Pyrometalurgické tavení

Rafinace ohněm je dnes hlavní metodou výroby mědi, která představuje 80 % až 90 % produkce mědi, hlavně pro úpravu sulfidových rud. Výhody pyrometalurgického tavení mědi jsou silná přizpůsobivost surovin, nízká spotřeba energie, vysoká účinnost a vysoká míra regenerace kovu. Tavení mědi ohněm lze rozdělit do dvou kategorií: jednou jsou tradiční procesy, jako je tavení ve vysoké peci, tavení v dozvukové peci a tavení v elektrické peci. Druhým jsou moderní zpevňovací procesy, jako je tavení ve flash peci a tavení v tavicím bazénu.

Vzhledem k významným globálním energetickým a ekologickým problémům od poloviny 20. století je energie stále vzácnější, předpisy na ochranu životního prostředí jsou stále přísnější a náklady na pracovní sílu se postupně zvyšují. To vedlo od 80. let 20. století k rychlému rozvoji technologie tavení mědi, což si vynutilo nahrazení tradičních metod novými metodami zpevňování a tradiční metody tavení byly postupně vyřazovány. Následně se objevily pokročilé technologie, jako je bleskové tavení a tavení v tavicím bazénu, přičemž nejdůležitějším průlomem byla rozšířená aplikace kyslíku nebo obohaceného kyslíku. Po desetiletích úsilí bleskové tavení a tavení v tavicím bazénu v podstatě nahradily tradiční pyrometalurgické procesy.

1. Průběh procesu tavení ohněm

Pyrometalurgický proces zahrnuje hlavně čtyři hlavní kroky: tavení matu, foukání měděného kamínku (matu), pyrometalurgická rafinace surové mědi a elektrolytická rafinace anodové mědi.

Tavení síry (měděný koncentrát matný): K výrobě matného tavení používá hlavně měděný koncentrát s cílem zoxidovat určité množství železa v měděném koncentrátu, odstranit strusku a vyrobit kamínek s vysokým obsahem mědi.

Vyfukování matu (matná surová měď): Další oxidace a struskování kamínku, aby se z něj odstranilo železo a síra, čímž se vyrábí surová měď.

Rafinace ohněm (surová měděná anodová měď): Surová měď se dále odstraňuje od nečistot oxidací a struskou za vzniku anodové mědi.

Elektrolytická rafinace (anodová měď katodová měď): Zavedením stejnosměrného proudu se anodová měď rozpustí a na katodě se vysráží čistá měď. Nečistoty vstupují do anodového bahna nebo elektrolytu, čímž se dosáhne oddělení mědi a nečistot a vznikne katodová měď.

2. Klasifikace pyrometalurgických procesů

(1) Bleskové tavení

Flash tavení zahrnuje tři typy: Inco flash pec, Outokumpu flash pec a ConTop flash tavení. Flash tavení je metoda tavení, která plně využívá obrovský aktivní povrch jemně mletých materiálů k posílení procesu tavné reakce. Po hlubokém vysušení koncentrátu se rozstřikuje do reakční věže vzduchem obohaceným kyslíkem spolu s tavidlem. Částice koncentrátu jsou suspendovány v prostoru po dobu 1-3 sekund a rychle podléhají oxidační reakci sulfidických minerálů s vysokoteplotním oxidačním proudem vzduchu, uvolňují velké množství tepla a dokončují tavnou reakci, což je proces výroby matu. Reakční produkty padají do sedimentační nádrže bleskové pece k sedimentaci a dále oddělují měděný kamínek a strusku. Tato metoda se používá hlavně pro matové tavení sulfidových rud, jako je měď a nikl.

Flash tavení se začalo vyrábět na konci 50. let 20. století a bylo propagováno a používáno ve více než 40 podnicích díky významným úspěchům v úsporách energie a ochraně životního prostředí prostřednictvím neustálého zlepšování. Tato procesní technologie má výhody velké výrobní kapacity, nízké spotřeby energie a nízkého znečištění. Maximální kapacita produkce měděné rudy jednoho systému může dosáhnout více než 400 000 t/rok, což je vhodné pro továrny s rozsahem nad 200 000 t/rok. Požaduje se však, aby suroviny byly hluboce vysušeny na obsah vlhkosti menší než 0,3 %, velikost částic koncentrátu menší než 1 mm a nečistoty jako olovo a zinek v surovinách by neměly překročit 6 %. Nevýhody procesu jsou složité zařízení, vysoká rychlost kouřivosti a prachu a vysoký obsah mědi ve strusce, která vyžaduje ředění.

2) Tavení roztavené lázně

Tavení v bazénu s tavením zahrnuje metodu tavení mědi Tenente, metodu Mitsubishi, metodu Osmet, metodu tavení mědi Vanukov, metodu tavení Isa, metodu Noranda, metodu foukaného rotačního konvertoru (TBRC), metodu tavení stříbrné mědi, měď Shuikoushan metoda tavení a metoda tavení s dmýcháním kyslíkem ze dna Dongying. Tavení v tavenině je proces přidávání jemného sulfidového koncentrátu do taveniny při vhánění vzduchu nebo průmyslového kyslíku do taveniny a posilování tavícího procesu v prudce míchané tavené lázni. V důsledku tlaku vyvíjeného foukaným vzduchem na tavnou lázeň stoupají bubliny kaluží a způsobují, že se „sloupec taveniny“ pohybuje, čímž je zajištěn významný vstup do taveniny. Mezi její typy pecí patří horizontální, vertikální, rotační nebo pevné a existují tři typy metod foukání: boční foukání, horní foukání a spodní foukání.

Bazénové tavení se v průmyslu používalo v 70. letech 20. století. Díky dobrým účinkům přenosu tepla a hmoty v procesu tavení tavící lázně může být metalurgický proces značně posílen, čímž se dosáhne cíle zlepšení produktivity zařízení a snížení spotřeby energie v procesu tavení. Navíc požadavky na materiály pece nejsou vysoké. Vhodné jsou různé druhy koncentrátů, suché, mokré, velké a práškové. Pec má malý objem, nízké tepelné ztráty a dobrou úsporu energie a ochranu životního prostředí. Zejména rychlost kouře a prachu je výrazně nižší než rychlost bleskového tavení.