1. Cyflwyniad
Mae toddi copr pyrometallurgaidd yn parhau i fod y prif lwybr ar gyfer cynhyrchu copr wedi'i fireinio'n sylfaenol, gan gyfrif am dros 80% o gapasiti byd-eang. Mae'r broses yn trosi crynodiadau sylffid copr (yn bennaf chalcopyrit, CuFeS₂) yn gopr catod purdeb uchel (≥99.99% Cu) trwy gyfres o weithrediadau metelegol tymheredd uchel. Mae'r erthygl hon yn manylu ar y daflen llif integredig prif ffrwd sy'n cynnwys toddi fflach, trosi, mireinio anod, a mireinio electrolytig.
2. Paratoi a Chymysgu Crynodiadau
Mae crynodiadau copr (25-35% Cu) yn cyrraedd mewn llong swmp ac yn cael eu storio mewn pentyrrau stoc wedi'u gorchuddio. Mae cynnwys lleithder fel arfer yn 8-12% a rhaid ei leihau i ≤0.3% gan ddefnyddio odynnau cylchdro neu sychwyr gwely hylifedig i atal ffrwydradau a defnydd gormodol o ynni wrth doddi i lawr yr afon.
Mae crynodiad sych yn cael ei gymysgu â fflwcsau (cwarts, calchfaen), gwrthdroadau, a slag trawsnewidydd mewn cyfrannau a reolir yn fanwl gywir. Mae gweithfeydd modern yn defnyddio porthwyr disg awtomataidd a systemau celloedd llwyth i gyflawni cywirdeb cymysgu o fewn ±0.5%.
3. Toddi Fflach
Toddi fflach yw'r dechnoleg fwyaf datblygedig ar gyfer trin crynodiadau sylffid copr, a gynrychiolir yn fyd-eang gan ffwrneisi fflach Outotec (Metso bellach) a ffwrneisi chwythu gwaelod ocsigen a ddatblygwyd yn Tsieina.
3.1 Egwyddor y Broses
Chwistrellir crynodiad sych i mewn i lif aer poeth, wedi'i gyfoethogi ag ocsigen (crynodiad ocsigen 75-90%) ar 850-950°C. Mae adweithiau (sychu, ocsideiddio, ffurfio slag a matte) yn cwblhau mewn 3-5 eiliad, gyda gweithrediad awtothermol sy'n cynnal gwres yr adwaith. Mae adweithiau allweddol yn cynnwys: 4CuFeS₂ + 9O₂ → 4CuS + 2Fe₂O₃ + 8SO₂ 2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ → 2FeO·SiO₂ + 2SO₂
3.2 Offer Allweddol
- Siafft adwaith: 11-14 m o uchder, 7-9 m o ddiamedr, wedi'i leinio â brics magnesit-cromiwm gradd uchel a siacedi dŵr copr.
- Siafft setlo a siafft amsugno: gwahanu disgyrchiant y matte (65-75% Cu) a slag.
- Boeler gwres gwastraff: yn adfer gwres synhwyrol o nwyon oddi ar ~550°C ar gyfer cynhyrchu stêm.
- Cymhareb ocsigen-i-grynodiad: 1.15-1.25 Nm³ O₂/t crynodiad sych
- Tymheredd siafft adwaith: 1250-1300°C
- Tymheredd matte: 1180-1220°C
- Cymhareb Fe/SiO₂ slag: 1.1-1.4, copr mewn slag ≤0.6%
3.3 Paramedrau Rheoli Critigol
Mae capasiti ffwrnais fflach sengl yn cyrraedd crynodiad o 4000-5500 t/d gydag effeithlonrwydd thermol >98% a dal SO₂ bron i 100%.
4. Trosi
Caiff matte ei drosglwyddo trwy olchfeydd neu ladles wedi'u gwresogi'n drydanol i drawsnewidyddion Peirce-Smith neu ffwrneisi trosi parhaus.
4.1 Cam Ffurfio Slag
Caiff aer wedi'i gyfoethogi ag ocsigen (25-35% O₂) ei chwythu i ocsideiddio sylffid haearn. Caiff slag sy'n cynnwys 2-8% Cu ei sgimio a'i ddychwelyd i doddi fflach.
4.2 Cam Gwneud Copr
Mae chwythu parhaus yn ocsideiddio Cu₂S i gopr pothellog (98.5-99.3% Cu) ar 1180-1230°C.
5. Mireinio Tân Ffwrnais Anod
Caiff copr pothell ei lwytho i mewn i ffwrneisi anod llonydd neu ffwrneisi anod gogwyddadwy 50-500 tunnell ar gyfer mireinio ocsideiddio-lleihau.
5.1 Cyfnod Ocsidiad
Mae waywffonau aer neu ocsigen yn tynnu Fe, Ni, As, Sb, a Bi gweddilliol fel slag arnofiol.
5.2 Cam Gostwng
Caiff ocsigen ei leihau gan ddefnyddio nwy naturiol, diesel, neu bolion pren i 150-300 ppm. Caiff y copr wedi'i fireinio ei gastio'n anodau 300-450 kg (Cu ≥99.0%).
6. Mireinio Electrolytig
Gosodir anodau mewn celloedd electrolytig gyda bylchau mam plwm neu ditaniwm fel cathodau mewn electrolyt CuSO₄-H₂SO₄.
6.1 Amodau Gweithredu
- Dwysedd cerrynt: 220-320 A/m²
- Foltedd celloedd: 0.22-0.32 V
- Tymheredd electrolyt: 60-65°C
- Cu²⁺: 40-55 g/L, rhad ac am ddim H₂SO₄: 150-220 g/L
6.2 Adweithiau Electrogemegol
Diddymiad anod: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻ Mae elfennau mwy nobl (Au, Ag, Se, Te) yn adrodd i lysnafedd anod; mae elfennau llai nobl yn mynd i mewn i'r hydoddiant. Mae dyddodiad cathod yn cynhyrchu ≥99.993% o Cu sy'n bodloni manylebau Gradd A LME.
7. Triniaeth Nwy Allgáu a Rheoli Amgylcheddol
Mae nwyon sy'n llawn SO₂ o ffwrnais fflach, trawsnewidyddion, a ffwrneisi anod yn cael eu hoeri, eu tynnu'n llwch, a'u prosesu mewn gweithfeydd asid cyswllt dwbl gan gyflawni adferiad sylffwr o >99.8%. Mae nwy cynffon SO₂ ymhell islaw 100 mg/Nm³. Mae arsenig, mercwri, a metelau trwm eraill yn cael eu tynnu trwy brosesau arbenigol.
8. Casgliad
Mae pyrometalleg copr gyfoes wedi cyflawni parhad, awtomeiddio, a pherfformiad amgylcheddol uchel. Mae taflenni llif toddi fflach-trosi parhaus-mireinio anod-electro-mireinio integredig yn darparu adferiad copr cyffredinol >98.5% a defnydd ynni penodol o 280-320 kgce/t catod, sy'n cynrychioli meincnodau o'r radd flaenaf. Bydd datblygiadau parhaus mewn cyfoethogi ocsigen, technolegau gwneud copr parhaus, a rheoli prosesau digidol yn hyrwyddo effeithlonrwydd a chynaliadwyedd ymhellach.
Amser postio: 22 Rhagfyr 2025