LUYỆN VÀ TÁI SINH ĐỒNG

CHƯƠNG LUYỆN VÀ TÁI SINH ĐỒNG 2.1 Nguyên liệu luyện đồng Nguyên liệu dùng để luyện đồng bao gồm quặng đồng, phế liệu công nghiệp đời sống Đồng luyện từ quặng chủ yếu, chiếm khoảng 70% tổng lượng đồng sản xuất hàng năm Trong sản xuất đồng, người ta sử dụng tất dạng quặng đồng: quặng sunfua (quặng đặc xít xâm nhiễm), quặng oxit, quặng hỗn hợp quặng tự sinh Nhưng chủ yếu quặng sufua xâm nhiễm, trữ lượng quặng vỏ trái đất nhiều Hiện nay, 85-90% lượng đồng nguyên sinh sản xuất từ quặng sunfua Trong thiên nhiên có tới 250 loại khoáng vật chứa đồng; song thực tế có vài chục loại có ý nghóa thực dụng; có mười loại khoáng vật phổ biến sau dùng luyện đồng (bảng 2.1) STT 10 Baûng 2.1 Các dạng khoáng vật đồng thường gặp luyện đồng Tên khoáng vật Ký hiệu Hàm lượng Cu, Tỷ trọng, g/cm3 % 34,6 Cancopirit 4,2 CuFeS2 Cu5FeS4 63,3 Bocnit 4,9-5,4 Cu2S 79,9 Cancodin 5,5-5,8 CuS 68,5 Coveâlin 4,6 CuCO3.Cu(OH)2 57,4 Malakhit 3,9 2CuCO3.Cu(OH)2 55,1 Azurit 3,7-3,8 Cu2O 88,8 Cuprit 5,8-6,1 CuO 79,9 Tênorit (mêlaconit) 5,8-6,3 CuSiO3.2H2O 36,2 Khơrizocon 2,0-2,2 Cu 99,9 Đồng tự nhiên ~8,9 Là quặng kim loại màu, quặng đồng thể đầy đủ ba đặc điểm sau đây: - phức tạp: đồng chứa hợp chất kim loại màu nặng khác Ni, Zn, Pb, As, Sb …, hợp chất kim loại Te, Se, Bi, U …, kim loại qúy Au, Ag; đất đá chay SiO2, CaCO3, Al2O3 … - đa kim: thường gặp quặng đồng liền với Co, Ni, Zn, Cu-Ni, Cu-Co, Cu-Zn… - nghèo: hàm lượng trung bình quặng 1-2% Cu Trong thực tế nay, người ta thường khai thác quặng có hàm lượng đồng 0,8÷1,5% cao Nhưng mỏ quặng xâm nhiễm lớn, hàm lượng đồng tối thiểu có lợi để khai thác điều kiện vào khoảng 0,4÷0,5% Do quặng nghèo phức tạp, người ta phải tuyển làm giàu quặng để loại trừ đất đá chay phân chia khoáng vật có ích Phương pháp tuyển hiệu phổ biến quặng đồng sunfua tuyển phân chia để thu tinh quặng sau: đồng pirit; đồng, kẽm, đồng – niken Đối với quặng đồng oxit chưa có phương pháp tuyển hiệu Người ta thí nghiệm tuyển quặng oxit quặng hỗn hợp oxit-sunfua cách sau đây: - sunfua hoá Na2S sau tuyển quặng sunfua - tuyển tổng hợp giai đoạn; hoà tan H2SO4 loãng; xi măng hoá đồng sắt (đồng vào bùn dạng kim loại); tuyển bùn chứa đồng hợp chất đồng bùn Kết thu tinh quặng chứa Cu Cu2S Thành phần trung bình tinh quặng đồng dao động phạm vi sau: 8-35% Cu; 15-43% S; 16-37% Fe; 5-29% SiO2; 3-8% Al2O3; 0,5-2% CaO 2.2 Phương pháp hoả luyện sản xuất đồng thô 2.2.1 Cơ sở lý thuyết – lưu trình công nghệ tổng quát Nói đến hoả luyện đồng đề cập đến phương pháp xử lý quặng đồng sunfua Như nói, dạng quặng đồng sunfua Vì vậy, phương pháp hoả luyện phương pháp sản xuất đồng Nó không dùng để xử lý quặng sunfua mà gia công quặng hỗn hợp quặng sunfua quặng oxit đồng Một đặc điểm lớn hoả luyện tinh quặng đồng sunfua trước tạo đồng thô, người ta tạo sản phẩm trung gian stên đồng Vậy stên đồng gì? Sten đồng hợp kim sunfua kim loại, chủ yếu (chiếm 80-90%) Cu2S FeS Hàm lượng trung bình lưu huỳnh stên đồng 24-26% S Nó nóng chảy 900-1050oC có trọng lượng riêng trung bình Hàm lượng trung bình đồng stên 30-40% Cu Hàm lượng lớn 79,9% Cu (ứng với 100% Cu2S sten đồng) Sten đồng có đặc tính qúy có khả hoà tan tốt kim loại qúy Đứng quan điểm luyện kim mà xét tinh quặng đồng sunfua tổ hợp phức tạp sunfua đồng sắt kim loại có ích khác, kể kim loại qúy, hiếm, đồng thời có lẫn nhiều đất đá tạp Vì để xử lý phải tập trung đồng vào pha stên có khả hoà tan kim loại qúy hiếm, phải tiến hành oxi hoá phần FeS2 cho thêm đủ trợ dung SiO2 để tạo xỉ với đất đá tạp khác Sở dó làm dựa vào nguyên lý hỏa luyện sau đây: - Do lực hoá học đồng với lưu huỳnh lớn lực hoá học sắt với lưu huỳnh nên lưu huỳnh ưu tiên kết hợp với đồng để tồn bền vững dạng Cu2S - Do lực hoá học sắc với oxi lớn đồng với oxi mà oxi ưu tiên kết hợp với sắc để tồn bền vững dạng FeO - FeO kết hợp với SiO2 tạo nên thành phần xỉ lỏng dạng fai-alit 2FeO.SiO2 - Cu2S FeS có khả tạo hợp kim lỏng đồng (stên đồng) - Tỷ trọng stên đồng (~5) lớn tỷ trọng cuả xỉ (~3) chúng không hoà tan vào - Stên đồng có khả hoà tan tốt kim loại qúy, - Cu2S tác dụng với Cu2O cho đồng kim loại: Cu2S + 2Cu2O = 6Cu + SO2 (2.1) Đây phản ứng giai đoạn thổi luyện stên đồng, tạo đồng thô lò chuyển (lò thổi) Lưu trình công nghệ hỏa luyện tinh quặng đồng sunfua nêu hình 2.1 Quặng đồng sunfua Tuyển Quặng đuôi Tinh quặng đồng Bãi thải Thổi khí Thiêu, thiêu kết I II Sản phẩm thiêu, thiêu kết Khí lò IV III Thổi khí Trợ dung Sản xuất Thổi khí H2SO4 Luyện sten đồng Sản xuất H2SO4 Khí lò Sten đồng Thổi khí Trợ dung Luyện đồng thô Xỉ thải Thạch anh Xỉ Thổi luyện stên đồng Khí lò Làm nghèo xỉ Xử lý khí lò Khí lò Xỉ lò chuyển Đồng thô Chất hoàn nguyên Không khí Sản xuất H2SO4 Hỏa tinh luyện Đồng anôt Điện phân tinh luyện Bùn cực dương Đồng catôt Đến nơi tiêu thụ Xử lý thu hồi Ag, Au, Se, Te Hình 2.1 Sơ đồ lưu trình công nghệ hoả luyện đồng Công nghệ hỏa luyện xử lý nguyên liệu (quặng hay tinh quặng) đồng thô, sau tinh luyện đồng thô Quặng hay tinh quặng đồng chủ yếu gồm sunfua đồng sắt, nên mục đích cuối hỏa luyện đồng – thu đồng thô – đạt cách khử hầu hết đất đá chay, sắt lưu huỳnh Có thể sản xuất đồng thô điều kiện công nghiệp theo vài phương án (hình 2.1) Sơ đồ hình 2.1 cho thấy khử sắt lưu huỳnh cách oxi hóa nguyên tố ba giai đoạn (thiêu, luyện sten đồng, thổi luyện sten đồng), hai giai đoạn (luyện sten đồng, thổi luyện sten đồng) hay giai đoạn Ngoài phương án IV trực tiếp luyện tinh quặng đồng thô, công nghệ sản xuất đồng gồm nhiều giai đoạn Trong công đoạn liên tiếp nhau, hàm lượng đồng sản phẩm chứa kim loại tăng dần nhờ tách khỏi đất đá chay vài nguyên tố đồng hành Đến nay, công nghệ phổ biến rộng rãi gồm trình luyện kim sau: luyện sten đồng, thổi luyện sten đồng, hỏa tinh luyện điện phân tinh luyện Trong số trường hợp, trước luyện sten đồng, người ta thiêu oxi hóa sơ quặng sunfua Hiện nay, luyện sten đồng lò phản xạ phương pháp luyện sten phổ biến sản xuất đồng, phương pháp thích hợp để xử lý nguyên liệu nhỏ mòn Tương tự với luyện sten lò phản xạ luyện sten lò điện Phương pháp sản xuất đồng từ quặng lâu đời luyện sten lò đứng, giữ giá trò thực tiễn đến Các phương pháp luyện sten đồng nêu dù phổ biến rộng rãi chưa đáp ứng yêu cầu thời đại, đòi hỏi thay phương pháp hoàn thiện Hướng phát triển chủ yếu công nghệ xử lý quặng sunfua nghiên cứu sơ đồ công nghệ mới, đại hơn, kinh tế dựa trình tự sinh Ứng dụng trình tự sinh vào thực tế luyện kim loại màu nặng, bao gồm sản xuất đồng trực tiếp, cho phép đơn giản hóa công nghệ nhờ kết hợp trình thiêu, luyện sten phần hay toàn trình thổi luyện sten vào chu trình công nghệ Quá trình cho phép sử dụng nguyên liệu tổng hợp, không tiêu hao nhiên liệu, cải thiện nhiều tiêu kinh tế – kỹ thuật ngăn ngừa ô nhiễm môi trường 2.2.2 Thiêu oxi hóa tinh quặng đồng Mục đích thiêu oxi hoá tinh quặng đồng sunfua Trong luyện đồng, người ta áp dụng phương pháp thiêu oxi hoá chủ yếu Quá trình xảy môi trường oxi hoá (không khí không khí giàu oxi) xảy oxi hoá phần lưu huỳnh sắt sunfua Mục đích trình thiêu oxi hoá tinh quặng đồng sunfua là: - Khử bớt lưu huỳnh Để đặc trưng cho khả khử lưu, người ta dùng khái niệm “hiệu suất khử lưu” – tỷ số phần trăm lượng lưu huỳnh bò khử so với tổng lượng lưu huỳnh có tinh quặng ban đầu Phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu phương pháp thiêu khác nhau, hiệu suất khử lưu dao động từ 15-20% đến 50-70% - Biến đổi phần lớn FeS thành FeO để chuẩn bò cho tạo xỉ lò luyện stên đồng sau - Khử bớt tạp chất dễ bay Cd, As, Sb - Trộn đảo liệu, sấy khô, nung nóng, làm tăng tương đối hàm lượng đồng làm nhỏ hạt liệu Tùy theo yêu cầu cung cấp sản phẩm thiêu cho lò phản xạ (hay lò điện) lò đứng mà người ta tiến hành thiêu (cho bột thiêu) thiêu kết (cho cục thiêu) Liệu đưa vào lò thiêu gồm tinh quặng đồng, trợ dung nghiền nhỏ bụi quay vòng Thành phần liệu phải phù hợp với yêu cầu đối trình luyện sten đồng Thiêu oxi hóa tinh quặng đồng thực nhiệt độ 750÷900oC Trong khoảng nhiệt độ này, oxi hóa sunfua chủ yếu tạo thành oxit Quá trình cháy sunfua biểu thò phương trình có dạng tổng quát sau: MeS + 3O2 = 2MeO + 2SO2 + Q (2.2) Trong đó, Q hệ số tỏa nhiệt phản ứng Ở nhiệt độ thấp 600÷650oC, sunfat tạo thành: MeS + 2O2 = MeSO4 (2.3) Không nên để tạo thành sunfat trước luyện sten đồng, việc làm giảm hiệu suất khử lưu Khi nhiêt độ cao giới hạn (900oC), sunfua riêng biệt tinh dễ nóng chảy chúng bắt đầu nóng chảy, dẫn đến thiêu kết phần liệu nhỏ vụn Trong thiêu oxi hóa, không nên để xảy thiêu kết Quá trình thiêu gồm giai đoạn chủ yếu sau: Nung nóng sấy liệu, phân ly nhiêt sunfua hóa trò cao, bốc cháy cháy sunfua Nung nóng liệu kèm theo thoát ẩm xảy nhờ truyền nhiệt từ khí nóng nhờ nhiệt tỏa phản ứng oxi hóa Sau nung nóng liệu đến nhiệt độ gần 350÷400oC, bắt đầu xảy đồng thời trình phân ly nhiệt khoáng vật sunfua bốc cháy chúng Phân ly nhiệt xảy sunfua hóa trò cao theo phản öùng sau: FeS2 → FeS + ½ S2 (2.4) 2CuFeS2 → Cu2S + 2FeS +½S2 (2.5) 2CuS → Cu2S + ½S2 (2.6) Hơi lưu huỳnh thoát cháy môi trường oxi hóa theo phản ứng: S + O2 = SO2 (2.7) Khi pirit phân ly nhiệt, nửa số lượng nguyên tử lưu huỳnh vào pha khí, tức hiệu suất khử lưu pirit phân ly nhiệt vào khoảng 50% Hiệu suất khử lưu phân ly nhiệt cancopirit covelin tương ứng 25 50% Tất phản ứng phân ly nhiệt thu nhiệt đòi hỏi cung cấp nhiệt để phản ứng xảy Trong trình thiêu oxi hóa phân ly phần cacbonat, ví dụ: CaCO3 → CaO + CO2 (2.8) Sự oxi hóa sunfua bốc cháy chúng Nhiệt độ bốc cháy sunfua kim loại nhiệt độ mà đạt tới đó, phản ứng oxi hoá sunfua kim loại xảy mãnh liệt nhiệt lượng phát đủ để làm cho trình oxi hoá tự phát lan rộng toàn khối liệu Nhiệt độ bốc cháy sunfua phụ thuộc vào tính chất hóa lý chúng độ hạt Các sunfua dễ bốc cháy pirit, cancopirit cancodin, với độ hạt gần 0,1 mm, chúng bắt đầu cháy nhiệt độ tương ứng: 325, 360, 430oC Nhiều sunfua, ví dụ pirit cancopirit bắt đầu oxi hóa nhiệt độ thấp nhiệt độ bắt đầu phân ly nhiệt Môi trường oxi hóa mạnh lò thiêu nhiệt độ đủ để sunfua bốc cháy tạo điều kiện để thực việc oxi hóa Khi thiêu oxi hóa tinh quặng đồng, chủ yếu sunfua sắt oxi hóa Nguyên nhân la lực sắt với oxi lớn so với đồng lực sắt với lưu huỳnh nhỏ so với đồng Các phản ứng chủ yếu thiêu oxi hóa tinh quặng đồng là: 2FeS + 3,5O2 = Fe2O3 + 2SO2 + 921000 kJ (2.9) 2FeS2 + 5,5O2 = Fe2O3 + 4SO2 + 1655000 kJ (2.10) 2CuFeS2 + 6O2 = Fe2O3 + Cu2O + 4SO2 (2.11) Khi thiêu oxi hóa sunfua đồng theo phản ứng: Cu2S + 1½O2 = 2Cu2O + SO2 + 38435 kJ (2.12) Nhưng lực đồng với lưu huỳnh lớn, đồng sunfua hóa trở lại theo phản ứng trao đổi sau: Cu2O + FeS = Cu2S + FeO + 168060 kJ (2.13) Cu2O haàu quặng đồng thiêu Tất phản ứng oxi hóa sunfua nguyên tố lưu huỳnh phản ứng tỏa nhiệt Nhiệt tỏa điều kiện thiêu tinh quặng đồng thường cao so với nhiệt cần để tự xảy trình thiêu, trình tự sinh điển hình Sản phẩm thiêu oxi hóa tinh quặng đồng quặng thiêu, chất khí bụi Thành phần khoáng vật quặng thiêu khác xa so với thành phần tinh quặng ban đầu Quặng thiêu thu đặc trưng có mặt oxit với sunfua không sunfua hóa trò cao Thiêu oxi hoá lò lớp sôi Nguyên tắc thiêu lớp sôi thổi luồng khí (không khí) có tốc độ đònh từ lên qua lớp liệu có độ hạt thích hợp, làm cho lớp liệu rắn “lưu động hoá”, lớp nằm trạng thái giống nước sôi, thúc đẩy trình oxi hoá xảy nhanh mạnh so với lò thiêu nhiều đáy Sơ đồ lò thiêu lớp sôi nêu hình 2.2 Hình 2.2 Sơ đồ lò thiêu lớp sôi 1-Buồng lò, 2- Đáy lò, 3- Hộp đựng gió, 4- Thiết bò nạp liệu, 5- Tháo sản phẩm thiêu, 6- cửa thoát khí, 7- Buồng chất liệu Đỉnh thân lò xây gạch samôt, phiá bọc vỏ thép, đệm amiăng Phía thân lò có ống dẫn khí đưa vào phận làm nguội Đáy lò đổ bêtông chòu nhiệt thép dày Đáy có lắp mũ gió gió lên mà không cho liệu rơi xuống Dưới đáy hộp gió Xung quanh lò tầng sôi có đặt hộp nước hay ống xoắn có nước làm nguội để tản bớt nhiệt nhằm khống chế nhiệt độ lò thích hợp Bởi lò thiêu lớp sôi luôn có khả bò nóng phản ứng oxi hoá xảy mãnh liệt lò nhiều đáy Chiều cao lớp liệu trạng thái sôi thường 700-1000 mm Các tiêu KTKT lò thiêu lớp sôi: - suất lò cao, đạt tới 7-10 liệu/ ngày m2 đáy lò 1,6-2 S/ ngày.m2 đáy lò - nồng độ SO2 khí lò 6-12% - lượng bụi sinh lớn, tới 30-60% lượng liệu lò - tốc độ không khí thổi vào lò 10-12 m/s Sơ đồ công nghệ với công đoạn thiêu oxi hóa hỏa luyện phổ biến cách hạn chế Trong nhà máy luyện đồng mới, người ta thiết kế công đoạn Với phát triển trình tự sinh, thiêu oxi hóa hoàn toàn ý nghóa thực tiễn 2.2.3 Các trình luyện sten đồng 2.2.3.1.Luyện sten đồng lò phản xạ Hiện công nghiệp đồng giới, phương pháp hỏa luyện sten đồng lò phản xạ phương pháp chủ yếu Thực chất luyện sten đồng lò phản xạ liệu nạp vào lò nóng chảy nhờ nhiệt tỏa từ đốt cháy than nhiên liệu không gian làm việc nằm ngang lò.Ngọn lửa hình thành nhiên liệu cháy nằm bên bề mặt kim loại lỏng Khi nấu luyện tinh quặng sống tinh quặng sấy, liệu nạp vào tạo dốc liệu dọc theo thành bên lò; nấu quặng thiêu, quặng chảy loang bề mặt xỉ lỏng Mục đích phương pháp lò phản xạ luyện đồng sten biến đổi giữ đồng dạng đồng (I) sunfua (Cu2S) nhờ tương tác đồng oxit với sắt sunfua nồi lò tạo lớp lỏng: lớp sten, tập trung Cu2S; lớp xỉ; tập trung FeO đất đá tạp Sơ đồ luyện sten đồng từ tinh quặng sống (chưa thiêu) lò phản xạ hình 2.3 Hình 2.3 Sơ đồ luyện sten đồng lò phản xạ với tạo thành dốc liệu 1- Liệu; 2- Ngọn lửa tạo thành đốt cháy nhiên liệu; 3- Dốc liệu; 4- Vùng nóng chảy; 5- Xỉ lỏng; 6- Sten Các mũi tên hướng xạ nhiệt, đường đứt quãng chuyển động pha nóng chảy Cơ chế luyện sten đồng lò phản xạ sau.Quá trình nung nóng liệu bề mặt dốc liệu nhiệt xạ từ lửa, kèm theo sấy liệu phân ly nhiệt các sunfua hóa trò cao hợp chất không ổn đònh khác Theo mức độ nung nóng lớp bề mặt dốc liệu, thành phần liệu dễ chảy bắt đầu nóng chảy – tinh sunfua oxit Thể nóng chảy hình thành chảy theo bề mặt dốc liệu, hòa tan thành phần khó chảy chảy lên bề mặt xỉ lỏng Từ thời điểm này, bắt đầu việc phân tách pha xỉ sten; giọt lỏng pha oxit hòa tan vào xỉ có sẵn lò, giọt sten qua lớp xỉ tạo thành lớp riêng phần bên bể chứa Tốc độ lắng giọt sten cao, kích thước chúng lớn Trong điều kiện nấu luyện lò phản xạ, giọt sten nhỏ không kòp lắng hoàn toàn thời gian thể nóng chảy chứa lò nên bò theo xỉ Khi xử lý tinh quặng thiêu lò phản xạ, chế nấu luyện khác Một phần quặng thiêu chảy loang bề mặt lớp xỉ, tiếp xúc với xỉ, nhờ đó, lớp oxit hòa tan vào xỉ, hạt sunfua lắng xuống đáy bể chứa tạo sten Cơ chế hóa học trình luyện sten đồng từ tinh quặng sấy thiêu khác Khi nấu luyện tinh quặng sống, trình hóa học chủ yếu phân ly sunfua hóa trò cao tương tác sắt sunfua macnetit (Fe3O4) đưa vào lò từ xỉ lò chuyển quay vòng, theo phản ứng: FeS + 3Fe3O4 + 5SiO2 = 5(2FeO.SiO2) + SO2 (2.14) Trong trường hợp này, hiệu suất khử lưu vào khoảng 45-55% Cơ chế hóa học luyện sten từ quặng thiêu, phân ly sunfua hóa trò cao kết thúc thiêu, nên tương tác hóa học oxit sunfua chủ yếu Trong trình luyện này, xảy phản ứng chủ yếu sau: Cu2O + FeS = Cu2S + FeO (2.15) 10Fe2O3 + FeS = 7Fe3O4 + SO2 (2.16) Cũng tương tác FeS Fe3O4 có mặt silic oxit Hiệu suất khử lưu nấu luyện tinh quặng thiêu đồng không vượt 20÷25% Các kim loại qúy (Au, Ag) hoà tan tốt vào stên đồng hoà tan vào xỉ Trợ dung cho lò phản xạ thường khoáng có chứa vàng, bạc quặng vàng nghèo, tinh quặng vàng nguyên liệu chứa vàng khó xử lý riêng Stên đồng lò phản xạ chứa 80-90% Cu2S FeS; lại sunfua kim loại tạp, macnetit Người ta không muốn tạo stên giàu, mát đồng vào xỉ nguyên nhân học vật lý tăng lên Trong thực tế, phẩm vò trung bình stên đồng 2035% Cu Xỉ lò phản xạ đặc trưng hàm lượng cấu tử SiO2, FeO CaO Chúng chiếm khoảng 80-85% khối lượng xỉ Trong xỉ thường chứa Al2O3 (5-15%) oxit khác MgO, BaO, ZnO … Lò phản xạ luyện đồng (hình 2.4) xây lớp móng làm đá hộc, bêtông xỉ Tường lò làm gạch đinat dày 500-565 mm Để bảo vệ phần tường lò (nơi tiếp xúc với chất lỏng có nhiệt độ cao) người ta xây lớp lót gạch manhedit hay crommanhedit, cao ~1,5 m Có nơi người ta làm nguội phần tường lò hộp gang có nước tuần hoàn làm nguội Đỉnh lò xây gạch đinat dày ~500 mm có khả chòu nén nhiệt độ cao Nhược điểm vòm xây khó sửa chữa lò nóng Để khắc phục nhược điểm này, người ta dùng loại vòm đỉnh treo gạch manhedit hay crommanhedit Lò phản xạ dùng nhiên liệu than đá nghiền mòn, cỡ hạt 0,05-0,07 mm; dầu mazut khí thiên nhiên nhiệt trò cao Yêu cầu than nhiệt trò phải lớn 6000 kcal/kg, lượng tro bé 15%; lượng chất bốc nhỏ 25% Nhiệt độ khí lò cực đại đạt 1550-1600oC vò trí cách đầu lò nơi có đặt mỏ đốt khoảng 3,5 m; giảm xuống 1300-1350oC lò 1200-1250oC tới đuôi lò Hiệu suất nhiệt lò, nhiệt độ khí thải cao nên thấp, không vượt 30% Để tăng hiệu suất nhiệt chung, người ta dùng nhiệt khí thải để nung nóng nồi Khi hiệu suất nhiệt tổng lên đến 55-65% Hình 2.4 Sơ đồ lò phản xạ luyện stên đồng Trong lò phản xạ, phản ứng quan trọng xảy phần lớn trạng thái rắn, liệu lò cần phải nghiền nhỏ trộn Liệu chất vào lò qua lỗ chạy dọc hai hàng đỉnh lò gần tường bên (đường kính lỗ 150-200 mm, khoảng cách lỗ 1200-1500 mm) Liệu chất vào lò goòng hay băng tải qua phễu chất liệu Sản phẩm trình nấu luyện stên đồng xỉ tháo lò theo chu kỳ Lỗ tháo xỉ đặt đuôi lò, cách đáy lò 700-800 mm có lỗ tháo stên đặt độ cao ngang đáy lò Việc kiểm tra điều khiển chế độ nhiệt lò tự động hoá Chế độ nấu luyện đònh khống chế sở phép đo tự động nhiệt độ, lượng nguyên liệu, không khí áp suất khí Những tiêu KTKT chủ yếu lò phản xạ bao gồm: - Năng suất đơn vò đạt 1,5-7 t liệu / ngày.m2 đáy lò Năng suất cực đại ứng với xử lý liệu thiêu - Hiệu suất thu hồi đồng đạt 98-99% (đối với tinh quặng giàu chứa 30-40% Cu); hay 94-97% (đối với tinh quặng trung bình chứa 10-20% Cu) bé 94% (đối với tinh quặng nghèo chứa 10% Cu) - Hiệu suất khử lưu dao động từ 10 đến 50%; thông thường 20-30% - Tiêu hao nhiên liệu chuẩn (nhiệt trò 7000 kcal/kg) 11-25% so với liệu lò 2.2.3.2 Luyện stên đồng lò điện Lò điện làm việc theo nguyên tắc hồ quang trực tiếp Thực chất lò có cực điện cắm sâu vào lớp xỉ dày, có điện trở lớn, để biến dòng điện thành nhiệt theo hiệu ứng Joule Về bản, phương pháp lò điện giống lò phản xạ luyện stên đồng Do dùng điện thay nhiên liệu phương pháp lò điện có nhiều ưu điểm suất, chất lượng sản phẩm, khả xử lý vật liệu khó chảy nhiều tiêu kỹ thuật khác Những đặc điểm biến đổi hoá lý lò điện so với lò phản xạ: - Trong lò phản xạ, xỉ tác dụng tương hỗ với liệu lòng lò sau nóng chảy từ dốc liệu Còn lò điện, vai trò xỉ vừa làm nóng chảy liệu vừa phản ứng với liệu lớp liệu nằm sát điện cực -Vì không cần thổi gió đốt cháy nhiên liệu nên lượng khí lò ít, nhiệt độ khí thấp (600-800 C) Trên bề mặt xỉ lại có lớp vỏ bảo vệ nên tác dụng khí lò trực tiếp với liệu không đáng kể Biến đổi hoá học xảy chủ yếu pha rắn lỏng, xỉ liệu Đặc biệt tốc độ vận động xỉ lớn nên phản ứng xảy nhanh, sản phẩm hình thành khoảnh khắc ngắn - Do khả nhiệt lớn có vận động đối lưu mạnh xỉ tác dụng điện trường, lò điện có khả xử lý liệu lò khó chảy hơn, chứa nhiều MgO, Al2O3, Fe3O4 - Do tầng xỉ dày, lớp xỉ nằm im tháo xỉ từ lớp xỉ nên phân tách stên xỉ xảy hoàn toàn - Dốc liệu dễ bò sụp lở xuống lòng lò Khi ấy, liệu có nhiều nước ẩm gây nổ Vì yêu cầu liệu lò điện phải có độ ẩm nhỏ, không vượt 1-2% dốc liệu không chất vào cao Lò điện cỡ nhỏ làm tiết diện tròn, lò lớn có tiết diện chữ nhật (hình 2.5) Kích thước lò điện thường là: rộng x dài x cao = 6-11 x 24-35 x 3-5 (m3) Lò thường dùng điện cực than với đường kính 1,1-1,8 (m) công suất lò từ 18000 đến 51000 kVA, điện áp U = 150-300 V Tiêu hao điện năng: 250-690 kWh/t Năng suất lò phụ thuộc vào dạng chất lượng nguyên liệu Nó dao động từ vài trăm nghìn đến vài nghìn cho ngày Năng suất đơn vò lò điện dao động từ 3,5 đến liệu/ m2 ngày Hàm lượng trung bình đồng xỉ 0,6-0,8% Cu Hàm lượng SO2 khí lò dao động lớn phụ thuộc vào nguyên liệu ban đầu, từ 0,5 đến 6% Bụi lò ít, 0,25-0,5% lượng liệu lò o Hình 2.5 Sơ đồ lò điện nấu luyện stên đồng 2.2.3.3 Luyện sten đồng lò đứng Mặc dù lượng sten đồng chủ yếu sản xuất lò phản xạ, song lò đứng tồn những ưu việt sau: suất đơn vò cao, hệ số sử dụng nhiệt cao, mức độ khử lưu huỳnh cao, tiêu hao gạch chòu lửa không đáng kể Nhưng luyện lò đứng có loạt nhược điểm: tiêu hao cốc đắt hiếm, có khả xử lý liệu cục lớn Vì vậy, tinh quặng trước luyện cần phải đóng cục Về nguyên tắc hoạt động, tương tự lò đứng luyện gang (lò cao), lò đứng luyện chì, kẽm Đó không gian thẳng đứng với chiều cao đònh chứa đầy tinh quặng dạng cục, trợ dung than cốc Ở phần lò, không khí thổi vào qua mắt gió Sản phẩm gồm sten xỉ lỏng tháo liên tục từ nồi lò vào bể lắng (lò tiền) Người ta phân biệt hai dạng lò đứng chủ yếu: 1) luyện hoàn nguyên để xử lý quặng oxit nguyên liệu thứ sinh 2) luyện oxi hóa quặng tinh quặng sunfua Luyện oxi hóa lại phân ra: luyện pirit, bán pirit đồng-lưu huỳnh 10 Rác Phoi nhiễm bẩn Xỉ Vụn phế liệu Bimetal Phân loại theo cỡ hạt -5 mmm Than cốc, đá vôi thạch anh, không khí, hồi liệu +5 mmm Thiêu kết (đóng cục) Lò đứng (nấu luyện hoàn nguyên) Khí lò Đồng thô lò đứng Xỉ Thạch anh, không khí Lọc bụi Tạo hạt Thổi luyện Xử lý thu hồi thêm kim loại Đồng thô lò chuyển Hỏa tinh luyện Đồng anôt Xỉ Điện phân tinh luyện Bùn đưa xử lý đặc biệt Đồng catôt Nơi tiêu thụ Hình 2.8 Sơ đồ xử lý nguyên liệu chứa đồng thứ sinh a) Các phế liệu đồng hợp kim đồng dạng phoi, mạt, rẻo cắt từ tấm, dây; phế liệu công nghiệp đời sống gồm chi tiết đồng hợp kim đồng; phế liệu bimetal chứa nhiều sắt Trong dạng phế liệu này, kim loại màu dạng kim loại tự b) Xỉ sản xuất hợp kim đồng; xỉ quay vòng; màng kim loại lại thùng rót; rác tạo cục sơ bộ; đất làm khuôn, bụi vật liệu vụn, rời, kim loại màu dạng kim loại, oxit xỉ Trợ dung nấu luyện bimetal, cát thạch anh đá vôi, than cốc nhiên liệu chất hoàn nguyên 17 Mục đích nấu luyện lò đứng thu hồi tối đa đồng thiếc vào đồng thô (đồng thanh) chưng kẽm hoàn toàn Nấu luyện nguyên liệu thứ sinh lò đứng có đặc tính hoàn nguyên Người ta nấu với lượng tiêu hao than cốc khoảng 10-15% so với khối lượng liệu Nhiệt lượng tỏa đủ để nấu chảy liệu, nung nhiệt sản phẩm nấu luyện chưng kẽm, chì, kim loại màu khác hay hợp chất chúng để đưa vào pha khí Không yêu cầu thiết lập môi trường hoàn nguyên mạnh lò, phần lớn thành phần liệu chứa đồng kim loại khác dạng kim loại hay hợp kim Phần lớn oxit có liệu dễ dàng hoàn nguyên Theo chiều cao lò đứng quy ước chia thành vùng, đặc trưng cho vùng trình hóa lý đònh trạng thái phân bố kim loại theo sản phẩm nấu luyện Vùng thứ vùng chuẩn bò Nhiệt độ khí lò lên từ phần mắt gió lò khoảng 400-600oC Trong vùng này, diễn trình nung nóng liệu; bay nước; xuất pha lỏng chì kim loại, hợp kim hàn nóng chảy; chuẩn bò liệu cho chuyển biến hóa-lý Do không khí hút vào qua cửa nạp liệu, bề mặt liệu nên đốt cháy thêm kẽm oxit cacbon (CO), vậy, nhiệt độ khí thải tăng đến 660-800oC Trong vùng thứ hai, nhiệt độ khí lò liệu khoảng 600-1000oC Trong vùng diễn phân hủy cacbonat, nóng chảy đồng thau, chưng phần kẽm từ hợp kim đồng-kẽm, bắt đầu hoàn nguyên oxit kim loại màu sắt Các oxit đồng oxit dễ hoàn nguyên chất hoàn nguyên thể khí thể rắn Đồng (I) oxit điều kiện nấu luyện hoàn nguyên lò đứng dễ dàng hoàn nguyên đến đồng kim loại khí lò theo phản ứng: Cu2O + CO = Cu + CO2 (2.23) Đồng (II) oxit hoàn nguyên dễ dàng: CuO + CO → Cu + CO2 (2.24) Để hoàn nguyên đồng silicat đồng ferit, cần hàm lượng cacbon oxit cao khí lò Phần chì vào nguyên liệu chứa đồng thứ sinh, dạng silicat ferit Silicat oxit chì hợp chất dễ nóng chảy (nhiệt độ nóng chảy 727-772oC) Do vậy, phần lớn hợp chất hoàn nguyên từ thể nóng chảy Mặc dù hoàn nguyên hợp chất chì tương đối dễ dàng, không xảy hoàn nguyên hoàn toàn, xỉ luôn chứa chì (II) oxit Đó chì silicat dễ nóng chảy với độ chảy loãng cao, nhanh chóng chảy qua phần thân đứng lò vào bên nồi lò Thiếc liệu dạng hợp kim với đồng hay hợp kim hàn, chuyển vào đồng thô mà không gặp khó khăn đặc biệt Hoàn nguyên thiếc xảy theo giai đoạn: SnO2 → SnO → Sn Điều kiện hoàn nguyên oxit gần giống Thiếc oxit tự (Sn2+) hợp chất không bền, phân hủy theo phản ứng: 2SnO ⇄ SnO2 + Sn (2.25) Hoàn nguyên thiếc oxit tạo xỉ khó khăn Sự có mặt bazơ mạnh CaO FeO tạo điều kiện thu hồi thiếc từ oxit vào đồng thô: 2SnO.SiO2 + 2CaO + 2C (CO) = 2Sn + 2CaO.SiO2 + 2CO (CO2) (2.26) 2SnO.SiO2 + 2FeO + 2C (CO) = 2Sn + 2FeO.SiO2 + 2CO (CO2) (2.27) Hoàn nguyên thiếc nhờ sắt kim loại có liệu có tác dụng đònh nấu luyện nguyên liệu thứ sinh chứa thiếc liên kết hoá học: 2SnO.SiO2 + 2Fe = 2Sn + 2FeO.SiO2 (2.28) 18 Trong liệu lò đứng, phần lớn kẽm (25-30% so tổng hàm lượng kẽm) dạng kẽm oxit Đây hợp chất khó hoàn nguyên Do hàm lượng CO pha khí thấp, nên phản ứng: ZnO + CO = Zn + CO2 (2.29) có khả xảy Khi nấu luyện lò đứng, kẽm oxit hoàn nguyên chủ yếu sắt kim loại nhiệt độ cao 1000oC: ZnO + Fe → Zn + FeO (2.30) 2ZnO.SiO2 + 2Fe → 2Zn + 2FeO.SiO2 (2.31) ZnO.Fe2O3 + Fe + CO → Zn + 3FeO + CO2 (2.32) Do kẽm oxit khó hoàn nguyên dễ hòa tan xỉ lỏng nên phần lớn kẽm vào lò chuyển vào xỉ Vùng thứ ba có nhiệt độ 1000-1300oC, trình hoàn nguyên hợp chất kim loại màu kết thúc xảy trình nấu chảy liệu để tạo thành đồng thô xỉ, tiếp tục chuyển kẽm thành phần bay khác chì (II) oxit thiếc (II) oxit vào pha khí Trong vùng thứ tư – vùng tiêu điểm lò, nhiệt độ tăng đến 1300-1400oC Trong vùng mắt gió cao vùng mắt gió ít, lò chứa đầy than cốc nóng đỏ, sản phẩm nóng chảy lọc qua lớp than Trong vùng tiêu điểm chưng thành phần bay xảy cách mãnh liệt Nhờ than cốc cháy hóa khí, lò giữ chế độ nhiệt cần thiết môi trường hoàn nguyên Trong vùng thứ năm (nồi lò) tập trung sản phẩm nấu chảy dạng lỏng, diễn lắng phân tách thành phần lỏng, đồng thô từ lò tháo đònh kỳ Khi lò có bể lắng (lò tiền) bên ngoài, sản phẩm nấu luyện liên tục tháo từ lò đứng phân tách theo tỷ trọng bể lắng bên Trong nồi lò, nhiệt độ vào khoảng 1200-1250oC giữ nhiệt độ nhờ entanpi kim loại lỏng vào nồi lò Thực trình thu xỉ có hàm lượng kẽm cao đặc trưng nấu luyện đồng thứ sinh lò đứng Hàm lượng kẽm oxit xỉ thay đổi từ đến 18%, thông thường vào khoảng 9-12% Hàm lượng nhôm (III) oxit vào khoảng 5-13%, hàm lượng tổng kẽm (II) oxit nhôm (III) oxit đạt 20-30%, khác biệt xỉ xỉ trình khác luyện kim màu Đến 60% lượng kẽm xỉ dạng silicat, tỉ lệ kẽm dạng spinen (ganit ZnO.Al2O3) đến 40% Sự có mặt ganit khó nóng chảy (tnc ~1930oC) ảnh hưởng xấu đến tính chất xỉ tạo khả cuộn các hạt đồng thô vào khối xỉ Xỉ có tính bazơ, hàm lượng kẽm oxit tăng cao, cần tăng hàm lượng sắt (III) oxit xỉ, không đủ sắt – tăng canxi oxit Người ta sử dụng bimetal, thạch anh đá vôi làm trợ dung nấu luyện lò đứng Sắt bimetal đảm bảo hoàn nguyên kim loại màu từ hợp chất oxit tốt thu xỉ với hàm lượng sắt oxit theo quy đònh Sự phá hủy silicat ferit kim loại màu xảy nấu luyện nhờ canxi oxit tự do, oxit kiềm mạnh, đẩy oxit kim loại màu khỏi hợp chất, tạo khả hoàn nguyên oxit kim loại màu Việc sử dụng trợ dung nấu luyện, đặc biệt cần thiếc trường hợp xử lý vật liệu quay vòng (xỉ lò chuyển xỉ tinh luyện, xỉ nấu luyện hợp kim đồng), đồng, kẽm, chì dạng tạo xỉ Khi nấu luyện lò đứng, tỉ lệ sản phẩm so với khối lượng liệu ban đầu sau, %: đồng thô 30-33, xỉ 53-57, bụi thô 3-4, bụi mòn 5-10 Thành phần sản phẩm theo bảng 2.2 19 Bảng 2.2 Thành phần hóa học sản phẩm nấu luyện phế liệu lò đứng Sản phẩm nấu luyện Đồng thô Xỉ Xỉ quay vòng Bụi thô Bụi mòn Cu 82-87 0,7-0,8 1,0-4,0 10-15 0,5-3,0 Zn 5-8 6-9 5-8 25-30 60-63 Sn 1,2-2,2 0,1-0,2 0,2-0,5 0,2-0,3 0,3-0,7 Pb 1-2 0,2-0,5 0,2-0,6 3-4 4-5 Ni 0,5-1,5 0,03-0,20 0,05-0,20 - SiO2 23-29 20-26 15-20 - CaO 8-14 8-14 2-3 - FeO Fe=1,5-3,0 35-40 33-38 10-12 - Al2O3 9-13 5-10 3-5 Cl=1-2 Người ta thường nấu nguyên liệu chứa đồng thứ sinh thành đồng thô lò có kích thước không lớn với diện tích mặt cắt ngang vùng mắt gió khoảng 3-10 m2 chiều cao từ tâm mắt gió đến đỉnh lò khoảng 4,5-6,0 m Ví dụ, nhà máy, người ta lắp đặt lò đứng (hình 2.9) có diện tích mặt cắt ngang vùng mắt gió 8,35 m2 (chiều rộng lò vùng lỗ gió 1300 m, chiều dài 6065 m) Lò bọc áo nước hoàn toàn, có 26 mắt gió với đường kính 130 mm Các áo nước thân đứng, cổ lò ống dẫn khí làm nguội bay Liệu nạp vào lò goòng qua cửa nằm dọc tường bên hông diện tích đỉnh lò Nắp cửa nạp liệu làm nguội nước, nâng hạ nhờ xilanh khí nén Giải pháp thành công sử dụng máy chất liệu đặt mặt đất để nạp liệu thùng Sức nâng tải máy – tấn, chu kỳ đổ liệu thùng 35s Hình 2.9 Lò đứng với lò tiền bên Liệu nạp vào lò lúc cột liệu hạ xuống thấp ngưỡng cửa nạp liệu 2,0-2,5 m Khối lượng mẻ liệu khoảng 20-25 Đầu tiên, người ta nạp than cốc, trợ dung, xỉ quay vòng xỉ đồng –kẽm, vụn đồng thau phoi đồng, sau bimetal thành phần liệu khác 20 Kim loại lỏng từ nồi lò chuyển qua lò tiền nhờ ống xifông làm nguội nước Trong lò tiền, người ta đặt điện cực grafit có đường kính 300 mm Các điện cực nhúng vào xỉ lò làm việc lò điện trở Công suất máy biến áp lò 2000 kVA Lò tiền bên đảm bảo giữ nhiệt độ kim loại lỏng không thay đổi nhiều, cho phép giảm hàm lượng đồng xỉ, tránh ngừng lò tháo đồng thô khỏi nồi lò đứng, dự trữ kim loại cần thiết để khâu thổi luyện hoạt động bình thường Đồng thô từ lò tiền tháo vào thùng rót qua lỗ tháo, xỉ tháo từ bề mặt bể chứa vào thùng chứa xỉ Tiêu hao điện vào khoảng 30-50 kW.h tiêu hao điện cực graphit khoảng 3-4 kg cho kim loại lỏng 2.3.2.2 Thổi luyện đồng thô lò chuyển Đồng thô nhận trình nấu luyện phế liệu đồng lò đứng chứa nhiều tạp chất (Zn, Fe, Pb, Sn, Ni, Sb v.v…), cần phải khử tạp chất để có đồng đạt chất lượng sử dụng ngành công nghiệp khác Múc đích thổi luyện đồng thô lò chuyển khử tối đa tạp chất kim loại, thu đồng thô đạt tiêu chuẩn thích hợp cho trình tinh luyện Chuyển biến hóa lý Chuyển động vật liệu sản phẩm Hình 2.10 Sơ đồ trao đổi chất trao đổi nhiệt lò chuyển Thổi luyện trình thổi không khí nén vào kim loại lỏng Khi không khí vào bể chứa lò chuyển (hình 2.10) xảy oxi hóa kim loại, tạo xỉ, tỏa lượng nhiệt lớn nhờ khuấy trộn mạnh kim loại lỏng, tạo điều kiện thuận lợi để trao đổi nhiệt trao đổi chất Quá trình thổi luyện biểu thò phương trình phản ứng chủ yếu dạng tổng quát sau: 2Me + O2 = 2MeO (2.33) MeO + SiO2 = MeO.SiO2 (2.34) Trình tự oxi hóa kim loại đồng thô phụ thuộc vào nồng độ (hoạt độ) chúng tính chất hóa-lý Với nồng độ kim loại độ hòa tan oxit tạo thành đồng thô nhau, kim loại nhiệt độ thổi luyện có lực với oxi lớn oxi hóa tạo thành oxit ổn đònh bò oxi hóa trước So với kim loại khác (ngoại trừ kim loại quý) có đồng thô, đồng có lực với oxi nhỏ Nhưng hoạt độ kim loại lỏng cao, đồng bắt đầu oxi hóa đến Cu2O từ bắt đầu thổi luyện Đồng (I) oxit hòa tan tốt đồng kim loại (ở 1200, 12,4% Cu2O hòa tan đồng thô) vậy, Cu2O trở thành chất mang oxi cung cấp cho trình oxi hóa tạp chất (Fe, Zn, Pb, Ni v.v…): 21 Cu2O + Me = 2Cu + MeO (2.35) Việc tạo xỉ tạp chất xảy nhờ trợ dung thạch anh Như vậy, thổi luyện đồng thô lò chuyển, oxi hóa tạp chất xảy bề mặt phân pha kim loại-khí (không khí) toàn khối lượng bể chứa nhờ đồng (I) oxit hòa tan Người ta nạp vào lò chuyển thành phần liệu đồng thô lò đứng, phế liệu đồng hợp kim đồng phân loại chuẩn bò: trao đổi nhiệt phân tách, chân vòt tàu thủy, động điện, dây dẫn đồng, phoi đồng, màng đồng lấy từ thùng rót, đồng vụn nguyên liệu giàu đồng khác, vật liệu chứa kim loại qúy Đến ngày nay, trợ dung thạch anh chứa 65-72% SiO2 Việc sử dụng thạch anh có chất lượng cao (9092% SiO2) làm giảm lượng xỉ tạo thành tạo khả xử lý phế liệu động điện chưa phân tách lò chuyển Người ta thổi không khí với áp suất 88-120 kPa vào bể chứa kim loại lỏng Để bù thiếu nhiệt khử vài tạp chất triệt để (Zn, Cd, As, Sb v.v…), người ta thêm than cốc vào lò chuyển Khi thổi luyện đồng thô lò chuyển, nhận sản phẩm chính: đồng thô lò chuyển; xỉ lò chuyển chứa sắt, phần niken, chì, thiếc, kẽm, antimon, đồng chuyển vào; bụi gồm hợp chất oxit kẽm, chì, thiếc kim loại khác Trong trình thổi luyện đồng thô, sắt dễ bò khử cả, hàm lượng sắt kim loại giảm từ 2-3 đến 0,01-0,03% Một phần kẽm bò oxi hóa tạo xỉ Phần lớn kẽm dạng kim loại (55-60% lượng kẽm nguyên liệu) chuyển vào pha khí kẽm bò oxi hóa đến ZnO Lượng kẽm lại đồng thô không 0,01% không phụ thuộc vào hàm lượng kẽm vật liệu ban đầu Chì bay vào pha khí từ lúc bắt đầu thổi luyện nhờ bay PbO (có nhiệt độ sôi 1470oC) tốc độ khử đạt trò số tối đa khử phần lớn kẽm 25-30% chì chuyển vào pha khí, 55-60% chuyển vào xỉ 10% vào đồng thô Thiếc không bay dạng kim loại (tsôi = 2260oC) mà bò oxi hóa đến SnO2 hay SnO chuyển vào xỉ Một phần thiếc (đến 30-35%) chuyển vào pha khí nhờ độ bay cao SnO (tsôi = 1425oC) Khó khử antimon, niken coban Sự oxi hóa khử kim loại xảy mạnh cuối trình thổi luyện Niken bò oxi hóa đến NiO, chuyển vào xỉ phần Một lượng lớn niken lại đồng dạng kim loại hòa tan Mặc dù lớp vật liệu chòu lửa lò chuyển có tính bazơ, có khả tạo thành lượng hợp chất hóa học phức tạp “mica” 6Cu2O.8NiO.2Sb2O5 hoà tan đồng khó khử Hàm lượng niken đồng thô giảm đến 0,3-0,5% Antimon bay dạng Sb2O3 (áp suất Sb2O3 1242oC vào khoảng 53,2 kPa, tsôi = 1425oC) Một phần antimon dạng Sb2O5 tạo xỉ có lượng antimon tạo antimonat Cu2O.Sb2O5 hòa tan đồng, khó khử Hàm lượng antimon đồng giảm đến 0,2-0,3% Không nên tiếp tục khử niken antimon làm tăng lượng đồng vào xỉ Nếu có kim loại quý nguyên liệu, chúng dễ dàng tập trung hoàn toàn đồng thô Đồng thô thổi luyện lò chuyển dạng hình trụ nằm ngang, dung tích 40-60 Trong bảng 2.3 trình bày đặc tính kỹ thuật số lò chuyển 22 Theo tính toán cân nhiệt, lượng nhiệt tỏa từ phản ứng oxi hóa tạp chất kim loại tạo xỉ không đủ bù lượng nhiệt thu trình bay kim loại hợp chất chúng Do vậy, người ta thêm than cốc vào lò chuyển, than cháy cung cấp thêm 56% lượng nhiệt Bảng 2.3 Đặc tính kỹ thuật lò chuyển thổi luyện đồng thô Thông số kỹ thuật Lò chuyển I Lò chuyển II Lò chuyển III Kích thước lò chuyển, mm 3050x7875 3660x6850 3600x8100 Kích thước miệng lò, mm 2300x1700 2300x1700 2650x1900 Số lượng lỗ gió 36 36 39 Đường kính lỗ gió, mm 44 44 44 Tổng diện tích mặt cắt 547 547 593 ngang cảa lỗ gió, cm Lưu lượng gió thổi vào lò, 0,6-1,0 0,6-1,0 0,6-1,0 m /(phút.cm ) Dung tích đồng thô 40 45 60 2.3.3.Tinh luyện đồng thô Thành phần hoá học trung bình đồng thô giới thiệu bảng 2.7 Bảng 2.7 Thành phần hoá học đồng thô thu từ quặng phế liệu, %: Đồng thô Cu Fe Ni S Zn As Sb Từ quặng 98,6-99,3 0,01-0,09 0,05-0,09 0,3-0,5 0,03-0,06 0,01-0,1 0,01-0,1 Từ phế liệu 97,5-98,2 ≤ 0,05 0,3-1,0 ≤ 0,5 ≤ 0,3 Ngoài tạp chất bảng ra, đồng thô chứa Sn, Pb, Se, Te vàng (~100 g/t) với bạc (~1000 g/t) Như muốn có đồng (99,5-99,99% Cu) để thu hồi kim loại qúy đồng thô, người ta phải tiến hành tinh luyện đồng thô, phương pháp thông dụng: hỏa tinh luyện điện phân 2.3.3.1 Hỏa tinh luyện đồng Mục đích hỏa tinh luyện khử phần tạp chất có lực lớn với oxi chuẩn bò đồng cho khâu điện phân tinh luyện Khi hỏa tinh luyện, cần khử tối đa tạp chất oxi, lưu huỳnh, sắt, niken, kẽm, chì, asen, antimon khí hòa tan Sau hỏa tinh luyện, người ta đúc đồng thành có tai treo – đồng anôt, đưa đồng anôt đến phân xưởng điện phân Do vậy, lò hỏa tinh luyện gọi lò anôt Hỏa tinh luyện đồng tiến hành lò phản xạ lò chuyển Về nguyên tắc, trình hỏa tinh luyện đồng thô thứ sinh không khác nhiều so với đồng thô nguyên sinh Đây trình tinh luyện oxi hoá khử oxi Nhưng so với đồng thô nguyên sinh đồng thô thứ sinh chứa nhiều tạp chất (tới 4%, đồng thô nguyên sinh có 2,5%); đồng thô thứ sinh thường không chứa kim loại qúy (Au, Ag, Pt), chứa kim loại tạp chất làm giảm đáng kể độ dẫn điện đồng (Se, Te, As, Bi S), hàm lượng kim loại tạp vốn nguyên tố hợp kim lại lớn so với đồng nguyên sinh (Zn, Pb, Sn, Ni, Sb) Mặt khác, đồng thô thứ sinh thường bò thổi quá, nên chứa lượng đồng oxit Cu2O cao Khi thổi không khí vào đồng lỏng, lúc đầu xảy phản ứng: Cu + O2 = 2Cu2O + 72600 cal, (2.36) Sau trình chuyển oxi cho kim loại tạp chất Me theo phản ứng (2.35): Cu2O + Me = MeO + 2Cu 23 Trong số tạp chất sắt bò oxi hoá vào xỉ dạng silicat 2FeO.SiO2 hay dạng ferit FeO.MeO Kẽm phần bay hơi, phần tạo ferit FeO.ZnO hay silicat 2ZnO.SiO2 vào xỉ Chì dễ bò oxi hoá tách khỏi đồng, nặng đồng lỏng nên chì oxit dễ lắng xuống đáy Nếu đáy có lớp lót bazơ khó tạo xỉ, đáy axit dễ tạo xỉ Nếu đồng thô chứa nhiều chì phải cho thêm thạch anh, dùng đáy bazơ, để tạo xỉ silicat 2PbO.SiO2 Niken tạp chất khó khử hơn, có mặt asen antimon, tạo thành hợp chất mica dạng 6Cu2O.8NiO.2Sb2O5 hay 6Cu2O.8NiO.2As2O5 hoà tan đồng lỏng Nếu dùng đáy lò tính bazơ, cho thêm xôđa, dễ phá hủy hợp chất mica, tạo hợp chất hoá học dạng Na2O.As2O5 hay Na2O.Sb2O5 không tan đồng lỏng dễ tách niken oxit tự vào dạng ferit Asen antimon tạp chất khó khử, chúng dạng oxit bậc cao, As2O5.Cu2O Sb2O5.Cu2O hợp chất bền hoà tan đồng Nếu có mặt niken tạo thành hợp chất dạng mica Antimon asen khử cách cho bốc chúng dạng oxit hoá trò thấp Sb2O3 As2O3 Các oxit bậc thấp lại không tạo thành hợp chất với đồng Ở 500oC áp suất bão hoà As2O3 đạt at, 800oC áp suất bão hoà Sb2O3 đạt 31,76 mm H2O Để khử asen, antimon người ta dùng lớp lót lò bazơ, cho thêm trợ dung xôđa, đá vôi, tiến hành trình hoàn nguyên trung gian xen vào trình oxi hoá Các phản ứng chủ yếu xảy khử asen antimon 4As + 3O2 = 2As2O3↑, (2.37) 4Sb + 3O2 = 2Sb2O3↑, (2.38) As2O3 + O2 = As2O5, (2.39) Sb2O3 + O2 = Sb2O5, (2.40) Na2CO3 + As2O5 = Na2O.As2O5 + CO2, (2.41) Na2CO3 + Sb2O5 = Na2O.Sb2O5 + CO2, (2.42) CaCO3 + As2O5 = CaO.As2O5 + CO2, (2.43) CaCO3 + Sb2O5 = CaO.Sb2O5 + CO2, (2.44) As2O5 + C = As2O3↑ + CO2, (2.45) Sb2O5 + C = Sb2O3↑ + CO2, (2.46) Trong trình tinh luyện phần thiếc bò khử dạng oxit hoá trò thấp (SnO) dễ bay theo khí lò; số lại bò oxi hoá thành SnO2 vào xỉ Để tăng hiệu tinh luyện, phải đặc biệt lưu ý tới trình tạo xỉ tinh luyện Xỉ tinh luyện giai đoạn tinh luyện có thành phần khác Thành phần xỉ tùy thuộc vào đặc tính lớp lót lò Trong xỉ kiềm chứa tới 50-65% Cu, xỉ axit chứa 36-50% Cu Vì lượng xỉ lò dùng lớp lót bazơ hơn, nên theo cân đối lượng đồng vào hai loại xỉ xấp xỉ Xỉ lò có lớp lót bazơ bao gồm hợp chất ferit, oxit tạp chất đồng, xỉ lò axit chứa hợp chất silicat ferit kim loại Trong xỉ tinh luyện, đồng tồn dạng lẫn học (15-20%), dạng đồng oxit hoà tan liên kết ferit, silicat; niken phần tồn dạng oxit, chủ yếu dạng ferit; thiếc dạng SnO2; chì dạng silicat, ferit; sắt dạng ferit lượng nhỏ dạng Fe3O4 Xỉ tinh luyện oxi hoá cần thỏa mãn yêu cầu nhiệt độ nóng chảy, độ sệt, tỷ trọng, hoà tan đồng, đòi hỏi lượng trợ dung Trợ dung thường dùng tinh luyện oxi hoá đồng thô thạch anh, sắt vụn phế liệu kim loại kép thép – đồng, bột đá vôi (chứa 53% CaO, 2% MgO 1% SiO2), xô đa 24 Hiện thường dùng trợ dung hỗn hợp để tạo xỉ tinh luyện, ví du,ï trợ dung chứa 10% Na3AlF6 + 20% xô đa + 70% vụn thủy tinh Sau trình tinh luyện oxi hoá ta khử phần lớn tạp chất kim loại nhö Fe, Sn, Ni, Pb, Zn, As, Sb …nhöng đồng lỏng chứa lượng dư oxi dạng Cu2O Để đảm bảo chất lượng đồng anôt, thiết phải tiến hành khử oxi phương pháp nhúng gỗ, sử dụng hỗn hợp khí hoàn nguyên Trong tinh luyện đồng nguyên sinh, trình khử oxi tiến hành qua hai giai đoạn Nhúng gỗ đợt nhằm khử hết khí SO2 hoà tan làm xỉ lẫn học đồng lỏng Để tránh hoàn nguyên SO2 thành lưu huỳnh nguyên tố làm nhiễm bẩn đồng, giai đoạn phải giữ môi trường lò oxi hoá Trong giai đoạn tạo môi trường lò hoàn nguyên để khử hết oxi tan đồng lỏng dạng Cu2O Trong đồng thứ sinh thường không chứa SO2, nên việc nhúng gỗ hoàn thành giai đoạn Có thể khử oxi gỗ tươi, dầu mazut hay khí thiên nhiên Khi phân hủy chất hoàn nguyên tạo thành hrô, cacbon oxit hrôcacbon, chất tác dụng với Cu2O hoàn nguyên đồng oxit theo phản ứng chủ yếu sau: Cu2O + H2 = 2Cu + H2O, (2.47) Cu2O + CO = 2Cu + CO2, (2.48) Cu2O + CH4 = 8Cu + CO2 + 2H2O, (2.49) Kết khử oxi xác đònh màu sắc tổ chức mặt gãy mẫu thử Trong trình tinh luyện, màu kim loại thay đổi từ đỏ tiá sang đỏ gạch tới đỏ hồng Tổ chức hạt phải mòn Trong nhà máy luyện đồng, người ta sử dụng hai dạng lò hỏa tinh luyện: lò phản xạ tónh lò nghiêng Lò phản xạ mặt cấu tạo tương tự lò phản xạ nấu luyện tinh quặng đồng có số đặc điểm cấu tạo riêng (hình 2.11) Dung tích lò anôt đến 400 đồng lỏng Hình 2.11 Lò phản xạ hỏa tinh luyện Móng dạng cột; Đáy lò; ng khói; Vòm lò; Mỏ đốt; Cửa thao tác; Cửa cào xỉ; Khe tháo liệu Lò đặt móng dạng cột nên tăng độ bền đáy lò Trên tường dọc lò có cửa thao tác với nắp cửa nâng hạ được, dùng để nạp liệu rắn vào lò phục vụ lò thời gian tinh luyện Nhiên liệu lò tinh luyện phải loại chất lượng cao (khí thiên nhiên hay mazut) Phía buồng đốt lò có buồng đốt trước, nhiên liệu bắt đầu cháy Cửa cào xỉ đặt tường bên lò hay tường đầu lò phía sau Các cửa thao tác cào xỉ sử dụng để xử lý oxi hóa hoàn nguyên đồng lỏng 25 phía tường dài đối diện có khe tháo, trước nạp liệu, người ta trám lại gạch chòu lửa hay đắp đất sét Trong thời gian tháo liệu, người ta đục khe từ bên để đảm bảo áp lực dòng chảy đồng lỏng không đổi Lò phản xạ sử dụng để hỏa luyện đồng thô lỏng hay rắn, để nấu lại tinh luyện thêm đồng catôt nấu đúc phôi dây – thỏi đúc dùng để cán kéo thành dây Lò nghiêng có cấu tạo tương tự lò chuyển dạng nằm, có dung tích lớn (đến 300 tấn) Miệng lò nghiêng đặt lệch phía đầu lò Người ta nạp vào lò nghiêng đồng thô lỏng, hồi liệu rắn hút khí thải Để tháo đồng tinh luyện vào máy đúc, lò có lỗ tháo ~60 mm p lực dòng chảy đồng lỏng điều chỉnh góc quay lò phía rót Lò nghiêng có số ưu điểm so với lò phản xạ, thích hợp để xử lý đồng thô lỏng Nạp thỏi đồng thô lớn qua cửa lò nhanh chóng làm phá hủy lớp lót đáy lò 3.3.3.2 Điện phân tinh luyện đồng Để có đồng chất lượng cao, phải tiếp tục tinh luyện đồng anôt phương pháp điện phân Lý thuyết thực tiễn tinh luyện điện phân đồng thứ sinh, không khác tinh luyện đồng nguyên sinh Khi điện phân đồng thứ sinh, điểm cần lưu ý hàm lượng tạp chất – đặc biệt Ni, Sb, Pb, Sn đồng anốt thường cao hàm lượng kim loại qúy lại thấp Vì vậy, công nghệ điện phân có phần phức tạp Với hàm lượng chì cao, anôt dễ bò thụ động hoá, hoà tan không Cũng hàm lượng tạp chất cao, nên điện phân đồng thứ sinh, hàm lượng đồng dung dòch giảm dần theo thời gian không tăng lên trình điện phân đồng nguyên sinh Cho nên đònh kỳ đưa bớt đồng khỏi chu trình điện phân mà cần cho thêm đồng vào để giữ hàm lượng đồng dung dòch điện phân giới hạn cho phép Điện phân tinh luyện đồng phương pháp điện phân với cực dương hoà tan Nó dựa sở hoà tan điện hoá đồng từ cực dương kết tủa lại đồng cực âm bể điện phân với dung dòch điện ly CuSO4 + H2SO4 Các tạp chất, không bò hoà tan từ cực dương (do điện phóng điện chúng dương đồng), tập trung dung dòch điện phân (do điện phóng điện chúng âm đồng) Kết người ta thu đồng cực âm có độ cao bùn cực dương chứa kim loại qúy Cực dương đồng đỏ thu sau hỏa tinh luyện, thường có chiều dày 25-50 mm, cân nặng 150-350 kg Cực âm đồng có chiều dày 0,5-0,6 mm Dung dòch điện phân hỗn hợp CuSO4 H2SO4 Ở cực dương, đồng hoà tan vào dung dòch chủ yếu dạng cation Cu2+: Cu – 2e = Cu2+, (2.50) Các kim loại Zn, Ni, Pb, As, Sn, Sb Bi bò hoà tan vào dung dòch tương tự đồng Các kim loại qúy Au, Ag; chất tạp Cu2S, Cu2Se, Cu2Te không hoà tan vào dung dòch, mà lại bùn cực dương Ở cực âm, ngược lại cation Cu2+ từ dung dòch phóng điện để thành đồng kim loại, bám lên cực âm: Cu2+ + 2e = Cu, (2.51) Các kim loại tạp hoà tan vào dung dòch với đồng, điện phóng điện âm đồng nên không phóng điện kết tủa lên cực âm mà nằm lại dung dòch – vậy, trình điện phân, dung dòch bò bẩn tích lũy tạp chất Để tránh chất tạp phóng điện 26 cực âm làm bẩn đồng cực âm, sau thời gian đònh, cần lấy phần dung dòch điện phân để khử chất tạp Để cải thiện bề mặt cực âm chống đoản mạch, người ta cho vào dung dòch điện phân phụ gia keo, bã giấy, thioure với số lượng từ 50 đến 60 g/t Cu Bể điện phân có dạng hình hộp gỗ, bên lót chì hay bê tông cốt thép, lót nhựa chòu axit (hình 2.12) Hình 2.12 Sơ đồ bể điện phân làm bê tông Trong bể, người ta đặt từ 20 đến 40 cực dương Số lượng cực âm lớn cực dương đặt song song với cực dương Bể thường có chiều dài 3-3,5 m; rộng 1,2-1,5 m sâu 1-1,2 m Điện áp cần cho phân xưởng điện phân phụ thuộc vào số bể mắc nối tiếp Điện áp rơi dây dẫn chiếm 10-16% tổng điện áp Trong thực tế, điện áp xưởng điện phân vượt 500V Điện áp cung cấp máy phát điện chiều, máy phát điện xoay chiều với chỉnh lưu công suất lớn Để khuấy trộn tốt dung dòch điện phân, người ta cho tuần hoàn qua bể với tốc độ cho từ 5-6 giờ, dung dòch bể đổi lần Tốc độ tuần hoàn trung bình dung dòch ~0,02 m3/ph Nhiệt độ bể trì 50-55oC Thành phần trung bình dung dòch điện phân 30-40 g Cu / l vaø ~ 200 g H2SO4 / l Trong thao tác bể điện phân, cần hạn chế tượng phân cực Đó giảm đáng kể điện áp bể tốc độ khuếch tán ion dung dòch không theo kòp tốc độ hoà tan kết tủa đồng hai cực Khi cường độ dòng điện tăng lên, tốc độ hoà tan đồng cực dương kết tủa đồng cực âm lớn tốc độ khuếch tán ion đồng dụng dòch Do lớp dung dòch gần cực dương, nồng độ Cu2+ cao nồng độ trung bình, lớp lớp dung dòch gần cực âm, nồng độ đồng lại bé nồng độ trung bình Thế cực dương tăng lên, cực âm giảm so với cân ban đầu Giữa cực xuất chênh lệch điện thế, chống lại điện áp bên Khi ấy, để bảo đảm điện áp bình thường bể, cần tăng điện áp bên ngoài, tức tăng tiêu hao điện Sự phân cực tạo điều kiện cho ion tạp phóng điện, làm bẩn đồng cực âm Các biện pháp hạn chế phân cực tăng nhiệt độ dung dòch khuấy trộn (tuần hoàn) tốt dung dòch Thành phần đồng cực âm sau tinh luyện điện phân trình bày bảng 2.8 27 Hàm lượng sản phẩm Trước tinh luyện Sau tinh luyện Bảng 2.8 Thành phần đồng trước sau tinh luyện điện phân Các nguyên toá, % Cu Ag Au Se Te Bi As Sb Pb Ni Fe 99,399,8 00,17 00,005 00,03 00,03 00,01 00,05 00,04 00,04 0-0,5 0,002 -0,03 >99,9 0,000 Veát 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,001 0,002 * Các tiêu KTKT chủ yếu điện phân tinh luyện đồng: - Điện áp bể u = 0,3-0,4V - Cường độ dòng điện bể: I = 7000-15000A - Hiệu suất dòng điện trình điện phân với cực dương hoà tan cao hẳn so với điện phân có cực dương không hoàn tan Nó thường đạt η = 92-95% - Mật độ dòng điện trung bình dao động từ 170 đến 250 A/m2 - Tiêu hao điện năng: hiệu suất dòng điện cao nên tiêu hao điện trình điện phân tinh luyện nhỏ so với điện phân kết tủa đồng từ dung dòch Nó phần mười, tức từ 250-300 kWh/t đồng - Tỷ lệ phân bố đồng vào cực âm 98,51%; vào dung dòch 1,42% vào bùn cực dương 0,07% Vàng phân bố vào bùn cực dương 99,60%, vào đồng cực âm 0,40% Bạc phân bố vào bùn cực dương 98,4% vào đồng cực âm 1,6% 2.3.4 Tái sinh phế liệu đồng phân loại 2.3.4.1 Nấu đồng đồng thau từ phế liệu đồng phân loại Người ta nấu đồng đồng thau từ phế liệu đồng phân loại lò phản xạ với bể chứa lại lượng kim loại lỏng (do mẻ nấu trước chừa lại, nấu riêng lượng kim loại này) Lượng kim loại lỏng chừa lại bể vào khoảng 25-35% khối lượng liệu mẻ nấu Trước nạp liệu, lò nung nóng đến 1350-1450oC sau nạp liệu nhẹ vào trước (phoi, rẻo dập, lưới kim loại, hồi liệu v.v…) Phế liệu cỡ lớn đồng thô cho vào lò sau Thành phần trợ dung che phủ gồm natri cacbonat Na2CO3 (60%) huỳnh thạch (40%) Tiêu hao trợ dung che phủ khoảng 1,2-2,4% khối lượng liệu Trợ dung tinh luyện có thành phần sau, %: 96 vảy đồng, cát; 30 natri nitrat, 45 vảy đồng, 25 cát; 60 natri cacbonat, 33 canxi florua, borac không ngậm nước Người ta khuấy trộn hợp kim lò nhờ máy chất liệu Xỉ tạo thành tháo qua cửa nạp liệu vào bể lắng chứa xỉ, phần hợp kim theo xỉ lắng xuống đáy bể Để khử tạp chất có hại (sắt, nhôm, silic, antimon…), người ta dùng trợ dung tinh luyện có thành phần khối lượng phụ thuộc vào đặc tính khối lượng tạp chất Khi kết thúc tinh luyện, người ta đưa thành phần hợp kim vào lò (thiếc, chì …) khuấy trộn kỹ để hợp kim đồng Nhiệt độ trước rót giữ 1080-1150oC Khi nấu chảy liệu lò, người ta giữ môi trường trung tính hay gần trung tính Khí lò chứa 0,6-2,0% O2 1-2% CO Tiêu hao nhiên liệu vào khoảng 210-250 kg sản phẩm, lượng xỉ tháo ngày đêm 18-20 tấn/m2 đáy lò 28 Hiệu suất thu hồi kim loại vào sản phẩm khoảng 93-94,5%, vào hồi liệu 3-4% 1,52,5% chuyển vào xỉ Trong xỉ nấu đồng thanh, hàm lượng hợp kim vào khoảng 7-12%, hàm lượng thành phần khác nhö sau: 22-28% SiO2; 12-17 Al2O3; 5-9 Ca; 8-14 Na2O; 0,4-8 Fe Người ta sử dụng xỉ để nấu đồng thô thứ sinh đồng Để nấu đồng không chứa thiếc, người ta sử dụng lò phản xạ quay lò cảm ứng có kênh Trong lò phản xạ với bể kim loại chừa lại, người ta nạp than gỗ khô để bảo vệ kim loại không bò oxi hóa Đôi người ta thay than gỗ criolit (1-2% khối lượng kim loại), huỳnh thạch natri cacbonat Tiêu hao trợ dung khoảng 2-4% khối lượng kim loại Sau đó, người ta đưa nguyên tố hợp kim với khối lượng tính toán vào lò (nhôm, sắt, mangan) Sau cùng, người ta đưa phế liệu đồng phế liệu đồng vào lò Sau nấu chảy hoàn toàn khuấy trộn đồng hợp kim, người ta vớt xỉ Công nghệ nấu đồng không thiếc lò điện tương tự công nghệ nấu lò phản xạ Trước tháo vào thùng rót, người ta nâng nhiệt độ đồng lên 12001250oC Trong lò phản xạ, hiệu suất thu hồi kim loại vào sản phẩm khoảng 93,5-94,5%, vào hồi liệu 4,0-4,5% Các tiêu lò cảm ứng tương ứng 95-96% 3,0-3,5% Tiêu hao nhiên liệu quy ước khoảng 300-320 kg/tấn hợp kim Để nấu hợp kim lò cảm ứng, tiêu hao lượng điện 350-380 kW.h Các tiêu nấu đồng không chứa thiếc lò cảm ứng cao lò này, người ta xử lý liệu có chất lượng cao Người ta nấu mác đồng thau (đồng thau chì, đồng thau silic v.v…) từ phế liệu lò cảm ứng chủ yếu Việc nấu chảy liệu thực bể chứa kim loại chừa lại với dung tích khoảng 30-40% dung tích chung Thành phần hóa học phần kim loại lại lò phải tương ứng với mác đồng thau nấu Nếu thành phần mẻ nấu khác nhiều so với thành phần mẻ không chừa lại lò Đôi khi, người ta rửa lò hợp kim có sẵn Đầu tiên, người ta nạp phoi kim loại với trợ dung vào lò Mangan silic đưa vào bể kim loại lỏng sau chúng hòa tan hoàn toàn, cho lượng liệu vào lò Người ta vớt xỉ tắt lò Trước rót, nhiệt độ đồng thau nâng đến 1000-1100oC Hợp kim nấu xong đưa vào lò tiền hay băng chuyền đúc Người ta dùng lò tiền đúc hợp kim khuôn kết tinh máy đúc liên tục hay bán liên tục Khi nấu đồng thau lò cảm ứng, hiệu suất thu hồi kim loại sản phẩm vào khoảng 92,9-95,3%, chuyển vào hồi liệu 3,0-4,7%; tiêu hao điện khoảng 315-370 kW.h / hợp kim; suất nấu ngày đêm lò 36-50 Xỉ nấu đồng thau từ phế liệu chứa (ở dạng hợp kim oxit), %: 15-30 Cu; 30-50 Zn; 0,5-1,0 Pb; 2-13 SiO2; 1,5-6,0 Na2O; 0,5-3,5 Fe Lượng xỉ phụ thuộc vào đặc tính thành phần liệu, thay đổi từ đến 5% khối lượng liệu Khi nấu đồng thau chì, nhận xỉ “nửa khô”, chứa pha kim loại đến 35-40% 2.3.4.2 Tinh luyện đồng đồng thau nấu từ phế liệu đồng phân loại Người ta tinh luyện hợp kim đồng với mục đích giảm hàm lượng khí hòa tan (hrô, oxi), khử tạp chất phi kim loại tạp chất kim loại (sắt, lưu huỳnh, nhôm, silic, mangan v.v…) Phần lớn tạp chất kim loại có hại hợp kim đồng khử cách thổi không khí, nước hay vảy đồng vào kim loại lỏng Oxit đồng tạo thành hay đưa vào theo vảy đồng oxi hóa kim loại tạp chất lưu huỳnh theo phản ứng (2.35) phản ứng (2.31) Cu2O + Me → 2Cu + MeO 2Cu2O + Cu2S → 6Cu + SO2 29 Tinh luyện oxi hóa thực nhiệt độ 1100-1160oC Tiêu hao chất oxi hóa rắn vào khoảng 0,5-1,0% khối lượng hợp kim Để đẩy nhanh trình tinh luyện, người ta trộn chất oxi hóa vào kim loại lỏng Thổi không khí nước vào hợp kim lỏng, làm tăng cường độ oxi hóa bay kẽm, cường độ oxi hoá bay thiếc tăng nhanh với mức độ nhỏ kẽm Do vậy, phương pháp tinh luyện áp dụng với đồng chứa không 3% kẽm Để hoàn nguyên oxit đồng hòa tan hợp kim đồng, người ta dùng chất khử oxi: photpho, silic, liti, bo, canxi v.v…Phôtpho sử dụng rộng rãi dạng đồng – phôtpho (8-15%P) Quá trình dựa tạo thành phôtpho oxit, bay 359oC: 5Cu2O + 2P = P2O5 + 10Cu, (2.52) Đối với hợp kim đồng, người ta sử dụng phương pháp khử oxi phối hợp Ví dụ, trường hợp đồng thiếc, phần lớn oxi khử phôtpho, phần oxi lại – liti Khi đó, nhận kim loại có cấu trúc hạt mòn tính tăng cao Để tăng hiệu đơn giản hóa việc đưa liti vào hợp kim lỏng, người ta sử dụng “ống liti” ống hình trụ kín đồng chứa đầy liti (5-100g) ng liti đưa vào kim loại chuẩn bò rót, sau khuấy trộn hợp kim, để lắng 2-3 phút rót Khử oxi đồng thau phôtpho không hợp lý, kẽm hợp kim đồng-kẽm có lực cao oxi Một tạp chất có hại hợp kim đồng hrô, hrô gây rỗ khí thỏi đúc Nguồn sinh hrô chủ yếu ẩm liệu, trợ dung, nhiên liệu, không khí v.v…Khi ẩm tác dụng với kim loại tạo thành nguyên tử hrô hòa tan kim loaïi: H2O + Me = MeO + 2H Nguồn sinh hrô quan trọng khác hrôcacbon có môi trường hoàn nguyên lò đốt nhiên liệu Ở 800oC, gần 40% khí mêtan phân ly nhiệt Để giảm lượng hrô kim loại, liệu cho vào lò phải liệu khô, trình nấu thực môi trường trung tính Khử khí cho hợp kim đồng, chủ yếu khử hrô, tỷ lệ hrô so với tổng lượng khí hòa tan 95-98% Hình 2.13 Sơ đồ thiết bò thổi khí trơ kim loại lỏng 1- Buồng chân không; Thùng rót; Cơ cấu bòt lỗ ống xốp; ng xốp Chân không kế; Buồng làm nguội; Vòi phun kiểu hút Để khử khí cho hợp kim đồng, người ta thổi khí trơ vào kim loại lỏng khí : nitơ, agon Thiết bò (hình 2.13) để khử khí bao gồm thùng rót kim loại lỏng, buồng chân không hệ thống cấp khí nitơ hay agon Ở đáy thùng rót có đặt ống xốp để thổi khí trơ vào với áp suất 200-300 kPa ng lót (phần tử xốp) làm từ vật liệu chòu lửa với thành phần gồm graphit, corumđum, cacbuarun sét Thổi khí trơ 6-10 phút cho phép giảm hàm lượng hrô 30 hợp kim 2-4 lần Xử lý kim loại lỏng nên kết hợp khí trơ với trợ dung, thành phần trợ dung hàn the, đồng oxit, kali nitrat v.v… Hình 2.14 Sơ đồ thiết bò lọc tinh luyện Hạt lọc; ng graphit; Khuôn kế tinh Phương pháp tinh luyện hợp kim khỏi tạp chất phi kim loại đơn giản hiệu phương pháp lọc (hình 2.14) Có thể sử dụng coronđum nhân tạo (alum); magezit; canxi florua mage florua nấu chảy trước Bề dày lớp lọc khoảng 60-150 mm, cỡ hạt 5-10 mmm Phương pháp lọc cho phép giảm hàm lượng tạp chất phi kim loại hợp kim 2-3 lần Khi lọc, kim loại lỏng khử khí phần Câu hỏi: 1) 2) 3) 4) 5) Các dạng phế liệu đồng? Các trình hóa lý xảy nấu phế liệu đồng lò đứng? Các trình hóa lý xảy thổi luyện đồng thô lò chuyển Các trình hóa lý xảy hỏa tinh luyện đồng Trình bày sở lý thuyết thiết bò điện phân tinh luyện đồng 31 ... vào đồng cực âm 0,40% Bạc phân bố vào bùn cực dương 98,4% vào đồng cực âm 1,6% 2.3.4 Tái sinh phế liệu đồng phân loại 2.3.4.1 Nấu đồng đồng thau từ phế liệu đồng phân loại Người ta nấu đồng đồng... tinh luyện đồng thô thứ sinh không khác nhiều so với đồng thô nguyên sinh Đây trình tinh luyện oxi hoá khử oxi Nhưng so với đồng thô nguyên sinh đồng thô thứ sinh chứa nhiều tạp chất (tới 4%, đồng. .. đích luyện sten đồng lò phản xạ? Cơ chế chế hóa học trình luyện sten đồng lò phản xạ? 4) Mục đích trình thổi luyện sten đồng? Trình bày giai đoạn thổi luyện 14 2.3 Tái sinh phế liệu chứa đồng