Пирометаллургическая плавка

Огневое рафинирование сегодня является основным методом производства меди, на него приходится от 80% до 90% производства меди, в основном для переработки сульфидных руд. Преимуществами пирометаллургической выплавки меди являются высокая технологичность сырья, низкое энергопотребление, высокая эффективность и высокая степень извлечения металла. Выплавку меди огнем можно разделить на две категории: одна — традиционные процессы, такие как плавка в доменной печи, плавка в отражательной печи и плавка в электрической печи. Второе — это современные процессы упрочнения, такие как плавка в взвешенной печи и плавка в ванне.

Из-за серьезных глобальных энергетических и экологических проблем с середины 20-го века, энергия становится все более дефицитной, правила защиты окружающей среды становятся все более строгими, а затраты на рабочую силу постепенно увеличиваются. Это привело к быстрому развитию технологии выплавки меди с 1980-х годов, что привело к замене традиционных методов новыми методами упрочнения, а традиционные методы выплавки стали постепенно вытесняться. Впоследствии появились передовые технологии, такие как взвешенная плавка и плавка в ванне расплава, причем наиболее важным прорывом стало широкое применение кислорода или обогащенного кислорода. После десятилетий усилий взвешенная плавка и плавка в ванне практически заменили традиционные пирометаллургические процессы.

1. Технологическая схема огневой плавки

Пирометаллургический процесс в основном включает четыре основных этапа: плавку штейна, продувку медного штейна (штейна), пирометаллургическое рафинирование сырой меди и анодное электролитическое рафинирование меди.

Плавка серы (штейн медного концентрата): Для плавки штейна в основном используется медный концентрат с целью окисления некоторого количества железа в медном концентрате, удаления шлака и получения штейна с высоким содержанием меди.

Продувка штейна (штейн-сырец): Дальнейшее окисление и шлакование штейна для удаления из него железа и серы с получением сырой меди.

Огневое рафинирование (неочищенная анодная медь): Неочищенная медь дополнительно очищается от примесей путем окисления и шлакования для получения анодной меди.

Электролитическое рафинирование (анодная медь, катодная медь): при подаче постоянного тока анодная медь растворяется, а на катоде осаждается чистая медь. Примеси попадают в анодный шлам или электролит, тем самым достигается разделение меди и примесей и образуется катодная медь.

2. Классификация пирометаллургических процессов

(1) Взвешенная плавка

Взвешенная плавка включает три типа: взвешенная печь Inco, взвешенная печь Outokumpu и взвешенная плавка ConTop. Взвешенная плавка — это метод плавки, который полностью использует огромную активную поверхность тонкоизмельченных материалов для усиления процесса реакции плавки. После глубокой сушки концентрата его распыляют в реакционную башню обогащенным кислородом воздухом вместе с флюсом. Частицы концентрата взвешиваются в пространстве на 1-3 секунды и быстро подвергаются реакции окисления сульфидных минералов высокотемпературным окислительным потоком воздуха, выделяя большое количество тепла, завершая реакцию плавки, которая представляет собой процесс производства штейна. Продукты реакции попадают в отстойник флэш-печи для отстаивания, дальнейшего разделения медного штейна и шлака. Этот метод в основном используется для штейновой плавки сульфидных руд, таких как медь и никель.

Производство взвешенной плавки началось в конце 1950-х годов и было продвинуто и применено на более чем 40 предприятиях благодаря значительным достижениям в области энергосбережения и защиты окружающей среды посредством постоянного совершенствования. Преимуществом этой технологии процесса является большая производственная мощность, низкое энергопотребление и низкий уровень загрязнения. Максимальная производительность одной системы по производству медной руды может достигать более 400 000 т/год, что подходит для заводов с производительностью более 200 000 т/год. Однако требуется, чтобы сырье было глубоко высушено до влажности менее 0,3%, крупности концентрата менее 1 мм, а содержание таких примесей, как свинец и цинк, в сырье не должно превышать 6%. Недостатками процесса являются сложное оборудование, высокая дымность и пылеемкость, высокое содержание меди в шлаке, что требует разбавляющей обработки.

2) Плавка в ванне расплава

Плавка в ванне плавки включает метод выплавки меди Тененте, метод Мицубиси, метод Осмета, метод выплавки меди Ванукова, метод выплавки Исы, метод Норанды, метод ротационного конвертера с верхним дутьем (TBRC), метод выплавки меди из серебра, медь Шуйкоушань метод плавки и метод плавки с нижним дутьем в Дунине с высоким содержанием кислорода. Плавка в ванне расплава — это процесс добавления мелкодисперсного сульфидного концентрата в расплав при одновременной продувке расплава воздухом или промышленным кислородом и усиление процесса плавки в интенсивно перемешиваемой ванне расплава. Благодаря давлению, оказываемому обдувочным воздухом на ванну расплава, пузырьки поднимаются через ванну, заставляя «столб расплава» двигаться, тем самым обеспечивая значительный вклад в расплав. Типы печей включают горизонтальные, вертикальные, вращающиеся или фиксированные, а также существует три типа методов обдува: боковой обдув, верхний обдув и нижний обдув.

Бассейная плавка применялась в промышленности в 1970-х годах. Благодаря хорошему эффекту тепло- и массообмена в процессе плавки ванны расплава металлургический процесс может быть значительно усилен, достигая цели повышения производительности оборудования и снижения энергопотребления в процессе плавки. При этом требования к материалам печи не высоки. Подходят различные виды концентратов: сухие, влажные, крупные и порошкообразные. Печь имеет небольшой объем, низкие теплопотери, хорошее энергосбережение и защиту окружающей среды. В частности, уровень дыма и пыли значительно ниже, чем при взвешенной плавке.