Mục lục A. GIỚI THIỆUI. Sự dẫn điện trong vật dẫn …………………………………...2II. Kim loại dẫn điện tốt: …..…………………………………...3B. KIM LOẠI ĐỒNGI. Tên và kí hiệu :1.Vị trí trong bảng tuần hoàn ...…………………………62.Tính chất vật lý ...………………………………………6II. Mạng tinh thể của đồng ………………………………………7III. Ứng dụng của các vật liệu kim loại đồng trong vật liệu đẫn điện hiện nay 1.Một số sản phẩm dây dẫn đồng …………………………..82.Công nghệ luyện đồng ..…………………,………………11
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM - - BÁO CÁO VẬT LIỆU ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đề Tài : Kim Loại Dẫn Điện Đồng GVHD: Phạm Xuân Hổ SVTH: Mục lục A GIỚI THIỆU I Sự dẫn điện vật dẫn ………………………………… II Kim loại dẫn điện tốt: … ………………………………… B KIM LOẠI ĐỒNG I Tên kí hiệu : Vị trí bảng tuần hồn …………………………6 Tính chất vật lý ………………………………………6 II Mạng tinh thể đồng ………………………………………7 III Ứng dụng vật liệu kim loại đồng vật liệu đẫn điện Một số sản phẩm dây dẫn đồng ………………………… Công nghệ luyện đồng …………………,………………11 A GIỚI THIỆU I Sự dẫn điện vật dẫn Khái niệm : -Dẫn điện dich chuyển có hướng hạt mang điện tác dụng điện trường ngồi để hình thành nên dòng điện dòng điện có chiều chiều với hạt mang điện tích dương ngược chiều với hạt mang điện tích âm -Độ dẫn điện gọi điện dẫn suất hay suất dẫn điện (σ ) -Điện trở đại lượng thể mức độ cản trở dòng điện vật cho dòng điện chạy qua thường gọi trở kháng Dưới số liệu điện trở suất số vật liệu Vật liệu Điện trở suất (Ωm) 200C Hệ số nhiệt điện trở(K−1) Bạc[3] 1,59×10−8 0,0038 Đồng[3] 1,72×10−8 0,0039 Vàng[3] 2,44×10−8 0,0034 Nhơm[3] 2,82×10−8 0,0039 Tungsten[3] 5,6×10−8 0,0045 Hợp kim Cu-Zn[3] 0,8×10−7 0,0015 Sắt[3] 1,0×10−7 0,005 Bạch kim[3] 1,1×10−7 0,00392 Chì[3] 2,2×10−7 0,0039 Mangan[4] 4,4×10−7 0,000002 Constantan[5] 4,9×10−7 0,00001 Thủy ngân[5] 9,8×10−7 0,0009 Nichrome[3][6] 1,10×10−6 0,0004 Cacbon[3][7] 3,5×10−5 -0,0005 Gecmani[3][7] 4,6×10−1 -0,048 Silic[3][7] 6,40×102 -0,075 II Kim loại dẫn điện tốt: Bạc Kí hiệu hóa học: Ag Khả dẫn điện: Cao Tính chất: Là kim loại mềm, dễ uốn Cơng dụng: Tuy có khả dẫn điện cao giá thành đắt đỏ mà người ta ứng dụng bạc cho ngành công nghiệp điện Thay vào bạc dùng để đúc tiền, tráng gương làm đồ trang sức Đồng Kí hiệu hóa học: Cu Tính chất: Là kim loại mềm, dễ uốn tạo hình Cơng dụng: Hiện nay, đồng xem vật chất chế tạo dây dẫn điện phổ biến Không vậy, đồ gia dụng mỹ nghệ sản xuất từ đồng như: chảo, tượng đúc, que hàn,… Một số hợp chất đồng thường tồn dạng màu xanh lam, xanh lục nên dùng làm thuốc nhuộm xí nghiệp vải Vàng Kí hiệu hóa học: Au Tính chất: dẫn nhiệt điện tốt, khó bị oxi hóa, tính thẩm mỹ cao Công dụng: Hầu hết giới khơng ý nhiều đến tính dẫn điện vàng mà thay vào dùng làm đơn vị trao đổi giá trị tiền tệ trang sức Tuy nhiên, người lao động thường xuyên làm việc với điện nạn nhân bị điện giật cần cởi bỏ trang sức vàng khỏi thể để tránh dòng điện nhanh chóng lan nhanh khắp tồn thể đe dọa đến tính mạng cá nhân Nhơm Kí hiệu hóa học: Al Tính chất: Dẻo, khó bị oxi hóa, nhiệt độ nóng chảy cao Cơng dụng: Trong số trường hợp, nhôm chế tạo làm dây dẫn điện Tuy nhiên với đặc tính chịu nhiệt cao mà nhơm thường ứng dụng rộng rãi cơng trình kiến trúc vách ngăn xây dựng, chế tạo tôn lợp mái nhà, cột, trụ nhà, Sắt Kí hiệu hóa học: Fe Tính chất: Là kim loại phổ biến lâu đời Trái Đất, có tính thù hình, cứng rắn Cơng dụng: Có thể nói tính đến thời điểm sắt kim loại sử dụng nhiều đời sống người Hầu lĩnh vực ngành nghề cần đến ứng dụng sắt chế tạo công cụ lao động: cuốc, xẻng, gậy,… chế tạo đồ gia dụng tủ, bàn, giường, cầu thang,… đặc biệt ngành sản xuất ô tô cơng trình xây dựng kiến trúc khơng thể có kim loại thay sắt việc tạo độ cứng, chắn cho cơng trình sản phẩm Nhưng nay, đồng xem vật chất chế tạo dây dẫn điện phổ biến giá thành hợp lý cho viêc sử dụng vào nghành công nghiệp điện B KIM LOẠI ĐỒNG I Tên kí hiệu Đồng ngun tố hóa học bảng tuần hồn ngun tố có ký hiệu Cu số nguyên tử 29 a Vị trí bảng tuần hồn - Cấu hình e ngun tử: 29Cu: 1s22s22p63s23p63d104s1 - Vị trí: 29, chu kỳ 4, nhóm IB - Cấu hình e ion: Cu+: 1s22s22p63s23p63d10 Cu2+: 1s22s22p63s23p63d9 Đồng nằm nhóm 11 bảng tuần hồn nên chúng có nhiều thuộc tính giống nhau: chúng có electron phân lớp s1 nằm trước nhóm d10 đặc trưng tính dẻo dẫn điện cao Các orbital lấp đầy electron ngun tố khơng đóng góp nhiều vào tương tác nội nguyên tử, chủ yếu ảnh hưởng electron phân lớp s thông qua liên kết kim loại Trái ngược với kim loại mà phân lớp d không lấp đầu electron, liên kết kim loại đồng thiếu đặc điểm liên kết cộng hóa trị chúng tương đối yếu Điều giải thích tinh thể đồng riêng biệt có độ dẻo cao độ cứng thấp Ở quy mô lớn, việc thêm vào khuyết tật ô mạng tinh thể ranh giới hạt, làm cản trở dòng vật liệu áp lực nén từ làm tăng độ cứng Ví dụ, đồng thường đưa thị trường dạng polycrystalline hạt mịn, dạng có độ cứng lớn dạng monocrystalline b Tính chất vật lý Độ cứng thấp đồng giúp giải thích phần tính dẫn điện cao nó(59.6×106 S/m) tính dẫn nhiệt cao, tính chất xếp hạng thứ số kim loại ngun chất có tính chất tương tự nhiệt độ phòng (trong số kim loại ngun chất nhiệt độ phòng có bạc có độ dẫn điện cao hơn) Đặc điểm điện trở suất vận chuyển electron kim loại nhiệt độ phòng chủ yếu bắt nguồn từ tán xạ electron dao động nhiệt mạng tinh thể, mà điện trở xuất tương đối yếu cho kim loại mềm Mật độ dòng thấm tối đa đồng khơng khí ngồi trời vào khoảng 3,1×106 A/m2, vượt giá trị bắt đầu nóng mức Đồng có mạng tinh thể lập phương tâm diện, màu đỏ, dẻo, dễ kéo sợi, dát mỏng Dẫn điện nhiệt tốt bạc, t0nc = 10830C, D = 8,98 g/cm3 II Mạng tinh thể đồng Một cấu trúc tinh thể xếp đặc biệt nguyên tử tinh thể Một cấu trúc tinh thể gồm có sở nhiều nguyên tử xếp theo cách đặc biệt; vị trí chúng lặp lại cách tuần hồn khơng gian ba chiều theo mạng Bravais Kích thước đơn vị theo chiều khác gọi thông số mạng hay số mạng Tùy thuộc vào tính chất đối xứng đơn vị mà tinh thể thuộc vào nhóm khơng gian khác Cấu trúc đối xứng tinh thể có vai trò quan trọng với tính dẫn điện đồng Ơ đơn vị cách xếp nguyên tử khơng gian ba chiều, ta lặp lại chiếm đầy khơng gian tạo nên tinh thể Vị trí nguyên tử ô đơn vị mô tả hệ đơn vị hay gọi hệ sở bao gồm ba thông số tương ứng với ba chiều không gian ( x , y , z ) Đối với cấu trúc tinh thể, tồn ô đơn vị quy ước, thường chọn để mạng tinh thể có tính đối xứng cao Tuy vậy, ô đơn vị quy ước luôn lựa chọn nhỏ Ô sở lựa chọn nhỏ mà từ ta tạo nên tinh thể cách lặp lại ô nguyên tố Đòng có cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm diện Từ suy Và có hai nguyên tử ô cở sở Mật độ nguyên tử số nguyên tử ô cở sở nhân với số có đơn vị thể tích : NN = (1/ a³) * Số nguyên tử / ô a số mạng => : NN = (1/ (0.3615*10^(-9)) ³)*2 =4.233*10^28 ( số mạng đồng a = 0.3615nm ) Mật độ e− số e− nguyên tử nhân với số nguyên tử đơn vị thể tích : Ne = NN * số e− / nguyên tử => Ne = (4.233*10^28 ) * = 4.233*10^28 (Cu , Ag, Au : e− / nguyên tử Al : e− / nguyên tử ) III Ứng dụng vật liệu kim loại đồng vật liệu đẫn điện Một số sản phẩm dây dẫn đồng: Dây đơn Là loại dây dẫn có sợ cứng, đồng (hoặc nhơm) dây dẫn thơng thường có bọc lớp cách điện chất dẻo PVC cao su lưu hóa, có loại bọc thêm lớp vải tẩm nhựa đường Loại dây dùng phổ biến dẫn điện nhà, sản xuất với tiết diện không 10mm2 (cỡ dây Ø 30/10) Dây Liên Xơ có mã hiệu: πP Dây đơn mềm Là loại dây dẫn có bọc cách điện nhựa PVC cao su lưu hóa, có ruột đồng, gồm nhiều sợi nhỏ có đường kính 0.2mm xoắn lại nên mềm dẻo Dây đơn mềm sử dụng dây báng phân phối điện, đầu dây mảy điện, dây dấn điện tơ… Dây Liên Xơ có mã hiệu: πPA Dây đôi Gồm dây dẫn ruột đồng, mềm, bọc cách điện song song với nhau, chất cách điện nhựa PVC cao su lưu hóa Nhờ dây dẫn cấu tạo nhiều sợi có đường kính nhỏ 0,2mm nên mềm dẻo dễ di động Cơng dụng : dùng dẫn điện cho thiết bị điện cần di động, không cố định, đồ dùng điện sinh hoạt quạt để bàn, tủ lạnh, máy thu thanh, thu hình… Dây Liên Xơ có mã hiệu: ππB Các thông số dây đôi mềm Dây xoắn mềm Loại dây dẫn mềm có nhiều dây dẫn cách điện với Mỗi ruột dây dẫn cấu tạo nhiều sợi dây có tiết diện nhỏ xoắn lại với nhau, dây dẫn có tính mềm dẻo vững Loại dây mềm dẻo loại dây đôi, với chất cách điện cao su chịu nhiệt bọc thêm vải coton tăng cường vững cơ, chịu tiếp xúc nhiệt nên dùng làm dây dẫn cho bàn ủi điện, bếp điện Với loại dây xoắn có ống bọc cao su nhựa PVC sứ dụng làm dây dẫn cho thiết bị điện di động, chịu va chạm nên an toàn điện cho người sử dụng Như máy khoan điện cầm tay, máy tiện, máy công cụ máy móc dùng sinh hoạt… Cấu tạo dây xoắn mềm Dây cáp Là loại dây dẫn tải dòng điện lớn, có bọc cách điện cao su lưu hóa chất nhựa PVC Ruột đổng, cấu tạo nhiều dây đơn nên mềm hơn, để lắp đặt đường dây Thường dùng làm đường dây tải chính, khu nhà tập thể, xí nghiệp đặt trèn buli óng (Theo tiêu chuẩn TCVN 2103-77 tiêu chuẩn sở Bộ CKLK sốTC9-79) Thông số dây dẫn đồng bọc nhựa dẻo, loại dây cứng Ghi chú: Dòng điện tải tính giảm dây dẫn loại đặt ống 10 Dây cáp bọc giáp Các loại dây dẫn đơn cứng dây cáp có bọc cách điện bố trí hai nhiều dây vỏ bọc chung bao cao su nhựa PVC ruban kim loại sắt, kẽm hay nhôm gọi dây cáp bọc giáp Sự chịu đựng va chạm tùy thuộc vật liệu vỏ bọc bảo vệ dây dẫn chứa bên Các loại dây cáp bọc giáp sử dụng đặt cố định nơi có rung chuyển thường xuyên đường dây đẫn điện đến máy công cụ, máy cưa bảo, máy tiện… Khi lắp đăt không cần ống, lớp vò bọc ngồi thay cho ống luồn đáy Không nên sứ dụng dây cáp bọc giáp ngầm, lắp kín tưởng chỗ nối dây phải nối hộp nối Trong trường hợp tổng quát, nên chọn mật độ dòng cho phép dây dẫn để dây khơng bị nóng lên sụt áp nhiều đường dây theo bảng sau: Tiết diện dây < 5mm2 Mật độ dòng 5A/mm2 => 15mm2 4A/mm2 16 =>50mm2 3A/mm2 51 =>100mm2 2A/mm2 101 => 200mm2 1,5A/mm2 > 200mm2 1A/mm2 11 Công nghệ luyện đồng a Công nghệ luyện đồng: a.1.Các công nghệ luyện đồng chủ yếu giới: Công nghệ luyện đồng giới phân chia hai loại: cơng nghệ cổ điển công nghệ đại Trong công nghệ cổ điển có hai cơng nghệ: Cơng nghệ hỏa luyện công nghệ thủy luyện a.1.1.Công nghệ hỏa luyện cổ điển: Đầu tiên quặng tinh sulphua đồng thiêu khử bớt lưu huỳnh nhận thiêu phẩm khí SO2 Sau luyện thiêu phẩm sten đồng, khí SO2 đem sản xuất axit sulphuaric Đem sten thổi luyện đồng thơ, sau đem đồng thô tinh luyện phương pháp hỏa tinh luyện dể nhận đồng dương cực Đem đồng dương cực đúc thành đồng dương cực Điện phân đồng dương cực nhận đồng âm cực( đồng thương phẩm) Dưới phản ứng công nghệ hỏa luyện cổ điển - Công đoạn thiêu khử bớt lưu huỳnh: Đầu tiên có phản ứng phân ly 4CuFeS2 → 2Cu2S + 4FeS + S2 Sau có phẩn ứng oxy hóa phần S2 + 2O2 → (1) 2SO2 (2) Cu2S + 2O2 → 2CuO + SO2 (3) 4FeS + 7O2 → Fe2O3 + 4SO2 (4) 3FeS + 5O2 → Fe3O4 + 3SO2 (5) - Cơng đoạn luyện sten đồng: Mục đích tạo sản phẩm sten giàu đồng sau tách khỏi tạp chất Fe3O4, vào pha xỉ Để làm điều phải cho thêm trợ dung thạch anh vôi để tạo xỉ với Fe3O4 3Fe3O4 + FeS + SiO2 = 5[(FeO)2 SiO2] + SO2 (6) Khi luyện sten lò phản xạ xỉ có thành phần : (CaOx)(FeOy)(SiO2)z thường xỉ có thành phần : 45% FeO, 32-35% SiO2, 5% CaO , lại chất khác - Công đoạn thổi luyện sten đồng đồng thơ: 12 Ban đầu phản ứng oxy hóa tạo xỉ sắt: 2FeS + O2 + SiO2 = 2FeO SiO2 + 2SO2 (7) Giai đoạn thổi luyện thứ hai: 2Cu2S + O2 → Cu2O + 2SO2 (8) Giai đoạn thổi luyện thứ ba: Cu2S + Cu2O → 6Cu + 2SO2 (9) - Tinh luyện đồng thô phương pháp hỏa tinh luyện nhận đồng dương cực: Khử tạp chất dựa vào lực hóa học khác kim loại oxy độ hòa tan thấp đa số oxyt tạp chất đồng lỏng Ái lực tạp chất với oxy 12000C xếp theo thứ tự sau: Zn, Fe, Sn, As, Ni, Sb, Pb, Bi, S, Cu, Te, Se, Ag, Au Chín ngun tố đầu có lực với oxy lớn đồng Khi oxy hóa đồng lỏng phương pháp thổi luyện khơng khí, hàm lượng tạp chất nhỏ so với hàm lượng đồng nên xảy phản ứng oxy hóa đồng trước 2Cu + 1/2 O2 → Cu2O (10) Sau oxy Cu2O lại oxy hóa tạp chất kể (ký hiệu Me) theo phản ứng: (Cu2O) + (Me) = 2Cu + (MeO) (11) Các oxyt tạp chất MeO tham gia tạo xỉ khử Trên thực tế thứ tự oxy hóa tạp chất khơng phù hợp với dãy lực hóa học đối cới oxy mà phụ thuộc vào độ hòa tan chúng đồng, nồng độ, độ bay hơi, số lượng oxy cung cấp, tạo thành hợp chất với đồng yếu tố khác Điện phân đồng dương cực nhận đồng catot thương phẩm Điện phân tinh luyện đồng mục đích nâng cao chất lượng đồng từ ( 99,1-99,7%Cu) lên đồng Catot (99,99%Cu), đồng thời thu hồi thêm kim loại quý vàng Áp dụng phương pháp điện phân dung dịch dung dịch axit Khi điện phân cực dương đồng dương cực, cực âm đồng Các phản ứng điện hóa xảy sau: - Phản ứng cực dương: Đồng tan Cu -2e → Cu 2+ Cu -e → Cu + (12) (13) - Phản ứng cực âm: Ion Cu 2+ phóng điện hồn ngun đồng kim loại Cu2+ + 2e → Cu (14) Khi điện phân cực dương nguyên tố có điện dương đồng như: Ag, Au, chúng lại cực dương dạng hợp kim hợp chất khơng hòa tan khó bị oxy hóa vào dung dịch, trở thành bùn dương cực a.1.2.Công nghệ thủy luyện cổ điển: 13 Đây công nghệ chủ yếu để xử lý quặng đồng oxyt quặng đồng hỗn hợp Công nghệ có cơng đoạn: Nghiền quặng, hòa tách dung dịch axit sulphuric phụ gia, làm dung dịch khỏi tạp chất, điện phân chiết tách nhận đồng Catot Nói chung quặng đồng oxyt thường có số khống vật sau: Malachite CuCO3•Cu(OH)2 Chrysocolla CuO·SiO2·2H2O Azurite 2CuCO3·Cu(OH)2 Khi hòa tách H2SO4 xảy phản ứng sau: CuCO3.Cu(OH)2+ 2H2SO4 + 2H2O = 2CuSO4.5H2O+ CO2 (17) CuSiO3.2H2O + H2SO4 +2H2O = CuSO4.5H2O+ SiO2 (18) 3CuSO4.5H2O + 2CO2 (19) 2CuCO3·Cu(OH)2 + 3H2SO4 + H2O = Từ nhận dung dịch 3CuSO4.5H2O Tuy nhiên dung dịch chứa nhiều tạp chất ví dụ SiO2, Fe, Cl- , nên cần phải làm trước điện phân a.1.3.Công nghệ hỏa luyện đại: Trong năm gần đây, việc thông qua đạo luật hạn chế chất thải vào khí nên người ta nghiên cứu áp dụng công nghệ luyện đồng đại Cơ chế phản ứng trình luyện đồng đại tuân thủ chế trình luyện đồng cổ điển, khác chủng loại thiết bị cơng đoạn dài dòng luyện cổ điển cô đọng lại vài thiết bị chủ yếu Đặc biệt công đoạn luyện sơ cấp ban đầu Bây có xu hướng thực hai thiết bị 14 Luyện trạng thái lơ lửng: Luyện lơ lửng Outokumpu, Luyện lơ lửng Inco Luyện bể chất lỏng: Quá trình Worcra, Quá trình Noranda, Quá trình Misubishi, Quá trình IsaSmelt, luyện bể lỏng lò phản xạ, luyện bể lỏng lò thổi Teniente cải tiến, Q trình thổi luyện: Thổi luyện lò Peirco-Smit a.1.4.Cơng nghệ thủy luyện đại: Những ưu điểm công nghệ thủy luyện đồng đại khắc phục nhược điểm công nghệ hoả luyện như: - Thải phát tán khí SO2 - Bão hồ thị trường axit sulphuaric - Chi phí đầu tư cao - Phải hạn chế tạp chất ( As, Sb, Bi) Khả xử lý tinh quặng chất lượng thấp tinh quặng nhiều tạp chất , tức có hiệu để xử lý tinh quặng phức tạp Chi phí đầu tư thấp Chi phí đầu tư đặc biệt thấp nhà máy có quy mô sản xuất nhỏ hoả luyện Với công nghệ thủy luyện đại áp dụng với quy mô nhỏ, không thiết phải lớn công nghệ hỏa luyện đại - Có thể xây nhà máy mỏ Các trình thủy luyện đại phân nhóm theo mơi trường thuỷ luyện sau: - Quá trình sulphát - Quá trình sulphát/clorua - Quá trình clorua (và bromit) Quá trình sulphát: Các quy trình dựa mơi trường sulfat nói chung sử dụng oxy để oxy hóa cơng nghệ thiết lập phổ biến để hồ tách quặng đồng.Gồm có q trình: Activox, Nenatech, Dynatec, AAC/UBC, Placer Dome, Biocop, Bactech/Mintek, Geocoat Quá trình sulphát/clorua: Cho thêm chất clorua vào hoà tách sulphat để cải thiện động học hoà tách làm giảm nhiệt độ hoà tách thấp Gồm có q trình: Q trình Noranda Antlerite: 15 Quá trình phát triển Noranda vào cuối năm 1970 để xử lý tinh quặng chanlcopyrite Công nghệ dựa vào chuyển đổi đồng thành khống vật antlerite CuSO4.2Cu(OH)2 Các bước hồ tách bao gồm: 1-chuyển đổi chanlcopyrite khoáng vật sulphua đồng khác thành khoáng vật antlerite, hematite lưu huỳnh nguyên tố xử lý với dung dịch sulphat-clorua đồng 135-145 oC áp suất oxy 200 psi 2- Hoà tách bã antlerite axit sulphuaric PH 2,5 tạo thành chất điện giải cho điện phân đồng Quá trình BHAS: Nhà máy luyện kim Broken Hill Associated Smelters Pty Ltd (BHAS) Port Pirie, Australia phát triển để xử lý sten sulphua đồng chì với dung dịch axit bão hồ oxy có chứa sulphat clorua Q trình uỷ quyền vào năm 1984 Trong trình này: đồng hồ tan, chì lại dạng bã rắn sulphat chì lưu huỳnh nguyên tố quay vòng chuyển luyện nhà máy luyện chì Sau hồ tan gần 100% bạc lại bã hồ tách khoảng 15g/l clorua, có số lượng đáng kể hoà tan nồng độ clorua cao Việc cho thêm clorua cần thiết làm cho hiệu suất chiết tách đồng thoả mãn Nếu khơng cho thêm clorua hiệu suất chiết tách đồng đạt 30%, cho thêm 10g/l clorua suất chiết tách đồng tăng đột ngột lên 95% Quá trình vận hành thương mại nhiều năm qua khơng hoạt động Q trình CESL : Q trình CESL phát triển Teck-Cominco Chất dung mơi hồ tách trình tương tự trình Noranda Antlerite , có nghĩa dùng dung mơi hỗn hợp sulphat-clorua đồng, nhiệt độ khoảng 150oC, áp suất oxy hoá 200 psi, sau hồ tách axits để hồ tan antlerite Trong q trình 10-25% oxy hố thành sulphat , số sulphua lại chuyển đổi thành lưu huỳnh nguyên tố Sắt kết tủa dạng hematite Quá trình Halide: Q trình hồ tách clorua xử lý sulphide đồng nhận nhiều ý thập kỷ qua DS Flett gần xem xét trình thuỷ luyện clorua xử lý sulphua phức tạp Quá trình thuỷ luyện clorua( bromide) Quá trình clorua có số ưu điểm khác biệt trinh sulphat: - nhanh hơn, tạo nên hồ tách khí thực tế - Hầu tất sulphides ơxi hóa thành ngun tố lưu huỳnh - Độ hòa tan kim loại cao dẫn đến khối lượng dung dịch thu đựơc cho bước nhỏ Những khó khăn q trình là: 16 Do dùng mơi trường hồ tách clorua nên tính ăn mòn thiết bị mạnh hơn, điều dẫn đến chi phí đầu tư chi phí sửa chữa cao - Không thể điện phân trực tiếp dung dịch clorua nhận đồng catot Clorua sắt dung mơi hồ tách ưa thích q trình clorua Trong hầu hết trình clorua đồng thu hồi chiết tách điện phân Nếu trình chiết tách chuyển đồng clorua thành đồng sulphat sử dụng điện phân để kết tủa thu hồi đồng Có thể điện phân dung dịch clorua đồng nhận bột đồng trình lắng (Clear process) Trong dung dịch clorua, ion đồng phóng điện thường dạng đa hố trị hoá trị phản ứng xảy anot thường oxy hoá ion đồng giải phóng clo Do nhu cầu lượng cho điện phân dung dịch clorua đồng có khả giảm đáng kể so với điện phân dung dịch sulfat Hồ tách oxy hố dung dịch nồng độ clo cao bạc hồ tan số, vàng lại bã hồ tách Bạc thu hồi ximăng hoá với đồng, đồng thu hồi chiết tách/điện phân Thu hồi vàng từ bã hồ tách nằng xianua hoa trực tiếp lại khó khăn có tồn lưu huỳnh nguyên tố Pyrite nói chung hồ tan khơng đáng kể, lượng vàng liên kết với khơng thu hồi Q trình CLEAR Q trình CLEAR vận hành theo cơng nghệ hồ tách/điện phân xưởng Arizona Mỹ công suất 100.000 đồng ca tôt/năm từ năm 1976 tới năm 1982 Tinh quặng hồ tách ngược dòng hai giai đoạn Đầu tiên dùng dung dịch clorua đồng hai trạng thái nóng áp suất khí sản sinh dung dịch clorua đồng Sau làm trong, dung dịch hoà tách gửi tới xưởng điện phân đồng Đồng kết tủa đưới dạng bột xưởng điện phân Bã hoà tách từ giai đoạn hoà tách điều kiện mạnh mẽ ( nhiệt độ 145 oC , dư áp suất oxy), để thu hồi đồng bã dùng ion sắt làm chất hoà tan chủ yếu Trong giai đoạn hoà tách thứ hai: Một số lưu huỳnh sulphua oxy hố thành sulphat mà loại bỏ kết tủa dạng thạch cao Quá trìng CYMET: Trong trình CYMET, tinh quặng đồng sulphide phải chịu hồ tách ngược dòng đến hai giai đoạn dung dịch FeCl3/ CuCl2 /NaCl Sắt loại bỏ khỏi dung dịch dạng chất jarosites oxyt-hydrroxyt sắt khác giai đoạn hoà tách thứ hai Đồng thu hồi hồn ngun hydrro bình phản ứng tần sôi sau kết tinh clorua đồng một(CuCl) Sản phẩm đồng nấu chảy thành thỏi Quá trìng Cuprex : Trong q trình tinh quặng đồng sulphua hồ tách hai giai đoạn dung dịch NaCl /FeCl3 để tạo thành dung dịch CuCl2 Đồng thu hồi chiết táchđiện phân dạng bột Clo sinh anot thu hồi dùng để tái oxy hố Cu2Cl2 sinh q trình điện phân vùng catot Sự có mặt đồng dung dung dịch điện giải cải tạo thu hồi chiết tách đưa quay vòng lại 17 cho công đoạn chiết Nước muối giải chiết dùng làm chất điện giải anot bể điện phân màng ngăn Quá trình Outokumpu (Hydrocopper):Outokumpu phát triển trình hồ tách clorua gọi q trình HydroCopper Trong q trình chalcopyrite hồ tan áp suất khí clorua đồng hai muối ăn Đồng thu hồi từ dung dịch clorua đồng dưói dạng oxyt đồng cách cho kết tủa dung dịch với soda Các hoá chất sử dụng: soda, clo để oxy hố dung dịch hồ tách, hyđro để hồn ngun oxyt đồng đến kim loại Khí hyđro sản xuất từ nước biển dùng lại công nghệ điện phân clorua-kali Sản phẩm bột đồng nấu chảy đúc thành Quá trình phát triển thành patent củaOutokumpu Outokumpu tuyên bố rằng: chi phí lượng giảm xuống khoảng 1.300 kWh / t Cu Để chứng minh công nghệ, Outokumpu xây dựng nhà máy thí điểm Pori, Phần Lan Quá trình Intec [22, 23] Cơ chế trình Intec sáng tạo Những cấu tử dung dịch hồ tách NaCl, bromit dung môi, BrCl2_ sinh phản ứng anot bể điện phân độc đáo Hoà tách áp suất khí quyển, dùng khơng khí làm chất oxy hố Hồ tách giai đoạn Đồng hồ tan giai đoạn Hoà tan vàng giai đoạn Hiệu suất chiết tách đồng đạt 98% vòng 12h Trong điều kiện hồ tách giai đoạn 3, vàng hoà tan thu hồi trực tiếp bon hoạt tính Sau phân tách rắn lỏng bã hồ tách vớt ra, dung dịch tạo thành làm qua số cơng đoạn Đầu tiên chuyển tồn đồng dung dịch thành đồng sulphat cho dung dịch tiếp xúc với bột đồng Trong bước thứ hai bạc khử từ dung dịch trình hỗn hống thuỷ ngân, sử dụng thuỷ ngân cho thêm nhôm Bước cuối trung hồ vơi đến PH 4,0-4,5 để kết tủa tạp chất dạng bã Điện phân dung dịch nhận đồng dạng nhánh Đem đồng nhánh rửa, làm khô môi trường khí trơ nấu chảy, đúc thành Q trình thử nghiệm quy mô pilot số loại tinh quặng Pirit khơng bị hồ tan đáng kể, vàng liên kết với pirit khơng thu hồi b Sản suất đồng Việt Nam: Khống sản quặng đồng: Mỏ đồng Sinh Quyền có trữ lượng: 50 triệu quặng nguyên khai với hàm lượng Cu: 1,07%, vàng 0,5 g/tấn, bạc 0,48g/tấn, lưu huỳnh 2,25%, sắt 16,66% Cơng nghệ tuyển khống kết hợp tuyển tuyển từ Sau tuyển thu sản phẩm: quặng tinh đồng 42.000 tấn/năm( hàm lượng Cu ≥ 25%), manhetit 113.000 tấn/năm ( hàm lượng Fe ≥ 65%), quặng tinh lưu huỳnh 19.600 tấn/năm (hàm lượng S ≥ 36%) Nhà máy luyện đồng Lài Cai: Nhà máy vào hoạt động tháng 8/2008 Năm 20092010 chạy 60% công suất thiết kế Đến năm 2011 vào hoạt động đạt công suất thiết kế 18 Nhà máy luyện đồng Lài Cai áp dụng công nghệ luyện Thủy Khẩu Sơn Đây công nghệ quyền Trung Quốc, thiết bị đồng trung Quốc Cần phải thấy công nghệ luyện cổ điển, mà công nghệ luyện đại công nghệ luyện bể lỏng công nghệ luyện lơ lửng Vì cơng suất nhà máy q nhỏ so với giới nên chọn công nghệ đại cho dù với gam thiết bị nhỏ Vì Trung quốc chọn công nghệ luyện Thủy Khẩu Sơn choViệt Nam Công nghệ xuất phát từ nhà máy luyện chì Trung Quốc mang tên Thủy Khẩu Sơn Bản chất cơng nghệ sử dụng lò luyện Thủy Khẩu Sơn thay cho hai lò luyện dây chuyền thiết bị luyện cổ điển như: lò thiêu khử bớt lưu huỳnh, lò điện luyện sten Cơng nghệ có ưu điểm thiết kế chế tạo lò có cơng suất nhỏ phù hợp với nguồn quặng Việt Nam Các cơng đoạn gồm có: - Chuẩn bị liệu Nấu luyện lò Thủy Khẩu Sơn nhận sten đồng( lò Φ3100x 12000mm) sinh xỉ lò Thủy Khẩu Sơn ( Khối lượng xỉ 19.950 tấn/năm hàm lượng đồng xỉ 3% Cu), khí lò Thủy Khẩu Sơn (7022,5 m3/h) Thổi luyện sten đồng lò chuyển (Φ2400x5200mm) nhận đồng thơ xỉ lò chuyển, khí lò chuyển (9638,28 m3/h) Khí hai lò Thủy Khẩu Sơn lò chuyển đưa làm sản xuất axit sulphuric Xỉ lò Thủy Khẩu Sơn ( 3% Cu) làm nguội, đưa gia công, tuyển thu lại quặng tinh đồng Đồng thô đưa tinh luyện lò phản xạ( ngày lò 28 đồng dương cực) phương pháp hỏa tinh luyện để tách tạp chất: Fe, Pb, Bi, Sb, As để sản xuất dương cực hợp quy cách Đồng dương cực có hàm lượng 99,5% Cu Xỉ lò phản xạ dương cực có hàm lượng đồng cao phải đưa luyện lại lò chuyển Khói lò phản dương cực có hàm lượng SO2 nhỏ, sau qua đốt cháy lần hai đem thải vào khí qua ống khói Đồng dương cực đem điện phân nhận đồng âm cực(99,95%Cu) bùn dương cực Xử lý bùn dương cực thu kim loại quý: Bạc , vàng thỏi Theo thiết kế sau luyện kim thu đồng kim loại 10.000 tấn/năm, axit sulphuaric (H2SO4) 40.000 tấn/năm, Sản phẩm đồng catot đạt 99, 97% Cu 19 Dưới số hình ảnh nhà máy luyện đồng Lào Cai Lò Thùy Khẩu Sơn Máy Đúc Đồng 20 Bể Điện Phân Đồng * Vấn đề tồn nhà máy luyện đồng: Hàng năm nhà máy luyện đồng Lào Cai thải khoảng 20 ngàn xỉ thải có hàm lượng Au ≈ 0,2 g/t; Ag ≈ 0,2 g/t Cu ≈ 0,9 % nhiều ngun tố khác REO, S … Vì cần tìm giải pháp cơng nghệ để thu hồi 21 ... suất hay suất dẫn điện (σ ) -Điện trở đại lượng thể mức độ cản trở dòng điện vật cho dòng điện chạy qua thường gọi trở kháng Dưới số liệu điện trở suất số vật liệu Vật liệu Điện trở suất (Ωm)... hướng hạt mang điện tác dụng điện trường ngồi để hình thành nên dòng điện dòng điện có chiều chiều với hạt mang điện tích dương ngược chiều với hạt mang điện tích âm -Độ dẫn điện gọi điện dẫn suất... Ứng dụng vật liệu kim loại đồng vật liệu đẫn điện Một số sản phẩm dây dẫn đồng ………………………… Công nghệ luyện đồng …………………,………………11 A GIỚI THIỆU I Sự dẫn điện vật dẫn Khái niệm : -Dẫn điện dich chuyển