صهر المعادن الحرارية

التكرير بالنار هو الطريقة الرئيسية لإنتاج النحاس اليوم، حيث يمثل 80% إلى 90% من إنتاج النحاس، وذلك بشكل أساسي لمعالجة خامات الكبريتيد. تتمثل مزايا صهر النحاس المعدني الحراري في القدرة على التكيف القوي للمواد الخام، وانخفاض استهلاك الطاقة، والكفاءة العالية، وارتفاع معدل استرداد المعادن. يمكن تقسيم صهر النحاس بالنار إلى فئتين: إحداهما العمليات التقليدية، مثل صهر الأفران العالية، وصهر الأفران العاكسة، وصهر الأفران الكهربائية. والثاني هو عمليات التقوية الحديثة، مثل صهر الفرن الوميضي وصهر حوض الصهر.

نظرًا لقضايا الطاقة والبيئة العالمية البارزة منذ منتصف القرن العشرين، أصبحت الطاقة شحيحة بشكل متزايد، وأصبحت لوائح حماية البيئة صارمة بشكل متزايد، وزادت تكاليف العمالة تدريجيًا. وقد أدى ذلك إلى التطور السريع لتكنولوجيا صهر النحاس منذ الثمانينيات، مما أجبر على استبدال الطرق التقليدية بطرق تقوية جديدة، وتم التخلص التدريجي من طرق الصهر التقليدية. بعد ذلك، ظهرت تقنيات متقدمة مثل الصهر الفجائي والصهر في حوض الصهر، وكان أهم إنجاز هو الاستخدام الواسع النطاق للأكسجين أو الأكسجين المخصب. وبعد عقود من الجهود، حلت عملية الصهر الفجائي والصهر في حوض الذوبان محل العمليات المعدنية الحرارية التقليدية.

1. تدفق عملية صهر الحرائق

تشتمل عملية المعالجة المعدنية الحرارية بشكل أساسي على أربع خطوات رئيسية: الصهر غير اللامع، ونفخ النحاس غير اللامع (غير اللامع)، وتكرير المعادن الحرارية للنحاس الخام، وتكرير النحاس الأنودي كهربائيًا.

صهر الكبريت (مركز النحاس غير اللامع): يستخدم بشكل أساسي مركز النحاس لصنع صهر غير لامع، بهدف أكسدة بعض الحديد في مركز النحاس، وإزالة الخبث، وإنتاج مادة غير لامعة تحتوي على نسبة عالية من النحاس.

نفخ المادة اللامعة (النحاس الخام غير اللامع): المزيد من أكسدة وخبث المادة اللامعة لإزالة الحديد والكبريت منها، وإنتاج النحاس الخام.

تكرير النار (نحاس أنود النحاس الخام): تتم إزالة النحاس الخام من الشوائب عن طريق الأكسدة والخبث لإنتاج نحاس الأنود.

التكرير الكهربائي (نحاس أنود النحاس الكاثود): عن طريق إدخال التيار المباشر، يذوب نحاس الأنود، ويترسب النحاس النقي عند الكاثود. تدخل الشوائب إلى طين الأنود أو المنحل بالكهرباء، وبالتالي يتم تحقيق فصل النحاس والشوائب وإنتاج نحاس الكاثود.

2. تصنيف العمليات المعدنية الحرارية

(1) الصهر الوميضي

يتضمن الصهر الفلاشي ثلاثة أنواع: فرن فلاش إنكو، فرن فلاش أوتوكومبو، وصهر فلاش كونتوب. الصهر السريع هو طريقة صهر تستخدم بشكل كامل السطح النشط الضخم للمواد المطحونة جيدًا لتعزيز عملية تفاعل الصهر. بعد التجفيف العميق للمركز، يتم رشه في برج التفاعل بهواء غني بالأكسجين مع التدفق. يتم تعليق جزيئات المركز في الفضاء لمدة 1-3 ثواني، وتخضع بسرعة لتفاعل أكسدة معادن الكبريتيد مع تدفق هواء مؤكسد بدرجة حرارة عالية، مما يطلق كمية كبيرة من الحرارة، ويكمل تفاعل الصهر، وهو عملية إنتاج المادة اللامعة. تسقط منتجات التفاعل في خزان الترسيب الخاص بفرن الوميض للترسيب، مما يؤدي إلى فصل النحاس غير اللامع عن الخبث. تستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي في صهر خامات الكبريتيد مثل النحاس والنيكل.

بدأ الصهر الوميضي الإنتاج في أواخر الخمسينيات وتم الترويج له وتطبيقه في أكثر من 40 مؤسسة بسبب الإنجازات الكبيرة في الحفاظ على الطاقة وحماية البيئة من خلال التحسين المستمر. تتميز تكنولوجيا المعالجة هذه بمزايا القدرة الإنتاجية الكبيرة، واستهلاك الطاقة المنخفض، والتلوث المنخفض. الحد الأقصى لقدرة إنتاج خام النحاس لنظام واحد يمكن أن تصل إلى أكثر من 400000 طن/عام، وهو مناسب للمصانع التي يبلغ حجمها أكثر من 200000 طن/عام. ومع ذلك، يجب أن يتم تجفيف المواد الخام بعمق إلى محتوى رطوبة أقل من 0.3%، وحجم جسيمات مركزة أقل من 1 مم، ويجب ألا تتجاوز الشوائب مثل الرصاص والزنك في المواد الخام 6%. عيوب هذه العملية هي المعدات المعقدة، وارتفاع معدل الدخان والغبار، وارتفاع محتوى النحاس في الخبث، الأمر الذي يتطلب معالجة مخففة.

2) ذوبان البركة المنصهرة

يتضمن صهر حوض الصهر طريقة صهر النحاس Tenente، طريقة Mitsubishi، طريقة Osmet، طريقة صهر النحاس Vanukov، طريقة صهر Isa، طريقة Noranda، طريقة المحول الدوار المنفوخ العلوي (TBRC)، طريقة صهر النحاس الفضي، نحاس شويكوشان طريقة الصهر، وطريقة الصهر الغنية بالأكسجين المنفوخ في قاع دونغ ينغ. صهر حوض الصهر هو عملية إضافة مركز الكبريتيد الناعم إلى المصهور أثناء نفخ الهواء أو الأكسجين الصناعي في المصهور، وتعزيز عملية الصهر في حوض منصهر تم تقليبه بشدة. بسبب الضغط الذي يمارسه الهواء المنفوخ على البركة المنصهرة، ترتفع الفقاعات عبر البركة، مما يتسبب في تحرك "عمود الذوبان"، وبالتالي توفير مدخلات كبيرة للمصهور. أنواع أفرانها تشمل الأفقي، العمودي، الدوار، أو الثابت، وهناك ثلاثة أنواع من طرق النفخ: النفخ الجانبي، النفخ العلوي، والنفخ السفلي.

تم تطبيق ذوبان حمامات السباحة في الصناعة في السبعينيات. نظرًا لتأثيرات نقل الحرارة والكتلة الجيدة في عملية ذوبان البركة المنصهرة، يمكن تعزيز العملية المعدنية بشكل كبير، مما يحقق هدف تحسين إنتاجية المعدات وتقليل استهلاك الطاقة في عملية الصهر. علاوة على ذلك، فإن متطلبات مواد الفرن ليست عالية. أنواع مختلفة من المركزات، الجافة والرطبة والكبيرة والمسحوقة، مناسبة. يتميز الفرن بحجم صغير، وفقدان منخفض للحرارة، والحفاظ على الطاقة بشكل جيد وحماية البيئة. على وجه الخصوص، معدل الدخان والغبار أقل بكثير من معدل الصهر بالوميض.