Pirometalurško topljenje

Vatrogasna rafinacija je danas glavna metoda proizvodnje bakra, koja čini 80% do 90% proizvodnje bakra, uglavnom za obradu sulfidnih ruda. Prednosti pirometalurškog topljenja bakra su snažna prilagodljivost sirovina, niska potrošnja energije, visoka efikasnost i visoka stopa izvlačenja metala. Topljenje bakra vatrom može se podijeliti u dvije kategorije: jedna je tradicionalni proces, kao što je topljenje u visokim pećima, topljenje u reverberacijskim pećima i topljenje u električnim pećima. Drugi su moderni procesi ojačanja, kao što su topljenje u fleš pećima i topljenje u bazenu taline.

Zbog istaknutih globalnih energetskih i ekoloških problema od sredine 20. veka, energija je postala sve oskudnija, propisi o zaštiti životne sredine su postali sve stroži, a troškovi rada su postepeno rasli. To je dovelo do brzog razvoja tehnologije topljenja bakra od 1980-ih, prisiljavajući tradicionalne metode da budu zamijenjene novim metodama ojačanja, a tradicionalne metode topljenja su postepeno ukidane. Nakon toga, pojavile su se napredne tehnologije kao što su brzo topljenje i topljenje u bazenu taline, pri čemu je najvažniji proboj bila široka primjena kisika ili obogaćenog kisika. Nakon decenija napora, brzo topljenje i topljenje u bazenu taline su u osnovi zamijenili tradicionalne pirometalurške procese.

1. Tok procesa topljenja vatre

Pirometalurški proces uglavnom uključuje četiri glavna koraka: mat topljenje, bakar mat (mat) puhanje, pirometalurško rafiniranje sirovog bakra i elektrolitičko rafiniranje bakra na anodi.

Topljenje sumpora (koncentrat bakra mat): Uglavnom koristi koncentrat bakra za pravljenje mat topljenja, sa ciljem oksidacije gvožđa u koncentratu bakra, uklanjanja šljake i proizvodnje mat sa visokim sadržajem bakra.

Mat duvanje (mat sirovi bakar): Dalja oksidacija i troska mat da bi se uklonilo gvožđe i sumpor iz njega, proizvodeći sirovi bakar.

Vatrogasna rafinacija (sirov bakar anodni bakar): Sirovi bakar se dalje uklanja od nečistoća oksidacijom i šljakom da bi se dobio anodni bakar.

Elektrolitičko rafiniranje (anodni bakar katodni bakar): Uvođenjem jednosmerne struje, anodni bakar se rastvara i čisti bakar se taloži na katodi. Nečistoće ulaze u anodno blato ili elektrolit, čime se postiže odvajanje bakra i nečistoća i proizvodi katodni bakar.

2. Klasifikacija pirometalurških procesa

(1) Flash topljenje

Flash topljenje uključuje tri tipa: Inco fleš peći, Outokumpu fleš peći i ConTop fleš topljenje. Flash taljenje je metoda topljenja koja u potpunosti koristi ogromnu aktivnu površinu fino mljevenih materijala za jačanje procesa reakcije topljenja. Nakon dubokog sušenja koncentrata, on se zajedno sa fluksom raspršuje u reakcioni toranj vazduhom obogaćenim kiseonikom. Čestice koncentrata su suspendovane u prostoru 1-3 sekunde i brzo prolaze kroz reakciju oksidacije sulfidnih minerala sa visokotemperaturnim oksidirajućim strujanjem vazduha, oslobađajući veliku količinu toplote, dovršavajući reakciju topljenja, što je proces proizvodnje mat. Reakcioni proizvodi padaju u taložnik fleš peći radi sedimentacije, dalje odvajajući bakreni mat i šljaku. Ova metoda se uglavnom koristi za mat topljenje sulfidnih ruda kao što su bakar i nikl.

Flash topljenje je počelo sa proizvodnjom kasnih 1950-ih i promovisano je i primenjeno u više od 40 preduzeća zbog značajnih dostignuća u očuvanju energije i zaštiti životne sredine kroz kontinuirano poboljšanje. Ova procesna tehnologija ima prednosti velikog proizvodnog kapaciteta, niske potrošnje energije i niskog zagađenja. Maksimalni kapacitet proizvodnje rude bakra u jednom sistemu može dostići preko 400 000 t/god., što je pogodno za fabrike veće od 200 000 t/god. Međutim, potrebno je da sirovine budu duboko osušene do sadržaja vlage manjeg od 0,3%, veličine čestica koncentrata manjeg od 1mm, a nečistoće kao što su olovo i cink u sirovinama ne bi trebalo da prelaze 6%. Nedostaci procesa su složena oprema, visoka stopa dima i prašine, te visok sadržaj bakra u šljaci, što zahtijeva tretman razrjeđivanjem.

2) Ratopljeni bazen se topi

Topljenje u bazenu taline uključuje Tenente metodu topljenja bakra, Mitsubishi metodu, Osmet metodu, Vanukov metod topljenja bakra, Isa metodu topljenja, Noranda metodu, top blown rotacioni konvertor metodu (TBRC), metodu topljenja srebrnog bakra, Shuikoushan bakar Metoda topljenja i Dongying metoda topljenja bogatom kisikom s puhanjem na dnu. Taljenje u bazenu taline je proces dodavanja finog sulfidnog koncentrata u talinu dok se u talinu upuhuje vazduh ili industrijski kiseonik, i jačanje procesa topljenja u rastopljenom bazenu koji se žestoko meša. Zbog pritiska koji vrši puhanje zraka na rastopljeni bazen, mjehurići se podižu kroz bazen, uzrokujući pomicanje "stubne taline", čime se obezbjeđuje značajan unos u talinu. Njegovi tipovi peći uključuju horizontalne, vertikalne, rotacijske ili fiksne, a postoje tri vrste metoda puhanja: bočno, gornje i donje puhanje.

Topljenje bazena je primenjeno u industriji 1970-ih. Zbog dobrog učinka prijenosa topline i mase u procesu topljenja rastopljenog bazena, metalurški proces se može značajno ojačati, čime se postiže cilj poboljšanja produktivnosti opreme i smanjenja potrošnje energije u procesu topljenja. Štaviše, zahtjevi za materijalima za peći nisu visoki. Pogodne su različite vrste koncentrata, suvi, mokri, krupni i u prahu. Peć ima malu zapreminu, male gubitke toplote, dobru uštedu energije i zaštitu životne sredine. Naročito, stopa dima i prašine je znatno niža nego kod brzog topljenja.