I. Overzicht van grondstoffen
1. Hoogwaardige-ertsen
Inclusief koperconcentraten (voornamelijk sulfide-ertsen) verkregen door verwerking van mineralen, hoogwaardige ruwe ertsen en inheemse koperertsen.
2. Ertsen van lage-kwaliteit
Verwijst voornamelijk naar koperertsen van lage- kwaliteit, koper-houdend afvalgesteente, vuurvaste oxide-ertsen, mijnpijlers en verrijkingsresiduen die moeilijk te winnen zijn met behulp van bestaande minerale verwerkingstechnologieën.
3. Gerecycleerde kopergrondstoffen
Voornamelijk divers koperschroot, waaronder:
Zuiver koperschroot en schroot van koperlegeringen gegenereerd door non-ferrometaalverwerkende bedrijven (inclusief koper-houdende as en slakken).
Koperschroot uit industriële sectoren die consumptiegoederen produceren (waaronder de verwerking van restjes, chips, afvalproducten, gebruikte machineonderdelen en afgedankte elektrische installaties).
Sociaal koperafval (bijv. afvaldraden, gebruikte huishoudelijke apparaten).
Non{0}}ferrometaalschroot uit de nationale defensie- en militaire industrie (voornamelijk granaathulzen, afgedankte communicatie- en elektronische apparatuur, afgedankte elektrische installaties en gedemonteerde onderdelen van buiten gebruik gestelde militaire apparatuur).
4. Koper-lagerafval
Voornamelijk koper-houdend gevaarlijk afval (code: HW22) uit industrieën zoals de glasproductie, de verrijking en het smelten van non-{2}}ferrometalen en de productie van elektronische componenten, waaronder:
Slib afkomstig van het galvaniseren van koper.
Slakken en slib afkomstig van kopersmeltprocessen.
Afval van koperetsoplossingen en slib van de productie van printplaten en het etsen van koperplaten.
Slib gegenereerd door de zuurbehandeling van koperoxide.
Afval van koperconcentrators.
Kopermatte van loodsmelters.
II. Smelten van koperconcentraten
1. Traditionele smeltprocessen
Traditionele pyrometallurgische processen voor koperconcentraten omvatten voornamelijk het smelten van galmovens, het smelten van hoogovens en het smelten van elektrische ovens. Een overeenkomstige voorbehandeling is vereist vóór het smelten.
1.1 Voorbehandeling van koperconcentraten
Inclusief het mengen en opslaan van erts, pletten, drogen (drogen met roterende trommel, sneldrogen) en roosten.
1.1.1 Oxidatief roosteren van koperconcentraten
Past de kwaliteit van de mat aan voor het smelten van galm- of elektrische ovens, verwijdert een deel van de zwavel voor de productie van zwavelzuur en verkrijgt gesinterde aggregaten die geschikt zijn voor productie.
1.1.2 Sulfateren Roosteren van koperconcentraten
Gebruikt in hydrometallurgische processen om electrowon-koper (zelden gebruikt) en kopersulfaat (gebruikt door een paar bedrijven) te produceren.
1.1.3 Roostertechnologie
Wervelbedbrandtechnologie wordt over het algemeen toegepast voor het roosten van koperconcentraat.
1.2 Smeltproces
1.2.1 Grondstoffen en hulpstoffen
Grondstoffen: Groenconcentraten, geroosterde ertsen of mengsels daarvan.
Fluxen: kwartsiet.
Fluxen: kwartsiet (SiO₂ 85-90%) en kalksteen (CaO groter dan of gelijk aan 50%) als slakvormers.
Brandstoffen: Poederkool, zware olie, aardgas en cokes (elektriciteit voor elektrische ovens).
Retourmaterialen: Rookstof, koude materialen en converterslakken die tijdens het smelten ontstaan.
1.2.2 Belangrijkste reacties
Ontleding van verbindingen
Afbraak van chalcopyriet (CuFeS₂): CuFeS₂ → CuS₂ + FeS + S
Hoge-ontleding van ijzersulfide: FeS₂ → FeS + S
Carbonaatafbraak: CaCO₃ (calciumcarbonaat) → CaO + CO₂ (vergelijkbaar voor magnesiumcarbonaat)
Oxidatie van sulfiden
FeS + O₂ → FeO + SO₂ (gedeeltelijk)
S + O₂ → SO₂
MeS (andere metaalsulfiden) + O₂ → MeO + SO₂
MattevormingsreactieKopersulfide (CuS₂), ijzersulfide (FeS) en andere metaalsulfiden reageren om kopermatte te vormen: CuS₂ + FeS → CuS₂·FeS (bevat andere metaalsulfiden)
Reactie op slakvorming Metaaloxiden vormen samen gesmolten slak: FeO + CaO + SiO₂ → FeO·CaO·SiO₂ (gebruikelijke ternaire slakken bij non-ferro-smelten)
1.2.3 Belangrijkste producten
Kopermat: een verbinding van meerdere metaalsulfiden, voornamelijk bestaande uit koper, ijzer en zwavel (Cu-gehalte ~30%), die naar converters wordt gestuurd voor de productie van blisterkoper.
Slakken: een verbinding van meerdere metaaloxiden (voornamelijk ijzer-, silicium- en calciumoxiden), water-geblust om water-gegranuleerde slakken te worden (gebruikt als grondstof in de bouwmaterialenindustrie, bijvoorbeeld cementfabrieken en steenfabrieken).
Rookstof: Een terugwinningsproduct van vluchtige metalen (bijvoorbeeld lood, zink, antimoon).
1.3 Galmovensmelten
Een horizontale metallurgische oven die metalen smelt door materialen rechtstreeks met vlammen te verwarmen, bestaande uit drie hoofdonderdelen: verbrandingsapparaat, smeltkamer en uitlaatgaskanaal. De gehele ovenhaard is een rechthoekige smeltkamer bekleed met vuurvaste materialen.
Structuur: Ovenfundering, haard, ovenwand, ovendak, laadpoort, productafvoerpoort en rookkanaal. Hulpapparatuur omvat oplaadapparaten, ontploffingsapparaten, rookafvoerapparaten en apparaten voor het benutten van afvalwarmte.
Vuurvaste materialen: boog-vormige ovendaken maken gebruik van silicabakstenen; hangende ovendaken en zijwanden gebruiken magnesiabakstenen, magnesiumoxide-chroomstenen, chroom-magnesiabakstenen of magnesia-aluminiumoxidestenen; haarden worden gesinterd met magnesia-ijzerzand (magnesiumoxide en ijzeroxide).
Voordelen: eenvoudige structuur, lage investering, breed aanpassingsvermogen aan brandstoffen en grondstoffen (geschikt voor fijnkorrelige materialen), eenvoudige grootschalige werking- en lage kosten.
Nadelen: Hoog brandstofverbruik, groot rookgasvolume, lage SO₂-concentratie (moeilijk terug te winnen, veroorzaakt milieuvervuiling).
Verbeteringen: met zuurstof-verrijkte ontploffing, vermindering van luchtlekkage of zuurstofinjectie van concentraten in de oven om de productiecapaciteit en de SO₂-concentratie te verhogen (productie van laag-zwavelzuur via het Topsøe-proces).
1.4 Hoogovensmelten
Een verticale smeltoven bestaande uit een ovenfundering, haard, schacht, oventop en rookkanaal. De bovenkant van de oven is uitgerust met oplaad- en rookafvoerpoorten; aan beide zijden van de onderste schacht zijn meerdere luchtpoorten aangebracht voor explosie; de haard heeft smeltafvoer- en ledigingspoorten (één afvoerpoort voor de hoofdhaard).
Structuur: Volledige watermantelstructuur- (haard, schacht, oventop en schoorsteen gebruiken verdampingswatermantels om de totale thermische efficiëntie te verbeteren-meer dan 4 ton stoom per vierkante meter oven per uur).
Straalapparatuur: Centrifugaalblowers (wortelblazers voor kleine ovens).
Proces: Ovenvulling (cokes + flux + concentraat) wordt van bovenaf toegevoegd; lucht wordt vanuit de onderste luchtpoorten naar binnen geblazen. De cokesverbranding in het luchthavengebied verhoogt de temperatuur tot boven de 1200 graden. Materialen die langzaam naar beneden komen, ondergaan voorverhitting, uitdroging, ontleding, steenvorming en slakvorming. Smeltsels met hoge-temperaturen vallen in de haard, worden gescheiden door sedimentatie en worden respectievelijk afgevoerd uit de slakkenpoort en de matte poort.
Na-behandeling: slakken worden met water- geblust (gebruikt als bouwmateriaal); mat wordt naar PS-converters gestuurd voor de productie van blisterkoper; het rookgas wordt gekoeld (luchtvoorverwarmer + oppervlaktekoeler), ontstoft (filterhuisfilter), ontzwaveld (alkalisproeitoren) en tot standaard afgevoerd.
1.5 Kopermatte conversie
1.5.1 Converterstructuur
Een draaibare smeltoven met horizontaal bad voor het omzetten van staal en mat (PS-converter voor de omzetting van kopermat). Het ovenlichaam is cilindrisch, horizontaal geplaatst, gemaakt van stalen ketelplaten, met kopstructuren aan beide uiteinden en bekleed met vuurvaste materialen (magnesiabriketten). Het ene uiteinde is voorzien van een verbrandingsgat voor zware olie.
Belangrijkste componenten:
Verbrandingssysteem voor zware olie (voor het drogen van de oven en het behoud van warmte, verwijderd tijdens de productie): Inclusief tandwieloliepompen, debietmeters, drukthermometers, elektrische verwarmingselementen, drukreduceerkleppen en lage-druksproeiers (brandstof: 100# zware olie).
Ovenmonding (in het midden): Wordt gebruikt voor het opladen (gesmolten steen, koude materialen, kwartsvloeimiddel) en ontladen (blaarkoper, slakken, rookgas).
Roterend apparaat: drijft het ovenlichaam aan om via een motor en versnellingsbak met 6 omwentelingen per minuut naar elke positie te draaien.
Rookafvoerapparaat: omvat een horizontaal beweegbare kap, een vast kanaal met watermantel- (met verticaal beweegbare kapdeur) en contragewichtmechanisme (verzegeld tijdens de ombouw).
Apparatuur voor het benutten van afvalwarmte: omvat hoofdzakelijk rookgasverdampingswatermantel-watervoorzieningsapparatuur en stoomafgiftesystemen.
1.5.2 Procesoverzicht
Opladen: Gesmolten steen uit smeltovens wordt via gietpannen en speciale metallurgische kranen getransporteerd en langzaam in de convertor gegoten; kwartsflux wordt toegevoegd van boven het vaste rookkanaal via een kwantitatieve toevoer en transportband; Via de achterste luchtmondstukken wordt perslucht ingeblazen.
Conversiefasen:
Slakkenvorming-fase: Matte en koude materialen worden in batches toegevoegd, gevolgd door het afvoeren van de slak. Belangrijkste reactie: Oxidatie van ijzersulfide om slakken te vormen-FeS + O₂ → FeO + SO₂; FeO + SiO₂ → FeO·SiO₂.
Koper-vormingsfase: kopersulfide wordt omgezet in blisterkoper-Cu₂S + O₂ → Cu₂O + SO₂; Cu₂S + Cu₂O → Cu + SO₂.
Na-conversie: gesmolten blisterkoper wordt via gietpannen en speciale metallurgische kranen naar raffinageovens getransporteerd.
