quy trình Sản xuất đồng

Phương pháp sản xuấtHỏa luyện Thủy luyện Đây là phương pháp oxi hóa, dựa vào cơ sở ái lực của các kim loại với oxi lớn hơn so với đồng, các oxit kim loại tách ra không hòa tan vào đồng k

Mở đầu

Đồng được con người sử dụng sớm nhất, các đồ đồng có niên đại khoảng 8700 năm TCN Hoa tai bằng đồng đã được tìm thấy

ở miền bắc Iraq có niên đại 8.700 năm TCN Khoảng 5.000 năm TCN đã có những dấu hiệu của việc luyện, nấu đồng, việc tinh chế đồng từ các ôxít đơn giản của đồng như malachit hay azurit Các dấu hiệu sớm nhất của việc sử dụng vàng chỉ xuất hiện vào khoảng 4.000 năm TCN

Việc sử dụng đồng đỏ đã phát triển trong thời đại của các nền văn minh được đặt tên là thời đại đồ đồng hay thời đại đồng đỏ.

Đồng là nguyên liệu quan trọng của công nghiệp Xét về khối lượng tiêu thụ, đồng xếp hàng thứ ba trong các kim loại, chỉ sau thép và nhôm

34.655.679.968.557.455.188.879.936.299.9

4.24.9-5.45.5-5.84.6

3.93.7-3.85.8-6.15.8-6.32.0-2.28.9

Lượng đồng trong một số quặng:

B Giới thiệu về tính chất của kim loại đồng

I Tính chất vật lí

Đồng có mạng tinh thể lập phương tâm diện, màu đỏ, dẻo, dễ kéo sợi, dát mỏng Dẫn điện và nhiệt tốt chỉ kém bạc, t0

nc = 10830C, D = 8,98 g/cm3

B Giới thiệu về tính chất của kim loại đồng

C Công nghệ sản xuất đồng

I Nguyên liệu

+ Quặng sunfua đồng và sắt

+ Quặng oxit đồng

II Phương pháp sản xuất

Hỏa luyện

Thủy luyện

Đây là phương pháp oxi hóa, dựa vào cơ sở ái lực của các kim loại với oxi lớn hơn so với đồng, các oxit kim loại tách ra không hòa tan vào đồng kim loại nên tách khỏi đồng thô dưới dạng xỉ

Là phương pháp luyện kim dựa trên nguyên lí về hoà tách, kết tủa và xử lí bằng điện hoá để xử lí quặng đồng, thu hồi đồng kim loại

1 Hỏa luyện

Luyện đồng thô

Tinh luyện đồng

Khử bằng than hoặc cốcĐốt nội khử gián đoạnPhương pháp tự dưỡng

b Đốt nội khử gián đoạn

Như vậy quá trình luyện sẽ phải tiến hành gián đoạn, trước

hết là thổi không khí dư cùng với ngọn lửa của khí đốt để đốt quặng; sau đó ngừng thổi không khí để cho quá trình khử

xảy ra Tiếp theo lại thổi không khí rồi lại ngừng Hai giai

đoạn cứ nối tiếp nhau cho tới khi hoàn thành mẻ luyện

Quặng

đồng

sunfua

Oxi hóa 1 phần thành

b Phương pháp tự dưỡng

Tất cả các quá trình xảy ra trong khi luyện đồng đều là các quá trình

tỏa nhiệt, trừ nhiệt lượng đầu tiên cung cấp để quặng bắt cháy Để

tận dụng toàn bộ lượng nhiệt này, người ta đã thiết kế một kiểu lò

luyện phù hợp để sử dụng ngay nhiệt sinh ra trong quá trình đốt

cháy sunfua thành sunphuro để làm nóng chẩy quặng.

Quặng phải được sấy khô tốt, được trộn với SiO2 và nghiền nhỏ tới cấp hạt nhất định, sau đó được rải từ phía trên miệng lò xuống bằng một thiết bị cấp quặng đồng đều Thiết bị phun lửa hoạt động cùng với khí nóng từ đáy lò thổi lên sẽ làm cho hạt quặng treo lơ lửng một thời gian nhất định trong vùng đốt Tại đây, sắt sunfua bị cháy trước tiên tạo ra SO2 và FeO Do chế độ thổi khí phù hợp, hầu hết sắt sunfua bị cháy hết, FeO tác dụng với SiO2 tạo thành sắt silicat và Cu2S hầu như chưa phản ứng trong hạt vật chất nóng chẩy ấy và rơi xuống đáy lò Không khí nóng thổi qua lớp quặng nóng chẩy, các quá trình khử

hoàn nguyên đồng liên tục xảy ra giống như trong phần luyện đồng

theo phương pháp đốt khử gián đoạn Sản phẩm đồng thô được lấy ra

từ đáy lò.

Cu2O + Fe → FeO + Cu nổi lên cùng với xỉ

C + Cu2O → Cu + CO

C + CuO → Cu + CO

C + Cu2O → Cu + CO

C + CuO → Cu + CO

2 Thủy luyện

Axit hóa Thấm dần

Lọc

Giai đoạn tách Nước cái quay vòng

Chiết cu

Dung môi hòa tách

Axit sunfuric loãng: CuCO 3. Cu(OH) 2 , CuSiO 3 2H 2 O, CuO,

Cu 2 O bị hoà tan , Cu 2 O chỉ hòa tan được một phần trong H 2 SO 4

CuCO3.Cu(OH)2 + H2SO4 → 2CuSO4 + CO2 + 3H2O

CuSiO3.2H2O + H2SO4 → CuSO4 +SiO2 + 3H2O

CuO + H2SO4 → CuSO4 +H2O

Dung dịch muối sắt III sunfat: hoà tan tốt Cu 2 S và CuS

Cu2S + 2 Fe2(SO4)3 → 2CuSO4 + 4FeSO4 + S

CuS + Fe2(SO4)3 → CuSO4 + 2FeSO4 + S

Dung dịch amon [NH 4 OH-(NH 4 ) 2 CO 3]: các khoáng đồng oxít có

thể tác dụng với NH 4 OH và (NH 4 ) 2 CO 3 , tạo thành muối phức

đồng amôn hòa tan trong dung dịch nước

CuCO3.Cu(OH)2 + NH4OH + (NH4)2CO3 → 2Cu(NH3)4CO3 + 8H2O

Các phương pháp kết tủa đồng từ dung dịch

Điện phân với cực dương không hoà tan

Xi măng hoá bằng bột Fe (Phương pháp nội điện phân)

Phương pháp chưng cất kết tủa đồng

Dùng bể điện phân với cực dương là hợp kim Pb –

Sb hay Pb – Ca; cực âm là lá đồng sạch; dung dịch điện phân là CuSO4 và H2SO4

CuSO4 + H2O → Cu + H2SO4 + O2

Dùng một kim lọai âm hơn đồng, đẩy đồng ra khỏi gốc sunfat và kết tủa ở dạng đồng kim lọai

CuSO4 + Fe → Cu + FeSO4

Dùng kết tủa đồng từ dung dịch amôn

2Cu2(NH3)4CO3+O2 → 4CuO+8NH3+2CO2

Cu2(NH3)4CO3 → CuO+4NH3+CO2

Phương hướng phát triển thuỷ luyện đồng

Kết hợp thủy luyện với hỏa luyện đồng

Áp dụng thiêu sunfat hoá và clorua hoá đối với tinh quặng

Hoà tách bằng vi sinh vật

Kết hợp thủy luyện với hỏa luyện đồng.

Nội dung của phương pháp này là thổi gió để oxi hóa quặng sufua Cu-Ni-Co trong dd ammoniac ở nhiệt độ cao và áp suất cao, sau đó dùng H2 hoàn nguyên ra bột đồng

Người ta đã thử nghiệm áp dụng công nghệ ôtôcla để hòa

tách quặng đồng ở nhiệt độ cao và áp suất cao Phương pháp này cho phép xử lý tổng hợp quặng sufua đa kim như Cu-Ni-

Co ; Cu-Ni ; Cu-As

Áp dụng thiêu sunfat hoá và clorua hoá đối với tinh quặng

Điều đó cho phép hòa tách bằng dung môi đơn giản là nước

có pha thêm một ít H2SO4 họăc HCl

Cũng theo huớng tìm dung môi mới, người ta đã dùng axít

nitric để hòa tách quặng đồng sunfua với các phản ứng chính sau đây:

3CuS + 8HNO3 → 8NO + 3CuSO4 + 4H2O

3CuFeS2 + 20 HNO3 → 3Fe(SO4)NO3 + CuSO4 + 17NO + 10H2O

2FeS2 + 10HNO3 → Fe2(SO4)3 + H2SO4 + 4 H2O + 10 NO

Hoà tách bằng vi sinh vật

Thành tựu của nghành vi sinh học đã phát hiện có một số nhóm vi khuẩn tồn tại không cần chất hữc cơ Chúng gây ra các phản ứng hòa tách các hợp chất đồng sunfua khi có mặt oxi không khí, theo các cơ chế sau đây:

Đầu tiên chalcopyrit bị phân hóa do oxi của không khí:

CuFeS2 + 4O2 → CuSO4 + FeSO4 ;

Sau đó nhờ vi sinh, ví dụ như nhóm thiobacillus

ferrooxidans, làm xúc tác cho phản ứng tạo ra ion sắt III:

2FeSO4 + H2SO4 + O2 → Fe2(SO4)3 + H2O

Fe2(SO4)3 sinh ra là tác nhân hòa tách đối với các sufua như

Cu2S, FeS2, CuFeS2

ỨNG DỤNG

+ Dây điện.

+ Que hàn đồng

+ Tay nắm và các đồ vật khác trong xây dựng nhà cửa.+ Đúc tượng

+ Cuộn từ của nam châm điện

+ Động cơ, đặc biệt là các động cơ điện

+ Động cơ hơi nước của Watt

+ Rơ le điện, dây dẫn điện giữa các bảng mạch và các chuyển mạch điện

+ Ống chân không, ống tia âm cực và magnetron trong các lò vi ba

+ Bộ dẫn sóng cho các bức xạ vi ba

+ Là một thành phần trong tiền kim loại

+ Trong đồ nhà bếp, chẳng hạn như chảo rán

…

Sản xuất đồng theo phương pháp hỏa luyện (nội khử gián đoạn)

Sản xuất đồng theo phương pháp hỏa luyện (nội khử gián đoạn)