Pirometalurjik eritme

Ateşle rafine etme, günümüzde bakır üretmenin ana yöntemidir ve bakır üretiminin %80 ila %90'ını oluşturur ve esas olarak sülfit cevherlerinin işlenmesine yöneliktir. Pirometalurjik bakır eritme işleminin avantajları, hammaddelerin güçlü uyarlanabilirliği, düşük enerji tüketimi, yüksek verimlilik ve yüksek metal geri kazanım oranıdır. Ateşle bakırın eritilmesi iki kategoriye ayrılabilir: birincisi, yüksek fırında eritme, yansımalı fırında eritme ve elektrikli fırında eritme gibi geleneksel işlemlerdir. İkincisi ise flaş fırın eritme ve eritme havuzu eritme gibi modern güçlendirme işlemleridir.

20. yüzyılın ortalarından bu yana öne çıkan küresel enerji ve çevre sorunları nedeniyle enerji giderek kıt hale geldi, çevre koruma düzenlemeleri giderek katılaştı ve işçilik maliyetleri giderek arttı. Bu durum, 1980'lerden beri bakır eritme teknolojisinin hızlı bir şekilde gelişmesine yol açmış, geleneksel yöntemlerin yerini yeni güçlendirme yöntemleri almaya zorlamış ve geleneksel eritme yöntemleri yavaş yavaş kullanımdan kaldırılmıştır. Daha sonra, flaş eritme ve eritme havuzu eritme gibi ileri teknolojiler ortaya çıktı; en önemli atılım, oksijenin veya zenginleştirilmiş oksijenin yaygın olarak uygulanmasıydı. Onlarca yıl süren çabalardan sonra, flaş eritme ve eriyik havuzu eritme, temel olarak geleneksel pirometalurjik proseslerin yerini aldı.

1. Ateşle eritme proses akışı

Pirometalurjik süreç temel olarak dört ana adımı içerir: mat eritme, mat bakır (mat) üfleme, ham bakırın pirometalurjik rafine edilmesi ve anot bakırın elektrolitik rafine edilmesi.

Kükürt eritme (mat bakır konsantresi): Bakır konsantresindeki demirin bir kısmını oksitlemek, cürufu çıkarmak ve yüksek bakır içerikli mat üretmek amacıyla esas olarak mat eritme yapmak için bakır konsantresi kullanır.

Mat üfleme (mat ham bakır): Matın daha fazla oksidasyonu ve cüruflanmasıyla demir ve kükürtün çıkarılması ve ham bakır üretilmesi.

Ateşle arıtma (ham bakır anot bakırı): Ham bakır, anot bakırı üretmek için oksidasyon ve cüruflama yoluyla yabancı maddelerden daha da uzaklaştırılır.

Elektrolitik arıtma (anot bakırı katot bakırı): Doğru akım uygulanarak anot bakırı çözülür ve katotta saf bakır çökeltilir. Safsızlıklar anot çamuruna veya elektrolite girer, böylece bakır ve yabancı maddelerin ayrılması sağlanır ve katot bakırı üretilir.

2. Pirometalurjik süreçlerin sınıflandırılması

(1) Hızlı eritme

Flaş eritme üç tür içerir: Inco flaş fırını, Outokumpu flaş fırını ve ConTop flaş eritme. Hızlı eritme, eritme reaksiyon sürecini güçlendirmek için ince öğütülmüş malzemelerin devasa aktif yüzeyinden tam olarak yararlanan bir eritme yöntemidir. Konsantrenin derinlemesine kurutulmasından sonra, akışla birlikte oksijenle zenginleştirilmiş hava ile reaksiyon kulesine püskürtülür. Konsantre parçacıkları uzayda 1-3 saniye boyunca asılı kalır ve yüksek sıcaklıkta oksitleyici hava akışıyla sülfit minerallerinin oksidasyon reaksiyonuna hızla maruz kalır, büyük miktarda ısı açığa çıkar ve mat üretim süreci olan eritme reaksiyonunu tamamlar. Reaksiyon ürünleri çökeltme için flaş fırının çökeltme tankına düşer ve bakır matı ve cürufu daha da ayrılır. Bu yöntem esas olarak bakır ve nikel gibi sülfür cevherlerinin mat eritilmesi için kullanılır.

Hızlı eritme, 1950'lerin sonlarında üretime başladı ve sürekli iyileştirme yoluyla enerji tasarrufu ve çevre korumada elde edilen önemli başarılar nedeniyle 40'tan fazla işletmede desteklendi ve uygulandı. Bu proses teknolojisinin büyük üretim kapasitesi, düşük enerji tüketimi ve düşük kirlilik gibi avantajları vardır. Tek bir sistemin maksimum bakır cevheri üretim kapasitesi 400.000 t/yıl'ın üzerine çıkabilir; bu, 200.000 t/yıl'ın üzerindeki ölçeğe sahip fabrikalar için uygundur. Bununla birlikte, ham maddelerin nem içeriği %0,3'ten az olacak şekilde derin bir şekilde kurutulması, konsantre parçacık boyutunun 1 mm'den küçük olması ve ham maddelerdeki kurşun ve çinko gibi yabancı maddelerin %6'yı geçmemesi gerekmektedir. Prosesin dezavantajları karmaşık ekipman, yüksek duman ve toz oranı ve seyreltme işlemi gerektiren cüruftaki yüksek bakır içeriğidir.

2) Erimiş havuz eritme

Eritme havuzu eritme işlemi Tenente bakır eritme yöntemini, Mitsubishi yöntemini, Osmet yöntemini, Vanukov bakır eritme yöntemini, Isa eritme yöntemini, Noranda yöntemini, üstten üflemeli döner dönüştürücü yöntemini (TBRC), gümüş bakır eritme yöntemini, Shuikoushan bakırını içerir eritme yöntemi ve Dongying alttan üflemeli oksijen açısından zengin eritme yöntemi. Eriyik havuzunda eritme, eriyiğe hava veya endüstriyel oksijen üflerken eriyiğe ince sülfit konsantresi ekleme ve eritme işlemini şiddetli şekilde karıştırılan bir erimiş havuzda güçlendirme işlemidir. Erimiş havuza üflenen havanın uyguladığı basınç nedeniyle kabarcıklar havuz boyunca yükselerek "eriyik sütununun" hareket etmesine neden olur ve böylece eriyiğe önemli bir girdi sağlanır. Fırın tipleri yatay, dikey, döner veya sabit olmak üzere üç tip üfleme yöntemi vardır: yandan üfleme, üstten üfleme ve alttan üfleme.

Havuz eritme 1970'lerde sanayide uygulandı. Erimiş havuzun eritme işlemindeki iyi ısı ve kütle transferi etkileri nedeniyle, metalurjik işlem büyük ölçüde güçlendirilebilir, böylece ekipman verimliliğinin artırılması ve eritme işleminde enerji tüketiminin azaltılması hedefine ulaşılabilir. Üstelik fırın malzemelerine yönelik gereksinimler yüksek değildir. Kuru, ıslak, büyük ve toz halindeki çeşitli konsantre türleri uygundur. Fırın küçük bir hacme, düşük ısı kaybına ve iyi enerji tasarrufuna ve çevre korumasına sahiptir. Özellikle duman ve toz oranı flaş ergitmeye göre çok daha düşüktür.