Fusione pirometallurgica

La raffinazione a fuoco è oggi il metodo principale di produzione del rame, rappresentando dall'80% al 90% della produzione di rame, principalmente per il trattamento dei minerali solforati. I vantaggi della fusione pirometallurgica del rame sono la forte adattabilità delle materie prime, il basso consumo energetico, l'elevata efficienza e l'elevato tasso di recupero del metallo. La fusione del rame mediante fuoco può essere suddivisa in due categorie: la prima riguarda i processi tradizionali, come la fusione in altoforno, la fusione in forno a riverbero e la fusione in forno elettrico. Il secondo sono i moderni processi di rafforzamento, come la fusione in forni flash e la fusione in pool di fusione.

A causa delle importanti questioni energetiche e ambientali globali a partire dalla metà del XX secolo, l'energia è diventata sempre più scarsa, le normative sulla protezione ambientale sono diventate sempre più rigide e il costo del lavoro è gradualmente aumentato. Ciò ha portato al rapido sviluppo della tecnologia di fusione del rame a partire dagli anni ’80, costringendo i metodi tradizionali a essere sostituiti da nuovi metodi di rafforzamento, e i metodi di fusione tradizionali sono stati gradualmente eliminati. Successivamente sono emerse tecnologie avanzate come la fusione rapida e la fusione in pool di fusione, la cui svolta più importante è stata l’applicazione diffusa dell’ossigeno o dell’ossigeno arricchito. Dopo decenni di sforzi, la fusione rapida e la fusione in pool di fusione hanno sostanzialmente sostituito i tradizionali processi pirometallurgici.

1. Flusso del processo di fusione del fuoco

Il processo pirometallurgico comprende principalmente quattro fasi principali: fusione opaca, soffiaggio opaco (opaco) del rame, raffinazione pirometallurgica del rame grezzo e raffinazione elettrolitica del rame anodico.

Fusione di zolfo (concentrato di rame opaco): utilizza principalmente concentrato di rame per effettuare la fusione opaca, con l'obiettivo di ossidare parte del ferro nel concentrato di rame, rimuovere scorie e produrre opaco con un alto contenuto di rame.

Soffiatura della opaca (rame grezzo opaco): ulteriore ossidazione e scorificazione della opaca per rimuovere ferro e zolfo da essa, producendo rame grezzo.

Raffinazione a fuoco (rame grezzo anodico): il rame grezzo viene ulteriormente rimosso dalle impurità mediante ossidazione e scoria per produrre rame anodico.

Raffinazione elettrolitica (anodo di rame, catodo di rame): introducendo corrente continua, il rame dell'anodo si dissolve e il rame puro viene precipitato sul catodo. Le impurità entrano nel fango o nell'elettrolita dell'anodo, ottenendo così la separazione del rame e delle impurità e producendo il rame del catodo.

2. Classificazione dei processi pirometallurgici

(1) Fusione rapida

La fusione rapida comprende tre tipi: forno rapido Inco, forno rapido Outokumpu e fusione rapida ConTop. La fusione rapida è un metodo di fusione che sfrutta appieno l'enorme superficie attiva dei materiali finemente macinati per rafforzare il processo di reazione di fusione. Dopo l'essiccazione profonda del concentrato, questo viene spruzzato nella torre di reazione con aria arricchita di ossigeno insieme al flusso. Le particelle concentrate vengono sospese nello spazio per 1-3 secondi e subiscono rapidamente la reazione di ossidazione dei minerali solforati con un flusso d'aria ossidante ad alta temperatura, rilasciando una grande quantità di calore, completando la reazione di fusione, che è il processo di produzione della opaca. I prodotti della reazione cadono nella vasca di sedimentazione del forno flash per la sedimentazione, separando ulteriormente la metallina di rame e le scorie. Questo metodo viene utilizzato principalmente per la fusione opaca di minerali di solfuro come rame e nichel.

La fusione rapida ha iniziato la produzione alla fine degli anni '50 ed è stata promossa e applicata in più di 40 imprese grazie ai risultati significativi nel risparmio energetico e nella protezione ambientale attraverso il miglioramento continuo. Questa tecnologia di processo presenta i vantaggi di una grande capacità produttiva, di un basso consumo energetico e di un basso inquinamento. La capacità massima di produzione di minerale di rame di un singolo sistema può raggiungere oltre 400.000 t/a, il che è adatto per fabbriche con una scala superiore a 200.000 t/a. Tuttavia, è necessario che le materie prime siano essiccate in profondità con un contenuto di umidità inferiore allo 0,3%, una dimensione delle particelle concentrate inferiore a 1 mm e che le impurità come piombo e zinco nelle materie prime non superino il 6%. Gli svantaggi del processo sono l'attrezzatura complessa, l'elevato tasso di fumo e polvere e l'elevato contenuto di rame nelle scorie, che richiede un trattamento di diluizione.

2) Fusione della pozza fusa

La fusione del pool di fusione comprende il metodo di fusione del rame Tenente, il metodo Mitsubishi, il metodo Osmet, il metodo di fusione del rame Vanukov, il metodo di fusione Isa, il metodo Noranda, il metodo del convertitore rotativo soffiato dall'alto (TBRC), il metodo di fusione del rame argento, il rame Shuikoushan metodo di fusione e metodo di fusione ricco di ossigeno soffiato dal fondo Dongying. La fusione in pool di fusione è il processo di aggiunta di concentrato di solfuro fine alla fusione mentre si soffia aria o ossigeno industriale nella fusione e si rafforza il processo di fusione in una piscina fusa fortemente agitata. A causa della pressione esercitata dall'aria soffiata sul bagno di fusione, le bolle salgono attraverso il bagno, provocando il movimento della "colonna di fusione", fornendo così un input significativo alla fusione. I suoi tipi di forno includono orizzontale, verticale, rotativo o fisso e esistono tre tipi di metodi di soffiaggio: soffiaggio laterale, soffiaggio dall'alto e soffiaggio dal basso.

La fusione in pool è stata applicata nell'industria negli anni '70. Grazie ai buoni effetti di trasferimento di calore e massa nel processo di fusione del bagno di fusione, il processo metallurgico può essere notevolmente rafforzato, raggiungendo l'obiettivo di migliorare la produttività delle apparecchiature e ridurre il consumo di energia nel processo di fusione. Inoltre, i requisiti per i materiali del forno non sono elevati. Sono adatti vari tipi di concentrati, secchi, umidi, grandi e in polvere. Il forno ha un volume ridotto, una bassa perdita di calore e un buon risparmio energetico e protezione ambientale. In particolare, il tasso di fumo e polvere è significativamente inferiore a quello della fusione rapida.