Pyrometallurgisch smelten

Vuurraffinage is tegenwoordig de belangrijkste methode voor de productie van koper en is goed voor 80% tot 90% van de koperproductie, voornamelijk voor de behandeling van sulfide-ertsen. De voordelen van pyrometallurgisch kopersmelten zijn een sterk aanpassingsvermogen van grondstoffen, een laag energieverbruik, hoge efficiëntie en een hoge metaalterugwinning. Het smelten van koper door middel van vuur kan worden onderverdeeld in twee categorieën: de ene is het traditionele proces, zoals het smelten van hoogovens, het smelten van galmovens en het smelten van elektrische ovens. De tweede zijn moderne versterkingsprocessen, zoals het smelten van flash-ovens en het smelten van smeltbaden.

Als gevolg van de prominente mondiale energie- en milieuproblemen sinds het midden van de 20e eeuw is energie steeds schaarser geworden, zijn de milieubeschermingsregels steeds strenger geworden en zijn de arbeidskosten geleidelijk gestegen. Dit heeft geleid tot de snelle ontwikkeling van de kopersmelttechnologie sinds de jaren tachtig, waardoor traditionele methoden moesten worden vervangen door nieuwe versterkingsmethoden, en traditionele smeltmethoden zijn geleidelijk uitgefaseerd. Vervolgens ontstonden geavanceerde technologieën zoals flash-smelten en smeltbad-smelten, met als belangrijkste doorbraak de wijdverbreide toepassing van zuurstof of verrijkte zuurstof. Na tientallen jaren van inspanning hebben flash-smelten en smeltbad-smelten in principe de traditionele pyrometallurgische processen vervangen.

1. Brandsmeltprocesstroom

Het pyrometallurgische proces omvat hoofdzakelijk vier hoofdstappen: het smelten van mat, het blazen van kopermat (mat), het pyrometallurgisch raffineren van ruw koper en het elektrolytisch raffineren van anodekoper.

Zwavelsmelten (koperconcentraat mat): Er wordt voornamelijk gebruik gemaakt van koperconcentraat om mat te smelten, met als doel wat ijzer in het koperconcentraat te oxideren, slakken te verwijderen en mat te produceren met een hoog kopergehalte.

Matte blazen (mat ruw koper): Verdere oxidatie en slakvorming van matte om ijzer en zwavel eruit te verwijderen, waardoor ruw koper ontstaat.

Vuurraffinage (ruw koperanodekoper): Het ruwe koper wordt verder verwijderd van onzuiverheden door oxidatie en slakvorming om anodekoper te produceren.

Elektrolytische raffinage (anodekoper, kathodekoper): Door gelijkstroom te introduceren, lost het anodekoper op en wordt zuiver koper aan de kathode neergeslagen. Onzuiverheden komen in de anodemodder of elektrolyt terecht, waardoor de scheiding van koper en onzuiverheden wordt bereikt en kathodekoper wordt geproduceerd.

2. Classificatie van pyrometallurgische processen

(1) Snelsmelten

Er zijn drie typen flitssmelten: Inco-flashoven, Outokumpu-flashoven en ConTop-flashoven. Flash-smelten is een smeltmethode die het enorme actieve oppervlak van fijngemalen materialen volledig benut om het smeltreactieproces te versterken. Na diepdrogen van het concentraat wordt het samen met de flux met zuurstof verrijkte lucht in de reactietoren gespoten. De concentraatdeeltjes worden gedurende 1-3 seconden in de ruimte gesuspendeerd en ondergaan snel een oxidatiereactie van sulfidemineralen met een oxiderende luchtstroom op hoge temperatuur, waarbij een grote hoeveelheid warmte vrijkomt, waardoor de smeltreactie wordt voltooid, wat het proces is van de productie van matte. De reactieproducten vallen in de sedimentatietank van de flitsoven voor sedimentatie, waardoor de kopermat en de slak verder worden gescheiden. Deze methode wordt voornamelijk gebruikt voor het matsmelten van sulfide-ertsen zoals koper en nikkel.

Flash-smelten begon eind jaren vijftig met de productie en is gepromoot en toegepast in meer dan 40 bedrijven dankzij aanzienlijke prestaties op het gebied van energiebesparing en milieubescherming door voortdurende verbetering. Deze procestechnologie heeft de voordelen van een grote productiecapaciteit, een laag energieverbruik en een lage vervuiling. De maximale productiecapaciteit voor kopererts van een enkel systeem kan meer dan 400.000 ton per jaar bereiken, wat geschikt is voor fabrieken met een omvang van meer dan 200.000 ton per jaar. Het is echter vereist dat de grondstoffen diep worden gedroogd tot een vochtgehalte van minder dan 0,3%, een concentraatdeeltjesgrootte van minder dan 1 mm en onzuiverheden zoals lood en zink in de grondstoffen mogen de 6% niet overschrijden. De nadelen van het proces zijn complexe apparatuur, hoge rook- en stofsnelheid en een hoog kopergehalte in de slak, waarvoor een verdunningsbehandeling vereist is.

2) Smeltbad

Smeltpoolsmelten omvat de Tenente kopersmeltmethode, Mitsubishi-methode, Osmet-methode, Vanukov-kopersmeltmethode, Isa-smeltmethode, Noranda-methode, topblown roterende converter-methode (TBRC), zilverkoper-smeltmethode, Shuikoushan-koper smeltmethode, en Dongying bodemgeblazen zuurstofrijke smeltmethode. Smeltbadsmelten is het proces waarbij fijn sulfideconcentraat aan de smelt wordt toegevoegd terwijl lucht of industriële zuurstof in de smelt wordt geblazen, en het smeltproces in een fel geroerd gesmolten bad wordt versterkt. Als gevolg van de druk die wordt uitgeoefend door de blazende lucht op het gesmolten zwembad, stijgen de bellen door het zwembad, waardoor de "smeltkolom" beweegt, waardoor een aanzienlijke input voor de smelt ontstaat. De oventypen omvatten horizontaal, verticaal, roterend of vast, en er zijn drie soorten blaasmethoden: zijblazen, bovenblazen en onderblazen.

Het smelten van zwembaden werd in de jaren zeventig in de industrie toegepast. Vanwege de goede warmte- en massaoverdrachtseffecten bij het smeltproces van het gesmolten zwembad kan het metallurgische proces aanzienlijk worden versterkt, waardoor het doel wordt bereikt om de productiviteit van de apparatuur te verbeteren en het energieverbruik tijdens het smeltproces te verminderen. Bovendien zijn de eisen aan ovenmaterialen niet hoog. Verschillende soorten concentraten, droog, nat, groot en poedervormig, zijn geschikt. De oven heeft een klein volume, laag warmteverlies en goede energiebesparing en milieubescherming. Vooral de rook- en stofsnelheid is aanzienlijk lager dan die van flash-smelten.