Il tradizionale principio di fusione dell'attrezzatura del concentrato di solfuro di rame pirometallurgico come materia prima principale

La fusione si riferisce principalmente alla fusione opaca, che mira a ossidare parte del ferro nel concentrato di rame o minerale arrostito e rimuoverlo dalla formazione di scorie come ganga e flusso, con conseguente produzione di opaco ricco di rame (xCu2S · yFeS). La quantità totale di rame, ferro e zolfo nell'opaco spesso rappresenta dall'80% al 90% e quasi tutti i metalli preziosi nella carica della fornace entrano nell'opaco.
L'attrezzatura tradizionale per la fusione opaca è l'altoforno, il forno a riverbero, il forno elettrico, ecc. Le moderne grandi fonderie di rame di nuova costruzione utilizzano principalmente forni flash. L'altoforno per la fusione è un forno verticale, utilizzato da tempo dai piccoli paesi per la fusione diretta del rame. Il metodo tradizionale è la sinterizzazione e la fusione in altoforno. Il concentrato di rame solfuro viene prima sinterizzato e arrostito per rimuovere parte dello zolfo, trasformandolo in un grumo sinterizzato. Viene aggiunto al forno in strati con flusso, coke e altri materiali batch e produce scorie opache e di scarto durante la fusione. Questo metodo ha un basso contenuto di SO2 nei fumi, rendendo difficile il recupero economico dello zolfo. Al fine di eliminare i rischi di fumo e recuperare lo zolfo dai concentrati, negli anni '50 è stato sviluppato il metodo di fusione dell'altoforno concentrato, che prevede la miscelazione e l'impasto del concentrato di solfuro di rame in una pasta, quindi l'aggiunta di alcuni materiali a blocchi, fondente, coke, ecc. lotti dalla porta di alimentazione centrale della parte superiore del forno per formare una tenuta del materiale, ridurre le perdite d'aria e aumentare la concentrazione di SO2. Il materiale impastato viene essiccato e arrostito dai fumi caldi nella fornace per formare una colonna di materiale sinterizzato, e anche il materiale a blocchi viene avvolto attorno alla colonna di materiale sinterizzato in una forma colonnare per mantenere la traspirabilità e garantire il normale funzionamento dell'operazione di fusione.
Il contenuto di rame del matte dipende dal grado del concentrato e dalla velocità di desolforazione durante il processo di tostatura e fusione. La qualità opaca mondiale generalmente contiene dal 40 percento al 55 percento di rame. La produzione di matte di alta qualità può sfruttare maggiormente il calore della reazione di solfuro e ridurre il tempo di soffiatura del processo successivo. Il contenuto di rame nelle scorie di fusione è correlato al grado di opaco e il contenuto di rame nelle scorie di scarto è generalmente compreso tra 0,4 percento e 0,5 percento. Le principali reazioni durante il processo di fusione sono:
2CuFeS2→Cu2S più 2FeS più S
Cu2O più FeS→Cu2S più FeO
2FeS più 3O2 più SiO2→2FeO·SiO2 più 2SO2
2FeO più SiO2→2FeO·SiO2
Il forno a riverbero è rettangolare e costruito con materiali refrattari di alta qualità. Il bruciatore si trova in testa al focolare e i fumi vengono scaricati dalla coda. Il materiale del forno viene aggiunto dalla parte superiore o superiore della parete laterale e il matte viene scaricato dalla porta matte nella parte inferiore della parete laterale. Le scorie vengono scaricate dall'apertura di scarico delle scorie sotto la parete laterale o la parete terminale. La temperatura della testa del forno varia da 1500 gradi a 1550 gradi, la temperatura della coda del forno varia da 1250 gradi a 1300 gradi e la temperatura dei fumi di uscita è di circa 1200 gradi. Quando si fonde e si arrostisce il minerale, il tasso di carburante va dal 10 al 15 percento e il tasso di energia del letto è 3-6t/(m2 · giorno). Il concentrato di rame viene immesso direttamente nella fornace, con un tasso di combustibile dal 16% al 25% e un tasso di energia del letto di 2-4t/(m2 · giorno), ed è chiamato fusione del concentrato grezzo.
Il processo di fusione con forno a riverbero è adatto alla lavorazione di concentrati polverosi per flottazione. Il tasso di desolforazione del processo di fusione del forno a riverbero è basso, solo il 20% ~ 30%, che è adatto per la lavorazione di concentrati con un alto grado di rame. Se la materia prima contiene basso contenuto di rame e alto contenuto di zolfo, deve essere arrostita prima della fusione. La scala di produzione del forno a riverbero può essere su larga scala e ha una forte adattabilità alle materie prime e ai combustibili. È stata a lungo l'attrezzatura principale per la fusione del rame. Negli anni '70, i paesi stavano studiando per migliorare la fusione del forno a riverbero e alcuni utilizzavano dispositivi di spruzzatura di ossigeno per iniettare concentrati nel forno per rafforzare la tenuta per aumentare la concentrazione di SO2. La prima fonderia della China Baiyin Corporation ha aggiunto il concentrato di rame alla fusione nel forno a riverbero per l'altofusione, che ha migliorato la forza di fusione e il gas di combustione può essere utilizzato per produrre acido solforico. Fino all'inizio degli anni '80, la capacità del forno a riverbero mantenuta in tutto il mondo era ancora al primo posto nelle apparecchiature per la fusione del rame. Forno elettrico a scatola, ma il forno a riverbero ha una grande quantità di gas di combustione e solo l'1% circa di SO2 è difficile da recuperare. L'efficienza termica del forno a riverbero è solo del 25% ~ 30% e il calore di reazione nel processo di fusione viene utilizzato di meno e il calore necessario viene fornito principalmente da combustibile aggiuntivo.
La fusione del rame nel forno elettrico utilizza un forno ad arco a resistenza, noto anche come forno termoelettrico minerario, che ha un'ampia gamma di adattabilità ai materiali. Viene generalmente utilizzato in aree con bassi prezzi dell'elettricità e per la lavorazione di concentrati contenenti ganga refrattaria. La quantità di gas di combustione prodotta dalla fusione del forno elettrico è relativamente piccola. Se opportunamente controllata, la concentrazione di SO2 nei fumi può raggiungere circa il 5 percento, il che è vantaggioso per il recupero dello zolfo.
I forni elettrici per la fusione del rame sono per lo più rettangolari, alcuni circolari. I grandi forni elettrici sono generalmente lunghi da 30 ma 35 m, larghi da 8 ma 10 m e alti da 4 ma 5 m. Utilizzano sei elettrodi autocottura con un diametro da 1,2 m a 1,8 m e sono alimentati da tre trasformatori monofase. La potenza apparente del forno elettrico varia da 3000 a 50000 kilovolt ampere, con una potenza unitaria dell'area del letto del forno di circa 100kw/m2, un tasso energetico del letto di 3-6t/(m2 · giorno), una potenza di carica del forno consumo da 400 a 500kw · h/t, e un consumo di pasta per elettrodi di circa 2-3 kg/t.
La fusione rapida consiste nell'essiccare la miscela di concentrato di solfuro di rame e fondente al di sotto del 0,3 percento di contenuto d'acqua, mescolarla con aria calda (o ossigeno o aria arricchita di ossigeno), spruzzarla nella fornace per una rapida ossidazione e fusione e generare matte e scorie. Il suo vantaggio è che il forno elettrico ha un'elevata resistenza alla fusione e può sfruttare appieno il calore della reazione di ossidazione del solfuro. Ridurre il consumo energetico del processo di fusione. La fusione flash del forno tubolare può regolare il grado opaco in un ampio intervallo, generalmente controllato a circa il 50 percento, il che è vantaggioso per la fase successiva della conversione. Tuttavia, la scoria contiene un alto contenuto di rame e necessita di ulteriore trattamento.
La concentrazione di SO2 nei fumi può superare l'8%.
Il soffiaggio opaco utilizza la caratteristica che il solfuro ferroso è più facile da ossidare rispetto al solfuro rameoso. In un convertitore orizzontale, l'aria viene soffiata nella massa fusa per ossidare il solfuro ferroso in ossido ferroso, che viene poi rimosso mediante formazione di scorie con l'aggiunta di flusso di quarzo. Altre impurità vengono parzialmente rimosse, quindi il soffiaggio continua ad ossidare lo zolfo in solfuro rameoso nei gas di combustione, risultando in rame grezzo contenente dal 98% al 99% di rame e anche metalli preziosi che entrano nel rame grezzo.
La conversione del rame opaco è una reazione esotermica, che può essere effettuata mediante autoriscaldamento. Solitamente si devono aggiungere dei materiali freddi per assorbire il calore in eccesso. La scoria dopo la soffiatura ha un alto contenuto di rame, solitamente dal 2% al 5%, e viene restituita al forno fusorio o trattata con metodi come l'arricchimento o la diluizione del forno elettrico a scatola. La concentrazione di SO2 nei fumi di soffiaggio è relativamente alta, generalmente compresa tra l'8% e il 12%, che può essere utilizzata per la produzione di acido. Il processo di soffiaggio viene generalmente eseguito utilizzando un convertitore orizzontale con funzionamento intermittente. L'aria con una pressione relativa di circa 1 kgf/cm2 viene soffiata nella massa fusa attraverso una fila di fori per l'aria installati lungo la lunghezza del convertitore. L'alimentazione, lo scarico delle scorie, lo scarico del rame e lo scarico dei fumi passano tutti attraverso la bocca del forno sul corpo del forno.
La piroraffinazione e la raffinazione elettrolitica del rame grezzo sfruttano il fatto che alcune impurità hanno una maggiore affinità per l'ossigeno rispetto al rame e i loro ossidi sono insolubili nel rame liquido e vengono rimossi mediante scorificazione di ossidazione o volatilizzazione. Durante il processo di riduzione, coprire la superficie del liquido di rame con carbone o coke per evitare la riossidazione. Dopo la raffinazione, può essere fuso nell'anodo di rame o nel lingotto di rame per la raffinazione elettrolitica. Il processo consiste nell'aggiungere rame liquido nel forno di raffinazione per riscaldare o aggiungere materiale di rame solido nel forno per fondere, quindi soffiare aria nel liquido di rame per ossidare, volatilizzare le impurità, eliminare le scorie e quindi ridurre l'ossido di rame inserendo legno verde o iniettando olio pesante, gas di petrolio o ammoniaca nel liquido di rame. Le scorie di raffinazione contengono un alto contenuto di rame, che può essere restituito al convertitore per la lavorazione e la raffinazione nel forno a riverbero o nel forno di raffinazione rotativo.
Un ciclo di soffiatura è diviso in due fasi: la prima fase consiste nell'ossidare FeS in FeO, rimuovere le scorie e ottenere rame bianco opaco (Cu2S). La temperatura di fusione varia da 1150 gradi a 1250 gradi. La reazione principale è:
2FeS＋3O2→2FeO più 2SO2
2FeO più SiO2→2FeO·SiO2
La temperatura di fusione varia da 1200 gradi a 1280 gradi e il rame ghiaccio bianco viene soffiato e raffinato in rame grezzo secondo la seguente reazione:
2Cu2S＋3O2→2Cu2O più 2SO2
Cu2S più 2Cu2O→6Cu più SO2

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