Tại sao lại có vấn đề về đồng thứ cấp
Đồng là một trong những kim loại công nghiệp được tái chế hiệu quả nhất. Nó có thể được nấu chảy lại nhiều lần mà không làm mất đi các đặc tính thiết yếu của nó, nó có giá trị phế liệu nội tại cao hỗ trợ việc thu gom và công nghệ tinh chế của nó đã được thiết lập tốt. Kết quả là một phần lớn đồng được sử dụng trong thành phẩm ngày nay đến từ vật liệu tái chế chứ không phải từ chất cô đặc mới khai thác, và sản xuất thứ cấp là một phần được thiết lập trong chuỗi cung ứng cho thanh, dây, dải, ống và vật đúc.
Lộ trình xử lý phụ thuộc hoàn toàn vào nguyên liệu thô. Khoảng 2/3 số đồng được thu hồi từ các sản phẩm hết hạn sử dụng là vật liệu sạch, cao cấp- chẳng hạn như dây và phế liệu của máy nghiền, có thể được nấu chảy lại và sử dụng trực tiếp trong sản xuất đồng hoặc các sản phẩm hợp kim đồng. Phần thứ ba còn lại chứa hỗn hợp kim loại, lớp phủ, oxit hoặc nhựa, và nó phải được nấu chảy và tinh chế trước khi có thể đưa trở lại thị trường dưới dạng đồng tinh chế. Sự phân chia đó là cơ sở cho hai lộ trình sử dụng được mô tả dưới đây và nó giải thích tại sao một nhà máy luyện thứ cấp được tổ chức xoay quanh chất lượng phế liệu thay vì xoay quanh một quy trình cố định duy nhất.
Phân loại phế liệu và hai cách sử dụng
Con đường đầu tiên là sử dụng trực tiếp. Phế liệu sạch, được phân loại thuộc loại hóa học đã biết sẽ được nấu chảy và đúc thành đồng tinh luyện hoặc thành hợp kim đồng, và nó đến tay người dùng dưới dạng vật liệu hoàn thiện mà không cần qua quá trình điện phân. Các loại phù hợp để sử dụng trực tiếp bao gồm dây trần sáng, các đoạn cắt sạch của máy nghiền, thanh cái và đồng nặng từ thiết bị đã ngừng hoạt động.
Con đường thứ hai là sử dụng gián tiếp. Phế liệu bị ô nhiễm, bị oxy hóa hoặc có thành phần hỗn hợp trước tiên được nấu chảy thành tấm cực dương và sau đó được tinh chế bằng điện phân thành đồng cathode, tương đương với đồng tinh chế sơ cấp cho hầu hết các mục đích hạ nguồn. Bước tinh chế là bước loại bỏ các tạp chất mà bước nấu chảy cô đặc và đó là lý do khiến con đường gián tiếp có thể chấp nhận chất lượng phế liệu không thể sử dụng được trong lò nấu chảy lại.
Trong lộ trình gián tiếp, quy trình này được phân loại sâu hơn theo loại phế liệu: vật liệu-cao cấp có thể được tinh chế theo trình tự ngắn, trong khi vật liệu-cấp thấp yêu cầu trình tự dài hơn với nhiều xỉ hình thành hơn và loại bỏ tạp chất nhiều hơn. Thuật ngữ một-giai đoạn, hai-giai đoạn và ba-giai đoạn đề cập đến số bước luyện kim nhiệt trước khi điện phân.
Lộ trình nấu chảy một-Giai đoạn, Hai-Giai đoạn và Ba{2}}Giai đoạn luyện kim
Ba tuyến đường này khác nhau ở mức độ nâng cấp phải được thực hiện trước khi đúc cực dương. Sự lựa chọn được quyết định bởi hàm lượng đồng, bởi phổ tạp chất của phế liệu và bởi công suất của các lò nung hiện có.
| Tuyến đường | Nguồn cấp dữ liệu điển hình | Trình tự quy trình |
|---|---|---|
| Một-giai đoạn | Đồng-cao cấp, có hàm lượng đồng trên khoảng 98 %, chẳng hạn như đồng nặng, thanh cái sạch và cặn điện phân | Được nạp trực tiếp vào lò luyện anode, đốt lửa tinh chế thành anode, sau đó điện phân tinh chế thành cathode |
| Hai{0}}giai đoạn | Phế liệu cấp trung bình-cần nấu chảy và loại bỏ lưu huỳnh hoặc tạp chất | Lò nấu chảy thành đồng thô, sau đó là lò luyện anode, rồi tinh luyện điện phân |
| Ba{0}}giai đoạn | Phế liệu hỗn hợp cấp thấp và chất thải chứa đồng{1}}có chứa từ vài phần trăm đồng trở lên | Lò luyện thành đồng mờ hoặc đồng thô, thổi chuyển đổi, tinh chế cực dương, tinh chế điện phân |
Lộ trình một{0}}giai đoạn là ngắn nhất và tiết kiệm năng lượng nhất nhưng đòi hỏi nguồn cấp dữ liệu sạch vì không có bước trung gian nào có thể loại bỏ tạp chất thành xỉ. Lộ trình hai{2}}giai đoạn bổ sung thêm bước nấu chảy và thổi, cho phép xử lý vật liệu bị oxy hóa và bị ô nhiễm một phần và tạo ra đồng thô sau đó được tinh chế. Lộ trình ba{4}}giai đoạn là linh hoạt nhất và có thể chấp nhận nguyên liệu thô có hàm lượng đồng rất thấp vì lò luyện tách đồng thành pha kim loại mờ hoặc thô trong khi loại bỏ sắt, silic và một phần tạp chất khác thành xỉ.
Trong lộ trình ba-giai đoạn, phế liệu cấp thấp-và cặn đồng{2}}được nấu chảy trong lò luyện, thường là lò luyện trục hoặc lò luyện cao hoặc lò luyện-ngầm chìm để có công suất cao hơn. Đồng mờ hoặc đồng thô nóng chảy được chuyển đến một bộ chuyển đổi, trong đó không khí hoặc khí oxy-được làm giàu sẽ oxy hóa lưu huỳnh và sắt, còn các tạp chất còn lại một phần tạo thành xỉ và một phần tạo thành bụi khói. Đồng đã chuyển đổi sau đó được nung trong lò nung anode, đúc thành anode và gửi đến nhà chứa. Lộ trình ba{8}}giai đoạn đạt được mức thu hồi cao đồng và các sản phẩm phụ có giá trị-, đồng thời thành phần của bụi khói tương đối đơn giản và do đó dễ xử lý hơn nhưng cần nhiều thiết bị hơn, nhiều nhiên liệu hơn và hoạt động phức tạp hơn so với các tuyến đường ngắn hơn. Trong thực tế, hầu hết các nhà máy sản xuất đồng thứ cấp đều kết hợp khái niệm hai{11}}giai đoạn và ba{12}}giai đoạn để giảm mức tiêu thụ năng lượng trên mỗi tấn trong khi việc thu hồi kim loại có giá trị được tối đa hóa.
Tinh chế, kiểm soát tạp chất và-sản phẩm phụ
Quá trình tinh luyện lửa trong lò anode có hai mục tiêu: oxy hóa, loại bỏ các nguyên tố có khả năng phản ứng mạnh hơn đồng và khử, loại bỏ lượng oxy dư thừa còn sót lại trong bước oxy hóa để anode hoạt động tốt và đúc sạch. Giai đoạn oxy hóa được thực hiện bằng cách thổi không khí hoặc oxy vào chất tan chảy, và giai đoạn khử theo truyền thống sử dụng khí khử hoặc vật liệu chứa cacbon được bơm vào bể. Nhiệt độ và điểm cuối của mỗi giai đoạn được kiểm soát chặt chẽ vì quá trình oxy hóa-quá mức tạo ra cực dương xốp, đúc kém trong khi quá trình oxy hóa kém sẽ để lại các tạp chất còn sót lại.
Tinh chế điện phân sau đó tạo ra đồng cathode có độ tinh khiết cao. Cực dương được lơ lửng trong chất điện phân đồng sunfat và axit sunfuric, và dòng điện một chiều chuyển đồng từ cực dương sang cực âm bằng thép không gỉ hoặc đồng trong khi các tạp chất ở lại trong dung dịch hoặc lắng xuống dưới dạng chất nhờn cực dương. Chất nhờn là một sản phẩm phụ có giá trị-vì nó tập trung các kim loại quý và dòng chảy ra từ chất điện phân được xử lý để kiểm soát sự tích tụ-niken, asen và antimon. Kiểm soát tạp chất trong nhà chứa là bước quyết định xem cực âm có đáp ứng được độ tinh khiết mong đợi của đồng tinh luyện hay không.
Các tạp chất gây khó khăn nhất trong quá trình nấu chảy thứ cấp là chì, thiếc, kẽm, niken, antimon và bismuth. Kẽm và chì dễ bay hơi ở các mức độ khác nhau và một phần tạo thành bụi khói. Thiếc, antimon và bismuth rất khó loại bỏ trong quá trình tinh luyện lửa và phải được quản lý bằng cách trộn điện tích cẩn thận để hóa chất cực dương nằm trong khoảng mà bể chứa có thể chịu đựng được. Đó là lý do tại sao tính toán pha trộn là một trong những nhiệm vụ kiểm soát quan trọng nhất trong nhà máy sản xuất đồng thứ cấp: mục tiêu là giữ hàm lượng đồng đủ cao và các phần tử phạt đủ thấp để cực dương đáp ứng thông số kỹ thuật mà không tốn quá nhiều chi phí tinh chế.
Năng lượng, khí thải và kiểm soát chất lượng
Lập luận về năng lượng đối với đồng thứ cấp rất mạnh mẽ và đó là một trong những lý do khiến ngành này tồn tại. Sản xuất đồng từ vật liệu tái chế đòi hỏi một phần nhỏ năng lượng tiêu thụ trong khai thác và nấu chảy tinh quặng sơ cấp, và các số liệu thường được trích dẫn cho thấy mức tiết kiệm ở phần lớn nhu cầu năng lượng sơ cấp, với mức giảm tương ứng về lượng phát thải sulfur dioxide và khối lượng chất thải được tạo ra. Lợi ích lớn nhất đối với lộ trình sử dụng trực tiếp, trong đó kim loại được nung chảy lại một cách đơn giản và nhỏ nhất đối với lộ trình ba-giai đoạn, vẫn liên quan đến quá trình nấu chảy và chuyển đổi ở nhiệt độ-cao.
Kiểm soát môi trường trong nhà máy đồng thứ cấp hiện đại bao gồm một số luồng:
Khí thải từ các lò luyện kim và lò chuyển đổi được làm mát, làm sạch trong các thiết bị thu bụi và xử lý trước khi thải ra ngoài, bụi thu được sẽ quay trở lại quy trình thu hồi kim loại.
Hàm lượng nhựa và hữu cơ trong phế liệu được kiểm soát vì quá trình đốt cháy không hoàn toàn vật liệu hữu cơ có thể tạo ra khí thải mà hệ thống làm sạch khí không được thiết kế để loại bỏ.
Xỉ được tạo hạt và bán để sử dụng trong xây dựng hoặc được xử lý thêm để thu hồi đồng dư.
Nước xử lý được tuần hoàn, dòng chảy ra được xử lý để loại bỏ kim loại nặng trước khi thải ra ngoài.
Kiểm soát chất lượng tuân theo sản phẩm hơn là quy trình. Cực dương được lấy mẫu và phân tích để tìm đồng cũng như các nguyên tố gây nhiễu, đồng thời trọng lượng và hình dạng của cực dương được kiểm soát để thùng chứa chạy ở hiệu suất dòng điện ổn định. Cực âm được lấy mẫu trong suốt chu kỳ mạ và được kiểm tra tình trạng bề mặt, còn cực âm thành phẩm được phân tích để xác nhận rằng độ tinh khiết đáp ứng yêu cầu đối với đồng tinh chế. Tài liệu dành cho khách hàng xuất khẩu thường bao gồm việc phân tích từng lô cực âm cùng với nhận dạng lô để vật liệu có thể được truy nguyên về lô cực dương và hỗn hợp phế liệu đã tạo ra nó.
Câu hỏi thường gặp
Hỏi: Sự khác biệt giữa việc sử dụng phế liệu đồng trực tiếp và gián tiếp là gì?
Việc sử dụng trực tiếp sẽ nấu chảy phế liệu sạch,{0}}cao cấp và đúc thẳng thành đồng tinh luyện hoặc hợp kim đồng. Việc sử dụng gián tiếp nấu chảy phế liệu bị ô nhiễm hoặc trộn lẫn vào cực dương và sau đó tinh chế nó bằng phương pháp điện phân để tạo ra đồng cực âm.
Hỏi: Quá trình nấu chảy một-giai đoạn, hai{1}}giai đoạn và ba-giai đoạn nấu chảy đề cập đến điều gì?
Họ đề cập đến số bước luyện kim trước khi tinh chế điện phân. Một-giai đoạn một nạp đồng-cao cấp trực tiếp vào lò nung anode, hai-giai đoạn thêm bước nấu chảy và thổi, còn ba-giai đoạn bổ sung lò nấu chảy và bộ chuyển đổi trước quá trình tinh chế anode.
Câu hỏi: Loại mẩu tin lưu niệm nào phù hợp để xử lý một-giai đoạn?
Vật liệu có hàm lượng đồng khoảng 98% trở lên, chẳng hạn như đồng nặng sạch, thanh cái và cặn-cao cấp có mức thành phần phạt thấp vì tuyến đường ngắn có ít cơ hội để loại bỏ tạp chất.
Hỏi: Tại sao cần phải tinh chế lửa anode trước khi điện phân?
Quá trình oxy hóa loại bỏ các nguyên tố có tính phản ứng mạnh hơn đồng và quá trình khử loại bỏ lượng oxy dư thừa còn sót lại ở bước đó nên cực dương hoạt động tốt, đúc sạch và hòa tan với tốc độ ổn định trong nhà chứa. Nó cũng làm giảm tải tạp chất đến chất điện phân.
Hỏi: Chì, thiếc và antimon được xử lý như thế nào?
Chúng được quản lý chủ yếu bằng cách trộn điện tích sao cho hóa học cực dương nằm trong phạm vi mà bể chứa có thể xử lý và một phần bằng quá trình oxy hóa trong lò cực dương, nơi một số nguyên tố này sinh ra xỉ và bụi ống khói.
Hỏi: Đồng tái chế có chất lượng tương đương với đồng nguyên chất không?
Cathode được tạo ra bằng cách tinh chế điện phân các cực dương thứ cấp đáp ứng yêu cầu về độ tinh khiết tương tự như đồng tinh chế từ tinh quặng sơ cấp và có thể thay thế cho nhau trong các sản phẩm hạ nguồn. Chất lượng phụ thuộc vào việc kiểm soát trình tự nấu chảy và tinh chế chứ không phụ thuộc vào nguồn gốc nguyên liệu thô.
