一
1. Introducere
Topirea pirometalurgică a cuprului rămâne principala rută de producție a cuprului rafinat primar, reprezentând peste 80% din capacitatea globală. Procesul transformă concentratele de sulfură de cupru (în principal calcopirită, CuFeS₂) în cupru catodic de înaltă puritate (≥99,99% Cu) printr-o serie de operațiuni metalurgice la temperatură înaltă. Acest articol detaliază schema de proces integrată principală, constând din topirea rapidă, conversia, rafinarea anodică și rafinarea electrolitică.
2. Prepararea și amestecarea concentratului
Concentratele de cupru (25-35% Cu) sosesc în vase vrac și sunt depozitate în stive acoperite. Conținutul de umiditate este de obicei de 8-12% și trebuie redus la ≤0,3% folosind cuptoare rotative sau uscătoare cu pat fluidizat pentru a preveni exploziile și consumul excesiv de energie în topirea ulterioară.
Concentratul uscat este amestecat cu fluxuri (cuarț, calcar), reverturi și zgură de convertor în proporții controlate cu precizie. Instalațiile moderne utilizează alimentatoare automate cu discuri și sisteme cu celule de sarcină, atingând o precizie de amestecare de ±0,5%.
2
3. Topire rapidă
Topirea rapidă este cea mai avansată tehnologie pentru tratarea concentratelor de sulfură de cupru, reprezentată la nivel global de cuptoarele rapide Outotec (acum Metso) și de cuptoarele cu suflare inferioară de oxigen dezvoltate în China.
3.1 Principiul procesului
Concentratul uscat este injectat într-un curent de aer fierbinte, îmbogățit cu oxigen (concentrație de oxigen 75-90%) la 850-950°C. Reacțiile (uscarea, oxidarea, formarea zgurii și a matei) se finalizează în 3-5 secunde, cu o funcționare autotermă care susține căldura reacției. Reacțiile cheie includ: 4CuFeS₂ + 9O₂ → 4CuS + 2Fe₂O₃ + 8SO₂ 2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ → 2FeO·SiO₂ + 2SO₂
3.2 Echipamente cheie
- Puț de reacție: 11-14 m înălțime, 7-9 m diametru, căptușit cu cărămizi de crom-magnezită de înaltă calitate și mantale de apă din cupru.
- Decantor și puț de absorbție: separare gravitațională a matei (65-75% Cu) și a zgurii.
- Cazan de căldură reziduală: recuperează căldura sensibilă de la gazele reziduale la ~550°C pentru generarea de abur.
- Raport oxigen-concentrat: 1,15-1,25 Nm³ O₂/t concentrat uscat
- Temperatura arborelui de reacție: 1250-1300°C
- Temperatura matei: 1180-1220°C
- Raportul Fe/SiO₂ al zgurii: 1,1-1,4, cupru în zgură ≤0,6%
3.3 Parametri critici de control
Capacitatea unui singur cuptor de detonare rapidă atinge 4000-5500 t/zi de concentrat, cu o eficiență termică >98% și o captare de SO₂ de aproape 100%.
4. Conversia
Mata este transferată prin intermediul unor cuve sau oale încălzite electric către convertoare Peirce-Smith sau cuptoare de conversie continuă.
4.1 Etapa de formare a zgurii
Aer îmbogățit cu oxigen (25-35% O₂) este suflat pentru a oxida sulfura de fier. Zgura care conține 2-8% Cu este îndepărtată prin degresare și returnată la topirea rapidă.
4.2 Etapa de fabricare a cuprului
Suflarea continuă oxidează Cu₂S în cupru blister (98,5-99,3% Cu) la 1180-1230°C.
3
1. Încărcare și centrare automată a bobinelor Master → cărucior hidraulic pentru bobine de 15 tone + servo fotoelectric EPC, eroare de aliniere a liniei centrale < 0,1 mm
2. Derulare și stabilire a tensiunii → Frână magnetică cu pulbere + servocomandă în buclă închisă, reglabilă cu precizie 50–1500 N
3. Tăiere de precizie → Discuri importate din carbură de tungsten sau PM HSS, bătaia arborelui principal ≤ 0,002 mm, distanțiere rectificate la ±0,001 mm, compensare a uzurii în timp real
4. Manipularea marginilor → Mașini de înfășurat resturi cu două capete independente; resturile sunt returnate sub formă de rulouri sau zdrobite la fața locului
5. Rebobinare și izolare a tensiunii → Izolare individuală a rolei dansante per fir, dornuri pneumatice + protecție automată a colțurilor, aliniere frontală ≤ ±0,3 mm
6. Decupare și ambalare automată → Decelerare → tăiere → înveliș de hârtie → etichetă → descărcare în 45 de secunde
Proces complet automat de tăiere a bobinelor de cupru
5. Rafinarea focului cuptorului anodic
Cuprul blister este încărcat în cuptoare cu anozi staționare sau înclinate de 50-500 t pentru rafinarea prin oxido-reducere.
5.1 Etapa de oxidare
Lăncile de aer sau oxigen îndepărtează Fe, Ni, As, Sb și Bi reziduale sub formă de zgură plutitoare.
5.2 Etapa de reducere
Oxigenul este redus folosind gaz natural, motorină sau stâlpi de lemn la 150-300 ppm. Cuprul rafinat este turnat în anozi de 300-450 kg (Cu ≥99,0%).
4
6.1 Condiții de funcționare
- Densitate de curent: 220-320 A/m²
- Tensiune celule: 0,22-0,32 V
- Temperatura electroliților: 60-65°C
- Cu²⁺: 40-55 g/L, H₂SO₄ liber: 150-220 g/L
6.2 Reacții electrochimice
Dizolvarea anodică: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻ Elementele mai nobile (Au, Ag, Se, Te) ajung în nămolul anodic; elementele mai puțin nobile intră în soluție. Depunerea catodică produce ≥99,993% Cu, respectând specificațiile LME Grad A.
7. Tratarea gazelor de eșapament și controlul mediului
Gazele bogate în SO₂ provenite de la cuptoarele flash, convertoare și cuptoare anodice sunt răcite, desprăfuite și procesate în instalații de acid cu contact dublu, atingând o recuperare a sulfului de >99,8%. SO₂ din gazul rezidual este mult sub 100 mg/Nm³. Arsenicul, mercurul și alte metale grele sunt îndepărtate prin procese specializate.
8. Concluzie
Pirometalurgia contemporană a cuprului a atins un nivel ridicat de continuitate, automatizare și performanță de mediu. Schemele integrate de topire rapidă - conversie continuă - rafinare anodică - electrorafinare oferă o recuperare totală a cuprului de >98,5% și un consum specific de energie de 280-320 kgce/t catod, reprezentând repere de talie mondială. Dezvoltările continue în domeniul îmbogățirii cu oxigen, al tehnologiilor continue de fabricare a cuprului și al controlului digital al proceselor vor promova și mai mult eficiența și sustenabilitatea.
Data publicării: 24 decembrie 2025