TIỂU LUẬN MÔN HỌC QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN VÀ CHẤT THẢI NGUY HẠI CHẤT THẢI NGUY HẠI NGÀNH LUYỆN KIM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM
VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
************
BÁO CÁO
MÔN HỌC: QUẢN LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI
Chủ đề:
CHẤT THẢI NGUY HẠI NGÀNH LUYỆN KIM
GVGD: PGS.TS LÊ THANH HẢI
Nhóm 5:
1. Trần Thành Đạt
2. Nguyễn Minh Hồng Nga
3. Phạm Thị Vân
TP.HCM, 12/2013
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
MỤC LỤC
1. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH LUYỆN KIM 1
1.1 Giới thiệu chung 1
1.2 Ngành luyện kim tại Việt Nam 1
1.3 Định hướng phát triển trong tương lai 2
1.4 Phân loại luyện kim 2
1.4.1 Luyện kim đen 2
1.4.1.1 Vai trò 2
1.4.1.2 Đặc điểm kinh tế - kỹ thuật 3
1.4.2 Luyện kim màu 3
1.4.2.1 Vai trò 3
1.4.2.2 Đặc điểm kinh tế - kỹ thuật 4
1.5 Quy trình sản xuất 5
1.5.1 Quá trình xử lý bằng hóa học 5
1.5.1.1 Xử lý quặng oxit 5
1.5.1.2 Xử lý quặng sunfua 8
1.5.2 Quá trình luyện 8

1.5.2.1 Hóa luyện 9
1.5.2.2 Điện luyện 12
1.5.3 Quá trình tinh luyện 13
1.5.3.1 Phương pháp hóa học 14
1.5.3.2 Phương pháp điện hóa 14
1.5.3.3 Phương pháp vật lý 15
1.5.4 Quá trình nhiệt luyện 17
2. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH ĐÚC KIM LOẠI 19
2.1 Công đoạn của quá trình đúc 20
2.2 Các phương pháp đúc 20
2.2.1 Phương pháp đúc trong khuôn cát 20
2.2.2 Phương pháp đúc đặc biệt 24
2.3 Ưu và nhược điểm của ngành đúc kim loại 32
3. QUY TRÌNH LUYỆN GANG 67
4. QUY TRÌNH LUYỆN THÉP 73
i
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
Thép là hợp kim của sắt và cacbon và một số nguyên tố khác, trong đó hàm lượng
cacbon chiếm dưới 2%. 73
Tính chất: thép đàn hồi, cứng, ít bị mài mòn hơn sắt 73
Công dụng: thép được chế tạo nhiều chi tiết máy, dụng cụ lao động, vật liệu xây dựng…
73
5. QUY TRÌNH LUYỆN NHÔM 79
6. QUY TRÌNH LUYỆN KẼM 86
7. QUY TRÌNH LUYỆN CHÌ 91
8. QUY TRÌNH LUYỆN ĐỒNG 93
9. NHIỆT LUYỆN VÀNG 99
10. ĐÚC KIM LOẠI ĐEN (ĐÚC GANG) 103
11. ĐÚC KIM LOẠI MÀU (ĐÚC ĐỒNG) 106
12. DANH MỤC CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ NGÀNH LUYỆN KIM 108

13. BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM TRONG QUÁ TRÌNH LUYỆN KIM VÀ
ĐÚC KIM LOẠI 113
13.1 Đối với ngành luyện kim 113
a) Khí thải 113
b) Nước thải 115
c) Chất thải rắn 117
13.2 Đối với ngành đúc kim loại 120
14. HỆ THỐNG QUẢN LÝ VÀ XỬ LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI 138
14.1 Hệ thống quản lý CTNH 145
14.2 Xử lý CTNH 148
15. CASE STUDY – CÔNG TY TNHH SẢN XUẤT ỐNG THÉP KHÔNG HÀN CÁN
NÓNG 150
15.1. Tổng quan về công ty 150
15.2. Nhu cầu về nguyên vật liệu 150
15.3. Quy trình công nghệ sản xuất 151
a) Quy trình sản xuất ống đúc 151
b) Quy trình sản xuất ống dẫn, ống bọc 153
c) Quy trình sản xuất ống khoan 155
15.4. Nguồn phát sinh chất thải chính của công ty 156
15.5. Biện pháp giảm thiểu các nguồn gây ô nhiễm 158
TÀI LIỆU THAM KHẢO 161
ii
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
DANH MỤC HÌNH ẢNH
1. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH LUYỆN KIM 1
1.1 Giới thiệu chung 1
1.2 Ngành luyện kim tại Việt Nam 1
1.3 Định hướng phát triển trong tương lai 2
1.4 Phân loại luyện kim 2
1.4.1 Luyện kim đen 2

1.4.1.1 Vai trò 2
1.4.1.2 Đặc điểm kinh tế - kỹ thuật 3
1.4.2 Luyện kim màu 3
1.4.2.1 Vai trò 3
1.4.2.2 Đặc điểm kinh tế - kỹ thuật 4
1.5 Quy trình sản xuất 5
1.5.1 Quá trình xử lý bằng hóa học 5
1.5.1.1 Xử lý quặng oxit 5
1.5.1.2 Xử lý quặng sunfua 8
1.5.2 Quá trình luyện 8
1.5.2.1 Hóa luyện 9
1.5.2.2 Điện luyện 12
1.5.3 Quá trình tinh luyện 13
1.5.3.1 Phương pháp hóa học 14
1.5.3.2 Phương pháp điện hóa 14
1.5.3.3 Phương pháp vật lý 15
1.5.4 Quá trình nhiệt luyện 17
2. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH ĐÚC KIM LOẠI 19
Hình 1: sơ đồ quy trình đúc trong khuôn cát 19
2.1 Công đoạn của quá trình đúc 20
2.2 Các phương pháp đúc 20
2.2.1 Phương pháp đúc trong khuôn cát 20
Hình 2: hòm khuôn đúc má tĩnh và má động 20
Hình 3: chi tiết ống nói cán chế tạo mẫu đúc, vật đúc 21
Hình 4: sơ đồ cấu tạo một khuôn đúc 2 nữa 21
iii
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
Hình 5: hệ thống rót và vật đúc 22
Hình 6: hộp lõi tròn và hộp lõi chữ T 23
2.2.2 Phương pháp đúc đặc biệt 24

Hình 7: khuôn kim loại 24
Hình 8: khuôn đúc áp lực 26
Hình 9: đúc ly tâm trục quay thẳng đứng 28
Hình 10: sản phẩm của đúc ly tâm trục quay thẳng đứng 28
Hình 11: đúc khuôn mẫu chảy 29
2.3 Ưu và nhược điểm của ngành đúc kim loại 32
3. QUY TRÌNH LUYỆN GANG 67
Hình 12: Quặng sắt Hematit (Fe2O3) nâu Hình 13: Quặng sắt Hematit đỏ 68
Hình 14: Quặng sắt manhetit (Fe3O4) Hình 15: Quặng pyrit 68
Hình 16: Quy trình luyện gang 69
4. QUY TRÌNH LUYỆN THÉP 73
Thép là hợp kim của sắt và cacbon và một số nguyên tố khác, trong đó hàm lượng
cacbon chiếm dưới 2%. 73
Tính chất: thép đàn hồi, cứng, ít bị mài mòn hơn sắt 73
Công dụng: thép được chế tạo nhiều chi tiết máy, dụng cụ lao động, vật liệu xây dựng…
73
Hình 17: Quy trình luyện thép bằng lò điện hồ quang 74
Hình 18: Cấu tạo tổng thể của lò điện hồ quang luyện thép 77
5. QUY TRÌNH LUYỆN NHÔM 79
Hình 19: quy trình luyện nhôm 82
6. QUY TRÌNH LUYỆN KẼM 86
88
Hình 20: quy trình luyện kẽm 88
7. QUY TRÌNH LUYỆN CHÌ 91
Hình 21: quy trình tinh luyện chì từ chì đã qua tái sinh 93
8. QUY TRÌNH LUYỆN ĐỒNG 93
Hình 22: quy trình luyện đồng 93
9. NHIỆT LUYỆN VÀNG 99
Hình 23: quy trình luyện vàng 100
10. ĐÚC KIM LOẠI ĐEN (ĐÚC GANG) 103

Hình 24: lò đúc gang 105
iv
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
11. ĐÚC KIM LOẠI MÀU (ĐÚC ĐỒNG) 106
Hình 25: quy trình đúc đồng 107
12. DANH MỤC CHẤT THẢI NGUY HẠI TỪ NGÀNH LUYỆN KIM 108
13. BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM TRONG QUÁ TRÌNH LUYỆN KIM VÀ
ĐÚC KIM LOẠI 113
13.1 Đối với ngành luyện kim 113
a) Khí thải 113
Hình 26: quy trình công nghệ xử lý khí thải bằng thiết bị hấp thu 114
b) Nước thải 115
c) Chất thải rắn 117
13.2 Đối với ngành đúc kim loại 120
Hình 27: các buồng lắng bụi cho ngành đúc kim loại 130
131
Hình 28: cyclon lọc bụi cho ngành đúc kim loại 131
Hình 29: thiết bị lọc bụi bằng túi vải cho ngành đúc kim loại 132
Hình 30: thiết bị lọc bụi kiểu tĩnh điện cho ngành đúc kim loại 133
Hình 31: quy trình công nghệ xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thu của
ngành đúc kim loại 134
Hình 32: Sơ đồ nguyên lý hệ thống xử lý nước làm mát của ngành đúc kim loại 136
Hình 33: Sơ đồ khối nguyên lý xử lý nước rửa phế liệu 137
14. HỆ THỐNG QUẢN LÝ VÀ XỬ LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI 138
14.1 Hệ thống quản lý CTNH 145
Hình 34: Hệ thống quản lý CTNH của Nhà nước 146
14.2 Xử lý CTNH 148
15. CASE STUDY – CÔNG TY TNHH SẢN XUẤT ỐNG THÉP KHÔNG HÀN CÁN
NÓNG 150
15.1. Tổng quan về công ty 150

15.2. Nhu cầu về nguyên vật liệu 150
15.3. Quy trình công nghệ sản xuất 151
a) Quy trình sản xuất ống đúc 151
Hình 35: quy trình sản xuất ống đúc 151
b) Quy trình sản xuất ống dẫn, ống bọc 153
Hình 36: quy trình sản xuất ống dẫn, ống bọc 153
c) Quy trình sản xuất ống khoan 155
v
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
Hình 37: quy trình sản xuất ống khoan 155
15.4. Nguồn phát sinh chất thải chính của công ty 156
15.5. Biện pháp giảm thiểu các nguồn gây ô nhiễm 158
Nước mưa chảy tràn 160
Nước thải sinh hoạt 160
Hình 38: Cấu tạo bể tự hoại 3 ngăn 161
Nước thải sản xuất 161
TÀI LIỆU THAM KHẢO 161
vi
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
1. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH LUYỆN KIM
1.1 Giới thiệu chung
Luyện kim là lĩnh vực khoa học kỹ thuật và ngành công nghiệp điều chế các kim loại từ
quặng hoặc từ các nguyên liệu khác, chế biến các hợp kim, gia công phôi kim loại bằng
áp lực, bằng cách thay đổi các thành phần hóa học và cấu trúc để tạo ra những tính chất
phù hợp với yêu cầu sử dụng.
Luyện kim là một ngành công nghiệp rộng lớn, phức tạp và còn non trẻ ở nước ta. Việt
Nam nằm trong số mười nước giàu tài nguyên khoáng sản, nhưng chủ yếu đang ở dạng
tiềm năng, chưa được thăm dò, khảo sát đầy đủ. Chúng ta đã thấy có các mỏ sắt, mangan,
crôm, nhôm, đồng, chì kẽm, thiếc, titan, wonfram, vàng, bạc…
Có bao nhiêu loại quặng thì ít nhất có bấy nhiêu phương pháp giải phóng các kim loại ấy

ra khỏi các quặng chứa chúng. Tiếp đó phải tinh luyện để các kim loại đạt được độ sạch
cao, pha trộn giữa các kim loại đó để có các hợp kim đáp ứng được những yêu cầu mong
muốn và tạo hình dáng cho chúng phù hợp với các nhu cầu sử dụng. Đó chính là công
nghệ luyện kim, công nghệ tinh luyện, công nghệ hợp kim hóa, công nghệ đúc và công
nghệ cán…
Sau khi có được kim loại và hợp kim, các nhà luyện kim còn làm thay đổi được cấu trúc
và tính chất của chúng để các sản phẩm được chế tạo ra đáp ứng được những yêu cầu
ngày càng đa dạng của cuộc sống, của nền kinh tế và quốc phòng.
1.2 Ngành luyện kim tại Việt Nam
Luyện kim ở Việt Nam cũng khá phát triển. Ở nơi nào có mỏ kim loại thì nơi đó có lò
luyện kim .
Lò luyện Nơi Năng suất
Đồng Đà Nẵng 65.000 tấn/năm
Thép Thái Nguyên 550.000 tấn/năm
Gang Thái Nguyên 150.000 tấn/năm
Sắt Bình Định 400.000 tấn/năm
Kẽm, chì Bắc Kạn 20.000 tấn chì/năm và 10.000 tấn kẽm/năm
Mangan Cao Bằng 56 tấn/ngày
Thép Bình Dương 4.000 tấn/năm
Titan Thái Nguyên 20.000 tấn xỉ titan/năm và 10.000 tấn gang hợp kim/năm
Luyện kim tập trung nhiều ở các tỉnh Đồng Nai, Bà Rịa Vũng Tàu, Quảng Nam, Quảng
Ngãi, Hà Tĩnh, Thanh Hóa, Hải Phòng, Hải Dương, Thái Nguyên, Lào Cai, Tuyên
1
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
Quang, Bắc Kạn, Cao Bằng và TP. Hồ Chí Minh, … Trong đó ngành luyên kim đen của
nước ta có xu hướng phát triển mạnh do khai thác nhiều từ các mỏ quặng sắt và nhập
nguyên liệu từ các nước đang phát triển.
1.3 Định hướng phát triển trong tương lai
Bộ Công Thương cho biết, theo quy hoạch phát triển ngành công nghiệp luyện kim thuộc
vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, đến năm 2015, ngành này sẽ đạt trình độ sản xuất

tiên tiến ở khu vực ASEAN. Theo đó, năm 2010, cơ cấu sản phẩm của ngành thép khu
vực này từ chỗ chủ yếu là sản phẩm thép dài (thép hình, thép thanh) hiện nay sẽ được đa
dạng hơn gồm thép cuộn, băng, lá cán nguội và cán nóng (kể cả thép không rỉ); sau năm
2010 đến năm 2015 sẽ có thêm các sản phẩm phôi thép, thép tấm và nhôm.
Các nhà máy cán nóng, cán nguội, mạ kẽm luyện cán thép không rỉ, luyện thép lò điện sẽ
được xây dựng tại tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu trong giai đoạn 2006 - 2010. Trong giai đoạn
2011 - 2015, ngành thép sẽ triển khai giai đoạn hai 2 nhà máy cán thép Posco - Hàn
Quốc và Phú Mỹ. Đối với tỉnh Bình Dương, đến năm 2010, ngành sẽ hoàn thành xây
dựng và đưa vào sản xuất nhà máy thép cuộn cán nguội của Công ty tôn Hoa Sen, xây
dựng nhà máy thép cuộn cán nguội của công ty Sun Steel; sau 2010, tiếp nhận sự dịch
chuyển sản xuất từ TP. Hồ Chí Minh đến. Tại tỉnh Đồng Nai, ngành cũng sẽ mở rộng
nhà máy cán thép thanh, thép dây của Công ty Sun Steel, năm 2010, địa phương này tiếp
nhận sự chuyển dịch sản xuất từ TP. Hồ Chí Minh.
Ngoài ra, từ nay đến năm 2015, ngành cũng tập trung đầu tư đổi mới công nghệ, trang
thiết bị xử lý chất thải, giảm thiểu ô nhiễm môi trường tại các cơ sở sản xuất không thuộc
diện phải di dời và thực hiện việc di dời hoặc chuyển đổi các cơ sở gây ô nhiễm theo kế
hoạch.
1.4 Phân loại luyện kim
Bản chất của công nghiệp luyện kim là tinh luyện ra các kim loại từ quặng của chúng.
Luyện kim gồm có 2 loại chính:
• Luyện kim đen: sản xuất ra gang và thép có nguồn gốc từ sắt.
• Luyện kim màu: sản xuất ra các kim loại không có sắt.
1.4.1 Luyện kim đen
1.4.1.1 Vai trò
Luyện kim đen là một trong những ngành quan trọng nhất của công nghiệp nặng. Sản
phẩm chính của nó là gang và thép, nguyên liệu cơ bản cho ngành công nghiệp cơ khí và
gia công kim loại để tạo ra tư liệu sản xuất, công cụ lao động, thiết bị toàn bộ và cả vật
phẩm tiêu dùng. Ngành luyện kim đen còn cung cấp những cấu kiện bằng sắt - thép cho
ngành xây dựng.
Hầu như tất cả các ngành kinh tế đều sử dụng sản phẩm của công nghiệp luyện kim đen.

Kim loại đen chiếm khoảng 90% tổng khối lượng kim loại sản xuất ra trên thế giới.
Chính sự thông dụng của nó trong sản xuất và đời sống đã làm tăng thêm tầm quan trọng
của ngành công nghiệp này.
2
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
1.4.1.2 Đặc điểm kinh tế - kỹ thuật
Ngành luyện kim đen sử dụng một khối lượng rất lớn về nguyên liệu, nhiên liệu và động
lực. Muốn sản xuất ra được 1 tấn gang cần phải sử dụng:
• 1,7 - 1,8 tấn quặng sắt (tuỳ thuộc hàm lượng sắt trong quặng, nếu hàm lượng sắt
thấp thì con số này sẽ lớn hơn).
• 0,6 - 0,7 tấn đá vôi làm chất trợ dung (giúp chảy) vì trong quặng tuy đã làm giàu
nhưng vẫn còn đá không quặng. Nếu đá này thuộc loại axit (như silic ôxit) phải
dùng đá bazơ (đá vôi) làm chất giúp chảy; còn nếu là đá bazơ (như ôxit canxy) lại
phải dùng chất trợ dung là đá axit (cát thạch anh).
• 0,6 - 0,8 tấn than cốc dùng để làm nhiên liệu vì khả năng sinh nhiệt cao, chịu được
sức nặng của phôi liệu, kích thích sự cháy.
Như vậy, để có được 1 tấn gang thành phẩm, trung bình cần từ 3,0 - 3,5 tấn nguyên liệu.
Chi phí vận chuyển các nguyên liệu và thành phẩm là rất lớn, thường chiếm 25 - 30% giá
thành sản phẩm. Vì vậy, sự phân bố cũng như trữ lượng và chất lượng của các mỏ than,
sắt có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc lựa chọn địa điểm và qui mô các xí nghiệp
luyện kim.
Ngành luyện kim bao gồm nhiều giai đoạn sản xuất phức tạp, đòi hỏi một loại hình xí
nghiệp có qui mô lớn, cơ cấu hoàn chỉnh, trên diện tích rộng lớn. Trong một xí nghiệp
luyện kim đen thường có nhiều phân xưởng: luyện cốc; nghiền - thiêu kết quặng; luyện
gang, thép; đúc, cán, dát thép. Ngoài sản phẩm chính là gang (với hàm lượng cácbon từ 2
đến 6%) và thép (khử bớt các bon xuống dưới 2%), còn có thêm các phân xưởng khác
nhằm tận dụng phế thải để sản xuất ra nhiều sản phẩm phụ như gạch, xi măng từ xỉ than
cốc, dược phẩm, benzen, lưu huỳnh, amôniắc, hyđrô, mêtan, êtylen từ khí than cốc
Chính từ đặc điểm trên mà các xí nghiệp luyện kim đen thường được xây dựng thành xí
nghiệp liên hợp và có khả năng tạo vùng rất lớn. Ưu điểm chính của loại hình xí nghiệp

này là có chu trình đầy đủ (từ sản xuất gang, thép, luyện cốc, sản xuất một số sản phẩm
phụ thuộc hóa phẩm và vật liệu xây dựng ), đạt hiệu quả kinh tế cao, tận dụng được các
phế thải. Tuy nhiên, nhược điểm chủ yếu là chỉ cần một khâu (công đoạn) bị ngưng trệ
hay muốn nâng cấp thì toàn bộ xí nghiệp nhiều khi phải ngừng hoạt động.
1.4.2 Luyện kim màu
1.4.2.1 Vai trò
Công nghiệp luyện kim màu gồm các xí nghiệp khai thác, làm giàu quặng, sản xuất kim
loại màu, hợp kim và chế biến chúng thành sản phẩm. Đây là những kim loại không có
chất sắt (như đồng, nhôm, thiếc, chì, kẽm, vàng ), trong đó nhiều kim loại có giá trị
chiến lược. Các kim loại màu được phân thành 4 nhóm chính là kim loại màu cơ bản,
kim loại màu hợp kim, kim loại màu quý và kim loại màu hiếm.
Các kim loại màu được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp chế tạo máy, đặc biệt là chế
tạo ô tô, máy bay, kỹ thuật điện, điện tử, công nghiệp hóa chất và cả trong nhiều ngành
kinh tế quốc dân khác như bưu chính viễn thông, thương mại
3
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
1.4.2.2 Đặc điểm kinh tế - kỹ thuật
Hàm lượng kim loại trong quặng kim loại màu nói chung rất thấp. Nguyên liệu của
ngành luyện kim màu là các loại khoáng vật có chứa một số kim loại màu (hay nhóm
kim loại màu) có thể tinh luyện thành dạng kim loại. Trong vỏ Trái đất, các kim loại màu
(trừ nhôm) ít hơn rất nhiều so với sắt. Quặng kim loại màu lại nằm phân tán hơn, ít có
các mỏ trữ lượng lớn. Điều đó làm cho việc khai thác rất khó khăn và tốn kém.
Hàm lượng các kim loại màu ở trong quặng rất thấp, hiếm khi vượt quá 5%, trung bình
khoảng 1-3%. Trong nhiều trường hợp, hàm lượng chỉ ở mức vài phần nghìn. Hàm lượng
cực kỳ thấp của kim loại màu trong quặng ảnh hưởng lớn tới hiệu quả kinh tế của ngành,
làm giảm năng suất và tăng giá thành sản phẩm. Trong ngành luyện kim màu, chi phí
nguyên liệu rất lớn. Muốn có 1 tấn kim loại đòi hỏi ít nhất 20 tấn, trung bình là 50 - 100
tấn quặng và trong nhiều trường hợp còn lớn hơn.
Từ những đặc điểm nói trên, sau khi khai thác phải có quy trình làm giàu quặng (hay gọi
là tuyển quặng), tức là loại bỏ đá không quặng và tách riêng các khoáng vật có chứa kim

loại để gia công sau này. Việc làm giàu quặng về mặt địa lý cần phải gắn liền với nơi
khai thác. Các xí nghiệp tuyển quặng bao giờ cũng được xây dựng ngay tại khu vực khai
thác do việc vận chuyển quặng kim loại rất tốn kém về mặt kinh tế.
Trong quặng đã tuyển, thường gọi là tinh quặng, hàm lượng kim loại màu tuy đã được
cải thiện nhưng vẫn còn thấp. Việc chuyên chở tinh quặng đi xa rõ ràng là không có lợi.
Do vậy, về nguyên tắc, người ta thường đặt các xí nghiệp chế biến tinh quặng ở gần xí
nghiệp tuyển quặng và gần nơi khai thác. Việc tuyển quặng kim loại màu đòi hỏi lượng
nước rất lớn. Vì thế, nguồn nước cũng là điều kiện quan trọng ảnh hưởng đến việc phân
bố các xí nghiệp luyện kim màu.
Nguyên liệu của ngành luyện kim màu là quặng kim loại ở dạng đa kim. Quặng kim loại
khai thác được thường ở dạng đa kim. Nó có thể dùng làm nguyên liệu để sản xuất không
chỉ một, mà có thể hàng loạt kim loại màu.
Tính chất đa dạng, phong phú của nguyên liệu đòi hỏi phải sử dụng chúng một cách tổng
hợp nhằm lấy ra tối đa các kim loại, kể cả kim loại hiếm và quý có trong quặng. Vì thế,
người ta thường xây dựng xí nghiệp luyện kim màu dưới dạng xí nghiệp liên hợp, có các
phân xưởng riêng sản xuất các kim loại màu khác nhau. Việc sử dụng tổng hợp nguyên
liệu trong ngành luyện kim loại màu đã làm tăng khối lượng sản phẩm, hạ giá thành và
đem lại cho nền kinh tế quốc dân thêm nhiều sản phẩm quý.
Công nghiệp luyện kim màu bao gồm 02 khâu: khai thác, làm giàu quặng và chế biến
tinh quặng thành kim loại. Các xí nghiệp khai thác và làm giàu quặng nhất thiết phải
phân bố ở nơi có mỏ kim loại. Các xí nghiệp tinh luyện kim loại màu, tuỳ theo từng loại
có thể chịu ảnh hưởng của nhiều nhân tố khác nhau.
Xí nghiệp luyện đồng thường được phân bố gần nơi khai thác, làm giàu quặng vì quặng
đồng sau khi khai thác, làm giàu tới mức tối đa, hàm lượng cũng không vượt quá 50%.
Do khối lượng tinh quặng còn khá lớn nên việc vận chuyển đi xa là không kinh tế.
Trường hợp luyện đồng bằng phương pháp điện phân thì có thể xây dựng xí nghiệp gần
nguồn năng lượng dồi dào và rẻ tiền.
4
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
Xí nghiệp luyện nhôm, kẽm đòi hỏi nguồn điện năng rất lớn. Muốn có 1 tấn nhôm đòi

hỏi tới 17.000 - 18.000KWH hay 1 tấn kẽm cũng cần 3.000 – 4.000KWH. Vì thế, các xí
nghiệp này thường được phân bố gần các trung tâm điện lực lớn.
Xí nghiệp tinh luyện kim loại hiếm lại thường được phân bố gần nơi tiêu thụ vì việc tinh
luyện đòi hỏi kỹ thuật cao. Một số kim loại hiếm như vonfram, giecmani, liti được tinh
luyện bằng phương pháp điện phân thì các xí nghiệp được đặt gần nguồn điện năng. Một
số kim loại hiếm lẫn trong quặng sắt như fero- vonfram, fero- titan, fero- crom thì nên
xây dựng xí nghiệp tinh luyện bên cạnh khu liên hợp gang thép.
1.5 Quy trình sản xuất
Luyện kim bao gồm các quá trình cơ bản như sau:
• Xử lý hóa học
• Luyện
• Tinh luyện
• Nhiệt luyện
• Gia công hóa nhiệt và cơ nhiệt đối với kim loại
1.5.1 Quá trình xử lý bằng hóa học
Xử lý nguyên liệu (quặng hoặc tinh quặng) bằng hóa học nhằm 02 mục đích chính:
chuyển kim loại từ hợp chất khó luyện thành hợp chất dễ luyện và khử tạp chất. Đối với
các quặng kim loại hoặt tính yếu thì có thể trực tiếp luyện thành kim loại thô nhưng đối
với các quặng kim loại hoạt tính lớn thường có chứa nhiều tạp chất thì buộc phải xử lý
bằng hóa học để khử tạp chất.
Quặng kim loại màu có nhiều dạng, chủ yếu là quặng oxit và quặng sunfua. Mỗi một loại
quặng đều có đặc tính riêng, vì vậy sẽ tương ứng với một phương pháp xử lý hóa học
thích hợp nhằm đạt được các mục đích nêu trên.
1.5.1.1 Xử lý quặng oxit
Có rất nhiều quặng kim loại màu ở dạng oxit đơn giản, phức tạp và ngậm nước. Các loại
quặng này được xử lý băng hóa học nhằm:
• Tạo thành muối kiềm dễ hòa tan. Tác nhân là chất kiềm.
• Tạo thành muối kim loại dễ hòa tan. Tác nhân là axit. Qua trình này nhằm tách
silic và silicat là những chất không hoặc ít bị axit tác động.
• Tạo thành các halogenua bay hơi. Tác nhân là các halogen, đặc biệt là clo.

5
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
a) Xử lý bằng chất kiềm
Tác nhân thường dùng là xút costic NaOH và natricacbonat Na
2
CO
3
. Quá trình này
thường dùng để xử lý các quặng bôxit, vonframit, crômit.
Xử lý quặng vonframit bằng Na
2
CO
3
Quặng vonframit tồn tại ở dạng (Fe, Mn), WO4 được xử lý bằng tác nhân trên theo hai
phản ứng:
4WO + O
2
+ 4Na
2
CO
3
= 4Na
2
WO
4
+ 2Fe
2
O
3
+ 4CO

2

6MnWO
4
+ O
2
+ 6 Na
2
CO
3
= 6Na
2
WO
4
+ 2Mn
3
O
4
+ 6CO
2
Sản phẩm thu được ở dạng rắn được đem đi hòa tan trong nước. Vonfram chuyển vào
dung dịch ở dạng natri vonframat Na
2
WO
4
tách khỏi sắt và mangan (Fe
2
O
3
và Mn

3
O
4
không tan). Tiếp tục xử lý dung dịch để thu được vônfram ôxit WO
3
. Từ đó luyện thành
kim loại bằng phương pháp hoàn nguyên bằng hiđrô hoặc luyện thành cacbitvonfram.
Xử lý quặng bôxit bằng NaOH (phương pháp Baye)
Quá trình này là một bước làm sạch. Trong quặng bôxit, nhôm hiđrôxit hòa tan chuyển
vào trong dung dịch ở dạng natri aluminat theo phản ứng:
Al(OH)
3
+ NaOH = Na[Al(OH)
4
]
AlOOH + NaOH +H
2
O = Na[Al(OH)
4
]
Các tạp chất trong quặng tuỳ theo tính chất hóa học của mình có thể chuyển vào dung
dịch hoặc nằm lại thành cặn. Các tạp chất đi vào dung dịch sẽ không làm bẩn sản phẩm
cuối cùng vì chung sẽ kết lắng trong các quá trình tiếp theo hoặc nằm trong dung dịch cái
khi kết tủa nhôm hiđrôxit.
Quá trình xử lý bôxit bằng NaOH được tiến hành trong thiết bị hòa tách cao áp (ôtôcla).
Nhôm ôxit thu được sau khi nung nhôm hiđrôxit sẽ tiếp tục đưa đi luyện để thu được
nhôm kim loại bằng phương pháp điện phân trong dung dịch muối nóng chảy.
b) Xử lý bằng axit
Tác nhân thường dùng là axit clohiđric HCl và axit sunfuric H
2

SO
4
. Quá trình này thường
dùng để xử lý các quặng inmenit, seelit, vonframit, crômit.
Xử lý quặng inmenit
Quặng inmenit được xử lý bằng axit sunfuric theo phương trình phản ứng:
TiO
2
FeO + 2HCl = TiO
2
+ FeCl
2
+ H
2
O
Tiến hành lọc dung dịch thu được bột TiO
2
sạch. Sắt được khử tới 99,5%.
Xử lý quặng cromit
Quặng crômit được xử lý bằng axit sunfuric theo phương trình phản ứng:
Cr
2
O
3
.FeO +4H
2
SO
4
= Cr
2

(SO
4
)
3
+ FeSO
4
+ 4H
2
O
Dung dịch thu được tiếp tục đưa đi xử lý để khử các tạp chất: sắt, nhôm, thu được dung
dịch phèn crôm sạch. Từ đó tiến hành điện phân để thu được crôm kim loại.
6
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
c) Xử lý bằng halogen
Halogen thường dùng là clo. Trong một số trường hợp đặc biệt có thể dùng flo. Như đã
biết clo có tính điện âm so với oxi, nên không thể thay thế oxi từ oxit kim loại (quặng
bôxit) để tạo thành clorua kim loại. Vì vậy cần phải dùng một chất hoàn nguyên để giành
oxi từ ôxit.
Trong thực tế, người ta thường dùng hỗn hợp C + Cl
2
hoặc CCl
4
và S + Cl
2
. Cũng có thể
xử lý qua hai giai đoạn: giai đoạn thứ nhất – hoàn nguyên oxit về trạng thái kim loại
hoặc chuyển sang trạng thái hoạt tính như cacbit kim loại bằng chất hoàn nguyên cacbon;
giai đoạn thứ hai – xử lý sản phẩm thu được của giai đoạn thứ nhất bằng clo.
Quá trình xử lý bằng clo thường dùng đối với các quặng titan, crôm, vanađi, tantani,
niobi, bo.

Xử lý quặng titan
Quặng inmenit thường chứa nhiều tạp chất: vanađi, ziriconi, silic, nhôm, bạc, canxi,
mangan. Có thể được xử lý bằng CCl
4
. Sản phẩm được tạo thành là TiCl
4
, FeCl
3
, và
clorua kim loại khác. Có thể dễ dàng khử FeCl
3
vì điểm sôi cao hơn nhiều so với TiCl
4
(ở
áp lực khí quyển, nhiệt độ sôi của TiCl
4
– 155
0
C, của FeCl
3
– 319
0
C). Người ta ít dùng
phương pháp này để xử lý quặng inmenit, vì tốn nhiều clo vào việc khử sắt, mà thường
dùng đối với quặng rutin hoặc rutin nhân tạo. Phản ứng như sau:
TiO
2
+ 2C + 2Cl
2
= TiCl

4
+ 2CO
TiCl
4
thu được dễ bay hơi, được ngưng tụ bằng cách làm nguội. Trong sản phẩm thu
được ngoài TiCl
4
còn có một ít SiCl
4
, ZrCl
4
, AlCl
3
, FeCl
3
…sẽ được chưng phân đoạn để
thu được TiCl
4
sạch dùng để sản xuất TiO
2
sạch hoặc luyện ra titan kim loại.
Xử lý quặng vanađi
Vanađi oxit V
2
O
5
thu được từ việc xử lý quặng vanađi, có thể được xử lý tiếp bằng lưu
huỳnh và clo hoặc SCl
2
. Phản ứng như sau:

2 V
2
O
5
+ 5S + 6Cl
2
= 4VCl
3
+ 5SO
2
huỳnh và clo hoặc SCl2. Phản ứng như sau:
2V2O5 + 5S + 6Cl2 = 4VCl3 + 5SO2
Có thể thu được vanađi clorua sạch và sẽ được tiếp tục hoàn nguyên bằng hyđrô thu
được vanađi kim loại.
Xử lý bằng quặng bo
Bo oxit B
2
O
3
thu được từ quá trình trước được xử lý qua hai giai đoạn. Đầu tiên xử lý
bằng cacbon để tạo thành cacbit bo:
2 B
2
O
3
+ 7C = B
4
C + 6CO
Sau đó tiếp tục xử lý bằng clo:
B

4
C + 6Cl
2
= 4BCl
3
+ C
Bo clorua thu được dễ dàng chưng cất và là sản phẩm cơ bản để chế các hóa phẩm.
7
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
1.5.1.2 Xử lý quặng sunfua
Các quặng sunfua thường gặp như quặng đồng sunfua, chì - kẽm sunfua cần thiết phải
chuyển sang dạng oxit để thuận tiện cho quá trình luyện về sau. Điều này có thể thực
hiện được vì lưu huỳnh có tính điện âm kém hơn oxi.
Quá trinh oxi hóa quặng (tinh quặng) sunfua như nói ở trên gọi là quá trình thiêu, được
tiến hành trong lò thiêu nhờ tác nhân oxi của không khí. Phản ứng thiêu là phản ứng phát
nhiệt, tự tiến hành sau khi được cung cấp mồi lửa đạt nhiệt độ bốc cháy.
Xử lý quặng (tinh quặng) chì sunfua
Phản ứng thiêu xảy ra như sau:
2PbS + 3O
2
= 2PbO + 2SO
2

Chì oxit thu được kết hợp với oxit khác trong tinh quặng thành sản phẩm dạng cục (thiêu
kết) được đưa di chuyển hoàn nguyên để thu được chì kim loại.
Xử lý quặng (tinh quặng) kẽm sunfua
Kẽm sunfua bị thiêu theo phản ứng:
2ZnS + 3O
2
= 2ZnO + 2SO

2
Ngoài ra ở nhiệt độ thấp (xấp xỉ 350
0
C) còn xảy ra theo phản ứng tạo thành kẽm sunphat.
Sản phẩm thiêu được đưa đi luyện hoàn nguyên để thu được kẽm kim loại (trong trường
hợp này cần thiêu hoàn toàn thành ZnO) hoặc đưa đi hòa tách trong dung dịch axit
sunfuric rồi tiếp tục điện phân ra kẽm kim loại (trong trường hợp này ngoài việc thiêu
thành ZnO cần thiêu một phần thành ZnSO
4
để đỡ tốn axit sunfuric hòa tách).
1.5.2 Quá trình luyện
Kim loại trong quặng (tinh quặng) chưa bị xử lý hoặc đã bị xư lý bằng hóa học đều tồn
tại ở dạng oxi hóa Me
n+
- trạng thái ion khi kim loại bị mất n điện tử hoặc trạng thái liên
kết cộng hóa trị hoặc bán phân cực khi kim loại có n điện tử bị ràng buộc trong liên kết.
Vì vậy để luyện kim ra kim loại phải có quá trình khử, được biểu thị theo sơ đồ:
Me
n+
+ ne → MeO
Đây là một phản ứng hóa học hiểu theo nghĩa rộng. Điện tử cung cấp cho phản ứng có
thể được thực hiện bằng những con đường sau:
• Bằng một nguyên tố hoặc một hợp chất hóa học X (nếu kim loại cần luyện có tính
điện dương hoặc trung bình). X gọi là chất hoàn nguyên và đi ra ở trạng thái oxi
hóa.
• Bằng một cơ chế điện hóa: phản ứng hoàn nguyên xẩy ra ở cực âm (catôt) của
một hệ thống điện phân.
Hai khả năng trên đây tương ứng với hai phương pháp luyện cơ bản:
• Hóa luyện - quá trình luyện nhờ một chất hoàn nguyên. Trường hợp này thường
thích ứng với luyện kim loại có hoạt tính yếu đối với oxi, clo hoặc lưu huỳnh.

Phản ứng hoàn nguyên xảy ra ở nhiệt độ cao và kim loại thu được ở trạng thái
lỏng. Vì vậy phương pháp hóa luyện được gọi là phương pháp hỏa luyện. Nhiệt
cung cấp cho quá trình luyện có thể do nhiên liệu cháy hoặc nguồn điện năng.
8
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
• Điện luyện - quá trình luyện nhờ phản ứng điện hóa xảy ra trong dung dịch nước
hoặc dung dịch muối nóng chảy. Trường hợp này có khả năng dùng để luyện tất
cả các kim loại, nhưng vì mục đích kinh tế nên thường chỉ áp dụng để luyện các
kim loại có hoạt tính lớn, thực tế không thể luyện được bằng phương pháp hóa
luyện. Phương pháp điện luyện thường được gọi là phương pháp điện phân. Nó
tiến hành trong dung dịch vì vậy được xem như là một quá trình thuỷ điện.
1.5.2.1 Hóa luyện
Như đã biết thực chất của quá trình hóa luyện là quá trình thu được kim loại nhờ chất
hoàn nguyên. Phản ứng hoàn nguyên tổng quát như sau:
Me
n+
+ nX = MeO + nX
+
Đây là phản ứng ôxi hóa - khử, có sự chuyển điện tử từ chất hoàn nguyên vào kim loại ở
trạng thái Me
n+
làm cho kim loại trở thành trạng thái tự do MeO và chất hoàn nguyên đi
ra ở trạng thái oxi hóa X
+
.
Trong thực tế, cái gọi là kim loại ở trạng thái Me
n+
thường chính là oxit và halogen kim
loại. Chất hoàn nguyên tương ứng là cacbon, hiđro và kim loại có hoạt tính lớn. Trên cơ
sở đó có thể phân loại thành các quá trình hóa luyện cụ thể sau:

• Hoàn nguyên kim loại bằng cacbon và khí CO.
• Hoàn nguyên kim loại bằng khí hiđro.
• Hoàn nguyên kim loại bằng nhiệt kim.
Hoàn nguyên kim loại bằng cacbon và khí CO
Phản ứng hoàn nguyên thực tế ít xảy ra khi dùng cacbon rắn mà phải thông qua khí CO.
Oxit cacbon CO là chất hoàn nguyên tốt, rẻ tiền. Nó thích hợp với quá trình luyện ở nhiệt
độ trung bình và hơi cao, thường dùng để hoàn nguyên các kim loại có hoạt tính yếu
như: chì, kẽm, thiếc…
Trong quá trình luyện, kim loại bị hoàn nguyên từ oxit của nó trong quặng hoặc tinh
quặng và thu được ở dạng lỏng. Các tạp chất đất đá được tách ra ở dạng hỗn hợp oxit
nóng chảy gọi là xỉ. Xỉ có trọng lượng riêng bé, tạo thành một lớp lỏng nằm trên kim loại
lỏng. Nói chung luyện kim loại bằng chất hoàn nguyên CO rất kinh tế.
Phản ứng hoàn nguyên kim loại bằng khí CO có thể viết như sau:
MeO + CO = Me + CO
2

Khí CO được tạo nên nhờ phản ứng Buđoa:
C + CO
2
= 2CO
Vì vậy phản ứng tổng là:
MeO + CO = Me + CO
2

C + CO
2
= 2CO
MeO + C = Me + CO
9
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim

Trong thực tế luyện kim màu, phương pháp luyện hoàn nguyên bằng CO được áp dụng
để luyện chì, luyện thiếc và luyện kẽm. Quá trình luyện được tiến hành trong các loại lò:
lò đứng, lò phản xạ, lò điện, lò ống ngang…tuỳ từng trường hợp cụ thể.
Luyện chì
Quá trình luyện được tiến hành trong lò đứng. Đây là một thiế bị luyện liên tục (tương tự
như quá trình luyện gang ở lò cao). Chất hoàn nguyên CO và nhiệt năng được cung cấp
bởi than cốc cháy trong không khí nóng.
Phản ứng hoàn nguyên có thể viết lại như sau:
PbO + CO = Pb + CO
2

Trong quá trình luyện, chì bị hoàn nguyên từ oxit chảy tập trung xuống nồi lò. Các ôxit
bền vững khác không bị hoàn nguyên, kết hợp lại và nóng chảy tạo thành xỉ lóng nằm
trên lớp chì lỏng
Luyện kẽm
Quá trình luyện kẽm bằng chất hoàn nguyên CO được tiến hành trong lò ống đứng (trước
đây hay dùng lò ống ngang). Phản ứng hoàn nguyên như sau:
ZnO + CO = Zn hơi + CO
2
Kẽm ôxit thu được sau quá trình thiên tinh quặng kẽm sunfua được đóng bánh chất vào
lò. Khó CO được cung cấp nhờ lò sinh khí. Nhiệt được cung cấp gián tiếp từ các buồng
đốt truyền qua thành ống chưng chứa bánh quặng.
Kẽm thu được ở dạng hơi bay lên và được ngưng tụ ở thiết bị ngưng tụ đặt ở đỉnh lò. Các
chất khác không bị hoàn nguyên tạo thành bã và được tháo ra ở đáy lò.
Hoàn nguyên kim loại bằng hiđrô
Hiđrô là chất hoàn nguyên rất tốt ở nhiệt độ cao. Nó mạnh hơn so với oxit cacbon. Nó có
ưu điểm không tạo nên hiđrua kim loại bền vững. Sản phẩm hoàn nguyên ở thể khí dễ
thoát ra không làm bẩn kim loại. Tuy nhiên hiđrô có nhược điểm đắt tiền. Vì vậy nó chỉ
được dùng để hoàn nguyên một số oxit dễ tạo với cacbon thành cacbit kim loại và để
hoàn nguyên một số clorua kim loại.

Phản ứng hoàn nguyên bằng hiđrô như sau:
MeO + H
2
= Me + H
2
O
MeCl
2
+ H
2
= Me + 2HCl
Trong thực tế luyện kim màu người ta thường dùng hiđrô làm chất hoàn nguyên để luyện
molipđen và vonfram.
Luyện molipđen
Molipđen oxit MoO3 dễ dàng bị hoàn nguyên bằng hiđrô. Phản ứng tiến hành qua 2 giai
đoạn.
Giai đoạn 1:
MoO
3
+ H
2
= MoO
2
+ H
2
Phản ứng hoàn nguyên này có thể tiến hành ở nhiệt độ 370-400
o
C. Trong thực tế sản xuất
tiến hành luyện hoàn nguyên ở 600
o

C.
10
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
Giai đoạn 2:
MoO
2
+ 2H
2
= Mo + 2H
2
O
Phản ứng hoàn nguyên này bắt đầu xẩy ra ở 600
o
C. Trong thực tế sản xuất tiến hành
luyện hoàn nguyên ở 1.000
o
C.
Cả 2 phản ứng trên được tiến hành kế tiếp nhau trong 2 lò riêng biệt hoặc trong cùng một
lò có hai phần được nung bằng điện ở hai nhiệt độ khác nhau: 600
o
C và 1.000
o
C. Trong
lò MoO3 chuyển động ngược với dòng khí hiđrô. Molipđen thu được ở dạng bột, có thể
được thiêu kết hoặc nấu chảy trong lò chân không, lò hồ quang hoặc lò phóng điện tử.
Luyện vonfram
Vonfram oxit WO
3
cũng được tiến hành hoàn nguyên bằng hiđrô tương tự như luyện kim
molipđen trong trường hợp cần thu được vonfram WC thì người ta hoàn nguyên vonfram

oxit bằng cacbon.
Hoàn nguyên kim loại bằng nhiệt kim
Nhiệt kim là phương pháp hoàn nguyên kim loại từ hợp chất oxit hoặc halogenua bằng
một nguyên tố kim loại hoặc phi kim loại (chất hoàn nguyên) có hoạt tính lớn hơn kim
loại cần luyện. Nói một cách khác, quá trình nhiệt kim xảy ra với điều kiện thế nhiệt
động đẳng cấp tiêu chuẩn tạo thành hợp chất oxi hóa của chất hoàn nguyên bé hơn so với
thế nhiệt động đẳng áp tiêu chuẩn tạo thành hợp chất oxi hóa tương ứng của kim loại cần
luyện.
Phản ứng nhiệt kim như sau:
MeX + Me’ = Me + Me’X
Ở đây, X-oxi hoặc halogen Me’-chất hoàn nguyên (kim loại hoạt tính cao). Có nhiều vấn
đề đáng chú ý được đặt ra đối với quá trình nhiệt kim, cụ thể là:
• Nguyên liệu đầu (oxit hoặc halogenua) cũng như chất hoàn nguyên phải đảm bảo
độ sạch để thu được kim loại sạch. Thực vậy, trong quá trình luyện, tạp chất khó
tách và thường chuyển vào kim loại.
• Bảo đảm việc phân chia sản phẩm phản ứng: phân chia bằng lắng gạn (nhiệt kim
crôm bằng nhôm), bằng bay hơi (nhiệt kim bằng mage bằng ferosilic).
• Bảo vệ cho kim loại: môi trường chân không hoặc trơ, chất trợ dung và vật liệu
làm thiết bị không bị kim loại tác động…
Trong thực tế phương pháp hoàn nguyên nhiệt kim thường dùng để luyện các kim loại
hoạt tính từ các hợp chất sạch thu được sau khi xử lý quặng bằng phương pháp hóa học,
như dùng để luyện crôm, titan, uran, magiê. Gần đây có xu hướng phát triển dùng
phương pháp nhiệt kim thay cho phương pháp điện phân vì mục đích kinh tế. Thí dụ:
luyện canxi, magiê.
Luyện crôm
Để luyện crôm người ta dùng nhôm làm chất hoàn nguyên. Phản ứng nhiệt kim xảy ra
như sau:
Cr
2
O

3
+ 2Al = Al
2
O
3
+ 2Cr
11
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
Phản ứng trong trường hợp cụ thể này còn gọi là phản ứng nhiệt nhôm.
Crôm oxit sạch trộn với nhôm bột có độ sạch 99-99,5% được cho vào nồi thép có trát
chất chịu lửa nhôm ôxit và crôm oxit Al
2
O
3
.Cr
2
O
3
.
Trong nồi có cho một ít magiê để làm mồi lửa cho phản ứng. Về sau phản ứng sẽ tự tiến
hành (phản ứng phát nhiệt). Sản phẩm phản ứng gồm hai lớp mỏng: crôm kim loại và xỉ
(oxit kim loại: Al
2
O
3
và Cr
2
O
3
). Sau khi làm nguội và cho đông rắn có thể dễ dàng tách

sản phẩm bắng cơ học. Crôm thu được có độ sạch trên 99% với hiệu suất thu hồi khỏang
60%.
Luyện uran
Chất hoàn nguyên thường dùng là canxi. Phản ứng nhiệt kim như sau:
UF
4
+ 2Ca = 2CaF
2
+ U
Uran florua UF
4
ở trạng thái rắn được trộn với canxi dạng hạt, được tiến hành luyện
trong thiết bị bằng thép không rỉ hút chân không. Mồi lửa được thực hiện bằng điện.
Uran thu được chảy vào khuôn ở dưới đáy thiết bị và được làm nguội bằng áo nước.
1.5.2.2 Điện luyện
Luyện kim loại bằng phương pháp điện luyện (điện phân) dựa trên phản ứng điện hóa
sau:
Me
n+
+ ne = MeO
Trong đó ion kim loại Me
n+
ở trong dung dịch nước hoặc dung dịch muối nóng chảy, dưới
tác động của dòng điện một chiều, chuyển dịch về cực âm và bị hoàn nguyên bởi điện tử
ở cực âm của một hệ thống điện phân. Kim loại thu được ở cực âm có thể ở nhiều dạng
khác nhau: dạng tấm, lỏng, bột.
Đứng về phương diện điện hóa, bản chất của kim loại được xác định bằng thế điện cực
tiêu chuẩn của nó (điện thế). Mỗi một kim loại có một giá trị thế điện cực tiêu chuẩn nhất
định, đo bằng vôn, trên cơ sơ lấy hiđrô làm tiêu chuẩn.
Nếu trong dung dịch điện phân có đồng thời nhiều ion kim loại thì kim loại nào có điện

thế lớn sẽ ưu tiên bị hoàn nguyên xuống cực âm. Mặt khác, như đã biết, trong dung dịch
nước luôn có mặt ion hiđrô, ion này cũng phóng điện ở cực âm tuân theo quy luật trên.
Cho nên trong trường hợp điện phân kim loại có điện thế lớn hơn điện thế của hiđrô,
hoặc bé hơn nhưng nhờ quá thế hiđrô trên kim loại đó lớn thì kim loại sẽ được ưu tiên
hoàn nguyên ở cực âm theo phản ứng:
2H
+
+ 2e = H
2
Do đó, sẽ không thu được kim loại và quá trình điện phân xảy ra thực chất là quá trình
điện phân nước. Đối với những kim loại có điện thế bé rõ ràng bắt buộc phải điện phân
trong dung dịch không chứa nước, thường dùng trong muối nóng chảy.
Chính vì vậy, có thể chia ra hai quá trình điện luyện: điện phân trong dung dịch nước và
điện phân trong dung dịch muối nóng chảy.
Điện phân trong dung dịch nước thường dùng để luyện (và tinh luyện) các kim loại như:
kẽm, đồng, chì, thiếc, vàng, bạc. Điện phân trong dung dịch muối nóng chảy thường
dùng để luyện (và tinh luyện): nhôm, mage, natri, canxi.
12
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
Luyện kẽm
Dung dịch điện phân kẽm thu được bằng cách hòa tách tinh quặng kẽm đã thiêu trong
dung dịch axit sunfuric.
ZnO + H
2
SO
4
= ZnSO
4
+ H
2

O
Tiến hành điện phân dung dịch sunfat kẽm này trong bể điện phân thường có lót bằng
tấm chì. Cực dương được đúc bằng chì, cực âm làm bằng lá nhôm.
Phản ứng điện hóa xảy ra ở cực âm như sau:
Zn
2+
+ 2e = Zn
Kẽm thu được ở dạng tấm bám vào cưc âm nhôm, có thể được bóc ra một cách dễ dàng
sau từng chu kỳ điện phân. Dung dịch sau khi điện phân sẽ tăng mạnh nông độ axit
sufuric và chứa ít kẽm được dùng làm dung dịch tuần hoàn để hòa tách tinh quặng kẽm
đã thiêu, bảo đảm chu trình kín của phương pháp thuỷ luyện kẽm. Trong quá trình điện
phân, ngoài phản ứng hoàn nguyên kẽm ở cực âm còn xẩy ra các phản ứng điện hóa phụ
khác, chủ yếu là phản ứng hoàn nguyên hiđrô ở cực âm. Vì vậy hiệu suất dòng điện trong
quá trình điện phân kẽm thương đạt dưới 95%.
Luyện nhôm
Luyện nhôm được tiến hành bằng phương pháp điện phân trong dung dịch muối nóng
chảy criôlit-alumin Na
3
AlF
6
.Al
2
O
3
.
Alumin (nhôm oxit) thu được trong quá trình xử lý bôxit bằng chất kiềm được hòa tan
trong dung dịch criôlit Na
3
AlF
6

. Trong dung dich điện phân muối nóng chảy này tồn tại
các ion Na
+
, AlF
6
3-
, Al
3+
, O
2
-
. Phản ứng điện hóa xảy ra ở cực âm như sau:
Al
3+
+ 3e = Al
Bể điện phân được lót bằng các khối than, đáy bể là cực âm. Cực dương là khối than tự
thiêu hoặc thiêu trước. Dòng điện một chiều cung cấp cho bể điện phân một mặt đủ điện
áp phân hóa nhôm oxit, mặt khác để nung chảy chất điện phân nhờ hiệu ứng Jun.
Nhôm thu được trong quá trình điện phân tập trung ở đáy bể ở dạng lỏng và được lấy ra
theo chu kỳ.
1.5.3 Quá trình tinh luyện
Kim loại thu được trong quá trình luyện dù bằng phương pháp nào cũng chứa một lượng
tạp chất nhất định, gọi là kim loại thô với hàm lượng 90-99%. Độ sạch của kim loại phụ
thuộc vào độ sạch của nguyên liệu, bản chất và độ sạch của chất hoàn nguyên, kỹ thuật
luyện. Đặc biệt khi luyện các quặng không được xử lý hóa học với việc thu được kim
loại ở trạng thái nóng chảy tiếp xúc với xỉ thì kim loại càng bẩn.
Để thu được kim loại sạch cỡ 99,9-99,99% và kim loại siêu sạch trên 99,99% đáp ứng
yêu cầu công nghiệp và kỹ thuật mới cần phải có quá trình tinh luyện. Có thể phân thành
ba phương pháp tinh luyện cơ bản sau:
• Phương pháp hóa học: dùng một tác nhân hóa học (nguyên tố hoặc hợp chất) có

ái lực đối với tạp chất lớn hơn đối với kim loại cơ bản, tạo với tạp chất thành hợp
chất hóa học tách khỏi kim loại.
13
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
• Phương pháp điện hóa: dùng kim loại thô làm cực dương hòa tan. Trong quá trình
điện phân, kim loại tạp chất hoặc bị giữ lại ở cực dương hoặc lưu lại trong dung
dịch cũng như có thể kết tủa từ dung dịch, còn kim loại cơ bản bị hoàn nguyên ở
cực âm ở dạng sạch.
• Phương pháp vật lý: tách tạp chất khỏi kim loại dựa vào sự thiên tích trọng lượng,
độ bay hơi; sự phân bố tạp chất ở các pha.
Mỗi một phương pháp trên đây được áp dụng trong từng trường hợp cụ thể. Nói chung
phương pháp hóa học có năng suất cao, hai phương pháp còn lại năng suất thấp nhưng có
khả năng khử tạp chất tốt, bảo đảm thu được kim loại có độ sạch cao.
1.5.3.1 Phương pháp hóa học
Gọi Me là kim loại cơ bản, Me’ là tạp chất, X là tác nhân hóa học. Vì kim loại cơ bản
(kim loại cần tinh luyện) chiếm tuyệt đại đa số (hoạt độ lớn) nên phản ứng trước tiên xảy
ra đối với nó:
Me + X = MeX
Sau đó kim loại tạp chất sẽ thay thế kim loại cơ bản:
Me’ + MeX = Me’X + Me
Hợp chất Me’X thường tách ra khỏi kim loại cơ bản ở dạng bã khó chảy. Thí dụ: khử
đồng khỏi chì bằng lưu huỳnh. Đầy tiên lưu huỳnh phản ứng với chì:
2Pb + S
2
= 2PbS
PbS thu được có thể bị hòa tan trong chì lỏng và bị tạp chất đồng, có ái lực với lưu huỳnh
lớn hơn đối với chì, thay thế theo phản ứng:
PbS + 2Cu = Pb + Cu
2
S rắn

Các tác nhân hóa học thường dùng là oxi, clo, lưu huỳnh hoặc kim loại hoạt tính, tương
ứng với các tên gọi: tinh luyện oxi hóa, tinh luyện clorua hóa, tinh luyện sunfua hóa…
• Tinh luyện oxi hóa thường là phương pháp tinh luyện sơ bộ. Các phương pháp
còn lại thường có hiệu quả hơn, cho phép thu được kim loại sạch và đôi khi siêu
sạch. Tinh luyện oxi hóa thường dùng để khử đồng, chì, bạc trong quá trình tinh
lọc vàng; khử thiếc, asen, antimon trong quá trình tinh luyện chì.
• Tinh luyện sunfua hóa thường dùng để khử đồng khỏi chì, thiếc và bitmut; khử sắt
trong các quá trình tinh luyện thiếc và atimon.
• Tinh luyện clorua hóa thường dùng để khử chì trong quá trình tinh luyện thiếc.
Ngoài ra người ta thường dùng kim loại hoạt tính để khử tạp chất dựa trên cơ sở các kim
loại này thường tạo với một số kim loại tạp chất thành các hợp chất hóa học bền vững.
Thí dụ khử bitmut khỏi chì bằng các tác nhân canxi, mage và natri.
1.5.3.2 Phương pháp điện hóa
Phương pháp này thường gọi là tinh luyện điện phân. Nó thích hợp để thu được kim loại
sạch và siêu sạch.
14
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
Khi tinh luyện điện phân, cực dương là kim loại thô hòa tan. Các tạp chất được tách khỏi
kim loại cơ bản do sự khác nhau về thế điện cực (điện thế). Có thể phân ra ba nhóm tạp
chất trên cơ sở so sánh điện thế của chúng với kim loại cơ bản:
• Tạp chất có điện thế lớn.
• Tạp chất có điện thế xấp xỉ với kim loại cở bản.
• Tạp chất có điện thế bé.
Tạp chất có điện thế lớn thường ít khả năng chuyển vào dung dịch điện phân và bị giữ lại
ở cực dương dưới dạng bùn cực dương. Tạp chất có điện thế gần với điện thế của kim
loại cơ bản thường cùng hòa tan với kim loại cơ bản và cùng phóng điện xuống cực âm
với kim loại cơ bản. Các tạp chất này chỉ có khả năng khử được nếu dễ bị thuỷ phân. Các
tạp chất có điện thế bé thực tế hoàn toàn chuyển vào dung dịch khi cực dương hòa tan
nhưng lại ít có khả năng phóng điện xuống cực âm, trừ trường hợp khi chúng tích luỹ lại
trong dung dịch đạt tới nồng độ lớn.

Phương pháp tinh luyện điện phân thường tiến hành trong dung dịch nước và dung dịch
muối nóng chảy. Điện phân trong dung dịch nước thường dùng để tinh luyện đồng,
niken, chì, vàng, bạc… Điện phân trong dung dịch muối nóng chảy thường dùng để tinh
luyện nhôm, titan…
Tinh luyện điện phân đồng
Tiến hành trong dung dịch sunfat có nồng độ 30-45 g/l Cu
2+
, 120-200 g/l H
2
SO
4
tự do.
Các tạp chất có điện thế lớn như vàng, bạc, platin và điện thế bé như niken, sắt được khử
tốt. Các tạp chất có điện thế gần với đồng như asen, antimon, bitmut là những tạp chất
khó thử.
Đồng thô chứa 99-99,5%Cu, sau khi tinh luyện thu được đồng cực âm có độ sạch cao
99,95-99,99% Cu (trường hợp điện phân hai lần có màng ngăn có thể thu được đồng cực
âm 99,999%Cu.
1.5.3.3 Phương pháp vật lý
Người ta thường dùng ba phương pháp tinh luyện vật lý sau:
• Phương pháp thiên tích.
• Phương pháp chưng bay hơi.
• Phương pháp luyện vùng.
Trong ba phương pháp trên, phương pháp thiên tích được xem là phương pháp tinh luyện
sơ bộ. Hai phương pháp sau cho phép thu được kim loại sạch và siêu sạch. Đặc biệt
phương pháp luyện vùng thích hợp để thu được kim loại siêu sạch.
15
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
Phương pháp thiên tích
Phương pháp thiên tích dựa trên cơ sở giản đồ cân bằng pha của kim loại cơ bản và kim

loại tạp chất. Khi làm nguội độ hòa tan của tạp chất trong kim loại cơ bản giảm xuống,
tạp chất được tiết ra ở dạng tinh thể (thường ở dạng hợp chất liên kim) rắn, tách khỏi kim
loại lỏng. Phương pháp thiên tích thường dùng để khử sắt khỏi thiếc và kẽm, khử đồng
khỏi chì.
Phương pháp chưng bay hơi
Phương pháp chưng bay hơi vào sự bay hơi (nhiệt độ sôi) khác nhau giữa kim loại cơ
bản và tạp chất. Phương pháp này thường dùng để tinh luyện các kim loại dễ bay hơi
như: cađimi, kẽm, magiê, thuỷ ngân.
Tinh luyện kẽm bằng chưng bay hơi
Kẽm thu được bằng phương pháp hỏa luyện luôn luôn chứa một số tạp chất: chì, cađimi.
Nhiệt độ sôi của chúng ở áp suất khí quyển như sau:
Zn – 906
0
C
Pb – 1.740
0
C
Cd – 767
0
C
In – 2.000
0
C
Quá trình tinh luyện được thực hiện trong hệ thống chưng có hai cột chưng gồm các đĩa
cacbua silic, được nung nóng bên ngoài. Cột thứ nhất (cột chì), ở đó kẽm được bay hơi
cùng với cađimi và để lại chì lỏng và các tạp chất khác. Hơi bay lên trên được ngưng tụ
và được đưa vè giữa cột thứ hai (cột cađimi), ở đó cađimi và kẽm được phân chia: ở phía
trên là cađimi sạch, còn kẽm chảy xuống dưới với độ sạch trên 99,995%Zn.
Phương pháp luyện vùng
Phương pháp luyện vùng dựa vào sự khác nhau về sự phân bố tạp chất trong pha rắn và

pha lỏng của kim loại cơ bản, đặc trưng bằng hệ số phân bố:
K = C(r)/C(l)
Trong trường hợp chung K < 1, có nghĩa là nồng độ tạp chất trong pha lỏng lớn hơn
trong pha rắn. Trong trường hợp này nếu nấu chảy vùng của thỏi kim loại thì tạp chất
chuyển vào pha lỏng, pha rắn và phần được tinh luyện. Quá trình lặp lại nhiều lần sẽ thu
được kim loại sạch. Phương pháp luyện vùng thường dùng để tinh luyện các kim loại
như: nhôm, thiếc…
Ngoài các phương pháp tinh luyện vật lý để thu được kim loại sạch và siêu sạch từ kim
loại thô, trong luyện kim còn dùng các phương pháp trao đổi ion và chiết ly để phân chia
các kim loại, đặc biệt để phân chia kim loại hiếm, nhằm mục đích phân chia kim loại
sạch và siêu sạch. Phương pháp trao đổi ion và phương pháp chiết ly có thể xem như là
phương pháp tinh luyện vật lý vì chúng dựa vào hệ số phân bố khác nhau của các ion
kim loại trên ionit và dung dịch (phương pháp trao đổi ion), trong dung môi hòa tan và
dung môi chiết ly (phương pháp chiết ly).
16
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim
1.5.4 Quá trình nhiệt luyện
Nhiệt luyện là công nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt
tại đó một thời gian thích hợp rồi làm nguội với tốc độ nhất định để làm thay đổi tổ chức,
do đó biến đổi cơ tính và các tính chất khác theo phương hướng đã chọn trước. Nhiệt
luyện chỉ làm thay đổi tính chất của vật liệu (chủ yếu là vật liệu kim loại) bằng cách thay
đổi cấu trúc bên trong mà không làm thay đổi hình dáng và kích thước của chi tiết.
Trong chế tạo cơ khí, nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng vì không những nó tạo cho chi
tiết sau khi gia công cơ những tính chất cần thiết mà còn làm tăng tính công nghệ của vật
liệu. Vì vậy có thể nói nhiệt luyện là khâu quan trọng không thể thiếu được đối với chế
tạo cơ khí và là một trong những yếu tố công nghệ quan trọng quyết định chất lượng của
sản phẩm cơ khí.
Nhiệt luyện có ảnh hưởng quyết định tới tuổi thọ của các sản phẩm cơ khí. Máy móc
càng chính xác, yêu cầu cơ tính càng cao thì số lượng chi tiết cần nhiệt luyện càng nhiều.
Đối với các nước công nghiệp phát triển, để đánh giá trình độ ngành chế tạo cơ khí phải

căn cứ vào trình độ nhiệt luyện, bởi vì dù gia công cơ khí chính xác nhưng nếu không
qua nhiệt luyện hoặc chất lượng nhiệt luyện không đảm bảo thì tuổi thọ của chi tiết cũng
không cao và mức độ chính xác của máy móc không còn giữ được theo yêu cầu.
Nhiệt luyện nâng cao chất lượng sản phẩm không những có ý nghĩa kinh tế rất lớn (để
kéo dài thời gian làm việc; nâng cao độ bền lâu của công trình, máy móc thiết bị…) mà
còn là thước đo để đánh giá trình độ phát triển khoa học, kỹ thuật của mỗi quốc gia.
Các tác dụng chủ yếu của nhiệt luyện:
1/ Tăng độ cứng, tính chịu ăn mòn, độ dẻo dai và độ bền của vật liệu:
Mục tiêu của sản xuất cơ khí là sản xuất ra các cơ cấu và máy bền hơn, nhẹ hơn, khoẻ
hơn với các tính năng tốt hơn. Để đạt được điều đó không thể không sử dụng thành quả
của vật liệu kim loại và nhiệt luyện, sử dụng triệt để các tiềm năng của vật liệu về mặt cơ
tính.
Bằng những phương pháp nhiệt luyện thích hợp như tôi + ram, tôi bề mặt, thấm cacbon -
nitơ,…độ bền và độ cứng của vật có thể tăng lên từ ba đến sáu lần (thép chẳng hạn), nhờ
đó có thể dẫn tới rất nhiều điều có lợi như sau:
• Tuổi bền (thời gian làm việc) của máy tăng lên do hệ số an toàn cao không gãy vỡ
(do nâng cao độ bền). Trong nhiều trường hợp máy hỏng còn là do bị ăn mòn quá
mạnh, nâng cao độ cứng, tính chống mài mòn cũng có tác dụng này.
• Máy hay kết cấu có thể nhẹ đi, điều này dẫn đến tiết kiệm kim loại (hạ giá thành),
năng lượng (nhiên liệu) khi vận hành.
• Tăng sức chịu tải của máy, động cơ, phương tiện vận tải (ôtô, toa xe, tàu biển…)
và kết cấu (cầu, nhà, xưởng…), điều này dẫn tới các hiệu quả kinh tế - kỹ thuật
lớn.
Phần lớn các chi tiết máy quan trọng như trục, trục khủyu, vòi phun cao áp, bánh răng
truyền lực với tốc độ nhanh, chốt…đặc biệt là 100% dao cắt, dụng cụ đo và các dụng cụ
biến dạng (khuôn) đều phải qua nhiệt luyện tôi + ram hoặc hóa nhiệt luyện. Chúng
thường được tiến hành gần như là sau cùng, nhằm tạo cho chi tiết, dụng cụ cơ tính thích
hợp với điều kiện làm việc và được gọi là nhiệt luyện kết thúc (thường tiến hành trên sản
17
Chất thải nguy hại của ngành luyện kim

phẩm). Chất lượng của máy, thiết bị cũng như phụ tùng thay thế phụ thuộc rất nhiều vào
cách sử dụng vật liệu và nhiệt luyện chúng. Những máy làm việc tốt không thể không sử
dụng vật liệu tốt (một cách hợp lý, đúng chỗ) và nhiệt luyện bảo đảm.
2/ Cải thiện tính công nghệ (rèn, dập, gia công cắt, tính chịu mài, tính hàn…), từ tính,
điện tính…
Muốn tạo thành chi tiết máy, vật liệu ban đầu phải qua nhiều khâu, nguyên công gia công
cơ khí: rèn, dập, cắt…Để đảm bảo sản xuất dễ dàng với năng suất lao động cao, chi phí
thấp vật liệu phải có cơ tính sao cho phù hợp với điều kiện gia công tiếp theo như cần
mềm để dễ cắt hoặc dẻo để dễ biến dạng nguội. Muốn vậy cũng phải áp dụng các biện
pháp nhiệt luyện thích hợp (ủ hoặc thường hóa như với thép). Ví dụ, sau khi biến dạng
(đặc biệt là kéo nguội) thép bị biến cứng đến mức không thể cắt gọt hay biến dạng (kéo)
tiếp được, phải đưa đi ủ hoặc thường hóa để làm giảm độ cứng, tăng độ dẻo. Sau khi xử
lý như vậy thép trở nên dễ gia công tiếp theo.
Các phương pháp nhiệt luyện tiến hành với mục đích như vậy được gọi là nhiệt luyện sơ
bộ, chúng nằm giữa các nguyên công gia công cơ khí (thường tiến hành trên phôi). Trong
sản xuất cơ khí cần phải biết tận dụng các phương pháp nhiệt luyện thích hợp, không
những đảm bảo khả năng làm việc lâu dài cho chi tiết, dụng cụ bằng thép mà còn đễ dàng
cho quá trình gia công.
3/ Nhiệt luyện trong nhà máy cơ khí
Ở các nhà máy cơ khí với quy mô nhỏ và trung bình, bộ phận nhiệt luyện không lớn và
thường đặt tập trung. Sau khi nhiệt luyện sơ bộ, từ đây phôi thép được chuyển tới các
phân xưởng cắt gọt, dập và sau khi nhiệt luyện kết thúc các chi tiết máy quan trọng (cần
cứng và bền cao) được đưa qua mài hay thẳng đến lắp ráp. Cách sắp xếp như vậy có
nhiều nhược điểm, song không thể khác vì sản lượng thấp.
Ở các nhà máy cơ khí có quy mô lớn và rất lớn, các chi tiết máy được gia công hoàn
chỉnh từ khâu đầu đến khâu cuối trên dây chuyền cơ khí hóa hoặc tự động hóa trog đó
bao gồm cả nguyên công nhiệt luyện. Do vậy nguyên công nhiệt luyện ở đây cũng phải
được cơ khí hóa thậm chí tự động hóa và phải chống nóng, độc để không có ảnh hưởng
xấu đến bản thân người làm nhiệt luyện cũng như cả dây chuyền sản xuất cơ khí. Cách
sắp xếp chuyên môn hóa cao như vậy đảm bảo chất lượng sản phẩm và lựa chọn phương

án tiết kiệm được năng lượng.
Các nhà máy cơ khí có thể xem xét tuỳ thuộc vào mức độ sản xuất của đơn vị mình ra
sao mà lựa chọn quy mô của phân xưởng nhiệt luyện sao cho phù hợp và tiết kiệm nhất
nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng của sản phẩm.
18