I. Aperçu des matières premières
1. Minerais à haute-teneur
Y compris les concentrés de cuivre (principalement des minerais sulfurés) obtenus par le traitement des minéraux, des minerais bruts à haute teneur-et des minerais de cuivre natif.
2. Minerais à faible-teneur
Il s'agit principalement de minerais de cuivre à faible teneur-, de stériles contenant du cuivre-, de minerais d'oxydes réfractaires, de piliers miniers et de résidus d'enrichissement difficiles à récupérer à l'aide des technologies de traitement des minéraux existantes.
3. Matières premières en cuivre recyclé
Principalement divers débris de cuivre, dont :
Débris de cuivre pur et déchets d'alliages de cuivre générés par les entreprises de transformation de métaux non-ferreux (y compris les cendres et les scories contenant du cuivre-).
Débris de cuivre provenant des secteurs industriels produisant des biens de consommation (y compris les restes de transformation, les copeaux, les déchets, les pièces de machines usagées et les déchets d'installations électriques).
Déchets de cuivre sociaux (par exemple, déchets de fils, appareils électroménagers usagés).
Débris de métaux non ferreux provenant des industries de la défense nationale et de l'armée (principalement des douilles d'obus, des déchets d'équipements de communication et électroniques, des déchets d'installations électriques et des pièces démontées provenant d'équipements militaires déclassés).
4. Déchets contenant du cuivre-
Principalement des déchets dangereux contenant du cuivre- (code : HW22) provenant d'industries telles que la fabrication du verre, l'enrichissement et la fusion de métaux non ferreux, ainsi que la fabrication de composants électroniques, notamment :
Boues provenant de la galvanoplastie du cuivre.
Scories et boues provenant des procédés de fusion du cuivre.
Déchets de solutions de gravure du cuivre et boues provenant de la production de circuits imprimés et de la gravure de plaques de cuivre.
Boues générées par le traitement acide de l’oxyde de cuivre.
Résidus des concentrateurs de cuivre.
Matte de cuivre provenant des fonderies de plomb.
II. Fusion de concentrés de cuivre
1. Processus de fusion traditionnels
Les procédés pyrométallurgiques traditionnels pour les concentrés de cuivre comprennent principalement la fusion au four à réverbère, la fusion au haut fourneau et la fusion au four électrique. Un prétraitement correspondant est nécessaire avant la fusion.
1.1 Prétraitement des concentrés de cuivre
Y compris le mélange et le stockage du minerai, le concassage, le séchage (séchage à tambour rotatif, séchage flash) et le grillage.
1.1.1 Torréfaction oxydative des concentrés de cuivre
Ajuste la qualité de la matte pour la fusion au four à réverbère ou au four électrique, élimine une partie du soufre pour la production d'acide sulfurique et obtient des granulats frittés adaptés à la production.
1.1.2 Torréfaction sulfatante des concentrés de cuivre
Utilisé dans les procédés hydrométallurgiques pour produire du cuivre électro-généré (rarement utilisé) et du sulfate de cuivre (utilisé par quelques entreprises).
1.1.3 Technologie de torréfaction
La technologie de torréfaction en lit fluidisé est généralement adoptée pour le torréfaction des concentrés de cuivre.
1.2 Processus de fusion
1.2.1 Matières premières et auxiliaires
Matières premières : Concentrés verts, minerais torréfiés ou leurs mélanges.
Flux : Quartzite.
Flux : Quartzite (SiO₂ 85-90 %) et calcaire (CaO supérieur ou égal à 50 %) comme formateurs de scories.
Combustibles : charbon pulvérisé, pétrole lourd, gaz naturel et coke (électricité pour les fours électriques).
Matériaux de retour : poussières de combustion, matériaux froids et scories de convertisseur générés pendant la fusion.
1.2.2 Réactions clés
Décomposition des composés
Décomposition de la chalcopyrite (CuFeS₂) : CuFeS₂ → CuS₂ + FeS + S
Décomposition élevée-du sulfure de fer : FeS₂ → FeS + S
Décomposition du carbonate : CaCO₃ (carbonate de calcium) → CaO + CO₂ (similaire au carbonate de magnésium)
Oxydation des sulfures
FeS + O₂ → FeO + SO₂ (partiel)
S + O₂ → SO₂
MeS (autres sulfures métalliques) + O₂ → MeO + SO₂
Réaction de formation de matteLe sulfure de cuivre (CuS₂), le sulfure de fer (FeS) et d'autres sulfures métalliques réagissent pour former une matte de cuivre : CuS₂ + FeS → CuS₂·FeS (contenant d'autres sulfures métalliques)
Réaction de formation de scoriesLes oxydes métalliques se combinent pour former des scories fondues : FeO + CaO + SiO₂ → FeO·CaO·SiO₂ (scories ternaires communes dans la fusion non-ferreuse)
1.2.3 Principaux produits
Matte de cuivre : composé de plusieurs sulfures métalliques, principalement composé de cuivre, de fer et de soufre (teneur en Cu ~ 30 %), envoyé aux convertisseurs pour la production de cuivre blister.
Scories : composé de plusieurs oxydes métalliques (principalement des oxydes de fer, de silicium et de calcium), trempé à l'eau-pour devenir de l'eau-scories granulées (utilisées comme matière première dans l'industrie des matériaux de construction, par exemple dans les cimenteries et les briqueteries).
Poussière de combustion : produit de récupération de métaux volatils (p. ex. plomb, zinc, antimoine).
1.3 Fusion au four à réverbère
Four métallurgique horizontal qui fait fondre les métaux en chauffant directement les matériaux avec des flammes, composé de trois parties principales : un dispositif de combustion, une chambre de fusion et un conduit d'évacuation. L'ensemble du foyer du four est une chambre de fusion rectangulaire recouverte de matériaux réfractaires.
Structure : Fondation du four, foyer, paroi du four, toit du four, port de chargement, port de décharge du produit et conduit de fumée. L'équipement auxiliaire comprend les dispositifs de chargement, les dispositifs de sablage, les dispositifs d'évacuation des fumées et les dispositifs d'utilisation de la chaleur perdue.
Matériaux réfractaires : les toits de fours en forme d'arche-utilisent des briques de silice ; les toits et les parois latérales des fours suspendus utilisent des briques de magnésie, des briques de magnésie-chromes, des briques de magnésie-chromes ou des briques de magnésie-alumine ; les foyers sont frittés avec du sable de magnésie-fer (oxyde de magnésium et oxyde de fer).
Avantages : structure simple, faible investissement, grande adaptabilité aux carburants et aux matières premières (adapté aux matériaux à grains fins), opération facile à grande échelle-et faible coût.
Inconvénients : Consommation élevée de combustible, volume important de fumées, faible concentration de SO₂ (difficile à récupérer, provoquant une pollution de l'environnement).
Améliorations : soufflage enrichi en oxygène-, réduction des fuites d'air ou injection d'oxygène de concentrés dans le four pour augmenter la capacité de production et la concentration de SO₂ (production d'acide sulfurique à faible-concentration via le procédé Topsøe).
1.4 Fusion dans les hauts fourneaux
Four de fusion vertical composé d'une fondation de four, d'un foyer, d'une cuve, d'un sommet de four et d'un conduit de fumée. Le dessus du four est équipé d'orifices de chargement et d'évacuation des fumées ; plusieurs orifices d'aération sont disposés des deux côtés de l'arbre inférieur pour le soufflage ; le foyer est doté d'orifices d'évacuation et de vidange de la matière fondue (un orifice d'évacuation pour le foyer principal).
Structure : structure à enveloppe d'eau complète-(le foyer, la cuve, le dessus du four et le conduit utilisent des enveloppes d'eau par évaporation pour améliorer l'efficacité thermique totale-plus de 4 tonnes de vapeur par mètre carré de four et par heure).
Équipements de sablage : Soufflantes centrifuges (surpresseurs de racines pour petits fours).
Processus : La charge du four (coke + flux + concentré) est ajoutée par le haut ; l'air est insufflé par les ports d'air inférieurs. La combustion du coke dans la zone aéroportuaire élève la température au-dessus de 1 200 degrés. Les matériaux qui descendent lentement subissent un préchauffage, une déshydratation, une décomposition, une formation de matte et une formation de scories. Les produits fondus à haute -température tombent dans le foyer, sont séparés par sédimentation et évacués respectivement du port de scories et du port de matte.
Post-traitement : les scories sont trempées à l'eau-(utilisées comme matériaux de construction) ; la matte est envoyée aux convertisseurs PS pour la production de cuivre blister ; les gaz de combustion sont refroidis (préchauffeur d'air + refroidisseur de surface), dépoussiérés (filtre à manches), désulfurés (tour de pulvérisation alcaline) et évacués conformément aux normes.
1.5 Conversion du cuivre mat
1.5.1 Structure du convertisseur
Un four de fusion à bain horizontal rotatif pour la conversion de l'acier et de la matte (convertisseur PS pour la conversion de la matte de cuivre). Le corps du four est cylindrique, placé horizontalement, constitué de tôles d'acier de chaudière, avec des structures de tête aux deux extrémités et revêtu de matériaux réfractaires (briques de magnésie). Une extrémité est équipée d'un trou de combustion de fioul lourd.
Composants clés :
Système de combustion de fioul lourd (pour le séchage du four et la conservation de la chaleur, retiré pendant la production) : comprend des pompes à huile à engrenages, des débitmètres, des thermomètres à pression, des radiateurs électriques, des réducteurs de pression et des buses basse-pression (carburant : fioul lourd 100 #).
Bouche du four (située au milieu) : utilisée pour le chargement (matte fondue, matériaux froids, flux de quartz) et l'évacuation (cuivre blister, scories, fumées).
Dispositif rotatif : entraîne le corps du four à tourner dans n'importe quelle position à 6 tours par minute via un moteur et une boîte de vitesses.
Dispositif d'évacuation des fumées : comprend une hotte mobile horizontalement, un conduit de fumée fixe à chemise d'eau (avec porte de hotte mobile verticalement) et un mécanisme de contrepoids (scellé lors de la conversion).
Équipement d'utilisation de la chaleur résiduelle : comprend principalement les dispositifs d'alimentation en eau à chemise d'eau par évaporation et les systèmes de production de vapeur.
1.5.2 Aperçu du processus
Chargement : la matte fondue provenant des fours de fusion est transportée via des poches et des grues métallurgiques spéciales, puis versée lentement dans le convertisseur ; le flux de quartz est ajouté par le dessus du conduit fixe via un alimentateur quantitatif et un convoyeur à bande ; l'air comprimé est insufflé par les buses d'air arrière.
Étapes de conversion :
Étape de formation des scories : les matériaux mats et froids sont ajoutés par lots, suivis de l'évacuation des scories. Réaction clé : Oxydation du sulfure de fer pour former des scories-FeS + O₂ → FeO + SO₂ ; FeO + SiO₂ → FeO·SiO₂.
Étape de formation du cuivre- : le sulfure de cuivre est converti en cuivre blister-Cu₂S + O₂ → Cu₂O + SO₂ ; Cu₂S + Cu₂O → Cu + SO₂.
Après-conversion : le cuivre blister fondu est transporté vers les fours d'affinage via des poches de coulée et des grues métallurgiques spéciales.
