện hóa xảy ra trong dung dịch nướchoặc dung dịch muối nóng chảy Trường hợp này có khả năng dùng để luyện tất

cả các kim loại, nhưng vì mục đích kinh tế nên thường chỉ áp dụng để luyện cáckim loại có hoạt tính lớn, thực tế không thể luyện được bằng phương pháp hóaluyện Phương pháp điện luyện thường được gọi là phương pháp điện phân Nótiến hành trong dung dịch vì vậy được xem như là một quá trình thuỷ điện

ra ở trạng thái oxi hóa X+

Trong thực tế, cái gọi là kim loại ở trạng thái Men+ thường chính là oxit và halogen kimloại Chất hoàn nguyên tương ứng là cacbon, hiđro và kim loại có hoạt tính lớn Trên cơ

sở đó có thể phân loại thành các quá trình hóa luyện cụ thể sau:

 Hoàn nguyên kim loại bằng cacbon và khí CO

 Hoàn nguyên kim loại bằng khí hiđro

 Hoàn nguyên kim loại bằng nhiệt kim

Hoàn nguyên kim loại bằng cacbon và khí CO

Phản ứng hoàn nguyên thực tế ít xảy ra khi dùng cacbon rắn mà phải thông qua khí CO.Oxit cacbon CO là chất hoàn nguyên tốt, rẻ tiền Nó thích hợp với quá trình luyện ở nhiệt

độ trung bình và hơi cao, thường dùng để hoàn nguyên các kim loại có hoạt tính yếu như:chì, kẽm, thiếc…

Trong quá trình luyện, kim loại bị hoàn nguyên từ oxit của nó trong quặng hoặc tinhquặng và thu được ở dạng lỏng Các tạp chất đất đá được tách ra ở dạng hỗn hợp oxitnóng chảy gọi là xỉ Xỉ có trọng lượng riêng bé, tạo thành một lớp lỏng nằm trên kim loạilỏng Nói chung luyện kim loại bằng chất hoàn nguyên CO rất kinh tế

Phản ứng hoàn nguyên kim loại bằng khí CO có thể viết như sau:

Trong thực tế luyện kim màu, phương pháp luyện hoàn nguyên bằng CO được áp dụng

để luyện chì, luyện thiếc và luyện kẽm Quá trình luyện được tiến hành trong các loại lò:

lò đứng, lò phản xạ, lò điện, lò ống ngang…tuỳ từng trường hợp cụ thể

Luyện chì

Quá trình luyện được tiến hành trong lò đứng Đây là một thiế bị luyện liên tục (tương tựnhư quá trình luyện gang ở lò cao) Chất hoàn nguyên CO và nhiệt năng được cung cấpbởi than cốc cháy trong không khí nóng

Phản ứng hoàn nguyên có thể viết lại như sau:

Trong quá trình luyện, chì bị hoàn nguyên từ oxit chảy tập trung xuống nồi lò Các ôxitbền vững khác không bị hoàn nguyên, kết hợp lại và nóng chảy tạo thành xỉ lóng nằmtrên lớp chì lỏng

Luyện kẽm

Quá trình luyện kẽm bằng chất hoàn nguyên CO được tiến hành trong lò ống đứng (trướcđây hay dùng lò ống ngang) Phản ứng hoàn nguyên như sau:

ZnO + CO = Zn hơi + CO2

Kẽm ôxit thu được sau quá trình thiên tinh quặng kẽm sunfua được đóng bánh chất vào

lò Khó CO được cung cấp nhờ lò sinh khí Nhiệt được cung cấp gián tiếp từ các buồngđốt truyền qua thành ống chưng chứa bánh quặng

Kẽm thu được ở dạng hơi bay lên và được ngưng tụ ở thiết bị ngưng tụ đặt ở đỉnh lò Cácchất khác không bị hoàn nguyên tạo thành bã và được tháo ra ở đáy lò

Hoàn nguyên kim loại bằng hiđrô

Hiđrô là chất hoàn nguyên rất tốt ở nhiệt độ cao Nó mạnh hơn so với oxit cacbon Nó có

ưu điểm không tạo nên hiđrua kim loại bền vững Sản phẩm hoàn nguyên ở thể khí dễthoát ra không làm bẩn kim loại Tuy nhiên hiđrô có nhược điểm đắt tiền Vì vậy nó chỉđược dùng để hoàn nguyên một số oxit dễ tạo với cacbon thành cacbit kim loại và đểhoàn nguyên một số clorua kim loại

Phản ứng hoàn nguyên bằng hiđrô như sau:

Giai đoạn 2:

MoO2 + 2H2 = Mo + 2H2O

Phản ứng hoàn nguyên này bắt đầu xẩy ra ở 600oC Trong thực tế sản xuất tiến hànhluyện hoàn nguyên ở 1.000oC

Cả 2 phản ứng trên được tiến hành kế tiếp nhau trong 2 lò riêng biệt hoặc trong cùng một

lò có hai phần được nung bằng điện ở hai nhiệt độ khác nhau: 600oC và 1.000oC Trong

lò MoO3 chuyển động ngược với dòng khí hiđrô Molipđen thu được ở dạng bột, có thểđược thiêu kết hoặc nấu chảy trong lò chân không, lò hồ quang hoặc lò phóng điện tử

Luyện vonfram

Vonfram oxit WO3 cũng được tiến hành hoàn nguyên bằng hiđrô tương tự như luyện kimmolipđen trong trường hợp cần thu được vonfram WC thì người ta hoàn nguyên vonframoxit bằng cacbon

Hoàn nguyên kim loại bằng nhiệt kim

Nhiệt kim là phương pháp hoàn nguyên kim loại từ hợp chất oxit hoặc halogenua bằngmột nguyên tố kim loại hoặc phi kim loại (chất hoàn nguyên) có hoạt tính lớn hơn kimloại cần luyện Nói một cách khác, quá trình nhiệt kim xảy ra với điều kiện thế nhiệtđộng đẳng cấp tiêu chuẩn tạo thành hợp chất oxi hóa của chất hoàn nguyên bé hơn so vớithế nhiệt động đẳng áp tiêu chuẩn tạo thành hợp chất oxi hóa tương ứng của kim loại cầnluyện

Phản ứng nhiệt kim như sau:

MeX + Me’ = Me + Me’X

Ở đây, X-oxi hoặc halogen Me’-chất hoàn nguyên (kim loại hoạt tính cao) Có nhiều vấn

đề đáng chú ý được đặt ra đối với quá trình nhiệt kim, cụ thể là:

 Nguyên liệu đầu (oxit hoặc halogenua) cũng như chất hoàn nguyên phải đảm bảo

độ sạch để thu được kim loại sạch Thực vậy, trong quá trình luyện, tạp chất khótách và thường chuyển vào kim loại

 Bảo đảm việc phân chia sản phẩm phản ứng: phân chia bằng lắng gạn (nhiệt kimcrôm bằng nhôm), bằng bay hơi (nhiệt kim bằng mage bằng ferosilic)

 Bảo vệ cho kim loại: môi trường chân không hoặc trơ, chất trợ dung và vật liệulàm thiết bị không bị kim loại tác động…

Trong thực tế phương pháp hoàn nguyên nhiệt kim thường dùng để luyện các kim loạihoạt tính từ các hợp chất sạch thu được sau khi xử lý quặng bằng phương pháp hóa học,như dùng để luyện crôm, titan, uran, magiê Gần đây có xu hướng phát triển dùngphương pháp nhiệt kim thay cho phương pháp điện phân vì mục đích kinh tế Thí dụ:luyện canxi, magiê

Luyện crôm

Để luyện crôm người ta dùng nhôm làm chất hoàn nguyên Phản ứng nhiệt kim xảy ranhư sau:

Cr2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Cr

Phản ứng trong trường hợp cụ thể này còn gọi là phản ứng nhiệt nhôm.Crôm oxit sạch trộn với nhôm bột có độ sạch 99-99,5% được cho vào nồi thép có trátchất chịu lửa nhôm ôxit và crôm oxit Al2O3.Cr2O3.

Trong nồi có cho một ít magiê để làm mồi lửa cho phản ứng Về sau phản ứng sẽ tự tiếnhành (phản ứng phát nhiệt) Sản phẩm phản ứng gồm hai lớp mỏng: crôm kim loại và xỉ(oxit kim loại: Al2O3 và Cr2O3) Sau khi làm nguội và cho đông rắn có thể dễ dàng táchsản phẩm bắng cơ học Crôm thu được có độ sạch trên 99% với hiệu suất thu hồi khỏang60%

Đứng về phương diện điện hóa, bản chất của kim loại được xác định bằng thế điện cựctiêu chuẩn của nó (điện thế) Mỗi một kim loại có một giá trị thế điện cực tiêu chuẩn nhấtđịnh, đo bằng vôn, trên cơ sơ lấy hiđrô làm tiêu chuẩn

Nếu trong dung dịch điện phân có đồng thời nhiều ion kim loại thì kim loại nào có điệnthế lớn sẽ ưu tiên bị hoàn nguyên xuống cực âm Mặt khác, như đã biết, trong dung dịchnước luôn có mặt ion hiđrô, ion này cũng phóng điện ở cực âm tuân theo quy luật trên.Cho nên trong trường hợp điện phân kim loại có điện thế lớn hơn điện thế của hiđrô,hoặc bé hơn nhưng nhờ quá thế hiđrô trên kim loại đó lớn thì kim loại sẽ được ưu tiênhoàn nguyên ở cực âm theo phản ứng:

2H+ + 2e = H2

Do đó, sẽ không thu được kim loại và quá trình điện phân xảy ra thực chất là quá trìnhđiện phân nước Đối với những kim loại có điện thế bé rõ ràng bắt buộc phải điện phântrong dung dịch không chứa nước, thường dùng trong muối nóng chảy.Chính vì vậy, có thể chia ra hai quá trình điện luyện: điện phân trong dung dịch nước vàđiện phân trong dung dịch muối nóng chảy

Điện phân trong dung dịch nước thường dùng để luyện (và tinh luyện) các kim loại như:

đã thiêu, bảo đảm chu trình kín của phương pháp thuỷ luyện kẽm Trong quá trình điệnphân, ngoài phản ứng hoàn nguyên kẽm ở cực âm còn xẩy ra các phản ứng điện hóa phụkhác, chủ yếu là phản ứng hoàn nguyên hiđrô ở cực âm Vì vậy hiệu suất dòng điện trongquá trình điện phân kẽm thương đạt dưới 95%.

1.5.3 Quá trình tinh luyện

Kim loại thu được trong quá trình luyện dù bằng phương pháp nào cũng chứa một lượngtạp chất nhất định, gọi là kim loại thô với hàm lượng 90-99% Độ sạch của kim loại phụthuộc vào độ sạch của nguyên liệu, bản chất và độ sạch của chất hoàn nguyên, kỹ thuậtluyện Đặc biệt khi luyện các quặng không được xử lý hóa học với việc thu được kimloại ở trạng thái nóng chảy tiếp xúc với xỉ thì kim loại càng bẩn

Để thu được kim loại sạch cỡ 99,9-99,99% và kim loại siêu sạch trên 99,99% đáp ứngyêu cầu công nghiệp và kỹ thuật mới cần phải có quá trình tinh luyện Có thể phân thành

ba phương pháp tinh luyện cơ bản sau:

 Phương pháp hóa học: dùng một tác nhân hóa học (nguyên tố hoặc hợp chất) có

ái lực đối với tạp chất lớn hơn đối với kim loại cơ bản, tạo với tạp chất thành hợpchất hóa học tách khỏi kim loại

 Phương pháp điện hóa: dùng kim loại thô làm cực dương hòa tan Trong quá trình

điện phân, kim loại tạp chất hoặc bị giữ lại ở cực dương hoặc lưu lại trong dungdịch cũng như có thể kết tủa từ dung dịch, còn kim loại cơ bản bị hoàn nguyên ởcực âm ở dạng sạch

 Phương pháp vật lý: tách tạp chất khỏi kim loại dựa vào sự thiên tích trọng lượng,

độ bay hơi; sự phân bố tạp chất ở các pha

Mỗi một phương pháp trên đây được áp dụng trong từng trường hợp cụ thể Nói chungphương pháp hóa học có năng suất cao, hai phương pháp còn lại năng suất thấp nhưng cókhả năng khử tạp chất tốt, bảo đảm thu được kim loại có độ sạch cao

1.5.3.1 Phương pháp hóa học

Gọi Me là kim loại cơ bản, Me’ là tạp chất, X là tác nhân hóa học Vì kim loại cơ bản(kim loại cần tinh luyện) chiếm tuyệt đại đa số (hoạt độ lớn) nên phản ứng trước tiên xảy

ra đối với nó:

Me + X = MeX

Sau đó kim loại tạp chất sẽ thay thế kim loại cơ bản:

Me’ + MeX = Me’X + Me

Hợp chất Me’X thường tách ra khỏi kim loại cơ bản ở dạng bã khó chảy Thí dụ: khửđồng khỏi chì bằng lưu huỳnh Đầy tiên lưu huỳnh phản ứng với chì:

còn lại thường có hiệu quả hơn, cho phép thu được kim loại sạch và đôi khi siêusạch Tinh luyện oxi hóa thường dùng để khử đồng, chì, bạc trong quá trình tinhlọc vàng; khử thiếc, asen, antimon trong quá trình tinh luyện chì

 Tinh luyện sunfua hóa thường dùng để khử đồng khỏi chì, thiếc và bitmut; khử sắttrong các quá trình tinh luyện thiếc và atimon

 Tinh luyện clorua hóa thường dùng để khử chì trong quá trình tinh luyện thiếc.Ngoài ra người ta thường dùng kim loại hoạt tính để khử tạp chất dựa trên cơ sở các kimloại này thường tạo với một số kim loại tạp chất thành các hợp chất hóa học bền vững.Thí dụ khử bitmut khỏi chì bằng các tác nhân canxi, mage và natri

1.5.3.2 Phương pháp điện hóa

Khi tinh luyện điện phân, cực dương là kim loại thô hòa tan Các tạp chất được tách khỏikim loại cơ bản do sự khác nhau về thế điện cực (điện thế) Có thể phân ra ba nhóm tạpchất trên cơ sở so sánh điện thế của chúng với kim loại cơ bản:

 Tạp chất có điện thế lớn

 Tạp chất có điện thế xấp xỉ với kim loại cở bản

 Tạp chất có điện thế bé

Tạp chất có điện thế lớn thường ít khả năng chuyển vào dung dịch điện phân và bị giữ lại

ở cực dương dưới dạng bùn cực dương Tạp chất có điện thế gần với điện thế của kimloại cơ bản thường cùng hòa tan với kim loại cơ bản và cùng phóng điện xuống cực âmvới kim loại cơ bản Các tạp chất này chỉ có khả năng khử được nếu dễ bị thuỷ phân Cáctạp chất có điện thế bé thực tế hoàn toàn chuyển vào dung dịch khi cực dương hòa tannhưng lại ít có khả năng phóng điện xuống cực âm, trừ trường hợp khi chúng tích luỹ lạitrong dung dịch đạt tới nồng độ lớn

Phương pháp tinh luyện điện phân thường tiến hành trong dung dịch nước và dung dịchmuối nóng chảy Điện phân trong dung dịch nước thường dùng để tinh luyện đồng,niken, chì, vàng, bạc… Điện phân trong dung dịch muối nóng chảy thường dùng để tinhluyện nhôm, titan…

Tinh luyện điện phân đồng

Tiến hành trong dung dịch sunfat có nồng độ 30-45 g/l Cu2+, 120-200 g/l H2SO4 tự do.Các tạp chất có điện thế lớn như vàng, bạc, platin và điện thế bé như niken, sắt được khửtốt Các tạp chất có điện thế gần với đồng như asen, antimon, bitmut là những tạp chấtkhó thử

Đồng thô chứa 99-99,5%Cu, sau khi tinh luyện thu được đồng cực âm có độ sạch cao99,95-99,99% Cu (trường hợp điện phân hai lần có màng ngăn có thể thu được đồng cực

âm 99,999%Cu

1.5.3.3 Phương pháp vật lý

Người ta thường dùng ba phương pháp tinh luyện vật lý sau:

 Phương pháp thiên tích

Trong ba phương pháp trên, phương pháp thiên tích được xem là phương pháp tinh luyện

sơ bộ Hai phương pháp sau cho phép thu được kim loại sạch và siêu sạch Đặc biệtphương pháp luyện vùng thích hợp để thu được kim loại siêu sạch

Phương pháp thiên tích

Phương pháp thiên tích dựa trên cơ sở giản đồ cân bằng pha của kim loại cơ bản và kimloại tạp chất Khi làm nguội độ hòa tan của tạp chất trong kim loại cơ bản giảm xuống,tạp chất được tiết ra ở dạng tinh thể (thường ở dạng hợp chất liên kim) rắn, tách khỏi kimloại lỏng Phương pháp thiên tích thường dùng để khử sắt khỏi thiếc và kẽm, khử đồngkhỏi chì

Phương pháp chưng bay hơi

Phương pháp chưng bay hơi vào sự bay hơi (nhiệt độ sôi) khác nhau giữa kim loại cơbản và tạp chất Phương pháp này thường dùng để tinh luyện các kim loại dễ bay hơinhư: cađimi, kẽm, magiê, thuỷ ngân

Tinh luyện kẽm bằng chưng bay hơi

Kẽm thu được bằng phương pháp hỏa luyện luôn luôn chứa một số tạp chất: chì, cađimi.Nhiệt độ sôi của chúng ở áp suất khí quyển như sau:

và được đưa vè giữa cột thứ hai (cột cađimi), ở đó cađimi và kẽm được phân chia: ở phíatrên là cađimi sạch, còn kẽm chảy xuống dưới với độ sạch trên 99,995%Zn

Phương pháp luyện vùng

Phương pháp luyện vùng dựa vào sự khác nhau về sự phân bố tạp chất trong pha rắn vàpha lỏng của kim loại cơ bản, đặc trưng bằng hệ số phân bố:

K = C(r)/C(l)

Trong trường hợp chung K < 1, có nghĩa là nồng độ tạp chất trong pha lỏng lớn hơntrong pha rắn Trong trường hợp này nếu nấu chảy vùng của thỏi kim loại thì tạp chấtchuyển vào pha lỏng, pha rắn và phần được tinh luyện Quá trình lặp lại nhiều lần sẽ thuđược kim loại sạch Phương pháp luyện vùng thường dùng để tinh luyện các kim loạinhư: nhôm, thiếc…

Ngoài các phương pháp tinh luyện vật lý để thu được kim loại sạch và siêu sạch từ kimloại thô, trong luyện kim còn dùng các phương pháp trao đổi ion và chiết ly để phân chiacác kim loại, đặc biệt để phân chia kim loại hiếm, nhằm mục đích phân chia kim loạisạch và siêu sạch Phương pháp trao đổi ion và phương pháp chiết ly có thể xem như làphương pháp tinh luyện vật lý vì chúng dựa vào hệ số phân bố khác nhau của các ionkim loại trên ionit và dung dịch (phương pháp trao đổi ion), trong dung môi hòa tan vàdung môi chiết ly (phương pháp chiết ly)

1.5.4 Quá trình nhiệt luyện

Nhiệt luyện là công nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệttại đó một thời gian thích hợp rồi làm nguội với tốc độ nhất định để làm thay đổi tổ chức,

do đó biến đổi cơ tính và các tính chất khác theo phương hướng đã chọn trước Nhiệtluyện chỉ làm thay đổi tính chất của vật liệu (chủ yếu là vật liệu kim loại) bằng cách thayđổi cấu trúc bên trong mà không làm thay đổi hình dáng và kích thước của chi tiết

Trong chế tạo cơ khí, nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng vì không những nó tạo cho chitiết sau khi gia công cơ những tính chất cần thiết mà còn làm tăng tính công nghệ của vậtliệu Vì vậy có thể nói nhiệt luyện là khâu quan trọng không thể thiếu được đối với chếtạo cơ khí và là một trong những yếu tố công nghệ quan trọng quyết định chất lượng củasản phẩm cơ khí

Nhiệt luyện có ảnh hưởng quyết định tới tuổi thọ của các sản phẩm cơ khí Máy móccàng chính xác, yêu cầu cơ tính càng cao thì số lượng chi tiết cần nhiệt luyện càng nhiều.Đối với các nước công nghiệp phát triển, để đánh giá trình độ ngành chế tạo cơ khí phảicăn cứ vào trình độ nhiệt luyện, bởi vì dù gia công cơ khí chính xác nhưng nếu khôngqua nhiệt luyện hoặc chất lượng nhiệt luyện không đảm bảo thì tuổi thọ của chi tiết cũngkhông cao và mức độ chính xác của máy móc không còn giữ được theo yêu cầu

Nhiệt luyện nâng cao chất lượng sản phẩm không những có ý nghĩa kinh tế rất lớn (đểkéo dài thời gian làm việc; nâng cao độ bền lâu của công trình, máy móc thiết bị…) màcòn là thước đo để đánh giá trình độ phát triển khoa học, kỹ thuật của mỗi quốc gia

Các tác dụng chủ yếu của nhiệt luyện:

1/ Tăng độ cứng, tính chịu ăn mòn, độ dẻo dai và độ bền của vật liệu:

Mục tiêu của sản xuất cơ khí là sản xuất ra các cơ cấu và máy bền hơn, nhẹ hơn, khoẻhơn với các tính năng tốt hơn Để đạt được điều đó không thể không sử dụng thành quảcủa vật liệu kim loại và nhiệt luyện, sử dụng triệt để các tiềm năng của vật liệu về mặt cơtính

Bằng những phương pháp nhiệt luyện thích hợp như tôi + ram, tôi bề mặt, thấm cacbon nitơ,…độ bền và độ cứng của vật có thể tăng lên từ ba đến sáu lần (thép chẳng hạn), nhờ

-đó có thể dẫn tới rất nhiều điều có lợi như sau:

 Tuổi bền (thời gian làm việc) của máy tăng lên do hệ số an toàn cao không gãy vỡ(do nâng cao độ bền) Trong nhiều trường hợp máy hỏng còn là do bị ăn mòn quámạnh, nâng cao độ cứng, tính chống mài mòn cũng có tác dụng này

 Máy hay kết cấu có thể nhẹ đi, điều này dẫn đến tiết kiệm kim loại (hạ giá thành),năng lượng (nhiên liệu) khi vận hành

 Tăng sức chịu tải của máy, động cơ, phương tiện vận tải (ôtô, toa xe, tàu biển…)

và kết cấu (cầu, nhà, xưởng…), điều này dẫn tới các hiệu quả kinh tế - kỹ thuậtlớn

Phần lớn các chi tiết máy quan trọng như trục, trục khủyu, vòi phun cao áp, bánh răngtruyền lực với tốc độ nhanh, chốt…đặc biệt là 100% dao cắt, dụng cụ đo và các dụng cụbiến dạng (khuôn) đều phải qua nhiệt luyện tôi + ram hoặc hóa nhiệt luyện Chúngthường được tiến hành gần như là sau cùng, nhằm tạo cho chi tiết, dụng cụ cơ tính thíchhợp với điều kiện làm việc và được gọi là nhiệt luyện kết thúc (thường tiến hành trên sản

phẩm) Chất lượng của máy, thiết bị cũng như phụ tùng thay thế phụ thuộc rất nhiều vàocách sử dụng vật liệu và nhiệt luyện chúng Những máy làm việc tốt không thể không sửdụng vật liệu tốt (một cách hợp lý, đúng chỗ) và nhiệt luyện bảo đảm.

2/ Cải thiện tính công nghệ (rèn, dập, gia công cắt, tính chịu mài, tính hàn…), từ tính,điện tính…

Muốn tạo thành chi tiết máy, vật liệu ban đầu phải qua nhiều khâu, nguyên công gia công

cơ khí: rèn, dập, cắt…Để đảm bảo sản xuất dễ dàng với năng suất lao động cao, chi phíthấp vật liệu phải có cơ tính sao cho phù hợp với điều kiện gia công tiếp theo như cầnmềm để dễ cắt hoặc dẻo để dễ biến dạng nguội Muốn vậy cũng phải áp dụng các biệnpháp nhiệt luyện thích hợp (ủ hoặc thường hóa như với thép) Ví dụ, sau khi biến dạng(đặc biệt là kéo nguội) thép bị biến cứng đến mức không thể cắt gọt hay biến dạng (kéo)tiếp được, phải đưa đi ủ hoặc thường hóa để làm giảm độ cứng, tăng độ dẻo Sau khi xửlý như vậy thép trở nên dễ gia công tiếp theo

Các phương pháp nhiệt luyện tiến hành với mục đích như vậy được gọi là nhiệt luyện sơ

bộ, chúng nằm giữa các nguyên công gia công cơ khí (thường tiến hành trên phôi) Trongsản xuất cơ khí cần phải biết tận dụng các phương pháp nhiệt luyện thích hợp, khôngnhững đảm bảo khả năng làm việc lâu dài cho chi tiết, dụng cụ bằng thép mà còn đễ dàngcho quá trình gia công

3/ Nhiệt luyện trong nhà máy cơ khí

Ở các nhà máy cơ khí với quy mô nhỏ và trung bình, bộ phận nhiệt luyện không lớn vàthường đặt tập trung Sau khi nhiệt luyện sơ bộ, từ đây phôi thép được chuyển tới cácphân xưởng cắt gọt, dập và sau khi nhiệt luyện kết thúc các chi tiết máy quan trọng (cầncứng và bền cao) được đưa qua mài hay thẳng đến lắp ráp Cách sắp xếp như vậy cónhiều nhược điểm, song không thể khác vì sản lượng thấp

Ở các nhà máy cơ khí có quy mô lớn và rất lớn, các chi tiết máy được gia công hoànchỉnh từ khâu đầu đến khâu cuối trên dây chuyền cơ khí hóa hoặc tự động hóa trog đóbao gồm cả nguyên công nhiệt luyện Do vậy nguyên công nhiệt luyện ở đây cũng phảiđược cơ khí hóa thậm chí tự động hóa và phải chống nóng, độc để không có ảnh hưởngxấu đến bản thân người làm nhiệt luyện cũng như cả dây chuyền sản xuất cơ khí Cáchsắp xếp chuyên môn hóa cao như vậy đảm bảo chất lượng sản phẩm và lựa chọn phương

án tiết kiệm được năng lượng

Các nhà máy cơ khí có thể xem xét tuỳ thuộc vào mức độ sản xuất của đơn vị mình rasao mà lựa chọn quy mô của phân xưởng nhiệt luyện sao cho phù hợp và tiết kiệm nhấtnhưng vẫn đảm bảo được chất lượng của sản phẩm

2 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH ĐÚC KIM LOẠI

Ngành đúc kim loại là ngành công nghệ truyền thống được phát triền qua nhiều giai đoạn

từ công nghệ rất thủ công đến rất hiện đại Sản phẩm đúc kim loại hiện nay đã đáp ứngđược rất cao nhu cầu về tính chất cơ, lý, hóa đồng thời đạt độ chính xác cao của cácngành công nghiệp

Đúc kim loại là phương pháp chế tạo các chi tiết bằng cách rót kim loại lỏng vào khuôn(có hình dạng, kích thước đã định hình trước theo yêu cầu) sau khi kết tinh ta được vậtđúc Quy trình công nghệ chế tạo vật đúc được minh họa trong hình dưới đây:

Hình 1: sơ đồ quy trình đúc trong khuôn cát

2.1 Công đoạn của quá trình đúc

Quá trình đúc gồm có 4 công đoạn chính:

- Chuẩn bị khuôn, ruột (thao) (như: khuôn cát, khuôn mẫu chảy, khuôn vỏ mỏng và

khuôn kim loại), mẫu (mẫu tự chảy, mẫu tự thiêu làm bằng gỗ, thạch cao, xi

măng, chất dẻo, kim loại)

- Nấu kim loại (gang, thép, đồng, nhôm) trong các thiết bị phù hợp (lò điện hồ

quang, lò quibibo, lò cảm ứng, lò cao, lò chõ)

- Đúc kim loại (đúc lỏng, bán lỏng kèm theo ép, đúc ly tâm )

- Gia công, làm sạch, xử lý nhiệt (nếu cần)

2.2 Các phương pháp đúc

2.2.1 Phương pháp đúc trong khuôn cát

- Khuôn cát là loại khuôn đúc 1 lần, phải phá bỏ khuôn để lấy vật đúc

- Vật đúc có độ chính xác thấp, độ bóng bề mặt kém, lượng dư gia công lớn

- Nhưng tạo ra vật đúc có kết cấu phức tạp, khối lượng lớn

a) Các bộ phận chính của khuôn đúc bằng cát:

- Khuôn đúc: là hệ thống các bộ phận tạo ra lỗ rỗng (gọi là lồng khuôn) để khi rót

kim loại lỏng vào sẽ đều đầy, đông đặc và tạo nên chi tiết có hình dạng, kích

thước theo yêu cầu

khuôn đúc tạo bởi 2 nữa hòm khuôn: nữa hòm khuôn trên và nữa hòm khuôn

dưới Nữa hòm khuôn dưới thường được làm ngay trên nền xưởng Hai nữa hòm

khuôn được liên kết với nhau bằng chốt định vị Ngoài ra, khuôn đúc còn có các

bộ phận chính như: hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót, lỗ xiên hơi

b/

Hình 3: chi tiết ống nói cán chế tạo mẫu đúc, vật đúc

Hình 4: sơ đồ cấu tạo một khuôn đúc 2 nữa

- Hệ thống rót là hệ thống các bộ phận để rót kim loại lỏng vào lòng khuôn Hệthống gồm có: cốc rót (cốc rót thường, cốc rót có màng ngăn và có màng lọc xỉ),rãnh dẫn kim loại mỏng, rãnh lọc xỉ Hình dạng của chúng được lựa chọn và bố tríhợp lý khi làm khuôn.

- Đậu hơi, đậu ngót: được bố trí nơi cao nhất của khuôn để tạo cho quá trình thoátkhí từ lòng khuôn ra ngoài dễ dàng Đậu ngót thường được bố trí ở những nơi tậptrung kim loại để bù đắp kim loại bị thiếu hụt do co ngót

Hình 5: hệ thống rót và vật đúc

- Lỗ xiên hơi: tạo điều kiện thoát khí dễ dàng

- Bộ mẫu: bao gồm tấm mẫu, mẫu vật đúc (mẫu chính), mẫu đậu hơi, mẫu đậu ngót,mẫu hệ thống rót Mẫu vật đúc tạo nên hình dạng bên ngoài vật đúc Tùy theo mẫuvật đúc mà có thể gắn thêm gối lỗi

- Lõi: là bộ phận tạo nên lỗ rỗng bên trong vật đúc Hình dạng bên ngoài của lõi làhình dạng bên trong của vật đúc Lõi thường có rãnh thoát khí, xương cứng vững, gốilõi Lõi thường được chế tạo trong hộp lõi

- Hộp lõi: dùng để chế tạo lõi, hình dạng bên trong của hộp lõi là hình dạng bên ngoàicủa lõi Mẫu và hộp lõi có thể dùng được 1 lần, nhiều lần Khi chế tạo mẫu, hộp lõiphải tính đến độ co ngót của kim loại, lượng dư cần gia công cơ hay các yêu cầu khác

về độ chính xác, độ bong Chính vì thế kích thước của mẫu và hộp lõi phải được thiếtlập dựa trên kích thước chi tiết Bộ mẫu và hộp lõi được chế tạo từ các loại vật liệu

gỗ, kim loại, chất dẻo hay các chất phi kim loại khác (xi măng, thạch cao)

Hình 6: hộp lõi tròn và hộp lõi chữ T

- Hỗn hợp làm khuôn và làm lõi: gồm có cát, đất sét, chất kết dính, chất phụ gia,nước Có hai loại: loại cũ (đã dùng) và loại mới chế tạo Cát (SiO2) chiếm tỷ lệcao nhất trong hỗn hợp làm khuôn (trên 90%) Hỗn hợp này phải có tính dẻo, bền,chịu nhiệt, tính lún, tính thông khí và độ ẩm

2.2.2 Phương pháp đúc đặc biệt

- Đúc trong khuôn kim loại, đúc áp lực, đúc ly tâm, đúc trong khuôn mẫu chảy (đúcchính xác), đúc trong khuôn vỏ mỏng, đúc liên tục

chung đúc trong khuôn cát rất phổ biến

a) Đúc trong khuôn kim loại

- Là rót kim loại vào khuôn làm bằng kim loại Vật đúc đông đặc dưới tác dụng củatrọng trường mà không chịu bất kỳ tác động nào khác Đây là phương pháp rấtphổ biến hiện nay

- Vật liệu làm khuôn: gang, thép hợp kim, thép C và đồng

+ 1; 2 hai nửa khuôn bằng kim loại

+ 3 : Lòng khuôn

+ 4: Hệ thống rót (Được bố trí ở mặt phân khuôn để dễ chế tạo khuôn)

+ 5: Gờ khuôn (tăng cứng vững cho khuôn)

+ 6: chốt định vị (để lắp 2 nửa khuôn 1, 2 cho chính xác)

+ 7: Tai có lỗ để bắt bu lông gá khuôn lên máy

+ 8: Lõi cát

+ 9: Gối lõi

+ 10: Rãnh thoát khí (Đặt theo mặt phân khuôn, sâu 0,2 - 0,5 mm)

+ 11: chốt đẩy (Đẩy vật đúc ra khỏi khuôn)

- Ưu điểm:

+ Khuôn được sử dụng nhiều lần

+ Độ sạch và độ chính xác được nâng cao đáng kể Điều này sẽ làm giảm khốilượng gia công cơ khí

+ Nâng cao độ bền cơ học của vật đúc, đặc biệt là độ bền ở lớp bề mặt tiếp giápvới khuôn kim loại

+ Nâng cao sản lượng hàng năm do giảm được kích thước đậu ngót và phế phẩmđúc

+ Nâng cao năng suất lao động

+ Tốc độ kết tinh của hợp kim lớn do truyền nhiệt không cao, cơ tính vật đúc tốt.+ Sản phẩm có cơ tính rất cao do tốc độ nguội nhanh

+ Tiết kiệm diện tích nhà xưởng do không cần chế tạo hỗn hợp làm khuôn vàquá trình làm khuôn

+ Tuổi bền khuôn cao, năng suất tăng, giảm giá thành sản phẩm

+ Dễ cơ khí và tự động hóa, điều kiện vệ sinh lao động tốt

+ Chế tạo khuôn kim loại phức tạp và đắt tiền;

+ Độ bền khuôn hạn chế khi đúc thép, khó đúc những vật thành mỏng và hìnhdáng phức tạp;

+ Vật đúc có ứng suất lớn do khuôn kim loại cản co mạnh;

+ Vật đúc gang dễ bị biến trắng; quy trình đúc phải chặt chẽ;

+ Không đúc được các vật đúc quá phức tạp, thành mỏng, khối lượng lớn

+ Khuôn kim loại không có tính lún, không có khả năng thoát khí

+ Giá thành chế tạo khuôn cao

- Ứng dụng: được sử dụng rộng rãi để đúc những vật bằng thép, gang, đồng, nhôm,magie Dùng để chế tạo các chi tiết như: ống dẫn khí áp lực cao, secmăng, bàn là,bơm của thủy lực, pittong, viên, trục khủyu, cam và những chi tiết khác

+ Đúc những vật mỏng (chiều dày >0,3mm) và những vật phức tạp (đúc được lỗ

có đường kính 1,5-3mm) do kim loại lỏng được ép vào khuôn nên có khả năngđiền đầy tốt

+ Năng suất cao (100-200 vật đúc/giờ).

+ Cho ra những sản phẩm trong thời gian ngắn (sau khi có khuôn), hoa văn sắcsảo, bề mặt phẳng, đẹp, ít rỗ bọt, dung sai thấp

+ Do không được dùng lõi cát nên không đúc được các sản phẩm rỗng phức tạm.+ Kim loại lỏng dẫn vào khuôn dưới áp lực cao, tốc độ lớn nên làm khuôn maumòn

+ Ít dùng để đúc kim loại đen vì nhiệt độ chảy của kim loại đen cao làm cho tuổibền của khuôn giảm

+ Chi phí cao (Chi phí cho khuôn và máy đúc áp lực)

- Ứng dụng: dùng để chế tạo các chi tiết phức tạp như vỏ bơm xăng dầu, nắp buồng

ép, van dẫn khí, kèn đồng

c) Đúc ly tâm

- Là rót kim loại lỏng vào khung quay, nhờ lực ly tâm mà kim loại lỏng được phân

bố đều theo bề mặt bên trong của khuôn hoặc điền đầy lỏng khuôn để tạo thànhvật đúc

+ Đúc được những chi tiết hình tròn xoay rỗng bằng không cần dùng lõi do đótiết kiệm được vật lõi

+ Không cần dùng hệ thống rót nên tiết kiệm được kim loại vật đúc

+ Có thể đúc những vật mỏng, có đường gân và hình nổi mỏng

+ Vật đúc sạch do tạp chất, xỉ và phi kim nhẹ có lực ly tâm bé nên không bị lẫnvào kim loại vật đúc

+ Tổ chức kim loại mịn, chặt, không bị có rỗ co, rỗ khí do đông đặc dưới tácdụng của lực ly tâm

+ Chế tạo những chi tiết hình tròn xoay: bạc, ống, sec măng

+ Chi tiết định hình bằng thép, gang, kim loại màu và phi kim

+ Vật đúc dễ bị thiên tích do trọng lượng riêng của các nguyên tố kim loại tronghợp kim khác nhau nên chịu lực ly tâm khác nhau

Hình 9: đúc ly tâm trục quay thẳng đứng

Hình 10: sản phẩm của đúc ly tâm trục quay thẳng đứng

d) Đúc trong khuôn mẫu chảy

- Thực chất là đúc trong khuôn cát nhưng mẫu được làm bằng những vật liệu dễchảy

Hình 11: đúc khuôn mẫu chảy

+ Có thể đúc những vật đúc rất phức tạp và đúc những hợp kim khó chảy như:thép không gỉ, thép gió

+ Độ chính xác và độ bóng bề mặt cao vì độ chính xác của mẫu chảy lớn vì độchính xác của mẫu chảy lớn, không có mặt phân khuôn nên không có sự sailệch khuôn và khuyết tật do lắp ráp khuôn gây ra, không có nguyên công rútmẫu nên giảm được sai số do việc rút mẫu, rót kim loại lỏng vào khuôn đãđược nung nóng nên giảm ứng suất nhiệt do đó vật đúc ít bị nứt, cong vênh.

+ Cường độ lao động cao

+ Chu trình sản xuất đài

+ Giá thành chế tạo khuôn cao

+ Dùng sản xuất dao phay, dao chuốt

+ Chế tạo bánh răng, líp xe đạp, phụ tùng trong máy nổ

+ Cho những vật đúc có khối lượng: 0,02 – 100 kg, chiều dày 0,3mm, đườngkính lỗ 2mm

+ Do tính truyền nhiệt kém nên đúc gang không bị hóa trắng.

+ Nhiệt độ rót có thể nhỏ hơn trong khuôn cát từ 20 – 300C

+ Đơn giản hóa quá trình dở khuôn và làm sạch vật đúc

+ Hỗn hợp chế tạo khuôn dễ đông đặc, nhào tr.ộn với cát

+ Không tốn kim loại vào hệ thống rót, phế phẩm ít nên giá thành chế tạo thấp.

+ Tốc độ nguội nhanh nên gây ứng suất bên trong lớn làm cho kim loại dễ bịnứt Để khắc phục yếu điểm này người ta có thể dùng dầu thay cho nước.+ Không đúc được những vật phức tạp, vật có tiết diện thay đổi

- Vật đúc có thể từ vài gram đến vài tấn như các thân máy, bệ máy

- Vật đúc có hình dạng kết cấu phức tạp như thân máy công cụ, vỏ động cơ màcác phương pháp khác khó gia công hoặc không chế tạo được như vỏ động cơ, cácthân máy, bệ máy

- Có thể đúc nhiều lớp kim loại với nhau như một vật đúc

- Giá thành chế tạo vật đúc rẽ vì vốn đầu tư ít, tính chất sản xuất linh hoạt và năngsuất tương đối cao Có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa

- Được sử dụng trong việc chế tạo sản phẩm mang tính nghệ thuật, trang trí nhưchân ốp trụ điện, chuông nhà thờ, đúc tượng đài

Nhược điểm

- Độ chính xác về hình dáng, kích thước và độ bóng không cao (có thể đạt cao nếuđúc đặc biệt như đúc áp lực)

- Tốn kim loại cho hệ thống rót, đậu hơi (thoát khí), đậu ngót

- Tốn kim loại do chiều dày thành vật đúc lớn hơn so với rèn hoặc hàn

- Dễ gây những khuyết tật như: thiếu hụt, rỗ khí, ngậm xỉ, thiên tích (phần tử cókhối lượng khác), cháy cát

- Không đúc được các vật đúc quá phức tạp, thành mỏng, khối lượng lớn

- Khuôn kim loại không có tính lún, không có khả năng thoát khí

- Giá thành chế tạo khuôn cao

- Điều kiện làm việc nặng nhọc

- Kiểm tra vật đúc bên trong khó khăn, đòi hỏi thiết bị hiện đại

3 QUY TRÌNH LUYỆN GANG

Gang là hợp kim của sắt với cacbon, trong đó hàm lượng cacbon chiếm từ 2 - 5%

Tính chất: gang cứng và giòn hơn sắt

Gang có 2 loại: gang trắng và gang xám

Công dụng: gang trắng dùng để luyện thép, gang xám dùng để đúc bệ máy, ống nước…Nguyên liệu chính để sản xuất gang:

- Quặng sắt: quặng sắt từ- manhetit (Fe3O4), quặng sắt đỏ- hematit (Fe2O3), quặng sắt nâu- hematit (Fe2O3) và Pyrit (FeS2)

- Than cốc, khí oxi, chất phụ gia (đá vôi CaCO3)…

Than cốc (hay than antraxit, than gỗ)

Tính theo hàm lượng thì than cốc chứa khoảng 96-98% С, phần còn lại là Н, S, N, O Độxốp đạt 49-53%, tỷ trọng riêng khoảng 1,80-1,95 g/cm³, tỷ trọng biểu kiến khoảng 1g/cm³, còn tỷ trọng khi ở dạng rời là khoảng 400-500 kg/m³, độ tro 9-12%, tỷ lệ các chất

dễ bay hơi khoảng 1% Độ ẩm tương đối khoảng 2-4% và không lớn hơn 0,5% khốilượng Giới hạn sức bền khi bị nén là 15-25 MPa, khi bị cắt (đặc trưng cho tính bền vữngđối với sự cắt) 6-12 MPa, năng suất tỏa nhiệt 29-30 MJ/kg Trên 900°С, than cốc dễС, than cốc dễdàng phục hồi khí СО2 theo phản ứng: С + СО2 = 2СО

Là chất khử, có kích thước hạt thường lớn hơn quặng, đưa vào lò đồng thời với quặnghoặc đưa vào riêng lẻ những vẫn từ miệng lò, nhiệm vụ chính của than là:

- Cháy để cung cấp nhiệt, để tiến hành các phản ứng như oxi hóa và để làm nóngchảy các chất

- Khử oxy của các oxit trong quặng chủ yếu là của sắt oxit

- Một phần C hòa tan vào sắt, tạo thành hợp kim gọi là gang

Than cốc là sản phẩm tạo thành từ than đá, là loại than chứa ít lưu huỳnh và ít tro nhờquy trình luyện than đá thành than cốc ở điều kiện yếm khí trên 1000°С, than cốc dễС Các thành phần

dễ bay hơi như nước, khí than và tro than đã bị loại bỏ gần như hoàn toàn Cacbon và cácphần tro còn lại bị hòa tan lẫn vào nhau Một phần cacbon bị chuyển sang dạng giốngnhư than chì (hay graphít)

Các loại quặng sắt:

- Quặng sắt từ - manhetit (Fe3O4): Đây là quặng giàu sắt Quặng sắt từ giàu chứa từ):

50 – 70% sắt Nó có từ tính rất mạnh

- Quặng sắt đỏ - hematit (Fe2O3): Trong quặng này sắt ở dạng oxit sắt (III) không):

ngậm nước (Fe2O3) Hàm lượng sắt trong hematit 51 – 66%; hàm lượng S và Ptrong quặng không lớn

- Quặng sắt nâu - hematit (Fe2O3): Trong quặng này sắt ở dạng oxit sắt (III) ngậm):

nước (Fe2O3.nH2O) Trong quặng này sắt nâu thường chứa photpho Quặng nâu dễ

bị khử hơn quặng sắt từ và quặng sắt đỏ Hàm lượng Fe trong quặng sắt nâu daođộng trong khoảng 37 – 55%

- Pyrit sắt (FeS2): Pirit sắt nguyên chất chứa 53,44% S và 46,56% Fe, có màu vàng):

xám Trong thực tế do có chứa nhiều tạp chất nên hàm lượng thực tế của lưuhuỳnh trong quặng chỉ vào khoảng 50%

Các hình ảnh minh họa của một số quặng sắt:

Hình 12: Quặng sắt Hematit (Fe 2 O 3 ) nâu Hình 13: Quặng sắt Hematit đỏ

Hình 14: Quặng sắt manhetit (Fe 3 O 4 ) Hình 15: Quặng pyrit

Nguyên tắc của quá trình luyện gang là dùng cacbon oxit khử sắt oxit ở nhiệt độ cao.

Sắt nóng chảy hòa tan một số nguyên tố: C, Mn, S, Si tạo ra gang

C + O2 = CO2

C + CO2 = 2CO

3CO + Fe2O3 = 3CO2 + 2Fe

4CO + Fe3O4 = 4CO2 + 3Fe