Đồng là kim loại màu có tầm quan trọng lớn trong nền kinh tế quốc dân. Hơn 50% sản lượng đồng sản xuất hàng năm trên thế giới được dùng cho ngành công nghiệp điện, phần còn lại dùng cho chế tạo các hợp kim đồng, trong đó phổ biến nhất là hợp kim của đồng vi kẽm còn gọi là đồng thau hay latông.

Nấu luyện đồng thau có thể tiến hành vi các nguyên liệu là đồng, kẽm kim loại sạch hoặc từ các phế liệu phân loại được như đồng dây điện, đồng thau phế liệu... Trong sản xuất thường dùng một số loại thiết bị nấu hợp kim đồng thau như: lò nồi, lò cảm ứng trung tần, lò phản xạ... Trong quá trình nấu luyện và đúc rót, hầu hết các kim loại bị oxi hóa cùng với các chất trợ dung đưa vào hình thành xỉ gọi chung là xỉ đúc đồng thau. Tỉ lệ xỉ thường chiếm 3 ÷ 5% khối lượng nguyên liệu và có thành phần phụ thuộc nhiều vào tính chất cũng như thành phần nguyên liệu. Chẳng hạn như khi nấu đồng thau từ phế liệu, xỉ thường chứa 10÷30% Cu; 25 ÷ 50% Zn; 2÷13% SiO₂; 1,5÷6% Na₂O; 0,5÷3,5% Fe.

Việt Nam có lịch sử đúc và chế tác đồng thau kéo dài hàng nghìn năm. Trong đó, làng nghề đúc đồng Đại Bái Bắc Ninh) là một trong những làng nghề quy mô lớn nhất cả nước. Hiện nay, làng nghề có hơn 100 cơ sở đúc và chế tác các mặt hàng thủ công mỹ nghệ như tượng đồng, chuông, đồ thờ cúng... Với sản lượng hiện tại, mỗi tháng làng nghề sinh ra 200 ÷ 300 tấn xỉ đúc đồng thau. Tuy nhiên, lượng xỉ này vẫn được bán trôi nổi trên thị trường gây ô nhiễm môi trường và thiệt hại không nhỏ về kinh tế.

Nhận thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu thu hồi các nguyên tố có ích trong xỉ thải của quá trình đúc đồng thau tại các làng nghề hiện nay, nhóm nghiên cứu Viện khoa học và công nghệ mỏ - luyện kim do ThS. Nguyễn Hồng Quân đã đề xuất thực hiện đề tài:  “Nghiên cứu công nghệ thu hồi các nguyên tố có ích trong xỉ đúc đồng thau”. Mục tiêu chính của đề tài là xây dựng quy trình công nghệ thu hồi các nguyên tố kẽm, đồng trong xỉ đúc đồng thau. Kết quả của đề tài khi được ứng dụng thực tế góp phần cải thiện tình hình sản xuất của các làng nghề đúc đồng hiện nay theo hư ng giảm ô nhiễm môi trường và tăng giá trị sản xuất.

Qua nghiên cứu công nghệ thu hồi các nguyên tố có ích trong xỉ đúc đồng thau với mẫu nghiên cứu được lấy từ làng nghề đúc đồng Đại Bái, Bắc Ninh ở quy mô phòng thí nghiệm và quy mô mở rộng, đề tài đã hoàn thành mục tiêu đề ra.

Có thể đưa ra các kết luận như sau:

1. Xỉ thải của quá trình nấu đúc đồng thau chứa thành phần có ích gồm kẽm và đồng tồn tại chủ yếu ở dạng oxit và một phần ở dạng hợp kim. Do kích thước xỉ phần lớn dạng mịn, lựa chọn phương pháp thủy luyện để xử lý đối tượng này.

2. Hiệu suất quá trình hòa tách kẽm đạt 93,36 %, đồng đạt 95,25 % ở chế độ công nghệ sau: Nhiệt độ 70^oC, thời gian 4h, tỉ lệ axit 40 ml H₂SO₄/100g xỉ, tỉ lệ R/L=1/5, không khí được sục với lưu lượng 2 L/phút.

3. Đã nghiên cứu và xác lập chế độ làm sạch dung dịch sau hòa tách. Với các tác nhân và điều kiện làm sạch cho 1 lít dung dịch hòa tách như: ZnO: 28 g, H₂O₂ 50%: 3 ml, dung dịch javen 10%: 4 ml và pH = 4, dung dịch sau hòa tách đã tách hầu hết các tạp chất sắt, nhôm, mangan...

4. Đã nghiên cứu và xác lập chế độ kết tủa đồng hydroxit như sau: pH=5,5, NaOH 10%. Ở chế độ này, hiệu suất kết tủa đồng hydroxit t dung dịch đạt 92,6%.

5. Đã nghiên cứu và xác lập chế độ kết tủa kẽm cacbonat như sau: pH = 8,5, thời gian 15 phút, Na₂CO₃ (bão hòa) 120 g/l. Hiệu suất kết tủa đạt ~ 100%.

6. Đã nghiên cứu và xác lập chế độ nung kết tủa kẽm để thu hồi kẽm oxit. Ở nhiệt độ 400^oC và giữ trong thời gian 2h, kẽm oxit thu được đạt 96,17% ZnO, các tạp chất khác đạt yêu cầu.

7. Đã tiến hành nghiên cứu điều chế muối đồng sunfat t bã kết tủa đồng hydroxit. Ở điều kiện hòa tách nhiệt độ môi trường, bổ sung 100 g H₂SO₄ 98%/lít dung dịch và 54 ml H₂O/lít dung dịch cho đồng hydroxit tan hoàn toàn tạo dung dịch đồng sunfat. Kết tinh đồng sunfat t dung dịch này ở điều kiện: tốc độ khuấy 60 vòng/phút trong thời gian 10 h, dung dịch để nguội tự nhiên thu được CuSO₄.5H₂O: 98,1 %, các tạp chất đạt yêu cầu đề ra.

8. Đã định hướng xử lý một số chất thải rắn, lỏng, khí nh m hạn chế ảnh hưởng của chúng đến môi trường.

9. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu ở quy mô nhỏ và quy mô lớn hơn trong phòng thí nghiệm, đã đưa ra sơ đồ quy trình công nghệ kiến nghị nh m thu hồi kẽm, đồng trong xỉ đúc đồng thau.

10. Đã đưa ra bảng tính toán sơ bộ chi phí nguyên vật liệu, giá thành sản phẩm để có định hướng cho việc sản xuất ở quy mô lớn hơn.

Như vậy, các mục tiêu của đề tài đã đạt được. Tuy nhiên, nhằm hoàn thiện các thông số kỹ thuật và để có cơ sở cho sản xuất lớn, nhóm nghiên cứu kiến nghị cơ quan chủ quản cho phép đề tài được tiếp tục thực hiện ở quy mô sản xuất bán công nghiệp.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 17560/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)