I. Panoramica delle materie prime
1. Minerali-di alta qualità
Compresi concentrati di rame (principalmente minerali di solfuro) ottenuti attraverso la lavorazione dei minerali, minerali grezzi di alta-gradazione e minerali di rame nativi.
2. Minerali-di bassa qualità
Si riferiscono principalmente a minerali di rame di bassa qualità-, rocce di scarto contenenti rame-, minerali di ossido refrattario, pilastri minerari e sterili di arricchimento difficili da recuperare utilizzando le tecnologie di lavorazione dei minerali esistenti.
3. Materie prime di rame riciclato
Principalmente vari rottami di rame, tra cui:
Rottami di rame puro e rottami di leghe di rame generati da imprese di lavorazione di metalli non-ferrosi (incluso rame-contenente ceneri e scorie).
Rottami di rame provenienti da settori industriali che producono beni di consumo (compresi scarti di lavorazione, trucioli, prodotti di scarto, parti di macchine usate e rifiuti di impianti elettrici).
Rame di scarto sociale (ad esempio, cavi di scarto, elettrodomestici usati).
Rottami di metalli non-ferrosi provenienti dalle industrie militari e di difesa nazionale (principalmente bossoli, apparecchiature elettroniche e di comunicazione di scarto, impianti elettrici di scarto e parti smontate di apparecchiature militari dismesse).
4. Rifiuti contenenti rame-
Principalmente rame-contenente rifiuti pericolosi (codice: HW22) provenienti da settori quali la produzione di vetro, l'arricchimento e la fusione di metalli non-ferrosi e la produzione di componenti elettronici, tra cui:
Fanghi derivanti dalla galvanoplastica del rame.
Scorie e fanghi derivanti dai processi di fusione del rame.
Soluzioni di incisione del rame di scarto e fanghi derivanti dalla produzione di circuiti stampati e dall'incisione di lastre di rame.
Fanghi generati dal trattamento acido dell'ossido di rame.
Residui da concentratori di rame.
Rame opaco proveniente dalle fonderie di piombo.
II. Fusione di concentrati di rame
1. Processi di fusione tradizionali
I processi pirometallurgici tradizionali per i concentrati di rame comprendono principalmente la fusione in forno a riverbero, la fusione in altoforno e la fusione in forno elettrico. Prima della fusione è necessario un corrispondente pretrattamento.
1.1 Pretrattamento dei concentrati di rame
Comprende la miscelazione e lo stoccaggio del minerale, la frantumazione, l'essiccazione (essiccazione a tamburo rotante, essiccazione rapida) e la tostatura.
1.1.1 Tostatura ossidativa dei concentrati di rame
Regola il grado di opaca per la fusione in forno a riverbero o elettrico, rimuove parte dello zolfo per la produzione di acido solforico e ottiene aggregati sinterizzati adatti alla produzione.
1.1.2 Torrefazione solfatante di concentrati di rame
Utilizzato nei processi idrometallurgici per produrre rame elettrosaldato (utilizzato raramente) e solfato di rame (utilizzato da poche imprese).
1.1.3 Tecnologia di tostatura
La tecnologia di tostatura a letto fluido è generalmente adottata per la tostatura del concentrato di rame.
1.2 Processo di fusione
1.2.1 Materie prime e ausiliari
Materie prime: concentrati verdi, minerali tostati o loro miscele.
Fondenti: Quarzite.
Fondenti: quarzite (SiO₂ 85-90%) e calcare (CaO maggiore o uguale al 50%) come formatori di scorie.
Combustibili: carbone polverizzato, olio pesante, gas naturale e coke (elettricità per forni elettrici).
Materiali di ritorno: polveri di scarico, materiali freddi e scorie di conversione generate durante la fusione.
1.2.2 Reazioni chiave
Decomposizione dei composti
Decomposizione della calcopirite (CuFeS₂): CuFeS₂ → CuS₂ + FeS + S
Decomposizione ad alta-solfuro di ferro: FeS₂ → FeS + S
Decomposizione del carbonato: CaCO₃ (carbonato di calcio) → CaO + CO₂ (simile al carbonato di magnesio)
Ossidazione dei solfuri
FeS + O₂ → FeO + SO₂ (parziale)
S + O₂ → SO₂
MeS (altri solfuri metallici) + O₂ → MeO + SO₂
Reazione di formazione della opacaSolfuro di rame (CuS₂), solfuro di ferro (FeS) e altri solfuri metallici reagiscono per formare opaca di rame: CuS₂ + FeS → CuS₂·FeS (contenente altri solfuri metallici)
Reazione di formazione delle scorie Gli ossidi metallici si combinano per formare scorie fuse: FeO + CaO + SiO₂ → FeO·CaO·SiO₂ (scorie ternarie comuni nella fusione di materiali non ferrosi)
1.2.3 Prodotti principali
Rame opaco: un composto di più solfuri metallici, composto principalmente da rame, ferro e zolfo (contenuto di Cu ~ 30%), inviato ai convertitori per la produzione di rame blister.
Scorie: un composto di più ossidi metallici (principalmente ossidi di ferro, silicio e calcio), raffreddati in acqua-per diventare scorie granulate in acqua-(utilizzate come materia prima nell'industria dei materiali da costruzione, ad es. cementifici, fabbriche di mattoni).
Polveri di scarico: un prodotto di recupero di metalli volatili (ad esempio piombo, zinco, antimonio).
1.3 Fusione nel forno a riverbero
Forno metallurgico orizzontale che fonde i metalli riscaldando direttamente i materiali con la fiamma, costituito da tre parti principali: dispositivo di combustione, camera di fusione e canna fumaria. L'intero focolare del forno è una camera di fusione rettangolare rivestita di materiali refrattari.
Struttura: fondazione del forno, focolare, parete del forno, tetto del forno, porta di caricamento, porta di scarico del prodotto e canna fumaria. Le apparecchiature ausiliarie comprendono dispositivi di ricarica, dispositivi di scoppio, dispositivi di scarico del fumo e dispositivi di utilizzo del calore di scarto.
Materiali refrattari: i tetti dei forni a forma di arco- utilizzano mattoni di silice; i tetti e le pareti laterali dei forni sospesi utilizzano mattoni di magnesia, mattoni di magnesia-cromo, mattoni di cromo-magnesia o mattoni di magnesia-allumina; i focolari sono sinterizzati con sabbia ferrosa di magnesia-(ossido di magnesio e ossido di ferro).
Vantaggi: struttura semplice, investimento basso, ampia adattabilità ai combustibili e alle materie prime (adatto per materiali a grana fine-), funzionamento semplice su larga-scala e basso costo.
Svantaggi: elevato consumo di carburante, grande volume di gas di scarico, bassa concentrazione di SO₂ (difficile da recuperare, causa inquinamento ambientale).
Miglioramenti: getto arricchito di ossigeno-, riduzione delle perdite d'aria o iniezione di ossigeno di concentrati nel forno per aumentare la capacità di produzione e la concentrazione di SO₂ (produzione di acido solforico a bassa-concentrazione tramite processo Topsøe).
1.4 Fusione in altoforno
Un forno fusorio verticale costituito da una base del forno, un focolare, un pozzo, la parte superiore del forno e una canna fumaria. Il piano forno è dotato di bocchette di carico e scarico fumi; su entrambi i lati dell'albero inferiore sono disposte più porte d'aria per l'esplosione; il crogiolo è dotato di porte di scarico e svuotamento del materiale fuso (una porta di scarico per il crogiolo principale).
Struttura: struttura completa della camicia d'acqua- (focolare, pozzo, parte superiore del forno e canna fumaria utilizzano camicie d'acqua evaporative per migliorare l'efficienza termica totale-oltre 4 tonnellate di vapore per metro quadrato di forno all'ora).
Attrezzatura di sabbiatura: Soffianti centrifughe (soffianti per radici per piccoli forni).
Processo: la carica del forno (coke + fondente + concentrato) viene aggiunta dall'alto; l'aria viene soffiata dalle porte d'aria inferiori. La combustione del coke nell'area dell'aeroporto aumenta la temperatura oltre i 1200 gradi. I materiali che scendono lentamente subiscono preriscaldamento, disidratazione, decomposizione, formazione di opaca e formazione di scorie. Le fusioni ad alta-temperatura cadono nel focolare, vengono separate mediante sedimentazione e scaricate rispettivamente dall'apertura per le scorie e dall'apertura per il materiale opaco.
Post-trattamento: le scorie vengono raffreddate in acqua-(utilizzate come materiali da costruzione); il opaco viene inviato ai convertitori PS per la produzione di rame blister; i gas di combustione vengono raffreddati (preriscaldatore d'aria + raffreddatore di superficie), depolverati (filtro a maniche), desolforati (torre di spruzzatura alcalina) e scaricati a norma.
1.5 Conversione rame opaco
1.5.1 Struttura del convertitore
Un forno fusorio a bagno orizzontale rotante per la conversione dell'acciaio e della metallina (convertitore PS per la conversione della metallina del rame). Il corpo del forno è cilindrico, disposto orizzontalmente, realizzato in piastre di acciaio da caldaia, con strutture di testa alle due estremità e rivestito con materiali refrattari (mattoni di magnesia). Un'estremità è dotata di un foro per la combustione dell'olio pesante.
Componenti chiave:
Sistema di combustione dell'olio pesante (per l'essiccazione in forno e la conservazione del calore, rimosso durante la produzione): include pompe dell'olio per ingranaggi, flussometri, termometri a pressione, riscaldatori elettrici, valvole di riduzione della pressione e ugelli a bassa-pressione (carburante: olio pesante 100#).
Bocca del forno (situata al centro): Utilizzata per il carico (matte fusa, materiali freddi, flusso di quarzo) e lo scarico (blister di rame, scorie, gas di scarico).
Dispositivo rotante: fa ruotare il corpo del forno in qualsiasi posizione a 6 giri al minuto tramite un motore e un riduttore.
Dispositivo di scarico dei fumi: include una cappa mobile orizzontalmente, un condotto fisso-con camicia d'acqua (con sportello della cappa mobile verticalmente) e un meccanismo di contrappeso (sigillato durante la conversione).
Attrezzature per l'utilizzo del calore di scarto: comprendono principalmente dispositivi di alimentazione dell'acqua della camicia d'acqua evaporativa dei fumi e sistemi di produzione di vapore.
1.5.2 Panoramica del processo
Caricamento: il opaco fuso proveniente dai forni fusori viene trasportato tramite siviere e apposite gru metallurgiche, versato lentamente nel convertitore; il flusso di quarzo viene aggiunto da sopra la canna fumaria fissa tramite un alimentatore quantitativo e un nastro trasportatore; l'aria compressa viene soffiata dagli ugelli dell'aria posteriori.
Fasi di conversione:
Fase di formazione delle scorie-: i materiali opachi e freddi vengono aggiunti in lotti, seguiti dallo scarico delle scorie. Reazione chiave: ossidazione del solfuro di ferro per formare scorie-FeS + O₂ → FeO + SO₂; FeO + SiO₂ → FeO·SiO₂.
Fase di formazione del rame-: il solfuro di rame viene convertito in rame blister-Cu₂S + O₂ → Cu₂O + SO₂; Cu₂S + Cu₂O → Cu + SO₂.
Post-conversione: il rame fuso in blister viene trasportato ai forni di raffinazione tramite siviere e speciali gru metallurgiche.
