Ngành luyện kim và tất tần tật thông tin bạn chưa biết

Khái niệm ngành luyện kim

Luyện kim là một ngành công nghiệp rộng lớn, phức tạp và còn non trẻ ở nước ta, đây là lĩnh vực khoa học kĩ thuật và là ngành công nghiệp điều chế các kim loại từ các loại quặng hoặc là từ các nguyên liệu khác. Việt Nam hiện nay đang nằm trong số 10 quốc gia giàu tài nguyên khoáng sản, nhưng chủ yếu thì chưa được thăm dò, khảo sát đầy đủ. Trong đó ngành luyện kim đen của nước ta có xu hướng phát triển mạnh vì khai thác nhiều hơn từ các mỏ quặng sắt và phát triển việc nhập nguyên liệu từ các nước đang phát triển.

Từ thời xa xưa luyện kim đã được gọi là (luyện đồng), còn từ giữa thiên niên kỷ 2 TCN đến nay, đã có luyện sắt từ quặng; Hiện tại thì các công nghệ chế biến các hợp kim và quá trình gia công phôi kim loại bằng áp lực. Bằng cách thay đổi những thành phần hoá học cũng như cấu trúc để tạo ra những tính chất phù hợp với yêu cầu sử dụng của chúng.

Qúa trình tinh luyện để cho các kim loại đạt được độ sạch cao nhất, sau đó pha trộn giữa các kim loại đó lại để có các hợp kim đáp ứng được những yêu cầu mong như mong muốn. Và sau đó tạo hình dáng cho chúng để phù hợp với các nhu cầu sử dụng của các chủ đầu tư. Đây là quá trình được gọi là công nghệ luyện kim, công nghệ hợp kim hóa, công nghệ tinh luyện,công nghệ cán, công nghệ đúc..

Các quá trình luyện kim

Qúa trình Luyện kim bao gồm các quá trình sau:

Bước 1: Xử lý quặng thô ( bao gồm quá trình nghiền, tuyển lựa, đóng bánh, vê viên để chuẩn bị cho việc tách kim loại khỏi quặng ); Quặng được “đóng bánh” ( đóng thành cục khối lớn ) nhằm tăng cường độ bền và có được kích thước phù hợp cho quá trình luyện kim trong lò;
Bước 2: Tách kim loại ra khỏi quặng và tất cả các vật liệu;
Bước 3: Làm sạch kim loại và ( tinh luyện );
Bước 4: Sản xuất các kim loại và hợp kim;
Bước 5: Sản xuất các loại bột kim loại sạch và những loại nguyên tử Cacbit để phục vụ cho các quá trình chế tạo ra vật liệu tổ hợp ( hay còn gọi là composite ) có cơ tính đặc biệt vượt trội hơn so với các Kim loại, và  các hợp kim thông thường.
Bước 6: Sau đó tại lò công nhân chế tạo các ferro ( hoặc silicomangan.. ) và hợp kim trung gian để phục vụ cho luyện kim.
Bước 7: Đúc khuôn sản phẩm, đây là quá trình đúc làm đông đặc kim loại lỏng trong các loại khuôn ( khuôn kim loại, khuôn cát, khuôn đúc liên tục..) một số sản phẩm đúc hiện nay có thể sử dụng được ngay hoặc tạo ra phôi cho quá trình gia công các biến dạng khác ( cán, rèn dập… )
Bước 8: Sau đó phôi sẻ trải qua quá trình ”Cán“. Đây là quá trình làm biến dạng phôi kim dẻo loại, giữa 2 trục tròn xoay. Sản phẩm sẽ có hình học đơn giản (hình tròn, hình vằn, hình vuông, hình thoi..) đến phức tạp (đường ray, chữ U I…)
Bước 9: Chuyển tới quá trình Nhiệt luyện bao gồm: Nung nóng, giữ nhiệt và quá trình làm nguội. Tùy vào cách nung nóng của mỗi kĩ sư, cách giữ nhiệt và làm nguội khác nhau ta có các công đoạn ” Tôi ” ” Ram ” Ủ” là những nguyên công chủ đạo quan trọng của nhiệt luyện. Ngoài ra còn các quá trình ” thấm ” để đạt được cơ tính mạnh bề mặt theo nhu cầu. Hầu hết các sản phẩm được gia công cơ khí không thể sử dụng ngay nếu không qua quá trình nhiệt luyện.
Bước 10: Gia công hoá nhiệt và quá trình cơ nhiệt đối với kim loại;
Bước 11: Tráng phủ bề mặt sản phẩm kim loại để có thể bảo vệ hoặc trang trí và tạo khuếch tán những kim loại hay phi kim loại khác và trênbề mặt sản phẩm.

Các kiểu luyện kim

Hiện nay trên thị trường, có hai kiểu luyện kim chính đó là hoả luyện kim và thuỷ luyện kim.
• “Hỏa luyện” là quá trình hoàn nguyên kim loại trong môi trường có các chất oxy hóa mạnh như C, H2,… Phản ứng hoàn nguyên thường sẽ tỏa nhiều nhiệt nên người ta gọi phương pháp “hoàn nguyên” này là “hỏa luyện”.

• “Thủy luyện” là quá trình hoàn nguyên kim loại trong môi trường có các tác dụng từ các chất hóa học hoặc là trong môi trường điện phân ( thường là điện phân nóng chảy hoặc điện phân trong môi trường nhiệt độ cao ).

Nghiên cứu vĩ mô và vi mô

Để đưa ra phương pháp luyện kim hiệu quả nhất, các nhà luyện kim đã nghiên cứu các cơ chế vĩ mô và vi mô để từ đó giải thích các hành vi của các kim loại và các hợp kim

Nghiên cứu vĩ mô

Các nghiên cứu trên mức độ nghiên cứu vĩ mô thì có thể tập trung vào các tính chất tinh thể học; như là ảnh hưởng của nhiệt độ và xử lý nhiệt đến quá trình pha thành phần của hợp kim, như là điểm cùng tinh và tính chất của những pha hợp kim này.

Tính chất vĩ mô của kim loại luôn được kiểm tra bằng việc sử dụng các máy và thiết bị đo độ bền nén, độ bền kéo và đo độ cứng.

Nghiên cứu vi mô

Tất cả các cơ chế vi mô đều bao gồm sự thay đổi xuất hiện ở mức nguyên tử, Có ảnh hưởng đến tính chất vĩ mô của các kim loại ( hoặc hợp kim ).

Các nhà nghiên cứu dùng hiển vi quang học, hiển vi điện tử và phương pháp phổ khối là công cụ để khảo sát vi mô của kim loại.

Phân loại luyện kim

Luyện kim hiện nay được phân ra 2 loại chính: Qúa trình Luyện kim đen và quá trình luyện kim màu

Luyện kim đen là gì?

Luyện kim đen là quá trình sản xuất ra thép và gang đều có nguồn gốc từ sắt. Đây chính là một trong những ngành quan trọng nhất là của công nghiệp nặng. Chúng tạo ra nguyên liệu để sản xuất các loại máy móc và tiến hành gia công kim loại. Hầu như heienj nay trong  tất cả các ngành kinh tế đều sử dụng các sản phẩm lớn nhỏ của ngành luyên kim. Kim loại đen hiện nay chiếm khoảng 90% trong tổng khối lượng sản xuất trên thế giới.

Ngành luyên kim năm 2020 đang phát triển mạnh mẽ cùng với việc phát minh ra động cơ đốt trong ngành xây dựng đường sắt , chế tạo xe lửa , tạo ra tàu thủy và sau này là sản xuất công cụ , chế tạo máy nông nghiệp , sản xuất ô tô …

Ngành luyện kim đen ở thười đại hiện nay cũng cần một lượng lớn nguyên liệu để sản xuất : sắt thép phế liệu, than cốc và cả nguồn đá vôi . Qui trình sản xuất hiện nay rất phức tạp

Nguyên liệu dùng trong ngành luyện kim đen.

Để trải qua quá trình sản xuất gang thép cần chuẩn bị các nuyên liệu như sau: Nguồn quặng sắt gồm quặng Hematit ( Fe2O3 ) và quặng Manhetit ( Fe3O4 ) . Các quặng sắt lớn ở Việt Nam tập trung tại các mỏ lớn như: ở tỉnh Thái Nguyên, tỉnh Yên Bái, tỉnh Hà Tĩnh … . Ngoài ra cần có thêm nguyên liệu chính là than cốc, môi trường không khí giàu oxit và cần cả đá vôi ( CaCO3). Tất cả các nguyên liệu này được cho vào lò luyện kim (còn gọi là lò cao ). Khi đốt, chất cacbon oxit sẽ khử oxit sắt ở nhiệt độ cao hơn.

Theo số lượng ước tính, muốn sản xuất ra được 1 tấn gang hiện nay cần phải sử dụng chính xác:

+ 1,7 tấn – 1,8 tấn quặng sắt ( tuỳ thuộc hàm lượng sắt (fe) trong quặng, nếu hàm lượng Fe thấp thì con số này sẽ lớn hơn nhiều).

+ 0,6 tấn- 0,7 tấn đá vôi làm chất trợ dung ( giúp chảy ) vì trong các loại quặng tuy đã làm giàu nhưng vẫn còn có đá không quặng. Nếu loại đá này thuộc loại axit ( như silic ôxit ) phải dùng đá bazơ ( đá vôi ) làm chất giúp tan chảy; còn nếu là đá bazơ ( như là ôxit canxy ) lại phải dùng các chất trợ dung là đá axit ( cát thạch anh ).

+ 0,6- 0,8 tấn than cốc được dùng để làm nhiên liệu vì khả năng than sẽ sinh nhiệt cao, chịu được sức nặng của các loại phôi liệu, kích thích sự cháy nhanh chóng và đều đặn.

Quy trình sản xuất thép hiện đại nhất

Hiện nay, sản xuất thép được sử dụng cho lò Bet-xo-me để luyện thép. Qúa trình thổi khí oxi qua lò đựng gang sẽ nóng chảy ở nhiệt độ cao. Các loại Khí oxi oxi hóa một số kim loại trong gang như Cu, Si, Zn, S … . Sản phẩm thu được chính là “thép”;

Quy trình sản xuất gang

Quặng sắt, than cốc và đá vôi luôn có kích thước vừa phải được sẽ đưa qua miệng lò cao và được xếp thành từng lớp. Sau đó thổi không khí nóng thôi từ 2 bên lò từ dưới lên:

• C + O2(to) -> CO2 ( khí );
• C + CO2(to) -> 2CO ( khí );

Nhờ có khí cacbon monoxit khử oxit sắt :

• 3CO + Fe2O3(to cao) -> 3CO2 + 2Fe

Ngoài ra trong quặng lẫn tạp chất như MnO2 và SiO2 cũng đều bị khử thành đơn chất;

Đá vôi dau khi được phân hủy thanh Cao rồi sẽ oxit hóa một số tạp chất có lẫn trong quặng như là SiO2 tạo thành xỉ. Xỉ nhẹ nên sẽ nổi lên trên và được đưa ra ngoài khỏi cửa lò

• CaO + SiO2(to) -> CaSiO3

Tất cả Khí được tạo ra trong lò thoát ra ở phía trên gần miệng lò

Các nước khai thác nhiều nhất trên thế giới

Hiện nay theo thống kê, có danh sách một số nước dẫn đầu về sản lượng khai thác quặng thép đứng đầu thế giới với thứ tự là: Trung Quốc; Hoa Kỳ; Đức; Nga; Hàn Quốc; Bra-zin… Ngoài ra Một số nước công nghiệp đang phát triển chẳng hạn là Nhật Bản, tuy trữ lượng khoáng sản không cao nhưng vẫn là đất nước sản xuất thép vẫn lớn mạnh nhờ quá trình nhập quặng nguyên liệu từ các nước đang phát triển trong khu vực.

Tình hình sản lượng thép vào thế kỉ XVIII và XIX

Nước Năm 1800 đến Năm 1900 Tỉ lệ gia tăng (%) như sau:

• Tại Anh 1,3 ( triệu tấn ) 4,9 ( triệu tấn ) 377;
• Tại Đức 0,7 ( triệu tấn ) 6,4 ( triệu tấn ) 910;
• Tại Mĩ 1,2 ( triệu tấn ) 10,2 ( triệu tấn ) 850;

Sản lượng thép của các nước Anh Đức Mĩ 1800-1900 như sau:

Vào Năm 1920 Năm 1929:

• Tại Anh 9,2 ( triệu tấn ) 9,8(triệu tấn);
• Tại Pháp 2,7 ( triệu tấn ) 9,7 (triệu tấn);
• Tại Đức 7,8 ( triệu tấn ) 16,5 (riệu tấn);

Sản lượng thép của các nước Anh Đức Pháp 1920-1929:

Vào thời điểm này kinh tế đang dần dần khôi phục, sản xuất công nghiệp nhất là ngành  luyện kim đang có xu hướng tăng nhanh tại các nước phát triển.

Tình hình sản lượng thép kết thúc 2009 và bắt đầu 2010

• Sản lượng thép thô của thế giới tăng lên 25,5% trong tháng 1/2010 và so với cùng kỳ năm trước. Đã tăng 1,8% so với tháng 12/2009; nhờ các nhà máy thép có thể phục hồi sản xuất trong bối cảnh kinh tế đã phục hồi.
• Theo số liệu của Hiệp hội Thép Thế giới ( WSA ), thì sản lượng thép toàn cầu tháng đầu năm 2010 nay đạt 108,9 triệu tấn, tăng lên 20 triệu tấn so với 86,8 triệu tấn cách đó một năm. Và tăng lên 107 triệu tấn của tháng 12 năm 2009.
• Cũng theo tổ chức WSA, sản lượng thép của đất nước Mỹ, quốc gia sản xuất thép lớn đứng thứ 4 thế giới, đã tăng lên 48,8% trong tháng 1, và đạt được 6,1 triệu tấn.
• Tại châu Âu, tất cả sản lượng thép của Đức tăng 27,7% trong tháng 1 và đạt 3,4 triệu tấn, sản lượng của đất nước Tây Ban Nha tăng 51,1% lên đến 1,4 triệu tấn.
• Tại Colin Hamilton, chuyên gia phân tích thuộc tổ chức Macquarie cho biết, các nhà máy thép hiện nay đang nỗ lực sản xuất càng nhiều càng tốt do giá nguyên liệu thô sẽ tăng lên trước tháng 4.
• Sản lượng thép tại đất nước Trung Quốc, 1 quốc gia sản xuất và tiêu thụ thép lớn nhất thế giới, tăng lên 18,2% trong tháng qua, đạt 48,7 triệu tấn so với tháng 12/2009, sản lượng thép thời điểm đó của Trung Quốc tăng 0,2%.
• Tại đất nước Nhật Bản và tại Nga, 2 quốc gia sản xuất thép lớn thứ 2 và thứ 3 thế giới, năm 2010 sản lượng tăng lần lượt 36,8% và lên 33% trong tháng 1..
• Được biết, tất cả các tập đoàn quặng BHP Billiton, Vale và Rio Tinto  của Braxin đã chốt lại được các cuộc đàm phán về giá quặng với tất cả các nhà sản xuất thép châu Á cho năm tới. Và các công ty này đang muốn đẩy giá quặng tăng thêm 40%. Kết quả là giá thép hiện thời cũng tăng lên và sản lượng thép cũng theo xu hướng này. Tuy nhiên các nhà phân tích lại tin rằng sản lượng này sẽ ở mức rất cao trong năm nay.
• Trong năm 2009, các khu vực gặp khó khăn nhất về sản xuất sắt thép là Bắc Mỹ khi sản lượng sản xuất sụt giảm 34%, trong đó riêng đất nước Mỹ giảm 36,4%.

Tổ chức Dịch vụ thế giới WSA cho biết thêm, vào tháng 1/2010, công suất sản xuất thép trên toàn cầu đạt 72,9%, tăng 1% so với 71,9% của tháng 12 năm 2009.

xem thêm: bảng giá phế liệu hôm nay tại công ty Bảo Minh

Dưới đây là bảng sản lượng thép của 1 số quốc gia trên thế giới.

Xếp hạng	Nước	Sản lượng ( Triệu tấn )
1	Trung Quốc	567,8
2	Nhật Bản	87,5
3	Nga	59,9
4	Mỹ	58,1
5	Ấn Độ	56,6
6	Hàn Quốc	48,6
7	Đức	32,7
8	Ukraine	29,8
9	Brazil	26,5
10	Thổ Nhĩ Kỳ	25,3

Sản lượng thép của 10 nước đứng đầu thế giới vào tháng 12/2009.

Nước	Sản lượng ( Triệu tấn )	Tỉ lệ giảm (%)
Brazil	18,4	31,4%
Mexico	9,96	29,5%
Argentina	2,78	36,9%
Chilê	0,87	32,8%
Paragoay	0,04	38%
Pêru	5,1	41,6%
Venezuela	2,83	12,6%
Toàn Mĩ La Tinh	37,1	29,6%

Sản lượng luyện kim đen từ tháng 1/2009 đến 10/2009.

Hầu hết tất cả các nước trên toàn thế giới đều sản xuất đều giảm do khủng khoảng kinh tế, giá thành cao, tồn kho, thiếu nguyên liệu … nhưng đến cuối năm 2009 và vào bắt đầu 2010 đã có xu hướng phát triển mạnh mẽ và tích cực trở lại.

Luyện kim màu là gì?

Qúa trình sản xuất ra các kim loại như đồng, nhôm, kẽm, chì, thiếc, bạc, vàng … không có kim loại sắt. Nhiều kim loại có giá trị sẽ chiếm được. Dùng để sản xuất ra máy bay, các công trình xây dựng, tàu cảng, dụng cụ, điện tử, hóa chất , cơ khí,được dùng trong cả các ngành bưu chính và công nghệ thông tin, tin học … Tất cả các kim loại màu được phân thành 4 nhóm chính là nhóm kim loại màu cơ bản, nhóm kim loại màu hợp kim, nhóm kim loại màu quý và nhóm kim loại màu hiếm.

Luyện kim Mangan là gì?

Mangan được xem là 1 nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoànhóa học, có ký hiệu Mn và có số nguyên tử 25. Mg được tìm thấy ở dạng tự do trong tự nhiên ( đôi khi kết hợp với sắt ), và trong 1 số loại khoáng vật. Vfa ở dạng nguyên tố tự do, Mangan là 1 kim loại quan trọng trong thành phần các hợp kim công nghiệp, đặc biệt là thành phần của thép không gỉ (inox).

Qui trình sản xuất mangan

Qúa trình Luyện kim ở Việt Nam cũng khá phát triển. Đáp ứng đúng cung cầu của thị trường, Hiện nay Ở nơi nào có mỏ kim loại thì ở nơi đó sẽ có lò luyện kim .

Dưới đây là 1 số lò luyện kim loại ở nước ta và năng suất haojt động của chúng:

Lò luyện	Địa chỉ	Năng suất
Đồng	Đà Nẵng	65.000 tấn/năm.
Thép	Thái Nguyên	550.000 tấn/năm.
Gang	Thái Nguyên	150.000 tấn/năm.
Sắt	Bình Định	400.000 tấn/năm.
Kẽm, chì	Bắc Kạn	20.000 tấn chì/năm và 10.000 tấn kẽm/năm.
Mangan	Cao Bằng	56 tấn/ngày.
Thép	Bình Dương	4.000 tấn/năm.
Titan	Thái Nguyên	20.000 tấn xỉ titan/năm và 10.000 tấn gang hợp kim/năm.

Luyện kim tập trung nhiều tại các tỉnh thành phố lớn như tại TP. Hồ Chí Minh, Bình Dương, Đồng Nai, Bà Rịa Vũng Tàu, Quảng Ngãi, Quảng Nam,  Hà Tĩnh, Thanh Hóa, Hải Phòng, Thái Nguyên, Hải Dương, Lào Cai, Bắc Kạn, Cao Bằng, Tuyên Quang…

Trong đó thì ngành luyên kim đen của nước ta đang có xu hướng phát triển mạnh do khai thác nhiều hơn từ các mỏ quặng sắt và sử dụng nguyên liệu nhập từ các nước đang phát triển

Luyện kim nhôm là gì?

Cũng như quá trình luyện kim màu, việc luyện kim nhôm được diễn ra tương tự theo quy trình dưới đây.

Qui trình luyện kim nhôm:

Dùng nguyên liệu: Al2O3 ( quặng bôxit )

• Cách 1: Qúa trình luyện kim nhôm trải qua quá trình:=> làm sạch quặng => dùng điện phân nóng chảy của nhôm criolit và oxit trong bể điện phân, sau đó thu được nhôm và oxi

Công thức: 2Al2O3 (điện phân nóng chảy + criolit) --> 4Al + 3O2

• Cách 2: Đun nóng quặng đó lên để trở thành 1 đơn chất Al

Sản lượng nhôm năm 2005 đến năm 2009:

Tháng/Năm	Tổng sản lượng ( nghìn tấn )	Sản lượng trung bình ngày ( nghìn tấn )
Năm 2005	23.463	64,3
Năm 2006	23.869	65,4
Năm 2007	24.812	68,0
Năm 2008	25.654	70,1
8 tháng đầu năm 2008	17.145	70,3
Tháng 8/2008	2.175	70,2
Tháng 10/2008	2.110	70,3
Tháng 10/2008	2.187	70,5
Tháng 11/2008	2.082	69,4
Tháng 12/2008	2.130	68,7
8 tháng đầu năm 2009	15.638	64,4
Tháng 1/2009	2.094	67,5
Tháng 2/2009	1.852	66,1
Tháng 3/2009	2.019	65,1
Tháng 4/2009	1.914	63,8
Tháng 5/2009	1.965	63,4
Tháng 6/2009	1.892	63,1
Tháng 7/2009	1.948	62,8
Tháng 8/2009	1.954	63,0

 

Lịch sử luyện kim đen của Việt Nam

Có rất nhiều sổ sách ghi chếp về lịch sử luyện kim đen ở nước ta, nó xuất phát từ thế kỉ XVIII đến any và không ngừng hiện địa hóa từng ngày.

Năng lực của người luyện kim cần có

Tất nhiên, cũng như các nghề nghiệp khác. Một người thợ luyện kim ngoài sự nhiệt huyết với nghề ra còn cần:

• Giỏi chuyên môn và các môn khoa học tự nhiên, đặc biệt là môn học về hóa học, vật lý;
• Có đam mê và yêu thích ngành luyện kim đặc biệt;
• Nhạy bén, có khả năng tư duy và có phán đoán tốt;
• Thích tìm tòi, có thể nghiên cứu và có tính sáng tạo.
• Cố gắng học hỏi liên tục.