一
1. Įvadas
Pirometalurginis vario lydymas išlieka dominuojančiu pirminio rafinuoto vario gamybos būdu, sudarydamas daugiau nei 80 % pasaulinių pajėgumų. Šio proceso metu vario sulfido koncentratai (daugiausia chalkopiritas, CuFeS₂) paverčiami didelio grynumo katodiniu variu (≥99,99 % Cu) atliekant seriją aukštos temperatūros metalurginių operacijų. Šiame straipsnyje išsamiai aprašomas pagrindinis integruotas srautų planas, kurį sudaro staigusis lydymas, konvertavimas, anodinis rafinavimas ir elektrolizinis rafinavimas.
2. Koncentrato paruošimas ir maišymas
Vario koncentratai (25–35 % Cu) atvežami biriais laivais ir sandėliuojami dengtose krūvose. Drėgmės kiekis paprastai būna 8–12 % ir turi būti sumažintas iki ≤0,3 % naudojant rotacines krosnis arba skystojo sluoksnio džiovintuvus, kad būtų išvengta sprogimų ir per didelio energijos suvartojimo lydymo procese.
Džiovintas koncentratas sumaišomas su fliusais (kvarcu, kalkakmeniu), revertais ir konverterio šlaku tiksliai kontroliuojamomis proporcijomis. Šiuolaikinėse gamyklose naudojami automatiniai diskiniai tiektuvai ir apkrovos jutiklių sistemos, kurių maišymo tikslumas yra ±0,5 %.
2
3. Staigus lydymas
Staigusis lydymas yra pažangiausia vario sulfido koncentratų apdorojimo technologija, kurią visame pasaulyje reprezentuoja „Outotec“ (dabar „Metso“) staigieji lydymo krosnys ir Kinijoje sukurtos deguonies apatinio pūtimo krosnys.
3.1 Proceso principas
Sausas koncentratas įpurškiamas į karštą, deguonimi prisotintą oro srautą (deguonies koncentracija 75–90 %), kurio temperatūra yra 850–950 °C. Reakcijos (džiovinimas, oksidacija, šlako ir polifenolio susidarymas) baigiasi per 3–5 sekundes, o reakcijos šilumą palaikantis autoterminis procesas. Pagrindinės reakcijos apima: 4CuFeS₂ + 9O₂ → 4CuS + 2Fe₂O₃ + 8SO₂ 2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ → 2FeO·SiO₂ + 2SO₂
3.2 Pagrindinė įranga
- Reakcijos šachta: 11–14 m aukščio, 7–9 m skersmens, išklota aukštos kokybės magnezito-chromo plytomis ir variniais vandens apvalkalais.
- Nusodintuvas ir surinkimo šachta: akmenų (65–75 % Cu) ir šlako gravitacinis atskyrimas.
- Šilumos pertekliaus katilas: iš ~550 °C temperatūros išmetamųjų dujų atgauna juntamą šilumą garams gaminti.
- Deguonies ir koncentrato santykis: 1,15–1,25 Nm³ O₂/t sauso koncentrato
- Reakcijos veleno temperatūra: 1250–1300 °C
- Matinis temperatūra: 1180–1220 °C
- Šlako Fe/SiO₂ santykis: 1,1–1,4, varis šlake ≤0,6 %
3.3 Svarbiausi kontrolės parametrai
Vienos blyksnio krosnies našumas siekia 4000–5500 t/d koncentrato, o terminis efektyvumas – >98 %, o SO₂ surinkimas – beveik 100 %.
4. Konvertavimas
Šlakas pernešamas elektra šildomais latakais arba samčiais į Peirce'o-Smith konverterius arba nepertraukiamo veikimo konvertavimo krosnis.
4.1 Šlako susidarymo etapas
Geležies sulfidui oksiduoti pučiamas deguonimi praturtintas oras (25–35 % O₂). Šlakas, kuriame yra 2–8 % Cu, nugriebiamas ir grąžinamas į staigiojo lydymo aparatą.
4.2 Vario gamybos etapas
Nuolatinis pūtimas oksiduoja Cu₂S į vario plunksnas (98,5–99,3 % Cu) 1180–1230 °C temperatūroje.
3
1. Pagrindinis ritės pakrovimas ir automatinis centravimas → 15 tonų hidraulinis ritės vežimėlis + fotoelektrinis servo EPC, centrinės linijos lygiavimo paklaida <0,1 mm
2. Atvyniojimas ir įtempimo nustatymas → Magnetinis miltelinis stabdys + uždaros kilpos servo valdymas, tiksliai reguliuojamas 50–1500 N
3. Tikslus pjovimas → Importuoti volframo karbido arba PM HSS diskai, veleno išsiveržimas ≤ 0,002 mm, tarpikliai, šlifuoti iki ±0,001 mm, realiuoju laiku kompensuojamas nusidėvėjimas
4. Kraštų apdailos tvarkymas → Nepriklausomi dviejų galvučių atliekų vyniotuvai; apdaila grąžinama ritiniais arba susmulkinama vietoje
5. Pervyniojimas ir įtempimo izoliacija → Individuali šokančio ritinėlio izoliacija kiekvienai gijai, pneumatiniai įtvarai + automatinė kampų apsauga, paviršiaus išlyginimas ≤ ± 0,3 mm
6. Automatinis išjungimas ir pakavimas → Lėtėjimas → pjovimas → popieriaus įvyniojimas → etiketė → iškrovimas per 45 sekundes
Visiškas automatinis vario ritės pjaustymo procesas
5. Anodinės krosnies ugnies rafinavimas
Pūslėtas varis kraunamas į 50–500 t talpos stacionarias arba pakreipiamas anodines krosnis oksidaciniam-redukciniam rafinavimui.
5.1 Oksidacijos etapas
Oro arba deguonies ietys pašalina likusį Fe, Ni, As, Sb ir Bi kaip plūduriuojantį šlaką.
5.2 Redukcijos etapas
Deguonies kiekis sumažinamas iki 150–300 ppm naudojant gamtines dujas, dyzeliną arba medinius stulpus. Iš rafinuoto vario liejami 300–450 kg anodai (Cu ≥99,0 %).
4
6.1 Eksploatavimo sąlygos
- Srovės tankis: 220–320 A/m²
- Elemento įtampa: 0,22–0,32 V
- Elektrolito temperatūra: 60–65 °C
- Cu²⁺: 40-55 g/l, laisvas H2SO4: 150-220 g/l
6.2 Elektrocheminės reakcijos
Anodo tirpimas: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻ Daugiau tauriųjų elementų (Au, Ag, Se, Te) patenka į anodo gleives; mažiau tauriųjų elementų patenka į tirpalą. Katodinio nusodinimo metu gaunama ≥99,993 % Cu, atitinkanti LME A klasės specifikacijas.
7. Išmetamųjų dujų valymas ir aplinkos kontrolė
SO₂ prisotintos dujos iš greitojo degimo krosnių, konverterių ir anodinių krosnių yra aušinamos, pašalinamos dulkės ir apdorojamos dvigubo kontakto rūgščių gamyklose, pasiekiant >99,8 % sieros atgavimą. Liekamųjų dujų SO₂ kiekis yra gerokai mažesnis nei 100 mg/Nm³. Arsenas, gyvsidabris ir kiti sunkieji metalai pašalinami specializuotais procesais.
8. Išvada
Šiuolaikinė vario pirometalurgija pasiekė aukštą tęstinumo, automatizavimo ir aplinkosauginio veiksmingumo lygį. Integruotos greitojo lydymo, nuolatinio konvertavimo, anodinio rafinavimo ir elektrorafinavimo srautų schemos užtikrina bendrą vario išgavimą >98,5 % ir savitąsias energijos sąnaudas 280–320 kgce/t katodo, o tai atitinka pasaulinio lygio standartus. Nuolatinė deguonies sodrinimo, nuolatinio vario gamybos technologijų ir skaitmeninio procesų valdymo plėtra dar labiau padidins efektyvumą ir tvarumą.
Įrašo laikas: 2025 m. gruodžio 24 d.