quy trình Sản xuất đồng

Người Ai Cập đã phát hiện ra rằng nếu thêm một lượng nhỏ thiếc vào sẽ làm cho kim loại trở nên dễ đúc hơn, vì thế các hợp kim đồng đỏ đã được tìm thấy ở Ai Cập gần như là đồng thời cùng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

KHOA HÓA HỌC

ĐỀ TÀI:

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐỒNG

Giáo viên hướng dẫn : Lê Thị Thanh Thúy

Lớp : Sư phạm Hóa K35

Nguyễn Thị Hậu

Võ Thị Mỹ Huệ

Lê Hoàng My

Bình Định, tháng 04 năm 2016

Mục lục

Trang

A Lời mở đầu……….2

B Giới thiệu về tính chất của kim loại đồng I Tính chất vật lí của đồng………3

II Tính chất hóa học của đồng……… 4

C Công nghệ sản xuất đồng I Nguyên liệu……….4

II Phương pháp sản xuất 1 Hỏa luyện 1.1 Luyện đồng thô……….4

1.2 Tinh luyện đồng………5

2 Thủy luyện……… 7

D Ứng dụng ………10

A LỜI MỞ ĐẦU

Sơ lược về kim loại đồng

Đồng có lẽ là kim loại được con người sử dụng sớm nhất do các đồ đồng có niên đại khoảng năm 8700 trước công nguyên (TCN) đã được tìm thấy Ngoài việc tìm thấy đồng trong các loại quặng khác nhau, người ta còn tìm thấy đồng ở dạng kim loại (đồng tự nhiên)

ở một số nơi

Đồng đã được ghi chép trong các tư liệu của một số nền văn minh cổ đại, và nó có lịch sử

sử dụng ít nhất là 10.000 năm 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

Người ta còn tìm thấy các đồ vật bằng đồng nguyên chất và đồng đỏ ở các thành phố Sumeria

có niên đại 3.000 năm TCN, và các đồ vật cổ đại của người Ai Cập bằng đồng và hợp kim của đồng với thiếc cũng có niên đại tương tự Trong một kim tự tháp, một hệ thống hàn đồng đã được tìm thấy có niên đại 5.000 năm Người Ai Cập đã phát hiện ra rằng nếu thêm một lượng nhỏ thiếc vào sẽ làm cho kim loại trở nên dễ đúc hơn, vì thế các hợp kim đồng đỏ đã được tìm thấy ở Ai Cập gần như là đồng thời cùng với đồng Việc sử dụng đồng ở Trung Hoa cổ đại có niên đại ít nhất là 2.000 năm TCN Vào khoảng 1200 năm TCN những đồ đồng đỏ hoàn hảo đã được sản xuất ở Trung Quốc Cũng lưu ý rằng các số liệu ngày, tháng này chịu ảnh hưởng của các cuộc chiến tranh do đồng rất dễ nấu chảy và được tái sử dụng Tại châu Âu, Oetzi the Iceman, thi thể một người đàn ông được bảo quản tốt có niên đại 3.200 TCN, đã được tìm thấy với chiếc rìu bịt đồng có độ tinh khiết của đồng là 99,7% Nồng độ cao của asen trong tóc của ông ta có lẽ là do ông đã tham gi vào việc nấu đồng

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 Thời kỳ quá độ trong các khu vực nhất định giữa thời kỳ đồ đá mới và thời kỳ đồ sắt được đặt tên là thời kỳ đồ đồng, với một số công cụ bằng đồng có độ tinh khiết cao được sử dụng song song với các công cụ bằng đá

Đồng thau, một hợp kim của đồng với kẽm, được biết đến từ thời kỳ Hy Lạp nhưng chỉ được

sử dụng rộng rãi bởi người La Mã

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 Do tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, độ bền khá cao nên đồng và hợp kim đồng được sử dụng rộng rãi làm dây dẫn điện trong các thiết bị điện công nghiệp và dân dụng Ngoài ra, đồng và hợp kim đồng còn được sử dụng nhiều trong chế tạo máy, xây dựng, sản xuất điện cực, Các hợp chất đồng như đồng oxit, đồng sunfat, đồng oxyclorua cũng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như nông nghiệp, đóng tàu, bảo quản gỗ,

Sơ lược về quặng đồng

Trong thiên nhiên, quặng đồng tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như tinh thể, cục, mẩu, tấm, Về mặt hóa học, đồng tồn tại phổ biến nhất là ở quặng chứa đồng có gốc sunfua, ngoài

ra cũng ở dạng cacbonat hoặc oxit Những quặng đồng quan trọng nhất là chalcopyrit CuFeS2, bornit Cu3FeS3, chalkosin Cu2S, bournonit 2PbS.Cu2S.Sb2S3, ngoài ra còn một số loại quặng đồng có ý nghĩa kinh tế là: malachit Cu2{(OH)2/CO3)}, azurit 2CuCO3.Cu(OH)3, cuprit Cu2O, chrysocol CuSiO3.2H2O, Phần lớn quặng đồng trên thế giới chỉ có hàm lượng đồng khoảng 2% nên không thể sử dụng trực tiếp để chế biến mà phải được xử lý làm giàu quặng

Lượng đồng trong một số quặng:

Tên khoáng vật Công thức hoá học Hàm lượng Cu % γ (g/cm3)

Chalcopyrite

Bocnit

Cancodi

Covelin

Malakhit

Azurit

cuprit

melaconit

khôicon

Đồng tự nhiên

CuFeS2

Cu3FeS3

Cu2S CuS CuCO3.Cu(OH)2

2CuCO3.Cu(OH)2

Cu2O CuO CuSiO3.2H2O Cu

34.6 55.6 79.9 68.5 57.4 55.1 88.8 79.9 36.2 99.9

4.2 4.9-5.4 5.5-5.8 4.6 3.9 3.7-3.8 5.8-6.1 5.8-6.3 2.0-2.2 8.9 Quặng đồng Việt Nam thuộc vào 4 loại có nguồn gốc hình thành khác nhau là: magma, thuỷ nhiệt, trầm tích, biến chất Quặng đồng phân tán ở các tỉnh Cao Bằng, Lạng Sơn, Sơn La, Quảng Ninh, Hà Bắc, Quảng Nam-Đà Nẵng, Lâm Đồng Các mỏ quặng đồng ở những tỉnh này thường

có trữ lượng nhỏ, thành phần khoáng đa dạng, bao gồm nhiều loại như quặng sunfua, cacbonat, nhưng thường gặp là quặng chalcopyrit Tổng trữ lượng các mỏ đã thăm dò ước đạt khoảng 600.000 tấn đồng

B GIỚI THIỆU VỀ ĐỒNG

I Tính chất vật lí của đồng

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 Đồng có 1 electron trong phân lớp 4s1nằm trước phân lớp 3d10, các orbital được lấp đầy các electron này không đóng góp nhiều vào các tương tác nội nguyên tử, chủ yếu ảnh hưởng

bởi các electron phân lớp s thông qua các liên kết kim loại Trái ngược với các kim loại mà

phân lớp d không được lấp đầy bởi các electron, các liên kết kim loại trong đồng thiếu các đặc điểm của liên kết cộng hóa trị và chúng tương đối yếu Điều này giải thích tại sao các tinh thể đồng riêng biệt có độ dẻo cao và độ cứng thấp Ở quy mô lớn, việc thêm vào các khuyết tật trong ô mạng tinh thể như ranh giới hạt, sẽ làm cản trở dòng vật liệu dưới áp lực nén từ đó làm tăng độ cứng của nó

Độ cứng thấp của đồng giúp giải thích một phần tính dẫn điện cao của nó (59.6×106S/m) và cũng như tính dẫn nhiệt cao, các tính chất này được xếp hạng thứ 2 trong

số những kim loại nguyên chất có tính chất tương tự ở nhiệt độ phòng (trong số các kim loại

nguyên chất ở nhiệt độ phòng chỉ có bạc có độ dẫn điện cao hơn) Đặc điểm này là do điện

trở suất đối với sự vận chuyển electron trong các kim loại ở nhiệt độ phòng chủ yếu bắt nguồn từ sự tán xạ của electron đối với dao động nhiệt của mạng tinh thể, mà điện trở xuất

này tương đối yếu đối với cho một kim loại mềm Mật độ dòng thấm tối đa của đồng trong

không khí ngoài trời vào khoảng 3,1×106 A/m2, vượt trên giá trị này nó bắt đầu nóng quá

mức Cùng với những kim loại khác, nếu đồng được đặt cạnh kim loại khác, ăn mòn galvanic sẽ diễn ra

Đồng tinh khiết có màu đỏ cam và tạp ra màu lam ngọc khi tiếp xúc với không khí Màu đặc trưng này của đồng tạo ra từ sự chuyển tiếp electron giữa phân lớp 3d và phân lớp 4s – năng lượng chênh lệch do sự chuyển đổi trạng thái electrong giữa hai phân lớp này tương ứng với ánh sáng cam

II Tính chất hóa học của đồng

1 Vị trí trong bảng tuần hoàn

- Cấu hình e nguyên tử: 29Cu: 1s22s22p63s23p63d104s1

- Vị trí: ô 29, chu kỳ 4, nhóm IB

- Cấu hình e của các ion:

Cu+: 1s22s22p63s23p63d10

Cu2+: 1s22s22p63s23p63d9

2 Tính chất hóa học

Đồng có tính khử yếu:

Cu → Cu2+ + 2e

- Tác dụng với phi kim

- Tác dụng với axit

* Với các axit không có tính oxi hoá mạnh (HCl, H 2 SO 4 loãng)

+ Cu không phản ứng với các axit không có tính oxi hoá mạnh

+ Khi có O2, phản ứng lại xảy ra:

2Cu + 4H+ + O2 → 2Cu2+ + 2H2O

* Với các axit có tính oxi hoá mạnh (HNO 3 và H 2 SO 4 đặc nóng)

- Tác dụng với dung dịch muối

B CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐỒNG

I Nguyên liệu

Hàm lượng đồng trong vỏ trái đất khoảng 0,01% Trong thiên nhiên có tới 250 loại khoáng vật chứa đồng Quặng đồng chủ yếu được chia thành chia thành 2 loại:

+ Quặng sunfua đồng và sắt (chiếm khoảng 85-90% tổng lượng quặng đồng):

Quặng sunfua đồng: CuS: covelin, Cu2S: chalcosin

Quặng sunfua kép với sắt: CuFeS2: chalcopyrit, Cu3FeS3: bornit, các sunfua kép khác với Sb,

As, Pb, Sb

+ Quặng oxit đồng:

CuCO3.Cu(OH)2: manachit, 2CuCO3.Cu(OH)2:azurit, Cu2O: cupprit…

Có thể chia quặng đồng theo hàm lượng đồng:

- Quặng nghèo (<1%Cu)

- Quặng trung bình (1-3% Cu)

- Quặng giàu (>3% Cu)

II Phương pháp sản xuất

Có 2 phương pháp luyện đồng chủ yếu:

+ Hỏa luyện

+ Thủy luyện

Hỏa luyện thường dùng để xử lí quặng sunfua đồng còn thủy luyện chỉ áp dụng cho quặng oxit và đồng tự nhiên

1 Hỏa 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

1.1 Luyện đồng thô

Quá trình luyện đồng thường bao gồm hai giai đoạn: đốt quặng đồng sunfua để chuyển

về oxit và khử oxit đồng về đồng kim loại

Có nhiều phương pháp luyện đồng theo nguyên lí nhiệt-khử Một số phương pháp thông

dụng như sau:

* Khử bằng than hoặc cốc

Sau khi đốt chuyển hóa đồng sunfua thành đồng oxit, người ta đem nấu chẩy quặng đồng trong lò đứng cùng với than cốc và cát thạch anh Đồng oxit sẽ được khử về đồng kim loại và sắt hầu hết sẽ chuyển thành silicat nổi lên cùng với xỉ

2 3

FeO SiO FeSiO

* Đốt nội khử gián đoạn

Người ta tiến hành sử dụng oxi không khí để oxi hóa sao cho chỉ một phần sunfua đồng phía ngoài hạt quặng chuyển hóa thành Cu2O, một phần còn lại vẫn là sunfua đồng Các phản ứng trong giai đoạn này xảy ra như sau:

2

2 CuO+SO

2CuO FeS C SiO Cu S FeSiO CO

2

Cu

Cu S 3

S

O

2SO

→

+

Trong giai đoạn 2 sẽ diễn ra giữa đồng (I) sunfua và đồng (I) oxit có thể có sẵn trong quặng hoặc là sản phẩm của giai đoạn 1 theo phản ứng:

2Cu O Cu S+ →6Cu SO+

Đồng kim loại nóng chẩy sẽ gom lại ở đáy lò luyện

 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

* Phương pháp tự dưỡng

Dù đã được cải tiến nhưng đến ngày nay vẫn phải có công đoạn nấu chẩy quặng trước khi đưa vào lò luyện để thổi khí Sau này người ta đã phát minh ra ra cách luyện sử dụng ngay nhiệt sinh ra trong quá trình đốt cháy sunfua thành sunphuro để làm nóng chẩy quặng Người ta gọi phương pháp này là phương pháp luyện “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 gồm hai phần chính Phần lò nấu gần giống như lò đối lưu trong luyện thép, có bổ sung thêm một thiết bị phun lửa bên trong lò và lò hoạt động giống như các tháp thu hồi nhiệt trong luyện thép theo kiểu Siemens-Martin

Khi vận hành, 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, các hạt chất rắn nóng chẩy co thể tích lại, 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 Khí lò

có nhiệt độ cao được dẫn qua tháp tách bụi, qua các tháp thu hồi nhiệt và cuối cùng ra ống khói

1.2 Tinh luyện đồng

Đồng thô ra lò còn chứa nhiều tạp chất, chủ yếu là các kim loại khác làm giảm tính chất

ưu việt của đồng

Tinh luyện đồng theo đường khô (hay hỏa tinh luyện) tức là luyện lại trong lò để loại bớt tạp chất để đồng kim loại có thể đạt tới độ tinh khiết 99,5%

Đồng trước tiên được nấu chẩy trong lò bằng ngọn lửa khí đốt Trong quá trình nấu chẩy, một phần nhỏ đồng bị oxi hóa thành đồng (I) oxit Cu2O sẽ tan vào trong đồng nóng chẩy và cung cấp oxi cho các phản ứng oxi hóa các kim loại hoạt động hơn khác tạo thành oxit nổi lên cùng với xỉ, ví dụ:

Cu2O + Fe → FeO + Cu

Phần oxit đồng dư cuối cùng được khử trở lại thành đồng kim loại bằng vụn gỗ hoặc than gỗ cho vào tong khối kim loại nóng chẩy

Như vậy, tinh luyện theo đường khô sẽ không thể loại được các kim loại quí thường có trong quặng đồng như Au, Ag, các kim loại thuộc nhóm bạch kim…Các kim loại này chỉ tách ra được khi tinh chế bằng điện phân trong dung dịch nước (theo đường ướt).

* Phương pháp sản xuất đồng chủ yếu hiện nay

Từ xa xưa người ta dùng quặng giàu để luyện đồng, mãi đến thế kỉ thứ XIX còn được dùng những quặng chứa 15% Cu hay hơn nữa Ngày nay đồng được luyện từ quặng nghèo chỉ chứa từ 1 đến 2% Cu Bởi vậy công nghệ luyện đôàng khá phức tạp và bao gồm nhiều giai đoạn:

- Tuyển quặng: trước tiên quặng đồng , ví dụ cancopirit chẳng hạn, được nghiền nhỏ và làm

giàu bằng phương pháp tuyển trọng lực rồi bằng phương pháp tuyển nổi Tinh quặng thu được sau khi đã làm giàu thường chứa đến 12% Cu

- Đốt tinh quặng ở 800 – 850 0 C trong lò nhiều tầng giồng như lò đốt pirit của dây truyền sản

xuất axit sunfuric Sau khi đốt, lượng S trong quặng giảm bớt nhờ những phản ứng:

2CuFeS2 + O2 → Cu2S + 2FeS + SO2

2FeS2 + 5O2 → 2FeO + 4SO2

2FeS + 3O2 → 2FeO + 2SO2

Hai phản ứng đầu xảy ra hoàn toàn, phản ứng thứ ba xảy ra một phần Sản phẩm thu được ở lò đốt này có thành phần ứng với hỗn hợp Cu2S, FeS và FeO

- Nấu chảy ở 12000C sản phẩm trên trong lò phản xạ, có cho thêm cát để tạo xỉ với FeO: FeO + SiO2 → FeSiO3

Xỉ sắt silicat tương đối nhẹ hơn nên nổi lên trên và liên tục chảy ra khỏi lò còn sản phẩm nóng chảy có thành phần ứng với hổn hợp Cu2S và FeS, nặng hơn nằm dưới lớp xỉ được tháo

ra khỏi lò theo chu kì Sản phẩm đó được gọi là stein

- Chuyển stein nóng chảy vào lò thổi kiểu lò Besme, cho thêm cát và thổi khí oxi vào lò; nhiệt độ của lò được giữ ở 13000C Ở đây xảy ra những phản ứng:

2FeS + 3O2 → 2FeO + 2SO2

FeO + SiO2 → FeSiO3 (xỉ)

2Cu2S + 3O2 → 2Cu2O + 2SO2

Hai phản ứng đầu xảy ra hoàn toàn, phản ứng thứ ba xảy ra một phần

- Giai đoạn tiếp theo cũng được thực hiện ở trong lò thổi nhưng không được thổi khí oxi vào

lò Kết quả là đồng (I) trong Cu2O và Cu2S bị lưu huỳnh ở dạng sunfua khử thành đồng kim loại:

2Cu2O + Cu2S → 6Cu + SO2

Đồng thô thu được chứa 90 – 95% Cu và các tạp chất

- Tinh chế đồng thô trước tiên bằng phương pháp đốt: chuyển đồng thô lỏng trở lại lò phản

xạ và thổi không khí để oxi hóa tạp chất:

4Sb + 3O2 → 2Sb2O3

2Pb + O2 → 2PbO

2Zn + O2 → 2ZnO

một phần đồng cũng bị oxi hóa:

4Cu + O2 → 2Cu2O

Cho thêm cát vào lò để chuyển tạp chất thành xỉ Để chuyển Cu2O trở lại thành Cu, người ta trộn đồng thô với than gỗ:

Cu2O + C → 2Cu + CO

Đồng đỏ thu được chứa 95 – 98% Cu Để có đồng tinh khiết cấn phải tinh chế theo phương pháp điện phân Người ta điên phân ta điện phân dung dịch CuSO4 (có thêm H2SO4) với cực âm là những lá đồng tinh khiết và cực dương là những thỏi đồng đỏ Kết quả là ở cực

âm thu được đồng tinh khiết chứa đến 99,99% Cu Loại đồng điên phân đó được dùng làm dây dẫn

2 Thủy luyện

Sơ đồ thủy luyện đồng:

Quặng đồng oxit hoặc cacbonat

H2SO4 loãng (nước cái quay vòng)

Hòa tách, làm giàu

Trung hòa

Cặn Dung dịch

( Fe, Al, As, P)

Axit hóa dung dịch

Điện phân

Đồng catot Nước cái

Khử hoàn nguyên kim loại

Tinh chế, phân kim

Đồng Các kim loại quý

Thuỷ luyện đồng: là phương pháp luỵên 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

Phương pháp này thường được dùng với các quặng :quặng đồng oxit nghèo chứa ít vàng và bạc; quặng đồng tự nhiên và nước mỏ ở vùng khoáng sản đồng

a Vấn đề dung môi hoà tách:

Thường sử dụng 3 loại dung môi chính:

- Axit sunfuric loãng( 5% H 2 SO 4 loãng) :CuCO3.Cu(OH)2, CuSiO3.2H2O, CuO, Cu2O bị hoà tan trong môi trường ,dung môi này được dùng để hòa tách quặng oxit đồng chứa ít tạp tính bazơ Nó rất dễ tái sinh khi điện phân để kết tủa đồng cực âm

Các phản ứng hòa tách chủ yếu:

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

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

Cu2O chỉ hòa tan được một phần trong H2SO4

- Dung dịch muối sắt III sunfat: dung môi này được dùng để hòa tách quặng đồng tự nhiên ,

đồng oxit và cả đồng sunfua đơn giản, nó hòa tách rất yếu đối với chalcopyrit – CuFeS2 Trong môi trường nước Fe2(SO4)3 bị thủy phân mạnh Vì vậy trong thực tế người ta dùng nó cùng với axit H2SO4 để chống thủy phân Dung môi này hoà tan tốt Cu2S và CuS

Các phản ứng hòa tách chủ yếu:

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

CuS + Fe2(SO4)3 → CuSO4 + 2FeSO4 + S

Các phản ứng này xảy ra rất chậm (10-12 ngày đêm) Dung môi này được đun nóng lên trên

350C Dung môi này rất ít khi dùng độc lập mà thường chỉ là phần bổ sung cho dung môi

H2SO4 để tăng cường hiệu suất tách đồng tự nhiên và các đồng sunfua có lẫn trong quặng đồng oxít

- Dung dịch amon [NH 4 OH-(NH 4 ) 2 CO 3 ] : dung môi này dùng để hòa tách quặng đồng tự

nhiên , đồng oxit chứa nhiều tạp chất tính bazơ Do đặc tính dễ bay hơi của NH3 và các hợp chất của nó, việc tái sinh và rửa bã rất đơn giản, dễ dàng

Các phản ứng hòa tách chủ yếu:

Cơ sở hòa tách của quá trình hòa tách bằng dung môi này là các khóang đồng oxít có thể tác dụng với NH4OH và (NH4)2CO3 , tạo thành muối phức đồng amôn hòa tan trong dung dịch nước:

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

Tương tự, melaconit cũng bị hòa tan:

CuO + 2 NH4OH + (NH4)2CO3 → Cu(NH3)4CO3 + H2O

Cuprit tạo thành muối phức amôn đồng một:

Cu2O + 2 NH4OH + (NH4)2CO3 → Cu2(NH3)4CO3 + 3H2O

Đồng tự nhiên cũng bị hòa tách bởi muối phức đồng amôn:

Cu + Cu(NH3)4CO3 → Cu2(NH3)4CO3

Các đồng sunfua và kim lọai qúy không hòa tan trong dung dịch muối amôn Dung môi này cũng không tác dụng với Fe2O3 và CaCO3 Do đó, nếu quặng đồng oxít chứa nhiều sắt và đá vôi thì phải dùng dung môi amôn chứ không dùng axít sunfuric để hòa tách

b Các phương pháp kết tủa đồng từ dung dịch:

- Điện phân với cực dương không hoà tan, người ta 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

Phản ứng cơ bản của phương pháp:

CuSO4 + H2O → Cu + H2SO4 + 1

2 O2 Khi trong dung dịch có chứa ion sắt (III) sẽ tham gia phóng điện để trở thành ion sắt (II) , gây mất mát điện năng Do đó trước khi điện phân người ta phải khử hết ion sắt (III) Tuy nhiên, do bản than phản ứng điện phân luôn tạo ra oxi tự do, vì vậy nó luôn oxi hóa sắt

II và các kim loại tạp, kéo theo các phản ứng phóng điện gây tổn thất điện năng Đó là lí do tại sao hiệu suất Faraday của phương pháp điện phân với cực dương không tan luôn luôn nhỏ hơn so với phương pháp điện phân với cực dương hòa tan

Phương pháp này chỉ thích hợp cho dung dịch chứa ≥ 15g Cu/l nếu nồng độ thấp hơn thì H+

sẽ cùng phóng điện Mặt khác, trong quá trình điện phân, các tạp chất sẽ tích lũy trong dung dịch Vì vậy phải theo chu kỳ nhất định, lấy ra một phần dung dịch điện phân, đem đi khử các tạp chất Nói cách khác phương pháp điện phân kết tủa đồng này không thích hợp với dung dịch quá nghèo đồng và bị bẩn do các tạp chất khác

- Xi măng hoá bằng bột Fe (Phương pháp nội điện phân) : Nguyên tắc của nó là dùng một

kim lọai âm hơn đồng, đẩy đồng ra khỏi gốc sunfat và kết tủa ở dạng đồng kim lọai Phản ứng cơ bản của phương pháp này là:

Phản ứng : CuSO4 + Fe → Cu + FeSO4

Áp dụng đối với dung dịch có hàm lượng đồng thấp (hàm lượng đồng có khi chỉ xấp xỉ 0.1 g Cu/l)

Trong dung dịch dùng để ximăng hóa không được chứa Fe2(SO4)3 bởi vì nó sẽ gây ra phản ứng phụ có hại đối với sắt và đồng đã kết tủa, làm tốn thêm bột sắt và gây ra sự hòa tan lại đồng đã kết tủa

- Phương pháp chưng cất kết tủa đồng:

Phương pháp này được dùng kết tủa đồng từ dung dịch amôn Khi đun nóng dung dịch đồng thì muối phức đồng amôn bị phân hủy theo phản ứng sau:

2Cu2(NH3)4CO3+O2 → 4CuO+8NH3+2CO2

Cu2(NH3)4CO3 → CuO+4NH3+CO2

NH3 và CO2 bốc hơi lên, lại được tá sinh thành NH4OH và Cu2(NH3)4CO3 đem đi hòa tách quặng đồng CuO rất sạch sẽ được hoàn nguyên bằng than cho đồng kim lọai rất sạch

c Phương hướng phát triển thuỷ luyện đồng

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

Cùng với việc phát triển các sản phẩm hóa học, người ta đã bắt đầu nghiên cứu áp dụng

phương pháp trích li lỏng để thu hồi đồng từ các ding dịch rất loãng.