[123doc] - cong-nghe-luyen-dong

Bộ Giáo Dục & Đào Tạo *** Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa Học & Công Nghệ Môi Trờng Bộ Môn : Các QTSX Cơ Bản Đề tài : Công nghệ luyện đồng GVHD :ThS Đinh Bách Khoa Nhóm SVTH : Nguyễn Hải Dơng Nguyễn Thanh Hiếu Mai Quang Dơng Hoàng Dơng HàNội 2008 Công Nghệ Luyện Đồng Tóm Tắt Công Nghệ Luyện Đồng I Tình hình sản xuất giới nớc ; sơ lợc công nghệ Sinh viên thực : Nguyễn Hải Dơng II Đặc thù công nghệ đợc phân công tìm hiểu Thuyết minh công nghệ sản xuất , phân tích u , nhợc điểm ; Sinh viên thực : Nguyễn Thanh Hiếu III Đặc điểm sử dụng nguyên nhiên vật liệu , nớc lợng công nghệ sản xuất Sinh viên thực : Mai Quang Dơng IV Vấn đề môi trờng công nghệ sản xuất bao gồm : dòng thải , quy mô dòng thải , ớc tính chất thải quan trọng & sơ tóm tắt phơng án giải ô nhiễm theo hớng : quản lý , giảm thiểu xử lý Sinh viên thực : Hoàng Dơng Page I Tình hình sản xuất giới nớc ; sơ lợc công nghệ Đồng kim loại xuất khoảng 3000 năm trớc công nguyên ,sự xuất đồ đồng đà làm cho sản xuất ngời thay đổi đI nên tầm cao Cho tới ngày ngành công nghiệp luyện đồng phát triển mạnh mẽ I.1 Tình hình sản xuất đồng giới Hiện giới với công nghệ tiên tiến đà cho đợc sản phẩm đồng có chất lợng cao với 99,99% Cu nguyên chất Những nớc giới có ngành công nghiệp luyện đồng phát triển nh: Chile,Indonexia,Trung Quốc,Conggo,Mehico.Chính nớc sở hữu công nghệ luyện đồng tiên tiến giới Ơ Chile ngành sản xuât đồng ngành kinh tế đem lại lợi nhuận với tỉ trọng chiếm tới 38% tổng doanh thu kinh tế nớc (số liệu năm 2006).Cũng nớc mỏ đồng lớn giới nh : Mỏ Escondidec sản lợng khai thác năm 1,215 triệu Mỏ Elteniente sản lợng 438000 tấn/năm Mỏ Chuquicamata sản lợng 760000 tấn/năm Mỏ Collahuasi sản lợng 495000 tấn/năm Tổng sản lợng khái thác nớc 5,6 triệu tấn/năm (2005).Chile có kế hoạch đầu t 15,22 tỷ $ vào ngành sản xuất đồng đẻ nâng sản lợng nên 6,34 triệu năm 2010 Ngoài Chile nớc khác sở hữu nhũng mỏ đồng lớn giới nh : Indonexia với mỏ Crusberg-papua lớn thứ giới công ty FreeportMcmoran Copper&Gold cđa Mü chiu tr¸ch nhiƯm khai th¸c sản lợng 600000tấn/năm.(2005-2006) Mỏ Teke Fubgurume Conggo thuộc công ty Phelps Đoge kiểm soát.Mỏ Gobi Monggolia thuộc công ty Ivanhoe Mines kiĨm so¸t Page Má La Caridad bác Mehico Mỏ Kansanshi Dambia Ngoài Trung Quốc có ngành công nghiệp đồng phát triển với sản lợng khai thác là:650000 tấn/năm Tại Ân Độ xuất 500000 tấn/năm Sản lợng đồng giới ngày tăng với ảnh hởng lớn từ Chile.Và năm 2010 dự đoán lợng tiêu thụ đồng giới khoảng 21,2 triệu tấn/năm Hiện có công nghệ đợc dùng phổ biến hỏa luyện thủy luyện,ngoài cung có công nghệ khác nh ngâm triết đồng I.2 Tình hình sản xuất đồng Việt Nam Hiện lợng đồng tiêu thụ nớc nhập bên Nhu cầu sử dụng đồng nớc ngày cao làm cho nhà máy luyện đồng Tăng Loong Việt Nam đa đời Lào Cai (mỏ Xin Quyền)thuộc tổng công ty khoáng sản Việt Nam.Hiện công ty dà vào hoạt động từ quý năm 2008 dà cho lò mẻ đồng hỏa luyện có trọng lợng 20 Cu.Nhà máy vào hoạt động với công suất 10000 Cu thụ đợc 341 Kg Au 99,99%,146 kg Ag 99,95%,40000 axit sunfuric Mỏ Xin Quyền đợc công ty Vincomin làm chủ nhóm khai thác khai thác 1,1 đến 1,2 triệu quặng Cu/năm Sản xuát khoảng 42000 quặng nguyên chất 25% Cu,110000 quặng Fe,20000 quặng sunfua Hiện nhà máy sử công nghệ trung quốc để sản xuất đồng dơng cực (đồng catot 99,5%)qua công đoạn là: Lấy tinh quặng đồng từ nhà máy tuyển nấu luyện lò thủy khấu sơn để sten 15% Cuồi tăng nấu luyện lò chuyển thành Cu 99%.Tinh luyện lò phản xajthanhf Cu 99,5%.ngoài bùn điện phân đợc nấu luyện đẻ thu Au Ngoài nhà máy quan tâm tới vấn đề bảo vệ môi trờng II Đặc thù công nghệ đợc phân công tìm hiểu Thuyết minh công nghệ sản xuất , phân tích u , nhợc điểm ; II.1 Nguyên liệu luyện đồng Nguyên liệu luyện đồng gồm quặng đồng, phế liệu công nghiệp chứa đồng phế phẩm sinh hoạt Page Đồng đợc luyện từ phế phẩm chiếm khoảng 30% so với tổng sản lợng đồng đợc sản xuất hang năm Quặng đồng chứa hàm lợng đồng ít,quặng chia làm loại: + Quặng sunfua đồng sắt + Quặng oxit đồng Các tinh quặng đồng sau tuyển nỉi chøa tø 8-35% Cu tun nỉi chän läc thu đợc tinh quặng đồng tinh quặng chì,kẽm,niken II.2 Phơng pháp luyện đồng Có phơng pháp lun ®ång : + Háa lun + Thđy lun Háa luyện dung để xử lý quặng sunfua đồng Thủy luyện áp dụng cho quặng oxit đồng tự nhiên Tuy nhiên hỏa luyện thi thu hồi đợc đồng kim loai quý thủy luyện thi không.vì hỏa luyen đợc dùng nhiều Thống kê hàng năm 90% đồng sản xuất hỏa luyện,10%sản xuất thủy luyện II.3 Sau mô hình trình sản xuất: Sản phẩm đầu vào Quặng ,tinh quặng phế liệu đồng Công nghệ sản xuất Sản phẩm đầu : đồng kim loai quý Page II.4 Sơ đồ hỏa luyện đồng Tr dung đdung Bi Tinh qung ng Thiêu kt Khí lò Khí lò Sten Thổi luyện Trợ dung Thu bụi Bụi Luyện sten đồng Xỉ SX H2SO4 Xỉ KhÝ lß Thu bụi Đồng thô sten : hn hp sunfua à nói phần luyện Hỏa tinh luyện Xỉ Đồng th« Điện phân Muối catot Bïn an«t Xử lý thu hi Ag, Au, Cu, kim loi quý khác II.4.1 Thiêu kết tinh quặng đồng : Trong tinh quặng đồng chứa lợng S lớn, đồng có hàm lợng không cao Quá trình luyện tiến hành đồng thời lò phản xạ lò điện hiệu suất khử S thấp Sten thu đợc hàm lợng Cu không cao, trình luyện Sten sau tốn Do phải tiến hành thiêu đốt để cháy bớt lu huỳnh, biến phần sắt sunfua thành sắt oxit dạng xỉ, khử bớt tạp chất có hại cho trình luyện kim loại đồng thời có tác dụng trộng phối liệu trớc luyện Quá trình luyện thiêu kết trình oxy hóa đốt cháy sulfua biến Page chúng thành oxit Các phản ứng trình thiêu hỏa tinh luyện đồng nh sau: Khi nhiệt ®é cao 2CuFeS2 = Cu2S + 2FeS + 1/2S2 FeAsS = FeS + As FeS2 = FeS + 1/2 S2 2FeS +7/2O2 = Fe2O3 + 2SO2 + Q Cu2S + 2O2 = 2CuO + SO2 S + O2 = SO2 Ngoài có phản ứng FeS với Cu2S FeS + Cu2O = FeO + Cu2S Khi nhiƯt ®é thÊp xảy phản ứng tạo đồng sắt sulfat CuS + 2O2 = CuSO4 FeS + O2 = FeSO4 Ngoµi ra, mét sè oxit cã tÝnh axit sÏ tác dụng với oxit mang tính Bazơ tạo thành sản phẩm phức nh 2CaO.SiO2; FeO.SiO2; MeO.Fe2O3 Các phản ứng phản ứng tỏa nhiệt nên trình tự nhiệt Quá trình thiêu thờng tiến hành 850oC, trờng hợp thiêu kết phải tiến hành nhiệt độ chảy nhÃo nguyên liệu khoảng 1050-1100oC II.4.2 Qúa trình sten đồng Sten đồng sản phẩm trung gian hỏa luyện tinh quặng đồng Là sản phẩm sunfua kim loại 80-90%la Cu2S, FeS2 Trong trình luyện đồng từ tinh quặng sulfua ngời ta phải tiến hành thông qua sản phẩm trung gian Sten đồng luyện thành đồng thô lý sau: Page - Sten đồng chất tập hợp tốt đồng, hầu hết đồng vào Sten dới dạng Cu2S, theo xỉ với lợng hạn chế - Sten đồng có khả hòa tan tốt kim loại quý nh Au, Ag, Pt hầu hết kim loại quí tan vào sten, dới 1% vào xỉ theo đờng học - Nếu luyện thẳng đồng thô phải thiêu hết lu huỳnh quặng để chuyển thành oxit, tốn nhiên liệu lợng đồng mát vào xỉ lớn kéo theo mát kim loại quý vào xỉ không thu hồi đợc lớn Trong trình luyện xảy biến đổi hóa lý nh sau: FeS + Cu2S = FeS.Cu2S (sten) FeS + 6Fe2O3 + SiO2 = 7(2FeO.SiO2) + 2SO2 6(MeO.Fe2O3) + 2FeS + 7SiO2 = 6MeO + 7(2Fe2O3.SiO2) + 2SO2 Các oxit tạp nh CaO tác dụng với SiO2 FeO tạo thành xỉ dễ chảy, chảy dồ xuống phía dới Ngoài xảy phản ứng hoàn nguyên đồng thành đồng kim loại 2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2 Nhng có FeS đồng tác dụng để tạo thành Cu2S vào sten sắt sắt bị oxi không khí SO2 SO3 oxi hóa thành FeO vào xỉ II.4.3 Luyện sten đồng thô Quá trình đợc thực lò thổi gió, sử dụng oxi không khí oxi để thực phản ứng Quá trình chia thành giai đoạn chính: Giai đoạn 1: Oxi hóa tạo xỉ Sử dụng không khí có áp suất cao thổi vào khối sten lỏng vào phản ứng oxy hóa sulfua xảy mÃnh liệt 3-4 lần 2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2 + 185500 cal Nhng sau đó, lực đồng với lu huỳnh lớn sắt với lu huỳnh nên xảy ph¶n øng: Page Cu2O + FeS = Cu2S + FeO 2FeO + SiO2 = 2FeO.SiO2 + 8100 cal Do giai đoạn có phản ứng oxy hóa tạo xỉ sulfua sắt theo phản ứng tổng quát: Vì giai đoạn phải không ngừng cung cấp bột thạch anh để tạo xỉ Kết thúc giai đoạn 1, nghiêng 2FeS + O2 + SiO2 = 2FeO.SiO2 + 2SiO2 + 233400cal lò tháo xỉ ngoài, nạp tiếp liệu (sten), SiO2 thực trình thổi luyện Mỗi mẻ luyện nạp sten 2FeS + 3O2 = 2FeO + 2SO2 + 225300 cal Giai đoạn 2: Oxy hóa hoàn nguyên Kết thúc giai đoạn 1, tiến hành thổi gió giai đoạn Phản ứng giai đoạn chủ yếu phản ứng oxy hóa sulfua đồng: khí lò có lợng nhỏ oxit kẽm, oxit chì khoảng 1% đồng nguyên liệu Và phản ứng hoàn nguyên Cu2O vµ Cu2S: 2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2 – 30000 cal Giai đoạn kết thúc lò không khói trắng (SO2) Sản phẩm trình đồng thô, xỉ khí lò Hiệu suất thu hồi đồng đạt đến 98% tùy hàm lợng đồng Sten Đồng thô thu đợc có thành phần đồng khoảng 97-99%, Sb antimoan); As; Ni; Bi; Au, Ag Khí lò có thành phần chủ yếu SO2, áp dụng biện pháp chống hở hàm lợng SO2 đạt từ 6-10% (Nồng độ SO2>3% sử dụng làm nguyên liệu điều chÕ axit sulfuric) Ngoµi Page 2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + SO2 + 186000 cal II.4.4 Tinh luyÖn ®ång ®ång s¹ch Cu2O + CH4 = CO2 + 2H2O + 8[Cu] Giai đoạn hoàn nguyên tiến hành đến đồng lỏng khoảng 0,30,5% Cu2O Sau trình hỏa tinh luyện, hầu hết kim loại quý nằm nguyên đồng Đồng đợc đúc thành anốt để tinh luyện điện phân đúc thành thỏi để sử dụng trờng hợp không cần Trong đồng thô luyện từ Sten chứa nhiều chất tạp lợng đáng kể kim loại quí Do cần tiến hành trình tinh luyện để khử chất tạp thu đồng 99,9599,99% Quá trình tinh luyện đồng đợc diễn theo bớc: Hỏa tinh luyện điện phân Bớc 1: Hoả tinh luyện Đây phơng pháp oxy hóa, dựa vào sở lực hóa học kim loại tạp với oxy lớn đồng, oxit kim loại tạp tạo thành lại không tan vào đồng kim loại nên tách khỏi đồng thô dới dạng xỉ Sử dụng oxi không khí để oxi hóa phần đồng thành oxit Cu2O, Cu2O tan vào đồng lỏng oxi hóa chất tạp đồng lỏng theo ph¶n øng: [Me] + [Cu2O] = (MeO) + 2[Cu] Thø tự oxi hóa từ mạnh đến yếu kim lo¹i nh sau: Al, Si, Mn, Zn, Fe, Ni, As, Sb, Pb, Bi Để tăng cờng trình oxy hóa, ngêi ta thêng dïng èng thÐp s h¬i níc hay cắm gỗ, tre tơi vào đồng lỏng Sự bay hơi nớc chất bốc gỗ, tre Page 10 tơi có tác dụng khuấy trộn, oxy hóa đuổi khí CO2, N2 nh oxit tạp thoát khỏi khối đồng lỏng Sau tinh luyện oxi hóa, hàm đợc oxit đồng đạt đến giá trị bÃo hòa (10-12% Cu2O) Để khử lợng oxit này, tiến hành giai đoạn hoàn nguyên cách cắm gỗ khô sục khí thiên nhiên (CH4) rải than bột lên mặt đồng lỏng Bớc 2: tinh luyện điện phân Nguyên lý dựa vào khác điện cực kim loại, dới tác dụng dòng điện, đồng anôt tan vào dung dịch sau tiết katôt, chất tạp nằm lại bùn anôt dung dịch điện phân Thờng sử dụng dung dịch điện phân H2SO4 với lợng 150-200g/l Có thể chia tạp chất đồng thành loại - Loại điện cực dơng đồng (Sb, Ag, Au) không phóng điện tan vào dung dịch nằm lại anot tạo thành bùn anôt tách khỏi đồng điện phân - Các kim loại điện cực âm so với đồng phóng điện anôt đồng tan vào dung dịch Do điện cực âm đồng nên đến catot làm đồng (sau điện phân) chúng không tiết mà nằm lại dung dịch điện phân (để hạn chế tối đa kim loại không bám vào katôt cần phải khống chế nồng độ chúng đủ nhỏ) - Các kim loại điện cực gần đồng (Bi, As) tan phần vào dung dịch tiếp catốt Muốn tách chúng cần định kỳ thay dung dịch điện phân dung dịch II.4.5 Ưu nhợc điểm công nghệ *Ưu điểm: Đây công nghệ luyện đông t quặng sunfua phơng pháp hỏa luyện mặt thu hồi đợc đồng mà thu hồi đơc kim loại quý khác.Bên cạnh thu hồi đợc lơng lu huỳnh lớn để phục vụ việc sản xuất axit sunfua ric Quy trình quay vòng làm cho việc sản xuất đồng liên tục *Nhợc điểm: Page 11 Trớc luyện đồng thô,phải thiêu hoàn toàn để đốt cháy lợng lu huỳnh làm tăng thời gian phí tổn trình thiêu đốt Mất mát đồng vào xỉ lớn Do môi trờng hoàn nguyên mạnh nên kim loại Ag,Sb,Fecũng đợc hoàn nguyên hòa tan vào Cu thô, làm cho việc tinh luyện xảy khó III Đặc điểm sử dụng nguyên nhiên vật liệu,nớc lợng công nghệ luyện đồng III.1 Nguyên nhiên vật liệu Nguyên liệu dùng cho trình luyện đồng đồng phế quặng đồng.Việc lựa chọn nguyên liệu tuỳ theo điều kiện kinh tế,công nghệ Đồng phế Nguyên nhiên vật liệu Sản phẩm đồng Quá trình luyện đồng Quặng đồng Đồng luyện từ phế liệu chiếm khoảng 30% so với đồng luyện từ quặng Hiện ngời ta đà tìm thấy khoảng 240 khoáng vật ( quặng chứa đồng ) nhng có 10 loại số có ý nghĩa ngành công nghiệp luyện kim Quặng đợc chia làm hai loại , quặng sunfua khoáng sản sunfua tạo thành , quặng oxit khoáng oxit ,silicat cacbonat tạo thành Quặng đồng nghèo chứa đồng thấp 1% , quặng đồng trung bình chứa 1-3 % đồng , cao 3% gọi quặng giàu Đa phần khai thác quặng nghèo chứa 0,35% đồng , quặng đồng thờng cộng sinh với nhiều kim loại khác nh Ni , Co , Pb , Zn , Fe nên thành phần phức tạp Đa phần quặng đồng dạng sunfua Dới số quặng phổ biến đợc sử dụng công nghệ luyện đồng Quặng sunfua Thành phần % Công thức cấu t¹o Cu Fe S Sb As Page 12 Bornite Cu5 FeS4 63,5 11,1 25.4 Chalcopyrite CuFeS2 34,8 30,4 34,8 Tennanite (Cu,Fe)12 As4 S13 35,6 31,2 19,3 Tetrahedrite Cu12 Sb4 S13 45,9 Chalcocite Cu2 S 40 Quặng oxit Công thức cấu tạo 13,9 24,9 29,2 60 Thành phần % Cu Cuprite Cu2 O 88,9 Malachite CuCO3 Cu(OH)2 28,8 Fe S Sb As III.1.1 Qng sunfua III.1.1.1 Qng chalcopyrite Trong qng sunfua quặng chalcopyrite phân bố rộng Chalcopyrite có màu đồng thau , có ánh kim , có độ cứng lớn Chalcopyrite,khoáng vật đồng,thuộc lớp sunfua CuFeS2 tạp chất Xesi,telu ,kẽm,vàng,bạc,vvv,hệ tứ phơng Màu vàng thau,ánh kim mạch Tập hợp hạt, khối,đặc sit,hạt xâm nhiễm,mạch,dạng cần,dạng then ,vvvĐộ cứng 3-4,khối lợng riêng 4,1-4,39 g/cm3 Thờng gặp mỏ nguồn gốc macma dung li ,scacnơ,nhiệt hạch,trầm tích.Phổ biến mỏ quặng đồng sinh (Lào Cai),mỏ đồngniken Bản Xang (Sơn La ) III.1.1.2 Quặng bornite Bornite,khoáng vËt cđa ®ång thc líp Cu5 Fe S4 HƯ lập phơng ,đa hình ,tập hợp hạt ,khối đặc sịt Màu sẫm ,đỏ màu đồng với tia màu sặc sỡ mặt ánh bán kim Độ Page 13 cứng 3,0 ; khối lợng riêng 4,9 5,3 g/cm3 Thờng gặp mỏ quặng đồng đối làm giàu thứ nguyên chalcopyrite biến thành , mỏ cát kết ngậm đồng mỏ nhiệt điện Thờng gặp mỏ đồng biển đồng ( Bắc Giang ) mỏ quặng đồng điểm quặng đồng Lai Châu , Sơn La , Hà Tây , Hoà Bình III.1.1.3 Quặng chalcocite Khoáng vật màu đen màu chì xám tối, Cu2S , ánh kim tinh thể hệ thoi dạng khối nguồn quặng Cu quan trọng III.1.1.4 Quặng tennantite, Tennantite nhóm khoáng chất đợc gọi fahlerz fahlores Nhóm có nghĩa tái quặng Nó có màu xám đen ,thép màu xám, sắt màu xám hay xám đen III.1.1.5 Tetrahedrite Tetrahedrite nhóm khoáng chất đợc gọi fahlerz fahlores Nhóm có nghĩa tái quặng .Có màu xám bạc , Tetrahedrite Tennantite hai quặng có cấu trúc pha lê,nhng khác tỷ lệ % cđa Page 14 arsenic vµ atimon atimon giµu tetrahedrite arsenic giàu tennantite III.1.2 Quặng oxit III.1.2.1 Quặng cuprite Cuprite quặng đồng đỏ , khoáng vật đồng , phụ thuộc vào lớp oxit đơn giản Cu2O.Hệ lập phơng Tập hợp hạt nhỏ đặc sít , dạng đất Màu đỏ đến xám chì , ánh kim cơng nửa kim loại bề mặt vết vỡ Độ cứng 3,5 , khối lợng riêng 5,85 6,15 g/cm3 III.1.2.2 Quặng malachite Malachite cacbonat khoáng sản thờng đợc biết đến nh đồng cacbonat với công thức CuCO3 Cu(OH)2 Hệ đơn nghiêng ,tạp chất : CuO , Fe2O3 , SiO2 , … vv , gỈp tập hợp dạng nhũ đá thận , sợi phóng tia , dạng đất Màu xanh lục , ánh thủ tinh §é cøng 3,5 – , khèi lợng riêng 3,9 4,1 g/cm3 gặp đới oxi hoá mỏ quặng đồng ( Cu ) Cộng sinh víi azumit , cuprit , limonit lo¹i d¹ng nhị đá , dạng thận dùng đá mỹ nghệ , loại dạng đất dùng làm bột màu Gặp mỏ đồng Biển Đông , Bắc Giang III.2 Nớc lợng công nghệ luyện đồng Trong công nghiệp luyện đồng , nớc (nớc nhà máy) đợc dùng chủ yếu cho trình rửa quặng nguyên liệu đầu vào Lợng nớc thải từ nhà máy luyện đồng lớn,vì để tận dụng nguồn nớc ta tái chế sử dụng cho trình sản xuất khác Năng lợng công nghệ luyện đồng lợng điện than cốc Than cốc đợc sử dụng để nung chảy quặng Page 15 Than cốc sản phẩm tạo thành từ than đá , loại than chứa lu huỳnh tro nhờ quy trình luyện than đá thành than cốc điều kiện yếm khí 10000 C Các thành phần dễ bay nh nớc,khí than tro than đà bị loại bỏ gần nh hoàn toàn Cacbon phần tro lại bị hoà tan lẫn vào Một phần cacbon bị chuyển sang dạng giống nh than chì ( hay graphít) Thuộc tính vật lý than cốc Than cốc sản phẩm cứng xốp có màu xám , thu đợc nhờ trình luyện cốc than mỡ ( loại than tạo ta chất kết dính kho đợc nung ë m«i trêng yÕm khÝ ) TÝnh theo hàm lợng than cốc chứa khoảng 96-98% C, phần lại H,S,N,O Độ xốp đạt 49-53% , tỷ trọng riêng khoảng 1,80-1,95 g/cm3 ,tỷ trọng biểu kiến khoảng g/cm3 ,còn tỷ trọng dạng rời khoảng 400-500g/cm3 độ tro 9-12%, tỷ lệ chất dễ bay khoảng 1% Độ ẩm tơng đối khoảng 2-4% không lớn 0,5% khối lợng Giới hạn bền bị nôn 15-25 MPa, bị cắt ( đặc trng cho tính bền vững cắt ) 6-12 MPa, suất tủa nhiệt 29-30 MJ/kg Thuộc tính hoá học than cốc Trên 9000C, than cc dễ dµng phục hồi khÝ cacbonic (СО2) theo phản ứng sau: С + СО2 = 2СО Ở nhiệt độ khoảng 10000C, tốc độ phản ứng (khả phản ứng tiªu chuẩn than cốc) tÝnh trªn g than cc 0,1-0,2 ml giây, nng lng tỏa lµ 140-200 kJ/mol Tốc độ phản ứng với О2 (tức phản ứng ch¶y than cốc) theo phương trình: + = Là cao hn mt cách k so vi phn ng 2, mc khong 5000C gn 0,1 ml giây, nng sut ta nhit khong 100-140 kJ/mol Các thuộc tÝnh hãa lý than cốc x¸c định cấu tróc nã, cấu tróc nã gần với cấu tróc lớp lục gi¸c graphÝt Cấu tróc than cốc đặc trưng s sp xp không hoàn ho: phn riêng r (các lp) c liên kt bi lc Van de Waals chiếm giữ số vị trÝ cã khả nng (ví d, xp chng lẫn nhau) Bên cnh nguyên t cacbon li không gian ca than cc (c bit phn ngoi biên ca nó) có th phân b nguyên t d thng nh lu huỳnh, nitơ, oxy Page 16 Cấu tróc vµ tÝnh chất than cốc phụ thuộc vµo thµnh phần mẻ than đá nhiệt độ vµ tốc độ đốt núng m than Vi s tng lên ca hàm lng khí than thành phn khác, c đặc trưng mức độ biến đổi thấp th× nhiệt độ cốc hãa bị giảm xuống vµ giảm ca thành phn ó nhit này, kh nng phn ng kh nng chảy ca than cc nhn c cui tng lên tng hàm lng ca khí than m than bn to cc trung bình ca than cốc giảm xuống, độ xốp tăng lên Sự tăng cao nhiệt độ cốc hãa cã khả tăng độ xốp than cốc Khi tăng thời gian cc hóa gim tc t nóng xốp than cốc tăng lªn IV VÊn đề môi trờng công nghệ sản xuất bao gồm : dòng thải , quy mô dòng thải , ớc tính chất thải quan trọng & sơ tóm tắt phơng án giải « nhiƠm theo híng : qu¶n lý , gi¶m thiĨu xử lý IV.1 Vấn đề chất thải rắn Đa phần quặng đồng đợc sử dụng thờng có hàm lợng đồng thấp (chứa khoảng 0,35% đồng) nên luyện trực tiếp trớc luyện phải tiến hành qua công đoạn tuyển khoáng nhằm nâng hàm lợng đồng lên 10-30%(Chất thải từ trình gọi quặng đuôi).Phơng pháp tuyển phong pháp tuyển quăng đồng phổ biến nay.Vấn đề đặt loại thuốc dùng trình tuyển hợp chất hữu chứa lu huỳnh,phốt pho,nitơ,asen(có thể gây ung th).Một số loại thuốc tuyển thờng dùng: Xantat: R-O-C(=S)-SH Tiocar bamat: RO-N(=R)-C(=S)-SH Đitiôphophat: (RO-)2P(=S)-SH Hợp chất hữu chứa Asen Biện pháp xử lí thông dụng đất đá phế thải trình tuyển quặng chôn lấp, cần diện tích lớn hàng trăm hécta để chứa chúng,bên cạnh không đợc xử lí cẩn thẩn thuốc tuyển ngấm vào đất Để luyện đồng từ tinh quặng sulfua ngời ta phải tiến hành thông qua sản phẩm trung gian sten đồng luyện đồng thô,trong trình lợng Page 17 đồng mà số kim loại quí nh Au,Ag,Pt (khoảng 1% dới dạng xỉ lò theo đờng học).Xỉ thải không đơc tận thu kim loại thờng đợc mang chôn lấp có số nơi đợc dùng để đóng gạch,lát đờng Trong trình luyện Sten đồng thô,chất thải rắn chủ yếu xỉ trình ôxi hoá tạo xỉ sulfua sắt có sten đồng(xỉ có chứa FeO.SiO2) xỉ giai đoạn ôxi hoá hoàn nguyên đồng(xỉ gồm lợng nhỏ oxit kẽm,oxit chì khoảng 1% đồng nguyên liệu).Thờng loại xỉ đợc chôn lấp Trong đồng thô luyện từ Sten nhiều tạp chất lợng đáng kể kim loại quí ,do để khứ tạp chất thu đồng 99,95-99,99% cần tiến hành trình tinh luyện đồng gồm hai bớc: hoả tinh luyện điện phân.Giai đoạn hoả tinh luyện phát sinh lợng xỉ(các oxit kim loại tạp không tan vào Cu).Một phần xỉ giai đoạn đợc tái sử dụng để luyện Sten đồng,phần lại đợc đem chôn lấp.Trong trình điện phân,chất thải rắn chủ yếu bùn anôt(trong bùn có chứa nhiều kim loại quí nh Au,Ag không đợc tận thu gây lÃng phí lớn,tuy nhiên công nghệ nhà máy Việt Nam thấp nên phần lớn bùn đợc đem chôn lấp) Một số loại chất thảỉ rắn khác nh máy móc thiết bị hỏng,dụng cụ bảo hộ lao động công nhân,hay rác thải sinh hoạt công nhân không chất thải đặc thù nên biện pháp xử lí phân loại xử lí IV.2 Vấn đề nớc thải Nứơc thải công nghƯ lun ®ång cã tõ nhiỊu ngn víi tÝnh chÊt khác Trong khâu tuyển quặng,nớc thải chủ yếu nớc rửa chứa tạp chất vô có hàm lợng chất rắn lơ lửng cao.Trong hoả luyện nớc tham gia trình làm nguội khí lò nung ( nớc thải loại chứa thành phần tạp chất quặng,đồng kim loại) Một nguồn nớc thải khác nớc rửa sản phẩm,lắng gặn lọc sản phẩm,dung dịch thải thờng mang tính axít có chứa thành phần kim loại cần lun cịng nh Page 18 mét sè chÊt hoµ tan hoà tan quặng nh As,Fe thông thờng loại nớc thải đợc thu gom vào hồ chứa,lắng xử lí vi sinh Khi điện phân,dung dịch thải chất điện phân đợc tháo liên tục để giữ cho tạp chất dung dịch dới hạn cho phép.Dung dịch chứa sunphat đồng,axít sunphuaric,tạp chất Ni,As.Bớc đầu việc xử lí dung dịch thu lại Cu cách điện phân với cực dơng không tan.Tuy trình thờng có khả tạo asin dung dịch có As AsO-+3H2=AsH3+3OHDo dung dịch đợc chiết li dung môi hũ trớc điện phân Với mục đích khử bớt tạp chất dung dịch thu hồi kim loại có ích từ dung dịch có hàm lợng thấp ngời ta dùng trình xi măng hoá.Các phản ứng xi măng hoá: Fe + Cu+=Cu+Fe2+ Fe + 2H+=Fe2++H2 thêng kÌm theo gi¶i phóng lợng nhỏ PH3,AsH3,bởi mặt sắt thờng chứa lợng nhỏ P,As dạng photphua asennua Fe3P2 + 6H+=2PH3+3Fe2+ Fe3As2 + 6H+=2AsH3+3Fe2+ Hiện đồng đợc sản xuất mà không cần dùng mặt sắt cách chiết ly Cu dung môi hữu Một số nguồn nớc thải khác nh :nớc làm mát thiết bị(loại nớc đợc quy ớc sạch,tuy không bẩn nhng sư dơng ë nhiƯt ®é cao nã kÐo theo gØ sắt thiết bị truyền nhiệt có cố làm cho nớc bị nhiễm bẩn,nớc thải loại làm cho nguồn nớc tăng nhiệt độ nguồn nứơc, mặt khác nghèo oxi hoà tan nên làm chết loại sinh vật),nớc thải sinh hoạt công nhân.Lợng nớc thải trung bình nhà máy 9-14m3/ha/ngày.Các loại nớc thải thờng đợc gom vào hồ chứa xử lí lắng,vi sinh trớc thải môi trờng Page 19 IV.3 Vấn đề khí thải khói bụi Trong nhà máy luyện đồng khói bụi,khí thải thờng phát sinh khâu tuyển quặng hoả luyện quặng đồng Trong trình nghiền quặng bụi phát sinh tránh khỏi Để khắc phục bụi biện pháp thờng đợc áp dụng phun nớc(biện pháp dựa tợng hấp thụ bám dính hạt bụi bề mặt giọt nớc),cùng với trồng hàng rào xanh ngăn cách khu vực nghiền quặng với khu vục khác Khi thu hồi Cu từ quặng sunfua , SO2 đợc tạo với số lợng lớn (SO2 khí độc gây tác hại tới hệ thần kinh.tiêu hoá),khoảng 30% khí đợc sử dụng để sản xuất H2SO4 lại đợc thải môi trờng ( SO2 đợc thải nồng độ khí thải 1-2%, thấp để dùng trực tiếp sản xuất axít).Hàng trăm SO2 từ nguồn đợc thải môi trờng năm.Có nhiều hớng để xử lí SO2 nh tạo khí xả giàu SO2 thích hợp cho việc sản xuất H2SO4 sản sinh lu huỳnh nguyên tố(cách xem lí tởng lu huỳnh dễ lu kho vận chuyển chuyển thành SO2 hay H2SO4 cần thiết.Về phơng diện có phơng pháp thuỷ luyện có triển vọng đờng dẫn đến lu huỳnh nguyên tố cách trực tiếp,tuy phơng pháp thuỷ luyện thờng tốn nên đợc áp dụng).Sau số biện pháp cụ thể: Cải tiến công nghệ sản xuất H2SO4 để sử dụng khí lò luyện chứa 1% SO2 thay khí lò thông thờng chứa 10% SO2.Thu gom có hiệu khí toả chuyển hoá Sten trắng sử dụng lò điện thay cho lò phản xạ Loại bỏ không gây ô nhiễm môi trờng:điều nẳ thùc hiƯn b»ng c¸ch hÊp thơ bëi mét chÊt rắn nh CaO CaCo3 để tạo CaSO4 SO2 + 1/2 O2 + CaO =CaSO4 SO2 + 1/2 O2 + CaCO3 = CaSO4 + CO2 Khó khăn đề xuất phải xử lí lợng chất rắn lớn(thông thờng phải dùng vôi,phải xử lí CaSO4 cần loại bỏ lu huỳnh.) Page 20 Có nhiều cách khác để sử dụng SO2: Chuyển SO2 thành H2SO4 loÃng cách oxi ho¸ cã xóc t¸c pha níc ( SO2+1/2O2+H2O = H2SO4,axít đợc làm H2SO4 10-15% làm đậm dặc tới 70% hệ thống tuần hoàn, đốt chìm) Hấp thụ chọn lọc hydrôxit amon đa thị trờng bán dới dạng phân bón (SO2+1/2O2+2NH4OH=(NH4)2SO4+H2O ; phơng án dựa việc chuyển SO2thành SO3 sau phun NH3vào dòng khí để tạo tinh thể nhỏ mịn sunphat amôn đợc tách túi vải) Tạo S nguyên tố: hấp thụ chọn lọc SO2bởi H2O ( độ hoà tan SO2 nớc 228g/l 00C;5,8g/l 900C.Để hấp phụ SO2cần nớc).Sau cho tơng tác với chất lỏng,qua nhiều bớc xử lí để tạo H2S-chất dễ chuyển đổi thành lu huỳnh nguyên tố( trình sử dụng NaAlO2 rắn dung dịch nớc xitrat natri,hỗn hợp nóng chảy Na2CO3-LiCO3-K2CO3.Trong hệ khí lò chứa lợng nhỏ SO2,lợng d O2lớn,kết hợp lại tạo thành sunphua kiềm,sau phản ứng với H2để tái sinh chất phản ứng tạo H2S).Cuối để tạo lu huỳnh nguyên tố ngời ta tiến hành hoàn nguyên C khí tự nhiên 1200c: SO2+C=S+CO2 2SO2+CH4=2S+CO2+2H2O Ngoài khí SO2và bụi trình tuyển quặng,trong nhà máy luyện đồng có bụi khác hạt mịn vật liệu xử lí lò bị kéo theo ngoài,một phần số chúng đợc thu lại lí do: Thu hồi hàm lợng kim loại có giá trị,phòng ngừa ô nhiễm môi trờng Phơng pháp khử bụi chủ yếu phụ thuộc kích thớc hạt, nhiệt độ độ ẩm khí Thiết bị sử dụng sử dụng trình xử lí đợc phân thiết bị thu bụi khô hoăc ớt ( Các thiết bị thu bụi khô gồm cã bng thu bơi träng lùc cã tÊm ch¾n , xiclon , thu bụi túi vải Trong thiết bị thu bụi ớt hạt bụi va chạm với nớc đợc thu dạng bùn , phải lọc,sấy bÃlọc,tuần hoàn nớc.Thiết bị dùng Page 21 trongphơng pháp ớt tháp rửa,thờng gồm từ đến thiết bị nối với nhau.Phơng pháp thu bụi ớt đợc a chuộng) IV.4 Vấn đề vi khí hậu Các chất thải từ giai đoạn công nghệ luyện đồng không ảnh hởng đến sức khoẻ công nhân làm việc nhà máy mà ảnh hởng đến vùng lân cận Hiện để giảm nồng độ chất độc hại đến giới hạn cho phép khí ngời ta thờng làm khuyếch tán chất vào khí (xây ống khói đa khí độc vào môi trờng) Biện pháp thờng tốn mà không giải triệt để vấn đề(nhà máy luyện đồng Copper Cliff Ontario Canada xây dựng năm 1972,với chiều cao ống khói 381m(vốn đầu t 25 triệu USD),mỗi ngày nhà máy thải môi trờng 2500 SO2,tuy phát đợc bất khí độc hại lớp không khí dới thấp xung quanh nhà máy nhng không dám đảm bảo khí không rơi xuống với nớc ma) Nớc thải từ nhà máy luyện đồng(thờng có nhiệt độ cao, nghèo oxi) nớc từ bÃi chôn lấp chất thải rắn(thờng chứa số kim loại thuốc tuyển quặng)nếu không đợc thu gom xử lí mà thải trực tiếp môi trờng gây ô nhiễm nguồn nớc Trong nhà máy luyện đồng thờng dùng khí ,hơi nớc,và vật liệu nóng chảy(muối nóng chảy,xỉ,sten,kim loại) và vật liệu thờng dễ gây cháy nổ nên cần đợc sử dụng phù hợp(để kim loại nóng chảy xỉ nóng chảy vào nuớc với mục đích làm nguội không làm ngợc lại gây nổ,Sten nóng chảy nguy hiểm tiếp xúc với nớc tạo H2S chất gây nổ) Một số vấn đề ô nhiễm khác nh :tiếng ồn nhà máy luyện đồng(trong trình tuyển quặng),dầu bảo dỡng thiết bị máy móc dùng nhà máy(do tính chất đặc biệt loại dầu bền điều kiện môi trờng nên cần có biện pháp thu gom ),hay xạ nhiệt(trong trình thiêu kết,hoả luyện) ảnh hởng trực tiếp tới sức khoẻ ngời công nhân Page 22 Bên cạnh đó,do đặc thù nhà máy luyện đồng,ngời công nhân phải làm việc môi trờng axít,ngời công nhân phải có thiết bị bảo hộ(nh quần áo,khẩu trang) Hiện nay,ở Việt Nam phần lớn nhà máy hay sở luyện đồng (các làng nghề thủ công)thờng nằm gần khu dân c(mà vùng đệm),trong công nghệ nhà máy thờng lac hậu nên gây vấn đề ô nhiễm nghiêm trọng nhà máy khu dân c liền kề.Do cần phải di dời nhà máy,làng nghề khu vực riêng Tài liệu tham khảo 1) Giáo trình trình sản xuất 2) Giáo trình công nghệ xử lí nớc thải Tác giả : Trần Văn Nhân 3) Vấn đề ô nhiễm công nghiệp mỏ luyện kim Tác giả : Fathi Habashi Dịch giả : Lê Xuân Khuông 4) Đại cơng luyện kim 5) Kỹ thuật hoá học đại cơng (TS Hoàng Thị Diệu Vân) 6) http:// www.copper.com 7) http://vi.wikipedia.org 8) http://en.wikipedia.org Page 23 Page 24 Page 25 ... thể gây ung th).Một số loại thuốc tuyển thờng dùng: Xantat: R-O-C(=S)-SH Tiocar bamat: RO-N(=R)-C(=S)-SH Đitiôphophat: (RO-)2P(=S)-SH Hợp chất hữu chứa Asen Biện pháp xử lí thông dụng đất đá... chứa khoảng 9 6-9 8% C, phần lại H,S,N,O Độ xốp đạt 4 9-5 3% , tỷ trọng riêng khoảng 1,8 0-1 ,95 g/cm3 ,tỷ trọng biểu kiến khoảng g/cm3 ,còn tỷ trọng dạng rời khoảng 40 0-5 00g/cm3 độ tro 9-1 2%, tỷ lệ... khoảng 1% Độ ẩm tơng đối khoảng 2-4 % không lớn 0,5% khối lợng Giới hạn bền bị nôn 1 5-2 5 MPa, bị cắt ( đặc trng cho tính bền vững cắt ) 6-1 2 MPa, suất tủa nhiệt 2 9-3 0 MJ/kg Thuộc tính hoá học than