Zašto je sekundarni bakar važan
Bakar je jedan od najučinkovitije recikliranih industrijskih metala. Može se više puta pretopiti bez gubitka osnovnih svojstava, ima visoku intrinzičnu vrijednost otpada koja podržava prikupljanje, a njegova tehnologija rafiniranja dobro je uspostavljena. Rezultat je da veliki udio bakra koji se danas koristi u gotovim proizvodima dolazi iz recikliranog materijala, a ne iz novoiskopanog koncentrata, a sekundarna proizvodnja je uspostavljeni dio opskrbnog lanca za šipke, žice, trake, cijevi i odljevke.
Način obrade u potpunosti ovisi o sirovini. Otprilike dvije trećine bakra dobivenog iz proizvoda na kraju--životnog vijeka čist je,-materijal visoke kakvoće kao što su žica i otpad iz mlina, koji se mogu pretopiti i koristiti izravno u proizvodnji proizvoda od bakra ili legura bakra. Preostala trećina sadrži miješane metale, premaze, okside ili plastiku i mora se rastaliti i rafinirati prije nego što se može vratiti na tržište kao rafinirani bakar. Ta je podjela osnova za dva načina iskorištavanja opisana u nastavku i objašnjava zašto je sekundarna talionica organizirana oko kvalitete otpada, a ne oko jednog fiksnog procesa.
Klasifikacija otpada i dva načina korištenja
Prvi put je izravno korištenje. Čisti, razvrstani otpad poznate kemije se topi i lijeva u rafinirani bakar ili u bakrenu leguru, te dolazi do korisnika kao gotov materijal bez prolaska kroz elektrolizu. Vrste prikladne za izravnu upotrebu uključuju svijetlu golu žicu, čiste ostatke mlina, sabirnice i teški bakar iz rashodovane opreme.
Drugi put je neizravno korištenje. Otpad koji je onečišćen, oksidiran ili miješanog sastava najprije se topi u anodnu ploču, a zatim se elektrolitički rafinira u katodni bakar, koji je ekvivalentan primarno rafiniranom bakru za većinu daljnjih namjena. Korak rafiniranja je ono što uklanja nečistoće koje se koncentriraju u koraku taljenja i to je razlog zašto neizravni put može prihvatiti kvalitetu otpada koji bi bio neupotrebljiv u peći za ponovno taljenje.
Unutar neizravnog puta proces se dalje klasificira prema stupnju otpada: materijal visokog-razreda može se pročistiti u kratkom slijedu, dok materijal niskog-razreda zahtjeva duži slijed s više stvaranja troske i više uklanjanja nečistoća. Izrazi jedan-faza, dva-faza i tri-faza odnose se na broj pirometalurških koraka prije elektrolize.
Rute taljenja u jednoj-fazi, dvije-faze i tri-faze
Tri rute se razlikuju po tome koliko se mora izvršiti nadogradnja prije nego što se anoda izlije. Izbor je vođen sadržajem bakra, spektrom nečistoća u otpadu i kapacitetom dostupnih peći.
| Ruta | Tipična hrana | Redoslijed procesa |
|---|---|---|
| Jedna-faza | Visok{0}}bakar, iznad otprilike 98 % bakra, kao što je teški bakar, čista sabirnica i elektrolitski ostatak | Puni se izravno u peć za rafiniranje anode, rafinira vatrom do anode, zatim elektrolitičko rafinira do katode |
| Dvije-faze | Srednje{0}}otpad koji zahtijeva topljenje i uklanjanje sumpora ili nečistoća | Peć za taljenje do sirovog bakra, zatim peć za rafiniranje anode, zatim elektrolitičko rafiniranje |
| Tri-faze | Nisko{0}}mješoviti otpad i otpad koji-sadrži bakar, koji sadrži od nekoliko postotaka bakra naviše | Peć za taljenje do matiranog ili sirovog bakra, puhanje pretvarača, rafiniranje anode, elektrolitičko rafiniranje |
Jednofazni -put je najkraći i energetski najučinkovitiji, ali zahtijeva čisto punjenje jer ne postoji međufaza u kojoj se nečistoće mogu odbaciti u trosku. Dvo-fazni put dodaje korak taljenja i puhanja, koji omogućuje obradu oksidiranog i djelomično kontaminiranog materijala i proizvodnju sirovog bakra koji se zatim rafinira. Tro-stupanjska ruta je najfleksibilnija i može prihvatiti sirovine s vrlo niskim sadržajem bakra, jer peć za taljenje odvaja bakar u matiranu ili sirovu metalnu fazu dok odbacuje željezo, silicij i dio drugih nečistoća u trosku.
U tro-stupanjskom putu, otpad ni-razreda i ostaci-sa bakrom tope se u peći za taljenje, obično u šahtnoj ili visokoj peći za taljenje ili u potopljenoj-peći za taljenje s kopljem za veće kapacitete. Rastaljeni mat ili sirovi bakar prolazi u pretvarač, gdje zrak ili kisik-obogaćen mlazom oksidiraju sumpor i željezo, a preostale nečistoće djelomično se pretvaraju u trosku, a djelomično u dimnu prašinu. Prerađeni bakar se zatim rafinira vatrom u anodnoj peći, lijeva u anode i šalje u spremnik. Ruta u tri-stupnja postiže visoko obnavljanje bakra i vrijednih-nusproizvoda, a sastav dimne prašine je relativno jednostavan i stoga lakši za obradu, ali uključuje više opreme, više goriva i složeniju operaciju od kraćih ruta. U praksi većina sekundarnih postrojenja bakra kombinira dvo{11}}fazni i tro-fazni koncept tako da je potrošnja energije po toni smanjena dok je oporavak vrijednih metala maksimalan.
Rafiniranje, kontrola nečistoća i nus{0}}proizvodi
Vatreno rafiniranje u anodnoj peći ima dva cilja: oksidaciju, kojom se uklanjaju elementi koji su reaktivniji od bakra, i redukciju, kojom se uklanja višak kisika koji ostaje nakon koraka oksidacije, tako da anoda bude zdrava i čista. Faza oksidacije provodi se upuhivanjem zraka ili kisika u talinu, a faza redukcije tradicionalno koristi redukcijski plin ili materijal koji sadrži ugljik koji se ubrizgava u kupku. Temperatura i završna točka svakog stupnja pomno se kontroliraju, jer prekomjerna-oksidacija proizvodi poroznu, loše lijevu anodu, dok nedovoljno-oksidacija ostavlja zaostale nečistoće.
Elektrolitička rafinacija zatim proizvodi katodni bakar visoke čistoće. Anode su suspendirane u elektrolitu bakrenog sulfata i sumporne kiseline, a istosmjerna struja prenosi bakar s anode na katodu od nehrđajućeg čelika ili bakra, dok nečistoće ostaju u otopini ili se talože kao anodni mulj. Sluz je vrijedan nus-proizvod jer koncentrira plemenite metale, a ispušteni tok iz elektrolita se tretira kako bi se kontroliralo-nakupljanje nikla, arsena i antimona. Kontrola nečistoća u spremniku je korak koji određuje zadovoljava li katoda čistoću koja se očekuje od rafiniranog bakra.
Nečistoće koje uzrokuju najviše poteškoća u sekundarnom taljenju su olovo, kositar, cink, nikal, antimon i bizmut. Cink i olovo su hlapljivi u različitim stupnjevima i djelomično se javljaju u dimnoj prašini. Kositar, antimon i bizmut teško je ukloniti u rafiniranju vatrom i mora se upravljati pažljivim miješanjem punjenja tako da kemijski sastav anode ostane unutar prozora koji spremnik može tolerirati. Zbog toga je izračun mješavine jedan od najvažnijih kontrolnih zadataka u sekundarnom postrojenju bakra: cilj je održati sadržaj bakra dovoljno visokim, a kaznene elemente dovoljno niskim da anoda zadovolji specifikacije bez pretjeranih troškova rafiniranja.
Energija, emisije i kontrola kvalitete
Energetski argument za sekundarni bakar je jak, i to je jedan od razloga postojanja industrije. Proizvodnja bakra iz recikliranog materijala zahtijeva mali dio energije potrošene u rudarstvu i topljenju primarnog koncentrata, a često citirane brojke pokazuju da je ušteda velika većina potražnje za primarnom energijom, s odgovarajućim smanjenjem emisija sumpornog dioksida i volumena proizvedene jalovine. Korist je najveća za rutu izravne upotrebe, gdje se metal jednostavno ponovno topi, a najmanja za tro-faznu rutu, koja još uvijek uključuje visoko-temperaturno taljenje i pretvorbu.
Kontrola okoliša u modernom sekundarnom postrojenju bakra pokriva nekoliko tokova:
Dimni plin iz peći za taljenje i konverziju se hladi, čisti u sakupljačima prašine i obrađuje prije ispuštanja, pri čemu se prikupljena prašina vraća u proces oporabe metala.
Sadržaj plastike i organskih tvari u otpadu je kontroliran, jer nepotpuno izgaranje organskog materijala može generirati emisije koje sustav za pročišćavanje plina nije dizajniran za uklanjanje.
Troska se granulira i prodaje za korištenje u građevinarstvu ili se dalje obrađuje kako bi se dobio zaostali bakar.
Procesna voda se recirkulira, s odvodnom strujom koja se tretira radi uklanjanja teških metala prije ispuštanja.
Kontrola kvalitete prati proizvod, a ne proces. Anode se uzorkuju i analiziraju na bakar i na kaznene elemente, a težina i geometrija anode se kontroliraju tako da kućište spremnika radi sa stabilnom učinkovitošću struje. Katoda se uzorkuje tijekom cijelog ciklusa nanošenja i provjerava stanje površine, a gotova katoda se analizira kako bi se potvrdilo da čistoća zadovoljava zahtjeve za rafinirani bakar. Dokumentacija za izvozne kupce obično uključuje analizu svake partije katode zajedno s identitetom serije, tako da se materijal može pratiti unatrag do šarže anode i do mješavine otpada koja je proizvela.
FAQ
P: Koja je razlika između izravnog i neizravnog korištenja bakrenog otpada?
Izravna upotreba pretapa čisti, visoko{0}}otpad i lijeva ga ravno u rafinirani bakar ili leguru bakra. Neizravno korištenje topi kontaminirani ili miješani otpad u anodu, a zatim ga elektrolitički rafinira u katodni bakar.
P: Na što se odnosi jedno-fazno, dvo-fazno i tro-fazno taljenje?
Odnose se na broj pirometalurških koraka prije elektrolitičke rafinacije. Jedan-faz puni-bakar visoke kvalitete izravno u anodnu peć, dva-faza dodaje korak taljenja i puhanja, a tri-faza dodaje peć za taljenje i pretvarač prije rafiniranja anode.
P: Koji je otpad prikladan za-jednofaznu obradu?
Materijal s udjelom bakra od otprilike 98 % ili više, kao što je čisti teški bakar, sabirnice i visoko-razredni ostaci s niskim razinama kaznenih elemenata, jer kratka ruta pruža malo mogućnosti za odbacivanje nečistoća.
P: Zašto je rafiniranje anode potrebno prije elektrolize?
Oksidacija uklanja elemente koji su reaktivniji od bakra, a redukcija uklanja višak kisika koji ostaje nakon tog koraka, tako da je anoda zdrava, čista i otapa se stabilnom brzinom u kućištu spremnika. Također smanjuje količinu nečistoća koje dopiru do elektrolita.
P: Kako se rukuje olovom, kositrom i antimonom?
Njima se uglavnom upravlja miješanjem punjenja tako da kemija anode ostane unutar raspona koji spremnik može obraditi, a djelomično oksidacijom u anodnoj peći, gdje se neki od ovih elemenata pretvaraju u trosku i dimnu prašinu.
P: Je li reciklirani bakar iste kvalitete kao primarni bakar?
Katoda proizvedena elektrolitičkim rafiniranjem sekundarnih anoda ispunjava iste zahtjeve čistoće kao rafinirani bakar iz primarnog koncentrata i zamjenjiva je u daljnjim proizvodima. Kvaliteta ovisi o kontroli slijeda taljenja i rafiniranja, a ne o podrijetlu sirovine.
