건식 구리 제련의 원리와 화학반응식은 무엇인가요?

주요 원료는 황화동 정광이며 일반적으로 로스팅, 제련, 취입, 정제 및 기타 공정을 포함합니다.

로스팅은 반산화 로스팅과 완전 산화 로스팅('데드 로스팅')으로 나뉘는데, 각각 농축액에 함유된 유황을 일부 또는 전부 제거하는 동시에 황 등 일부 휘발성 불순물도 제거한다. 비소와 안티몬. 이 과정은 발열 반응이며 일반적으로 추가 연료가 필요하지 않습니다. 반산화 로스팅은 일반적으로 무광택 제련에 사용되며, 완전 산화 로스팅은 환원 제련에 사용됩니다. 또한 황화구리 농축액의 로스팅은 구리를 가용성 황산염으로 전환합니다. 황산염 로스팅이라고 합니다. 로스팅에 사용되는 유동로(비등로)는 그림 2와 같다. 로스팅 기술 조건은 표 2와 같다.

표 2 로스팅 공정의 주요 기술 조건 및 지표

제련은 주로 무광택 제련이며, 그 목적은 구리 정광 또는 로스팅에 포함된 철의 일부를 산화시키는 것입니다. 광석과 이를 결합한 맥석, 플럭스 등을 슬래깅에 의해 제거하고, 구리 함량이 높은 무광택(xCu2S·yFeS)을 생성합니다. 무광택에 포함된 구리, 철, 황의 총량은 80~90%를 차지하는 경우가 많으며, 충전물에 들어 있는 거의 모든 귀금속이 무광택에 들어갑니다.

매트의 구리 함량은 정광 등급과 로스팅 및 제련 과정의 탈황율에 따라 달라집니다. 세계의 매트 등급에는 일반적으로 40%~55%의 구리가 포함되어 있습니다. 고급 매트를 생산하면 황화물 반응열을 더 많이 활용하고 다음 공정의 취입 시간을 단축할 수 있습니다. 제련 슬래그의 구리 함량은 무광택 등급과 관련이 있습니다. 폐기 슬래그의 구리 함량은 일반적으로 0.4%~0.5%입니다. 제련 공정 중 주요 반응은 다음과 같습니다.

2CuFeS2→Cu2S+2FeS+S

Cu2O+FeS→Cu2S+FeO

2FeS+3O2+SiO2→ 2FeO·SiO2 +2SO2

2FeO+SiO2→2FeO·SiO2

무광택 제련을 위한 전통적인 장비는 고로, 반사로, 전기로 등이 있으며, 신축 현대식 대규모 구리 제련 공장은 대부분 자용로를 사용합니다.

고로 제련 용광로는 소규모 국가에서는 오랫동안 구리를 직접 제련하는 데 사용해온 수직형 용광로입니다. 전통적인 방법은 소결 블록을 용광로 제련하는 것입니다. 황화동 정광을 1차 소결 및 배소하여 황의 일부를 제거한 후 소결 블록으로 만든 후 플럭스, 코크스 등과 함께 일괄로에 첨가하고 제련하여 무광택 슬래그를 생성합니다. 이 방법의 배가스는 SO2를 적게 함유하고 있어 경제적으로 쉽게 회수되지 않습니다. 연기 피해를 제거하고 정광 중의 황을 회수하기 위해 1950년대에 정광 고로 제련법이 개발되었는데, 이는 황화동 정광을 반죽하여 페이스트로 만든 후 일부 덩어리, 플럭스, 코크스 등과 혼합하는 것입니다. 상단 중앙 공급 포트는 퍼니스에 추가되어 가스 누출을 줄이고 SO2 농도를 증가시킵니다. 혼련물은 로 내에서 뜨거운 배가스에 의해 건조 및 배소되어 소결물 기둥을 형성하고, 블록재도 소결물 기둥 주위에 기둥 모양으로 되어 있어 공기 투과성을 유지하고 제련 작업이 정상적으로 진행되도록 합니다. 중국 심양제련소, 푸춘강제련소 등이 이 방식을 채택하고 있다.

반사로 제련은 부유분말 정광 처리에 적합하다. 반사로 제련 공정의 탈황율은 20~30%로 낮아서 구리 등급이 높은 정광을 처리하는 데 적합합니다. 원료에 구리 함량이 낮고 황 함량이 높은 경우 제련하기 전에 볶아야 합니다. 반사로의 생산 규모는 대규모일 수 있으며 원료 및 연료에 대한 적응성이 뛰어납니다. 1980년대 초까지 세계 반사로의 생산 능력은 오랫동안 구리 제련의 주요 장비였습니다. 여전히 구리 제련 장비 중 1위를 차지하고 있습니다. 그러나 반사로 배가스는 용량이 크고 SO2 함유량이 1% 정도에 불과해 회수가 어렵다. 반사로의 열효율은 25~30%에 불과하며, 제련 공정의 반응열 활용도가 낮고, 필요한 열은 주로 외부 연료로 공급됩니다. 1970년대부터 세계 각국에서는 반사로 제련을 연구하고 개선해 왔습니다. 일부 국가에서는 SO2 농도를 높이기 위해 밀봉을 강화하기 위해 산소 분사 장치를 사용하여 용해로에 정광을 분사했습니다. China Silver Company의 첫 번째 제련 공장은 반사로의 용융물에 구리 정광을 추가하고 제련을 위해 폭발시켜 제련 강도를 높이고 배가스를 사용하여 황산을 생산할 수 있습니다.

반사로는 직사각형 모양이며 고품질 내화 재료로 만들어졌습니다. 버너는 용광로의 헤드에 설정되고, 연도 가스는 용광로의 꼬리에서 배출되며, 용광로의 상단 또는 측벽의 상부에서 충전물이 추가되고, 무광택은 무광택 포트에서 배출됩니다. 측벽의 바닥에 있고 슬래그는 측벽 또는 끝벽 아래의 슬래그 배출구에서 배출됩니다. 퍼니스 헤드 온도는 1500℃~1550℃, 퍼니스 테일 온도는 1250℃~1300℃, 퍼니스 굴뚝 가스는 약 1200℃입니다. 배소광석 제련시 연료비율은 10~15%, 베드 에너지비율은 3~6t/(m2·day)이다. 구리정광을 연료율 16~25%, 베드에너지율 2~4t/(m2·day)로 직접 용광로에 투입하는 것을 생정광 제련이라 한다. 중국의 Daye Smelter는 270m2의 반사로를 사용하여 원광 정광을 제련합니다.

전기로 제련 구리 제련은 저항 전기로 또는 광석 가열 전기로를 사용하며 재료에 대한 적응성이 넓으며 일반적으로 전기 가격이 낮은 지역 및 정광 처리에 사용됩니다. 다루기 힘든 맥석이 더 많이 포함되어 있습니다. 전기로 제련에 의해 생성되는 배가스의 양은 적습니다. 적절하게 제어하면 배가스의 SO2 농도가 약 5%에 도달할 수 있으며 이는 유황 회수에 유리합니다.

동을 제련하는 전기로는 대부분 직사각형이고 원형인 것도 있다. 대형 전기로는 일반적으로 길이가 30m~35m, 너비가 8m~10m, 높이가 4m~5m입니다. 이 전기로는 직경이 1.2m~1.8m인 6개의 자체 베이킹 전극을 사용하며 3개의 단일 전기로로 구동됩니다. 위상 변압기. 전기로의 피상전력은 3000~50000 kVA, 단위로 베드 면적당 전력은 약 100kw/m2, 베드 에너지율은 3~6t/(m2·day), 충전 전력 소모량은 400~500kw· h/t이며, 전극 페이스트 소비량은 약 2~3kg/t이다.

중국 윈난 제련소는 30,000kVA 전기로를 사용해 마그네슘 함량이 높은 구리 정광을 제련한다.

자용련은 황화동 정광과 플럭스의 혼합물을 수분 함량 0.3% 이하로 건조시킨 후 뜨거운 공기(또는 산소 또는 산소가 풍부한 공기)와 혼합하여 용광로에서 빠르게 산화, 용해되어 무광택 및 슬래그가 생성됩니다. 장점은 용융 강도가 높고 황화물 산화 반응 열을 최대한 활용할 수 있다는 것입니다. 제련 과정에서 에너지 소비를 줄입니다. 배가스의 SO2 농도는 8%를 초과할 수 있습니다. 자용 제련은 무광택 등급을 넓은 범위 내에서 조정할 수 있으며 일반적으로 약 50%로 제어하므로 다음 취입 단계에 유리합니다. 그러나 슬래그에는 구리 함량이 높으므로 추가 처리가 필요합니다.

자용로에는 Outokumpu 유형과 International Nickel Company 유형의 두 가지 유형이 있습니다. 1970년대 말까지 전 세계 수십 개의 공장이 Outokumpu 유형의 자용로를 채택했으며 중국의 Guixi 제련소도 이러한 유형의 자용로를 채택했습니다.

매트 블로잉은 황화제일철이 황화제일철보다 산화하기 쉽다는 점을 이용합니다. 수평 변환기에서는 용융된 매트에 공기를 불어넣어 황화철을 산화철로 산화시킵니다. 석영 플럭스를 첨가하여 형성 및 제거하고, 기타 불순물도 동시에 부분적으로 제거한 후, 공기를 계속하여 황화제1구리의 황을 연도 가스로 산화시켜 구리 함량이 98%~99%인 블리스터 구리를 얻고, 귀금속도 구리에 들어갑니다.

블로잉 사이클은 두 단계로 나누어진다. 첫 번째 단계에서는 FeS가 FeO로 산화되고, 슬래깅이 제거되어 백색 무광택(Cu2S)을 얻는다. 제련온도는 1150℃~1250℃이다. 주요 반응은 다음과 같습니다.

2FeS+3O2→2FeO+2SO2

2FeO+SiO2→2FeO·SiO2

두 번째 단계에서 제련 온도는 1200입니다. ℃~1280℃ 무광택은 다음 반응에 따라 기포 구리로 변환됩니다:

2Cu2S+3O2→2Cu2O+2SO2

Cu2S+2Cu2O→6Cu+SO2

매트를 변환하는 과정은 자체 가열에 의해 열 반응이 수행될 수 있으며 일반적으로 과도한 열을 흡수하기 위해 일부 차가운 재료를 추가해야 합니다. 취입 후 슬래그는 구리 함량이 일반적으로 2~5%로 높으며 제련로로 반환되거나 선광, 전기로 희석 등의 공정을 거쳐 처리됩니다. 부는 배기 가스에는 일반적으로 8%~12%의 높은 SO2 농도가 포함되어 있으며 산을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 송풍은 일반적으로 수평 변환기를 사용하며 간헐적으로 작동합니다. 약 1kgf/cm2의 게이지 압력을 갖는 공기는 변환기의 길이를 따라 설치된 일련의 공기 구멍을 통해 용융물 속으로 불어 넣어집니다. 공급, 슬래그 배출, 구리 추출 및 연기 배출은 모두 용광로 본체의 용광로 입구를 통과합니다.

블리스터 동제련은 불제련과 전해제련으로 나누어진다. 화재 정제는 구리보다 산소에 대한 친화력이 더 큰 특정 불순물의 특성을 이용하며, 그 산화물은 구리 액체에 불용성이며 산화, 슬래깅 또는 휘발을 통해 제거됩니다. 이 공정은 정련로에 액체 구리를 추가하여 가열하거나 용해로에 고체 구리 재료를 추가한 다음 액체 구리에 공기를 불어 넣어 산화시켜 불순물을 휘발시키고 슬래그를 빼낸 후 슬래그를 형성하는 것입니다. 녹색 목재를 사용하거나 액체 구리에 중유 또는 중유를 주입하여 석유 가스 또는 암모니아와 같은 방법을 사용하여 산화 구리를 줄입니다. 환원과정에서는 구리액의 표면을 숯이나 코크스로 덮어 재산화를 방지한다. 정련 후에는 전해 정련에 사용되는 구리 양극이나 구리 잉곳으로 주조할 수 있습니다. 정련 슬래그에는 구리 함량이 높으며 처리를 위해 변환기로 반환될 수 있습니다. 정련 작업은 반사로 또는 회전식 정련로에서 수행됩니다.

불로 정제한 제품을 불동이라 부르는데, 일반적으로 구리 함량이 99.5% 이상이다. 불로 정제된 구리는 금, 은과 같은 귀금속과 소량의 불순물을 포함하는 경우가 많으며, 일반적으로 전해 정제됩니다. 금, 은 및 유해한 불순물의 함량이 매우 작을 경우 상업용 구리 잉곳에 직접 주조할 수 있습니다.

전해정련은 황산구리를 함유한 산성 용액에 불로 정제된 구리를 양극으로, 전해동판을 음극으로 사용하는 공정이다. 전기분해를 통해 구리 함량이 99.95% 이상인 전기동이 생산되며, 양극 머드에는 금, 은, 셀레늄, 텔루르 등이 풍부하게 함유되어 있습니다. 전해질은 일반적으로 40~50g/L 구리를 포함하고, 온도는 58℃~62℃, 셀 전압은 0.2~0.3V, 전류 밀도는 200~300A/m2, 전류 효율은 95%~97%이며, 잔류 전극율은 약 15%~20%이며, 전기 구리 1톤은 220~300kwh DC 전력을 소비합니다. 중국 상하이 제련소 구리 전기분해 작업장의 전류 밀도는 330A/m2이다.

전기 분해 과정에서 대부분의 철, 니켈, 아연 및 일부 비소, 안티몬 등이 용액에 들어가 전해질의 불순물이 점차 축적되고 구리 함량도 증가하며 황산 농도는 점차적으로 감소합니다. 따라서 정기적으로 용액의 일부를 빼내어 정제해야 하고 일정량의 황산을 첨가해야 한다.

액체 정제 공정은 황산동을 침전시키기 위한 직접 농축 및 결정화이며, 결정화 모액은 전기분해되어 침전됩니다.