Báo cáo đề tài công nghệ luyện đồng

Tình hình sản xuất hiện nay trên thế giới và trong nước ; sơ lược về công nghệ.Đồng là kim loại xuất hiện khoảng 3000 năm trước công nguyên ,sự xuất hiện của đồ đồng đã làm cho sản xuất

Bộ Giáo Dục & Đào Tạo

Nhóm SVTH : Nguyễn Hải Dương

Nguyễn Thanh Hiếu Mai Quang Dương

Hoàng Dương

HàNội 2008

Công Nghệ Luyện Đồng

Tóm Tắt Công Nghệ Luyện Đồng

I Tình hình sản xuất hiện nay trên thế giới và trong nước ; sơ lược về công nghệ

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Hải Dương

II Đặc thù công nghệ được phân công tìm hiểu Thuyết minh công nghệ sản xuất , phân tích ưu , nhược điểm ;

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thanh Hiếu

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

Sinh viên thực hiện : Mai Quang Dương

IV Vấn đề môi trường của công nghệ sản xuất này bao gồm : các dòng thải chính , quy mô dòng thải , ước tính các chất thải quan trọng nhất & sơ bộ tóm tắt các phương án giải quyết ô nhiễm theo hướng : quản lý , giảm thiểu và xử lý Sinh viên thực hiện : Hoàng Dương

Page 2

I Tình hình sản xuất hiện nay trên thế giới và trong nước ; sơ lược về công nghệ.

Đồng là kim loại xuất hiện khoảng 3000 năm trước công nguyên ,sự xuất hiện của đồ đồng đã làm cho sản xuất của con người 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 được những sản phẩm đồng có chất lượng cao với 99,99% Cu nguyên chất

Những nước trên thế giới có ngành công nghiệp luyện đồng phát triển như: Chile,Indonexia,Trung Quốc,Conggo,Mehico….Chính những nước 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 nước (số liệu năm 2006).Cũng tại nước này những mỏ đồng lớn nhất thế giới như :

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

Mỏ Elteniente sản lượng là 438000 tấn/năm

Mỏ Chuquicamata sản lượng 760000 tấn/năm

Mỏ Collahuasi sản lượng 495000 tấn/năm

…

Tổng sản lượng khái thác của nước này 5,6 triệu tấn/năm (2005).Chile đang có

kế hoạch đầu tư 15,22 tỷ $ vào ngành sản xuất đồng đẻ nâng sản lượng nên 6,34 triệu tấn trong năm 2010

Ngoài Chile những nước khác sở hữu nhũng mỏ đồng lớn trên thế giới như :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 lượng

600000tấn/năm.(2005-2006)

Page 3

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 lượng khai thác là:650000 tấn/năm

Tại Ân Độ xuất khẩu là 500000 tấn/năm

Sản lượng đồng trên thế giới ngày càng tăng với sự ảnh hưởng lớn nhất từ

Chile.Và năm 2010 dự đoán lượng tiêu thụ đồng trên thế giới khoảng 21,2 triệu tấn/năm

Hiện tại có 2 công nghệ được dùng phổ biến nhất là hỏa luyện và thủy

luyện,ngoài ra cung có các công nghệ khác như ngâm triết đồng

I.2 Tình hình sản xuất đồng ở Việt Nam

Hiện lượng đồng tiêu thụ trong nước là do chúng ta nhập khẩu ở bên ngoài Nhu cầu sử dụng đồng trong nước 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 lượng

20 tấn Cu.Nhà máy đi vào hoạt động với công suất 10000 tấn Cu thụ được 341

Kg Au 99,99%,146 kg Ag 99,95%,40000 tấn axit sunfuric

Mỏ Xin Quyền được 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 dương 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 được nấu luyện đẻ thu Au

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

Page 4

II Đặc thù công nghệ được phân công tìm hiểu Thuyết minh công nghệ sản xuất , phân tích ưu , nhược 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 được luyện từ phế phẩm chiếm khoảng 30% so với tổng sản lượng đồng được sản xuất hang năm

Quặng đồng chứa hàm lượng 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 được tinh quặng đồng cùng các tinh quặng chì,kẽm,niken

II.2 Phương pháp luyện đồng

Có 2 phương 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 được cả đồng và kim loai quý còn thủy luyện thi không.vì vậy hỏa luyen vẫn được 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

II.4 Sơ đồ hỏa luyện đồng

Sản phẩm đầu ra : đồng v các àkim loai quý

Thiêu kếtLuyện ra sten đồng

sten : hỗn hợp các sunfua tạp đã nói trong phần luyện thế

Điện phõnMuối catot

sạch

Bùn anôt Xử lý thu hổi Ag,

Au, Cu, kim loại quý

Khí lòKhí lò

Bụi

II.4.1 Thiêu kết tinh quặng đồng :

Trong tinh quặng đồng chứa một lượng S rất lớn, còn đồng có hàm lượng 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 được các hàm lượng Cu không cao, các quá trình luyện Sten sau đó sẽ rất tốn kém Do vậy phải tiến hành thiêu đốt để cháy bớt lưu 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 trước khi luyện Quá trình luyện thiêu kết là quá trình oxy hóa đốt cháy các sulfua biến chúng thành oxit Các phản ứng chính trong quá trình thiêu hỏa tinh luyện đồng như sau:

Page 7

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

Ngo i ra có phà ản ứng của FeS với Cu2S

FeS + Cu2O = FeO + Cu2S

Khi nhiệt độ thấp có thể xảy ra phản ứng tạo đồng v sà ắt sulfat

CuS + 2O2 = CuSO4

FeS + O2 = FeSO4

Ngo i ra, mà ột số oxit có tính axit sẽ tác dụng với các oxit mang tính Bazơ tạo

th nh sà ản phẩm phức như 2CaO.SiO2; FeO.SiO2; MeO.Fe2O3

Các phản ứng này đều là phản ứng tỏa nhiệt nên quá trình là tự nhiệt Quá trình thiêu thường tiến hành ở 850oC, trường 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 người ta phải tiến hành thông qua sản phẩm trung gian là Sten đồng rồi mới luyện thành đồng thô vì các lý do sau:

- Sten đồng là chất tập hợp tốt đồng, hầu hết đồng vào Sten dưới dạng 2S, chỉ đi ra theo xỉ với lượng rất hạn chế.

Cu Sten đồng có khả năng hòa tan rất tốt các kim loại quý như Au, Ag, Pt hầu hết kim loại quí tan vào sten, chỉ dưới 1% đi vào xỉ theo con đường

cơ học

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

Trong quá trình luyện xảy ra các biến đổi hóa lý như 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 như CaO tác dụng với SiO2 và FeO tạo thành xỉ dễ chảy, chảy ra và

dồ xuống phía dưới

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

2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2

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

Page 8

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

II.4.3 Luyện sten ra đồng thô

Quá trình này được 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

Nhưng sau đó, vì ái lực của đồng với lưu huỳnh lớn hơn của sắt với lưu 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 lượng nhỏ oxit kẽm, oxit chì và khoảng 1% đồng trong nguyên liệu

Page 9

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 lượng đồng trong Sten Đồng thô thu được có thành phần đồng khoảng 99%, ngoài ra còn Sb

97-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 lượng 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

99,95-luyện đồng được diễn ra theo 2 bước: Hỏa tinh 99,95-luyện và điện phân

Bước 1: Hoả tinh luyện

Page 10

Đây là phương 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 dưới

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 như sau: Al, Si, Mn, Zn, Fe,

Ni, As, Sb, Pb, Bi Để

tăng cường quá trình oxy hóa, người ta thường dùng ống thép s

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

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

Bước 2: tinh luyện bằng điện phân

Nguyên lý dựa vào sự khác nhau về thế điện cực của các kim loại, dưới 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 Thường sử dụng dung dịch điện phân là H2SO4 với lượng 150-200g/l

Có thể chia các tạp chất trong đồng thành 3 loại

- Loại có thế điện cực dương 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

Page 11

- 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 nhược điểm công nghệ

Trước khi luyện ra đồng thô,phải thiêu hoàn toàn để đốt cháy lượng lưu 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

Page 12

Nguyên nhiên vật liệu

Quá trình luyện đồng

Đồng

phế

Sản phẩm đồng

Đồng luyện từ phế liệu chiếm khoảng 30% so với đồng luyện từ quặng Hiện nay người ta đã tìm thấy khoảng 240 khoáng vật ( quặng chứa đồng ) nhưng chỉ

có 10 loại trong số đó có ý nghĩa đối với ngành công nghiệp luyện kim Quặng được 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 thường cộng sinh với nhiều kim loại khác như Ni ,

Co , Pb , Zn , Fe nên thành phần rất phức tạp Đa phần quặng đồng ở dạng sunfua

Dưới đây là một số quặng phổ biến được sử dụng trong công nghệ luyện đồng

Quặng sunfua Công thức cấu tạo Thành phần %

III.1.1.1 Quặng chalcopyrite.

Trong quặng sunfua thì quặng chalcopyrite phân bố rộng nhất Chalcopyrite có màu đồng thau , có ánh kim , có độ cứng lớn

Chalcopyrite,khoáng vật của đồng,thuộc lớp sunfua CuFeS2 tạp chất Xesi,telu

,kẽm,vàng,bạc,vvv,hệ tứ phương 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 lượng riêng 4,1-4,39 g/cm3 .Thường gặp trong các mỏ nguồn gốc macma dung li ,scacnơ,nhiệt hạch,trầm tích.Phổ biến trong các mỏ quặng đồng sinh quyển (Lào Cai),mỏ đồng–niken Bản Xang (Sơn La )

III.1.1.2 Quặng bornite

Bornite,khoáng vật của đồng thuộc lớp Cu5 Fe S4 Hệ lập phương ,đa hình ,tập hợp hạt ,khối đặc sịt Màu sẫm ,đỏ màu đồng với các tia màu sặc sỡ trên mặt ánh bán kim

Độ cứng 3,0 ; khối lượng riêng 4,9 – 5,3 g/cm3 Thường 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 Thường 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

Page 14

III.1.1.4 Quặng tennantite,

Tennantite là một trong nhóm các khoáng chất được 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 được 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,nhưng 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 phương Tập hợp hạt nhỏ đặc sít , dạng đất Màu đỏ đến xám chì , ánh kim cương hoặc nửa kim loại trên bề mặt vết vỡ Độ cứng 3,5 – 4 , khối lượng riêng 5,85 – 6,15 g/cm3

Page 15