ИТС 3-2015 Производство меди

     2.4.2 Производство вторичной меди

Для производства вторичной меди в подавляющем большинстве случаев применяют пирометаллургические процессы. Этапы процесса зависят от содержания меди во вторичном сырье, гранулометрического состава и содержания других элементов [19], [26]. Как и для первичной меди, разработано несколько этапов для удаления этих примесей и возврата металлов из получаемых отходов [33].

Вторичные материалы, идущие на переработку, могут содержать органические материалы, такие как покрытие, или смазку, в связи с чем в технологический процесс вводят этапы обезжиривания и снятия покрытия или применяют печи и системы газоочистки соответствующей конструкции. Цель - увеличить мощность для переработки возросшего объема газа, нейтрализовать летучие органические соединения (ЛОС) и минимизировать образование ПХДД/Ф или разрушить их. Тип предварительной обработки или используемой печи определяется наличием органических веществ, типом загружаемых материалов, т.е. содержанием меди и других металлов и их состоянием (является ли материал окисленным или металлическим).

При плавке загрязненного латунного лома в конвертере для разделения содержащихся в нем металлов производится возгонка или ошлакование других элементов сплава с получением черновой меди и пыли из фильтров с высоким содержанием цинка.

В таблице 2.5 приведена краткая характеристика некоторых широко применяемых видов вторичного сырья.

Таблица 2.5 - Вторичное сырье для производства меди [26]

Этапы производства меди из вторичного сырья в целом аналогичны этапам производства первичной меди, но в качестве сырья обычно используются окисленные или металлические материалы, что, соответственно, определяет иные производственные условия. Плавка вторичного сырья происходит в нейтральных или восстановительных условиях.

2.4.2.1 Этап вторичной плавки

Плавку сырья низкого и среднего качества проводят в печах различного типа: шахтных, плавильных мини печах, поворотных конвертерах с верхней продувкой (TBRC), плавильных печах Ausmenlt/ISASMELT, в отражательных и наклонных печах [30], [19], [26]. Для плавки лома высокого качества (>99% Сu) используются системы Contimelt.

Тип печи и этапы производственного процесса зависят от содержания сырья, его размерных и других характеристик. Таким образом, плавка и рафинирование вторичной меди является комплексным процессом, и тип вторичного материала, который можно перерабатывать, зависит от конкретного имеющегося оборудования и печи [19]. Описание печей представлено в Б.1. Схема технологического процесса производства вторичной меди представлена на рисунке 2.3.

Железо (в виде железистой меди, обычного железного лома и т.д.), углерод (в виде кокса или природного газа) и флюс добавляют по мере необходимости для восстановления оксидов металла, и процессы ведутся в соответствии с используемым типом шихты. В результате восстанавливающей плавки происходит возгонка, в первую очередь, цинка, олова и свинца, которые выделяются в форме оксидов вместе с отходящими газами и собираются в системе сбора пыли. Содержание пыли, диоксида серы, ПХДД/Ф и ЛОС в отходящих газах печей зависит от состава сырья. Для последующей очистки после отделения пыли отходящие газы направляются на мокрую пылегазоочистку [33]. Собранная пыль поступает на дальнейшую переработку для восстановления металлов, извлеченных из шихты.

Рисунок 2.3 - Общая технологическая схема производства вторичной меди [19]

В плавильной мини-печи осуществляют плавку лома, содержащего железо и олово, для получения вторичной меди. В данном случае на первом этапе железо выступает как восстанавливающий элемент для получения металлической меди. Затем в расплав для окисления железа и других присутствующих металлов (свинца и олова), которые выходят в шлак, вдувают кислород. Окисление железа обеспечивает необходимую температуру процесса, а избыточное тепло рекуперируется.

Процесс KRS проводят в печи Ausmelt/ISASMELT [18]. Эта передовая технология заменяет традиционную технологию восстановления цветных металлов из вторичного сырья путем плавки в шахтной печи/конвертере. Типичным исходным материалом является образующееся после плавки и рафинирования меди вторичное сырье, содержащее медь и драгметаллы, отходы литья, металлообработки, или поставляемые предприятиями по переработке медьсодержащих отходов электронные лома, лома медных сплавов, богатые медью шлаки, медные дроссы, пыли из циклонов и фильтров, шлам осаждения и шламы волочения проволоки.

В целом, в электрических печах перерабатывают тот же материал, что и в KRS или в шахтных печах. Загрузка электрической печи на одну тонну получаемой черновой меди меньше, чем для шахтной печи, которая, в отличие от электрической печи, не может работать без оборотного шлака.

2.4.2.2 Конвертирование, огневое рафинирование, переработка шлака и электрорафинирование, переработка чистого лома сплавов

Печи для конвертирования и рафинирования аналогичны печам для переработки первичной меди; системы переработки шлака и электрорафинирования также похожи. Главное различие в том, что в конвертерах, применяемых во вторичном производстве, производится плавка металла или черной меди, а не штейна. В качестве топлива для поддержания температуры плавки в них добавляют кокс или природный газ, а в первичных конвертерах необходимая температура обеспечивается штейном [19]. Во вторичных конвертерах элементы, присутствующие в небольших количествах, такие как железо, окисляются и переходят в шлак, а другие металлы, такие как цинк или олово, возгоняются. В них получают черновую медь, которая затем поступает на огневое рафинирование. Теплота реакции окисления, выделяющаяся при продувке конвертера, служит для возгонки металлических компонентов, а подача шлакообразующих добавок позволяет сформировать слой шлака и перевести в него железо и часть свинца. Поскольку тепловой баланс конвертеров, работающих на металле, достаточно напряжен (тепла экзотермических реакций, как правило, не хватает), в конвертер добавляют коксик или подогревают природным газом. Чистый высококачественный медный лом напрямую загружается для плавки в печи огневого рафинирования.

Шламы электрорафинирования и отработанные растворы также служат источником драгметаллов и таких металлов как никель. Для их извлечения применяют технологии, аналогичные тем, которые используются при первичном процессе.

Медные сплавы, такие как бронзы и латуни, также используются в качестве вторичного сырья в ряде процессов. Если они загрязнены или смешаны с другими сплавами, то они перерабатываются в процессе вторичной плавки и рафинирования как описано выше в подпункте 2.4.2.1 [33].

Чистый сплав применяется непосредственно для производства полуфабрикатов. Чистый материал плавят в индукционных печах, после чего разливают в формы для последующих этапов производства. Производство сплава заданной марки обеспечивается путем анализа и контроля состава шихты без значительных добавок первичного металла. Оксид цинка получают из пыли, оседающей на фильтрах.

На некоторых предприятиях в зависимости от типа загружаемого материала на первом этапе получают летучую пыль с высоким содержанием свинца и цинка, например, в процессе плавки в шахтной печи низкосортного материала. Эти пыли содержат до 65% цинка и свинца и служат в качестве сырья для получения свинца и цинка.

Для извлечения меди из растворов сульфата меди, образующихся при выщелачивании "грязной" меди, или в гидрометаллургическом процессе извлечения раствором, используется метод электроэкстракции. В процессе электроэкстракции здесь используются инертные аноды, например свинцовые или титановые, а в качестве катодов - матрицы из нержавеющей стали или медные пластины. Ионы меди извлекаются из раствора и оседают на катодах также как при электрорафинировании. Сдирка катодов происходит также как и при использовании постоянной катодной основы. Электролит циркулирует по серии ванн до тех пор, пока из него будет извлечена вся медь. После этого электролит возвращается в цикл экстракции растворителем. Часть электролита выводят из циркуляции для контроля примесей на этапе экстракции растворителем.

Процесс электроэкстракции обычно реализуется в две стадии. На первой из электролита извлекают медь до уровня, при котором еще можно получить товарные медные катоды. На второй стадии электроэкстракции (обезмеживания) из электролита в катоды извлекают медь до уровня 1-2 г/л. Напряжение в экстракционных ваннах приблизительно в пять раз выше, чем в ваннах для электролиза меди с растворимыми медными анодами. Периодически из оборота "растворение-электроэкстракция" выводят часть обезмеженного электролита из-за обогащения раствора металлами-примесями, такими как, никель, мышьяк, цинк, железо.