1. Pengenalan
Peleburan tembaga pirometalurgi kekal sebagai laluan dominan untuk pengeluaran tembaga bertapis primer, menyumbang lebih 80% daripada kapasiti global. Proses ini menukarkan pekatan kuprum sulfida (terutamanya kalkopirit, CuFeS₂) kepada kuprum katod berketulenan tinggi (≥99.99% Cu) melalui satu siri operasi metalurgi suhu tinggi. Artikel ini memperincikan lembaran alir bersepadu arus perdana yang terdiri daripada peleburan kilat, penukaran, penapisan anod dan penapisan elektrolitik.
2. Penyediaan dan Pengadunan Pekat
Pekatan kuprum (25-35% Cu) tiba melalui bekas pukal dan disimpan dalam stok simpanan bertutup. Kandungan lembapan biasanya 8-12% dan mesti dikurangkan kepada ≤0.3% menggunakan tanur berputar atau pengering katil bendalir untuk mengelakkan letupan dan penggunaan tenaga yang berlebihan dalam peleburan hiliran.
Pekatan kering dicampur dengan fluks (kuarza, batu kapur), bahan pembalikan dan sanga penukar dalam perkadaran yang dikawal dengan tepat. Loji moden menggunakan pengumpan cakera automatik dan sistem sel beban yang mencapai ketepatan pengadunan dalam lingkungan ±0.5%.
3. Peleburan Kilat
Peleburan kilat merupakan teknologi paling canggih untuk merawat pekatan kuprum sulfida, yang diwakili secara global oleh relau kilat Outotec (kini Metso) dan relau oksigen bawah tiupan yang dibangunkan oleh China.
3.1 Prinsip Proses
Pekatan kering disuntik ke dalam aliran udara panas yang diperkaya oksigen (kepekatan oksigen 75-90%) pada suhu 850-950°C. Tindak balas (pengeringan, pengoksidaan, sanga dan pembentukan matte) selesai dalam 3-5 saat, dengan haba tindak balas mengekalkan operasi autoterma. Tindak balas utama termasuk: 4CuFeS₂ + 9O₂ → 4CuS + 2Fe₂O₃ + 8SO₂ 2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ → 2FeO·SiO₂ + 2SO₂
3.2 Peralatan Utama
- Aci tindak balas: ketinggian 11-14 m, diameter 7-9 m, dilapisi dengan bata magnesit-krom gred tinggi dan jaket air tembaga.
- Aci peneroka dan serapan: pemisahan graviti matte (65-75% Cu) dan sanga.
- Dandang haba buangan: memulihkan haba deria daripada ~550°C di luar gas untuk penjanaan stim.
- Nisbah oksigen kepada kepekatan: 1.15-1.25 Nm³ O₂/t kepekatan kering
- Suhu aci tindak balas: 1250-1300°C
- Suhu matte: 1180-1220°C
- Nisbah Sanga Fe/SiO₂: 1.1-1.4, kuprum dalam sanga ≤0.6%
3.3 Parameter Kawalan Kritikal
Kapasiti relau kilat tunggal mencapai 4000-5500 tan/hari pekatan dengan kecekapan terma >98% dan penangkapan SO₂ hampir 100%.
4. Menukar
Kusam dipindahkan melalui mesin basuh atau senduk yang dipanaskan secara elektrik ke penukar Peirce-Smith atau relau penukar berterusan.
4.1 Peringkat Pembentukan Sanga
Udara yang diperkaya oksigen (25-35% O₂) ditiup untuk mengoksidakan besi sulfida. Sanga yang mengandungi 2-8% Cu dikisar dan dikembalikan ke peleburan kilat.
4.2 Peringkat Pembuatan Tembaga
Tiupan berterusan mengoksidakan Cu₂S menjadi lepuh kuprum (98.5-99.3% Cu) pada suhu 1180-1230°C.
5. Penapisan Api Relau Anod
Tembaga lepuh dicas ke dalam relau anod pegun atau condong 50-500 tan untuk penapisan pengurangan pengoksidaan.
5.1 Peringkat Pengoksidaan
Tombak udara atau oksigen menyingkirkan baki Fe, Ni, As, Sb dan Bi sebagai sanga terapung.
5.2 Peringkat Pengurangan
Oksigen dikurangkan menggunakan gas asli, diesel atau tiang kayu kepada 150-300 ppm. Kuprum yang telah ditapis dituang ke dalam anod 300-450 kg (Cu ≥99.0%).
6. Penapisan Elektrolitik
Anod diletakkan di dalam sel elektrolitik dengan bahan induk plumbum atau titanium sebagai katod dalam elektrolit CuSO₄-H₂SO₄.
6.1 Keadaan Operasi
- Ketumpatan arus: 220-320 A/m²
- Voltan sel: 0.22-0.32 V
- Suhu elektrolit: 60-65°C
- Cu²⁺: 40-55 g/L, H₂SO₄ percuma: 150-220 g/L
6.2 Tindak Balas Elektrokimia
Pelarutan anod: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻ Lebih banyak unsur mulia (Au, Ag, Se, Te) melapor kepada lendir anod; kurang unsur mulia memasuki larutan. Pemendapan katod menghasilkan ≥99.993% Cu yang memenuhi spesifikasi LME Gred A.
7. Rawatan Luar Gas dan Kawalan Alam Sekitar
Gas kaya SO₂ daripada relau kilat, penukar dan relau anod disejukkan, dinyahhabuk dan diproses di loji asid bersentuhan dua yang mencapai pemulihan sulfur >99.8%. Gas ekor SO₂ adalah jauh di bawah 100 mg/Nm³. Arsenik, merkuri dan logam berat lain disingkirkan melalui proses khusus.
8. Kesimpulan
Pirometalurgi kuprum kontemporari telah mencapai kesinambungan, automasi dan prestasi alam sekitar yang tinggi. Lembaran alir peleburan kilat bersepadu-penukaran berterusan-penapisan anod-elektropemurnian memberikan pemulihan kuprum keseluruhan >98.5% dan penggunaan tenaga tentu sebanyak 280-320 kgce/t katod, mewakili penanda aras bertaraf dunia. Perkembangan berterusan dalam pengayaan oksigen, teknologi pembuatan kuprum berterusan dan kawalan proses digital akan memajukan lagi kecekapan dan kemampanan.
Masa siaran: 22 Dis-2025