Luyện và tái sinh kim loại - P1
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (719.51 KB, 24 trang )
1
LUYEÄN VAØ TAÙI SINH ÑOÀNG
2
Nguyên liệu luyện đồng
4,2
4,9-5,4
5,5-5,8
4,6
3,9
3,7-3,8
5,8-6,1
5,8-6,3
2,0-2,2
~8,9
34,6
55,5-69,7
79,9
68,5
57,4
55,1
88,8
79,9
36,2
99,9
CuFeS
2
Cu
5
FeS
4
/Cu
3
FeS
3
Cu
2
S
CuS
CuCO
3
.Cu(OH)
2
2CuCO
3
.Cu(OH)
2
Cu
2
O
CuO
CuSiO
3
.2H
2
O
Cu
Cancopirit
Bocnit
Cancodin
Covêlin
Malakhit
Azurit
Cuprit
Tênorit (mêlaconit)
Khơrizocon
Đồng tự nhiên
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tỷ trọng, g/cm
3
Hàm
lượng Cu,
%
Ký hiệu Tên khoáng vật STT
3
Phương pháp hoả luyện sản xuất
đồng thô
Cơ sở lý thuyết – lưu trình công nghệ tổng quát
Sten đồng là hợp kim của các sunfua kim loại,
trong đó chủ yếu (chiếm 80-90%) là Cu
2
S và
FeS. Hàm lượng trung bình của lưu huỳnh trong
stên đồng là 24-26% S. Nó nóng chảy ở
900-1050
o
C và có trọng lượng riêng trung bình
là 5. Hàm lượng trung bình của đồng trong stên
là 30-40% Cu. Hàm lượng lớn nhất là 79,9% Cu
(ứng với 100% Cu
2
S trong sten đồng). Sten đồng
có một đặc tính rất qúy là có khả năng hoà tan
tốt các kim loại qúy và hiếm.
4
Nguyên lý hỏa luyện:
•
- Do ái lực hoá học của đồng với lưu huỳnh lớn hơn ái lực
hoá học của sắt với lưu huỳnh nên lưu huỳnh ưu tiên kết hợp
với đồng để tồn tại bền vững ở dạng Cu
2
S.
•
- Do ái lực hoá học của sắt với oxi lớn hơn của đồng với oxi
mà oxi ưu tiên kết hợp với sắt để tồn tại bền vững ở dạng
FeO.
•
- FeO kết hợp với SiO
2
tạo nên thành phần cơ bản của xỉ
lỏng ở dạng fai-alit 2FeO.SiO
2
.
•
- Cu
2
S và FeS có khả năng tạo hợp kim lỏng đồng nhất (stên
đồng).
•
- Tỷ trọng của stên đồng (~5) lớn hơn tỷ trọng cuả xỉ (~3) và
chúng không hoà tan vào nhau.
•
- Stên đồng có khả năng hoà tan tốt các kim loại qúy, hiếm.
•
- Cu
2
S tác dụng với Cu
2
O cho ra đồng kim loại:
•
Cu
2
S + 2Cu
2
O = 6Cu + SO
2
(2.1)
5
6
2. Thiêu oxi hóa tinh quặng đồng
Mục đích của quá trình thiêu oxi hoá tinh quặng
đồng sunfua là:
•
- Khử bớt lưu huỳnh. Để đặc trưng cho khả năng khử
lưu, người ta dùng khái niệm “hiệu suất khử lưu” –
đó là tỷ số phần trăm giữa lượng lưu huỳnh bò khử so
với tổng lượng lưu huỳnh có trong tinh quặng ban
đầu. Phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu và
phương pháp thiêu khác nhau, hiệu suất khử lưu dao
động từ 15-20% đến 50-70%.
•
- Biến đổi phần lớn FeS thành FeO để chuẩn bò cho
sự tạo xỉ trong lò luyện ra stên đồng về sau.
•
- Khử bớt các tạp chất dễ bay hơi như Cd, As, Sb.
•
- Trộn đảo liệu, sấy khô, nung nóng, làm tăng tương
đối hàm lượng đồng và làm nhỏ hạt liệu.
7
Thiêu oxi hóa tinh quặng đồng được thực hiện ở nhiệt độ
750÷900
o
C. Trong khoảng nhiệt độ này, sự oxi hóa sunfua
chủ yếu tạo thành các oxit.
Quá trình cháy sunfua được biểu thò bằng phương trình có
dạng tổng quát sau:
•
2 MeS + 3O
2
= 2MeO + 2SO
2
+ Q (2.2)
•
Trong đó, Q là hệ số tỏa nhiệt của phản ứng
Ở nhiệt độ thấp hơn 600÷650oC, sunfat được tạo thành:
•
MeS + 2O
2
= MeSO
4
(2.3)
•
Không nên để tạo thành sunfat trước khi luyện sten đồng, do
việc này làm giảm hiệu suất khử lưu.
Khi nhiêt độ cao hơn giới hạn trên (900
o
C), có thể các
sunfua riêng biệt và cùng tinh dễ nóng chảy nhất của chúng
bắt đầu nóng chảy, dẫn đến thiêu kết phần liệu nhỏ vụn.
Trong khi thiêu oxi hóa, không nên để xảy ra thiêu kết.
8
Quá trình thiêu gồm các giai đoạn chủ yếu sau: Nung nóng và sấy liệu,
phân ly nhiêt của các sunfua hóa trò cao, bốc cháy và cháy các sunfua.
Nung nóng liệu kèm theo thoát hơi ẩm và xảy ra nhờ truyền nhiệt từ khí
nóng cũng như nhờ nhiệt tỏa ra của các phản ứng oxi hóa. Sau khi nung
nóng liệu đến nhiệt độ gần 350÷400
o
C, hầu như bắt đầu xảy ra đồng
thời các quá trình phân ly nhiệt của các khoáng vật sunfua và sự bốc
cháy của chúng.
Phân ly nhiệt chỉ xảy ra đối với các sunfua hóa trò cao theo các phản
ứng sau:
•
FeS
2
→ FeS + ½ S
2
(2.4)
•
2CuFeS
2
→ Cu
2
S + 2FeS +½S
2
(2.5)
•
2CuS → Cu
2
S + ½S
2
(2.6)
Hơi lưu huỳnh thoát ra cháy trong môi trường oxi hóa theo phản ứng:
•
S + O
2
= SO
2
(2.7)
Khi pirit phân ly nhiệt, một nửa số lượng nguyên tử lưu huỳnh đi vào
pha khí, tức là hiệu suất khử lưu của pirit do phân ly nhiệt vào khoảng
50%. Hiệu suất khử lưu do phân ly nhiệt của cancopirit và covelin tương
ứng 25 và 50%.
Tất cả các phản ứng phân ly nhiệt đều thu nhiệt và đòi hỏi cung cấp
nhiệt để phản ứng xảy ra.
Trong quá trình thiêu oxi hóa cũng có thể phân ly một phần cacbonat, ví
dụ:
•
CaCO
3
→ CaO + CO
2
(2.8)
9
Sự oxi hóa các sunfua bắt đầu từ sự bốc cháy của chúng.
Nhiệt độ bốc cháy của các sunfua kim loại là nhiệt độ mà
khi đạt tới đó, phản ứng oxi hoá các sunfua các kim loại
xảy ra mãnh liệt và nhiệt lượng phát ra đủ để làm cho
quá trình oxi hoá tự phát và lan rộng trong toàn bộ khối
liệu.
Nhiệt độ bốc cháy của từng sunfua phụ thuộc vào tính chất
hóa lý của chúng và độ hạt. Các sunfua dễ bốc cháy nhất là
pirit, cancopirit và cancodin, với độ hạt gần 0,1 mm, chúng
bắt đầu cháy ở nhiệt độ tương ứng: 325, 360, 430
o
C.
Nhiều sunfua, ví dụ như pirit và cancopirit có thể bắt đầu
oxi hóa ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ bắt đầu phân ly nhiệt.
Môi trường oxi hóa mạnh trong các lò thiêu và nhiệt độ đủ
để các sunfua bốc cháy tạo điều kiện để thực hiện việc oxi
hóa này.
Khi thiêu oxi hóa tinh quặng đồng, chủ yếu là các sunfua sắt
oxi hóa. Nguyên nhân la do ái lực của sắt với oxi lớn hơn so
với đồng và ái lực của sắt với lưu huỳnh nhỏ hơn so với
đồng.
