一
1. Ievads
Pirometalurģiskā vara kausēšana joprojām ir dominējošais primārā rafinētā vara ražošanas veids, veidojot vairāk nekā 80% no pasaules jaudas. Šajā procesā vara sulfīda koncentrāti (galvenokārt halkopirīts, CuFeS₂) tiek pārveidoti par augstas tīrības pakāpes katoda varu (≥99,99% Cu), izmantojot virkni augstas temperatūras metalurģisku darbību. Šajā rakstā ir detalizēti aprakstīta galvenā integrētā plūsmas shēma, kas sastāv no zibspuldzes kausēšanas, konvertēšanas, anoda rafinēšanas un elektrolītiskās rafinēšanas.
2. Koncentrāta sagatavošana un sajaukšana
Vara koncentrāti (25–35 % Cu) tiek piegādāti beramkravu tvertnēs un tiek uzglabāti slēgtās kaudzēs. Mitruma saturs parasti ir 8–12 %, un tas jāsamazina līdz ≤0,3 %, izmantojot rotācijas krāsnis vai fluidizētās gultas žāvētājus, lai novērstu sprādzienus un pārmērīgu enerģijas patēriņu kausēšanas procesā.
Žāvētu koncentrātu precīzi kontrolētās proporcijās sajauc ar kušņiem (kvarcu, kaļķakmeni), revertiem un konvertera izdedžiem. Mūsdienu rūpnīcās tiek izmantoti automātiski disku padevēji un slodzes sensoru sistēmas, kas panāk sajaukšanas precizitāti ±0,5 % robežās.
2
3. Ātrgaitas kausēšana
Ātrkausēšana ir vismodernākā vara sulfīda koncentrātu apstrādes tehnoloģija, ko pasaulē pārstāv Outotec (tagad Metso) ātrkausēšanas krāsnis un Ķīnā izstrādātās skābekļa apakšējās ventilācijas krāsnis.
3.1 Procesa princips
Sauso koncentrātu iesmidzina karstā, ar skābekli bagātinātā gaisa plūsmā (skābekļa koncentrācija 75–90%) 850–950 °C temperatūrā. Reakcijas (žūšana, oksidēšanās, izdedžu un matējuma veidošanās) beidzas 3–5 sekundēs, un reakcijas siltumu uztur autotermiska darbība. Galvenās reakcijas ietver: 4CuFeS₂ + 9O₂ → 4CuS + 2Fe₂O₃ + 8SO₂ 2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ → 2FeO·SiO₂ + 2SO₂
3.2 Galvenais aprīkojums
- Reakcijas šahta: 11–14 m augsta, 7–9 m diametrā, izklāta ar augstas kvalitātes magnezīta-hroma ķieģeļiem un vara ūdens apvalkiem.
- Nostādinātājs un uzņemšanas šahta: matērijas (65–75 % Cu) un izdedžu atdalīšana ar gravitācijas palīdzību.
- Siltuma pārpalikuma katls: atgūst jūtamo siltumu no ~550°C izplūdes gāzēm tvaika ražošanai.
- Skābekļa un koncentrāta attiecība: 1,15–1,25 Nm³ O₂/t sausa koncentrāta
- Reakcijas vārpstas temperatūra: 1250–1300 °C
- Matēta temperatūra: 1180–1220 °C
- Izdedžu Fe/SiO₂ attiecība: 1,1–1,4, varš izdedžos ≤0,6%
3.3 Kritiskie kontroles parametri
Vienas zibspuldzes krāsns jauda sasniedz 4000–5500 t/d koncentrāta ar termisko efektivitāti >98% un gandrīz 100% SO₂ uztveršanu.
4. Konvertēšana
Matte tiek pārvietota pa elektriski apsildāmām slīpmašīnām vai kausiem uz Pīrsa-Smita konverteriem vai nepārtrauktas konvertēšanas krāsnīm.
4.1 Izdedžu veidošanās stadija
Dzelzs sulfīda oksidēšanai tiek pūsts ar skābekli bagātināts gaiss (25–35 % O₂). Izdedžus, kas satur 2–8 % Cu, atdala un atgriež zibspuldzes kausēšanā.
4.2 Vara ražošanas posms
Turpinot pūšanu, Cu₂S oksidējas līdz vara pūslim (98,5–99,3 % Cu) 1180–1230 °C temperatūrā.
3
1. Galvenā spoles ielāde un automātiskā centrēšana → 15 tonnu hidrauliskā spoles vagons + fotoelektriskais servo EPC, centra līnijas izlīdzināšanas kļūda < 0,1 mm
2. Attīšanas un spriegojuma noteikšana → Magnētiskā pulvera bremze + slēgtas cilpas servo vadība, precīzi regulējama 50–1500 N
3.Precīza sagriešana → Importēti volframa karbīda vai PM HSS diski, vārpstas izvirzījums ≤ 0,002 mm, starplikas noslīpētas līdz ±0,001 mm, nodiluma kompensācija reāllaikā
4. Malu apdares apstrāde → Neatkarīgi divu galvu metāllūžņu uztīšanas mehānismi; apdare tiek atgriezta ruļļos vai sasmalcināta uz vietas
5. Pārtīšana un spriegojuma izolācija → Individuāla dejojošā ruļļa izolācija katrā pavedienā, pneimatiskie stiprinājumi + automātiska stūru aizsardzība, virsmas izlīdzināšana ≤ ± 0,3 mm
6.Automātiska izslēgšana un iepakošana → Palēnināt → griezt → papīra iesaiņojums → etiķete → izlāde 45 sekundēs
Pilnīgs automātisks vara spoles sagriešanas process
5. Anoda krāsns uguns rafinēšana
Blistera varš tiek iepildīts 50–500 t stacionārās vai slīpās anoda krāsnīs oksidācijas-reducēšanas rafinēšanai.
5.1 Oksidācijas stadija
Gaisa vai skābekļa lanceti noņem atlikušo Fe, Ni, As, Sb un Bi kā peldošus izdedžus.
5.2 Redukcijas posms
Skābekļa daudzums tiek samazināts līdz 150–300 ppm, izmantojot dabasgāzi, dīzeļdegvielu vai koka stabus. Rafinētais varš tiek ieliets 300–450 kg anodos (Cu ≥99,0%).
4
6.1 Darbības apstākļi
- Strāvas blīvums: 220–320 A/m²
- Šūnas spriegums: 0,22–0,32 V
- Elektrolīta temperatūra: 60–65 °C
- Cu²⁺: 40-55 g/l, brīvs H2SO4: 150-220 g/l
6.2 Elektroķīmiskās reakcijas
Anoda izšķīšana: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻ Vairāk cēlelementu (Au, Ag, Se, Te) nonāk anoda gļotās; mazāk cēlelementu nonāk šķīdumā. Katoda nogulsnēšanās dod ≥99,993% Cu, kas atbilst LME A klases specifikācijām.
7. Izplūdes gāzu attīrīšana un vides kontrole
Ar SO₂ bagātas gāzes no zibspuldzes krāsnīm, konverteriem un anoda krāsnīm tiek atdzesētas, attīrītas no putekļiem un apstrādātas divkāršā kontakta skābju iekārtās, panākot >99,8 % sēra atgūšanu. Atlikušās gāzes SO₂ saturs ir krietni zem 100 mg/Nm³. Arsēns, dzīvsudrabs un citi smagie metāli tiek atdalīti, izmantojot specializētus procesus.
8. Secinājums
Mūsdienu vara pirometalurģija ir sasniegusi augstu nepārtrauktības, automatizācijas un vides aizsardzības rādītāju līmeni. Integrētās zibspuldzes kausēšanas-nepārtrauktas konvertēšanas-anoda rafinēšanas-elektrorafinēšanas plūsmas shēmas nodrošina kopējo vara atgūšanu >98,5% un īpatnējo enerģijas patēriņu 280–320 kgce/t katoda, kas atbilst pasaules līmeņa standartiem. Pastāvīgā attīstība skābekļa bagātināšanas, nepārtrauktas vara ražošanas tehnoloģiju un digitālās procesu vadības jomā vēl vairāk uzlabos efektivitāti un ilgtspējību.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 24. decembris