一
1. Вступ
Пірометалургійне виплавлення міді залишається домінуючим способом виробництва первинної рафінованої міді, що становить понад 80% світових потужностей. Цей процес перетворює концентрати сульфіду міді (переважно халькопірит, CuFeS₂) на високочисту катодну мідь (≥99,99% Cu) за допомогою серії високотемпературних металургійних операцій. У цій статті детально описано основну інтегровану технологічну схему, що складається з плавлення спалахом, конвертування, анодного рафінування та електролітичного рафінування.
2. Підготовка та змішування концентрату
Мідні концентрати (25-35% Cu) надходять наливними суднами та зберігаються в критих відвалах. Вміст вологи зазвичай становить 8-12% і має бути знижений до ≤0,3% за допомогою обертових печей або сушарок з псевдозрідженим шаром, щоб запобігти вибухам та надмірному споживанню енергії під час подальшої плавки.
Висушений концентрат змішують з флюсами (кварц, вапняк), ревертами та конвертерним шлаком у точно контрольованих пропорціях. Сучасні заводи використовують автоматичні дискові живильники та системи датчиків навантаження, що досягають точності змішування в межах ±0,5%.
2
3. Плавка швидкого виплавлення
Плавка спалахом – це найсучасніша технологія обробки концентратів сульфіду міді, представлена в усьому світі печами спалаху Outotec (нині Metso) та розробленими в Китаї кисневими печами з нижнім продувом.
3.1 Принцип процесу
Сухий концентрат впорскується в гарячий, збагачений киснем повітряний потік (концентрація кисню 75-90%) за температури 850-950°C. Реакції (сушіння, окислення, утворення шлаку та штейна) завершуються за 3-5 секунд, при цьому тепло реакції підтримується автотермічним режимом. Ключові реакції включають: 4CuFeS₂ + 9O₂ → 4CuS + 2Fe₂O₃ + 8SO₂ 2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ → 2FeO·SiO₂ + 2SO₂
3.2 Ключове обладнання
- Реакційна шахта: висота 11-14 м, діаметр 7-9 м, футерована високоякісною магнезито-хромовою цеглою та мідними водяними сорочками.
- Відстійник та приймальна шахта: гравітаційне розділення штейна (65-75% Cu) та шлаку.
- Котел-утилізатор: рекуперує чутливе тепло відхідних газів з температурою ~550°C для виробництва пари.
- Співвідношення кисню до концентрату: 1,15-1,25 Нм³ O₂/т сухого концентрату
- Температура реакційного вала: 1250-1300°C
- Температура штейна: 1180-1220°C
- Співвідношення Fe/SiO₂ у шлаку: 1,1-1,4, вміст міді в шлаку ≤0,6%
3.3 Критичні параметри контролю
Продуктивність однієї печі спалаху досягає 4000-5500 т/добу концентрату з термічним ККД >98% та майже 100% уловлюванням SO₂.
4. Конвертація
Штейн переміщується за допомогою електрично нагрітих желобів або ковшів до конвертерів Пірса-Сміта або печей безперервної переробки.
4.1 Стадія шлакоутворення
Для окислення сульфіду заліза вдувається повітря, збагачене киснем (25-35% O₂). Шлак, що містить 2-8% Cu, знімається та повертається на плавку.
4.2 Стадія виробництва міді
Продовження продування окислює Cu₂S до чорнової міді (98,5-99,3% Cu) при 1180-1230°C.
3
1. Головне завантаження котушок та автоматичне центрування → 15-тонна гідравлічна машина для котушок + фотоелектричний сервопривід EPC, похибка вирівнювання центральної лінії <0,1 мм
2. Розмотування та встановлення натягу → Магнітне порошкове гальмо + сервокерування із замкнутим контуром, точне регулювання 50–1500 Н
3. Точне різання → Імпортні диски з твердосплавного сплаву вольфраму або швидкорізальної сталі PM, биття шпинделя ≤ 0,002 мм, проставки шліфовані з точностю ±0,001 мм, компенсація зносу в режимі реального часу
4. Обробка обрізків кромок → Незалежні двоголовкові намотувачі металобрухту; обрізки повертаються у вигляді рулонів або подрібнюються на місці
5. Перемотування та ізоляція натягу → Індивідуальна ізоляція танцюючих валків на кожну нитку, пневматичні оправки + автоматичний захист кутів, вирівнювання поверхні ≤ ±0,3 мм
6. Автоматичне відсікання та упаковка → Уповільнення → різання → обгортання папером → етикетка → розвантаження за 45 секунд
Повний автоматичний процес розрізання мідних котушок
5. Рафінування вогнем анодної печі
Чорнова мідь завантажується в стаціонарні або похилі анодні печі ємністю 50-500 тонн для окислювально-відновного рафінування.
5.1 Стадія окислення
Повітряні або кисневі фурми видаляють залишки Fe, Ni, As, Sb та Bi у вигляді плаваючого шлаку.
5.2 Стадія скорочення
Кисень відновлюють за допомогою природного газу, дизельного палива або дерев'яних жердин до 150-300 ppm. Рафіновану мідь відливають у аноди вагою 300-450 кг (Cu ≥99,0%).
4
6.1 Умови експлуатації
- Щільність струму: 220-320 А/м²
- Напруга елемента: 0,22-0,32 В
- Температура електроліту: 60-65°C
- Cu²⁺: 40-55 г/л, вільна H₂SO₄: 150-220 г/л
6.2 Електрохімічні реакції
Розчинення анода: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻ Більш благородні елементи (Au, Ag, Se, Te) потрапляють у анодний шлам; менш благородні елементи потрапляють у розчин. Катодне осадження дає ≥99,993% Cu, що відповідає специфікаціям LME Grade A.
7. Очищення відхідних газів та контроль навколишнього середовища
Гази, багаті на SO₂, з печей спалаху, конвертерів та анодних печей охолоджуються, знепилюються та обробляються на кислотних установках з подвійним контактом, що дозволяє досягти вилучення сірки >99,8%. Вміст SO₂ у хвостовому газі значно нижчий за 100 мг/Нм³. Миш'як, ртуть та інші важкі метали видаляються за допомогою спеціалізованих процесів.
8. Висновок
Сучасна пірометалургія міді досягла високого рівня безперервності, автоматизації та екологічних показників. Інтегровані технологічні схеми флеш-плавки-безперервного конвертування-анодного рафінування-електрорафінування забезпечують загальний рівень вилучення міді >98,5% та питому енергоспоживання 280-320 кг у.е./т катода, що є світовими еталоном. Поточні розробки в галузі збагачення киснем, технологій безперервного виробництва міді та цифрового керування процесами сприятимуть подальшому підвищенню ефективності та сталого розвитку.
Час публікації: 24 грудня 2025 р.