Nghiên cứu công nghệ luyện Sten đồng từ quặng sunfua đồng.

- TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU QUẶNG ĐỒNG SUNFUA II.1.
- Giới thiệu sơ lược về nguồn quặng đồng sunfua ở Việt Nam II.2.Tình hình khai thác quặng đồng trong và ngoài nước II.2.1.Tình hình khai thác quặng đồng ngoài nước II.2.1.2.
- Quặng đồng phong hóa II.2.2.Tình hình khai thác và chế biến đồng tại Việt Nam II.3.
- Tình hình nghiên cứu và chế biến quặng đồng sunfua II.3.1.
- Xỉ trong quá trình nấu luyện đồng III.1.1.
- NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU IV.1.Nguyên liệu và thiết bị nấu luyện Sten đồng IV.1.1.
- Nấu luyện Sten đồng V.2.
- Quá trình nấu luyện V.3.3.
- Kết quả nấu luyện PHẦN VI.
- Các thiết bị dây chuyền hỏa luyện của nhà máy Luyện đồng Tằng loỏng.25 Hình 8: Vị trí mỏ quặng kim loại khu vực tỉnh Sơn La Hình 9- Mẫu quặng chancopirite (sunfua) và quặng đồng phong hóacủa mỏ đồng Sao Tua, Mộc Châu, Sơn La Hình 10: Vị trí mỏ quặng đồng Sao Tua xã Tân Hợp, Mộc Châu, Sơn La Hình 12: Sơ đồ công nghệ chế biến quặng đồng phong hóa tại nhà máy luyện kim đồng Sao Tua thuộc công ty cổ phần khoáng sản Tây Bắc Hình 11: Nhà máy luyện kim đồng thuộc Công ty CPKS Tây Bắc tại mỏ Sao Tua Hình 13.
- Giản đồ xỉ của F.M.Lôxcutôp Hình 14 - Độ sệt của xỉ hệ CaO – Fe2O3 – SiO2 có  5% Al2O3 ở 1300oC ( poa Hình 15 - Giản đồ trạng thái hệ sulfua Fe – S ở nhiệt độ >400oC Hình 16- Giản đồ trạng thái hệ sulfua Cu–S Hình 17- Giản đồ trạng thái xỉ hệ CaO-FeOx-SiO Hình 18: Nhiễu xạ XRAY mẫu quặng đồng sunfua Sao Tua-Sơn La Chalcopyrite 9,12%, Pyrite 1,78%.
- calcite Hình 19: Nhiễu xạ XRAY mẫu quặng đồng sunfua Sao Tua-Sơn La sau tuyển Chalcopyrite 39,58%.
- 52 Hình 21: Chế tạo lò điện hồ quang công suất 150 KVA phòng Công nghệ kim loại.57 Hình 22 : lò hồ quang nấu luyện.
- 61 Hình 23: ra liệu trong quá trình nấu luyện Sten đồng Hình 24: Sten đồng + xỉ đồng Hình 24: Xỉ hệ CaF2-CaO-FeOx-SiO2 ở nhiệt độ 1400oC Danh mục bảng Bảng 1: Các khoáng vật quặng chứa đồng và đặc tính cơ-lý của chúng.
- Yêu cầu chất lượng tinh quặng đồng theo tiêu chuẩn ngành của Liên Xô cũ Bảng 3.
- Kết quả phân tích EDX thành phần một trong số các mẫu quặng trước và sau tuyển sơ bộ quặng đồng sunfua Sao Tua-Sơn La Bảng 6.
- Để chế biến làm giàu quặng đồng có hiệu quả, việc nấu luyện sten Cu là cần thiết được thực hiện.
- Ngoài ra nước ta có rất nhiều điểm quặng sunfua đồng với trữ lượng nhỏ hơn nằm rải rác ở các tỉnh phía Bắc như Hòa Bình, Sơn La, Lai Châu, Điện biên, Thanh hóa, Thái nguyên … Các mỏ quặng nhỏ đều có thể khai thác tận thu vì hiệu quả kinh tế của việc chế biến quặng đồng thành đồng kim loại tương đối cao và công nghệ đơn giản.
- Một số đặc điểm chung của quặng đồng ở Việt Nam như sau.
- Quặng đồng chủ yếu phân bố theo hướng Tây Bắc - Đông Nam.
- Dải quặng đồng Lai Châu - Điện Biên, Hoà Bình .
- II.2.Tình hình khai thác quặng đồng trong và ngoài nước II.2.1.Tình hình khai thác quặng đồng ngoài nƣớc.
- Quặng sunfua đồng 9 Các quặng đồng có hàm lượng đồng trong khoáng chứa đồng ở dạng hợp chất oxit không vượt quá 10 - 15% so với tổng hàm lượng đồng trong quặng đầu được coi là quặng sunfua đồng.
- Yêu cầu chất lượng tinh quặng đồng theo tiêu chuẩn ngành của Liên Xô cũ (OCT Mac tinh quặng Hàm lượng Cu.
- KM – Tinh quặng đồng 2.
- Hàm lượng Mo trong tinh quặng đồng cần ≤ 0,12%, độ ẩm ≤ 13% (không sấy).
- Quặng đồng phong hóa Quặng đồng phong hóa phần lớn được thành tạo do quá trình oxy hóa lâu dài, tạo ra dạng quặng thứ sinh, xảy ra ở tầng trên của quặng sunfua đồng.
- Sáng chế của Tiệp Khắc trong tuyển nổi quặng đồng chứa tập hợp các oxit đồng bằng phương pháp tuyển nổi sau khi sunfua hóa sử dụng thuốc tập hợp etylxantat, thuốc tạo bọt, cho thêm các hợp chất của florua (ví dụ NH4F và Na2S) để nâng cao thực thu đồng.
- ở các mỏ quặng đồng trên thế giới.
- II.2.2.Tình hình khai thác và chế biến đồng tại Việt Nam Quặng đồng được tìm thấy trong ba khu vực ở miền Bắc Việt Nam gồm: Phía Tây của bờ sông Hồng giữa biên giới Lào Cai Việt Nam và Trung Quốc.
- Quặng đồng Bản Phúc được tìm thấy từ những năm 1960, được xếp vào loại giàu, hàm lượng đồng Cu, hàm lượng vàng 2 g/t Au và một lượng khá lớn niken.
- Hiện nay, tại Việt nam nhiều mỏ quặng đồng đã được tiến hành khai thác và chế biến.
- Tình hình nghiên cứu và chế biến quặng đồng sunfua.
- Thoạt đầu, quặng đồng được nghiền nhỏ rồi rải trên các bản gỗ dầy.
- Nhược điểm cơ bản đã tạo ra chất thải công nghiệp là xỉ nấu luyện (xỉ đồng) chứa tới 1% Cu và các kim loại nặng khác nhau.
- Phương pháp thủy luyện hòa tách quặng đồng chalcopyrit đã được các nhà khoa học Mỹ xây dựng và phát triển từ những năm 1900 .
- Quá trình phản ứng thủy luyện tiếp theo bao gồm các bước: Luyện chảy Stên thô Cu>40% Tinh quặng đồng Cu>20% Sunfua đồng Tuyển nổi Đồng thô Cu>95% Nấu luyện Điện phân Đồng sạch Cu>99,95% Đồng thô Cu>99,5 Tinh luyện 15 Hình 4: Sơ đồ công nghệ luyện đồng của các nhà khoa học Mỹ (1975) Hòa tách sunfua với CuCl2 để hòa tan tinh quặng, do đó tạo thành một hỗn hợp có chứa CuCl.
- Tuy nhiên có áp dụng thử nghiệm ý đồ mới là sử dụng nhiệt của phản ứng đốt cháy lưu huỳnh để nấu luyện ra sten.
- Hiện nay nhà máy đầu tư tiếp dây chuyền giai đoạn 2 là lò hồ quang công suất lớn nhằm bổ sung cho khâu luyện xỉ sau nấu luyện ban đầu để thu hồi nốt sten, thay cho công đoạn nghiền tuyển.
- Tuy nhiên trong cả hai trường hợp nghiền tuyển hoặc nấu luyện bổ sung, xỉ thải cuối cùng vẫn còn chứa khoảng 0,8 - 1% Cu và các kim loại nặng khác nhau.
- Đối với hệ quặng đồng đã phong hóa (dạng oxit, cacbonat như malachit Cu2{(OH)2/CO3.
- hiện nay đã xuất hiện nhà máy luyện kim đồng tại Sơn La, Bắc Giang chế biến theo phương pháp thủy luyện có công suất xử lý 20 - 30 tấn quặng đồng hệ này (thu được 1 - 2 tấn đồng kim loại/ngày đêm).
- Nhìn chung ở Việt Nam các nhà máy chế biến quặng đồng đều mua dây chuyền công nghệ của Trung quốc: dây chuyền hỏa luyện chủ đạo kèm theo điện phân cho xử lý quặng sunfua đồng, dây chuyền thủy luyện (bao gồm cả điện phân) cho xử lý quặng đồng phong hóa.
- Chưa có công nghệ và dây chuyền chế biến quặng đồng sunfua bằng phương pháp thủy luyện chủ đạo, trong khi loại quặng gốc hệ sunfua đồng lại rất sẵn có, cần phải được đầu tư chế biến theo công nghệ mới nhằm tránh được nhược điểm cố hữu về phát sinh chất thải công nghiệp (xỉ đồng) chứa hàm lượng kim loại nặng cao của phương pháp nấu luyện nêu trên.
- Tinh quặng tái chế được nấu luyện từ cặn thải tinh quặng sau thủy luyện (gọi là cặn thủy luyện.
- Chất thải rắn là xỉ của quá trình nấu luyện tái chế cặn thủy luyện.
- Hoạt động của nhà máy khai thác và chế biến quặng đồng Sin Quyền : Khai thác và tuyển nổi đồng: Từ năm 1994 đến 2001, mỏ đồng Sin Quyền (Bát Xát, Lào Cai) đã được Công ty Kim loại mầu Thái Nguyên liên doanh với Công ty Khoáng sản Lào Cai khai thác chế biến ở quy mô nhỏ quặng sunfua đồng có hàm lượng xấp xỉ 1,5% Cu được tuyển thu hồi quặng tinh 20% Cu, sản lượng quặng tinh đồng hàng năm đạt xấp xỉ 3.500 tấn và phục vụ chủ yếu cho xuất khẩu.
- Với hệ thống máy móc thiết bị công nghệ tiên tiến được đầu tư đồng bộ, tại đây là một tổ hợp dây chuyền công nghệ khai thác và tuyển quặng đồng hiện đại nhất Việt Nam hiện nay nên Công ty đã khai thác trên 1,2 triệu tấn quặng đồng và thu được 45 - 50 ngàn tấn tinh quặng đồng mỗi năm cung cấp cho Nhà máy luyện đồng tại Tằng Loỏng và phục vụ xuất khẩu.
- Nhờ công nghệ sản xuất tiên tiến hiện đại Công ty có thể tuyển được quặng đồng có hàm lượng thấp từ 0,8% trở lên với tỷ lệ thu hồi trên 92%.
- Đặc điểm quặng đồng ở các vùng mỏ khu vực Tây Bắc Việt Nam là có thành phần khoáng chứa đồng chủ yếu là các khoáng sunfua như chalcopyrit, chalcocit, ngoài ra trong quặng còn chứa một lượng nhỏ các khoáng đồng cacbonat như azurit và malachit.
- Hình 5:Mẫu quặng chứa chalcopyrit và lượng nhỏ azurit, malachit ở mỏ Sin Quyền Thành phần khoáng chứa đồng chính trong quặng đồng vùng Sin Quyền hiện đang khai thác và chế biến là các khoáng đồng sunfua như chalcopyrit, chalcocit nên giống như công nghệ tuyển quặng đồng sunfua trên thế giới, quy trình tuyển đồng ở Sin Quyền áp dụng phương pháp tuyển nổi.
- Sơ đồ công nghệ tuyển nổi quặng sunfua đồng có hàm lượng pyrit cao như quặng đồng Sin Quyền hiện nay như trình bày trong hình dưới Phân xưởng hỏa luyện Lò SKS nấu luyện trực tiếp TQ ra Sten Lò phản xạ tinh luyện 23 Sản xuất đồng từ tinh quặng đồng Sin Quyền : Tinh quặng đồng Sin Quyền được đưa sang nhà máy luyện đồng Tằng Loỏng để tiếp tục chế biến ra đồng kim loại.
- Dây chuyền gồm các bộ phận chủ yếu : Lò nấu luyện tinh quặng ra sten (Lò SKS).
- Quá trình luyện đồng tại nhà máy được thực hiện theo trình tự như sau : Tinh quặng đồng được nấu luyện trực tiếp cùng các chất phụ gia trong lò SKS (Tiếng Trung: Khẩu Hỏa Sơn) thành xỉ và sten.
- Quá trình nấu luyện này có lợi về nhiệt nhưng bất lợi cho các phản ứng hóa lý luyện kim.
- Trung bình mối năm lò nấu luyện của nhà máy tạo ra khoảng 60 ngàn tấn xỉ còn chứa đến 40% lượng sten.
- Gần đây (năm 2011) nhà máy đã phải đầu tư thêm hệ thống lò hồ quang công suất khoảng 4500KVA để nấu luyện lại xỉ ra lò để thu hồi sten thay cho hệ thống nghiền tuyển xỉ kém hiệu quả.
- Tóm lại Tổ hợp khai thác, tuyển và chế biến quặng đồng Sin Quyền là tổ hợp khai khoáng và luyện kim tương đối đồng bộ, có năng suất khá lớn và dây chuyền khép kín, cho phép thu hồi 85 - 90% đồng từ quặng tính chung cho cả hai công đoạn tuyển và luyện kim.
- Để khắc phục vấn đề này, nhà máy cần đầu tư nghiên cứu xây dựng và áp dụng quy trình công nghệ nấu luyện mới trong lò hồ quang (bỏ lò SKS không hiệu quả) với chế độ phối liệu thích hợp mới có thể tạo ra xỉ kiềm có độ sạch cao (hàm lượng đồng Cu < 0.2.
- Hoạt động của nhà máy khai thác và chế biến quặng đồng Sao Tua : Tỉnh Sơn La (vùng Tây Bắc) có tới 175 điểm mỏ quặng kim loại (hình 9) trong đó riêng mỏ quặng đồng lên tới 30 điểm như điểm mỏ Nà Hem, Cò Muông, Vạn Sài, Đá Đỏ, Bản Mèo, Bản Lét, Suối Sập.
- Đặc điểm quan trọng của các mỏ quặng đồng vùng Sơn La là trữ lượng trung bình và thấp, cỡ vài trăm nghìn tấn.
- 26 Mỏ quặng đồng Sao Tua tại Bản Sao Tua, xã Tân Hợp, huyện Mộc Châu, tỉnh Sơn La là một trong những mỏ có trữ lượng trung bình, là mỏ mới được phát hiện.
- Hình 8: Vị trí mỏ quặng kim loại khu vực tỉnh Sơn La 27 Hình 9- Mẫu quặng chancopirite (sunfua) và quặng đồng phong hóa của mỏ đồng Sao Tua, Mộc Châu, Sơn La Công ty cổ phần Khoáng sản Tây Bắc có kế hoạch đầu tư xây dựng nhà máy theo 2 giai đoạn.
- Giai đoạn 1: từ dây chuyền khai thác quặng đồng phong hóa và dây chuyền chế biến sâu.
- Giai đoạn này đã đầu tư xong, nhà máy đã khai thác, chế biến quặng phong hóa thành đồng kim loại thương phẩm bắt đầu từ năm 2011 * Giai đoạn 2: tiếp tục đầu tư dây chuyền chế biến sâu quặng đồng sunfua khi điều kiện công nghệ cho phép (lựa chọn được công nghệ thích hợp) Hiện nay nhà máy đang khai thác và chế biến quặng đồng phong hóa theo công nghệ thủy luyện với trình tự như sau.
- Hình 10: Vị trí mỏ quặng đồng Sao Tua xã Tân Hợp, Mộc Châu, Sơn La Sao Tua y Tua 29 Hình 11: Nhà máy luyện kim đồng thuộc Công ty CPKS Tây Bắc tại mỏ Sao Tua Hình 12: Sơ đồ công nghệ chế biến quặng đồng phong hóa tại nhà máy luyện kim đồng Sao Tua thuộc công ty cổ phần khoáng sản Tây Bắc Quặng Nghiền ướt Tuyển Tinh quặng oxit, hydroxit Tinh quặng sunfua Hòa tách Điện phân dung dịch Đồng Chiết và giải chiết 30 Như vậy dây chuyền chiết và điện phân là dây chuyền tuần hoàn, hoạt động khép kín và tương đối hiệu quả.
- Vận hành theo quy trình công nghệ thủy luyện nêu trên, hiện tại dây chuyền của nhà máy có hể xử lý chế biến khoảng 70-80 tấn quặng đồng phong hóa, sản xuất ra 1,5-2 tấn kim loại đồng thương phẩm.
- Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng tinh quặng đồng càng có hàm lượng đồng cao thì hiệu quả của thủy luyện càng cao, có thể thu hồi đạt trên 95% lượng đồng trong tinh quặng.
- Bởi vậy việc nâng cao hàm lượng tinh quặng lên gấp đôi bằng phương pháp nấu luyện ra sten là một trong những hướng nghiên cứu phát triển của Viện Khoa học Vật liệu nhằm nghiên cứu hoàn thiện các quy trình công nghệ thủy luyện tinh quặng đồng sunfua, tiến tới áp dụng có hiệu quả vào thực tiễn sản xuất cho các mỏ đồng có quy mô vừa và nhỏ thuộc các vùng Sơn La và Tây Bắc Việt Nam.
- Nấu luyện phối liệu tinh quặng đã thiêu sơ bộ khử lưu huỳnh với các chất trợ dung cần thiết để thu được sten đồng với hàm lượng đồng tăng gấp đôi so với tinh quặng ban đầu.
- Quặng đồng sử dụng để nguyên cứu nấu luyện là quặng đồng sunfua lấy ở 31 nhà máy luyện đồng Sao Tua Mộc Châu (Sơn La).
- Vì thế đề tài nghiên cứu của chúng tôi cần thực hiện là “Nghiên cứu công nghệ nấu luyện Sten đồng từ quặng đồng sunfua.
- Nội dung nghiên cứu * Nghiên cứu và chọn lựa được những nguyên vật liệu phù hợp cho quá trình nấu luyện Sten đồng từ tinh quặng * Nghiên cứu, tìm hiểu cách sử dụng và vận hành lò điện hồ quang công suất 150KVA để nấu luyện Sten đồng từ tinh quặng sunfua * Nghiên cứu chọn lựa chế độ xỉ ba nguyên CaO - Fe2O3 - SiO2 phù hợp với chế độ phối liệu quá trình nấu luyện.
- Nghiên cứu quá trình nấu luyện Sten từ quặng sunfua trong lò hồ quang 32 PHẦN III.
- Xỉ là gì Trong quá trình luyện đồng, có 3 giai đoạn người nấu luyện cần phải tạo xỉ, đó là giai đoạn luyện Sten, giai đoạn luyện đồng thô và giai đoạn hoả tinh luyện.
- Khi luyện Sten từ quặng hay tinh quặng đồng đã thiêu, các hợp chất sunfua bị chảy lỏng và các loại hợp chất oxit cũng bị cháy lỏng.
- Trong quá trình nấu luyện với sự tham gia của các oxyt trên, sẽ hình thành hệ xỉ CaO–SiO2–Fe2O3.
- Quặng đồng sunfua để tiến hành nấu luyện Sten đồng được sử dụng là quặng đồng sunfua Sao Tua-Sơn La .
- calcite 5,95% Hình 19: Nhiễu xạ XRAY mẫu quặng đồng sunfua Sao Tua-Sơn La sau tuyển Chalcopyrite 39,58%.
- Kết quả là dễ dàng loại bỏ xỉ trong quá trình nấu luyện.
- Lò điện này có 1 cực than ø100 có thể tịnh tiến lên xuống trong quá trình nấu luyện và một điện cực còn lại là một khối trụ graphite nằm cố định dưới đáy lò.
- Phương pháp nguyên cứu Tiến hành nghiên cứu quy trình tuyển nổi quặng nguyên khai thành tinh quặng đem nấu luyện Nghiên cứu công nghệ nấu luyện stên đồng.
- Việc tiến hành nấu luyện tinh quặng sau tuyển ra sten được nghiên cứu trong lò điện hồ quang công suất 150KVA của Trung tâm ứng dụng và triển khai công nghệ thuộc Viện Khoa học vật liệu.
- Xỉ nấu luyện là chất thải công nghiệp còn chứa một lượng các nguyên tố nặng như Cu sót lại, As, Sb.
- 56 Trong nấu luyện: kết quả có thành phần chính của cặn sau hoà tách gồm Cu, S, Fe.
- Hình 22 : lò hồ quang nấu luyện 58 V.2.
- Quá trình nấu luyện: Từ các nguyên liệu nêu trên ta tiến hành nghiền nhỏ mịn thành bột có kích cỡ < 150µm trong máy nghiền bi liên tục với công suất 3kg/h.
- Khi nguyên liệu được nghiền nhỏ tiến hành vê viên thành cục đem phơi khô để tiện cho quá trình nấu luyện không bị bay hơi.
- Từ 10kg tinh quặng ta thu được khoảng 11,6 kg phối liệu nấu luyện.
- 60 *Quá trình nấu luyện trong lò hồ quang công suất 150KVA.
- Vậy sau khi tiến hành nấu luyện phối liệu nêu trên liên tục trong thời gian 1 – 1,2h một mẻ nấu.
- Nhiệt độ nấu luyện duy trì > 1200oC để bảo đảm sten và xỉ được nóng chảy.
- 62 Hình 23: ra liệu trong quá trình nấu luyện Sten đồng V.3.3.
- Kết quả nấu luyện Theo quy trình nấu luyện nêu trên chúng tôi đã tiến hành nhiều mẻ nấu luyện Steen đồng.
- Sau đây giới thiệu kết quả nấu luyện ba mẻ thí nghiệm có thành phân Sten đồng và xỉ đạt yêu cầu.
- 65 Để khẳng định điều này, trong các lần nấu tiếp theo, chúng tôi đã bổ sung vào phối liệu theo chế độ 1 thêm huỳnh thạch với tỷ lệ 10% khối lượng tinh quặng theo ước tính, tiến hành nấu luyện trong lò hồ quang 50KVA.
- Tuy nhiên để có đầy đủ cơ sở khẳng định vai trò khống chế môi trường hoàn nguyên của hợp chất huỳnh thạch trong lò điện hồ quang, cần thiết phải đầu tư nghiên cứu kỹ hơn trong những năm tiếp theo có thể tìm ra được chế độ phối liệu tối ưu nhất cho quá trình nấu luyện thực nghiệm ứng dụng vào bán sản xuất công nghiệp.
- Nghiên cứu và chọn lựa được những nguyên vật liệu phù hợp cho quá trình nấu luyện Sten đồng từ tinh quặng sunfua trong lò điện hồ quang công suất 150 KVA tại phòng Công nghệ kim loại.
- Với lò điện hồ quang công suất 150 KVA tại phòng Công nghệ kim loại đã nấu luyện thành công Sten đồng từ tinh quặng sunfua với dung lượng mỗi mẻ nấu khoảng 10 – 15 kg kim loại lỏng * Đã nghiên cứu và đưa ra được chế độ xỉ ba nguyên Al2O3 - Fe2O3 - SiO2 cũng như các điều kiện nấu luyện phù hợp với lò điện hồ quang.
- Quá trình nấu luyện Sten từ quặng sunfua trong lò hồ quang cho thấy chất lượng Sten đạt chỉ tiêu kĩ thuật như mong muốn

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt