一
1. Inleiding
Pirometallurgiese kopersmelting bly die dominante roete vir primêre geraffineerde koperproduksie, wat meer as 80% van die wêreldkapasiteit uitmaak. Die proses skakel kopersulfiedkonsentrate (hoofsaaklik chalkopiriet, CuFeS₂) om in hoë-suiwerheid katodekoper (≥99.99% Cu) deur 'n reeks hoë-temperatuur metallurgiese bewerkings. Hierdie artikel gee besonderhede oor die hoofstroom geïntegreerde vloeidiagram wat bestaan uit flitsmelting, omskakeling, anoderaffinering en elektrolitiese raffinering.
2. Konsentraatvoorbereiding en -menging
Koperkonsentrate (25-35% Cu) arriveer per grootmaatvaartuig en word in bedekte voorraadstapels gestoor. Die voginhoud is tipies 8-12% en moet verminder word tot ≤0.3% deur gebruik te maak van roterende oonde of vloeibeddroërs om ontploffings en oormatige energieverbruik in stroomaf-smelting te voorkom.
Gedroogde konsentraat word gemeng met vloeimiddels (kwarts, kalksteen), terugvloeistowwe en omskakelaarslak in presies beheerde verhoudings. Moderne aanlegte gebruik outomatiese skyfvoerders en laadselstelsels wat mengakkuraatheid binne ±0.5% behaal.
2
3. Flitssmelting
Flitsmelting is die mees gevorderde tegnologie vir die behandeling van kopersulfiedkonsentrate, wêreldwyd verteenwoordig deur Outotec (nou Metso) flitsoonds en Chinese-ontwikkelde suurstof-onderblaasoonde.
3.1 Prosesbeginsel
Droë konsentraat word in 'n warm, suurstofverrykte lugstroom (suurstofkonsentrasie 75-90%) by 850-950°C ingespuit. Reaksies (droging, oksidasie, slak- en mattevorming) voltooi binne 3-5 sekondes, met reaksiehitte-onderhoudende outotermiese werking. Sleutelreaksies sluit in: 4CuFeS₂ + 9O₂ → 4CuS + 2Fe₂O₃ + 8SO₂ 2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ → 2FeO·SiO₂ + 2SO₂
3.2 Sleuteltoerusting
- Reaksieskag: 11-14 m hoog, 7-9 m deursnee, uitgevoer met hoëgraadse magnesiet-chroom baksteen en koper watermantels.
- Versakkings- en opnameskag: swaartekragskeiding van matte (65-75% Cu) en slak.
- Afvalhittekel: herwin voelbare hitte van ~550°C afgas vir stoomopwekking.
- Suurstof-tot-konsentraat-verhouding: 1.15-1.25 Nm³ O₂/t droë konsentraat
- Reaksieskagtemperatuur: 1250-1300°C
- Mattemperatuur: 1180-1220°C
- Slak Fe/SiO₂-verhouding: 1.1-1.4, koper in slak ≤0.6%
3.3 Kritieke Beheerparameters
Enkel-flitsoondkapasiteit bereik 4000-5500 t/d konsentraat met termiese doeltreffendheid >98% en byna-100% SO₂-opname.
4. Omskakeling
Mat word via elektries verhitte wassers of skeppe na Peirce-Smith-omsetters of deurlopende omskakelingsoonde oorgedra.
4.1 Slakvormingsfase
Suurstofverrykte lug (25-35% O₂) word geblaas om ystersulfied te oksideer. Slak wat 2-8% Cu bevat, word afgeroom en teruggeplaas na flitsmelting.
4.2 Kopermaakfase
Voortgesette blaas oksideer Cu₂S tot blisterkoper (98.5-99.3% Cu) by 1180-1230°C.
3
1. Meesterspoellaai en outomatiese sentrering → 15-ton hidrouliese spoelwa + fotoëlektriese servo EPC, middellynbelyningsfout < 0.1 mm
2. Ontwikkeling en spanningvestiging → Magnetiese poeierrem + geslote-lus servobeheer, 50–1500 N presies verstelbaar
3. Presisie-snywerk → Ingevoerde wolframkarbied- of PM HSS-skywe, spiluitloop ≤ 0.002 mm, spasieerders geslyp tot ±0.001 mm, intydse slytasiekompensasie
4. Hantering van randafwerking → Onafhanklike dubbelkop-skrootwinders; afwerking word as spoele terugbesorg of op die perseel vergruis
5. Terugwikkeling en spanningsisolasie → Individuele dansrol-isolasie per string, pneumatiese dorings + outomatiese hoekbeskerming, vlakbelyning ≤ ±0.3 mm
6. Outomatiese afsnyding en verpakking → Vertraag → sny → papieromslag → etiket → ontlading in 45 sekondes
Volledige outomatiese koperspoel-snyproses
5. Anode-oondbrandraffinering
Blisterkoper word in 50-500 t stilstaande of kantelende anode-oonde gelaai vir oksidasie-reduksie-raffinering.
5.1 Oksidasiestadium
Lug- of suurstoflanse verwyder oorblywende Fe, Ni, As, Sb en Bi as drywende slak.
5.2 Verminderingsfase
Suurstof word verminder met behulp van natuurlike gas, diesel of houtpale tot 150-300 dpm. Die geraffineerde koper word in 300-450 kg anodes (Cu ≥99.0%) gegiet.
4
6.1 Bedryfstoestande
- Stroomdigtheid: 220-320 A/m²
- Selspanning: 0.22-0.32 V
- Elektroliettemperatuur: 60-65°C
- Cu²⁺: 40-55 g/L, vry H₂SO₄: 150-220 g/L
6.2 Elektrochemiese Reaksies
Anode-ontbinding: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻ Meer edel elemente (Au, Ag, Se, Te) rapporteer aan anodeslym; minder edel elemente gaan in oplossing. Katode-afsetting lewer ≥99.993% Cu wat aan LME Graad A-spesifikasies voldoen.
7. Afgasbehandeling en Omgewingsbeheer
SO₂-ryke gasse van flitsoond, omsetters en anode-oonde word afgekoel, ontstof en verwerk in dubbelkontak-suuraanlegte wat >99.8% swaelherwinning behaal. Die SO₂ van die agtergas is heelwat laer as 100 mg/Nm³. Arseen, kwik en ander swaar metale word verwyder via gespesialiseerde prosesse.
8. Gevolgtrekking
Hedendaagse koperpirometallurgie het hoë kontinuïteit, outomatisering en omgewingsprestasie bereik. Geïntegreerde flitsmelt-kontinue omskakeling-anoderaffinering-elektroraffinering-vloeidiagramme lewer algehele koperherwinning >98.5% en spesifieke energieverbruik van 280-320 kgce/t katode, wat wêreldklas-maatstawwe verteenwoordig. Voortdurende ontwikkelings in suurstofverryking, kontinue kopervervaardigingstegnologieë en digitale prosesbeheer sal doeltreffendheid en volhoubaarheid verder bevorder.
Plasingstyd: 24 Desember 2025