Đang tải... (xem toàn văn)
ĐỀ CƯƠNG LUYỆN KIMI.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.1.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 nguyênCác 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 COPhản 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:MeO + CO → Me + CO2C + O2 → 2COMeO + C → Me =+CO2ứng 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… hoàn nguyên kim loại bằng hidroMeO + H2 → Me + H2OMeCl2 + H2 → Me + CO2Hoàn 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 loạ
ĐỀ CƯƠNG LUYỆN KIM I Lý thuyết: Câu 1:định nghĩa luyện kim? Các phương pháp luyện kim loại từ quặng? * * Định nghĩa: luyện kim ngành khoa học kỹ thuật nghiên cứu phương pháp để luyện kim loại từ quặng nguồn nguyên liệu khác chứa kim loại Các phương pháp luyện kim loại từ quặng: Hiện người ta sử dụng pp để luyện kim loại từ quặng là: hỏa luyện thủy luyện - Hỏa luyện: trình chế biến quặng, tinh quặng nhiệt độ cao nhằm thu hồi kim loại hợp chất kim loại Hỏa luyện luyện kim loại: Cu, Pb, Ni, gang, thép, Sn - Thủy luyện: trình chế biến quặng, tinh quặng dung dịch nước nhằm thu hồi kim loại hợp chất kim loại Thủy luyện áp dụng với kim loại: Zn, Al, Co, Cd, đất Câu 2: Nêu lí thuyết trình hỏa luyện? ĐN: hỏa luyện pp chế biến quặng, tinh quặng nguồn nguyên liệu khác chứa kim loại nhiệt độ cao nhằm mục đích thu hồi kim loại hợp kim kim loại dạng sạch.Hỏa luyện gồm trình: luyện kim loại thô tinh luyện kim loại Quá trình luyện kim loại thô Quá trình luyện kim loại thô xảy trình tổng quát sau: Men+ + nX → Me + nX+ Để thu hồi kim loại trạng thái tự chất hoàn nguyên trạng thái oxy hóa ta thực trình luyện: luyện hoàn nguyên, luyện luyện phản ứng a Luyện hoàn nguyên Các phản ứng xảy trình phản ứng oxi hóa khử Các chất khử chủ yếu là: C, CO, H2, dùng kim loại để khử oxit kim loại hay clorua thành kim loại thô dạng tự * Hoàn nguyên C khí CO Phản ứng hoàn nguyên thực tế cảy dùng cacbon rắn mà phải thông qua khí CO CO thích hợp với trình luyện nhiệt độ trung bình cao, thường dùng để hoàn nguyên kim loiaj có hoạt tính yếu: chì, kẽm, thiếc… Trong trình luyện kim loiaj bị hoàn nguyên từ oxit quặng tinh quặng thiêu thu dạng lỏng Các tạp chất đất đá tách dạng hỗn hợp gọi xỉ Phản ứng tổng quát trình luyện hoàn nguyên CO khí H2: MeO + CO → Me + CO2 C + O2 → 2CO MeO + C → Me =+CO2 ứng dụng: luyện hoàn nguyên CO khí H2 ứng dụng để luyện thép, chì, kẽm, thiếc loại lò như: lò cao, lò điện, lò đứng, lò phản xạ, ống quay… 1 * hoàn nguyên kim loại hidro MeO + H2 → Me + H2O MeCl2 + H2 → Me + CO2 Hoàn nguyên khí H2 hiệu hoàn nguyên CO hoàn nguyên tốt nhiệt độ cao có nhược điểm đắt tiền Vì vậy,người ta sử dụng để hoàn nguyên kim loại điển Mo, W yêu cầu nguyên liệu phải có độ cao Ứng dụng trình để luyện Mo, W thiết bị làm thép không gỉ hút chân không b Luyện (hoàn nguyên kim loại nhiệt kim) Nhiệt kim phương pháp hoàn nguyên kim loại từ hợp chất oxit halogenua nguyên tố kim loại phi kim loại (chất hoàn nguyên) có hoạt tính lớn kim loại cần luyện Phản ứng nhiệt kim sau: MeX + Me’ → Me + MeX’ Trong đó: X: oxi halogen; Me’: chất hoàn nguyên., kim loại hoạt tính cao Me - Yêu cầu cỏa pp luyện đảm bảo: + Me Me’ phải + Đảm bảo phân chia, phân tách Me Me’X + Phải bảo vệ sản phẩm Me tránh bị oxi hóa trở lại - Ứng dụng trình để luyện Urani, Crom, dùng để luyện quặng grarit, PbS, anđimon sunfua c Luyện phản ứng Luyện phản ứng pp luyện dựa vào phản ứng oxit sunfua 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 thực lò nồi, lò phản xạ hay lò chuyển… Với trình luyện người ta thường luyện thông qua hợp chất trung gian đuợc gọi stên, stên hỗn hợp sunfua kim loại cần thu hồi sunfua oxit sắt Stên có ưu điểm KLR lớn, dễ hào tan kim loại quý Sau luyện stên người ta đem thổi luyện để thu kim loại theo phản ứng sau: Trợ rung Tinh quặng đồng Luyện Stên Stên đồng Xỉ thải Luyện phản ứng (thổi luyện) Đồng thô xỉ tuần hoàn 3 Tinh luyện kim loại Mục địch trình tinh luyện để khử tạp chất, thu hồi kim loại dạng sạch, đáp ứng yêu cầu thương mại đông thời thu hồi kim loại quý Au, Ag, Pt… Các pp tinh luyện: a Pp vật lí Pp vật lí chia làm trình nhỏ: * trình thiên tích: dựa vào giản đồ cân pha kim loại kim loại đặc Khi làm nguội độ hòa tan Ag kim loại 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 liên kim FeSn, Fe2Sn, Fe3Sn ↓ Giảm tiếp T = 4000C ↓ FeSn, Fe2Sn, Fe3Sn lên bề mặt thiếc lỏng → vớt tách ↓ Sn (0,005% Fe) * trình chưng bay hơi: trình dựa vào nhiệt độ sôi khác giwuax kim loại 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 tháp: tháp 1: 11000C → Zn↑, Cd↑ TCd sôi = 7670C tháp 2: 8000C → Cd↑ TIn sôi = 2000 C ↓ Zn lỏng → thu Zn * trình luyện vùng: sở pp dựa vào phân bố tạp chất pha lắng lớn pha lỏng ứng dụng trình này: gần hầu hết với kim loại điển hình vật liệu bán dẫn vật liệu điện tử b Pp hóa học Cơ sở pp dùng kim loại có lực hóa học với tạp chất lớn với kim loại theo pt tổng quát sau: Me + X → MeX Me + MeX → Me + Me’X (Me: kim loại bản, Me’: kim loại tạp cần khử) Ngoài ngưới ta ứng dụng để khử Cu, Fe khỏi Sn S khử Pbra khỏi Sn Cl2, khử bitsmut khỏi Pb Ca, Mg, Na c Pp tinh luyện điện phân Cơ sở pp dựa vào điện cực khác kim loại co với kim loại tạp chất - Hệ thống điện hóa gồm phần: + bể chứa dd thủy tinh: bể điện phân + dd điện ly (có dẫn điện) + điện cực: cực âm cực dương: nối với phụ tải → ăc quy nối với vật liệu chiều →hệ thống điện phân Điện phân thu hồi trình điện phân cực dương không hòa tan trình điện phân thu hồi kim loại dung dịch Điện phân tinh luyện: trình điện phân cực dương hòa tan thường cực dương kim loại dạng Nguyên lí tinh luyện: cực dương ưu tiên hòa tan kim loại điện cực nhỏ Ở cực âm ưu tiên phóng điện, kết tủa ion kim loại điện cự lớn Câu 3: lí thuyết trình thủy luyện? Định nghĩa: Thủy luyện trình chế biến quặng, tinh quặng nguồn nguyên liệu khác chứa kim loại dung dịch nước nhằm thu hồi kim loại hay hợp chất KL dạng hợp chất Quá trình thủy luyện thường xảy ranh giới pha rắn pha lỏng Các trình phương pháp thủy luyện: Quặng hay tinh quặng Chuẩn bị Hòa tách Làm dung dịch Phu hồi cấu tử có ích Chuẩn bị: Chuẩn bị kích thước hạt: phải đập nghiền để giải phóng vật liệu có ích khỏi đất đá Tuyển làm giàu quặng đưa hàm lượng chất có ích giá trị phù hợp tùy thuộc vào kim loại Chuẩn bị cấu trúc dạng liên kết KV có ích, thường sử dụng trình thiêu oxy hóa thiêu sunfat hóa để biến khoáng vật sunfua sang dạng oxit hay dạng sunfat dễ hòa tan Chuẩn bị dung môi hòa tách: có loại − − − − H2 O Axit: H2SO4, HCl, HNO3 ZnO, CdO, CuO Bazo: NaOH Al(OH)3, đất Dung dịch muối: NaCN (Au,Ag, Cu, ) 5 Quá trình hòa tách: * ĐN: 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 khâu xử lý Kết khâu hòa tách sản phẩm: dung dịch chứa kim loại cần thu hồi phần không hòa tan lại, chủ yếu đất đá kim loại tạp Các phương pháp hòa tách: Hiện có phương pháp hòa tách: hòa tách t o thường hòa tách to,p cao − • • • • − Quá trình hòa tách to thường: thường sử dụng cho quặng Zn, Bi, số loại đất Hòa tách nhiệt độ thường gồm loại: Hòa tách thùng: 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%, suất nhỏ Hòa tách đống:điển hình để thu hôi Au, Cu tận thu KL bãi thải công nghiệp Ưu điểm: suất lớn, kích thước quặng: 0-200 (tốt 20-50mm) Nhược điểm: hiệu suất thu hồi chưa cao 60-80% Hòa tách chỗ: ứng dụng để thu hồi loại quặng nghèo khả khai thác lên để chế biến mặt kinh tế, điển hình thu hồi đồng Để nâng cao hiệu suất hòa tách người ta sử dụng kiểu phối trộn áp dụng với quặng giàu, tinh quặng trình tuyển nổi, kích thước hạt hòa tách thường nhỏS C: nồng độ ion KL thời điểm khảo sát 6 S: nồng độ ion KL trạng thái bão hòa dung dịch Quá trình kết tinh – kết tủa thường thực môi trường nước để điều khiển trình người ta hay sử dụng pH dung dịch để kết tủa ion kim loại dạng hydroxit dạng sulfua tương ứng • Xi măng hóa: xi măng hóa khác với kết tinh kết tủa, trình sử dụng KL có hoạt tính mạnh so với KL để khử KL dung dịch từ pha lỏng sang pha rắn - Xi măng hóa có chất điện hóa - Xi măng hóa ứng dụng nhiều thực tế để khử tạp chất thu hồi cấu tử có ích Điều kiện sử dụng trình xi măng hóa: + Chất xi măng hóa phải rẻ tiền KL cần thu hồi + Chất xi măng hóa phải dễ thu hồi lại dung dịch • Trao đổi ion trình hút bám, xảy bề mặt ranh giới pha lỏng pha rắn, trình tiến hành thông qua phần vật liệu trao đổi gọi ionit, chất k phân tử không hòa tan có khả hút bám ion KL dung dịch tiếp xúc Pp áp dụng để thu hồi tách KL có nồng độ thấp dung dịch điển thu hồi Au, U, Th, Hf, V, W, In Ngoài để để thu hồi Cu, Co, Cd, Ni • Chiết ly lỏng: trình thu hồi KL dung dịch dung dịch khác không hòa tan với Dung dịch ban đầu chứa ion kl cần tách thường gọi dung dịch nước, dung dịch mà từ ion KL tách khỏi pha nước gọi dung môi chiết hay dung môi hữu Mục đích pp làm giàu ion kim loại dung dịch khử tạp chất Phương pháp áp dụng để thu hồi KL có hàm lượng thấp dd Thu hồi cấu tử có ích: Dung dịch sau làm đem thu hồi ion kl Hiện có phương pháp thu hồi sau: phương pháp kết tinh kết tủa, phương pháp điện phân thu hồi, phương pháp xi măng hóa 7 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 mt khí h.n CO => h.n Fe Độ bền nguội bền nóng tốt, hlg tro CO tăng C+ O2 → CO2 + 47,02kcal; CO2 + C → 2CO Fe hoàn nguyên theo 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 Câu 2: LUYỆN THÉP Quá trình luyện thép trình oxi hóa khử chất tạp khử bớt cacbon trình tinh luyện gang Nguyên nhiệu: gang, đặc biệt gang trắng, quặng sắt, thép vụn Nhiên liệu: loại lò sử dụng nhiên liệu riêng chủ yếu nhiên liệu đốt lò khí đốt thiên nhiên, khí lò cao, lò cốc dầu Do đặc điểm trình luyện người ta chia pp luyện thép: luyện thép lò thổi, luyện thép lò (lò Mactanh) luyện thép 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 nạp liệu, quay đừng lò bắt đầu thổi oxy (khi thổi oxi vào phải đặt đầu vòi phụ cách mặt gang lỏng khoảng định ) Chú ý: trình luyện xỉ đóng vai trò quan trọng, xỉ phải có thành phần thích hợp nhằm đảm bảo chảy loãng tốt, khử S 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 tốt tạp chất, tạo xỉ tốt, thời kì cuối cần khống chế nhiệt độ trung bình * Các phản ứng trình luyện lò L-D Khi thổi oxi vào khối kim loại lỏng xảy trình oxy hóa hóa mạnh mẽ kim loại làm cho nhiệt độ khối kim loại lỏng tăng nhanh lên đến 2300- 25000C Khi thổi oxi vào xảy 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 nhờ khuấy trộn mạnh mẽ luồng oxi tạo nên, sắt oxit oxu hóa silic mangan theo phản ứng: 2(FeO) + [Si] = 2[Fe] + (SiO 2) (FeO) + [Mn] = [Fe] + (MnO) Đồng thời xảy phẳn ứng trực tiếp oxy với [Si] [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 xảy phản ứng: 2(CaO) + 2(FeO.SiO2) = 2(CaO.SiO2) + 2(FeO) Các oxit sắt hóa trị cao oxy hóa kim loại tạo [Si] [Mn] tạo thành oxit Cacbon bị oxy hóa theo phản ứng: (FeO) + [C] = [Fe] + CO 2[C] + O2 = 2CO a Trong trình luyện, phần tử S khử theo phản ứng: [FeS] + 2(FeO) = 2[Fe] + O2 10 10 [FeS] + O2 = (FeO) + SO2 Để khử S triệt để 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 lò Mactanh * Công nghệ luyện: trình luyện thép Mactanh thường qua giai đoạn: chất liệu, nấu chảy, tinh luyện, khử oxi, hợp kim hóa, đúc thỏi - Nguyên liệu luyện phối trộn theo tỉ lệ định đưa vào lò theo thứ tự Khí đốt gió thổi qua buồng hoàn nhiệt để nung nóng đốt cháy sinh nhiệt nấu chảy liệu Khí lò đuợc dẫn qua buồng tích xỉ vào buồng hoàn nhiệt qua ống khói Cứ 15p lại dùng van đổi chiều để đổi hướng chuyển động khí đốt không khí theo chiều ngược lại Dưới tác dụng nhiệt độ cao, liệu lò nóng chảy ra, chất tạp bị oxi không khí quặng oxi hóa biến thành oxit Các oxit kết hợp với trợ dung tạo thành xỉ nóng chảy Trên mặt phân pha khí xỉ xảy oxi hóa oxit sắt hai với oxi không khí CO2, H2O Sản phẩm cháy khí đốt tạo thành sắt ba oxit Do xáo trộn xỉ sắt ba oxit tiếp xúc với kim loại lỏng oxi hóa sắt thành sắt hai oxit Sắt hai oxit tan vào khối kim loại lỏng oxi hóa chất tạp Si, Mg, C * Các phản ứng xảy trình luyện: b Phản ứng khử P xảy 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 phản ứng thành: 2[P] + 5(FeO) + 4(CaO) = ((CaO)4.P2O5) + 5[Fe] Lưu huỳnh khử theo phản ứng: (CaO) + [FeS] = (CaS) + (FeO) Hoặc theo phản ứng: [FeS] + (MnO) = (MnS) + (FeO) c Luyện thép điện Thép luyện lò: lò điện hồ quang, lò điện tần số công nghiệp, lò điện tần số cao lò điện xỉ Trong lò điện phản ứng khử photpho, silic, cacbon, mangan lưu huỳnh tiến hành mãnh liệt nhiệt độ lò 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 cách giữ áp suất buồng lò lớn áp suất bên đồng thời cho thêm cốc vụn để tạo xỉ có CaC2 Trong trình luyện phải khống chế công suất điện để đảm bảo nhiệt cho giai đoạn luyện Thời kì oxy cung cấp công suất điện thấp công suất trung bình Thời kì hoàn nguyên công suất điện thấp hai thời kì đầu Tác động mt: Ô nhiễm môi trường Ô nhiễm không khí S,P,…cháy tạo oxit khói bụi, tiếng ồn Ô nhiễm đất: Các chất độc hại chất thải rắn, nước thải khí thải lan truyền vào môi trường đất: + Lan truyền tự nhiên : lan truyền trực quy luật địa hoá, phân bố lại vật chất đất + Lan truyền nhân tạo : lan truyền gián tiếp người dân vùng sử dụng nước thải tưới cho loại trồng Ô nhiễm nước: Các chất thải có nguồn gốc hữu nước thải sinh hoạt dầu mỡ có nước thải làm nguội thép máy móc nước vệ sinh mặt xưởng sản xuất 12 12 Câu 3:LUYỆN ĐỒNG Phản ứng Trong trình luyện sten xảy 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 CaO tác dụng với SiO2 FeO tạo thành xỉ dễ cháy, chảy Ngoài xảy phản ứng hoàn nguyên đồng thành đồng kim loại 2Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2 Nhưng FeS đồng tác dụng để thành Cu2S vào sten sắt bị oxi không khí, SO2 SO3 oxi hóa thành FeO vào xỉ Thổi stên: Quá trình thực lò thổi gió, sử dụng oxi không khí oxi để thực phản ứng Quá trình chia thành giai đoạn chính: Giai đoạn : Oxi hóa tạo xỉ Sử dụng không khí có áp suất cao thổi vào khối sten lỏng vào phản ứng oxy hóa sulfua xảy mãnh liệt -4 lần (đảm bảo oxh không nhiệt) 2Cu2S + 3O3= 2Cu2O + 2SO2 + 185500 cal Nhưng sau đó, áp lực đồng với lưu huỳnh lớn sắt lưu huỳnh nên xảy phản ứng: Cu2O+FeS=Cu2S+FeO 2FeO+SiO=2FeO.SiO2+8100cal Do giai đoạn có phản ứng oxi hóa tạo xỉ 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 sten pha rắn, dùng tinh quặng Cu), ngừng thổi khí O2 thổi khí O2 gián đoạn (2-10h/ ngày) Giai đoạn : Oxy hóa hoàn nguyên Kết thúc giai đoạn 1, tiến hành thổi gió giai đoạn 13 13 Phản ứng giai đoạn chủ yếu phản ứng oxy hóa Sulfua đồng: khí lò có lượng nhỏ oxit kẽm, oxit chì, khoảng 1% đồng nguyên liệu Và phản ứng hoàn nguyên Cu2O + Cu2S: 2Cu2O + Cu2S=6Cu+SO2 - 30000cal Chú ý: Cu2O dư 10 -12% Xảy tượng nguội nên phải cung cấp nhiệt ( bên ỏ dùng than cám) Giai đoạn kết thúc lò không khói trắng ( SO2) Trong trình thổi luyện gang thành thép phải khử C ( Fe + C = Fe3C, tạo gang), nhiên không dùng O2 (thừa O2) mà dùng SiO2 Fe- Si để khử FeC => FeO Mục đích thiêu oxh Qt luyện tiến hành lò phản xạ lò điện: hlg S lớn, Cu thấp Nên sten thu hlg Cu k cao, trình sau để luyện sten Cu thô tốn kém, clg Cu thô thu k cao Do đem thiêu vs mục đích − − − − Khử bớt S, để lại khoảng 10% để tạo sten Biến pần sắt sunfua thành sắt oxit cho trình tạo xỉ trình luyện Khử bớt tạp chất có hại cho trình luyện kim loại đồng thô Trộn liệu trước luyện Qt luyện lò quạt gió k pải thiêu vs mục đích mà cón pải kết hạt có kích cỡ 0.0074mm thành cục liệu lơn, kích thước từ 50-200mm pù hợp vs yêu cầu trình luyện Ko luyện thẳng Cu mà pải qua sten? Thẳng Cu pải có qt thiêu kết vừa khử S, vừa luyện => gây tốn Khi thiêu kết Kl khác bị h.n xún vào kl Cu => khí h.n, hq Kl quí Au, Ag vào xỉ, pần vào Cu thô => thất thoát Luyện sten k cần mt h.n k cần than Còn luyện thẳng Cu tiêu tốn nhiên liệu, chất h.n => tốn Au, Ag thu hồi Cu thô sau thổ luyện từ sten chứa nhiều tạp chất (0.8 – 2.5%) lg Au, Ag đáng kể Do cần tiến hành tinh luyện để khử chất tạp, thu đồng 99.5 – 99.99% tận dụng thu hồi kl quí 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 vào xỉ) (2) Thổi O2 vào => Cu pứ (2) tác dụng tạo Cu2O Nên pải khử hết O2 => dùng bột than, gỗ khô, tre tươi, than cám khí CH4 ( dùng C Cu không tác dụng vs C) Cu2O + CH4 = Cu + CO2 + H2O b Đp tinh luyện Tp sau hỏa tinh luyện: 99.3-99.8% Cu, chứa 0.5-15 tạp chất Ni, Bi, As, Sb tonaf kl quí Se, Te, Au, Ag Tác động mt +Tác động đến nguồn nước mặt nước ngầm: Xả nước thải vượt quy chuẩn kỹ thuật chất thải từ lần đến lần Việc lượng nước thải từ hồ chứa nhà máy rò rỉ khiến đất đai, nguồn nước ngầm xung quanh nhà máy bị ảnh hưởng Cây cối người dân xung quanh bị nhiễm hóa chất lụi tàn chết dần Theo khảo sát, nguồn nước giếng khơi khu vực xung quanh nhà máy bốc mùi hóa chất nồng nặc, khiến người dân không khỏi lo ngại sức khỏe +Tác động đến không khí: Khí thải lò luyện thải trực tiếp không khí Bản thân khí lò có hàm lượng SO2rất cao, miệng lò khó làm kín, khí SO2 thoát gây ô nhiễm không khí ảnh hưởng đến sức khỏe người động vật Bụi lò chứa oxit kẽm, oxit chì khoảng 1% lượng đồng liệu lò Bản thân bụi 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: phương pháp dùng dung dịch NaOH để hòa tách boxit nhiệt độ 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 costic hóa: Na2CO3 + Ca(OH)2 = 2NaOH + CaCO3 − Phương pháp thiêu kết: Khi hàm lượng silic oxit quặng cao, dùng phương pháp baye để sản xuất nhôm oxit lợi phương pháp thiêu kết cho phép chế biến cách hợp lý 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 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 nhiệt độ thấp Na2CO3 + Fe2O3 = Na2O.Fe2O3 + CO2 Na2CO3 + SiO2= Na2O.SiO2 + CO2 Na2CO3 + Al2O3= Na2O.Al2O3 + CO2 Bước 2: thiêu kết 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 sắt, mangan… và một xút dư thừa quá trình hoà tách và tách quặng alumin tạo − Loại "bùn" đủ độc hại để giết chết động vật thực vật, gây bỏng làm tổn thương đường hô hấp người − Độ pH bùn đỏ lớn có thể lên đến 12-13 , dung dịch natri hyđrôxít dùng để nung chảy đậm đặc Có thể nói nguy hiểm bùn đỏ sản xuất nhôm tương tự phóng xạ nhà máy điện hạt nhân 19 19 Biên pháp khắc phục Xử lý phần chất lỏng kèm bùn đỏ phát sinh hồ bùn đỏ cách tái sử dụng dây truyền sản xuất trung hòa nước biển ( Trường hợp nhà máy đặt cạnh biển ) trung hòa CO2 − Chôn lấp bùn đỏ thải, tiến hành hoàn thổ, phục hồi môi trường − Xử lý bùn đỏ từ bãi thải, dung cho ứng dụng vật liệu xây dựng ( gạch, ngói, bê tồng…), làm đường, chế biến sơn, chế tạo vật liệu đặc biệt khác − + Ô nhiễm bụi kk: Quá trình khai thác quặng bauxite từ các điểm quặng đến nhà máy tuyển sẽ gây ô nhiễm và thực chất quá trình chế biến cũng gây ô nhiễm không khí 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 kiểm soát ô nhiễm công nghiệp; bước phục hồi cải thiện chất lượng môi trường khu vực bị ô nhiễm chất thải công nghiệp − 20 20 Câu 6: LUYỆN VÀNG a Phương pháp amangam Cơ sở pp: + Khả thấm ướt Hg lên Au tốt + Khả thẩm thấu hật Hg vào hạt Au + Hg hào tan vào Au tạo thành liên kim chứa Au + Hg dễ bay 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 Hg ↓ Au → đúc thỏi (1): vàng sa khoáng, vàng gốc thạch anh (2): vàng gốc sunfua * Thiêu oxi hóa: thiêu oxi hóa để khử cấu trúc sunfua sang dạng oxit, bóc trần hạt Au cho Hg thấm nước dễ dàng MeS + O2 → MeO + SO2 FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2 * amangam: gồm có: nội amangam ngoại amangam - Nội amangam: trình cho Hg quặng máy nghiền (nhất nghiền bi nghiền thanh) → thu hồi nhanh - Ngoại amangam: trình thu hồi Au cách cho quặng tiếp xúc với Hg mặt phẳng bàn đãi, trình tiếp xúc, Au thấm vào Hg giữ lại mặt bàn, đất đá trôi → thu hồi kèm hiệu Chú ý: lượng Hg cho vào phải lấy dư khoảng 20-25% so vứi Au * Tách Hg chứa Au * chưng bay Hg lò ống ngang 21 21 Amangam cho vào thuyền cho vào ống gang sau chưng giai đoạn: Gđ 1: T từ 350-4000C Mục đích: bay Hg sau nâng T lên 700-800 0C với tốc độ từ từ, Au lắng lại thuyền Hg bay hết với hàm lượng khoảng 75-90% Au, 10% Ag hya gọi hợp kim đôre Hg ngưng tụ tuần hoàn lại trình hòa tách amangan Hg chưa 0,2% Au vậy, làm tăng góc chống ướt cho Au nên hiệu hòa tách ban đầu b.pp xianua sở pp: + tính hòa tan Au 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 + 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 khuấy trộn - Hòa tách đống: 0-50mm - Khuấy trộn gồm: hòa tách thông thường hòa tách – hấp phụ + Hòa tách thông thường: cho quặng xianua vào thùng khuấy có sục không khí vào hòa tách theo kiểu ngk dòng thuận dòng Sau hòa tách bơm sang lọc ép khung tách phần bã lắng thải dd đem xử lí thu hồi Au + Hòa tách – hấp phụ: trih hòa tách người ta cho than hoạt tính nhựa trao đổi ion để hấp thụ Au dung dịch Sau trình người ta sử dụng sàng để tách than nhựa đem xử lí thu hồi Au, bùn hòa tách khuấy khử độc xianua khí H2O2 Fe2(SO4)3 sau thải trực tiếp hồ không cần lắng đọng 22 22 * Thu hồi Au - Để thu hồi Au sử dụng 2pp phổ biến xi măng hóa pp điện phân, 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 [...]... 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. .. 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... 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... 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... 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... 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))... [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... 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,... 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... +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