Pirometalurško taljenje

Pročišćavanje vatrom je danas glavna metoda proizvodnje bakra, koja čini 80% do 90% proizvodnje bakra, uglavnom za obradu sulfidnih ruda. Prednosti pirometalurškog taljenja bakra su snažna prilagodljivost sirovina, niska potrošnja energije, visoka učinkovitost i visoka stopa povrata metala. Taljenje bakra pomoću vatre može se podijeliti u dvije kategorije: jedna su tradicionalni procesi, kao što je taljenje u visokim pećima, taljenje u reverberacijskim pećima i taljenje u električnim pećima. Drugi su moderni procesi ojačavanja, kao što je taljenje u brzoj peći i taljenje u bazenu za taljenje.

Zbog istaknutih globalnih energetskih i ekoloških problema od sredine 20. stoljeća, energija postaje sve oskudnija, propisi o zaštiti okoliša postaju sve stroži, a troškovi rada postupno rastu. To je dovelo do brzog razvoja tehnologije taljenja bakra od 1980-ih, prisiljavajući tradicionalne metode da se zamijene novim metodama ojačavanja, a tradicionalne metode taljenja postupno su ukinute. Nakon toga su se pojavile napredne tehnologije kao što su brzo taljenje i taljenje u bazenu za taljenje, a najvažnije otkriće bila je široka primjena kisika ili obogaćenog kisika. Nakon desetljeća napora, brzo taljenje i taljenje u bazenu taljenja u osnovi su zamijenili tradicionalne pirometalurške procese.

1. Tijek procesa vatrenog taljenja

Pirometalurški proces uglavnom uključuje četiri glavna koraka: taljenje kamena, puhanje bakrenog kamena (mat), pirometalurško rafiniranje sirovog bakra i elektrolitičko rafiniranje anodnog bakra.

Taljenje sumpora (bakreni koncentrat mat): Uglavnom koristi bakreni koncentrat za taljenje mata, s ciljem oksidacije nešto željeza u bakrenom koncentratu, uklanjanja troske i proizvodnje mata s visokim sadržajem bakra.

Puhanje mat (mate sirovi bakar): Daljnja oksidacija i šljakanje mat da bi se uklonilo željezo i sumpor iz njega, proizvodeći sirovi bakar.

Pročišćavanje vatrom (sirovi bakreni anodni bakar): Sirovi bakar se dalje uklanja od nečistoća oksidacijom i troskom kako bi se dobio anodni bakar.

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

2. Klasifikacija pirometalurških procesa

(1) Brzo taljenje

Flash smelting uključuje tri tipa: Inco flash furnace, Outokumpu flash furnace i ConTop flash furnace. Brzo taljenje je metoda taljenja koja u potpunosti iskorištava ogromnu aktivnu površinu fino mljevenih materijala za jačanje procesa reakcije taljenja. Nakon dubokog sušenja koncentrata, raspršuje se u reakcijski toranj zrakom obogaćenim kisikom zajedno s fluksom. Čestice koncentrata lebde u prostoru 1-3 sekunde i brzo se podvrgavaju reakciji oksidacije sulfidnih minerala s visokotemperaturnim oksidirajućim strujanjem zraka, oslobađajući veliku količinu topline, dovršavajući reakciju taljenja, što je proces proizvodnje matira. Produkti reakcije padaju u taložni spremnik flash peći za taloženje, dalje odvajajući bakreni kamen i trosku. Ova metoda se uglavnom koristi za taljenje mat sulfidnih ruda kao što su bakar i nikal.

Brzo taljenje počelo se proizvoditi kasnih 1950-ih i promovirano je i primijenjeno u više od 40 poduzeća zbog značajnih postignuća u očuvanju energije i zaštiti okoliša kroz kontinuirano poboljšanje. Ova procesna tehnologija ima prednosti velikog proizvodnog kapaciteta, niske potrošnje energije i niskog zagađenja. Maksimalni proizvodni kapacitet rude bakra jednog sustava može doseći preko 400 000 t/god., što je prikladno za tvornice s opsegom od preko 200 000 t/g. Međutim, potrebno je da sirovine budu duboko osušene na sadržaj vlage manji od 0,3%, veličina čestica koncentrata manja od 1 mm, a nečistoće poput olova i cinka u sirovinama ne smiju prelaziti 6%. Nedostaci procesa su složena oprema, visoka količina dima i prašine te visok sadržaj bakra u troski, što zahtijeva tretman razrjeđivanjem.

2) Otapanje bazena rastaljevine

Taljenje bazena za taljenje uključuje Tenente metodu taljenja bakra, Mitsubishi metodu, Osmet metodu, Vanukovljevu metodu taljenja bakra, Isa metodu taljenja, Noranda metodu, metodu rotacijskog pretvarača puhanja s vrhom (TBRC), metodu taljenja srebrnog bakra, Shuikoushan bakra metoda taljenja i metoda taljenja bogatog kisikom Dongying puhanjem s dna. Taljenje u bazenu za taljenje je proces dodavanja finog koncentrata sulfida u talinu uz upuhivanje zraka ili industrijskog kisika u talinu i jačanje procesa taljenja u bazenu za rastaljenu koja se snažno miješa. Zbog pritiska koji puše zrak na bazen rastaline, mjehurići se dižu kroz bazen, uzrokujući pomicanje "stupca taline", čime se osigurava značajan unos u talinu. Njegove vrste peći uključuju vodoravne, okomite, rotacijske ili fiksne, a postoje tri vrste metoda puhanja: bočno puhanje, gornje puhanje i donje puhanje.

Topljenje u bazenu primijenjeno je u industriji 1970-ih. Zbog dobrih učinaka prijenosa topline i mase u procesu taljenja bazena taline, metalurški proces može se znatno ojačati, postižući cilj poboljšanja produktivnosti opreme i smanjenja potrošnje energije u procesu taljenja. Štoviše, zahtjevi za materijale peći nisu visoki. Prikladne su različite vrste koncentrata, suhi, mokri, veliki i u prahu. Peć ima mali volumen, male gubitke topline i dobru uštedu energije i zaštitu okoliša. Konkretno, stopa dima i prašine je znatno niža nego kod brzog taljenja.