一
1. Въведение
Пирометалургичното топене на мед остава доминиращият начин за производство на първична рафинирана мед, представляващ над 80% от световния капацитет. Процесът преобразува концентрати от меден сулфид (предимно халкопирит, CuFeS₂) във високочиста катодна мед (≥99,99% Cu) чрез серия от високотемпературни металургични операции. Тази статия описва подробно основната интегрирана технологична схема, състояща се от флаш топене, конвертиране, анодно рафиниране и електролитно рафиниране.
2. Приготвяне и смесване на концентрата
Медните концентрати (25-35% Cu) пристигат с насипни контейнери и се съхраняват в покрити купчини. Съдържанието на влага обикновено е 8-12% и трябва да се намали до ≤0,3% с помощта на ротационни пещи или сушилни с флуидизиран слой, за да се предотвратят експлозии и прекомерна консумация на енергия при последващото топене.
Изсушеният концентрат се смесва с флюсове (кварц, варовик), реверти и конверторна шлака в прецизно контролирани пропорции. Съвременните инсталации използват автоматизирани дискови захранващи устройства и системи с динамометрични клетки, постигащи точност на смесване в рамките на ±0,5%.
2
3. Бързо топене
Бързото топене е най-модерната технология за обработка на медно-сулфидни концентрати, представена в световен мащаб от флаш пещи Outotec (сега Metso) и разработени в Китай кислородни пещи с дънно продухване.
3.1 Принцип на процеса
Сухият концентрат се инжектира в горещ, обогатен с кислород въздушен поток (концентрация на кислород 75-90%) при 850-950°C. Реакциите (сушене, окисление, образуване на шлака и щейн) завършват за 3-5 секунди, като реакционната топлина се поддържа чрез автотермичен режим. Ключовите реакции включват: 4CuFeS₂ + 9O₂ → 4CuS + 2Fe₂O₃ + 8SO₂ 2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ → 2FeO·SiO₂ + 2SO₂
3.2 Ключово оборудване
- Реакционна шахта: височина 11-14 м, диаметър 7-9 м, облицована с висококачествени магнезитово-хромови тухли и медни водни ризи.
- Утаител и поглъщателна шахта: гравитачно разделяне на кайн (65-75% Cu) и шлака.
- Котел за отпадъчна топлина: възстановява осезаема топлина от отпадъчни газове с температура ~550°C за производство на пара.
- Съотношение кислород/концентрат: 1,15-1,25 Nm³ O₂/t сух концентрат
- Температура на реакционния вал: 1250-1300°C
- Температура на мат: 1180-1220°C
- Съотношение Fe/SiO₂ в шлаката: 1,1-1,4, мед в шлаката ≤0,6%
3.3 Критични контролни параметри
Капацитетът на единична флаш пещ достига 4000-5500 т/ден концентрат с термична ефективност >98% и близо 100% улавяне на SO₂.
4. Конвертиране
Штейнът се прехвърля чрез електрически нагрявани улеи или кофи до конвертори на Пиърс-Смит или пещи за непрекъснато конвертиране.
4.1 Етап на образуване на шлака
Обогатен с кислород въздух (25-35% O₂) се продухва за окисляване на железен сулфид. Шлаката, съдържаща 2-8% Cu, се обезмаслява и се връща за бързо топене.
4.2 Етап на производство на мед
Продължаващото продухване окислява Cu₂S до блистерна мед (98,5-99,3% Cu) при 1180-1230°C.
3
1. Зареждане и автоматично центриране на главната бобина → 15-тонна хидравлична количка за бобини + фотоелектричен серво EPC, грешка в подравняването на централната линия <0,1 мм
2. Размотаване и установяване на опъване → Магнитна прахова спирачка + серво управление със затворен контур, прецизно регулируемо 50–1500 N
3. Прецизно рязане → Вносни дискове от волфрамов карбид или PM HSS, биене на шпиндела ≤ 0,002 мм, дистанционни елементи, шлифовани до ±0,001 мм, компенсация на износването в реално време
4. Обработка на обрези от кантове → Независими двуглави навиващи машини за скрап; обрези, върнати на рула или натрошени на място
5. Пренавиване и изолация от опъване → Индивидуална изолация на танцуващите ролки за всяка нишка, пневматични дорници + автоматична защита на ъглите, подравняване на лицевата страна ≤ ±0,3 мм
6. Автоматично прекъсване и опаковане → Забавяне → рязане → опаковане с хартия → етикет → изхвърляне за 45 секунди
Пълен автоматичен процес на рязане на медни рулони
5. Рафиниране с анодна пещ
Блистерната мед се зарежда в стационарни или накланящи се анодни пещи с обем 50-500 тона за окислително-редукционно рафиниране.
5.1 Етап на окисление
Въздушни или кислородни тръби отстраняват остатъчните Fe, Ni, As, Sb и Bi като плаваща шлака.
5.2 Етап на редукция
Кислородът се редуцира с помощта на природен газ, дизел или дървени пръти до 150-300 ppm. Рафинираната мед се отлива в аноди с тегло 300-450 kg (Cu ≥99,0%).
4
6.1 Условия на работа
- Плътност на тока: 220-320 A/m²
- Напрежение на клетката: 0.22-0.32 V
- Температура на електролита: 60-65°C
- Cu²⁺: 40-55 g/L, свободна H₂SO₄: 150-220 g/L
6.2 Електрохимични реакции
Разтваряне на анода: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻ По-благородни елементи (Au, Ag, Se, Te) се отделят в анодния шлам; по-малко благородни елементи навлизат в разтвора. Катодното отлагане дава ≥99.993% Cu, отговаряща на спецификациите на LME клас A.
7. Пречистване на отпадъчни газове и контрол на околната среда
Богатите на SO₂ газове от флаш пещи, конвертори и анодни пещи се охлаждат, обезпрашават и преработват в двойноконтактни киселинни инсталации, постигайки >99,8% извличане на сяра. SO₂ в остатъчния газ е доста под 100 mg/Nm³. Арсен, живак и други тежки метали се отстраняват чрез специализирани процеси.
8. Заключение
Съвременната пирометалургия на медта е постигнала висока непрекъснатост, автоматизация и екологични показатели. Интегрираните технологични схеми за флаш топене - непрекъснато конвертиране - анодно рафиниране - електрорафиниране осигуряват общ добив на мед >98,5% и специфична консумация на енергия от 280-320 kgce/t катод, което представлява световни стандарти. Непрекъснатите разработки в обогатяването с кислород, технологиите за непрекъснато производство на мед и цифровото управление на процесите ще подобрят допълнително ефективността и устойчивостта.
Време на публикуване: 24 декември 2025 г.