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.

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..

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.

Quá trình luyện kim trải qua các bước sau

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 2021 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.

Luyện kim màu là gì?

Luyện kim màu là một kỹ thuật sản xuất vàng và các kim loại quý khác bằng cách hòa tan vàng và các kim loại khác vào chất lỏng để tạo ra hợp kim. Luyện kim màu đã được sử dụng từ hàng ngàn năm trước đây và được coi là một trong những kỹ thuật tiên tiến nhất của nền văn minh nhân loại.

Trong quá trình luyện kim màu, các kim loại quý được hòa tan trong một dung dịch axit và sau đó được khử vàng từ dung dịch bằng cách sử dụng kim loại khác như là chất khử. Sau đó, hợp kim vàng được tạo ra thông qua quá trình hòa tan và khử.

Luyện kim màu được sử dụng rộng rãi để sản xuất các sản phẩm vàng và các kim loại quý khác như đồ trang sức, vật dụng gia đình, bảo vật và tiền xu. Nó cũng được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp, bao gồm sản xuất thiết bị điện tử, công nghệ luyện kim và y học.

Nguyên liệu dùng trong ngành luyện kim màu

Trong ngành luyện kim màu, các nguyên liệu chính bao gồm:

1. Kim loại: Kim loại chính được sử dụng là đồng và đồng hợp kim như đồng-niken, đồng-alumini, đồng-kẽm. Ngoài ra, còn sử dụng một số kim loại khác như niken, thiếc, chì, sắt, vàng và bạc.
2. Chất oxy hóa: Chất oxy hóa được sử dụng để tạo ra màu sắc trong kim loại. Các chất oxy hóa phổ biến nhất là oxit, sulfat và clorua của các kim loại.
3. Chất khử: Chất khử được sử dụng để giảm bớt lượng oxy hóa trong kim loại và tạo ra màu sắc khác nhau. Chất khử thường được sử dụng là cacbonat natri, cacbonat kali, cacbonat natri-kali, borax và than hoạt tính.
4. Chất đệm: Chất đệm được sử dụng để kiểm soát độ pH của dung dịch và tạo ra điều kiện lý tưởng cho quá trình luyện kim. Các chất đệm phổ biến nhất là bicarbonat natri, borax, natri cacbonat và axit borax.
5. Chất phụ gia: Chất phụ gia được sử dụng để cải thiện quá trình luyện kim và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Các chất phụ gia phổ biến nhất là silicon, canxi oxit, clo, axit citric, gluconic acid và sodium benzoate.

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 năm 2023

• Số liệu do Hiệp hội Thép Thế giới ( WorldSteel ) mới công bố năm 2022 cho thấy, tổng sản lượng thép thô toàn cầu trong năm 2021 là hơn 1,95 tỷ tấn, tăng trưởng 3,8% so với năm trước và là mức cao nhất trong lịch sử. Đáng chú ý, sản lượng thép sản xuất ra trong năm vừa qua cao gấp đôi năm 2003 và cao gấp hơn 10 lần năm 1950.

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.

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

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

Sản lượng luyện kim đen từ năm 2010

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 hoạt động của chúng:

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:

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.

Công việc của công nhân làm trong ngành luyện kim

Công việc chính hiện nay của người làm trong ngành luyện kim rất đa dạng, mọi việc được phân bổ tùy vào lãnh đọa và năng lực của từng cán bộ cũng như chuyên môn hóa vào các lĩnh vực khác nhau. Nhưng trong ngành luyện kim có cấc công việc cụ thể như: nhà nghiên cứu, kỹ thuật viên, kỹ sư luyện kim hay nhà chuyển giao công nghệ; nhà quản lý, nhà tư vấn… Tuy nhiên, theo công việc chính thì tất cả những công nhân làm trong ngành luyện kim sẽ tham gia vào bộ máyvà làm 1 trong những công việc sau:

– Nhà thiết kế: Chuyên thiết kế nhà máy và thiết kế các thiết bị luyện kim

– Nhà lập trình: Chuyên lập các quy trình công nghệ và sử dụng máy móc để điều hành các quy trình đó để sản xuất ra tất cả các kim loại và hợp kim như: vàng, bạc, gang, thép, đồng, nhôm, các ferrô, hợp kim…

– Nhà nghiên cứu: Tập trung nghiên cứu công nghệ luyện kim phi cốc hiện tại và các loại công nghệ mới cho tương lai, Nghiên cứu mô hình hóa tất cả các quá trình luyện kim; Nghiên cứu, và ứng dụng các công nghệ ,thiết bị luyện kim mới tiên tiến, hiện đại hơn, Nghiên cứu tính chất của luyện kim và sử dụng tối ưu các nguồn tài nguyên thiên nhiên, Nghiên cứu về tinh luyện, hợp kim hóa, và xử lý nhiệt để sản xuất ra các kim loại siêu sạch, siêu bền, siêu mịn…

– Nhà tạo hình: Tạo hình các vật liệu về kim loại: chi tiết máy, thép tấm, thép hình, thanh, các chi tiết khối lớn và liền khối trong chế tạo tàu thủy, máy bay, tượng đài…

– Nhà điều chỉnh: Sẽ chịu trách nhiệm Làm thay đổi cấu trúc, và đổi tính chất theo yêu cầu của các bộ phận khác, Điều khiển tất cả các quá trình luyện kim bằng máy tính theo chương trình riêng biệt.

– Nghiên cứu chế tạo ra các hợp kim đặc biệt và hợp kim chuyên dụng nhất: Bền nóng, chịu mài mòn, bền ăn mòn, chịu va đập, từ tính cao và phi từ, dẫn nhiệt, dẫn đện tốt, chịu tải lớn và các nhiệt, lành tính cho y tế, chống rung trước dao động, cách điện, ghi nhớ hình cho kỹ thuật cao…

– Nghiên cứu tất cả các công nghệ xử lý chất thải và các quá trình mới để bảo vệ môi trường.

Trên đây là tất cả những kiến thức liên quan và khái quát về ngành luyện kim mà công ty thu mua phế liệu sắt thép Bảo Minh đã cung cấp tới khách hàng. Chúng tôi mong rằng với lòng nhiệt thành của mình sẽ nhận được nhiều sự hợp tác bán hàng từ các đơn vị phế liệu trên toàn quốc.