Dva puta od rude do rafiniranog bakra
Taljenjem bakra iskopana rudača se pretvara u metal čistoće koju zahtijevaju mlinovi sa žicom i cijevni mlinovi, a industrija koristi dva puta do tamo. Pirometalurško taljenje radi na visokoj temperaturi na sulfidnim koncentratima i čini otprilike 80 do 90% svjetske proizvodnje rafiniranog bakra. Hidrometalurška obrada otapa bakar iz oksidnih ruda i nisko-kvalitetnih ili složenih materijala u otopini za ispiranje i obnavlja ga ekstrakcijom otapalom i elektrodobivanjem, doprinoseći preostalih 10 do 20%. Ova dva puta se više nadopunjuju nego što se natječu: sulfidi nose većinu svjetskih rezervi bakra, a također i plemenite metale koji se moraju obnoviti, dok se oksidi i miješane rude bolje obrađuju ispiranjem.
Pirometalurško taljenje: četiri koraka
Konvencionalna pirometalurgija bakra odvija se kroz četiri uzastopna koraka, od kojih svaki uklanja određenu skupinu nečistoća.
| Korak | Ulazni | Izlaz | Što je uklonjeno |
|---|---|---|---|
| Mat taljenje | Koncentrat bakra plus topilac | Bakreni mat | Željezo oksidirano i uklonjeno u trosku |
| Pretvaranje | Bakreni mat | Blister bakar | Preostalo željezo i sumpor |
| Pročišćavanje vatrom | Blister bakar | Anodni bakar | Zaostale nečistoće, prilagođen kisik |
| Elektrorafiniranje | Anodni bakar | Katodni bakar, 99,99% | Nečistoće se javljaju na anodni mulj i elektrolit |
Taljenje mat je osmišljeno da oksidira frakciju željeznog sulfida u koncentratu, a da pritom zadrži bakar u sulfidnom matu koji se neće odvojiti. Pretvorbom se propušta zrak ili zrak-obogaćen kisikom kroz rastaljeni mat tako da preostali sumpor oksidira, a željezo se šljapi, ostavljajući blister bakar. Vatreno rafiniranje zatim oksidira i uklanja posljednje reaktivne nečistoće i prilagođava sadržaj kisika prije nego što se metal lije u anode. Elektrorafiniranje je korak pročišćavanja: istosmjerna struja otapa anodu i taloži čisti bakar na katodi, dok većina nečistoća ostaje u elektrolitu ili tone u anodni mulj, iz kojeg se kasnije izdvajaju zlato, srebro i metali platinske skupine.
Moderne tehnologije taljenja
Od 1980-ih industrija se udaljila od reverberacijskog taljenja i taljenja u visokim pećima prema intenziviranim procesima-temeljenim na kisiku s boljim povratom energije i strožom kontrolom emisije.
Brzo taljenje duboko suši koncentrat, a zatim ga ubrizgava s fluksom i zrakom-obogaćenim kisikom u reakcijski toranj. Fine čestice ostaju suspendirane jednu do tri sekunde i gotovo trenutno oksidiraju, oslobađajući dovoljno topline za održavanje reakcije, tako da se proces približava autogenom radu. Vrijeme zadržavanja je kratko, protok po jedinici je visok, a otpadni-plin je bogat sumpornim dioksidom i stoga ga je lako pretvoriti u sumpornu kiselinu. Brzo taljenje zahtijeva duboko sušenje, finu i postojanu veličinu čestica i kontrolu olova i cinka u sirovini.
Taljenje u kupelji ubrizgava zrak ili kisik izravno u rastaljenu kupelj, pomoću cijevi s bočnim-puhanjem, gornjim-puhanjem ili donjim-puhanjem. Snažno miješanje daje izvrstan prijenos topline i mase, tolerira širi raspon vlažnosti i veličine čestica nego brzo taljenje, i općenito proizvodi manje prašine, po cijenu većeg trošenja vatrostalnog materijala i složenijeg dizajna peći.
Koncepti kontinuirane pretvorbe i jedne-peći kombiniraju taljenje matte i pretvorbu kako bi se uklonilo šaržno rukovanje lonacima, smanjila potrošnja energije i stabilizirao sastav-plina za kiselinska postrojenja.
Priprema hrane je jednako važna kao i izbor peći. Koncentrati se suše, miješaju i analiziraju tako da kemija punjenja ostane unutar raspona za koji je peć projektirana; prekomjerna količina olova i cinka u sirovini povećava viskoznost troske, povećava cirkulacijska opterećenja i skraćuje vijek trajanja vatrostalnog materijala, a visoka vlažnost uzrokuje probleme s punjenjem i eksplozije pare.
Hidrometalurgija i ruta SX-EW
Hidrometalurška proizvodnja bakra otapa bakar iz rude ili koncentrata i potom ga elektrokemijski obnavlja. Ruta ima četiri koraka.
Ispiranje: bakar se otopi u sumpornoj kiselini, amonijačnoj tekućini ili otopini željeznog sulfata. Oksidna ruda može se ispirati izravno, materijal niske-vrijednosti ispira se u hrpi ili na deponiji, a sulfidni koncentrati zahtijevaju fino mljevenje, prženje ili ispiranje pod pritiskom.
Ekstrakcija otapalom: početna otopina za ispiranje dovodi se u kontakt s organskim ekstraktantom koji selektivno prenosi bakar u organsku fazu i odbacuje željezo i druge nečistoće.
Skidanje: napunjena organska faza dolazi u kontakt s jakom kiselinom, prenoseći pročišćeni bakar natrag u vodeni elektrolit.
Električno dobivanje: struja prolazi kroz pročišćeni elektrolit, a bakar se taloži na katode od nehrđajućeg čelika kao katodni bakar visoke-čistoće.
Prednosti rute su niska kapitalna intenzivnost, prikladnost za naslage oksida i niskog -razdjela, niska potražnja za energijom u usporedbi s taljenjem i odsutnost emisija sumpornog dioksida kada se ne tretira sulfid. Njegova ograničenja su sporiji ciklus, poteškoće u obradi halkopiritnog koncentrata u komercijalnoj mjeri, veća osjetljivost na razine nečistoća u elektrolitu i slabiji oporavak plemenitih metala u usporedbi s putem taljenja.
Kontrola okoliša i trendovi u industriji
Moderne talionice hvataju sumporni dioksid iz peći-plina u kiselinskom postrojenju, obnavljajući ga kao sumpornu kiselinu umjesto da ga ispuštaju; stope oporabe u najboljim postrojenjima premašuju 95% unosa sumpora, a sada se primjenjuju stroga ograničenja za koncentracije rezidualnih emisija. Otpadna toplina iz peći i pretvarača se obnavlja kao para za proizvodnju električne energije. Troska se granulira i prodaje industriji cementa i građevinarstvu ili se ponovno prerađuje u peći za čišćenje troske kako bi se povratio uneseni bakar, a procesna voda se recirkulira u zatvorenim krugovima. Uz kontrolu emisija, trendovi koji preoblikuju taljenje bakra su veće obogaćivanje kisikom, autogeni i-samozagrijavajući rad, kontinuirana umjesto serijske pretvorbe, veći kapacitet jedne-linije i potpuna računalna-kontrola procesa koja omogućuje jednoj liniji operatera da upravlja mnogo većom peći. Skup-male i tehnološki zastarjele talionice nastavljaju se zatvarati, dok veće tvornice ulažu u automatizaciju i bolju oporabu zaostalog bakra i vrijednih-nusproizvoda.
FAQ
P: Koja su dva glavna pravca taljenja bakra?
Pirometalurško taljenje sulfidnih koncentrata, koje daje otprilike 80% rafiniranog bakra, i hidrometalurško ispiranje s ekstrakcijom otapalom i elektrodobivanjem, koje daje većinu ostatka iz oksida i nisko-razinskih ruda.
P: Što je bakreni mat?
Mat je rastaljeni bakar-željezni sulfid proizveden u prvom koraku taljenja. Koncentrira bakar i odbacuje oksidirano željezo u trosku, a to je napajanje za korak pretvorbe.
P: Zašto je potrebna elektrorafinacija?
Pročišćavanje vatrom ostavlja otprilike 99% čistog bakra, što je nedovoljno za električnu upotrebu. Elektrorafinacija otapa anodu i taloži bakar čistoće 99,99%, dok se nečistoće hvataju u elektrolitu i anodnoj sluzi.
P: Što znači SX-EW?
Ekstrakcija otapalom i elektrodobivanje, dvije faze koje pročišćavaju i zatim obnavljaju bakar iz otopine za ispiranje da bi se proizveo katodni bakar.
P: Koji se postupak koristi za oksidnu bakrenu rudu?
Oksidna ruda se ne može ekonomično koncentrirati flotacijom, pa se ispira kiselinom, pročišćava ekstrakcijom otapalom i obnavlja elektrodobivanjem.
P: Kako se kontrolira sumporni dioksid iz taljenja?
Sumporni dioksid u otpadnom -plinu iz peći pretvara se u sumpornu kiselinu u kiselinskom postrojenju, vraćajući većinu sumpora kao proizvod koji se može prodati i zadržavajući emisije iz dimnjaka na strogo reguliranim granicama.
