ذوب پیرومتالورژی

پالایش با آتش روش اصلی تولید مس امروزی است که 80 تا 90 درصد تولید مس را به خود اختصاص می‌دهد، عمدتاً برای تصفیه سنگ‌های سولفیدی. مزایای ذوب مس پیرومتالورژیکی سازگاری قوی مواد خام، مصرف کم انرژی، راندمان بالا و نرخ بازیافت فلز بالا است. ذوب مس با آتش را می توان به دو دسته تقسیم کرد: یکی فرآیندهای سنتی، مانند ذوب کوره بلند، ذوب کوره طنین دار و ذوب کوره الکتریکی. دوم، فرآیندهای تقویتی مدرن، مانند ذوب کوره فلاش و ذوب استخر مذاب.

با توجه به مسائل برجسته جهانی انرژی و محیط زیست از اواسط قرن بیستم، انرژی به طور فزاینده ای کمیاب شده است، مقررات حفاظت از محیط زیست به طور فزاینده ای سختگیرانه شده است و هزینه های نیروی کار به تدریج افزایش یافته است. این امر منجر به توسعه سریع فناوری ذوب مس از دهه 1980 شد و روش های سنتی را مجبور کرد که با روش های جدید تقویت جایگزین شوند و روش های ذوب سنتی به تدریج کنار گذاشته شدند. متعاقباً، فناوری‌های پیشرفته‌ای مانند ذوب سریع و ذوب استخر مذاب پدیدار شدند که مهمترین پیشرفت آن استفاده گسترده از اکسیژن یا اکسیژن غنی شده بود. پس از چندین دهه تلاش، ذوب سریع و ذوب استخر ذوب اساساً جایگزین فرآیندهای پیرومتالورژی سنتی شده است.

1. جریان فرآیند ذوب در آتش

فرآیند پیرومتالورژی عمدتاً شامل چهار مرحله اصلی است: ذوب مات، دمش مات مس (مات)، پالایش پیرومتالورژی مس خام، و پالایش الکترولیتی مس آند.

ذوب گوگرد (کنسانتره مس مات): عمدتاً از کنسانتره مس برای ایجاد ذوب مات استفاده می‌کند، با هدف اکسید کردن مقداری آهن در کنسانتره مس، حذف سرباره و تولید مات با محتوای مس بالا.

دمیدن مات (مس خام مات): اکسیداسیون و سرباره شدن بیشتر مات برای حذف آهن و گوگرد از آن و تولید مس خام.

پالایش آتش (مس آند مس خام): مس خام بیشتر با اکسیداسیون و سرباره کردن از ناخالصی ها حذف می شود تا مس آند تولید شود.

پالایش الکترولیتی (مس کاتد مس آند): با وارد کردن جریان مستقیم، مس آند حل می‌شود و مس خالص در کاتد رسوب می‌کند. ناخالصی ها وارد گل آند یا الکترولیت می شوند و از این طریق مس و ناخالصی ها جدا شده و مس کاتدی تولید می شود.

2. طبقه‌بندی فرآیندهای پیرومتالورژی

(1) ذوب فلاش

ذوب فلش شامل سه نوع است: کوره فلاش Inco، کوره فلاش Outokumpu، و ذوب فلاش ConTop. ذوب فلاش یک روش ذوب است که به طور کامل از سطح فعال عظیم مواد ریز آسیاب شده برای تقویت فرآیند واکنش ذوب استفاده می کند. پس از خشک شدن عمیق کنسانتره، با هوای غنی شده با اکسیژن همراه با شار به داخل برج واکنش اسپری می شود. ذرات کنسانتره به مدت 1-3 ثانیه در فضا معلق می شوند و به سرعت تحت واکنش اکسیداسیون کانی های سولفیدی با جریان هوای اکسید کننده با دمای بالا قرار می گیرند و مقدار زیادی گرما آزاد می شود و واکنش ذوب را تکمیل می کند که فرآیند تولید مات است. محصولات واکنش برای ته نشینی به مخزن ته نشینی کوره فلاش می افتند و مات مس و سرباره را بیشتر از هم جدا می کنند. این روش عمدتا برای ذوب مات سنگ معدن سولفیدی مانند مس و نیکل استفاده می شود.

ذوب فلش در اواخر دهه 1950 شروع به تولید کرد و به دلیل دستاوردهای قابل توجه در حفظ انرژی و حفاظت از محیط زیست از طریق بهبود مستمر، در بیش از 40 شرکت ترویج و اعمال شده است. این فناوری فرآیند دارای مزایای ظرفیت تولید زیاد، مصرف انرژی کم و آلودگی کم است. حداکثر ظرفیت تولید سنگ مس در یک سیستم واحد می تواند به بیش از 400000 تن در هر سال برسد که برای کارخانه هایی با مقیاس بیش از 200000 تن در هر ساعت مناسب است. با این حال، لازم است که مواد خام عمیقا خشک شود تا رطوبت کمتر از 0.3٪، اندازه ذرات کنسانتره کمتر از 1 میلی متر باشد، و ناخالصی هایی مانند سرب و روی در مواد خام نباید بیش از 6٪ باشد. معایب این فرآیند تجهیزات پیچیده، میزان دود و گرد و غبار بالا و میزان بالای مس در سرباره است که نیاز به عملیات رقیق سازی دارد.

2) ذوب استخر مذاب

ذوب استخر مذاب شامل روش ذوب مس Tenente، روش میتسوبیشی، روش Osmet، روش ذوب مس وانوکوف، روش ذوب ایسا، روش نوراندا، روش مبدل روتاری با دمش بالا (TBRC)، روش ذوب مس نقره، روش ذوب مس نقره ای، روش ذوب مس Shunik است. روش ذوب، و روش ذوب غنی از اکسیژن دمیده Dongying. ذوب استخر مذاب فرآیندی است که در آن کنسانتره سولفید ریز به مذاب اضافه می‌شود و در حین دمیدن هوا یا اکسیژن صنعتی به مذاب، و تقویت فرآیند ذوب در یک حوضچه مذاب به شدت هم زده می‌شود. به دلیل فشاری که توسط هوای دمنده بر حوضچه مذاب وارد می شود، حباب ها از داخل حوضچه بالا می روند و باعث حرکت "ستون مذاب" می شوند و بنابراین ورودی قابل توجهی به مذاب می دهند. انواع کوره آن شامل افقی، عمودی، دوار یا ثابت است و سه نوع روش دمیدن وجود دارد: دمیدن جانبی، دمیدن از بالا و دمیدن پایین.

ذوب استخر در دهه 1970 در صنعت استفاده شد. با توجه به اثرات خوب انتقال حرارت و جرم در فرآیند ذوب استخر مذاب، فرآیند متالورژی را می توان تا حد زیادی تقویت کرد و به هدف بهبود بهره وری تجهیزات و کاهش مصرف انرژی در فرآیند ذوب دست یافت. علاوه بر این، الزامات برای مواد کوره زیاد نیست. انواع کنسانتره خشک، مرطوب، بزرگ و پودری مناسب هستند. این کوره دارای حجم کم، اتلاف حرارت کم و حفظ انرژی و حفاظت از محیط زیست است. به خصوص، میزان دود و گرد و غبار به طور قابل توجهی کمتر از ذوب سریع است.