Luyện đồng liên quan đến việc khai thác đồng từ quặng của nó, chủ yếu thông qua hai phương pháp: luyện kim hỏa Và thủy luyện kim.
Luyện kim hỏa: Phương pháp luyện đồng chiếm ưu thế
Luyện kim lửa vẫn là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để nấu chảy đồng, đặc biệt là để xử lý quặng sunfua. Quá trình này bao gồm nhiệt độ cao để tách đồng từ quặng của nó, với một số bước chính để đảm bảo thu hồi kim loại hiệu quả:
1. Xử lý quặng và tuyển nổi
Bước đầu tiên trong luyện kim là xử lý quặng, liên quan đến việc tách các khoáng sản có giá trị từ chất thải trong quặng. Các phương pháp tách vật lý như tách trọng lực và tách từ thường được sử dụng, nhưng tuyển nổi là quan trọng nhất. Trong tuyển nổi, quặng đồng được trộn với nước và hóa chất, làm cho các hạt quặng đồng dính vào bong bóng. Những bong bóng này nổi lên trên bề mặt, tạo bọt, và quặng đồng được tách ra khỏi các khoáng sản khác, nâng cao hiệu quả của các quá trình tiếp theo.
2. nung (Rang)
Chất cô đặc tuyển nổi sau đó được đưa vào nung hoặc rang, nơi chúng được nung nóng để loại bỏ các tạp chất như lưu huỳnh và oxy. Bước này chuyển đổi quặng đồng sunfua vào trong quặng đồng bị oxy hóa và giúp làm bay hơi hoặc phân hủy các yếu tố không mong muốn. Có hai kiểu rang:
- Rang bán oxy hóa được sử dụng khi hàm lượng lưu huỳnh thấp.
- Rang oxy hóa hoàn toàn được sử dụng cho chất cô đặc có hàm lượng lưu huỳnh cao hơn, để đảm bảo quá trình oxy hóa triệt để trước khi xử lý tiếp.
3. Nấu chảy
Luyện kim là cốt lõi của khai thác đồng, nơi quặng rang trải qua các phản ứng hóa học tiếp theo ở nhiệt độ cao. Mục đích là tách đồng ra khỏi sắt và gangue, sản xuất một chất mờ giàu đồng. Hai quá trình nấu chảy chính là:
- Luyện kim chớp nhoáng: Trong phương pháp này, chất cô đặc khô mịn được bơm vào lò phản ứng, nơi nó tiếp xúc với không khí giàu oxy. Chất cô đặc trải qua quá trình nấu chảy nhanh chóng, và các sản phẩm nóng chảy thu được (mờ và xỉ) được tách ra trong bể lắng. Phương pháp này có hiệu quả cao, sản xuất cả khí đồng mờ và khí lưu huỳnh đioxit, có thể được xử lý thêm để thu hồi lưu huỳnh.
- tắm luyện: Trong phương pháp này, không khí giàu oxy được thổi vào bể nóng chảy gồm chất mờ và xỉ, với chất cô đặc được thêm vào. Bồn tắm được khuấy mạnh, đảm bảo nấu chảy hoàn toàn. Các loại lò luyện tắm bao gồm lò nằm, thẳng đứng, quay, và lò cố định. Kiểu đòn được sử dụng—bên, đứng đầu, hoặc đáy—ảnh hưởng đến hiệu quả và đặc tính của quá trình nấu chảy.
4. thổi
Sau khi nấu chảy, bước tiếp theo là thổi, giúp tinh chế thêm đồng bằng cách oxy hóa và loại bỏ các tạp chất như lưu huỳnh và sắt. Quá trình này thường được thực hiện trong Bộ chuyển đổi P-S, nhưng những công nghệ mới hơn như tinh chế liên tục Và tinh chế đèn flash cũng đang trở nên phổ biến hơn.
5. tinh chế
Tinh chế tiếp tục làm sạch đồng, và có hai phương pháp chính được sử dụng:
- Tinh chế luyện kim: Quá trình này khai thác sự khác biệt về ái lực của các tạp chất khác nhau đối với oxy. Các tạp chất được loại bỏ thông qua quá trình oxy hóa, xỉ, hoặc sự biến động.
- Tinh chế điện phân: Phương pháp này bao gồm điện phân để loại bỏ bất kỳ tạp chất còn lại, thu được đồng có độ tinh khiết cao (đồng cực âm) với độ tinh khiết lên tới 99.99%. Tinh chế điện phân là kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất để sản xuất đồng tinh chế.
Thủy luyện: Một lựa chọn thân thiện với môi trường hơn
Thủy luyện là một phương pháp hiệu quả khác để nấu chảy đồng, đặc biệt đối với quặng cấp thấp Và quặng đồng bị oxy hóa. Kỹ thuật này dựa vào phản ứng hóa học chứ không phải nhiệt độ cao để tách đồng từ quặng, cung cấp một số lợi thế về môi trường, mặc dù nhìn chung nó kém hiệu quả hơn so với luyện kim hỏa.
1. nghiền quặng
Bước đầu tiên trong thủy luyện kim là nghiền và nghiền quặng, tăng diện tích bề mặt và cho phép tương tác tốt hơn với dung dịch lọc. Bước này rất quan trọng để nâng cao hiệu quả của quá trình lọc tiếp theo..
2. Xử lý rửa trôi
Quặng nghiền sau đó được đưa vào sự rửa trôi sự đối đãi, ở đó nó được trộn với dung môi thích hợp—thường là dung dịch axit sulfuric loãng. Axit sulfuric hòa tan khoáng chất đồng trong quặng, tạo thành đồng sunfat trong dung dịch. Bước này có thể được thực hiện ở sự rửa trôi đống, sự rửa trôi bị kích động, hoặc bể lọc, tùy thuộc vào đặc điểm quặng.
3. Lọc tách
Sau khi lọc, các nước rỉ rác (dung dịch chứa đồng hòa tan) được tách ra khỏi chất thải rắn (dư lượng) qua lọc. Bước này đảm bảo rằng đồng hòa tan đã sẵn sàng cho giai đoạn chiết tiếp theo.
4. Khai thác và tinh chế
Các ion đồng được tách ra khỏi nước rỉ rác bằng cách sử dụng chất chiết xuất. Đồng được chiết xuất sau đó được tinh chế thêm để loại bỏ mọi tạp chất còn lại. Bước thanh lọc này có thể bao gồm chiết dung môi, trong đó một tác nhân hóa học liên kết có chọn lọc với các ion đồng, hoặc sự kết tủa phương pháp sử dụng chất khử.
5. Điện phân hoặc Thay thế
Cuối cùng, các ion đồng bị khử thành đồng kim loại thông qua một trong hai điện phân hoặc thay thế quá trình:
- TRONG điện phân, các ion đồng bị khử ở catốt tạo thành kim loại đồng nguyên chất, được thu thập và xử lý thành đồng cathode.
- thay thế liên quan đến việc sử dụng một kim loại hoạt động mạnh hơn, chẳng hạn như sắt, đẩy đồng ra khỏi dung dịch, kết tủa đồng ở dạng rắn.
Phần kết luận
Trong khi luyện kim hỏa hiệu quả hơn và được sử dụng rộng rãi cho quặng đồng cao cấp và quặng đồng sunfua, thủy luyện kim cung cấp một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường hơn cho quặng cấp thấp hoặc bị oxy hóa.
