ĐỀ CƯƠNG HỌC PHẦN LUYỆN KIM

ĐỀ CƯƠNG LUYỆN KIM
I.

Lý thuyết:

Câu 1:định nghĩa luyện kim? Các phương pháp luyện ra kim loại từ quặng?
*
*

Định nghĩa: luyện kim là một ngành khoa học kỹ thuật nghiên cứu ra các phương pháp để
luyện ra kim loại từ quặng hoặc các nguồn nguyên liệu khác chứa kim loại.
Các phương pháp luyện ra kim loại từ quặng:
Hiện nay người ta sử dụng 2 pp chính để luyện kim loại ra từ quặng đó là: hỏa luyện và
thủy luyện.
- Hỏa luyện: là quá trình chế biến quặng, tinh quặng ở nhiệt độ cao nhằm thu hồi được
kim loại hoặc hợp chất của kim loại.
Hỏa luyện luyện ra các kim loại: Cu, Pb, Ni, gang, thép, Sn.
- Thủy luyện: là quá trình chế biến quặng, tinh quặng trong dung dịch nước nhằm thu hồi
được kim loại hoặc hợp chất của kim loại.
Thủy luyện áp dụng với các kim loại: Zn, Al, Co, Cd, đất hiếm.
Câu 2: Nêu lí thuyết quá trình hỏa luyện?
ĐN: hỏa luyện là pp chế biến quặng, tinh quặng hoặc các nguồn nguyên liệu khác chứa
kim loại ở nhiệt độ cao nhằm mục đích thu hồi được kim loại hoặc hợp kim của kim loại
dưới dạng sạch.Hỏa luyện gồm 2 quá trình: luyện kim loại thô và tinh luyện kim loại.
Quá trình luyện kim loại thô.
Quá trình luyện kim loại thô xảy ra quá trình tổng quát sau:
Men+ + nX → Me + nX+
Để thu hồi được kim loại ở trạng thái tự do và chất hoàn nguyên đi ra ở trạng thái oxy hóa
ta có thể thực hiện 3 quá trình luyện: luyện hoàn nguyên, luyện thế và luyện phản ứng.
a. Luyện hoàn nguyên
Các phản ứng xảy ra trong quá trình là phản ứng oxi hóa khử. Các chất khử chủ yếu là: C,

CO, H2, đôi khi dùng cả kim loại để khử các oxit kim loại hay clorua thành kim loại thô ở
dạng tự do.
* Hoàn nguyên bằng C và khí CO
Phản ứng hoàn nguyên thực tế ít cảy ra khi dùng cacbon rắn mà phải thông qua khí CO.
CO thích hợp với quá trình luyện ở nhiệt độ trung bình và hơi cao, thường dùng để hoàn
nguyên các kim loiaj có hoạt tính yếu: chì, kẽm, thiếc…
Trong quá trình luyện các kim loiaj bị hoàn nguyên từ oxit của nó trong quặng hoặc tinh
quặng đã thiêu và thu được ở dạng lỏng. Các tạp chất đất đá được tách ra ở dạng hỗn hợp
được gọi là xỉ.
Phản ứng tổng quát của quá trình luyện hoàn nguyên bằng CO và khí H2:
1.

MeO + CO → Me + CO2
C
+ O2 → 2CO
MeO + C → Me =+CO2
ứng dụng: luyện hoàn nguyên bằng CO và khí H2 được ứng dụng để luyện thép, chì, kẽm,
thiếc .. trong các loại lò như: lò cao, lò điện, lò đứng, lò phản xạ, ống quay…
1

1


* hoàn nguyên kim loại bằng hidro
MeO + H2 → Me + H2O
MeCl2 + H2 → Me + CO2
Hoàn nguyên bằng khí H2 hiệu quả hơn hoàn nguyên bằng CO và hoàn nguyên tốt nhất ở
nhiệt độ cao nhưng có nhược điểm là đắt tiền. Vì vậy,người ta chỉ sử dụng để hoàn nguyên
những kim loại điển hình như Mo, W và yêu cầu nguyên liệu phải có độ sạch cao.
Ứng dụng của quá trình này để luyện Mo, W trong các thiết bị làm bằng thép không gỉ và

được hút chân không.
b. Luyện thế. (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.
Phản ứng nhiệt kim như sau: MeX + Me’ → Me + MeX’
Trong đó: X: oxi hoặc halogen; Me’: chất hoàn nguyên., là kim loại hoạt tính cao
hơn Me.
- Yêu cầu cỏa pp luyện thế đảm bảo:
+ Me và Me’ phải sạch.
+ Đảm bảo phân chia, phân tách giữa Me và Me’X
+ Phải bảo vệ được sản phẩm Me tránh bị oxi hóa trở lại.
- Ứng dụng của quá trình này để luyện Urani, Crom, ngoài ra còn dùng để luyện quặng
grarit, PbS, anđimon sunfua.
c. Luyện phản ứng.
Luyện phản ứng là pp luyện dựa vào phản ứng chính giữa oxit và sunfua của kim loại cần
luyện.
phản ứng tổng quát: 2MeO + MeS → 3Me + SO2 + Q
- pp luyện phản ứng dùng đề luyện chì từ quặng galen giàu hay luyện đồng từ quặng
sunfua đồng.
Quá trình luyện được thực hiện trong lò nồi, lò phản xạ hay lò chuyển…
Với quá trình luyện này người ta thường luyện thông qua 1 hợp chất trung gian đuợc gọi
là stên, stên là hỗn hợp giữa sunfua kim loại cơ bản cần thu hồi và sunfua oxit sắt. Stên có ưu
điểm là KLR lớn, dễ hào tan các kim loại quý hiếm.
Sau khi luyện stên người ta đem thổi luyện để thu được kim loại cơ bản theo phản ứng
sau:
Trợ rung Tinh quặng đồng
Luyện Stên
Stên đồng

Xỉ thải

Luyện phản ứng
(thổi luyện)

Đồng thô
2

xỉ tuần hoàn
2


3

3


2. Tinh luyện kim loại
Mục địch của quá trình tinh luyện để khử tạp chất, thu hồi các kim loại chính dưới dạng
sạch, đáp ứng được yêu cầu thương mại đông thời thu hồi các kim loại quý hiếm như Au, Ag,
Pt…
Các pp tinh luyện:
a. Pp vật lí
Pp vật lí được chia làm 3 quá trình nhỏ:
* quá trình thiên tích: là dựa vào giản đồ cân bằng pha của kim loại cơ bản và kim loại
đặc. Khi làm nguội độ hòa tan của Ag trong kim loại cơ bản giảm xuống.
Ứng dụng: khử Fe khỏi thiếc, khử Cu khỏi Pb.
Giản đồ thiên tích hệ Fe – Sn:
Nung 14000C
↓

Làm nguội dần
↓
Tiết Fe dạng các liên kim
FeSn, Fe2Sn, Fe3Sn
↓
Giảm tiếp T = 4000C
↓
FeSn, Fe2Sn, Fe3Sn nổi lên trên bề mặt thiếc lỏng → vớt tách ra
↓
Sn sạch (0,005% Fe)
* quá trình chưng bay hơi: quá trình này dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau giwuax kim loại
cơ bản và kim loại tạp.
Ứng dụng để tinh luyện kẽm, tinh luyện chì, cacđimi, thủy ngân, magie.
Ví dụ: Zn thô (tạp: Pb, Cd, In)
TZn sôi = 9060C
TPb sôi = 17400C
→ khử qua 2 tháp: tháp 1: 11000C → Zn↑, Cd↑
TCd sôi = 7670C
tháp 2: 8000C → Cd↑
0
TIn sôi = 2000 C
↓
Zn lỏng → thu được Zn
* quá trình luyện vùng: cơ sở của pp này là dựa vào sự phân bố của tạp chất trong pha
lắng lớn hơn trong pha lỏng.
ứng dụng của quá trình này: gần như hầu hết với các kim loại điển hình đối với vật liệu
bán dẫn và vật liệu điện tử.
b. Pp hóa học
Cơ sở của pp này là dùng kim loại có ái lực hóa học với tạp chất lớn hơn với kim loại cơ
bản theo pt tổng quát sau:

Me + X → MeX
Me + MeX → Me + Me’X
(Me: kim loại cơ bản, Me’: kim loại tạp cần khử)
Ngoài ra ngưới ta còn ứng dụng để khử Cu, Fe ra khỏi Sn bằng S và khử Pbra khỏi Sn
bằng Cl2, khử bitsmut ra khỏi Pb bằng Ca, Mg, Na.
c.
4

Pp tinh luyện điện phân
4


Cơ sở của pp này là dựa vào thế điện cực khác nhau của kim loại co bản với kim loại tạp
chất.
- Hệ thống điện hóa gồm 3 phần:
+ bể chứa dd thủy tinh: bể điện phân.
+ dd điện ly (có dẫn điện)
+ điện cực: cực âm và cực dương: nối với nhau bằng phụ tải → ăc quy và nối với nhau
bằng vật liệu 1 chiều →hệ thống điện phân.
Điện phân thu hồi trong quá trình điện phân nếu cực dương không hòa tan thì đó là quá
trình điện phân thu hồi kim loại trong dung dịch.
Điện phân tinh luyện: đó là quá trình điện phân cực dương hòa tan thường cực dương
chính là kim loại cơ bản dạng sạch.
Nguyên lí tinh luyện: ở cực dương ưu tiên sự hòa tan của những kim loại có thế điện cực
nhỏ. Ở cực âm ưu tiên sự phóng điện, kết tủa của những ion kim loại có thế điện cự lớn hơn.
Câu 3: nếu lí thuyết của quá trình thủy luyện?
Định nghĩa: Thủy luyện là quá trình chế biến quặng, tinh quặng hoặc các nguồn nguyên
liệu khác chứa kim loại trong dung dịch nước nhằm thu hồi được kim loại hay hợp chất KL
dưới dạng hợp chất sạch. Quá trình thủy luyện thường xảy ra trên ranh giới giữa pha rắn và
pha lỏng.

Các quá trình cơ bản của phương pháp thủy luyện:
Quặng hay tinh quặng
Chuẩn bị
Hòa tách
Làm sạch dung dịch
Phu hồi cấu tử có ích
1.

Chuẩn bị:

Chuẩn bị về kích thước hạt: phải đập nghiền để giải phóng vật liệu có ích ra khỏi đất
đá
Tuyển làm giàu quặng đưa hàm lượng chất có ích ở 1 giá trị phù hợp tùy thuộc vào từng
kim loại
Chuẩn bị về cấu trúc dạng liên kết KV có ích, thường sử dụng quá trình thiêu oxy hóa
hoặc thiêu sunfat hóa để biến khoáng vật sunfua sang dạng oxit hay dạng sunfat dễ hòa tan.
Chuẩn bị về dung môi hòa tách: có 4 loại
−
−
−
−

H2 O
Axit: H2SO4, HCl, HNO3 đối với ZnO, CdO, CuO
Bazo: NaOH đối với Al(OH)3, đất hiếm
Dung dịch muối: NaCN (Au,Ag, Cu,..)
5

5

2. Quá trình hòa tách:
* ĐN: là quá trình hòa tan chọn lọc, chuyển KL có ích vào dung dịch phù hợp để tách khỏi đất

*

đá tạp có hại, chuẩn bị cho các khâu xử lý tiếp theo. Kết quả của khâu hòa tách là 2 sản
phẩm: dung dịch chứa kim loại cần thu hồi và phần không hòa tan còn lại, chủ yếu là đất đá
và các kim loại tạp.
Các phương pháp hòa tách:
Hiện nay có 2 phương pháp hòa tách: hòa tách ở t o thường và hòa tách ở to,p cao.

−
•

•

•
•

−

Quá trình hòa tách ở to thường: thường sử dụng cho quặng Zn, Bi, hoặc 1 số loại đất hiếm
Hòa tách nhiệt độ thường gồm 4 loại:
Hòa tách thùng: đối với quặng dễ hòa tan, dung môi dễ thấm qua.
Ưu điểm: đơn giản, dễ tiến hành
Nhược điểm: hiệu suất thu hồi chưa cao 60-80%, năng suất nhỏ
Hòa tách đống:điển hình nhất hiện nay để thu hôi Au, Cu nhất là tận thu các KL trong bãi
thải công nghiệp
Ưu điểm: năng suất lớn, kích thước quặng: 0-200 (tốt nhất là 20-50mm)

Nhược điểm: hiệu suất thu hồi chưa cao 60-80%
Hòa tách tại chỗ: ứng dụng để thu hồi các loại quặng nghèo không có khả năng khai thác lên
để chế biến về mặt kinh tế, điển hình là thu hồi đồng.
Để nâng cao hiệu suất hòa tách người ta sử dụng kiểu phối trộn áp dụng với quặng giàu, nhất
là tinh quặng của quá trình tuyển nổi, kích thước hạt hòa tách thường nhỏ<1mm ( thường từ
0,074 – 0,2mm)
Quá trình được thực hiện trong thùng hòa tách có cánh khuấy bằng cơ hoặc bằng khí nén.
Quá trình hòa tách có thể liên tục cùng dòng hoặc liên tục ngược dòng.
o Hòa tách liên tục cùng dòng:
Ưu điểm: gọn nhẹ, dễ điều khiển
Nhược điểm: cần rửa bã hòa tách để thu hồi triệt để tránh mất mát trong bãi thải.
o Hòa tách liên tục ngược dòng:
Ưu điểm: hiệu quả hòa tách triệt để, bã thải đáp ứng được yêu cầu thải.
Nhược điểm: mỗi 1 bậc hòa tách cần 1 thiết bị cô đặc gây cồng kềnh tốn kém..
Quá trình hòa tách ở to, p cao: thường áp dụng đối với quặng boxit, quặng vàng gốc (astovilit
- FeAsS) khó xử lý hoặc quặng ilmenit.
Ưu điểm: tốc độ hòa tách nhanh có thể sử dụng các chất khí như: Clo, O, H 2S trong quá
trình hòa tách vì vậy tăng diện cadc phản ứng hòa tan.
Nhược điểm: ngoài các cấu tử chính hòa tan 1 số tạp chất dễ hòa tan theo do đó làm cho
công đoạn thu hồi phức tạp hơn.

3. Khử tạp chất và tinh chế dung dịch no:
− Mục đích: khử tạp chất gây ảnh hưởng đến quá trình thu hồi tiếp theo đồng thời điều chế

dung dịch ở một nồng độ nhất định sao cho tăng khả năng thu hồi cấu tử có ích 1 cách hiệu
quả nhất.
− Các phương pháp:
• Kết tinh, kết tủa: là quá trình khử tạp chấthoặc thu hồi cấu tử có ích trong dung dịch từ pha
lỏng sang pha rắn với điều kiện phải đảm bảo C>S
C: nồng độ ion KL ở thời điểm khảo sát

6

6


S: nồng độ ion KL ở trạng thái bão hòa trong dung dịch
Quá trình kết tinh – kết tủa thường thực hiện trong môi trường nước do đó để điều khiển
quá trình người ta hay sử dụng pH của dung dịch để kết tủa ion kim loại dưới dạng hydroxit
hoặc dưới dạng sulfua tương ứng.
• Xi măng hóa: xi măng hóa khác với kết tinh kết tủa, nó là quá trình sử dụng KL có hoạt tính
mạnh hơn so với KL cơ bản để khử KL cơ bản trong dung dịch từ pha lỏng sang pha rắn.
- Xi măng hóa có bản chất điện hóa.
- Xi măng hóa được ứng dụng nhiều trong thực tế để khử tạp chất và thu hồi cấu tử có
ích.
Điều kiện sử dụng quá trình xi măng hóa:
+ Chất xi măng hóa phải rẻ tiền hơn KL cần thu hồi.
+ Chất xi măng hóa phải dễ thu hồi lại trong dung dịch.
• Trao đổi ion là quá trình hút bám, xảy ra trên bề mặt ranh giới giữa pha lỏng và pha rắn, quá
trình được tiến hành thông qua phần vật liệu trao đổi được gọi là ionit, nó là chất k phân tử
không hòa tan có khả năng hút bám các ion KL trong dung dịch khi nó tiếp xúc.
Pp này áp dụng để thu hồi hoặc tách các KL có nồng độ thấp trong dung dịch điển hình
như thu hồi Au, U, Th, Hf, V, W, In. Ngoài ra còn để để thu hồi Cu, Co, Cd, Ni.
•

Chiết ly lỏng: là quá trình thu hồi 1 KL trong dung dịch này bằng 1 dung dịch khác không
hòa tan với nó. Dung dịch ban đầu chứa ion kl cần tách thường gọi là dung dịch nước, còn
dung dịch mà từ đó ion KL được tách ra khỏi pha nước được gọi là dung môi chiết hay dung
môi hữu cơ.
Mục đích của pp là làm giàu ion kim loại trong dung dịch và khử các tạp chất.
Phương pháp này được áp dụng để thu hồi các KL có hàm lượng rất thấp trong dd

4. Thu hồi cấu tử có ích:
Dung dịch sau khi làm sạch được đem đi thu hồi ion kl. Hiện nay có các phương pháp thu
hồi sau: phương pháp kết tinh kết tủa, phương pháp điện phân thu hồi, phương pháp xi măng
hóa.

7

7


8

8


II.

ỨNG DỤNG:
Câu 1:LUYỆN GANG
Công nghệ lò cao:
Nguyên liệu: hemantit, limonit, manhetit, pyrit,..
Nhiên liệu: than cốc kích thc 40 - 60 mm (cháy vùng mắt gió cc nhiệt cho qt và là mt khí
h.n CO => h.n Fe. Độ bền nguội và bền nóng tốt, hlg tro <13%, hlg S < 0.8 %. Làm khung
đỡ liệu duy trì vùng nc cao hàng chục m của lò, đảm bảo gang lòng h.n chảy xuống nồi lò và
sự thông khí tốt trong quá trình luyện.)
Quy trình CN: luyện gang trong lò cao có đặc điểm là sự chuyển ngược chiều nhau giữa
pha rắn và pha khí. Pha rắn gồm: quặng, trợ dung và than cốc không ngừng vận chuyển từ
đỉnh lò xuống nồi lò. Khí lò nhiệt độ cao và tính hoàn nguyên mạnh vận chuyển ngược lại từ
phía dưới đáy lò lên đỉnh lò rồi ra ngoài.
Nhờ khí lò nung nóng và tác dụng của các khí hoàn nguyên cùng than, liệu lò sẽ xảy ra

hàng loạt quá trình hóa lí, kết quả oxit sắt được hoàn nguyên thành kim loại lỏng rồi biến đổi
ra gang, còn đất đá tạp tạo thành xỉ.
2 sản phẩm này đều nóng chảy rồi rớt xuống nồi lò và bị phân lớp. Gang nặng lắng xuống
dưới, xỉ nhẹ hơn nổi lên trên
Tại mắt gió: khí thổi vào nk O2, nhiệt độ tăng => CO tăng
C+ O2 → CO2 + 47,02kcal; CO2 + C → 2CO
Fe hoàn nguyên theo từng bậc: Fe2O3 -> Fe3O4-> FeO ->Fe
3Fe2O3 + CO -> 2Fe3O4 + CO2 (to, điều kiện 400*C)
Fe3O4 + CO -> 3FeO + CO2 (to, điều kiện 500*C -> 600*C)
FeO + CO -> Fe + CO2 (to, điều kiện 700*C -> 800*C)
Phản ứng tạo xỉ:
CaCO3 → CaO + CO2↑
CaO + SiO2 → CaSiO3(canxisilicat)

9

9


Câu 2: LUYỆN THÉP
Quá trình luyện thép về cơ bản là quá trình oxi hóa khử chất tạp và khử bớt cacbon hay
chính là quá trình tinh luyện gang.
Nguyên nhiệu: gang, đặc biệt là gang trắng, quặng sắt, thép vụn.
Nhiên liệu: mỗi loại lò sử dụng nhiên liệu riêng nhưng chủ yếu nhiên liệu đốt lò là khí đốt
thiên nhiên, khí lò cao, lò cốc hoặc dầu.
Do đặc điểm của quá trình luyện người ta chia ra 3 pp luyện thép: luyện thép bằng lò thổi,
luyện thép bằng lò bằng (lò Mactanh) và luyện thép bằng lò điện.
Luyện thép lò thổi (Lò L-D)
* Công nghệ luyện:
Gang lỏng chuyển từ lò cao sang rót thẳng vào lò L –D. Sau khi nạp liệu, quay đừng lò và

bắt đầu thổi oxy. (khi thổi oxi vào phải đặt đầu vòi phụ cách mặt gang lỏng một khoảng nhất
định ).
Chú ý: trong quá trình luyện xỉ đóng vai trò rất quan trọng, xỉ phải có thành phần thích
hợp nhằm đảm bảo chảy loãng tốt, khử S và P tốt, phải tạo loại xỉ có tính bazo. Phải điều
chỉnh nhiệt độ lò, thời kì đầu phải khống chế nhiệt độ cao để khử nhanh và tốt tạp chất, tạo xỉ
tốt, thời kì cuối cần khống chế nhiệt độ trung bình.
* Các phản ứng chính trong quá trình luyện lò L-D
Khi thổi oxi vào khối kim loại lỏng sẽ xảy ra quá trình oxy hóa hóa mạnh mẽ các kim loại
làm cho nhiệt độ các khối kim loại lỏng sẽ tăng rất nhanh có thể lên đến 2300- 25000C.
Khi thổi oxi vào xảy ra các quá trình phản ứng:
[Fe]
+ 1/2O2 =
(FeO)
6(FeO) +
O2 =
(Fe3O4)
4(FeO) +
O2 =
2(Fe2O4)
(FeO) nhanh chóng phân tán vào kim loại lỏng và nhờ sự khuấy trộn mạnh mẽ do luồng
oxi tạo nên, sắt oxit sẽ oxu hóa silic và mangan theo phản ứng:
2(FeO) + [Si]
= 2[Fe] + (SiO 2)
(FeO) + [Mn] = [Fe]
+ (MnO)
Đồng thời cũng xảy ra phẳn ứng trực tiếp của oxy với [Si] và [Mn]:
[Si]
+ O2
= (SiO2)
[Mn]

+ O2
=
(MnO)
(SiO2) tạo thành tác dụng với (FeO) tạo thành xỉ:
(SiO2) + (FeO) = 2(FeO.SiO2)
Nếu có trợ dung CaO sẽ xảy ra phản ứng:
2(CaO) + 2(FeO.SiO2) = 2(CaO.SiO2) + 2(FeO)
Các oxit sắt hóa trị cao cũng oxy hóa các kim loại tạo [Si] và [Mn] tạo thành các
oxit.
Cacbon bị oxy hóa theo phản ứng:
(FeO) + [C] = [Fe] + CO
2[C]
+ O2 = 2CO
a.

Trong quá trình luyện, một phần tử S được khử theo phản ứng:
[FeS] + 2(FeO) = 2[Fe] + O2
10

10


[FeS] + O2 = (FeO) + SO2
Để khử S triệt để hơn cần phải cho thêm CaO để tạo phản ứng:
(CaO) + [FeS] = (CaS) + (FeO)
Photpho bị khử theo phản ứng:
2[P] + 5(FeO) + 4(CaO) = 4(CaO.P2O5) + 5[Fe]
Luyện thép bằng lò Mactanh
* Công nghệ luyện: quá trình luyện thép là Mactanh thường qua các giai đoạn: chất liệu,
nấu chảy, tinh luyện, khử oxi, hợp kim hóa, đúc thỏi.

- Nguyên liệu luyện được phối trộn theo tỉ lệ nhất định và đưa vào lò theo thứ tự. Khí đốt
và gió được thổi qua buồng hoàn nhiệt để nung nóng và đốt cháy sinh nhiệt nấu chảy liệu.
Khí lò đuợc dẫn qua buồng tích xỉ và vào buồng hoàn nhiệt rồi qua ống khói.
Cứ 15p lại dùng van đổi chiều để đổi hướng chuyển động của khí đốt và không khí theo
chiều ngược lại. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, liệu lò nóng chảy ra, các chất tạp bị oxi của
không khí và của quặng oxi hóa biến thành oxit. Các oxit đó kết hợp với trợ dung tạo thành
xỉ nóng chảy.
Trên mặt phân pha giữa khí và xỉ xảy ra sự oxi hóa của các oxit sắt hai với oxi của không
khí và CO2, H2O. Sản phẩm cháy của khí đốt tạo thành sắt ba oxit. Do sự xáo trộn của xỉ sắt
ba oxit tiếp xúc với kim loại lỏng sẽ oxi hóa sắt thành sắt hai oxit. Sắt hai oxit tan vào trong
khối kim loại lỏng sẽ oxi hóa các chất tạp Si, Mg, C.
* Các phản ứng chính xảy ra trong quá trình luyện:
b.

Phản ứng khử P xảy ra như sau:
2[P] + 5(FeO) = (P2O5) + 5[Fe]
(P2O5) + (FeO) = ((FeO)3.(P2O5))
((FeO)3.(P2O5)) + 4(CaO) = ((CaO)4.P2O5) + 3(FeO)
Có thể viết tổng quát 3 phản ứng trên thành:
2[P] + 5(FeO) + 4(CaO) = ((CaO)4.P2O5) + 5[Fe]
Lưu huỳnh được khử theo phản ứng:
(CaO) + [FeS] = (CaS) + (FeO)
Hoặc theo phản ứng:
[FeS] + (MnO) = (MnS) + (FeO)
c. Luyện thép là điện.
Thép được luyện trong các lò: lò điện hồ quang, lò điện tần số công nghiệp, lò điện tần số
cao và lò điện xỉ.
Trong lò điện các phản ứng khử photpho, silic, cacbon, mangan và lưu huỳnh tiến hành rất
mãnh liệt vì nhiệt độ lò có thể điều chỉnh cao theo ý muốn. Có thể phối trợ dung để xỉ có tính
11

11


bazo mạnh. Cuối thời kì luyện khống chế môi trường hoàn nguyên bằng cách giữ áp suất
buồng lò lớn hơn áp suất bên ngoài đồng thời có thể cho thêm cốc vụn để tạo xỉ có CaC2.
Trong quá trình luyện phải khống chế công suất điện để đảm bảo nhiệt cho các giai đoạn
luyện. Thời kì oxy cung cấp công suất điện thấp hơn công suất trung bình. Thời kì hoàn
nguyên công suất điện thấp hơn hai thời kì đầu.
Tác động mt: Ô nhiễm môi trường
Ô nhiễm không khí do S,P,…cháy tạo ra các oxit và khói bụi, tiếng ồn
Ô nhiễm đất: Các chất độc hại trong chất thải rắn, nước thải và khí thải lan truyền vào môi
trường đất:
+ Lan truyền tự nhiên : lan truyền trực tiếp theo các quy luật địa hoá, phân bố lại vật chất
trong đất.
+ Lan truyền nhân tạo : lan truyền gián tiếp do người dân trong vùng sử dụng nước thải
tưới cho các loại cây trồng
Ô nhiễm nước: Các chất thải có nguồn gốc hữu cơ trong nước thải sinh hoạt và một ít dầu
mỡ có trong nước thải làm nguội thép và máy móc cùng nước vệ sinh mặt bằng tại các xưởng
sản xuất

12

12


Câu 3:LUYỆN ĐỒNG
1. Phản ứng chính
Trong quá trình luyện sten xảy ra các biến đổi hóa lý sau:
FeS+Cu2S =FeS.Cu2S(sten)

FeS+6Fe2O3 +SiO2=7(2FeO. SiO2)+2SiO2
6(MeO.Fe2O3) +2FeS+7SiO2=6MeO+7(2Fe2O3.SiO2)+2SiO2
Các oxit tạp như CaO tác dụng với SiO2 và FeO tạo thành xỉ dễ cháy, chảy ra .
Ngoài ra cũng xảy ra phản ứng hoàn nguyên của đồng thành đồng kim loại
2Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2
Nhưng nếu FeS thì đồng ngay lập tức sẽ tác dụng để thành Cu2S vào sten còn sắt sẽ bị oxi
không khí, hoặc SO2 và SO3 oxi hóa thành FeO đi vào xỉ.
Thổi stên: 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. (đảm bảo oxh và không quá nhiệt)
2Cu2S + 3O3= 2Cu2O + 2SO2 + 185500 cal
Nhưng sau đó, vì áp lực của đồng với lưu huỳnh lớn hơn của sắt và lưu huỳnh nên xảy ra
phản ứng:
Cu2O+FeS=Cu2S+FeO
2FeO+SiO=2FeO.SiO2+8100cal
Do đó giai đoạn này chỉ có phản ứng oxi hóa và tạo xỉ của sulfua sắt theo phản ứng tổng
quát:
2FeS+O2+SiO2=2FeO.SiO2+2SiO2+233400cal
2FeS+3O2=2FeO+2SO2+225300cal
Chú ý: tránh dư nhiệt. Sử dug pp: điện nguội (dùng Cu phế liệu, dùng chính sten pha rắn,
dùng tinh quặng Cu), ngừng thổi khí O2 thổi khí O2 gián đoạn (2-10h/ ngày)
Giai đoạn 2 : Oxy hóa hoàn nguyên
Kết thúc giai đoạn 1, tiến hành thổi gió giai đoạn 2
13

13

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.
Và phản ứng hoàn nguyên của Cu2O + Cu2S:
2Cu2O + Cu2S=6Cu+SO2----- 30000cal
Chú ý: Cu2O dư 10 -12%. Xảy ra hiện tượng quá nguội nên phải cung cấp nhiệt ( ở bên
ngoài ỏ dùng than cám)
Giai đoạn kết thúc khi lò không còn khói trắng ( SO2)
Trong quá trình thổi luyện gang thành thép phải khử C ( Fe + C = Fe3C, tạo gang), tuy
nhiên không dùng O2 (thừa O2) mà dùng SiO2 hoặc Fe- Si để khử FeC => FeO
2.

Mục đích thiêu oxh

Qt luyện tiến hành trong lò phản xạ và lò điện: do hlg S lớn, Cu thấp. Nên sten thu
được hlg Cu k cao, các quá trình sau để luyện sten ra Cu thô sẽ rất tốn kém, clg Cu thô
thu được k cao. Do đó đem đi thiêu vs mục đích
−
−
−
−

Khử bớt S, để lại khoảng 10% để tạo sten
Biến 1 pần sắt sunfua thành sắt oxit cho quá trình tạo xỉ trong quá trình luyện
Khử bớt tạp chất có hại cho quá trình luyện ra kim loại ra đồng thô
Trộn đều liệu trước khi luyện

Qt luyện trong lò quạt gió k những pải thiêu vs mục đích như trên mà cón pải kết các
hạt có kích cỡ 0.0074mm thành các cục liệu lơn, kích thước từ 50-200mm mới pù hợp
vs yêu cầu của quá trình luyện

3.

Ko luyện thẳng ra Cu được mà pải qua sten?

Thẳng ra Cu pải có qt thiêu kết vừa khử S, vừa luyện => gây tốn kém
Khi thiêu kết Kl khác cũng bị h.n đi xún vào kl Cu => mất khí h.n, hq kém hơn
Kl quí Au, Ag mất vào xỉ, 1 pần vào Cu thô => thất thoát
Luyện sten k cần mt h.n k cần than. Còn luyện thẳng ra Cu tiêu tốn nhiên liệu, chất
h.n => tốn kém
4.

Au, Ag thu hồi thế nào

Cu thô sau khi thổ luyện từ sten còn chứa nhiều tạp chất (0.8 – 2.5%) và một lg Au,
Ag đáng kể. Do đó cần tiến hành tinh luyện để khử chất tạp, thu đồng sạch 99.5 –
99.99% cũng như tận dụng thu hồi kl quí hiếm Au, Ag.
Tạp chất Fe, Ni, Sb, As, Pb,.. Au, Ag
Hỏa tinh luyện
a.
14

Đi vào Cu

Hỏa tinh luyện
14


Sục O2: 4Cu + O2 = Cu2O
Me + Cu2O = MeO + Cu ( Khử đc tạp chất đi vào xỉ)

(2)

Thổi O2 vào => Cu trong pứ (2) tác dụng tạo Cu2O
Nên pải khử hết O2 => dùng bột than, gỗ khô, tre tươi, than cám hoặc khí CH4
( dùng C do Cu không tác dụng vs C)
Cu2O + CH4 = Cu + CO2 + H2O
b.

Đp tinh luyện

Tp sau khi hỏa tinh luyện: 99.3-99.8% Cu, chứa 0.5-15 tạp chất Ni, Bi, As, Sb và
tonaf bộ kl quí hiếm Se, Te, Au, Ag.

Tác động mt
+Tác động đến nguồn nước mặt và nước ngầm: Xả nước thải vượt quy chuẩn kỹ thuật về
chất thải từ 2 lần đến dưới 5 lần. Việc lượng nước thải từ các hồ chứa của nhà máy này rò rỉ
ra ngoài khiến đất đai, nguồn nước ngầm xung quanh nhà máy bị ảnh hưởng. Cây cối của
người dân xung quanh bị nhiễm hóa chất lụi tàn và chết dần. Theo khảo sát, nguồn nước ở
các giếng khơi khu vực xung quanh nhà máy bốc mùi hóa chất nồng nặc, khiến người dân
không khỏi lo ngại về sức khỏe.
+Tác động đến không khí: Khí thải của các lò luyện thải trực tiếp ra không khí. Bản thân
khí lò có hàm lượng SO2rất cao, vì miệng lò khó làm kín, khí SO2 thoát ra gây ô nhiễm
không khí và ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và động vật. Bụi lò chứa oxit kẽm, oxit
chì và khoảng 1% lượng đồng trong liệu lò. Bản thân những bụi này cũng rất độc hại.
15

15


16

16


Câu 4: LUYỆN THIẾC: Các phản ứng chính:
−

Thiêu tinh quặng thiếc:
FeS2  FeS + S
2CuFeS2 Cu2S + 2FeS + S
2Cu5FeS4  5Cu2S + 2FeS + S
2CuS  Cu2S + S
FeAsS  FeS + As
Cu2S.FeS.SnS2 Cu2S +FeS + SnS + S

−

phản ứng oxi hóa xảy ra:
S+ O2 = SO2
Cu2S + O2 = CuO + S02
2FeS + 7/2O2 = Fe2O3 + 2S02
SnS + 2O2 = SnO2 + SO2
Sb2S3 + 9/2O2 = Sb2O3 + 3SO2
PbS + O2 = PbO + SO2
2FeAsS + 5O2 = Fe2O3+ As2O3 + 2SO
−

Phản ứng hòa tách tinh quặng thiếc:

Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + H2O

FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O
Sb2O4 +8HCl = SbCl3 + SbCl5 + 4H2O
FeO + As2O5 + 2HCl = FeCl2 + 2HAsO3
Bi203

+ 6HCl = 2BiCl3

+ 3H20

PbO.SiO2 + 2HC1 + nH2O = PbCl2 + SiO2(l+n)H2O
(Fe,Mn)WO4 + 2HC1 = (Fe, Mn)Cl2 + H2WO4
CaWO4 + 2HCI = CaCl2 + H2WO4
CuO + 2HCl = CuCl2 + H2O
−

Phản ứng hoàn nguyên thiếc:

C + O2 = CO2SnO2 + CO = SnO+CO2
17

SnO+ CO = Sn + CO2
17


Câu 5: LUYỆN NHÔM, CÔNG NGHỆ BAYE
Công nghệ baye: là phương pháp dùng dung dịch NaOH để hòa tách boxit ở nhiệt độ
và áp suất cao
Các phản ứng chính:
−

Hòa tách boxit:

Al(OH)3 + NaOH + aq = NaAl(OH)4 + aq
AlOOH +NaOH + aq = NaAl(OH)4 +aq
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
Na2SiO3 + NaAl(OH)4 +aq = Na2O.Al2O3.mSiO2.nH2O + NaOH
−

Khuấy phân hóa dung dịch natri aluminat:

NaAlO2 + 2H2O = Al(OH)3 + NaOH
−

Nung nhôm hydroxit:

To=550oC:2Al(OH)3 = ϒ – Al2O3 + 3H2O
To=1200oC: ϒ – Al2O3= α – Al2O3
−

Cô đặc dung dịch cái costic hóa:

Na2CO3 + Ca(OH)2 = 2NaOH + CaCO3
−

Phương pháp thiêu kết:
Khi hàm lượng silic oxit trong quặng cao, dùng phương pháp baye để sản xuất nhôm oxit
không có lợi. phương pháp thiêu kết cho phép chế biến 1 cách hợp lý các loại quặng boxit
hàm lượng silic cao.
Lưu trình sản xuất:
Boxit

Đập, nghiền
Thiêu kết
Hòa tách
Khử silic
Cacbnat hóa
Al(OH)3
Nung ra Al2O3
Điện phân
Nhôm kỹ thuật

18

18


Các phản ứng chính:
−

Thiêu kết phối liệu: boxit – so đa – đá vôi

Bước 1: thiêu kết ở nhiệt độ thấp
Na2CO3 + Fe2O3 = Na2O.Fe2O3 + CO2
Na2CO3 + SiO2= Na2O.SiO2 + CO2
Na2CO3 + Al2O3= Na2O.Al2O3 + CO2
Bước 2: thiêu kết ở nhiệt độ cao
Na2O.Fe2O3 + Al2O3 = Na2O.Al2O3+ Fe2O3
Na2O.SiO2 + CaO + Al2O3 = Na2O.Al2O3 + 2CaO.SiO2
Na2O.Al2O3.2SiO2 + 4CaO = Na2O.Al2O3 + 2(2CaO.SiO2)
−

Hòa tách thiêu kết phẩm:

Natri aluminat hòa tan vào phần dung dịch
Natri ferit bị phân hủy theo phản ứng:
Na2O.Fe2O3 + H2O = Fe2O3C+ 2NaOH
−

Khử Silic:

Na2O.Al2O3 + 2(Na2O.SiO2) + 4H2 = 4NaOH + Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O
−

Cacbonat hóa dung dịch natri aluminat:

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
Na2O.Al2O3 + 2H2O = 2Al(OH)3+ 2NaOH
Tác động mt
+ Bùn đỏ
− Bao gồm các chất như sắt, mangan… và một xút dư thừa do quá trình hoà tách
và tách quặng alumin tạo ra.
− Loại "bùn" này đủ độc hại để giết chết động vật và thực vật, và cũng có thể gây
bỏng và làm tổn thương đường hô hấp của con người.
− Độ pH của bùn đỏ cũng rất lớn có thể lên đến 12-13 , do dung dịch natri hyđrôxít dùng để nung chảy là rất đậm đặc
 Có thể nói sự nguy hiểm của bùn đỏ đối với sản xuất nhôm cũng tương tự như
phóng xạ đối với nhà máy điện hạt nhân.

19

19

Biên pháp khắc phục
Xử lý phần chất lỏng đi kèm bùn đỏ hoặc phát sinh trong hồ bùn đỏ bằng cách
tái sử dụng trong dây truyền sản xuất hoặc trung hòa bằng nước biển ( Trường hợp
nhà máy đặt cạnh biển ) hoặc trung hòa bằng CO2.
− Chôn lấp bùn đỏ đã thải, tiến hành hoàn thổ, phục hồi môi trường.
− Xử lý bùn đỏ từ bãi thải, dung cho các ứng dụng như vật liệu xây dựng ( gạch,
ngói, bê tồng…), làm đường, chế biến sơn, chế tạo các vật liệu đặc biệt khác
−

+ Ô nhiễm bụi và kk:
Quá trình khai thác và quặng bauxite từ các điểm quặng đến nhà máy tuyển sẽ
gây ô nhiễm và thực chất trong quá trình chế biến cũng gây ra ô nhiễm không khí do
bụi và các khí thải bauxite.
− Với đặc thù của nhiều vùng với mùa khô héo, các khu dân cư xung quang sẽ bị
bao tùm bởi những khí bụi gây ảnh hưởng nghiêm trọng trực tiếp đến sức khoẻ của
dân cư xung quanh mỏ.
 Ưu tiên phòng ngừa và kiểm soát ô nhiễm công nghiệp; từng bước phục hồi và
cải thiện chất lượng môi trường các khu vực bị ô nhiễm do chất thải công nghiệp
−

20

20


Câu 6: LUYỆN VÀNG
a. Phương pháp amangam
Cơ sở của pp:
+ Khả năng thấm ướt của Hg lên Au rất tốt

+ Khả năng thẩm thấu của các hật Hg vào trong hạt Au
+ Hg hào tan vào Au tạo thành các liên kim chứa Au
+ Hg dễ bay hơi và tách khỏi Au
Công nghệ:
Quặng vàng
↓ (2)
(1) Thiêu oxi hóa → bụi, khí
↓
Hg
Amangam
↓
Rửa, tách hỗn hống thủy ngân chứa vàng
→ bã thải
↓
Chưng bay hơi Hg
↓
Au → đúc thỏi
(1): vàng sa khoáng, vàng gốc thạch anh
(2): vàng gốc sunfua
* Thiêu oxi hóa: thiêu oxi hóa là để khử cấu trúc sunfua sang dạng oxit, bóc trần các hạt
Au sao cho Hg thấm nước dễ dàng hơn.
MeS + O2 → MeO + SO2
FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2
* amangam: gồm có: nội amangam và ngoại amangam
- Nội amangam: là quá trình cho Hg và quặng trong máy nghiền (nhất nghiền bi hoặc
nghiền thanh) → thu hồi nhanh nhất.
- Ngoại amangam: là quá trình thu hồi Au bằng cách cho quặng tiếp xúc với Hg trên mặt
phẳng như bàn đãi, trong quá trình tiếp xúc, Au được thấm vào Hg và được giữ lại trên mặt
bàn, đất đá sẽ trôi đi → thu hồi kèm hiệu quả.
Chú ý: lượng Hg cho vào phải lấy dư khoảng 20-25% so vứi Au.

* Tách Hg chứa Au
* chưng bay hơi Hg trong lò ống ngang.
21

21


Amangam được cho vào trong các thuyền rồi được cho vào ống gang sau đó chưng ở 2
giai đoạn:
Gđ 1: T từ 350-4000C.
Mục đích: bay hơi Hg là chính sau đó nâng T lên 700-800 0C với tốc độ từ từ, khi đó Au sẽ
lắng lại trong thuyền còn Hg bay hơi hết với hàm lượng khoảng 75-90% Au, 10% Ag hya gọi
là hợp kim đôre còn Hg được ngưng tụ và tuần hoàn lại trong quá trình hòa tách amangan.
Hg này chưa 0,2% Au vì vậy, làm tăng góc chống ướt cho Au nên hiệu quả hòa tách hơn ban
đầu.
b.pp xianua
cơ sở của pp:
+ tính hòa tan Au trong xianua
+ Au trơ, dễ tách khỏi dd xianua
Au + NaCN + O2 + H2O → Na[Au(CN)2] + NaOH
Công nghệ:

(1)

Quặng vàng (tinh quặng)
↓ (2)
Thiêu oxy hóa → khí bụi (SO 2 + bụi)
↓
Hòa tách xianua

Dung dịch phức Au xianua
↓
Thu hồi Au
(1): vàng sa khoáng, vàng gốc thạch anh

Bã, xử lí thải

(2): vàng gốc sunfua
* Thiêu oxi hóa: MeS + O2 → MeO +

SO2

* Hòa tách:gồm: hòa tách đống và khuấy trộn.
- Hòa tách đống: 0-50mm
- Khuấy trộn gồm: hòa tách thông thường và hòa tách – hấp phụ
+ Hòa tách thông thường: cho quặng và xianua vào trong thùng khuấy có sục không
khí vào hòa tách theo kiểu ngk dòng và thuận dòng. Sau khi hòa tách được bơm sang
mấy lọc ép khung bản tách phần bã lắng thải còn dd đem đi xử lí thu hồi Au.
+ Hòa tách – hấp phụ: trong quá trih hòa tách người ta cho than hoạt tính hoặc nhựa
trao đổi ion để hấp thụ Au trong dung dịch. Sau quá trình người ta sử dụng sàng để tách
than hoặc nhựa đem đi xử lí thu hồi Au, còn bùn hòa tách được khuấy khử độc xianua
bằng khí H2O2 và Fe2(SO4)3 sau đó thải trực tiếp ra hồ không cần lắng đọng.
22

22


* Thu hồi Au
- Để thu hồi Au hiện nay sử dụng 2pp phổ biến là xi măng hóa và pp điện phân,
ngoài ra còn dùng pp thủ công.

Pp xi măng hóa thu hồi Au từ dung dịch:
Na[Au(CN)2] + Zn → Au↓ + Na2[Zn(CN)4]

23

23