CÔNG NGHỆ LUYỆN ĐỒNG

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 hiện nay trên thế giới và trong nớc ; sơ lợc về công nghệ.
Sinh viên thực hiện : 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 hiện : Nguyễn Thanh Hiếu
III. Đặc điểm sử dụng nguyên nhiên vật liệu , nớc và năng lợng của công nghệ sản
xuất .
Sinh viên thực hiện : Mai Quang Dơng
IV. Vấn đề môi trờng của công nghệ sản xuất này bao gồm : các dòng thải chính ,
quy mô dòng thải , ớc tính các chất thải quan trọng nhất & sơ bộ tóm tắt các ph-
ơng án giải quyết ô nhiễm theo hớng : quản lý , giảm thiểu và xử lý .
Sinh viên thực hiện : Hoàng Dơng

Page 2
I. Tình hình sản xuất hiện nay trên thế giới và trong nớc ; sơ lợc về công

nghệ.
Đồng là kim loại xuất hiện khoảng 3000 năm trớc công nguyên ,sự xuất hiện của
đồ đồng đã làm cho sản xuất của con ngời thay đổi đI nên 1 tầm cao mới .
Cho tới ngày nay ngành công nghiệp luyện đồng vẫn đang phát triển mạnh mẽ
I.1 Tình hình sản xuất đồng trên thế giới
Hiện nay trên thế giới với công nghệ tiên tiến đã cho ra đợc những sản phẩm đồng
có chất lợng cao với 99,99% Cu nguyên chất .
Những nớc trên thế giới có ngành công nghiệp luyện đồng phát triển nh:
Chile,Indonexia,Trung Quốc,Conggo,Mehico.Chính những nớc này cũng sở hữu
những công nghệ luyện đồng tiên tiến nhất thế giới.
Ơ Chile ngành sản xuât đồng là ngành kinh tế đem lại lợi nhuận nhất với tỉ trọng
chiếm tới 38% tổng doanh thu kinh tế cả nớc (số liệu năm 2006).Cũng tại nớc này
những mỏ đồng lớn nhất thế giới nh :
Mỏ Escondidec sản lợng khai thác mỗi năm là 1,215 triệu tấn
Mỏ Elteniente sản lợng là 438000 tấn/năm
Mỏ Chuquicamata sản lợng 760000 tấn/năm
Mỏ Collahuasi sản lợng 495000 tấn/năm

Tổng sản lợng khái thác của nớc này 5,6 triệu tấn/năm (2005).Chile đang có kế
hoạch đầu t 15,22 tỷ $ vào ngành sản xuất đồng đẻ nâng sản lợng nên 6,34 triệu
tấn trong năm 2010.
Ngoài Chile những nớc khác sở hữu nhũng mỏ đồng lớn trên thế giới nh :
Indonexia với mỏ Crusberg-papua lớn thứ 2 trên thế giới do công ty Freeport-
Mcmoran Copper&Gold của Mỹ chiu trách nhiệm khai thác sản lợng
600000tấn/năm.(2005-2006)
Mỏ Teke Fubgurume ở Conggo thuộc công ty Phelps Đoge kiểm soát.Mỏ Gobi
của Monggolia thuộc công ty Ivanhoe Mines kiểm soát.
Page 3
Mỏ La Caridad ở bác Mehico
Mỏ Kansanshi ở Dambia

Ngoài ra Trung Quốc cũng có ngành công nghiệp đồng phát triển với sản lợng
khai thác là:650000 tấn/năm
Tại Ân Độ xuất khẩu là 500000 tấn/năm
Sản lợng đồng trên thế giới ngày càng tăng với sự ảnh hởng lớn nhất từ Chile.Và
năm 2010 dự đoán lợng tiêu thụ đồng trên thế giới khoảng 21,2 triệu tấn/năm.
Hiện tại có 2 công nghệ đợc dùng phổ biến nhất là hỏa luyện và thủy luyện,ngoài
ra cung có các công nghệ khác nh ngâm triết đồng
I.2 Tình hình sản xuất đồng ở Việt Nam
Hiện lợng đồng tiêu thụ trong nớc là do chúng ta nhập khẩu ở bên ngoài .Nhu cầu
sử dụng đồng trong nớc ngày càng cao làm cho mới đây nhất nhà máy luyện đồng
Tăng Loong đầu tiên ở Việt Nam đa ra đời tại Lào Cai (mỏ Xin Quyền)thuộc tổng
công ty khoáng sản Việt Nam.Hiện tại công ty dã đi vào hoạt động từ quý 4 năm
2008 dã cho ra lò mẻ đồng hỏa luyện đầu tiên có trọng lợng 20 tấn Cu.Nhà máy đi
vào hoạt động với công suất 10000 tấn Cu thụ đợc 341 Kg Au 99,99%,146 kg Ag
99,95%,40000 tấn axit sunfuric.
Mỏ Xin Quyền đợc công ty Vincomin làm chủ nhóm khai thác sẽ khai thác 1,1
đến 1,2 triệu tấn quặng Cu/năm. Sản xuát khoảng 42000 tấn quặng nguyên chất
25% Cu,110000 tấn quặng Fe,20000 tấn quặng sunfua .
Hiện nhà máy đang sử công nghệ của trung quốc để sản xuất ra đồng dơng cực
(đồng catot 99,5%)qua các công đoạn chính là:
Lấy tinh quặng đồng từ nhà máy tuyển về nấu luyện bằng lò thủy khấu sơn để ra
sten 15% Cuồi tăng nấu luyện lò chuyển thành Cu 99%.Tinh luyện bằng lò phản
xajthanhf Cu 99,5%.ngoài ra bùn điện phân đợc nấu luyện đẻ thu Au.
Ngoài ra nhà máy cũng rất 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, các phế liệu trong công nghiệp chứa
đồng và các phế phẩm sinh hoạt.
Page 4

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 rất ít,quặng chia làm 2 loại:
+ Quặng sunfua đồng và sắt
+ Quặng oxit đồng
Các tinh quặng đồng sau khi tuyển nổi chứa tứ 8-35% Cu khi tuyển nổi chọn lọc
sẽ thu đợc tinh quặng đồng cùng các tinh quặng chì,kẽm,niken.
II.2 Phơng pháp luyện đồng
Có 2 phơng pháp luyện đồng :
+ Hỏa luyện
+ Thủy luyện
Hỏa luyện dung để xử lý quặng sunfua đồng
Thủy luyện chỉ áp dụng cho quặng oxit và đồng tự nhiên
Tuy nhiên hỏa luyện thi thu hồi đợc cả đồng và kim loai quý còn thủy luyện thi
không.vì vậy hỏa luyen vẫn đợc dùng nhiều hơn. Thống kê hàng năm 90% đồng
sản xuất bằng hỏa luyện,10%sản xuất bằng thủy luyện.
II.3 Sau đây là mô hình của quá trình sản xuất:
Page 5
Sản phẩm đầu
vào
Quặng ,tinh
quặng phế liệu
đồng
Công nghệ sản
xuất
Sản phẩm
đầu ra : đồng
và các kim
loai quý
II.4 Sơ đồ hỏa luyện đồng

II.4.1. Thiêu kết tinh quặng đồng :
Trong tinh quặng đồng chứa một lợng S rất lớn, còn đồng có hàm lợng không cao.
Quá trình luyện nếu tiến hành đồng thời trong lò phản xạ hoặc lò điện thì hiệu suất
khử S rất thấp do đó Sten thu đợc các hàm lợng Cu không cao, các quá trình luyện
Sten sau đó sẽ rất tốn kém. Do vậy phải tiến hành thiêu đốt để cháy bớt lu huỳnh,
biến một phần sắt sunfua thành sắt oxit dạng xỉ, khử bớt tạp chất có hại cho quá
trình luyện ra kim loại đồng thời còn có tác dụng trộng đều phối liệu trớc khi
luyện. Quá trình luyện thiêu kết là quá trình oxy hóa đốt cháy các sulfua biến
Page 6
Thiêu k t
Luy n ra sten ng
sten : h n h p
các sunfua t p
ã nói trong
phn luyn th
X Sten
Th i luy n
X
ng thô
H a tinh luy n
X
ng thô
i n
phõn
Mu i catot
sch
Bùn anôt X l ý thu h i Ag,
Au, Cu, kim lo i quý
khác
Tr

dung
Thu bi
SX
H
2
SO
4
Khí lò
B i
Thu b i
Tr dung
đdung
Tinh qu ng
ng
Khí lò
Khí lò
B i
chúng thành oxit. Các phản ứng chính trong quá trình thiêu hỏa tinh luyện đồng
nh sau:
Các phản ứng này đều là phản ứng tỏa nhiệt nên quá trình là tự nhiệt. Quá trình
thiêu thờng tiến hành ở 850
o
C, trờng hợp thiêu kết phải tiến hành ở nhiệt độ chảy
nhão của nguyên liệu khoảng 1050-1100
o
C.
II.4.2 Qúa trình sten đồng
Sten đồng là sản phẩm trung gian trong hỏa luyện tinh quặng đồng. Là sản phẩm
của các sunfua kim loại trong đó 80-90%la Cu
2

S, FeS
2.
Trong quá trình luyện đồng từ tinh quặng sulfua ngời ta phải tiến hành thông qua
sản phẩm trung gian là Sten đồng rồi mới luyện thành đồng thô vì các lý do sau:
Page 7
Khi nhiệt độ cao
2CuFeS
2
= Cu
2
S + 2FeS + 1/2S
2
FeAsS = FeS + As
FeS
2
= FeS + 1/2 S
2
2FeS +7/2O
2
= Fe
2
O
3
+ 2SO
2
+ Q
Cu
2
S + 2O
2

= 2CuO + SO
2
S + O
2
= SO
2
Ngoài ra có phản ứng của FeS với Cu
2
S
FeS + Cu
2
O = FeO + Cu
2
S
Khi nhiệt độ thấp có thể xảy ra phản ứng tạo đồng và sắt sulfat
CuS + 2O
2
= CuSO
4
FeS + O
2
= FeSO
4
Ngoài ra, một số oxit có tính axit sẽ tác dụng với các oxit mang tính Bazơ tạo thành
sản phẩm phức nh 2CaO.SiO
2
; FeO.SiO
2
; MeO.Fe
2

O
3
...
- Sten đồng là chất tập hợp tốt đồng, hầu hết đồng vào Sten dới dạng Cu
2
S,
chỉ đi ra theo xỉ với lợng rất hạn chế.
- Sten đồng có khả năng hòa tan rất tốt các kim loại quý nh Au, Ag, Pt.. hầu
hết kim loại quí tan vào sten, chỉ dới 1% đi vào xỉ theo con đờng cơ học.
- Nếu luyện thẳng ra đồng thô sẽ phải thiêu hết lu huỳnh trong quặng để
chuyển thành oxit, khi đó rất tốn nhiên liệu và lợng đồng mất mát vào xỉ lớn
kéo theo mất mát kim loại quý vào xỉ không thu hồi đợc lớn.
Trong quá trình luyện xảy ra các biến đổi hóa lý nh sau:
FeS + Cu
2
S = FeS.Cu
2
S (sten)
FeS + 6Fe
2
O
3
+ SiO
2
= 7(2FeO.SiO
2
) + 2SO
2
6(MeO.Fe
2

O
3
) + 2FeS + 7SiO
2
= 6MeO + 7(2Fe
2
O
3
.SiO
2
) + 2SO
2
Các oxit tạp nh CaO tác dụng với SiO
2
và FeO tạo thành xỉ dễ chảy, chảy ra và dồ
xuống phía dới.
Ngoài ra cũng xảy ra phản ứng hoàn nguyên của đồng thành đồng kim loại
2Cu
2
O + Cu
2
S = 6Cu + SO
2
Nhng nếu có FeS thì đồng ngay lập tức sẽ tác dụng để tạo thành Cu
2
S vào sten còn
sắt sắt sẽ bị oxi
không khí hoặc SO
2
và SO

3
oxi hóa thành FeO đi vào xỉ.
II.4.3 Luyện sten ra đồng thô
Quá trình này đợc thực hiện ở lò thổi gió, sử dụng oxi không khí hoặc oxi sạch để
thực hiện phản ứng
Quá trình chia thành 2 giai đoạn chính:
Giai đoạn 1: Oxi hóa tạo xỉ
Sử dụng không khí có áp suất cao thổi vào khối sten lỏng vào các phản ứng oxy
hóa của các sulfua xảy ra mãnh liệt 3-4 lần.
2Cu
2
S + 3O
2
= 2Cu
2
O + 2SO
2
+ 185500 cal
Nhng sau đó, vì ái lực của đồng với lu huỳnh lớn hơn của sắt với lu huỳnh nên xảy
ra phản ứng:
Page 8
Cu
2
O + FeS = Cu
2
S + FeO
2FeO + SiO
2
= 2FeO.SiO
2

+ 8100 cal
Do đó giai đoạn này chỉ có phản ứng oxy hóa và tạo xỉ của sulfua sắt theo phản
ứng tổng quát:
Vì vậy ở giai đoạn 1 phải không ngừng cung cấp bột thạch anh để tạo xỉ. Kết thúc
giai đoạn 1, nghiêng
2FeS + O
2
+ SiO
2
= 2FeO.SiO
2
+ 2SiO
2
+ 233400cal
lò tháo xỉ ra ngoài, nạp tiếp liệu (sten), SiO
2
và thực hiện quá trình thổi luyện. Mỗi
mẻ luyện nạp sten
2FeS + 3O
2
= 2FeO + 2SO
2
+ 225300 cal
Giai đoạn 2: Oxy hóa hoàn nguyên
Kết thúc giai đoạn 1, tiến hành thổi gió giai đoạn 2.
Phản ứng ở giai đoạn này chủ yếu là phản ứng của oxy hóa của sulfua đồng:
trong khí lò còn có một lợng nhỏ oxit kẽm, oxit chì và khoảng 1% đồng trong
nguyên liệu.
Và phản ứng hoàn nguyên của Cu
2

O và Cu
2
S:
2Cu
2
O + Cu
2
S = 6Cu + SO
2
30000 cal
Giai đoạn sẽ kết thúc khi lò không còn khói trắng (SO
2
)
Sản phẩm chính của quá trình là đồng thô, xỉ và khí lò. Hiệu suất thu hồi đồng có
thể đạt đến 98% tùy
hàm lợng đồng trong Sten. Đồng thô thu đợc có thành phần đồng khoảng 97-99%,
ngoài ra còn Sb
antimoan); As; Ni; Bi; Au, Ag.
Khí lò có thành phần chủ yếu là SO
2
, nếu áp dụng các biện pháp chống hở thì hàm
lợng SO
2
có thể
đạt từ 6-10%. (Nồng độ SO
2
>3% có thể sử dụng làm nguyên liệu điều chế axit
sulfuric). Ngoài ra
Page 9
2Cu

2
S + 3O
2
= 2Cu
2
O + SO
2
+ 186000 cal
II.4.4 Tinh luyện đồng đồng sạch.
Cu
2
O + CH
4
= CO
2
+ 2H
2
O + 8[Cu]
Giai đoạn hoàn nguyên sẽ tiến hành đến khi trong đồng lỏng chỉ còn khoảng 0,3-
0,5% Cu
2
O. Sau quá
trình hỏa tinh luyện, hầu hết các kim loại quý còn nằm nguyên trong đồng. Đồng
sẽ đợc đúc thành
các tấm anốt để tinh luyện bằng điện phân hoặc đúc thành thỏi để sử dụng trong
trờng hợp không cần
Trong đồng thô luyện từ Sten còn chứa rất nhiều chất tạp và một lợng đáng kể các
kim loại quí. Do
đó cần tiến hành quá trình tinh luyện để khử chất tạp và thu đồng sạch 99,95-
99,99%. Quá trình tinh

luyện đồng đợc diễn ra theo 2 bớc: Hỏa tinh luyện và điện phân
B ớc 1: Hoả tinh luyện
Đây là phơng pháp oxy hóa, dựa vào cơ sở ái lực hóa học của các kim loại tạp với
oxy lớn hơn đối
với đồng, các 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 một phần đồng thành oxit Cu
2
O, Cu
2
O
tan vào đồng lỏng sẽ
oxi hóa các chất tạp trong đồng lỏng theo phản ứng:
[Me] + [Cu
2
O] = (MeO) + 2[Cu]
Thứ tự oxi hóa từ mạnh đến yếu của các kim loại nh sau: Al, Si, Mn, Zn, Fe, Ni,
As, Sb, Pb, Bi. Để
tăng cờng quá trình oxy hóa, ngời ta thờng dùng ống thép s
hơi nớc hay cắm gỗ, tre tơi vào đồng lỏng. Sự bay hơi của hơi nớc và các chất bốc
trong gỗ, tre
Page 10