CÔNG NGHỆ LUYỆN ĐỒNG

CÔNG NGHỆ LUYỆN ĐỒNG

Bé Gi¸o Dôc & §µo T¹o

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thanh Hiếu

III Đặc điểm sử dụng nguyên nhiên vật liệu , nớc và năng lợng của công nghệ sản xuất

Sinh viên thực hiện : Mai Quang Dơng

IV Vấn đề môi trờng của công nghệ sản xuất này bao gồm : các dòng thải chính , quy mô dòng thải , ớc tính các chất thải quan trọng nhất & sơ bộ tóm tắt các ph-

ơng án giải quyết ô nhiễm theo hớng : quản lý , giảm thiểu và xử lý

Sinh viên thực hiện : Hoàng Dơng

I Tình hình sản xuất hiện nay trên thế giới và trong nớc ; sơ lợc về công

nghệ.

Đồng là kim loại xuất hiện khoảng 3000 năm trớc công nguyên ,sự xuất hiện của

đồ đồng đã làm cho sản xuất của con ngời thay đổi đI nên 1 tầm cao mới

Cho tới ngày nay ngành công nghiệp luyện đồng vẫn đang phát triển mạnh mẽ

I.1 Tình hình sản xuất đồng trên thế giới

Hiện nay trên thế giới với công nghệ tiên tiến đã cho ra đợc những sản phẩm đồng

có chất lợng cao với 99,99% Cu nguyên chất

Những nớc trên thế giới có ngành công nghiệp luyện đồng phát triển nh:

Chile,Indonexia,Trung Quốc,Conggo,Mehico….Chính những nớc này cũng sở hữu những công nghệ luyện đồng tiên tiến nhất thế giới

Ơ Chile ngành sản xuât đồng là ngành kinh tế đem lại lợi nhuận nhất với tỉ trọng chiếm tới 38% tổng doanh thu kinh tế cả nớc (số liệu năm 2006).Cũng tại nớc này những mỏ đồng lớn nhất thế giới nh :

Mỏ Escondidec sản lợng khai thác mỗi năm là 1,215 triệu tấn

Ngoài Chile những nớc khác sở hữu nhũng mỏ đồng lớn trên thế giới nh :

Indonexia với mỏ Crusberg-papua lớn thứ 2 trên thế giới do công ty Mcmoran Copper&Gold của Mỹ chiu trách nhiệm khai thác sản lợng

Freeport-600000tấn/năm.(2005-2006)

Mỏ Teke Fubgurume ở Conggo thuộc công ty Phelps Đoge kiểm soát.Mỏ Gobi của Monggolia thuộc công ty Ivanhoe Mines kiểm soát

Mỏ La Caridad ở bác Mehico

Mỏ Kansanshi ở Dambia

Ngoài ra Trung Quốc cũng có ngành công nghiệp đồng phát triển với sản lợng khai thác là:650000 tấn/năm

Tại Ân Độ xuất khẩu là 500000 tấn/năm

Sản lợng đồng trên thế giới ngày càng tăng với sự ảnh hởng lớn nhất từ Chile.Và năm 2010 dự đoán lợng tiêu thụ đồng trên thế giới khoảng 21,2 triệu tấn/năm.Hiện tại có 2 công nghệ đợc dùng phổ biến nhất là hỏa luyện và thủy luyện,ngoài

ra cung có các công nghệ khác nh ngâm triết đồng

I.2 Tình hình sản xuất đồng ở Việt Nam

Hiện lợng đồng tiêu thụ trong nớc là do chúng ta nhập khẩu ở bên ngoài Nhu cầu

sử dụng đồng trong nớc ngày càng cao làm cho mới đây nhất nhà máy luyện đồng Tăng Loong đầu tiên ở Việt Nam đa ra đời tại Lào Cai (mỏ Xin Quyền)thuộc tổng công ty khoáng sản Việt Nam.Hiện tại công ty dã đi vào hoạt động từ quý 4 năm

2008 dã cho ra lò mẻ đồng hỏa luyện đầu tiên có trọng lợng 20 tấn Cu.Nhà máy đi vào hoạt động với công suất 10000 tấn Cu thụ đợc 341 Kg Au 99,99%,146 kg Ag 99,95%,40000 tấn axit sunfuric

Mỏ Xin Quyền đợc công ty Vincomin làm chủ nhóm khai thác sẽ khai thác 1,1

đến 1,2 triệu tấn quặng Cu/năm Sản xuát khoảng 42000 tấn quặng nguyên chất 25% Cu,110000 tấn quặng Fe,20000 tấn quặng sunfua

Hiện nhà máy đang sử công nghệ của trung quốc để sản xuất ra đồng dơng cực (đồng catot 99,5%)qua các công đoạn chính là:

Lấy tinh quặng đồng từ nhà máy tuyển về nấu luyện bằng lò thủy khấu sơn để ra sten 15% Cuồi tăng nấu luyện lò chuyển thành Cu 99%.Tinh luyện bằng lò phản xajthanhf Cu 99,5%.ngoài ra bùn điện phân đợc nấu luyện đẻ thu Au

Ngoài ra nhà máy cũng rất quan tâm tới vấn đề bảo vệ môi trờng

II Đặc thù công nghệ đợc phân công tìm hiểu Thuyết minh công nghệ sản xuất , phân tích u , nhợc điểm ;

II.1 Nguyên liệu luyện đồng

Nguyên liệu luyện đồng gồm quặng đồng, các phế liệu trong công nghiệp chứa

đồng và các phế phẩm sinh hoạt

Đồng đợc luyện từ phế phẩm chiếm khoảng 30% so với tổng sản lợng đồng đợc sản xuất hang năm.

Quặng đồng chứa hàm lợng đồng rất ít,quặng chia làm 2 loại:

+ Quặng sunfua đồng và sắt

+ Quặng oxit đồng

Các tinh quặng đồng sau khi tuyển nổi chứa tứ 8-35% Cu khi tuyển nổi chọn lọc

sẽ thu đợc tinh quặng đồng cùng các tinh quặng chì,kẽm,niken

II.2 Phơng pháp luyện đồng

Có 2 phơng pháp luyện đồng :

+ Hỏa luyện

+ Thủy luyện

Hỏa luyện dung để xử lý quặng sunfua đồng

Thủy luyện chỉ áp dụng cho quặng oxit và đồng tự nhiên

Tuy nhiên hỏa luyện thi thu hồi đợc cả đồng và kim loai quý còn thủy luyện thi không.vì vậy hỏa luyen vẫn đợc dùng nhiều hơn Thống kê hàng năm 90% đồng sản xuất bằng hỏa luyện,10%sản xuất bằng thủy luyện

II.3 Sau đây là mô hình của quá trình sản xuất:

Sản phẩm

đầu ra : đồng

và các kim loai quý

II.4 Sơ đồ hỏa luyện đồng

II.4.1 Thiêu kết tinh quặng đồng :

Trong tinh quặng đồng chứa một lợng S rất lớn, còn đồng có hàm lợng không cao Quá trình luyện nếu tiến hành đồng thời trong lò phản xạ hoặc lò điện thì hiệu suất khử S rất thấp do đó Sten thu đợc các hàm lợng Cu không cao, các quá trình luyện Sten sau đó sẽ rất tốn kém Do vậy phải tiến hành thiêu đốt để cháy bớt lu huỳnh, biến một phần sắt sunfua thành sắt oxit dạng xỉ, khử bớt tạp chất có hại cho quá trình luyện ra kim loại đồng thời còn có tác dụng trộng đều phối liệu trớc khi luyện Quá trình luyện thiêu kết là quá trình oxy hóa đốt cháy các sulfua biến

Thiêu k tế

Luy n ra sten ệ đ ngồ

sten : h n h p ỗ ợcác sunfua t p ạđã nói trong phần luyện thế

Mu i catotố

sạch

Bùn anôt X lử ý thu h i Ag, ổ

Au, Cu, kim lo i quý ạ

Khí lòKhí lò

B iụ

chúng thành oxit Các phản ứng chính trong quá trình thiêu hỏa tinh luyện đồng

nh sau:

Các phản ứng này đều là phản ứng tỏa nhiệt nên quá trình là tự nhiệt Quá trình thiêu thờng tiến hành ở 850oC, trờng hợp thiêu kết phải tiến hành ở nhiệt độ chảy nhão của nguyên liệu khoảng 1050-1100oC

II.4.2 Qúa trình sten đồng

Sten đồng là sản phẩm trung gian trong hỏa luyện tinh quặng đồng Là sản phẩm của các sunfua kim loại trong đó 80-90%la Cu2S, FeS2

Trong quá trình luyện đồng từ tinh quặng sulfua ngời ta phải tiến hành thông qua sản phẩm trung gian là Sten đồng rồi mới luyện thành đồng thô vì các lý do 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

Ngoài ra có phản ứng của FeS với Cu2S

FeS + Cu2O = FeO + Cu2S

Khi nhiệt độ thấp có thể xảy ra phản ứng tạo đồng và sắt sulfat

CuS + 2O2 = CuSO4

FeS + O2 = FeSO4

Ngoài ra, một số oxit có tính axit sẽ tác dụng với các oxit mang tính Bazơ tạo thành sản phẩm phức nh 2CaO.SiO2; FeO.SiO2; MeO.Fe2O3

- Sten đồng là chất tập hợp tốt đồng, hầu hết đồng vào Sten dới dạng Cu2S, chỉ đi ra theo xỉ với lợng rất hạn chế.

- Sten đồng có khả năng hòa tan rất tốt các kim loại quý nh Au, Ag, Pt hầu hết kim loại quí tan vào sten, chỉ dới 1% đi vào xỉ theo con đờng cơ học

- Nếu luyện thẳng ra đồng thô sẽ phải thiêu hết lu huỳnh trong quặng để chuyển thành oxit, khi đó rất tốn nhiên liệu và lợng đồng mất mát vào xỉ lớn kéo theo mất mát kim loại quý vào xỉ không thu hồi đợc lớn

Trong quá trình luyện xảy ra các 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 và FeO tạo thành xỉ dễ chảy, chảy ra và dồ xuống phía dới

Ngoài ra cũng xảy ra phản ứng hoàn nguyên của đồng thành đồng kim loại

2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2

Nhng nếu có FeS thì đồng ngay lập tức sẽ tác dụng để tạo thành Cu2S vào sten còn sắt sắt sẽ bị oxi

không khí hoặc SO2 và SO3 oxi hóa thành FeO đi vào xỉ

II.4.3 Luyện sten ra đồng thô

Quá trình này đợc thực hiện ở lò thổi gió, sử dụng oxi không khí hoặc oxi sạch để thực hiện phản ứng

Quá trình chia thành 2 giai đoạn chính:

Giai đoạn 1: Oxi hóa tạo xỉ

Sử dụng không khí có áp suất cao thổi vào khối sten lỏng vào các phản ứng oxy hóa của các sulfua xảy ra mãnh liệt 3-4 lần

2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2 + 185500 cal

Nhng sau đó, vì ái lực của đồng với lu huỳnh lớn hơn của sắt với lu huỳnh nên xảy

ra phản ứng:

Cu2O + FeS = Cu2S + FeO

2FeO + SiO2 = 2FeO.SiO2 + 8100 cal

Do đó giai đoạn này chỉ có phản ứng oxy hóa và tạo xỉ của sulfua sắt theo phản ứng tổng quát:

Vì vậy ở giai đoạn 1 phải không ngừng cung cấp bột thạch anh để tạo xỉ Kết thúc giai đoạn 1, nghiêng

2FeS + O 2 + SiO 2 = 2FeO.SiO 2 + 2SiO 2 + 233400cal

lò tháo xỉ ra ngoài, nạp tiếp liệu (sten), SiO2 và thực hiện quá trình thổi luyện Mỗi

mẻ luyện nạp 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 2

Phản ứng ở giai đoạn này chủ yếu là phản ứng của oxy hóa của sulfua đồng:

trong khí lò còn có một lợng nhỏ oxit kẽm, oxit chì và khoảng 1% đồng trong nguyên liệu

Và phản ứng hoàn nguyên của Cu2O và Cu2S:

2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2 – 30000 cal

Giai đoạn sẽ kết thúc khi lò không còn khói trắng (SO2)

Sản phẩm chính của quá trình là đồng thô, xỉ và khí lò Hiệu suất thu hồi đồng có thể đạt đến 98% tùy

hàm lợng đồng trong Sten Đồng thô thu đợc có thành phần đồng khoảng 97-99%, ngoài ra còn Sb

antimoan); As; Ni; Bi; Au, Ag

Khí lò có thành phần chủ yếu là SO2, nếu áp dụng các biện pháp chống hở thì hàm lợng SO2 có thể

đạt từ 6-10% (Nồng độ SO2>3% có thể sử dụng làm nguyên liệu điều chế axit sulfuric) Ngoài ra

2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + SO2 + 186000 cal

II.4.4 Tinh luyện đồng đồng sạch.

Cu2O + CH4 = CO2 + 2H2O + 8[Cu]

Giai đoạn hoàn nguyên sẽ tiến hành đến khi trong đồng lỏng chỉ còn khoảng 0,5% Cu2O Sau quá

0,3-trình hỏa tinh luyện, hầu hết các kim loại quý còn nằm nguyên trong đồng Đồng

ớc 1: Hoả tinh luyện

Đây là phơng pháp oxy hóa, dựa vào cơ sở ái lực hóa học của các kim loại tạp với oxy lớn hơn đối

với đồng, các oxit kim loại tạp tạo thành lại không tan vào đồng kim loại nên tách khỏi đồng thô dới

dạng xỉ Sử dụng oxi không khí để oxi hóa một phần đồng thành oxit Cu2O, Cu2O tan vào đồng lỏng sẽ

oxi hóa các chất tạp trong đồng lỏng theo phản ứng:

[Me] + [Cu2O] = (MeO) + 2[Cu]

Thứ tự oxi hóa từ mạnh đến yếu của các kim loại nh sau: Al, Si, Mn, Zn, Fe, Ni,

As, Sb, Pb, Bi Để

tăng cờng quá trình oxy hóa, ngời ta thờng dùng ống thép s

hơi nớc hay cắm gỗ, tre tơi vào đồng lỏng Sự bay hơi của hơi nớc và các chất bốc trong gỗ, tre

tơi sẽ có tác dụng khuấy trộn, oxy hóa và đuổi các khí CO2, N2 cũng nh các oxit tạp thoát khỏi

ớc 2: tinh luyện bằng điện phân

Nguyên lý dựa vào sự khác nhau về thế điện cực của các kim loại, dới tác dụng của dòng điện, đồng ở anôt sẽ tan vào dung dịch sau đó tiết ra ở katôt, các chất tạp nằm lại ở bùn anôt hoặc trong dung dịch điện phân Thờng sử dụng dung dịch điện phân là H2SO4 với lợng 150-200g/l

Có thể chia các tạp chất trong đồng thành 3 loại

- Loại có thế điện cực dơng hơn đồng (Sb, Ag, Au) không phóng điện và tan vào dung dịch sẽ nằm lại anot tạo thành bùn anôt tách khỏi đồng điện phân

- Các kim loại có thế điện cực âm hơn so với đồng sẽ phóng điện ở anôt cùng

đồng tan vào dung dịch Do thế điện cực âm hơn đồng nên khi đến catot làm bằng đồng sạch (sau điện phân) chúng sẽ không tiết ra mà nằm lại ở dung dịch điện phân (để hạn chế tối đa các kim loại này không bám vào katôt cần phải khống chế nồng độ của chúng đủ nhỏ)

- Các kim loại có thế điện cực gần đồng (Bi, As) sẽ tan một phần vào dung dịch và tiếp ở catốt Muốn tách chúng cần định kỳ thay dung dịch điện phân bằng dung dịch mới

II.4.5 Ưu nhợc điểm công nghệ

*Ưu điểm:

Đây là công nghệ luyện đông t quặng sunfua bằng phơng pháp hỏa luyện một mặt thu hồi đợc đồng mà còn thu hồi đơc cả các kim loại quý khác.Bên cạnh đó thì còn thu hồi đợc lơng lu huỳnh khá lớn để phục vụ việc sản xuất axit sunfua ric Quy trình thì quay vòng làm cho việc sản xuất đồng liên tục

*Nhợc điểm:

Trớc khi luyện ra đồng thô,phải thiêu hoàn toàn để đốt cháy lợng lu huỳnh do đó làm tăng thời gian và phí tổn quá trình thiêu đốt

III.1 Nguyên nhiên vật liệu.

Nguyên liệu dùng cho quá trình luyện đồng là đồng phế và các quặng đồng.Việc lựa chọn nguyên liệu tuỳ theo điều kiện kinh tế,công nghệ

Đồng luyện từ phế liệu chiếm khoảng 30% so với đồng luyện từ quặng Hiện nay ngời ta đã tìm thấy khoảng 240 khoáng vật ( quặng chứa đồng ) nhng chỉ có 10 loại trong số đó có ý nghĩa đối với ngành công nghiệp luyện kim Quặng đợc chia

ra làm hai loại chính , quặng sunfua do các khoáng sản của sunfua tạo thành , và quặng oxit do các khoáng oxit ,silicat và cacbonat tạo thành Quặng đồng nghèo chứa đồng thấp hơn 1% , quặng đồng trung bình chứa 1-3 % đồng , cao hơn 3% gọi là quặng giàu Đa phần hiện nay khai thác quặng nghèo chứa 0,35% đồng , quặng đồng thờng cộng sinh với nhiều kim loại khác nh Ni , Co , Pb , Zn , Fe nên thành phần rất phức tạp Đa phần quặng đồng ở dạng sunfua

Dới đây là một số quặng phổ biến đợc sử dụng trong công nghệ luyện đồng

Quặng sunfua Công thức cấu tạo Thành phần %

Nguyên nhiên vật liệu

Quá trình luyện đồng

Bornite Cu5 FeS4 63,5 11,1 25.4

III.1.1 Quặng sunfua.

III.1.1.1 Quặng chalcopyrite

Trong quặng sunfua thỨ quặng chalcopyrite phẪn bộ rờng nhất Chalcopyrite cọ mẾu Ẽổng thau , cọ Ình kim , cọ Ẽờ cựng lợn

Chalcopyrite,khoÌng vật cũa Ẽổng,thuờc lợp sunfua CuFeS2 tỈp chất Xesi,telu

,kém,vẾng,bỈc,vvv,hệ tự phÈng .MẾu vẾng thau,Ình kim mỈch Tập hùp hỈt, khội,Ẽặc sit,hỈt xẪm nhiễm,mỈch,dỈng cần,dỈng then ,vvvườ cựng 3-4,khội l-ùng riàng 4,1-4,39 g/cm3 .Thởng gặp trong cÌc mõ nguổn gộc macma dung

li ,scacnÈ,nhiệt hỈch,trầm tÝch.Phỗ biến trong cÌc mõ quặng Ẽổng sinh quyển (LẾo Cai),mõ Ẽổng–niken Bản Xang (SÈn La )

III.1.1.2 Quặng bornite

Bornite,khoÌng vật cũa Ẽổng thuờc lợp Cu5 Fe S4 Hệ lập phÈng ,Ẽa hỨnh ,tập hùp hỈt ,khội Ẽặc sÞt MẾu sẫm ,Ẽõ mẾu Ẽổng vợi cÌc tia mẾu sặc sớ tràn mặt Ình bÌn kim ườ

cứng 3,0 ; khối lợng riêng 4,9 – 5,3 g/cm3 Thờng gặp trong các mỏ quặng đồng

ở đối làm giàu thứ nguyên do chalcopyrite biến thành , trong các mỏ cát kết ngậm

đồng và mỏ nhiệt điện Thờng gặp trong các mỏ đồng biển đồng ( Bắc Giang ) các

mỏ quặng đồng và điểm quặng đồng ở Lai Châu , Sơn La , Hà Tây , Hoà Bình.III.1.1.3 Quặng chalcocite

Khoáng vật màu đen hoặc màu chì xám tối, Cu2S , ánh kim tinh thể hệ thoi hoặc dạng khối là nguồn quặng Cu quan trọng

III.1.1.4 Quặng tennantite,

Tennantite là một trong nhóm các khoáng chất đợc gọi là “fahlerz” hoặc “fahlores” Nhóm có nghĩa là “ tái quặng “ Nó có màu xám đen ,thép màu xám, sắt màu xám hay xám đen

III.1.1.5 Tetrahedrite

Tetrahedrite là một trong nhóm các khoáng chất đợc gọi là “fahlerz” hoặc

“fahlores” Nhóm có nghĩa là “ tái quặng

“.Có màu xám bạc , Tetrahedrite và Tennantite là hai quặng có cùng cấu trúc pha lê,nhng khác nhau tỷ lệ % của

arsenic và atimon atimon giàu trong tetrahedrite còn arsenic giàu trong

tennantite

III.1.2 Quặng oxit

III.1.2.1 Quặng cuprite

Cuprite là quặng đồng đỏ , khoáng vật của

đồng , phụ thuộc vào lớp oxit đơn giản Cu2O.Hệ lập phơng Tập hợp hạt nhỏ đặc sít , dạng đất Màu đỏ đến xám chì , ánh kim cơng hoặc nửa kim loại trên bề mặt vết

vỡ Độ cứng 3,5 – 4 , khối lợng riêng 5,85 – 6,15 g/cm3

III.1.2.2 Quặng malachite

Malachite là một cacbonat khoáng sản ờng đợc biết đến nh là “ đồng cacbonat “ với công thức CuCO3 Cu(OH)2 Hệ đơn nghiêng ,tạp chất : CuO , Fe2O3 , SiO2 , …

th-vv , gặp tập hợp dạng nhũ đá thận , sợi phóng tia , dạng đất Màu xanh lục , ánh thuỷ tinh Độ cứng 3,5 – 4 , khối lợng riêng 3,9 – 4,1 g/cm3 gặp trong đới oxi hoá mỏ quặng đồng ( Cu ) Cộng sinh với azumit , cuprit , limonit loại dạng nhũ đá , dạng thận dùng là đá mỹ nghệ , loại dạng đất dùng làm bột màu Gặp ở mỏ đồng Biển Đông , Bắc Giang

III.2 Nớc và năng lợng của công nghệ luyện đồng.

Trong công nghiệp luyện đồng , nớc (nớc nhà máy) đợc dùng chủ yếu cho quá trình rửa quặng ở nguyên liệu đầu vào Lợng nớc thải từ các nhà máy luyện đồng

là rất lớn,vì vậy để tận dụng nguồn nớc đó ta có thể tái chế và sử dụng nó cho các quá trình sản xuất khác

Năng lợng trong công nghệ luyện đồng là năng lợng điện và than cốc Than cốc

đ-ợc sử dụng để nung chảy quặng