一
1. Giới thiệu
Luyện đồng bằng phương pháp nhiệt luyện vẫn là con đường chủ đạo để sản xuất đồng tinh luyện sơ cấp, chiếm hơn 80% công suất toàn cầu. Quá trình này chuyển đổi quặng đồng sunfua (chủ yếu là chalcopyrite, CuFeS₂) thành đồng catốt có độ tinh khiết cao (≥99,99% Cu) thông qua một loạt các hoạt động luyện kim ở nhiệt độ cao. Bài viết này trình bày chi tiết sơ đồ quy trình tích hợp chính bao gồm nấu chảy nhanh, chuyển đổi, tinh luyện anot và tinh luyện điện phân.
2. Chuẩn bị và pha trộn dung dịch đậm đặc
Quặng đồng cô đặc (25-35% Cu) được vận chuyển bằng tàu chở hàng rời và được lưu trữ trong các kho chứa có mái che. Hàm lượng ẩm thường là 8-12% và phải được giảm xuống ≤0,3% bằng lò quay hoặc máy sấy tầng sôi để ngăn ngừa cháy nổ và tiêu thụ năng lượng quá mức trong quá trình luyện kim tiếp theo.
Quặng tinh khô được trộn với chất trợ dung (thạch anh, đá vôi), phế phẩm và xỉ lò chuyển hóa theo tỷ lệ được kiểm soát chính xác. Các nhà máy hiện đại sử dụng bộ cấp liệu dạng đĩa tự động và hệ thống cảm biến trọng lượng, đạt độ chính xác trộn trong phạm vi ±0,5%.
2
3. Nung chảy nhanh
Luyện kim nhanh là công nghệ tiên tiến nhất để xử lý quặng đồng sunfua, được thể hiện rõ nét trên toàn cầu bởi các lò luyện kim nhanh của Outotec (nay là Metso) và các lò thổi oxy từ đáy do Trung Quốc phát triển.
3.1 Nguyên tắc quy trình
Quặng cô đặc khô được bơm vào luồng khí nóng, giàu oxy (nồng độ oxy 75-90%) ở nhiệt độ 850-950°C. Các phản ứng (làm khô, oxy hóa, tạo xỉ và chất bán kết) hoàn tất trong 3-5 giây, với nhiệt lượng tỏa ra từ phản ứng duy trì hoạt động tự nhiệt. Các phản ứng chính bao gồm: 4CuFeS₂ + 9O₂ → 4CuS + 2Fe₂O₃ + 8SO₂ 2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ → 2FeO·SiO₂ + 2SO₂
3.2 Thiết bị chính
- Giếng phản lực: Cao 11-14 m, đường kính 7-9 m, được lót bằng gạch magnesit-crom chất lượng cao và áo nước bằng đồng.
- Giếng lắng và giếng hút: tách quặng (65-75% Cu) và xỉ bằng trọng lực.
- Lò hơi thu hồi nhiệt thải: thu hồi nhiệt lượng hữu ích từ khí thải ở nhiệt độ khoảng 550°C để tạo hơi nước.
- Tỷ lệ oxy trên chất cô đặc: 1,15-1,25 Nm³ O₂/t chất cô đặc khô
- Nhiệt độ trục phản ứng: 1250-1300°C
- Nhiệt độ mờ: 1180-1220°C
- Tỷ lệ Fe/SiO₂ trong xỉ: 1,1-1,4, hàm lượng đồng trong xỉ ≤0,6%
3.3 Các thông số điều khiển quan trọng
Lò luyện kim đơn giản có công suất đạt 4000-5500 tấn/ngày với hiệu suất nhiệt >98% và khả năng thu giữ SO₂ gần 100%.
4. Chuyển đổi
Chất bán thành phẩm được chuyển qua các máng hoặc gáo nung bằng điện đến các lò chuyển đổi Peirce-Smith hoặc lò chuyển đổi liên tục.
4.1 Giai đoạn tạo xỉ
Không khí giàu oxy (25-35% O₂) được thổi vào để oxy hóa sắt sunfua. Xỉ chứa 2-8% Cu được vớt ra và đưa trở lại lò luyện kim nhanh.
4.2 Giai đoạn luyện đồng
Việc tiếp tục thổi sẽ oxy hóa Cu₂S thành đồng dạng xốp (98,5-99,3% Cu) ở nhiệt độ 1180-1230°C.
3
1. Hệ thống xếp dỡ cuộn thép chính & Tự động căn chỉnh → Xe chở cuộn thép thủy lực 15 tấn + servo quang điện EPC, sai số căn chỉnh tâm < 0,1 mm
2. Tháo cuộn & Thiết lập lực căng → Phanh bột từ + điều khiển servo vòng kín, điều chỉnh chính xác 50–1500 N
3. Cắt rãnh chính xác → Đĩa vonfram cacbua nhập khẩu hoặc đĩa thép tốc độ cao PM, độ lệch trục chính ≤ 0,002 mm, các miếng đệm được mài đến ±0,001 mm, bù mài mòn theo thời gian thực
4. Xử lý phế liệu cạnh → Máy cuộn phế liệu hai đầu độc lập; phế liệu được trả lại dưới dạng cuộn hoặc nghiền tại chỗ.
5. Cuộn lại & Cách ly lực căng → Cách ly cuộn riêng biệt cho từng sợi, trục cuốn khí nén + bảo vệ góc tự động, căn chỉnh mặt ≤ ±0,3 mm
6. Tự động cắt và đóng gói → Giảm tốc → cắt → bọc giấy → dán nhãn → xuất sản phẩm trong 45 giây
Quy trình xẻ cuộn đồng hoàn toàn tự động
5. Tinh luyện bằng lò nung anot
Đồng thô được đưa vào các lò anode cố định hoặc nghiêng có trọng lượng từ 50 đến 500 tấn để tinh luyện bằng phương pháp oxy hóa khử.
5.1 Giai đoạn oxy hóa
Ống thổi khí hoặc oxy loại bỏ lượng Fe, Ni, As, Sb và Bi còn sót lại dưới dạng xỉ nổi.
5.2 Giai đoạn giảm
Nồng độ oxy được giảm xuống còn 150-300 ppm bằng cách sử dụng khí tự nhiên, dầu diesel hoặc cột gỗ. Đồng tinh chế được đúc thành các cực dương nặng 300-450 kg (Cu ≥99,0%).
4
6.1 Điều kiện vận hành
- Mật độ dòng điện: 220-320 A/m²
- Điện áp pin: 0,22-0,32 V
- Nhiệt độ chất điện giải: 60-65°C
- Cu²⁺: 40-55 g/L, H₂SO₄ tự do: 150-220 g/L
6.2 Phản ứng điện hóa
Quá trình hòa tan anot: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻. Các nguyên tố quý hơn (Au, Ag, Se, Te) tập trung vào lớp bùn anot; các nguyên tố kém quý hơn đi vào dung dịch. Quá trình lắng đọng catot tạo ra Cu có độ tinh khiết ≥99,993%, đáp ứng tiêu chuẩn LME Loại A.
7. Xử lý khí thải và kiểm soát môi trường
Khí giàu SO₂ từ lò nung nhanh, lò chuyển đổi và lò nung anot được làm nguội, khử bụi và xử lý trong các nhà máy axit tiếp xúc kép, đạt hiệu suất thu hồi lưu huỳnh >99,8%. Hàm lượng SO₂ trong khí thải thấp hơn 100 mg/Nm³. Asen, thủy ngân và các kim loại nặng khác được loại bỏ thông qua các quy trình chuyên biệt.
8. Kết luận
Công nghệ luyện kim đồng hiện đại đã đạt được tính liên tục cao, tự động hóa và hiệu suất môi trường tốt. Các quy trình tích hợp nấu chảy nhanh - chuyển đổi liên tục - tinh luyện anot - điện phân mang lại hiệu suất thu hồi đồng tổng thể >98,5% và mức tiêu thụ năng lượng riêng là 280-320 kgce/t catot, đại diện cho các tiêu chuẩn đẳng cấp thế giới. Những phát triển liên tục trong việc làm giàu oxy, công nghệ sản xuất đồng liên tục và điều khiển quy trình kỹ thuật số sẽ tiếp tục nâng cao hiệu quả và tính bền vững.
Thời gian đăng bài: 24/12/2025