1. Bevezetés
A pirometallurgiai rézolvasztás továbbra is a domináns eljárás a finomított réz előállítására, a globális kapacitás több mint 80%-át teszi ki. Az eljárás során a réz-szulfid koncentrátumokat (elsősorban kalkopirit, CuFeS₂) nagy tisztaságú katódrézzé (≥99,99% Cu) alakítják át egy sor magas hőmérsékletű kohászati műveleten keresztül. Ez a cikk részletesen ismerteti a fő integrált folyamatábrát, amely a gyorsolvasztásból, a konvertálásból, az anódfinomításból és az elektrolitikus finomításból áll.
2. Koncentrátum elkészítése és keverése
A rézkoncentrátumok (25-35% Cu) ömlesztett tartályokban érkeznek, és fedett halmokban tárolják. A nedvességtartalom jellemzően 8-12%, és forgókemencék vagy fluidágyas szárítók segítségével ≤0,3%-ra kell csökkenteni a robbanások és a túlzott energiafogyasztás elkerülése érdekében a továbbolvasztás során.
A szárított koncentrátumot pontosan szabályozott arányban keverik folyósítószerekkel (kvarc, mészkő), visszavert salakkal és konverter salakkal. A modern üzemek automatizált tárcsás adagolókat és mérőcellás rendszereket alkalmaznak, amelyek ±0,5%-os keverési pontosságot biztosítanak.
3. Flash olvasztás
A gyorsolvasztás a réz-szulfid koncentrátumok kezelésének legfejlettebb technológiája, amelyet világszerte az Outotec (ma Metso) gyorsolvasztó kemencéi és a kínai fejlesztésű oxigénes fenékbefúvásos kemencék képviselnek.
3.1 Folyamat alapelv
A száraz koncentrátumot forró, oxigénnel dúsított légáramba (oxigénkoncentráció 75-90%) fecskendezik 850-950°C-on. A reakciók (száradás, oxidáció, salak- és anyagképződés) 3-5 másodperc alatt lezajlanak, a reakcióhőt fenntartó autoterm működéssel. A főbb reakciók a következők: 4CuFeS₂ + 9O₂ → 4CuS + 2Fe₂O₃ + 8SO₂ 2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ → 2FeO·SiO₂ + 2SO₂
3.2 Főbb berendezések
- Reakcióakna: 11-14 m magas, 7-9 m átmérőjű, kiváló minőségű magnezit-króm téglával és réz vízköpennyel bélelve.
- Ülepítő és felfogó akna: salakanyag (65-75% Cu) és salak gravitációs szétválasztása.
- Hulladékhő-kazán: a ~550°C-os füstgázból nyeri vissza az érzékelhető hőt gőzfejlesztés céljából.
- Oxigén-koncentrátum arány: 1,15-1,25 Nm³ O₂/t száraz koncentrátum
- Reakciótengely hőmérséklete: 1250-1300°C
- Matt hőmérséklet: 1180-1220°C
- Salak Fe/SiO₂ arány: 1,1-1,4, réz a salakban ≤0,6%
3.3 Kritikus szabályozási paraméterek
Az egyfázisú kemence kapacitása eléri a 4000-5500 t/d koncentrátumot, >98%-os termikus hatásfokkal és közel 100%-os SO₂-leválasztással.
4. Konvertálás
A mattot elektromos fűtésű öntőüstökön vagy üstökön keresztül Peirce-Smith konverterekbe vagy folyamatos konvertáló kemencékbe szállítják.
4.1 Salakképződési szakasz
Oxigénnel dúsított levegőt (25-35% O₂) fújnak a vas-szulfid oxidálására. A 2-8% Cu-t tartalmazó salakot lefölözik és visszavezetik a flash-olvasztásba.
4.2 Rézgyártási szakasz
A folyamatos fúvás 1180-1230°C-on oxidálja a Cu₂S-t hólyagos rézzé (98,5-99,3% Cu).
5. Anódos kemencetűz finomítás
A hólyagos rezet 50-500 tonnás álló vagy billenő anódkemencékbe töltik oxidációs-redukciós finomítás céljából.
5.1 Oxidációs szakasz
A levegő- vagy oxigénlándzsák lebegő salak formájában eltávolítják a maradék Fe-t, Ni-t, As-t, Sb-t és Bi-t.
5.2 Redukciós szakasz
Az oxigénszintet földgáz, dízelolaj vagy faoszlopok segítségével 150-300 ppm-re redukálják. A finomított rezet 300-450 kg-os anódokká öntik (Cu ≥99,0%).
6. Elektrolitikus finomítás
Az anódokat elektrolizáló cellákba helyezik, katódként ólom- vagy titán alaplapokkal, CuSO₄-H₂SO₄ elektrolitban.
6.1 Üzemeltetési feltételek
- Áramsűrűség: 220-320 A/m²
- Cellafeszültség: 0,22-0,32 V
- Elektrolit hőmérséklet: 60-65°C
- Cu²⁺: 40-55 g/l, szabad H2SO4: 150-220 g/L
6.2 Elektrokémiai reakciók
Anód oldódása: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻ Több nemes elem (Au, Ag, Se, Te) jut az anódnyálkahártyába; kevesebb nemes elem kerül oldatba. A katódleválasztás ≥99,993%-os réztartalmat eredményez, amely megfelel az LME A osztályú specifikációinak.
7. Kibocsátott gázok kezelése és környezeti szabályozás
A flash kemencékből, konverterekből és anódkemencékből származó SO₂-ben gazdag gázokat lehűtik, portalanítják és kettős érintkezésű savas üzemekben dolgozzák fel, így >99,8%-os kén-visszanyerést érnek el. A véggáz SO₂-tartalma jóval 100 mg/Nm³ alatt van. Az arzént, a higanyt és más nehézfémeket speciális eljárásokkal távolítják el.
8. Következtetés
A kortárs réz pirometallurgia magas folytonossági, automatizálási és környezeti teljesítményt ért el. Az integrált flash olvasztás-folyamatos konvertáló-anódos finomítás-elektrofinomítás folyamatábrái >98,5%-os teljes rézkinyerést és 280-320 kgce/t katód fajlagos energiafogyasztást biztosítanak, ami világszínvonalú referenciaértéket képvisel. Az oxigéndúsítás, a folyamatos rézgyártási technológiák és a digitális folyamatirányítás folyamatos fejlesztései tovább növelik a hatékonyságot és a fenntarthatóságot.
Közzététel ideje: 2025. dec. 22.