Báo cáo đề tài công nghệ luyện đồng

Bộ Giáo Dục & Đào Tạo
***
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Viện Khoa Học & Công Nghệ Môi Trường

Bộ Môn : Các QTSX Cơ Bản
Đề tài : Công nghệ luyện đồng
GVHD :ThS . Đinh Bách Khoa
Nhóm SVTH : Nguyễn Hải Dương
Nguyễn Thanh Hiếu
Mai Quang Dương
Hoàng Dương

HàNội 2008


Công Nghệ Luyện Đồng
Tóm Tắt Công Nghệ Luyện Đồng
I. Tình hình sản xuất hiện nay trên thế giới và trong nước ; sơ lược về công
nghệ.
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Hải Dương
II. Đặc thù công nghệ được phân công tìm hiểu . Thuyết minh công nghệ sản
xuất , phân tích ưu , nhược điểm ;
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thanh Hiếu
III. Đặc điểm sử dụng nguyên nhiên vật liệu , nước và năng lượng của công
nghệ sản xuất .
Sinh viên thực hiện : Mai Quang Dương
IV. Vấn đề môi trường của công nghệ sản xuất này bao gồm : các dòng thải
chính , quy mô dòng thải , ước tính các chất thải quan trọng nhất & sơ bộ tóm tắt
các phương án giải quyết ô nhiễm theo hướng : quản lý , giảm thiểu và xử lý .
Sinh viên thực hiện : Hoàng Dương

Page 2


I. Tình hình sản xuất hiện nay trên thế giới và trong nước ; sơ lược về công
nghệ.
Đồng là kim loại xuất hiện khoảng 3000 năm trước công nguyên ,sự xuất hiện
của đồ đồng đã làm cho sản xuất của con người 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 được những sản phẩm
đồng có chất lượng cao với 99,99% Cu nguyên chất .
Những nước trên thế giới có ngành công nghiệp luyện đồng phát triển như:
Chile,Indonexia,Trung Quốc,Conggo,Mehico….Chính những nước 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 nước (số liệu năm 2006).Cũng tại nước
này những mỏ đồng lớn nhất thế giới như :
Mỏ Escondidec sản lượng khai thác mỗi năm là 1,215 triệu tấn
Mỏ Elteniente sản lượng là 438000 tấn/năm
Mỏ Chuquicamata sản lượng 760000 tấn/năm
Mỏ Collahuasi sản lượng 495000 tấn/năm
…
Tổng sản lượng khái thác của nước này 5,6 triệu tấn/năm (2005).Chile đang có
kế hoạch đầu tư 15,22 tỷ $ vào ngành sản xuất đồng đẻ nâng sản lượng nên 6,34
triệu tấn trong năm 2010.
Ngoài Chile những nước khác sở hữu nhũng mỏ đồng lớn trên thế giới như :
Indonexia với mỏ Crusberg-papua lớn thứ 2 trên thế giới do công ty FreeportMcmoran Copper&Gold của Mỹ chiu trách nhiệm khai thác sản lượng
600000tấn/năm.(2005-2006)
Page 3

Mỏ Teke Fubgurume ở Conggo thuộc công ty Phelps Đoge kiểm soát.Mỏ Gobi
của Monggolia thuộc công ty Ivanhoe Mines kiểm soát.
Mỏ La Caridad ở bác Mehico
Mỏ Kansanshi ở Dambia
Ngoài ra Trung Quốc cũng có ngành công nghiệp đồng phát triển với sản lượng
khai thác là:650000 tấn/năm
Tại Ân Độ xuất khẩu là 500000 tấn/năm
Sản lượng đồng trên thế giới ngày càng tăng với sự ảnh hưởng lớn nhất từ
Chile.Và năm 2010 dự đoán lượng tiêu thụ đồng trên thế giới khoảng 21,2 triệu
tấn/năm.
Hiện tại có 2 công nghệ được dùng phổ biến nhất là hỏa luyện và thủy
luyện,ngoài ra cung có các công nghệ khác như ngâm triết đồng
I.2 Tình hình sản xuất đồng ở Việt Nam
Hiện lượng đồng tiêu thụ trong nước là do chúng ta nhập khẩu ở bên ngoài .Nhu
cầu sử dụng đồng trong nước 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 lượng
20 tấn Cu.Nhà máy đi vào hoạt động với công suất 10000 tấn Cu thụ được 341
Kg Au 99,99%,146 kg Ag 99,95%,40000 tấn axit sunfuric.
Mỏ Xin Quyền được 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 dương 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 được nấu luyện đẻ thu Au.

Ngoài ra nhà máy cũng rất quan tâm tới vấn đề bảo vệ môi trường.

Page 4


II. Đặc thù công nghệ được phân công tìm hiểu . Thuyết minh công nghệ
sản xuất , phân tích ưu , nhược 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.
Đồng được luyện từ phế phẩm chiếm khoảng 30% so với tổng sản lượng đồng
được sản xuất hang năm.
Quặng đồng chứa hàm lượng 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 được tinh quặng đồng cùng các tinh quặng chì,kẽm,niken.
II.2 Phương pháp luyện đồng
Có 2 phương 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 được cả đồng và kim loai quý còn thủy luyện thi
không.vì vậy hỏa luyen vẫn được 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
Trợ dung
đdung

Tinh quặng
đồng

Bụi

Thiêu kết

Khí lò

Trợ
dung

Thu bụi
Bụi

Luyện ra sten đồng
Xỉ

SX
H2SO4

Khí lò

Sten
Thổi luyện

Xỉ

Khí lò

Thu bụi

Đồng thô
sten : hỗn
hợp các
sunfua tạp đã
nói trong phần
luyện thế

Hỏa tinh luyện
Đồng thô

Xỉ

Điện
phõn
Muối catot
sạch

Bùn anôt

Xử lý thu hổi Ag,
Au, Cu, kim loại quý
khác

Page 6


II.4.1. Thiêu kết tinh quặng đồng :
Trong tinh quặng đồng chứa một lượng S rất lớn, còn đồng có hàm lượng 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 được các hàm lượng Cu không cao, các
quá trình luyện Sten sau đó sẽ rất tốn kém. Do vậy phải tiến hành thiêu đốt để
cháy bớt lưu 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 trước khi luyện. Quá trình luyện thiêu kết là quá trình oxy hóa đốt cháy
các sulfua biến chúng thành oxit. Các phản ứng chính trong quá trình thiêu hỏa
tinh luyện đồng như sau:

Khi nhiệt độ 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 ra có phản ứng của FeS với Cu2S
FeS + Cu2O = FeO + Cu2S
Khi nhiệt độ thấp có thể xảy ra phản ứng tạo đồng và sắt sulfat
CuS + 2O2 = CuSO4
FeS + O2 = FeSO4
Ngoài ra, một số oxit có tính axit sẽ tác dụng với các oxit mang tính Bazơ tạo
thành sản phẩm phức như 2CaO.SiO2; FeO.SiO2; MeO.Fe2O3...
Page 7


Các phản ứng này đều là phản ứng tỏa nhiệt nên quá trình là tự nhiệt. Quá trình
thiêu thường tiến hành ở 850oC, trường hợp thiêu kết phải tiến hành ở nhiệt độ
chảy nhão của nguyên liệu khoảng 1050-1100oC.
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 Cu2S, FeS2.
Trong quá trình luyện đồng từ tinh quặng sulfua người ta phải tiến hành thông
qua sản phẩm trung gian là Sten đồng rồi mới luyện thành đồng thô vì các lý do
sau:
- Sten đồng là chất tập hợp tốt đồng, hầu hết đồng vào Sten dưới dạng Cu2S, chỉ đi ra theo xỉ với lượng rất hạn chế.
- Sten đồng có khả năng hòa tan rất tốt các kim loại quý như Au, Ag, Pt..
hầu hết kim loại quí tan vào sten, chỉ dưới 1% đi vào xỉ theo con đường
cơ học.
- Nếu luyện thẳng ra đồng thô sẽ phải thiêu hết lưu huỳnh trong quặng để
chuyển thành oxit, khi đó rất tốn nhiên liệu và lượng đồng mất mát vào xỉ

lớn kéo theo mất mát kim loại quý vào xỉ không thu hồi được lớn.
Trong quá trình luyện xảy ra các biến đổi hóa lý như 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 như CaO tác dụng với SiO2 và FeO tạo thành xỉ dễ chảy, chảy ra và
dồ xuống phía dưới.
Ngoài ra cũng xảy ra phản ứng hoàn nguyên của đồng thành đồng kim loại
2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2
Nhưng nếu có FeS thì đồng ngay lập tức sẽ tác dụng để tạo thành Cu 2S vào sten
còn sắt sắt sẽ bị oxi
Page 8


không khí hoặc SO2 và SO3 oxi hóa thành FeO đi vào xỉ.
II.4.3 Luyện sten ra đồng thô
Quá trình này được 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.
2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2 + 185500 cal
Nhưng sau đó, vì ái lực của đồng với lưu huỳnh lớn hơn của sắt với lưu huỳnh
nên xảy ra phản ứng:
Cu2O + FeS = Cu2S + FeO
2FeO + SiO2 = 2FeO.SiO2 + 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 + O2 + SiO2 = 2FeO.SiO2 + 2SiO2 + 233400cal
lò tháo xỉ ra ngoài, nạp tiếp liệu (sten), SiO2 và thực hiện quá 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 2.
Phản ứng ở giai đoạn này chủ yếu là phản ứng của oxy hóa của sulfua đồng:
trong khí lò còn có một lượng nhỏ oxit kẽm, oxit chì và khoảng 1% đồng trong
nguyên liệu.
Page 9


Và phản ứng hoàn nguyên của Cu2O và Cu2S:
2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2 – 30000 cal
Giai đoạn sẽ kết thúc khi lò không còn khói trắng (SO2)
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 lượng đồng trong Sten. Đồng thô thu được có thành phần đồng khoảng 9799%, ngoài ra còn Sb
antimoan); As; Ni; Bi; Au, Ag.
Khí lò có thành phần chủ yếu là SO2, nếu áp dụng các biện pháp chống hở thì
hàm lượng SO2 có thể
đạt từ 6-10%. (Nồng độ SO2>3% có thể sử dụng làm nguyên liệu điều chế axit
sulfuric). Ngoài ra
2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + SO2 + 186000 cal
II.4.4 Tinh luyện đồng đồng sạch.
Cu2O + CH4 = CO2 + 2H2O + 8[Cu]
Giai đoạn hoàn nguyên sẽ tiến hành đến khi trong đồng lỏng chỉ còn khoảng 0,30,5% Cu2O. Sau quá
trình hỏa tinh luyện, hầu hết các kim loại quý còn nằm nguyên trong đồng. Đồng
sẽ được đúc thành

các tấm anốt để tinh luyện bằng điện phân hoặc đúc thành thỏi để sử dụng trong
trường hợp không cần
Trong đồng thô luyện từ Sten còn chứa rất nhiều chất tạp và một lượng đáng kể
các kim loại quí. Do
đó cần tiến hành quá trình tinh luyện để khử chất tạp và thu đồng sạch 99,9599,99%. Quá trình tinh
luyện đồng được diễn ra theo 2 bước: Hỏa tinh luyện và điện phân
Bước 1: Hoả tinh luyện
Page 10


Đây là phương 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 dưới
dạng xỉ. Sử dụng oxi không khí để oxi hóa một phần đồng thành oxit Cu2O,
Cu2O tan vào đồng lỏng sẽ
oxi hóa các chất tạp trong đồng lỏng theo phản ứng:
[Me] + [Cu2O] = (MeO) + 2[Cu]
Thứ tự oxi hóa từ mạnh đến yếu của các kim loại như sau: Al, Si, Mn, Zn, Fe,
Ni, As, Sb, Pb, Bi. Để
tăng cường quá trình oxy hóa, người ta thường dùng ống thép s
hơi nước hay cắm gỗ, tre tươi vào đồng lỏng. Sự bay hơi của hơi nước và các
chất bốc trong gỗ, tre
tươi sẽ có tác dụng khuấy trộn, oxy hóa và đuổi các khí CO2, N2... cũng như các
oxit tạp thoát khỏi
khối đồng lỏng.
Sau khi tinh luyện oxi hóa, hàm được oxit đồng đạt đến giá trị bão hòa (10-12%
Cu2O). Để khử lượng
oxit này, tiến hành giai đoạn hoàn nguyên bằng cách cắm gỗ khô hoặc sục khí
thiên nhiên (CH4) hoặc rải than bột lên mặt đồng lỏng.

Bước 2: tinh luyện bằng điện phân
Nguyên lý dựa vào sự khác nhau về thế điện cực của các kim loại, dưới tác dụng
của dòng điện, đồng ở anôt sẽ tan vào dung dịch sau đó tiết ra ở katôt, các chất
tạp nằm lại ở bùn anôt hoặc trong dung dịch điện phân. Thường sử dụng dung
dịch điện phân là H2SO4 với lượng 150-200g/l.
Có thể chia các tạp chất trong đồng thành 3 loại
- Loại có thế điện cực dương hơn đồng (Sb, Ag, Au) không phóng điện và
tan vào dung dịch sẽ nằm lại anot tạo thành bùn anôt tách khỏi đồng điện
phân.
Page 11


- Các kim loại có thế điện cực âm hơn so với đồng sẽ phóng điện ở anôt
cùng đồng tan vào dung dịch. Do thế điện cực âm hơn đồng nên khi đến
catot làm bằng đồng sạch (sau điện phân) chúng sẽ không tiết ra mà nằm
lại ở dung dịch điện phân (để hạn chế tối đa các kim loại này không bám
vào katôt cần phải khống chế nồng độ của chúng đủ nhỏ).
- Các kim loại có thế điện cực gần đồng (Bi, As) sẽ tan một phần vào dung
dịch và tiếp ở catốt. Muốn tách chúng cần định kỳ thay dung dịch điện
phân bằng dung dịch mới.
II.4.5 Ưu nhược điểm công nghệ
*Ưu điểm:
Đây là công nghệ luyện đông tư quặng sunfua bằng phương pháp hỏa luyện một
mặt thu hồi được đồng mà còn thu hồi đươc cả các kim loại quý khác.Bên cạnh
đó thì còn thu hồi được lương lưu huỳnh khá lớn để phục vụ việc sản xuất axit
sunfua ric .Quy trình thì quay vòng làm cho việc sản xuất đồng liên tục.
*Nhược điểm:
Trước khi luyện ra đồng thô,phải thiêu hoàn toàn để đốt cháy lượng lưu huỳnh
do đó làm tăng thời gian và phí tổn quá trình thiêu đốt
Mất mát đồng vào xỉ khá lớn

Do môi trường hoàn nguyên mạnh nên các kim loại Ag,Sb,Fe…cũng được hoàn
nguyên và hòa tan vào Cu thô, làm cho việc tinh luyện này xảy ra rất khó.
III. Đặc điểm sử dụng nguyên nhiên vật liệu,nước và năng lượng của công
nghệ luyện đồng.
III.1 Nguyên nhiên vật liệu.
Nguyên liệu dùng cho quá trình luyện đồng là đồng phế và các quặng đồng.Việc
lựa chọn nguyên liệu tuỳ theo điều kiện kinh tế,công nghệ.
Đồng
phế

Nguyên
nhiên vật
liệu

Quá trình
luyện đồng

Sản
phẩm
đồng
Page 12


Quặng
đồng
Đồng luyện từ phế liệu chiếm khoảng 30% so với đồng luyện từ quặng . Hiện
nay người ta đã tìm thấy khoảng 240 khoáng vật ( quặng chứa đồng ) nhưng chỉ
có 10 loại trong số đó có ý nghĩa đối với ngành công nghiệp luyện kim . Quặng
được chia ra làm hai loại chính , quặng sunfua do các khoáng sản của sunfua tạo
thành , và quặng oxit do các khoáng oxit ,silicat và cacbonat tạo thành . Quặng

đồng nghèo chứa đồng thấp hơn 1% , quặng đồng trung bình chứa 1-3 % đồng ,
cao hơn 3% gọi là quặng giàu . Đa phần hiện nay khai thác quặng nghèo chứa
0,35% đồng , quặng đồng thường cộng sinh với nhiều kim loại khác như Ni ,
Co , Pb , Zn , Fe nên thành phần rất phức tạp . Đa phần quặng đồng ở dạng
sunfua .
Dưới đây là một số quặng phổ biến được sử dụng trong công nghệ luyện đồng .

Quặng sunfua

Thành phần %

Công thức cấu tạo
Cu

Fe

S

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

Sb

As

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 Quặng sunfua.
Page 13


III.1.1.1 Quặng chalcopyrite.
Trong quặng sunfua thì quặng chalcopyrite phân bố rộng nhất . Chalcopyrite có

màu đồng thau , có ánh kim , có độ cứng lớn.
Chalcopyrite,khoáng vật của đồng,thuộc lớp sunfua CuFeS 2 tạp chất Xesi,telu
,kẽm,vàng,bạc,vvv,hệ tứ phương .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
lượng riêng 4,1-4,39 g/cm3 .Thường
gặp trong các mỏ nguồn gốc macma
dung li ,scacnơ,nhiệt hạch,trầm
tích.Phổ biến trong các mỏ quặng đồng
sinh quyển (Lào Cai),mỏ đồng–niken
Bản Xang (Sơn La ).
III.1.1.2 Quặng bornite .
Bornite,khoáng vật của đồng thuộc lớp
Cu5 Fe S4 . Hệ lập phương ,đa hình ,tập hợp
hạt ,khối đặc sịt . Màu sẫm ,đỏ màu đồng với
các tia màu sặc sỡ trên mặt . ánh bán kim .
Độ cứng 3,0 ; khối lượng riêng 4,9 – 5,3
g/cm3 .Thường gặp trong các mỏ quặng đồng
ở đối làm giàu thứ nguyên do chalcopyrite
biến thành , trong các mỏ cát kết ngậm đồng
và mỏ nhiệt điện . Thường gặp trong các mỏ đồng biển đồng ( Bắc Giang ) các
mỏ quặng đồng và điểm quặng đồng ở Lai Châu , Sơn La , Hà Tây , Hoà Bình.
III.1.1.3 Quặng chalcocite
Khoáng vật màu đen hoặc màu chì xám
tối, Cu2S , ánh kim tinh thể hệ thoi hoặc
dạng khối . là nguồn quặng Cu quan trọng

Page 14

III.1.1.4 Quặng tennantite,
Tennantite là một trong nhóm các khoáng
chất được gọi là “fahlerz” hoặc
“fahlores” . Nhóm có nghĩa là “ tái quặng “
.Nó có màu xám đen ,thép màu xám, sắt
màu xám hay xám đen.

III.1.1.5 Tetrahedrite.
Tetrahedrite là một trong nhóm các
khoáng chất được gọi là “fahlerz” hoặc
“fahlores” . Nhóm có nghĩa là “ tái
quặng “.Có màu xám bạc , Tetrahedrite
và Tennantite là hai quặng có cùng cấu
trúc pha lê,nhưng khác nhau tỷ lệ % của
arsenic và atimon . atimon giàu trong
tetrahedrite còn arsenic giàu trong
tennantite.
III.1.2 Quặng oxit .
III.1.2.1 Quặng cuprite .
Cuprite là quặng đồng đỏ , khoáng vật của
đồng , phụ thuộc vào lớp oxit đơn giản
Cu2O.Hệ lập phương . Tập hợp hạt nhỏ đặc
sít , dạng đất .Màu đỏ đến xám chì , ánh
kim cương hoặc nửa kim loại trên bề mặt
vết vỡ . Độ cứng 3,5 – 4 , khối lượng riêng
5,85 – 6,15 g/cm3 .

Page 15

III.1.2.2 Quặng malachite .
Malachite là một cacbonat khoáng sản
thường được biết đến như là “ đồng
cacbonat “ với công thức CuCO3 .Cu(OH)2
. Hệ đơn nghiêng ,tạp chất : CuO , Fe2O3 ,
SiO2 , …vv , gặp tập hợp dạng nhũ đá .
thận , sợi phóng tia , dạng đất . Màu xanh
lục , ánh thuỷ tinh . Độ cứng 3,5 – 4 , khối
lượng riêng 3,9 – 4,1 g/cm3 gặp trong đới
oxi hoá mỏ quặng đồng ( Cu ) . Cộng sinh
với azumit , cuprit , limonit . loại dạng nhũ
đá , dạng thận dùng là đá mỹ nghệ , loại dạng đất dùng làm bột màu . Gặp ở mỏ
đồng Biển Đông , Bắc Giang.
III.2 Nước và năng lượng của công nghệ luyện đồng.
Trong công nghiệp luyện đồng , nước (nước nhà máy) được dùng chủ yếu cho
quá trình rửa quặng ở nguyên liệu đầu vào . Lượng nước thải từ các nhà máy
luyện đồng là rất lớn,vì vậy để tận dụng nguồn nước đó ta có thể tái chế và sử
dụng nó cho các quá trình sản xuất khác.
Năng lượng trong công nghệ luyện đồng là năng lượng điện và than cốc .Than
cốc được sử dụng để nung chảy quặng.
Than cốc là sản phẩm tạo thành từ than đá , là loại than chứa ít lưu huỳnh và ít
tro nhờ quy trình luyện than đá thành than cốc ở điều kiện yếm khí trên 10000 C.
Các thành phần dễ bay hơi như nước,khí than và tro than đã bị loại bỏ gần như
hoàn toàn . Cacbon và các phần tro còn lại bị hoà tan lẫn vào nhau . Một phần
cacbon bị chuyển sang dạng giống như than chì ( hay graphít).
Thuộc tính vật lý của than cốc
Than cốc là sản phẩm cứng và xốp có màu xám , thu được nhờ quá trình luyện
cốc của than mỡ ( loại than có thể tạo ta chất kết dính kho được nung ở môi
trường yếm khí ) . Tính theo hàm lượng thì than cốc chứa khoảng 96-98% C,

phần còn lại là H,S,N,O. Độ xốp đạt 49-53% , tỷ trọng riêng khoảng 1,80-1,95
g/cm3 ,tỷ trọng biểu kiến khoảng 1 g/cm3 ,còn tỷ trọng khi ở dạng rời là khoảng
400-500g/cm3 độ tro 9-12%, tỷ lệ các chất dễ bay hơi khoảng 1%. Độ ẩm tương
Page 16


đối khoảng 2-4% và không lớn hơn 0,5% khối lượng. Giới hạn bền khi bị nôn là
15-25 MPa, khi bị cắt ( đặc trưng cho tính bền vững đối với sự cắt ) 6-12 MPa,
năng suất tủa nhiệt 29-30 MJ/kg.
Thuộc tính hoá học của than cốc
Trên 9000C, than cốc dễ dàng phục hồi khí cacbonic (ẹẻ2) theo phản ứng sau:
ẹ + ẹẻ2 = 2ẹẻ
Ở nhiệt độ khoảng 10000C, tốc độ của phản ứng (khả năng phản ứng tiêu chuẩn
của than cốc) tính trên 1 g than cốc là 0,1-0,2 ml ẹẻ2 trên 1 giây, năng lượng tỏa
ra là 140-200 kJ/mol. Tốc độ phản ứng với ẻ2 (tức phản ứng chảy của than cốc)
theo phương trình:
ẹ + ẻ2 = ẹẻ2
Là cao hơn một cách đáng kể so với phản ứng cùng ẹẻ2, và ở mức khoảng 5000C
thì gần 0,1 ml ẻ2 trên 1 giây, năng suất tỏa nhiệt khoảng 100-140 kJ/mol.
Các thuộc tính hóa lý của than cốc được xác định bởi cấu trúc của nó, do cấu
trúc của nó rất gần với cấu trúc lớp lục giác của graphít . Cấu trúc của than cốc
được đặc trưng bởi sự sắp xếp không hoàn hảo: các phần riêng rẽ (các lớp) được
liên kết bởi lực Van de Waals đó chiếm giữ một số cỏc vị trí có khả năng (ví dụ,
xếp chồng lẫn nhau). Bên cạnh các nguyên tử cacbon trong lưới không gian của
than cốc (đặc biệt trong các phần ngoại biên của nó) có thể phân bổ các nguyên
tử dị thường như lưu huỳnh, nitơ, oxy.
Cấu trúc và tính chất của than cốc phụ thuộc vào thành phần của mẻ than đỏ
cũng như nhiệt độ và tốc độ đốt núng mẻ than này. Với sự tăng lên của hàm
lượng khí than đá và các thành phần khác, được đặc trưng bởi mức độ biến đổi
thấp thì nhiệt độ cốc hóa bị giảm xuống và sự giảm đi của các thành phần đó

trong nhiệt độ này, khả năng phản ứng và khả năng chảy của than cốc nhận được
cuối cùng là tăng lên do khi tăng hàm lượng của khí than đá trong mẻ than thì độ
bền và độ tạo cục trung bình của than cốc giảm xuống, độ xốp của nú tăng lờn.
Sự tăng cao nhiệt độ cốc hóa cũng có khả năng tăng độ xốp của than cốc. Khi
tăng thời gian cốc hóa và giảm tốc độ đốt nóng thì độ xốp của than cốc cũng
được tăng lên.
IV. Vấn đề môi trường của công nghệ sản xuất này bao gồm : các dòng thải
chính , quy mô dòng thải , ước tính các chất thải quan trọng nhất & sơ bộ
tóm tắt các phương án giải quyết ô nhiễm theo hướng : quản lý , giảm thiểu
và xử lý .
Page 17


IV.1 Vấn đề chất thải rắn

Đa phần quặng đồng được sử dụng hiện nay thường có hàm lượng đồng thấp
(chứa khoảng 0,35% đồng) nên không thể luyện trực tiếp do đó trước khi luyện
phải tiến hành qua công đoạn tuyển khoáng nhằm nâng hàm lượng đồng lên 1030%(Chất thải từ quá trình này gọi là quặng đuôi).Phương pháp tuyển nổi là
phưong pháp tuyển quăng đồng phổ biến hiện nay.Vấn đề đặt ra là các loại
thuốc dùng trong quá trình tuyển nổi là các hợp chất hữu cơ chứa lưu
huỳnh,phốt pho,nitơ,asen(có thể gây ung thư).Một số loại thuốc tuyển thường
dùng:
Xantat: R-O-C(=S)-SH
Tiocar bamat: RO-N(=R’)-C(=S)-SH
Đitiôphophat: (RO-)2P(=S)-SH
Hợp chất hữu cơ chứa Asen
Biện pháp xử lí thông dụng hiện nay đối với đất đá phế thải trong quá trình
tuyển quặng là chôn lấp, do đó cần một diện tích lớn hàng trăm hécta để chứa
chúng,bên cạnh đó nếu không được xử lí cẩn thẩn các thuốc tuyển nổi có thể
ngấm vào trong đất.

Để luyện đồng từ tinh quặng sulfua người ta phải tiến hành thông qua sản
phẩm trung gian là sten đồng rồi mới luyện đồng thô,trong quá trình này một
lượng đồng mà một số kim loại quí như Au,Ag,Pt (khoảng 1% sẽ đi ra dưới
dạng xỉ lò theo con đường cơ học).Xỉ thải ra nếu không đươc tận thu kim loại
thì thường được mang đi chôn lấp hoặc có một số nơi sẽ được dùng để đóng
gạch,lát đường.
Trong quá trình luyện Sten ra đồng thô,chất thải rắn chủ yếu là xỉ của quá
trình ôxi hoá tạo xỉ sulfua sắt có trong sten đồng(xỉ này có chứa FeO.SiO2) và
xỉ trong giai đoạn ôxi hoá hoàn nguyên đồng(xỉ gồm một lượng nhỏ oxit

Page 18


kẽm,oxit chì và khoảng 1% đồng nguyên liệu).Thường thì các loại xỉ trên sẽ
được chôn lấp.
Trong đồng thô luyện từ Sten còn chứ nhiều tạp chất và một lượng đáng kể
các kim loại quí ,do đó để khứ tạp chất và thu đồng sạch 99,95-99,99% cần
tiến hành quá trình tinh luyện đồng gồm hai bước: hoả tinh luyện và điện
phân.Giai đoạn hoả tinh luyện phát sinh ra một lượng xỉ(các oxit kim loại tạp
không tan vào Cu).Một phần xỉ của giai đoạn này sẽ được tái sử dụng để
luyện ra Sten đồng,phần còn lại sẽ được đem chôn lấp.Trong quá trình điện
phân,chất thải rắn chủ yếu là bùn anôt(trong bùn có chứa nhiều kim loại quí
như Au,Ag nếu không được tận thu sẽ gây lãng phí lớn,tuy nhiên do công
nghệ của các nhà máy Việt Nam còn thấp nên phần lớn bùn được đem đi
chôn lấp).
Một số loại chất thảỉ rắn khác như máy móc thiết bị hỏng,dụng cụ bảo hộ lao
động của công nhân,hay rác thải sinh hoạt của công nhân tuy không là chất
thải đặc thù nên biện pháp xử lí sẽ là phân loại rồi xử lí.
IV.2 Vấn đề nước thải
Nứơc thải trong công nghệ luyện đồng có từ nhiều nguồn với tính chất khác

nhau.
Trong khâu tuyển quặng,nước thải chủ yếu là nước rửa chứa các tạp chất vô
cơ có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao.Trong hoả luyện nước tham gia quá
trình làm nguội khí lò nung ( nước thải loại này chứa thành phần tạp chất của
quặng,đồng kim loại).
Một nguồn nước thải khác là nước rửa sản phẩm,lắng gặn lọc sản phẩm,dung
dịch thải này thường mang tính axít có chứa thành phần kim loại cần luyện
cũng như một số chất hoà tan do hoà tan quặng như As,Fe thông thường các
loại nước thải này sẽ được thu gom vào các hồ chứa,lắng rồi xử lí vi sinh.
Khi điện phân,dung dịch thải của chất điện phân được tháo liên tục để giữ cho
tạp chất trong dung dịch ở dưới hạn cho phép.Dung dịch này chứa sunphat
Page 19


đồng,axít sunphuaric,tạp chất Ni,As.Bước đầu trong việc xử lí dung dịch này
là thu lại Cu bằng cách điện phân với cực dương không tan.Tuy vậy trong quá
trình nay thường có khả năng tạo asin do trong dung dịch có As
AsO-+3H2=AsH3+3OHDo đó dung dịch được chiết li bằng dung môi hưũ cơ trước khi điện phân.
Với mục đích khử bớt tạp chất trong dung dịch thu hồi kim loại có ích từ
dung dịch có hàm lượng thấp người ta dùng quá trình xi măng hoá.Các phản
ứng xi măng hoá:
Fe + Cu+=Cu+Fe2+
Fe + 2H+=Fe2++H2
thường kèm theo giải phóng một lượng nhỏ PH3,AsH3,bởi mặt sắt thường
chứa một lượng nhỏ P,As ở dạng photphua và asennua.
Fe3P2 + 6H+=2PH3+3Fe2+
Fe3As2 + 6H+=2AsH3+3Fe2+
Hiện nay đồng sạch được sản xuất mà không cần dùng mặt sắt bằng cách
chiết ly Cu bằng dung môi hữu cơ.
Một số nguồn nước thải khác như :nước làm mát thiết bị(loại nước này được

quy ước là sạch,tuy không bẩn nhưng khi sử dụng ở nhiệt độ cao nó kéo theo
gỉ sắt ở các thiết bị truyền nhiệt và khi có sự cố sẽ làm cho nước bị nhiễm
bẩn,nước thải loại này làm cho nguồn nước tăng nhiệt độ nguồn nứơc, mặt
khác do nghèo oxi hoà tan nên nó có thể làm chết các loại sinh vật),nước thải
sinh hoạt của công nhân.Lượng nước thải trung bình của một nhà máy 914m3/ha/ngày.Các loại nước thải này thường được gom vào các hồ chứa xử lí
lắng,vi sinh trước khi thải ra môi trường.
IV.3 Vấn đề khí thải và khói bụi
Trong các nhà máy luyện đồng khói bụi,khí thải thường phát sinh trong khâu
tuyển quặng và hoả luyện quặng đồng.
Page 20


Trong quá trình nghiền quặng bụi phát sinh là không thể tránh khỏi . Để khắc
phục bụi biện pháp thường được áp dụng hiện nay là phun nước(biện pháp
này dựa trên hiện tượng hấp thụ bám dính các hạt bụi trên bề mặt giọt
nước),cùng với đó có thể là trồng các hàng rào cây xanh ngăn cách khu vực
nghiền quặng với các khu vục khác.
Khi thu hồi Cu từ quặng sunfua , SO2 được tạo ra với số lượng lớn (SO2 là
một khí độc gây tác hại tới hệ thần kinh.tiêu hoá),khoảng 30% khí này hiện
nay được sử dụng để sản xuất H2SO4 còn lại được thải ra môi trường ( SO2
được thải đi vì nồng độ của nó trong khí thải chỉ 1-2%, quá thấp để dùng trực
tiếp sản xuất axít).Hàng trăm tấn SO2 từ nguồn này được thải ra môi trường
mỗi năm.Có nhiều hướng để xử lí SO2 như tạo khí xả giàu SO2 thích hợp cho
việc sản xuất H2SO4 hoặc sản sinh ra lưu huỳnh nguyên tố(cách này xem ra là
lí tưởng vì lưu huỳnh dễ lưu kho và vận chuyển có thể chuyển thành SO2 hay
H2SO4 khi cần thiết.Về phương diện này chỉ có phương pháp thuỷ luyện là có
triển vọng vì nó là con đường duy nhất dẫn đến lưu huỳnh nguyên tố một
cách trực tiếp,tuy vậy do phương pháp thuỷ luyện thường rất tốn kém nên ít
được áp dụng).Sau đây là một số biện pháp cụ thể:
Cải tiến công nghệ sản xuất H2SO4 để sử dụng khí lò luyện chỉ chứa 1% SO2

thay vì khí lò thông thường chứa 10% SO2.Thu gom có hiệu quả khí toả ra khi
chuyển hoá Sten trắng hoặc sử dụng lò điện thay cho lò phản xạ.
Loại bỏ không gây ô nhiễm môi trường:điều naỳ thực hiện bằng cách hấp thụ
bởi một chất rắn như CaO hoặc CaCo3 để tạo ra CaSO4
SO2 + 1/2 O2 + CaO =CaSO4
SO2 + 1/2 O2 + CaCO3 = CaSO4 + CO2
Khó khăn của đề xuất này là phải xử lí một lượng chất rắn lớn(thông thường
phải dùng 3 tấn vôi,phải xử lí trên 4 tấn CaSO4 khi cần loại bỏ 1 tấn lưu
huỳnh.)
Có nhiều cách khác nhau để sử dụng SO2:
Page 21


Chuyển SO2 thành H2SO4 loãng bằng cách oxi hoá có xúc tác trong pha nước (
SO2+1/2O2+H2O = H2SO4,axít được làm ra là H2SO4 10-15% có thể làm đậm
dặc tới 70% bởi hệ thống tuần hoàn, đốt chìm).
Hấp thụ chọn lọc trong hydrôxit amon rồi đưa ra thị trường bán dưới dạng
phân bón (SO2+1/2O2+2NH4OH=(NH4)2SO4+H2O ; phương án này dựa trên
việc chuyển SO2thành SO3 sau đó phun hơi NH3vào dòng khí để tạo ra các
tinh thể nhỏ mịn sunphat amôn được tách bởi các túi vải).
Tạo ra S nguyên tố: hấp thụ chọn lọc SO2bởi H2O ( độ hoà tan của SO2 bởi
nước là 228g/l ở 00C;5,8g/l ở 900C.Để hấp phụ 1 tấn SO2cần 1 tấn nước).Sau
đó cho tương tác với một chất lỏng,qua nhiều bước xử lí để tạo ra H2S-chất dễ
chuyển đổi thành lưu huỳnh nguyên tố( quá trình này sử dụng NaAlO2 rắn
dung dịch nước của xitrat natri,hỗn hợp nóng chảy của Na2CO3-LiCO3K2CO3.Trong hệ này khí lò chứa một lượng nhỏ SO2,lượng dư O2lớn,kết hợp
lại tạo thành sunphua kiềm,sau đó phản ứng với H2để tái sinh chất phản ứng
và tạo ra H2S).Cuối cùng để tạo ra lưu huỳnh nguyên tố người ta tiến hành
hoàn nguyên bằng C hoặc khí tự nhiên ở 1200c:
SO2+C=S+CO2
2SO2+CH4=2S+CO2+2H2O

Ngoài khí SO2và bụi trong quá trình tuyển quặng,trong các nhà máy luyện
đồng còn có bụi khác là các hạt mịn của vật liệu xử lí trong lò bị kéo theo khi
ra ngoài,một phần trong số chúng được thu lại vì 2 lí do:
Thu hồi hàm lượng kim loại có giá trị,phòng ngừa ô nhiễm môi trường.
Phương pháp khử bụi chủ yếu phụ thuộc kích thước hạt, nhiệt độ và độ ẩm
của khí . Thiết bị sử dụng sử dụng trong quá trình xử lí được phân ra thiết bị
thu bụi khô hoăc ướt ( Các thiết bị thu bụi khô gồm có buồng thu bụi trọng
lực có tấm chắn , xiclon , thu bụi túi vải. Trong các thiết bị thu bụi ướt các hạt
bụi va chạm với nước được thu ở dạng bùn , tiếp theo phải lọc,sấy bãlọc,tuần

Page 22


hoàn nước.Thiết bị dùng trongphương pháp ướt là tháp rửa,thường gồm từ 2
đến 3 thiết bị nối với nhau.Phương pháp thu bụi ướt rất được ưa chuộng).
IV.4 Vấn đề vi khí hậu
Các chất thải từ các giai đoạn trong công nghệ luyện đồng không chỉ ảnh
hưởng đến sức khoẻ của công nhân làm việc trong nhà máy mà còn ảnh
hưởng đến các vùng lân cận.
Hiện nay để giảm nồng độ các chất độc hại đến giới hạn cho phép trong khí
quyển người ta thường làm khuyếch tán các chất đó vào trong khí quyển (xây
những ống khói đưa các khí độc vào môi trường) Biện pháp này thường rất
tốn kém mà không giải quyết triệt để vấn đề(nhà máy luyện đồng Copper
Cliff Ontario ở Canada xây dựng năm 1972,với chiều cao ống khói là
381m(vốn đầu tư là 25 triệu USD),mỗi ngày nhà máy này thải ra môi trường
2500 tấn SO2,tuy không thể phát hiện được bất một khí độc hại nào trong lớp
không khí ở dưới thấp xung quanh nhà máy nhưng không dám đảm bảo các
khí nay không rơi xuống cùng với nước mưa).
Nước thải từ các nhà máy luyện đồng(thường có nhiệt độ cao, nghèo oxi) và
nước từ các bãi chôn lấp chất thải rắn(thường chứa một số kim loại và thuốc

tuyển quặng)nếu không được thu gom xử lí mà thải trực tiếp ra môi trường sẽ
gây ô nhiễm nguồn nước.
Trong các nhà máy luyện đồng thường dùng khí ,hơi nước,và các vật liệu
nóng chảy(muối nóng chảy,xỉ,sten,kim loại) và và các vật liệu này thường rất
dễ gây cháy nổ nên cần được sử dụng phù hợp(để kim loại nóng chảy hoặc xỉ
nóng chảy vào nuớc với mục đích làm nguội chứ không làm ngược lại sẽ gây
nổ,Sten nóng chảy nguy hiểm khi tiếp xúc với nước vì sẽ tạo ra H2S là chất
gây nổ).
Một số vấn đề ô nhiễm khác như :tiếng ồn trong các nhà máy luyện
đồng(trong quá trình tuyển quặng),dầu bảo dưỡng của các thiết bị máy móc
dùng trong nhà máy(do tính chất đặc biệt của các loại dầu này là rất bền trong
Page 23


điều kiện môi trường nên cần có biện pháp thu gom ),hay bức xạ nhiệt(trong
quá trình thiêu kết,hoả luyện) ảnh hưởng trực tiếp tới sức khoẻ người công
nhân.
Bên cạnh đó,do đặc thù của nhà máy luyện đồng,người công nhân phải làm
việc trong môi trường axít,người công nhân phải có thiết bị bảo hộ(như quần
áo,khẩu trang)
Hiện nay,ở Việt Nam phần lớn các nhà máy hay cơ sở luyện đồng (các làng
nghề thủ công)thường nằm gần khu dân cư(mà không có các vùng đệm),trong
khi công nghệ của các nhà máy thường lac hậu nên gây ra vấn đề ô nhiễm
nghiêm trọng trong nhà máy và các khu dân cư liền kề.Do đó cần phải di dời
các nhà máy,làng nghề ra một khu vực riêng.

Tài liệu tham khảo
1) Giáo trình quá trình sản xuất cơ bản
2) Giáo trình công nghệ xử lí nước thải
Tác giả : Trần Văn Nhân

3) Vấn đề ô nhiễm trong công nghiệp mỏ và luyện kim
Tác giả : Fathi Habashi
Dịch giả : Lê Xuân Khuông
4) Đại cương luyện kim
5) Kỹ thuật hoá học đại cương
(TS Hoàng Thị Diệu Vân)
6) http:// www.copper.com
7)
8)

Page 24


Page 25