Wytapianie pirometalurgiczne

Rafinacja ogniowa to obecnie główna metoda produkcji miedzi, odpowiadająca za 80% do 90% produkcji miedzi, głównie w celu przeróbki rud siarczkowych. Zaletami pirometalurgicznego wytapiania miedzi są duże możliwości adaptacji surowców, niskie zużycie energii, wysoka wydajność i wysoki stopień odzysku metalu. Wytop miedzi w ogniu można podzielić na dwie kategorie: jedna to procesy tradycyjne, takie jak wytapianie w wielkim piecu, wytapianie w piecu pogłosowym i wytapianie w piecu elektrycznym. Drugi to nowoczesne procesy wzmacniania, takie jak wytapianie w piecu zawiesinowym i wytapianie jeziorka.

Ze względu na istotne globalne problemy związane z energią i ochroną środowiska od połowy XX wieku, energii staje się coraz mniej, przepisy dotyczące ochrony środowiska stają się coraz bardziej rygorystyczne, a koszty pracy stopniowo rosną. Doprowadziło to do szybkiego rozwoju technologii wytapiania miedzi od lat 80-tych XX wieku, wymuszając zastępowanie tradycyjnych metod nowymi metodami wzmacniania i stopniowe wycofywanie tradycyjnych metod wytapiania. Następnie pojawiły się zaawansowane technologie, takie jak wytapianie rzutowe i wytapianie basenów, a najważniejszym przełomem było powszechne zastosowanie tlenu lub tlenu wzbogaconego. Po dziesięcioleciach wysiłków wytapianie zawiesinowe i wytapianie basenów zasadniczo zastąpiły tradycyjne procesy pirometalurgiczne.

1. Przebieg procesu wytapiania ogniowego

Proces pirometalurgiczny obejmuje głównie cztery główne etapy: wytapianie kamienia, dmuchanie kamienia miedzi (matu), rafinacja pirometalurgiczna surowej miedzi i rafinacja elektrolityczna miedzi anodowej.

Wytapianie siarki (kamień z koncentratu miedzi): Wykorzystuje głównie koncentrat miedzi do wytapiania kamienia, w celu utlenienia części żelaza w koncentracie miedzi, usunięcia żużla i wytworzenia kamienia o wysokiej zawartości miedzi.

Dmuchanie kamienia (matowa surowa miedź): Dalsze utlenianie i żużlowanie kamienia w celu usunięcia z niego żelaza i siarki, w wyniku czego powstaje surowa miedź.

Rafinacja ogniowa (miedź surowa, miedź anodowa): Surowa miedź jest dalej usuwana z zanieczyszczeń poprzez utlenianie i żużlowanie w celu wytworzenia miedzi anodowej.

Rafinacja elektrolityczna (miedź anodowa, miedź katodowa): Po wprowadzeniu prądu stałego miedź anodowa rozpuszcza się, a na katodzie wytrąca się czysta miedź. Zanieczyszczenia dostają się do szlamu anodowego lub elektrolitu, powodując w ten sposób oddzielenie miedzi od zanieczyszczeń i wytwarzając miedź katodową.

2. Klasyfikacja procesów pirometalurgicznych

(1) Wytapianie błyskawiczne

Wytapianie zawiesinowe obejmuje trzy typy: piec zawiesinowy Inco, piec zawiesinowy Outokumpu i wytapianie zawiesinowe ConTop. Wytapianie rzutowe to metoda wytapiania, która w pełni wykorzystuje ogromną powierzchnię aktywną drobno zmielonych materiałów w celu wzmocnienia procesu reakcji wytapiania. Po głębokim wysuszeniu koncentratu natryskuje się go do wieży reakcyjnej powietrzem wzbogaconym w tlen wraz z topnikiem. Cząstki koncentratu zawieszone są w przestrzeni na 1-3 sekundy i szybko ulegają reakcji utleniania minerałów siarczkowych za pomocą strumienia powietrza utleniającego o wysokiej temperaturze, uwalniając dużą ilość ciepła, kończąc reakcję wytapiania, czyli proces produkcji kamienia. Produkty reakcji opadają do osadnika pieca zawiesinowego w celu sedymentacji, co powoduje dalsze oddzielanie kamienia miedziowego i żużla. Metodę tę stosuje się głównie do wytapiania na mat rud siarczkowych, takich jak miedź i nikiel.

Wytapianie rzutowe rozpoczęło się pod koniec lat pięćdziesiątych XX wieku i było promowane i stosowane w ponad 40 przedsiębiorstwach ze względu na znaczące osiągnięcia w oszczędzaniu energii i ochronie środowiska poprzez ciągłe doskonalenie. Ta technologia procesowa ma zalety dużej zdolności produkcyjnej, niskiego zużycia energii i niskiego poziomu zanieczyszczeń. Maksymalna zdolność produkcyjna rudy miedzi w pojedynczym systemie może sięgać ponad 400 000 t/r, co jest odpowiednie dla fabryk o skali powyżej 200 000 t/r. Wymagane jest jednak, aby surowce były głęboko wysuszone do zawartości wilgoci mniejszej niż 0,3%, wielkości cząstek koncentratu mniejszej niż 1 mm, a zawartość zanieczyszczeń takich jak ołów i cynk w surowcach nie powinna przekraczać 6%. Wadami tego procesu są skomplikowane urządzenia, duże stężenie dymu i pyłu oraz duża zawartość miedzi w żużlu, co wymaga obróbki rozcieńczającej.

2) Topienie jeziorka stopionego

Wytapianie basenu wytopu obejmuje metodę wytapiania miedzi Tenente, metodę Mitsubishi, metodę Osmeta, metodę wytapiania miedzi Vanukov, metodę wytapiania Isa, metodę Norandy, metodę wytapiania z konwertorem obrotowym z górnym dmuchaniem (TBRC), metodę wytapiania srebrnej miedzi, miedź Shuikoushan metoda wytapiania i metoda wytapiania wzbogaconego w tlen metodą wdmuchiwania od dołu Dongying. Wytapianie jeziorka to proces dodawania drobnego koncentratu siarczku do wytopu podczas wdmuchiwania powietrza lub tlenu przemysłowego do wytopu i wzmacniania procesu wytapiania w silnie mieszanym roztopionym jeziorku. Ze względu na ciśnienie wywierane przez nadmuch powietrza na roztopione jeziorko, pęcherzyki unoszą się przez jeziorko, powodując ruch „kolumny stopu”, zapewniając w ten sposób znaczny wkład do stopionego materiału. Rodzaje pieców obejmują poziomy, pionowy, obrotowy lub stały i istnieją trzy rodzaje metod wdmuchu: nadmuch boczny, nadmuch górny i nadmuch dolny.

Topienie basenowe zastosowano w przemyśle w latach 70-tych. Ze względu na dobre efekty wymiany ciepła i masy w procesie topienia stopionego jeziorka, proces metalurgiczny można znacznie wzmocnić, osiągając cel, jakim jest poprawa produktywności sprzętu i zmniejszenie zużycia energii w procesie wytapiania. Ponadto wymagania dotyczące materiałów piecowych nie są wysokie. Odpowiednie są różne rodzaje koncentratów, suche, mokre, duże i sproszkowane. Piec ma małą objętość, niskie straty ciepła oraz dobrą oszczędność energii i ochronę środowiska. Zwłaszcza ilość dymu i pyłu jest znacznie niższa niż w przypadku wytapiania błyskawicznego.