CÔNG NGHỆ LUYỆN ĐỒNG

CÔNG NGHỆ LUYỆN ĐỒNG

Bộ Giáo Dục & Đào Tạo *** Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa Học & Công Nghệ Môi Trờng Bộ Môn : Các QTSX Cơ Bản Đề tài : Công nghệ luyện đồng GVHD :ThS . Đinh Bách Khoa Nhóm SVTH : Nguyễn Hải Dơng Nguyễn Thanh Hiếu Mai Quang Dơng Hoàng Dơng HàNội 2008 Công Nghệ Luyện Đồng Tóm Tắt Công Nghệ Luyện Đồng I. Tình hình sản xuất hiện nay trên thế giới và trong nớc ; sơ lợc về công nghệ. Sinh viên thực hiện : Nguyễn Hải Dơng II. Đặc thù công nghệ đợc phân công tìm hiểu . Thuyết minh công nghệ sản xuất , phân tích u , nhợc điểm ; 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 Page 2 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 Mỏ Elteniente sản lợng là 438000 tấn/năm Mỏ Chuquicamata sản lợng 760000 tấn/năm Mỏ Collahuasi sản lợng 495000 tấn/năm Tổng sản lợng khái thác của nớc này 5,6 triệu tấn/năm (2005).Chile đang có kế hoạch đầu t 15,22 tỷ $ vào ngành sản xuất đồng đẻ nâng sản lợng nên 6,34 triệu tấn trong năm 2010. 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 Freeport- Mcmoran Copper&Gold của Mỹ chiu trách nhiệm khai thác sản lợng 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. Page 3 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. Page 4 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: Page 5 Sản phẩm đầu vào Quặng ,tinh quặng phế liệu đồng Công nghệ 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 Page 6 Thiêu k t Luy n ra sten ng sten : h n h p các sunfua t p ã nói trong phn luyn th X Sten Th i luy n X ng thô H a tinh luy n X ng thô i n phõn Mu i catot sch Bùn anôt X l ý thu h i Ag, Au, Cu, kim lo i quý khác Tr dung Thu bi SX H 2 SO 4 Khí lò B i Thu b i Tr dung đdung Tinh qu ng ng Khí lò Khí lò B i 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 850 o C, trờng hợp thiêu kết phải tiến hành ở nhiệt độ chảy nhão của nguyên liệu khoảng 1050-1100 o C. 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 Cu 2 S, FeS 2. 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: Page 7 Khi nhiệt độ cao 2CuFeS 2 = Cu 2 S + 2FeS + 1/2S 2 FeAsS = FeS + As FeS 2 = FeS + 1/2 S 2 2FeS +7/2O 2 = Fe 2 O 3 + 2SO 2 + Q Cu 2 S + 2O 2 = 2CuO + SO 2 S + O 2 = SO 2 Ngoài ra có phản ứng của FeS với Cu 2 S FeS + Cu 2 O = FeO + Cu 2 S Khi nhiệt độ thấp có thể xảy ra phản ứng tạo đồng và sắt sulfat CuS + 2O 2 = CuSO 4 FeS + O 2 = FeSO 4 Ngoài ra, một số oxit có tính axit sẽ tác dụng với các oxit mang tính Bazơ tạo thành sản phẩm phức nh 2CaO.SiO 2 ; FeO.SiO 2 ; MeO.Fe 2 O 3 . - Sten đồng là chất tập hợp tốt đồng, hầu hết đồng vào Sten dới dạng Cu 2 S, 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 + Cu 2 S = FeS.Cu 2 S (sten) FeS + 6Fe 2 O 3 + SiO 2 = 7(2FeO.SiO 2 ) + 2SO 2 6(MeO.Fe 2 O 3 ) + 2FeS + 7SiO 2 = 6MeO + 7(2Fe 2 O 3 .SiO 2 ) + 2SO 2 Các oxit tạp nh CaO tác dụng với SiO 2 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 2Cu 2 O + Cu 2 S = 6Cu + SO 2 Nhng nếu có FeS thì đồng ngay lập tức sẽ tác dụng để tạo thành Cu 2 S vào sten còn sắt sắt sẽ bị oxi không khí hoặc SO 2 và SO 3 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. 2Cu 2 S + 3O 2 = 2Cu 2 O + 2SO 2 + 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: Page 8 Cu 2 O + FeS = Cu 2 S + FeO 2FeO + SiO 2 = 2FeO.SiO 2 + 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), SiO 2 và thực hiện quá trình thổi luyện. Mỗi mẻ luyện nạp sten 2FeS + 3O 2 = 2FeO + 2SO 2 + 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 Cu 2 O và Cu 2 S: 2Cu 2 O + Cu 2 S = 6Cu + SO 2 30000 cal Giai đoạn sẽ kết thúc khi lò không còn khói trắng (SO 2 ) 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 SO 2 , nếu áp dụng các biện pháp chống hở thì hàm lợng SO 2 có thể đạt từ 6-10%. (Nồng độ SO 2 >3% có thể sử dụng làm nguyên liệu điều chế axit sulfuric). Ngoài ra Page 9 2Cu 2 S + 3O 2 = 2Cu 2 O + SO 2 + 186000 cal II.4.4 Tinh luyện đồng đồng sạch. Cu 2 O + CH 4 = CO 2 + 2H 2 O + 8[Cu] Giai đoạn hoàn nguyên sẽ tiến hành đến khi trong đồng lỏng chỉ còn khoảng 0,3- 0,5% Cu 2 O. Sau quá trình hỏa tinh luyện, hầu hết các kim loại quý còn nằm nguyên trong đồng. Đồng sẽ đợc đúc thành các tấm anốt để tinh luyện bằng điện phân hoặc đúc thành thỏi để sử dụng trong trờng hợp không cần Trong đồng thô luyện từ Sten còn chứa rất nhiều chất tạp và một lợng đáng kể các kim loại quí. Do đó cần tiến hành quá trình tinh luyện để khử chất tạp và thu đồng sạch 99,95- 99,99%. Quá trình tinh luyện đồng đợc diễn ra theo 2 bớc: Hỏa tinh luyện và điện phân B 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 Cu 2 O, Cu 2 O tan vào đồng lỏng sẽ oxi hóa các chất tạp trong đồng lỏng theo phản ứng: [Me] + [Cu 2 O] = (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 Page 10 [...]... của công nghệ luyện đồng 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 phế Nguyên nhiên vật liệu Sản phẩm đồng Quá trình luyện đồng Quặng đồng 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 )... 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... 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... 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... 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 phơng án giải quyết ô nhiễm theo hớng : quản lý , giảm thiểu và xử lý IV.1 Vấn đề chất thải rắn Đa phần quặng đồng đợc sử dụng hiện nay thờng có hàm lợng đồng thấp (chứa khoảng 0,35% đồng) nên không thể luyện trực tiếp do đó trớc khi luyện phải tiến hành qua công. .. gây lãng phí lớn,tuy nhiên do công nghệ của các nhà máy Việt Nam còn thấp nên phần lớn bùn đợc đem đi chôn lấp) Một số loại chất thảỉ rắn khác nh máy móc thiết bị hỏng,dụng cụ bảo hộ lao động của công nhân,hay rác thải sinh hoạt của công nhân tuy không là chất thải đặc thù nên biện pháp xử lí sẽ là phân loại rồi xử lí IV.2 Vấn đề nớc thải Nứơc thải trong công nghệ luyện đồng có từ nhiều nguồn với tính... 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 Thành phần % Công thức cấu tạo Cu Fe S Sb As Page 12 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 13,9 24,9 29,2 60... Để luyện đồng từ tinh quặng sulfua ngời ta phải tiến hành thông qua sản phẩm trung gian là sten đồng rồi mới luyện đồng thô,trong quá trình này một lợng Page 17 đồng mà một số kim loại quí nh Au,Ag,Pt (khoảng 1% sẽ đi ra dới dạng xỉ lò theo con đờng cơ học).Xỉ thải ra nếu không đơc tận thu kim loại thì thờng đợc mang đi chôn lấp hoặc có một số nơi sẽ đợc dùng để đóng gạch,lát đờng Trong quá trình luyện. .. ra đồng thô,chất thải rắn chủ yếu là xỉ của quá trình ôxi hoá tạo xỉ sulfua sắt có trong sten đồng( xỉ này có chứa FeO.SiO2) và xỉ trong giai đoạn ôxi hoá hoàn nguyên đồng( xỉ gồm một lợng nhỏ oxit kẽm,oxit chì và khoảng 1% đồng nguyên liệu).Thờng thì các loại xỉ trên sẽ đợc chôn lấp Trong đồng thô luyện từ Sten còn chứ nhiều tạp chất và một lợng đáng kể các kim loại quí ,do đó để khứ tạp chất và thu đồng. .. 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