ИТС 3-2019 Производство меди

     2.4.1 Производство первичной меди

Первичную медь (из рудного первичного сырья) можно получать с помощью пирометаллургических и гидрометаллургических процессов. В настоящее время основным сырьем (свыше 85% исходного сырья) для пирометаллургического процесса получения первичной меди являются медные и коллективные сульфидные концентраты (содержание Cu - от 15% до 45%). В меньшей степени используются оксидные/сульфидные полиметаллические руды и еще реже - битуминозные руды. Сульфидные концентраты состоят из сложных медно-железных сульфидов, которые получают путем флотации из руд с содержанием меди от 0,2% до 3%. Дополнительно при производстве первичной меди используют флюсы (кварциты, известь, песок и т.д.), добавки/реагенты (железо, углерод и т.д.) и вторичное сырье (медный лом, дроссы, известковый шлам, отработанные абразивные материалы, шлак, пыль и т.д.) [18]. Описание общих процессов приведено ниже.

2.4.1.1 Пирометаллургический способ

Пирометаллургический способ включает ряд этапов в зависимости от типа перерабатываемого концентрата. Большая часть концентратов сульфидные, и этапы их переработки включают обжиг, плавку, конвертирование, рафинирование и электролитическое рафинирование. Краткая характеристика всех видов печей, упоминаемых в данном разделе, представлена в Б.1, а более детальные описания приводятся в соответствующих подразделах настоящего раздела [19].

2.4.1.1.1 Обжиг медных концентратов

Обжиг в металлургии меди используют при переработке высокосернистых бедных по меди концентратов и руд. Цель обжига состоит в удалении части серы и окислении некоторого количества железа для перевода их оксидов в шлак при последующей плавке. В шихту, как правило, вводят флюсующие добавки (кварц, известняк) для получения шлака выбранного состава. При обжиге решаются и другие задачи: получение газов, пригодных для получения серной кислоты, усреднение, разогрев шихты.

Основным способом обжига медных концентратов является обжиг в кипящем слое (КС). Сущность обжига в КС состоит в продувке слоя шихты восходящим потоком воздуха или обогащенного кислородом дутья со скоростью, обеспечивающей "кипение" материала. Обжиг в КС - высокопроизводительный процесс, конструкция обжиговых печей проста, процесс легко механизируется и автоматизируется. Отходящие газы содержат 12%-14% , их используют для получения серной кислоты.

Обжиговая многоподовая печь (в цветной металлургии) - вертикальная цилиндрическая печь для обжига шихтовых материалов. Рабочее пространство многоподовой печи разделено по высоте на несколько ярусов кирпичными подами, каждый из которых является сводом для нижерасположенного яруса. Обжигаемый материал перемещают вращающиеся гребки (перегребатели) по спирали от периферии к центру на нечетных подах и от центра к периферии - на четных, где он пересыпается ниже через пересыпные отверстия. В обжиговой механической многоподовой печи навстречу движению шихты идет поток газов. Окислитель - воздух - поступает снизу через отверстие для выгрузки огарка, сбоку через специальные окна проходит по всем подам и выходит из печи сверху через газоход.

2.4.1.1.2 Плавка концентрата на штейн

Перед плавкой концентратов в печах взвешенной плавки, чтобы снизить содержание в них влаги с 7%-8%, их сушат до примерно 0,2%. Для плавки в шахтных печах концентрат высушивается до 3,5%-4% и брикетируется.

Для сушки медных концентратов используется два типа сушилок:

- роторные сушилки, обогреваемые горячими отходящими газами, образующимися при сгорании топлива;

- паровые сушилки со змеевиком.

Роторная сушилка представляет собой вращающийся барабан. Горячий газ, получаемый при сжигании природного газа, контактирует с влажным концентратом, и содержащаяся в концентрате вода переходит в газ.

Паровые сушилки нагреваются паровыми змеевиками. Производительность зависит от давления пара; за счет увеличения давления до 18-20 бар производительность может возрастать. Для поглощения влаги из концентрата через него продувается небольшое количество воздуха.

Обычно обжиг и плавку проводят одновременно в одной печи при высоких температурах для получения расплава, который можно разделить на штейн (сплав сульфидов металлов) и шлак, состоящий из оксидов. Флюсы, содержащие оксиды кремния и кальция, обычно добавляют к расплаву для образования шлака. Отходящие газы поступают на переработку, где служат сырьем для производства серной кислоты, реже - жидкого или элементарной серы. Этап плавки служит для отделения сульфида меди от других твердых примесей, присутствующих в руде, путем образования силикатов, в частности силикатов железа. Это возможно из-за более высокого сродства меди к сере по сравнению с другими металлическими примесями.

При переработке медного концентрата с низким содержанием серы и высоким содержанием органического углерода отходящие газы с высоким энергетическим потенциалом могут быть использованы в качестве дополнительного источника при производстве электроэнергии.

Существует два базовых процесса плавки: плавка в жидкой ванне и плавка в газовой среде (взвешенная плавка). В процессе плавки в газовой среде (взвешенной плавки) применяют обогащение дутья кислородом для получения автогенного или почти автогенного режима. Использование кислорода также повышает концентрацию диоксида серы, что позволяет эффективнее утилизировать отходящие газы в установках, использующих серу (обычно для производства серной кислоты или жидкого диоксида серы). В таблице 2.1 представлена информация о процессах плавки, применяемых в производстве первичной меди.

Таблица 2.1 - Технологии выплавки первичной меди [20]

Плавку в жидкой ванне проводят в ряде специальных печей, таких как отражательная печь, электропечь, печи Asmelt/ISASMELT, Noranda, Mitsubishi, El Teniente, Baiyin и Ванюкова [21], [22]. Все эти технологии основаны на процессах плавки и окисления, происходящих в расплавленной ванне, с разделением шлака и штейна и выпуском металла разными способами. Для некоторых печей не требуется предварительной сушки концентрата, однако перегретый водяной пар увеличивает объем газа и снижает энергетическую эффективность процесса. Различия между этими процессами могут быть значительными, например, в расположении точек подачи воздуха/кислорода или топлива, а некоторые процессы носят циклический характер. Печи плавки в жидкой ванне обычно эксплуатируются вместе с накопительными емкостями для расплавов миксерами или отдельными отстойниками.

Взвешенную (кислородно-факельную) плавку проводят в печах Outotec или INCO [21], [22]. В процессе Outotec и при циклонных процессах применяется обогащение кислородом, а в процессе INCO используется чистый кислород. При взвешенной плавке происходит окисление и плавка сухого концентрата в форме взвешенных в воздухе частиц. Прореагировавшие частицы падают в отстойник, в котором происходит разделения штейна и шлака; иногда в отстойник для поддержания температуры подается дополнительное топливо. Штейн и шлак затем сливают и подвергают последующей переработке, а газы поступают из печи через вертикальную камеру или шахту в теплообменник. Кислород могут подавать в вертикальную шахту для дожигания пыли в продуктах горения и сульфатизации оксидов металла.

________________

На Алмалыкском ГМК (Узбекистан) используется аналогичный процесс КФП.

Кроме технологий, перечисленных выше, могут применяться и другие технологии плавки в жидкой ванне или взвешенной плавки [23].

Для выплавки первичной меди из богатой руды на комбинате "Североникель" используются вертикальные конверторы.

Информация о применении технологий плавки в мире представлена в таблице 2.2.