1. Уводзіны
Піраметалургічная плаўка медзі застаецца дамінуючым спосабам вытворчасці першаснай рафінаванай медзі, на якую прыпадае больш за 80% сусветных магутнасцей. Працэс пераўтварае канцэнтраты сульфіду медзі (у асноўным халькапірыт, CuFeS₂) у высакаякасную катодную медзь (≥99,99% Cu) праз серыю высокатэмпературных металургічных аперацый. У гэтым артыкуле падрабязна апісана асноўная інтэграваная тэхналагічная схема, якая складаецца з імпульснай плаўкі, канвертавання, аноднага рафінавання і электралітычнага рафінавання.
2. Падрыхтоўка і змешванне канцэнтрату
Медныя канцэнтраты (25-35% Cu) паступаюць наліўнымі суднамі і захоўваюцца ў крытых штабелях. Вільготнасць звычайна складае 8-12% і павінна быць зніжана да ≤0,3% з дапамогай ратацыйных печаў або сушылак з псеўдакіпяжаным слоем, каб прадухіліць выбухі і празмернае спажыванне энергіі пры далейшай плаўцы.
Высушаны канцэнтрат змешваецца з флюсамі (кварцам, вапняком), рэвертамі і канвертарным шлакам у дакладна кантраляваных прапорцыях. Сучасныя заводы выкарыстоўваюць аўтаматызаваныя дыскавыя падавальнікі і сістэмы датчыкаў нагрузкі, што дазваляе дасягнуць дакладнасці змешвання ў межах ±0,5%.
3. Імгненная плаўка
Імгненная плаўка — найбольш перадавая тэхналогія апрацоўкі канцэнтратаў сульфіду медзі, прадстаўленая ва ўсім свеце імгненнымі печамі Outotec (цяпер Metso) і распрацаванымі ў Кітаі кіслароднымі печамі з ніжнім прадзьмухам.
3.1 Прынцып працэсу
Сухі канцэнтрат уводзіцца ў гарачы, узбагачаны кіслародам паветраны паток (канцэнтрацыя кіслароду 75-90%) пры тэмпературы 850-950°C. Рэакцыі (сушка, акісленне, утварэнне шлаку і штейна) завяршаюцца за 3-5 секунд, прычым цяпло рэакцыі падтрымліваецца аўтатэрмічным рэжымам. Асноўныя рэакцыі ўключаюць: 4CuFeS₂ + 9O₂ → 4CuS + 2Fe₂O₃ + 8SO₂ 2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ → 2FeO·SiO₂ + 2SO₂
3.2 Асноўнае абсталяванне
- Рэакцыяная шахта: вышыня 11-14 м, дыяметр 7-9 м, абліцаваная высакаякаснай магнезітава-хромавай цэглай і мае медныя вадзяныя кашулі.
- Адстойнік і прыёмная шахта: гравітацыйнае аддзяленне штейна (65-75% Cu) і шлаку.
- Кацёл-утылізатар: рэкуперуе адчувальнае цяпло з адыходных газаў з тэмпературай ~550°C для выпрацоўкі пары.
- Суадносіны кіслароду і канцэнтрату: 1,15-1,25 Нм³ O₂/т сухога канцэнтрату
- Тэмпература рэакцыйнага вала: 1250-1300°C
- Тэмпература штейна: 1180-1220°C
- Суадносіны Fe/SiO₂ у шлаку: 1,1-1,4, медзь у шлаку ≤0,6%
3.3 Крытычныя параметры кантролю
Магутнасць адной імгненнай печы дасягае 4000-5500 т/сут канцэнтрату з цеплавой эфектыўнасцю >98% і амаль 100% улоўліваннем SO₂.
4. Канвертацыя
Штэйн перамяшчаецца праз электрычна падагрэтыя жолабы або каўшы ў канвертары Пірса-Сміта або печы бесперапыннага пераўтварэння.
4.1 Этап шлакаўтварэння
Для акіслення сульфіду жалеза ўдзімаецца паветра, узбагачанае кіслародам (25-35% O₂). Шлак, які змяшчае 2-8% Cu, здымаецца і вяртаецца на імгненную плаўку.
4.2 Этап вытворчасці медзі
Працяглае прадзіманне акісляе Cu₂S да чарнавой медзі (98,5-99,3% Cu) пры тэмпературы 1180-1230°C.
5. Агнявое рафінаванне ў аноднай печы
Чарнавая медзь загружаецца ў стацыянарныя або нахільныя анодныя печы ёмістасцю 50-500 тон для акісляльна-аднаўленчага рафінавання.
5.1 Стадыя акіслення
Паветраныя або кіслародныя фурмы выдаляюць рэшткі Fe, Ni, As, Sb і Bi ў выглядзе плаваючага шлаку.
5.2 Этап рэдукцыі
Кісларод аднаўляюць з дапамогай прыроднага газу, дызельнага паліва або драўляных слупоў да 150-300 праміле. Рафінаваная медзь адліваецца ў аноды вагой 300-450 кг (Cu ≥99,0%).
6. Электралітычнае рафінаванне
Аноды размяшчаюцца ў электралітычных ячэйках са свінцовымі або тытанавымі матачнымі загатоўкамі ў якасці катодаў у электраліце CuSO₄-H₂SO₄.
6.1 Умовы эксплуатацыі
- Шчыльнасць току: 220-320 А/м²
- Напружанне ячэйкі: 0,22-0,32 В
- Тэмпература электраліта: 60-65°C
- Cu²⁺: 40-55 г/л, свабодная H₂SO₄: 150-220 г/л
6.2 Электрахімічныя рэакцыі
Растварэнне анода: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻ Больш высакародных элементаў (Au, Ag, Se, Te) трапляюць у анодны шлам; менш высакародныя элементы трапляюць у раствор. Катоднае адкладанне дае ≥99,993% Cu, што адпавядае спецыфікацыям LME класа А.
7. Ачыстка адпрацаваных газаў і кантроль навакольнага асяроддзя
Газы, багатыя на SO₂, з імгненных печаў, канвертараў і анодных печаў астуджаюцца, ачышчаюцца ад пылу і апрацоўваюцца ў двухкантактных кіслотных устаноўках, што дазваляе дасягнуць ступені здабывання серы >99,8%. Утрыманне SO₂ у хваставым газе значна ніжэй за 100 мг/Нм³. Мыш'як, ртуць і іншыя цяжкія металы выдаляюцца з дапамогай спецыялізаваных працэсаў.
8. Заключэнне
Сучасная піраметалургія медзі дасягнула высокай бесперапыннасці, аўтаматызацыі і экалагічнасці. Інтэграваныя тэхналагічныя схемы імгненнай плаўкі-бесперапыннага пераўтварэння-аноднага рафінавання-электрарафінавання забяспечваюць агульны ўзровень здабычы медзі >98,5% і ўдзельнае спажыванне энергіі 280-320 кгуэльса/т катода, што з'яўляецца эталонам сусветнага класа. Бягучыя распрацоўкі ў галіне ўзбагачэння кіслародам, тэхналогій бесперапыннай вытворчасці медзі і лічбавага кіравання працэсамі будуць спрыяць далейшаму павышэнню эфектыўнасці і ўстойлівасці.
Час публікацыі: 22 снежня 2025 г.