Nghiên cứu công nghệ luyện sten đồng từ quặng sunfua đồng

MỤC LỤC Lời cam đoan……………………………………………………………………………………….i Tóm tắt luận văn………………………………………………………………………………… ii MỤC LỤC…………………………………………………………………………………………………….1 Danh mục hình…………………………………………………………………………………… …………2 Danh mục bảng……………………………………………………………………………………………….3 PHẦN I LỜI MỞ ĐẦU………………………………………………………………………………………3 I.1 Đồng đặc tính lý, hóa học đồng………………………………………………………………4 I.2 Các ứng dụng đồng………………………………………………………………………… .… I.3.Các dạng tồn đồng tự nhiên……………………………………………………………… PHÂN II TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU QUẶNG ĐỒNG SUNFUA……………………………… II.1 Giới thiệu sơ lược nguồn quặng đồng sunfua Việt Nam…………………………………………….8 II.2.Tình hình khai thác quặng đồng ngồi nước…………………………………………….………8 II.2.1.Tình hình khai thác quặng đồng ngồi nước……………………………………………………………………8 II.2.1.2 Quặng đồng phong hóa……………………………………………………………………………………… 10 II.2.2.Tình hình khai thác chế biến đồng Việt Nam………………………………………………………… 11 II.3 Tình hình nghiên cứu chế biến quặng đồng sunfua………………………………………………… 12 II.3.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước…………………………………………………………………… 12 II.3.2 Tình hình nghiên cứu nước…………………………………………………………………… 17 II.4 Mục tiêu nghiên cứu…………………………………………………………………………….……… 30 II.5.Đối tượng nghiên cứu ……………………………………………………………………………………30 PHẦN III CƠ SỞ LÝ THUYẾT………………………………………………………………………… 32 III.1 Xỉ trình nấu luyện đồng…………………………………………………………………… 32 III.1.1 Xỉ gì……………………………………………………………………………………………… 32 III.1.2 Tính chất yêu cầu xỉ luyện đồng………………………………………………………………32 II.1.3.Thành phần xỉ luyện đồng ảnh hưởng xỉ đến tính chất khác……………………………….36 III.1.4 Những nguyên nhân tổn thất đồng theo xỉ luyện Sten……………………………………………38 III.2 Chọn thành phần xỉ cho trình luyện Sten Đồng………………………………………………… 39 PHẦN IV NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………………………………………45 IV.1.Nguyên liệu thiết bị nấu luyện Sten đồng……………………………………………………….…….45 IV.1.1 Nguyên liệu……………………………………………………………………………………………… ………45 IV.1.2 Thiết bị…………………………………………………………………………………………………………….51 IV.2 Phương pháp nguyên cứu…………………………………………………………………………… 55 PHẦN V KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……………………………………………………………………57 V.1 Nấu luyện Sten đồng :……………………………………………………………………………… ….57 V.2 Tính tốn phối liệu……………………………………………………………………………………….58 V.3 Q trình nấu luyện: 59 V.3.3 Kết nấu luyện 62 PHẦN VI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 V.1 Kết Luận:…………………………………………… …………………………………………………67 V.2 Kiến nghị……………………………………………………………… ………………………………67 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………………………………….68 Danh mục hình Hình 1: Biểu đồ phân bố tỉ lệ tiêu thụ đồng giới Hình 2: Các khoáng vật đồng 12 Hình 3: Sơ đồ cơng nghệ luyện đồng sunfua giới .13 Hình 4: Sơ đồ cơng nghệ luyện đồng nhà khoa học Mỹ (1975) 18 Hình 5: Mẫu quặng chứa chalcopyrit lượng nhỏ azurit, malachit mỏ Sin Quyền 20 Hình 6:Sơ đồ cơng nghệ tuyển quặng sunfua đồng có hàm lượng pyrit cao 21 Hình Các thiết bị dây chuyền hỏa luyện nhà máy Luyện đồng Tằng loỏng.25 Hình 8: Vị trí mỏ quặng kim loại khu vực tỉnh Sơn La 27 Hình 9- Mẫu quặng chancopirite (sunfua) quặng đồng phong hóacủa mỏ đồng Sao Tua, Mộc Châu, Sơn La 28 Hình 10: Vị trí mỏ quặng đồng Sao Tua xã Tân Hợp, Mộc Châu, Sơn La 29 Hình 12: Sơ đồ công nghệ chế biến quặng đồng phong hóa nhà máy luyện kim đồng Sao Tua thuộc cơng ty cổ phần khống sản Tây Bắc 30 Hình 11: Nhà máy luyện kim đồng thuộc Công ty CPKS Tây Bắc mỏ Sao Tua 30 Hình 13 Giản đồ xỉ F.M.Lôxcutôp 38 Hình 14 - Độ sệt xỉ hệ CaO – Fe2O3 – SiO2 có  5% Al2O3 1300oC ( poa ) 44 Hình 15 - Giản đồ trạng thái hệ sulfua Fe – S nhiệt độ >400oC 44 Hình 16- Giản đồ trạng thái hệ sulfua Cu–S 46 Hình 17- Giản đồ trạng thái xỉ hệ CaO-FeOx-SiO2 47 Hình 18: Nhiễu xạ XRAY mẫu quặng đồng sunfua Sao Tua-Sơn La Chalcopyrite 9,12%, Pyrite 1,78%; Quarts 25%; calcite 5,95% 50 Hình 19: Nhiễu xạ XRAY mẫu quặng đồng sunfua Sao Tua-Sơn La sau tuyển Chalcopyrite 39,58%; Quarts 12,5%; calcite 6,25% 50 Hình 20 Tình trạng xâm thực gạch Manhêzit sản xuất 52 Hình 21: Chế tạo lị điện hồ quang cơng suất 150 KVA phịng Cơng nghệ kim loại.57 Hình 22 : lò hồ quang nấu luyện 61 Hình 23: liệu trình nấu luyện Sten đồng .66 Hình 24: Sten đồng + xỉ đồng 68 Hình 24: Xỉ hệ CaF2-CaO-FeOx-SiO2 nhiệt độ 1400oC 69 Danh mục bảng Bảng 1: Các khoáng vật quặng chứa đồng đặc tính cơ-lý chúng Bảng Yêu cầu chất lượng tinh quặng đồng theo tiêu chuẩn ngành Liên Xô cũ …………………………………………………………………………………… 10 Bảng Phân tích EDX thành phần quặng sunfua nguyên khai Mỏ Sao Tua 50 Bảng Kết phân tích EDX thành phần tinh quặng sunfua sau tuyển 50 Bảng Kết phân tích EDX thành phần số mẫu quặng trước sau tuyển sơ quặng đồng sunfua Sao Tua-Sơn La .49 Bảng Thành phần hóa học bột Graphite 53 Bảng7 Thành phần hóa học, lý tính bột Manhêzit 54 Bảng Thành phần hóa học vôi nung 54 Bảng 9.Thành phần hóa học Quăczit .56 Bảng 10.Thành phần hóa học huỳnh thạch 57 Bảng 11 Thành phần Sten sau nấu luyện lò hồ quang 150KVA sau bổ sung huỳnh thạch vào phối liệu nấu luyện 71 Bảng 12.Thành phần xỉ sau nấu luyện lò hồ quang 150KVA sau bổ sung huỳnh thạch vào phối liệu nấu luyện……………………………………………………………………………… 71 PHẦN I LỜI MỞ ĐẦU I.1 Đồng đặc tính lý, hóa học đồng Đồng (ký hiệu hóa học Cu) nguyên tố thuộc nhóm I B chu kỳ vị trí số 29 bảng hệ thống tuần hồn ngun tố hóa học Đồng kim loại chất thể rắn có màu vàng ánh đỏ, có độ dẫn điện (5,96x107 /Ω·m) độ dẫn nhiệt cao (401 W/m·K) Đồng tinh khiết mềm dễ uốn, độ cứng theo thang bảng Mohs từ 2,5 đến 3, tỷ trọng 8,93 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 1084,650C nhiệt độ sơi 25620C, có độ dẫn điện gấp 57 lần so với Thủy ngân (Hg) Do kim loại có hoạt tính bề mặt thấp nên đồng tồn tự nhiên dạng kim loại nguyên chất với hai trạng thái hóa trị Đồng kim loại có khả tái sinh Đồng kim loại tái chế có đặc tính cơ-hóa-lý tương tự đồng kim loại tinh luyện từ quặng Người ta ước tính sử dụng 80% lượng đồng khai thác chế biến giới I.2 Các ứng dụng đồng Đồng người sử dụng khoảng từ năm 8700 trước công nguyên (TCN) Tuy nhiên công nghiệp khai thác chế biến đồng giới phát triển mạnh mẽ từ đầu kỷ 20 Biểu đồ phân bố tỉ lệ tiêu thụ đồng giới thể hình 42% 12% Hình 1: Biểu đồ phân bố tỉ lệ tiêu thụ đồng giới Đồng nguyên liệu quan trọng công nghiệp Về khối lượng tiêu thụ, đồng xếp hàng thứ ba kim loại, sau thép nhơm Do tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, độ bền cao, vật liệu dễ dát mỏng, dễ uốn nên đồng hợp kim đồng sử dụng rộng rãi làm dây dẫn điện thiết bị điện công nghiệp dân dụng Ngoài ra, đồng hợp kim đồng sử dụng nhiều ngành chế tạo máy, xây dựng, sản xuất điện cực, Các hợp chất đồng đồng oxit, đồng sunfat, đồng oxyclorua sử dụng rộng rãi lĩnh vực nơng nghiệp, đóng tàu, bảo quản gỗ, Cụ thể sau: a) Trong lĩnh vực sản xuất ống dẫn: Đồng sử dụng rộng rãi để sản xuất ống dẫn phụ kiện bao gồm ống dẫn nước dẫn khí, lĩnh vực sản xuất tủ lạnh, điều hịa khơng khí, cấp khí cho hệ thiết bị thí nghiệm, phân tích đồng dễ dàng chế tạo, thay đổi hình dáng, dễ hàn, tính dẫn điện cao b) Trong lĩnh vực điện tử, điện máy, kiến trúc sản phẩm gia dụng: Do có tính dẫn điện cao (chỉ sau bạc) nên 65% sản lượng đồng giới sử dụng lĩnh vực điện tử, điện máy như: sản xuất dây dẫn điện động điện gồm máy phát điện; máy biến áp; rơ le điện, thiết bị chuyển mạch điện; dẫn sóng cho xạ vi sóng c) Trong lĩnh vực xây dựng: Với 25% sản lượng đồng sử dụng công nghiệp xây dựng đồng vật liệu bền có tính mỹ thuật cao d) Trong ngành giao thông vận tải: Tàu hỏa, tàu điện, ôtô xe tải tất sử dụng đồng với chức làm ống dẫn nhiên liệu, dẫn khí, dây dẫn điện, tản nhiệt Hợp kim đồng – niken sử dụng tàu thủy làm vỏ tàu, giảm ăn mòn, tiết kiệm nhiên liệu Lĩnh vực giao thông vận tải tiêu thụ khoảng 7% sản lượng đồng giới năm e) Ứng dụng nông nghiệp, y sinh: Đồng sulfat (CuSO4) sử dụng loại chất kiểm soát tảo hồ nước, ao; đồng thời sử dụng làm vườn dạng bột thuốc xịt để diệt nấm mốc f) Ứng dụng công nghiệp hóa chất, phụ gia Đồng sử dụng làm chất phụ gia sản xuất men gốm sứ chất tạo màu cho sản xuất thủy tinh Trong bình chữa cháy đồng sử dụng dạng bột để dập tắt đám cháy liti đám cháy kim loại Đồng thường sử dụng kỹ thuật mạ điện I.3.Các dạng tồn đồng tự nhiên Trong vỏ trái đất hàm lượng trung bình đồng 0,003% Đồng tồn dạng tự sinh khoáng vật khác dạng đồng hành với khoáng vật niken Những khoáng vật đồng là: cancosin (Cu2S) chứa 79.8%Cu, cuprit (Cu2O) chứa 88.8%Cu, covelin (CuS) chứa 66.5%Cu, cancopirit (CuFeS2) chứa 34.57%Cu malachit (CuCO3.Cu(OH)2) Theo đặc điểm khống vật phân loại khoáng vật chứa đồng thành nhóm Bảng Bảng 1: Các khống vật quặng chứa đồng đặc tính cơ-lý chúng Khống vật Công thức Cu (%) Độ cứng Tỷ trọng (Mohs) riêng (g/cm3) Chalcopyrit CuFeS2 34,5 3,5 4,1− 4,3 Chalcocit Cu2S 79,8 2,5− 5,5− 5,8 Covellit CuS 66,5 1,5− 4,6− 4,8 Bornit Cu5FeS4 63,3 3− 3,25 4,9− 5,3 Tetrahedrit (Cu,Fe)12Sb4S13 32-45 3,5− − Malachit Cu2CO3(OH)2 57,3 3,5− 3,6− Tennantit Cu12As4S13 51,75 3− 4,5 4,65 Azurit Cu3(CO3) 2(OH)2 55,1 3,5− 3,77− 3,89 Cuprit Cu2O 88,8 3,5− 6,1 37,9 2,5− 3,5 1,9− 2,4 58,45 3− 3,5 3,75-3,78 Chrysocolla Atacamite (Cu,Al)2H2Si2O5(OH)4.nH2 O Cu2Cl(OH)3 Ở nước ta quặng đồng nằm rải rác phân bố nhiều khu vực phía bắc, khu vực Tây Bắc mỏ Sin Quyền Lào Cai Ngồi cịn số mỏ nhỏ phân bố hầu khắp tỉnh Hịa Bình, Sơn La, Bắc Giang, Lai Châu, Phần lớn mỏ đồng đồng sunfua, mỏ đồng sunfua Việt Nam trữ lượng lại không lớn Để chế biến làm giàu quặng đồng có hiệu quả, việc nấu luyện sten Cu cần thiết thực PHÂN II TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU QUẶNG ĐỒNG SUNFUA II.1 Giới thiệu sơ lược nguồn quặng đồng sunfua Việt Nam Việt Nam có trữ lượng đồng vào loại khá: Các vùng mỏ quặng đồng Sin Quyền, Phan Si Pan, Sơng Đà, Tri Năng, Tam Kỳ, Tây Ninh Mỏ đồng Sin Quyền phát từ cuối thập kỷ 50 kỷ XX đến thăm dò đánh giá trữ lượng đồng kim loại kèm vàng, bạc, đất Mỏ đồng Sin Quyền mỏ đồng lớn Đông Nam Á với trữ lượng tổng cộng 100 triệu tinh quặng sunfua đồng (chứa khoảng triệu đồng trị giá gần 200 nghìn tỷ đồng hay 10 tỷ USD) Ngồi nước ta có nhiều điểm quặng sunfua đồng với trữ lượng nhỏ nằm rải rác tỉnh phía Bắc Hịa Bình, Sơn La, Lai Châu, Điện biên, Thanh hóa, Thái nguyên … Các mỏ quặng nhỏ khai thác tận thu hiệu kinh tế việc chế biến quặng đồng thành đồng kim loại tương đối cao công nghệ đơn giản Một số đặc điểm chung quặng đồng Việt Nam sau: * Quặng đồng chủ yếu phân bố theo hướng Tây Bắc - Đơng Nam Ngồi cịn gặp hai dải đồng theo hướng kinh tuyến dọc đứt gẫy Điện Biên, Lai Châu, Hồ Bình, Thanh Hố * Quặng đồng xuất nhiều đới Fansipan Sông Đà, Ninh Bình, nơi có lộ diện đá biến chất hệ tầng Sin Quyền, rìa miền võng có kèm theo nhiều hoạt động mạnh mẽ macma bazo siêu bazo * Quặng đồng gặp không gian máng quặng sau: Vùng quặng đồng Lào Cai, dải quặng đồng Pin Ngạn Chải - Khe Thiên, đới quặng đồng Sông Đà (trong đới quặng đồng có vùng quặng đồng Tạ Khoa vùng quặng đồng Sìn Hồ) Dải quặng đồng Lai Châu - Điện Biên, Hồ Bình II.2.Tình hình khai thác quặng đồng ngồi nước II.2.1.Tình hình khai thác quặng đồng ngồi nƣớc II.2.1.1 Quặng sunfua đồng Các quặng đồng có hàm lượng đồng khoáng chứa đồng dạng hợp chất oxit không vượt 10 - 15% so với tổng hàm lượng đồng quặng đầu coi quặng sunfua đồng Việc khai thác tuyển quặng sunfua đồng phát triển mạnh mẽ Liên Xô, Hoa Kỳ, Canada, Pêru Zambia Trong số khoáng vật sunfua đồng có khống vật: chalcopyrit, chalcocit bornit có ý nghĩa cơng nghiệp Phương pháp tuyển quặng sunfua đồng tuyển Khi tuyển nổi, sunfua dễ dàng tách khỏi đất đá thải Thường sunfua đồng làm tốt mơi trường có vơi (pH = - 11), đồng thời vơi đè chìm pyrit Trong số trường hợp để tăng thực thu vàng người ta sử dụng CuSO4 làm thuốc kích động chalcopyrit pyrit tiến hành tuyển pH thấp Các xantat (amin, etyl, izopropin, butyl) aeroflot thuốc tập hợp tốt sunfua đồng Việc áp dụng aeroflot có hoạt tính với pyrit, tạo điều kiện cho việc chọn riêng khoáng vật đồng pyrit Thuốc tạo bọt dầu thơng, BK201 Quặng có chứa nhiều khống đồng thứ sinh thông thường tuyển với việc sử dụng phối hợp thuốc tập hợp khác mức chi phí cao, đồng thời sử dụng thuốc tạo bọt mạnh Sơ đồ công nghệ tuyển quặng sunfua đồng có hàm lượng pyrit thấp đơn giản Khi có nhiều pyrit người ta tiến hành: tuyển chọn riêng đồng, sau pyrit; tuyển tập hợp đồng - pyrit với việc tuyển tách khoáng vật đồng từ quặng tinh tập hợp đồng - pyrit Việc tuyển quặng sunfua đồng thu tối đa đồng hạn chế tạp chất có hại cho q trình luyện đồng sau Việc tuyển quặng tham khảo tiêu chuẩn chất lượng tinh quặng tuyển tác giả Liên Xô (cũ) nêu bảng Bảng Yêu cầu chất lượng tinh quặng đồng theo tiêu chuẩn ngành Liên Xô cũ (OCT 48 - 77 - 74) Mac tinh quặng Hàm lượng Hàm lượng tạp chất, ≤ (%) Zn Pb Mac tinh quặng Hàm lượng Hàm lượng tạp chất, ≤ (%) Zn Pb Cu,  Cu,  (%) (%) KM-0 40 2,5 KM-5 20 10 KM-1 35 KM-6 18 11 KM-2 30 3,5 KM-7 15 11 KM-3 25 ППМ-8 12 11 KM-4 23 10 Ghi chú: KM – Tinh quặng đồng Hàm lượng Mo tinh quặng đồng cần ≤ 0,12%, độ ẩm ≤ 13% (không sấy) ППМ-8 sản phẩm trung gian 9 II.2.1.2 Quặng đồng phong hóa Quặng đồng phong hóa phần lớn thành tạo q trình oxy hóa lâu dài, tạo dạng quặng thứ sinh, xảy tầng quặng sunfua đồng Đa số quặng phong hóa khai thác mỏ quặng sunfua lớn Các khống vật chứa đồng phong hóa phổ biến malachit, azurit, cuprit, tenorit, chrysocolla, atacamit, diopta, chalcantit brochantit Theo tính nổi, khống vật đồng phong hóa chia thành: nhóm khống vật dễ nổi, khó khơng Malachit azurite tốt sau sunfua hóa Na2S, với việc sử dụng thuốc tập hợp sulfohydril Khi kèm với thạch anh, khống vật tuyển axit cacboxylic xà phòng pH = 8,5 - Quá trình thủy luyện phối hợp với tuyển để chế biến quặng oxit đồng áp dụng rộng rãi Liên Xô, Hoa Kỳ nước khác (Nhật, Nicaragoa ) quặng không với khống vật thơng thường (malachite, azurite, cupit, chrysocolla ) chứa silicat Al - Cu phức tạp hydroxit Fe - Cu, 10 Để sản xuất lượng thép ta phải tiêu tốn khoảng 400KW điện cho thép, tức luyện thép lò điện hồ quang đem lại hiệu kinh tế nơi có nguồn cung cấp điện dồi dào, với lưới điện tốt Đề tài sử dụng lị điện hồ quang cơng suất 150 KVA Lị điện có cực than ø100 tịnh tiến lên xuống trình nấu luyện điện cực lại khối trụ graphite nằm cố định đáy lò Lò sử dụng dòng điện xoay chiều 500 ÷ 2000A với quy mơ thí nghiệm với kích cỡ lịng lị khoảng 250mm, chiều cao 550mm Nguyên liệu sau phối trộn nấu luyện lò nhiệt độ 1300 – 1400oC với khoảng thời gian 60 – 90 phút/ mẻ nấu bao gồm thời gian thổi oxy Dung lượng mẻ nấu khoảng 10 – 15 kg kim loại lỏng VI.1.2.2 Máy nghiền bi Máy nghiền bi để chế tạo, sử dụng vật liệu nghiền với dạng kiểu khô kiểu ướt Máy nghiền bi sử dụng rộng rãi ngành nghiền tuyển quặng, vật liệu xây dựng, cơng nghiệp hóa chất sản xuất xi măng, Si-li-cát, vật liệu chịu lửa, phân hóa học, quặng kim loại màu đen, thủy tinh, gốm, sứ… Máy nghiền bi thiết bị xoay trịn hình ống kiểu nằm, máy nghiền bi bánh bên chuyển động, hai khoang, kiểu ca-rô Vật liệu từ thiết bị cấp liệu qua trục xoắn ốc vào khoang thứ máy nghiền Trong khoang có lót bậc thang lót gợn sóng với quy cách thép bi khác Sau hình ống chuyển động sinh lực ly tâm, mang thép bi lên tới độ cao 54 định rơi xuống, đập mạnh nghiền cho vật liệu Sau vật liệu nghiền thô khoang thứ nhất, qua ngăn khoang tầng riêng vào khoang thứ hai Tại khoang có lót thép bi, nghiền vật liệu lại Vật liệu dạng bột thông qua qua dỡ liệu tháo ra, q trình nghiền bột hồn thành IV.2 Phương pháp nguyên cứu Tiến hành nghiên cứu quy trình tuyển quặng nguyên khai thành tinh quặng đem nấu luyện Nghiên cứu công nghệ nấu luyện stên đồng Việc tiến hành nấu luyện tinh quặng sau tuyển sten nghiên cứu lị điện hồ quang cơng suất 150KVA Trung tâm ứng dụng triển khai công nghệ thuộc Viện Khoa học vật liệu Quá trình nấu luyện thực nhiệt độ cao với phản ứng tạo xỉ xảy sau: CaO + SiO2 = CaO.SiO2 Fe2O3 + CaO = Fe2O3.CaO Xỉ (2CaO.SiO2 + Fe2O3.CaO) chảy lỗng nhẹ lên trên, phía sản phẩm sten tạo từ co cụm sunfua đa kim nóng chảy cịn sót lại với công thức CumSn + FepSq Sản phẩm dễ dàng tách xỉ sten tạo bị phân lớp để nguội, thu sản phẩm sten mong muốn Xỉ nấu luyện chất thải cơng nghiệp cịn chứa lượng nguyên tố nặng Cu sót lại, As, Sb Trọng tâm nghiên cứu cần phải tính tốn tiến hành thực nghiệm nhiều lần để chọn chế độ trợ dung cho nấu luyện nhằm mục đích: * Đưa tối đa lượng oxyt sắt vào xỉ, bảo đảm khối lượng sản phẩm sten thu 18 - 22% so với số lượng cặn tinh quặng ban đầu Do hàm lượng đồng sten tăng lên khoảng lần đạt 20%, đủ điều kiện cho trình thủy luyện thu hồi đồng * Thu hồi tối đa đồng kim loại nặng As, Sb (nếu có) vào sten * Trong xỉ thải cuối có chứa hàm lượng đồng kim loại nặng As, Sb không vượt 0,2 – 0,3% coi xỉ Xỉ với thành phần oxit sắt, oxit silic oxit canxi hồn tồn làm vật liệu xây dựng đơn giản 55 Trong nấu luyện: kết có thành phần cặn sau hồ tách gồm Cu, S, Fe Do nấu luyện tinh quặng với chất trợ dung CaO SiO2 hình thành hệ xỉ hai nguyên Fe2O3 – CaO, Fe2O3 – SiO2 hệ xỉ ba nguyên Fe2O3 – CaO – SiO2 bốn nguyên Fe2O3 – CaO – SiO2 – Al2O3 Tuy nhiên, thực tế thành phần nguyên liệu chất trợ dung có lượng nhỏ tạp chất khác (Ca, Si, Al) nên coi hệ xỉ hệ ba nguyên Thực nấu luyện phịng thí nghiệm để kiểm tra chế độ xỉ lựa chọn có hợp lý hay khơng lị điện hồ quang công suất 150 KVA Kết thu đem phân tích, đánh giá chất lượng sten 56 PHẦN V KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN V.1 Nấu luyện Sten đồng : Lựa chọn nấu luyện sten đồng lị hồ quang lị hồ quang có chế độ gia nhiệt nhanh đảm bảo nấu sten dễ dàng điều kiện hàm lượng lưu huỳnh thấp, không đảm bảo tính tự cháy để tỏa nhiệt lưu huỳnh quặng Về kết cấu: Một lò điện hồ quang luyện thép bao bọc lớp tường xây vật liệu chịu lửa phần lớn kích thước giành cho phận làm mát nước Nắp lò có dạng nắp có gắn điện cực than mà nhấc lên hạ xuống Với loại lò thường sử dung điện cực than Điện cực phần lớn có dạng tiết diện trịn thường chúng có dạng đoạn đoạn gắn kết với vật liệu bọc điện cực, hoạt động điện cực bị mòn dần ta phải thay dần chúng trình hoạt động Hồ quang vật liệu mang điện điện cực sinh nhiệt làm nóng chảy thép Hình 22 : lị hồ quang nấu luyện 57 V.2 Tính tốn phối liệu Với giả thiết sulfua khác sulfua đồng, niken, hợp chất Sten không bị cháy hao, dựa phản ứng hoàn nguyên oxit sắt từ sulfua nên toàn lượng sắt vào xỉ Do ta xét trình luyện Sten đồng xảy trạng thái lý tưởng Ta tính tốn phối liệu cho mẻ nấu 10kg tinh quặng (đã thiêu sơ khử lưu huỳnh từ 22% ban đầu xuống 12%) Thành phần ban đầu tinh quặng mô tả bảng đây,%: Quặng Tinh quặng O Mg Al Si S K Ca Fe Cu 23,15 0,50 3,84 19,22 12,35 1,59 0,29 19,30 18,75 Từ bảng với hàm lượng sắt cặn 19,3 % ta tính số lượng Fe cặn là: %Feđầu %Feđầu = 10 x 19,3 % = 1,93 Kg Dựa phản ứng có hiệu suất 90% ta tính số lượng Fe tham gia vào trình tạo xỉ là: mFexỉ 4FeS2 + 21/2O2 + SiO2  Fe2O3 + 2FeO.SiO2 + 8SO2 mFexỉ = %Feđầu x 90% = 1,93 x 90% = 1,737 kg Sau trình nghiên cứu độ sệt xỉ, giản đồ pha hệ nguyên CaO - Fe2O3 - SiO2 ta tìm hệ xỉ phù hợp CaO khoảng 20%, Fe2O3 từ 40%, SiO2 từ 35% oxit khác (chủ yếu tạp chất dạng Al2O3) khoảng 5% Do ta tính khối lượng xỉ thông qua lượng Fe2O3 xỉ là: mxỉ mxỉ = (mFexỉ) x 160/( 0,4 x x 56) mxỉ = 1,737 x 160/( 0,4 x x 56) = 6,20 kg Từ khối lượng xỉ ta tính khối lượng SiO2 xỉ là: SiO2xỉ SiO2xỉ = mxỉ x %SiO2xỉ = 6,2 x 0,35 = 2,17 kg Theo phản ứng lượng SiO2 tham gia phản ứng là: SiO2p/ứng 58 SiO2p/ứng = x SiO2xỉ = x 2,17 = 4,34 kg Lượng Si tinh quặng là: Siquặng Sicặn = 19,22% x 10 = 1,92 kg Lượng SiO2 tinh quặng là: SiO2quặng SiO2quặng = 1,922 x 60/28 = 4,11 kg Do Lượng SiO2 cần cấp cho nấu luyện là: SiO2nấu SiO2nấu = 4,34 – 4,11 = 0,23 kg Theo bảng thành phần Quăczit có chứa 98,5% SiO2 ta tính khối lượng Quăczit dùng để phối liệu với 10kg quặng sau hòa tách đồng là: MQuăczit MQuăczit = (0,23 x 100)/98,5 ~ 0.23 kg Hàm lượng vơi nung CaO xỉ hàm lượng vôi nung dùng để phối liệu ban đầu với 10kg quặng là: mCaO mCaO = mxỉ x %CaOxỉ = 6,2x 20% = 1,24 kg V.3 Quá trình nấu luyện: Từ nguyên liệu nêu ta tiến hành nghiền nhỏ mịn thành bột có kích cỡ < 150µm máy nghiền bi liên tục với công suất 3kg/h Khi nguyên liệu nghiền nhỏ tiến hành vê viên thành cục đem phơi khơ để tiện cho q trình nấu luyện khơng bị bay Dưới hình ảnh viên cục nguyên liệu đem phơi có mầu sắc khác với kích thước  50-80mm: Qua tính tốn dựa thành phần nguyên vật liệu chế độ xỉ ta có thành phần phối liệu mẻ nấu luyện là: 10kg tinh quặng + 1,24 kg CaO + 0,23 kg Quăczit + 1%CaF2 Thành phần phối liệu cho chế độ xỉ thích ứng với thành phần xỉ chọn mô tả Từ 10kg tinh quặng ta thu khoảng 11,6 kg phối liệu nấu luyện 59 *Q trình nấu luyện lị hồ quang công suất 150KVA Tinh Quặng Sten đồng Vôi Quắc zit Lò hồ quang Vê viên 60 Sản phẩm Phân tích Hình ảnh nấu chảy Sten Cu Bước đầu ta cho xỉ mồi vào đóng điện, cấp cho dịng hồ quang khoảng 1200A để nấu chảy lớp xỉ Sau lớp xỉ chảy loãng ta tiến hành nạp liệu vào lò Chia phối liệu làm lần nạp, lần khoảng ÷ kg Khi nạp liệu xong, tiếp tục đóng điện, cấp dịng khoảng 600A Dòng điện đánh ổn định điện cực ngập dòng hỗn hợp kim loại xỉ lỏng Sau khoảng 30 phút ta tiến hành nạp nốt phần phối liệu lại vào lò tiến hành đánh điện với dòng 600A khoảng thời gian 30 phút Vậy sau tiến hành nấu luyện phối liệu nêu liên tục thời gian – 1,2h mẻ nấu Nhiệt độ nấu luyện trì > 1200oC để bảo đảm sten xỉ nóng chảy Khi sten chảy lỗng hồn tồn ta tiến hành liệu, nghiêng lị đổ liệu vào khn chuẩn bị sẵn, lớp xỉ lớp Sten đồng phân tách rõ ràng 61 Hình 23: liệu trình nấu luyện Sten đồng V.3.3 Kết nấu luyện Theo quy trình nấu luyện nêu tiến hành nhiều mẻ nấu luyện Steen đồng Sau giới thiệu kết nấu luyện ba mẻ thí nghiệm có thành phân Sten đồng xỉ đạt u cầu Mẫu thí Thành phần hóa học Sten đồng, % nghiệm O Al Si S Ca Mn Fe Cu Mẫu 9.15 0.02 0.37 15.17 0.21 0.28 28.96 45.84 Mẫu 9.20 0.09 0.74 15.45 0.30 0.01 27.96 46.26 Mẫu 10.95 0.43 1.53 15.21 1.05 0.23 27.51 43.09 62 1000 001 900 O 800 700 Counts 600 500 400 300 200 Ca Al Si Cu Cu Fe Mg CuLsum Na S Cl K Ca Mn Cl K S Cl Ti ClKesc Ti S Fe Mn Mn Fe Cu Cu 100 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV Kết phân tích xỉ: Mẫu thí Thành phần hóa học Xỉ Sten đồng, % nghiệm O Al Si S Ca Mn Fe Cu Mẫu 45,93 4,66 24,24 0,41 13,79 0,58 5,35 0,84 Mẫu 46.30 4.65 24.74 0.51 14.74 0.51 3.36 0.99 Mẫu 45.15 4.61 24.34 028 14.41 0.54 4.66 1.77 Vn CuKa 5.00 6.00 CuKb FeKb CrKb TiKesc FeKa TiKa TiKb CrKa 200 KKa KKb CaKa CrKesc CaKb 300 AlKsum 400 SKb TiLl TiLa OKa 500 SLl Counts 600 SiKa 700 AlKa 800 MgKa 900 SKa CrLa FeLa CuLl TiLsum CrLsum 001 CuLa 1000 100 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 keV 63 7.00 8.00 9.00 10.00 Hình 24: Sten đồng + xỉ đồng Để hạn chế môi trường hồn ngun cần phải khắc chế tạo thành khí CO Đề tài chọn phương án bổ sung lượng đáng kể fluoride canxi CaF2 (huỳnh thạch) Huỳnh thạch có tác dụng làm xỉ dễ dàng chảy lỗng hồn tồn nhiệt độ khơng q cao (xem hình 22) Tuy nhiên qua trình nghiên cứu nấu luyện thử nghiệm, chúng tơi nhận thấy huỳnh thạch cịn có vai trị hố lý khác tạm thời lý giải sau: Ở nhiệt độ cao, xảy phản ứng hoá học oxyt cacbon huỳnh thạch, tạo khí fluorine cacbon: 2CaF2 + CO + 1/2O2 → 2CaO + CF4 ↑ (1) Như phản ứng (1) phần khử khí CO, đồng thời tận thu nguồn khí oxy lịng lị, làm hạn chế đáng cháy hao điện cực graphit Nhờ mơi trường hồn ngun phát sinh từ cháy hao graphit khống chế mức độ định Ngồi khí CF4 làm sơi liệu chảy lỏng giúp cho khí CO dễ dàng ra, khiến cho q trình khử oxyt sắt thành gang khó xảy bảo đảm sản phẩm nấu luyện xỉ sten 64 Để khẳng định điều này, lần nấu tiếp theo, bổ sung vào phối liệu theo chế độ thêm huỳnh thạch với tỷ lệ 10% khối lượng tinh quặng theo ước tính, tiến hành nấu luyện lò hồ quang 50KVA Các mẫu sten xỉ thu có thành phần nêu bảng 10 11 Kết phân tích cho thấy rõ ràng sản phẩm thu sten có hàm lượng đồng khoảng 45%, lưu huỳnh khoảng 20% Cịn xỉ khơng thấy có nguyên tố F2, chứng tỏ CaF2 bị phân rã tham gia phản ứng (9) dự đốn Hình 24: Xỉ hệ CaF2-CaO-FeOxSiO2 nhiệt độ 1400oC Bảng 11 - Thành phần Sten sau nấu luyện lò hồ quang 150KVA sau bổ sung huỳnh thạch vào phối liệu nấu luyện O Al Si S Ca Fe Cu 3.46 0.57 0.93 22.93 0.6 25.89 45.62 3.83 3.74 0.89 0.73 1.67 1.74 20.84 20.4 1.01 0.75 65 26.22 27.36 45.54 45.28 Bảng 12 - Thành phần xỉ sau nấu luyện lò hồ quang 150KVA sau bổ sung huỳnh thạch vào phối liệu nấu luyện O 38.42 Mg 0.84 Al 0.38 Si 14.91 S 0.42 K 0.71 Ca 14.62 Cu 0.06 Fe 29.64 37.95 0.95 0.43 14.96 0.39 0.68 13.35 0.18 31.11 37.25 1.02 0.49 14.29 0.48 0.82 15.86 0.13 29.66 Như thấy vai trò huỳnh thạch (CaF2 ) việc khống chế mơi trường hồn ngun q trình nấu luyện lị hồ quang Tuy nhiên để có đầy đủ sở khẳng định vai trị khống chế mơi trường hồn ngun hợp chất huỳnh thạch lò điện hồ quang, cần thiết phải đầu tư nghiên cứu kỹ năm tìm chế độ phối liệu tối ưu cho trình nấu luyện thực nghiệm ứng dụng vào bán sản xuất công nghiệp 66 PHẦN VI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ V.1 Kết luận: Qua thời gian thu thập tài liệu, kết hợp với sở khai thác chế biến tinh quặng sunfua đồng Sao Tua, đề tài “Nghiên cứu luyện Sten đồng từ quặng sunfua đồng” thực đầy đủ nội dung công việc đạt mục tiêu đề Cụ thể là: * Nghiên cứu chọn lựa nguyên vật liệu phù hợp cho trình nấu luyện Sten đồng từ tinh quặng sunfua lị điện hồ quang cơng suất 150 KVA phịng Cơng nghệ kim loại * Đã nghiên cứu, tìm hiểu cách sử dụng vận hành lò điện hồ quang cơng suất 150KVA Với lị điện hồ quang cơng suất 150 KVA phịng Cơng nghệ kim loại nấu luyện thành công Sten đồng từ tinh quặng sunfua với dung lượng mẻ nấu khoảng 10 – 15 kg kim loại lỏng * Đã nghiên cứu đưa chế độ xỉ ba nguyên Al2O3 - Fe2O3 - SiO2 điều kiện nấu luyện phù hợp với lị điện hồ quang * Q trình nấu luyện Sten từ quặng sunfua lò hồ quang cho thấy chất lượng Sten đạt tiêu kĩ thuật mong muốn Hàm lượng đồng Sten tăng từ 18% lên 40% với hàm lượng đồng xỉ khoảng cho phép V.2 Kiến nghị * Trong trình nghiên cứu để nâng cao hàm lượng Cu sten thổi oxi để loại bớt Fe * Mặc dù cố miệt mài trình nghiên cứu, thời gian nghiên cứu đề tài cịn ít, nguồn kinh phí cho đề tài cịn hạn hẹp nên tác giả có kết nêu 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hồng Nhâm Hố học vơ T3 NXB Giáo dục 1999 Д.Вoгaн, Дж.Kpeйг Химия сульфидных минерлов Издтельство “Миp” Мocква 1981 Hồng Nhâm Hố vơ T2 NXB Giáo dục, 1999 PGS.Nguyễn Đức Vận Hố học vơ T2 Các kim loại điển hình NXB Khoa học Kỹ thuật, 1999 Leaching behaviour of a galvanic sludge in sulfuric cid and ammoniacal media J.E.Silva, D.Soares et all Journal of Hazardous material B121 2005 Bùi Văn Mưu, Nguyễn Văn Hiển, Nguyễn Kế Bính, Trương Ngọc Thận Lý thuyết trình luyện kim Hoả luyện.T1.NXB Giao duc- 1997 M.Allibert, H.Gaye, et all Slag Atlas Verein Deutscher Eisenhuttenleute (VDEh).1995 M Pourbaix, Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions, NACE International, Houston, TX, 1974 W.T.Thompson and ets Pourbaix diagrams for multielement systems Uhlig’s corrosion handbook Electrochemical society, Newjesey 2000 10 F Kadlec a kol - Vyroba nezelezných kovu SNTL, Praha 1971 11 Phạm Đức Thắng, Ngô Huy Khoa, Nguyễn Trung Kiên, Tô Duy Phương, Nguyễn Thị Kim Chi, Nguyễn Phúc Hải Phương hướng luyện đồng từ nguồn quặng sunfua đồng việt nam Tuyển tập cơng trình Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học Vật liệu toàn quốc 11/2011 12 Lê Công Dưỡng, Vật liệu học Nxb khoa học kỹ thuật – 2002 13 Hồng Cơng Minh, Giáo trình lị luyện kim Nxb Đà Nẵng – 2005 14 http://www.vast.ac.vn/ 68 ... Tình hình nghiên cứu chế biến quặng đồng sunfua II.3.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc Việc nghiên cứu sản xuất đồng có từ lâu giới Cách cỡ 6500 năm trước công nguyên có xưởng luyện đồng từ quặng. .. nghệ nấu luyện Sten đồng từ quặng đồng sunfua ” II.6 Nội dung nghiên cứu * Nghiên cứu chọn lựa nguyên vật liệu phù hợp cho trình nấu luyện Sten đồng từ tinh quặng * Nghiên cứu, tìm hiểu cách sử... PHÁP NGHIÊN CỨU IV.1.Nguyên liệu thiết bị nấu luyện Sten đồng IV.1.1 Nguyên liệu Quặng đồng sunfua để tiến hành nấu luyện Sten đồng sử dụng quặng đồng sunfua Sao Tua-Sơn La Thành phần quặng đồng