Пірометалургійна плавка

Рафінування вогнем є основним методом виробництва міді сьогодні, на нього припадає 80–90% виробництва міді, головним чином для обробки сульфідних руд. Перевагами пірометалургійної плавки міді є висока адаптивність сировини, низьке споживання енергії, висока ефективність і висока швидкість відновлення металу. Виплавку міді вогнем можна розділити на дві категорії: одна — це традиційні процеси, такі як плавка в доменній печі, плавка в відбивній печі та плавка в електричній печі. По-друге, це сучасні процеси зміцнення, такі як плавка в печі та плавка в басейні.

Через значну глобальну енергетичну та екологічну проблеми, починаючи з середини 20-го століття, енергія стає дедалі дефіцитнішою, правила захисту навколишнього середовища стають дедалі суворішими, а вартість робочої сили поступово зростає. Це призвело до швидкого розвитку технології виплавки міді з 1980-х років, що змусило традиційні методи замінити новими методами зміцнення, а традиційні методи виплавки поступово були виведені з ужитку. Згодом з’явилися передові технології, такі як флеш-плавка та плавка в басейні розплаву, причому найважливішим проривом стало широке застосування кисню або збагаченого кисню. Після десятиліть зусиль флеш-плавка та плавка в басейні розплаву в основному замінили традиційні пірометалургійні процеси.

1. Процес плавлення вогнем

Пірометалургійний процес в основному включає чотири основні етапи: плавлення штейну, видування мідного штейну (штейну), пірометалургійне рафінування сирої міді та електролітичне рафінування анодної міді.

Плавка сірки (штейн з мідного концентрату): для плавлення штейну в основному використовується мідний концентрат з метою окислення частини заліза в мідному концентраті, видалення шлаку та отримання штейну з високим вмістом міді.

Видування штейну (неочищена мідь), подальше окислення та шлакування штейну для видалення з нього заліза та сірки з отриманням сирої міді.

Вогневе рафінування (неочищена мідна анодна мідь): неочищена мідь додатково очищається від домішок шляхом окислення та шлакування для отримання анодної міді.

Електролітичне рафінування (анодна мідь, катодна мідь): шляхом введення постійного струму анодна мідь розчиняється, а чиста мідь випадає в осад на катоді. Домішки потрапляють в анодний розчин або електроліт, завдяки чому досягається поділ міді та домішок і утворюється катодна мідь.

2. Класифікація пірометалургійних процесів

(1) Флеш-плавка

Флеш-плавка включає три типи: флеш-піч Inco, флеш-піч Outokumpu та флеш-плавка ConTop. Флеш-плавка — це метод плавлення, який повністю використовує величезну активну поверхню тонко подрібнених матеріалів для посилення процесу реакції плавлення. Після глибокого сушіння концентрату разом із флюсом його розпилюють у реакційну башту збагаченим киснем повітрям. Частинки концентрату підвішуються в просторі протягом 1-3 секунд і швидко проходять реакцію окислення сульфідних мінералів високотемпературним окислювальним потоком повітря, виділяючи велику кількість тепла, завершуючи реакцію плавлення, яка є процесом виробництва штейну. Продукти реакції потрапляють у відстійник флеш-печі для відстоювання, подальшого відділення мідного штейну і шлаку. Цей метод в основному використовується для плавки штейну сульфідних руд, таких як мідь і нікель.

Виробництво швидкої плавки розпочато наприкінці 1950-х років, її просувають і застосовують на більш ніж 40 підприємствах завдяки значним досягненням у енергозбереженні та захисті навколишнього середовища шляхом постійного вдосконалення. Перевагами цієї технології є велика виробнича потужність, низьке споживання енергії та низький рівень забруднення. Максимальна потужність виробництва мідної руди однієї системи може досягати понад 400 000 т/рік, що підходить для заводів з масштабом понад 200 000 т/рік. Однак потрібно, щоб сировина була глибоко висушена до вмісту вологи менше 0,3%, розмір частинок концентрату менше 1 мм, а домішки, такі як свинець і цинк, у сировині не повинні перевищувати 6%. Недоліками процесу є складне обладнання, висока димність і запиленість, високий вміст міді в шлаку, що вимагає розріджувальної обробки.

2) Танення розплавленої ванни

Плавка в басейні розплаву включає метод плавлення міді Tenente, метод Mitsubishi, метод Osmet, метод плавлення міді Ванукова, метод плавлення Isa, метод Noranda, метод обертового конвертера з верхнім дуттям (TBRC), метод плавлення срібної міді, метод плавлення міді Shuikoushan метод плавлення та метод плавлення з нижньою продувкою, збагачений киснем. Плавка в басейні розплаву — це процес додавання тонкодисперсного сульфідного концентрату до розплаву з одночасним вдуванням повітря або промислового кисню в розплав і посилення процесу плавлення в басейні розплаву, що сильно перемішується. Завдяки тиску повітря, що обдуває розплавлену ванну, бульбашки піднімаються крізь ванну, змушуючи «стовп розплаву» рухатися, таким чином забезпечуючи значний внесок у розплав. Його типи печей включають горизонтальні, вертикальні, обертові або фіксовані, і існує три типи методів видування: бічний вид, верхній вид і нижній вид.

Плавлення басейну було застосовано в промисловості в 1970-х роках. Завдяки хорошим ефектам тепло- та масообміну в процесі плавлення ванни розплаву можна значно посилити металургійний процес, досягнувши мети підвищення продуктивності обладнання та зменшення споживання енергії в процесі плавки. Крім того, вимоги до матеріалів печі невисокі. Підходять різні типи концентратів, сухі, вологі, великі та порошкоподібні. Піч має невеликий об'єм, низьку втрату тепла, хороше енергозбереження та захист навколишнього середовища. Зокрема, рівень диму та пилу значно нижчий, ніж при миттєвій плавці.