Tehnologia de Obtinere a Cuprului

download Tehnologia de Obtinere a Cuprului

of 31

Transcript of Tehnologia de Obtinere a Cuprului

TEMA REFERATULUI: Tehnologia de obtinere a cuprului

1

CUPRINSINTRODUCERE..............................................................................................................3 PROCESE TEHNOLOGICE APLICATE....................................................................6 EMISIILE POLUANTE.................................................................................................19 CONCLUZII29 BIBLIOGRAFIE 30

2

INTRODUCERECuprul a fost folosit de multe secole; are o conductivitate termica si electrica foarte mare si este relativ rezistent la coroziune. Cu folosit poate fi reciclat fara pierderea calitatii. Aceste proprietati inseamna ca Cu este folosit in diferite sectoare cum ar fi ingineria electrica, automobile, constructii, instalatii, masini, constructii navale, avioane si instrumente de precizie. Cu este aliat frecvent cu Zn, Sn, Ni, Al si alte metale pt a realiza o gama de sortimente de alama si bronz. Productia de Cu se bazeaza pe catozii de Cu calitate A, respectiv 99,95% Cu. Denumirea de calitatea A vine din vocabularul LME pt catozi si se refera la un Standard Britanic. Acesta a fost inlocuit recent de Standardul european CEN EN 1978, unde calitatea este desemnata drept CuCATH1 sau in noul sistem european alfanumeric CR001A. Impuritatile max. admise in % sunt dupa cum urmeaza:

Ag - 0,0025; As - 0,000; Bi - 0,0010; Pb - 0,0005; S - 0,0015; Sb - 0,0004; Se - 0,00020 0,0015 0,0003 0,0003 0,0065

Te - 0,00020 cu As+Cd+Cr+Mn+P+Sb

Bi+Se+Te Se+Te

Ag+As+Bi+Cd+Co+Cr+Fe+Mn+Ni+P+Pb+S+Sb+Se+Si+Sn+Te+Zn Surse de materiale

Cu rafinat se produce din materii prime primare si secundare de un numar relativ mic de rafinarii de Cu; ele produc Cu catodic. Acesta este topit, aliat si mai departe prelucrat in vergea, profile, sarma, tabla, banda, tevi, etc. Acesta etapa poate fi integrata cu rafinarea dar in mod frecvent este realizata in alt loc. Cca. 55% ale furnizarilor catre rafinariile de Cu sunt cumparate pe piata internationala sub forma de concentrate de Cu, brut, anozi sau deseuri. Restul de 45% provine din concentratele de Cu indigene care comporta reziduuri sau deseuri. UE poseda cateva resurse de Cu primar, dar activitatile sale metalurgice legate de Cu sunt foarte semnificative.Productie miniera de Cu mare poate fi gasita numai in Portugalia (demararea mineritului la Neves Corvo in 1989, 106500 t de Cu in 1997) si in Suedia (86600 t) Cu cca. 239000 t de Cu extrase din minele interne in 1997, UE reprezinta cca. 2% din totalul productiei miniere de Cu din lume.3

Posibilitatile de fabricare a produselor semifabricate si rafinate s-au devzoltat in acelasi mod cu cerintele consumului mare, folosindu-se materii prime importate si de pe pietele interne precum si deseuri importate. Accesul la livrarile cu materiale primare a devenit din ce in ce mai dificil in ultimii cativa ani, deoarece tarile cu industrie miniera a Cu-ului au dezvoltat propriile lor facilitati de rafinare in apropierea minelor, astfel reducandu-se disponibilitatile de materii prime pe piata internationala. Reciclarea constituie un component important al livrarilor de materii prime catre facilitatile de rafinare si fabricare. Desi materiile prime secundare constituie cca.45% din utilizarea Cu-ului si a aliajelor sale in Europa, fie prin rafinarii ca tot sau parte a alimentarii sale sau direct prin producatorii de semifabricate. Calitatea materiilor prime secundare variaza foarte mult si multe surse ale acestor materii nu sunt potrivite pt utilizarea directa de catre producatorii de semifabricate. Industria deseurilor pe care se bazeaza pt furnizarea unui material de calitate cu puritate adecvata pt industrie si desi sunt convenite specificatii pt deseuri, se intalnesc variatii mari. Ar putea fi necesar un tratament aditional sau sistem de reducere. Productia anuala de catozi de Cu la data scrierii este de 959000 t din surse primare si 896000 t din surse secundare. Be nu se produce in UE si nu se crede ca se afla in cantitati suficiente in deseuri ca sa prezinte probleme de mediu. Trei din fabricile secundare si aproape toate fabricile de primar si-au crescut capacitatea de productie. Aceasta crestere semnificativa a capacitatii de productie s-a facut simultan cu imbunatatirile de mediu. Deseurile de la calculatoare si panourile de comanda devin sursele secundare cele mai obijnuite chiar daca continutul de Cu este mic. Deseurile sunt tratate atat de industria pt deseuri cat si de unele fabrici. Aceasta furnizeaza o sursa pentru aceste materiale. Reciclarea este la un nivel inalt astfel incat Cu poate fi reprocesat fara pierderea proprietatilor sale intrinsece si sunt disponibile multe materiale secundare. Activitatea de rafinare a Cu din UE a putut sa se dezvolte prin asigurarea materiilor primepe piata internationala si folosindu-se de deseuri de Cu sau alama si de reziduuri generate de consumatori si prelucratori. Se foloseste piata internationala pt asigurarea volumelor de livrari adecvate pt Cu si alama, impreuna cu materialele de aliere (mai ales Zn, Pb si Ni). Aceast domeniu al industriei este un exportator net de cca. 500 000 t/an.

4

Fig. 1.1. Productia mondiala de Cu

Probleme de mediu Din punct de vedere istoric principala problema de mediu asociata producerii Cu din surse primare a fost emisia de dioxid de sulf in aer de la calcinarea si topirea concentratelor de sulfuri. Aceasta problema a fost efectiv rezolvata de fabricile producatoare din UE care in prezent realizeaza in medie 98% fixarea sulfului si produc acid sulfuric si dioxid de sulf lichid. Principalele probleme de mediu asociate producerii Cu secundar se refera la gazele emise de la diferite cuptoare in functiune. Aceste gaze sunt curatite in filtre textile si astfel se pot reduce emisiile de praf si compusi metalici cum ar fi Pb. Exista de asemenea potentialul formarii dioxizilor datorita prezentei cantitatilor mici de Cl in materiile prime secundare si distrugerea dioxizilor intr-o problema care este urmarita. Scaparile si emisiile necaptate este de asemenea o problema care devine importanta atat pt productia de metal primar car si secundar. Proiectarea atenta a instalatiei si functionarea procesului trebuie sa capteze gazele de proces. Controlul emisiilor din aer si descarcarile in apa de la producerea sarmei de Cu si a semifabricatelor de Cu este bine pus la punct. Controlul emisiilor de monoxid de la cuptoare in special de la cele care functioneaza in conditii de reducere se realizeaza prin optimizarea arzatorului.5

Reciclarea constituie o compomenta importanta a livrarilor de materie prima pt facilitatile de rafinare si fabricare a Cu. Cu poate fi recuperat din cea mai mare parte a aplicatiilor sale si returnat in procesul de productie fara pierderea calitatii la reciclare. Avand un acces foarte limitat la sursele primare de Cu de pe pietele interne, industria UE in mod traditional a dat multa atentie asa numitelor mine de suprafata bazandu-se in mare masura pe alimentarea cu deseuri pt reducerea deficitului diferentei comerciale mari de materii prime pt Cu. Aproape 100% a deseurilor noi sau din procesul de fabricatie sunt reciclate si conform unor studii s-a estimat ca 95% din vechile deseuri de Cu care sunt disponibile de asemenea sunt reciclate. In general, materiile prime secundare reprezinta din productia UE de Cu cca. 45% , dar in unele cazuri, cum ar fi vergelele de alama, produsul este realizat in intregime din Cu si alama reciclate, doar cu o cantitate mica de Zn primar.Industria de Cu a UE a pus la punct tehnologii avansate si a facut investitii considerabile ca sa poata prelucra o gama larga de deseuri de Cu, inclusiv reziduri complexe si de calitate inferioara, si sa se conformeze in acelasi timp constangerilor de mediu tot mai mari. Abilitatea industriei de a creste aceasta rata ridicata de reciclare depinde de un numar de factori compleci.

PROCESE TEHNOLOGICE APLICATEPRODUCEREA PRIMARA A CUPRULUI Cuprul primar poate fi produs din concentrate primare i alte materiale prin procese tehnologice pirometalurgice i hidrometalurgice. Concentratele conin cantiti variabile de alte metale pe lng cupru, iar etapele procesului de producere sunt utilizate pentru a le separa pe acestea i a le recupera pe ct este posibil. Procesele de fabricaie sunt discutate mai jos. Procesul de pirometalurgie Acesta cuprinde un numr de etape depinznd de concentartul utilizat. Majoritatea concentratelor sunt sulfuri iar etapele implicate sunt prjirea, topirea, convertirea, afinarea i afinarea electric.

6

Concentrate pentru topirea matei Prjirea parial transform sulfurile complexe de fier i cupru din concentrat n sulfuri simple prin nclzirea minereului sau concentratului n condiii de oxidare. Gazele provenite din sulfuri, provenite din acest proces, sunt dirijate spre instalaiile de acid pentru a fi folosite ca materie prim n producerea acidului sulfuric i producerea SO2 lichid. Etapa de topire este dup aceea folosit pentru a separa sulfura de cupru de ali solizi prezeni n minereu prin formarea de silicai, n particular silicai de fier. Aceast reacie depinde de marea afinitate a cuprului fa de sulf n comparaie cu alte impuriti metalice. Prjirea parial nu se utilizeaz n mod normal. Prjirea i topirea se execut de obicei, simultan ntr-un singur cuptor, la temperatur nalt pentru producerea topiturii care poate fi separat ntr-o mat (sulfur de cupru cu ceva sulfur de fier) i o zgur bogat n fier i silice. Un agent fondant care conine silice i dac se cere, calcar (oxid de calciu), se adaug de obicei, la topitur pentru a ajuta la formarea zgurii. Sunt dou procese de topire uzuale: - topirea n vatr - topirea prin scnteie.

Procesul de topire prin scntei utilizeaz mbogirea n oxigen pentru a asigura o funcionare autotermal (autogen) sau aproape autotermal. Topirea prin scntei se efectueaz n topitoare cu scntei Outokumpu sau tip INCO sau n cuptoare cu flacr turbionar (Contop). Procesele Outokumpu i prin cicloane utilizeaz mbogire cu oxigen iar procesul INCO folosete oxigen tehnic. Topirea prin scntei se bazeaz pe prjirea i topirea concentratelor uscate din particulele purtate de aer. Particulele reacionate cad ntr-o camer de sedimentare unde are loc separarea matei i a zgurii, cteodat utilizndu-se combustibil adiional n separator pentru meninerea temperaturii. Procesele de topire n vatr folosesc n general, un grad mai cobort de mbogire cu oxigen. Utilizarea oxigenului realizeaz , de asemenea, o concentraie de dioxid de sulf mai mare, care face colectarea gazului mult mai eficace, utiliznd un sistem de recuperare a sulfului (de obicei, producerea acidului sulfuric sau producerea dioxidului de sulf lichid). Topirea n vatr se execut ntr-o serie de cuptoare cu particulariti cum sunt cuptoarele cu reverberaie, electrice, topitori ISA, Noranda, Mitsubishi, Teniente, Baiyin, Vanyucov.7

Toate aceste procese se bazeaz pe procesele de prjire i topire care au loc ntr-o vatr topit cu separare de zgur i mat, iar evacuarea are loc pe ci diferite. Unele cuptoare pot s funcioneze fr preuscarea concentratelor dar vaporii de ap supranclzii mresc volumul de gaze. Diferenele dintre aceste procese pot fi mari, de ex. n punctele de introducere aer/oxigen i a combustibilului, unele procese funcioneaz pe principii discontinue. Topitorii cu funcionare discontinuu funcioneaz, de obicei, cu un cuptor pentru meninerea metalului topit la temperatura necesar sau ca decantoare separate. Mata i zgura sunt evacuate consecutiv i procesate n continuare iar gazele trec de la cuptor printr-o camer vertical la un schimbtor de cldur. n plus la tehnicile prezentate mai sus, se pot ntlni alte tehnici n toat lumea, ca procese de topire n vatr sau cu scntei. Convertoare rotative cu purjare din vrf (TBRCs) au fost utilizate n trecut, de asemenea, n topirea primar a cuprului. Nu mai este utilizat, n mare parte datorit costurilor nalte de funcionare. Cuptorul cu reverberaie easte, de asemenea utilizat pentru topirea matei, dar nu n cadrul UE. El nu folosete coninutul de energie al sulfului i fierului din concentrat, i se bazeaz pe combustibili fosili pentru a topi concentratul prin gazele de combustie fierbini plutind deasupra vetrei. Procesul, de aceea, nu este att de eficient, ca celelalte procese descrise. Gazele de combustie se adaug la volumul de gaze generate i rezult un coninut de dioxid de sulf sczut, care este foarte dificil de ndeprtat eficient. Utilizarea cuptoarelor cu reverberaie a sczut semnificativ dup 1970. Coninutul de SO2 al gazelor reziduale n mod normal este foarte sczut, astfel ele nu pot fi tratate ntr-o instalaie de acid. Convertirea Se utilizeaz dou tipuri de convertizoare: - procesul discontinuu convenional care este mult mai larg utilizat - procesul de convertire continuu. Convertire discontinu Procesul de convertire discontinu cuprinde dou etape. Se produce prin suflarea unei mixturi de aer/oxigen prin mat, recuperat de la procesul de topire. Un cuptor cu vatr cilindric8

se utilizeaz de obicei i se adaug fondani. n prima etap fierul i o parte din sulf se oxideaz i se formeaz zgura i dioxid de sulf; zgura este ndeprtat periodic i este procesat mai departe pentru recuperarea cuprului. n mod normal, purjarea din prima etap este efectuat n cteva trepte cu adugiri dozate de mat. n etapa a doua cuprul evacuat, sulfura de cupru este oxidat la cupru brut (98,5 % Cu) i se formeaz mai mult dioxid de sulf. Cuprul brut este evacuat la sfritul purjrii de cupru. n funcionarea procesului se controleaz sulful i oxigenul rezidual n cuprul brut. Dioxidul de sulf format este tratat mai departe pentru recuperarea sulfului n mod normal, ntr-o instalaie de acid sulfuric. Reacia este puternic exoterm iar impuritile metalice, ca plumbul i zincul, sunt volatilizate, care sunt capturate ntr-o instalaie de reducere i recuperate. Cldura din proces poate fi utilizat pentru topirea deeurilor de anod i alte deeuri de cupru, fr adugarea cldurii primare. Pot s aib loc variaii ale concentraiei de dioxid de sulf pe timpul diferitelor etape de conversie depinznd de tipul cuptorului folosit. Convertoarele de tip Peirce-Smith (PS) i Hoboken funcioneaz n mod discontinuu. Ele sunt cuptoare cu vatr cilindrice, cu guri de aer dispuse lateral pentru insuflarea aer/oxigen. Cuptorul de topire ISA a fost, de asemenea, utilizat n convertire discontinu a matei n cupru brut. Convertizorii TBRC au fost utilizai n trecut pentru convertirea n mod discontinuu a materialului primar de cupru n cupru brut, dar nu mai sunt utilizai. Convertire continu Procesele de convertire continu care sunt n folosin industrial sunt: cuptorul de convertire cu scntei Kennecott/Outokumpu, cuptorul Mitsubishi (care face parte din procesul Mitsubishi integrat) i foarte curnd convertorul Noranda. Convertizorii Mitsubishi i Noranda se alimenteaz direct cu topitur provenita de la cuptorul de topire pentru conversie. n contrast, procesul Kennecott/Outokumpu are urmtoarele caracteristici:- Mata de la cuptorul de topire este mai nti granulat n ap, concasat i uscat. Materialul dup aceea este tratat cu ageni pentru formarea zgurii i alimentat ntr-un arztor de concentrat a unui cuptor cu scntei special, folosind o atmosfer bogat n oxigen; conversia avnd loc n particulele aeropurtate. Procesul produce o concentraie nalt i constant de dioxid de sulf care este recuperat. Zgura i cuprul brut sunt evacuai pentru o procesare ulterioar. Utilizarea matei mcinate permite ca, calitate de mat s fie echilibrat cu rata de alimentare i gradul de

9

mbogire n oxigen pentru a realiza o eficien de conversie optim i de asemenea, permite ca etapele de producie a matei i conversia s fie decuplate. Sunt diferene semnificative ntre conceptele de conversie discontinu i continu, n operarea variaiei de dioxid de sulf rezultat din ciclul de conversie. Sunt , de asemenea, variaii n uurina colectrii fumului pe timpul ncrcrii i n abilitatea de a topi anozii deeu. Unele cuptoare se bazeaz pe cuve pentru transferarea matei, a zgurii i a cuprului brut, i pot s rezulte emisiuni fugace. ntr-un caz, gazele de ventilaie de la conducta convertorului sunt colectate i tratate , n alt caz este folosit un sistem de colectare inteligent de fum.

10

Linie tehnologic pentru producerea cuprului primar

Afinare cu foc Acesta este un pas pentru purificare ulterioar aplicat metalului brut (cupru brut) produs prin etapa de conversie. Etapa de afinare implic adugarea aerului i pe urm a reductorului (de ex. hidrocarburi) pentru a reduce orice oxid prezent.11

Afinarea cu foc se realizeaz prin suflarea mai nti a aerului prin metalul topit pentru oxidarea impuritilor i pentru nlturarea urmelor de sulf producnd o mic cantitate de zgur. Se adaug pe urm un agent reductor ca gaz natural sau propan pentru a reduce orice oxid de cupru format. Amoniul poate fi de asemenea folosit ca reductor dar s-a raportat c crete nivelul de NOx. Mai de mult au fost utilizate prjin sau butuci de lemn ca o surs de reductor (i nc se mai folosesc ntr-un numr mic de cazuri) i procedura de aceea este folosit persaj. Cteva instalaii utilizeaz un arztor final pentru a trata gazele pe durata etapei de persaj. Se utilizeaz pentru afinare prin foc, pentru topirea primar i secundar cuptoare rotative cilindrice (cuptoare cu anozi). Aceste cuptoare sunt asemntoare cu convertoarele Peirce-Smith i utilizeaz guri de aer pentru adugarea gazelor. Ele sunt ncrcate cu cupru topit. Cteva procese secundare folosesc cuptoare cu reverberaie, cu lnci pentru adugare de aer fiind alimentate cu cupru de convertor i deeu de cupru. Cteva cuptoare cu reverberaie sunt basculabile i sunt prevzute cu guri de aer. Sistemul Contimelt este de asemenea folosit pentru afinare atunci, cnd alimentarea este solid i trebuie s fie topit mai nti. Pe timpul producerii semifabricatelor se practic cteodat, de asemenea, afinarea cu foc. Se utilizeaz combinarea cuptoarelor cu cuv (pentru topire discontinu) i a cuptoarelor rotative (pentru reducere discontinu). Aceste sisteme pot fi aplicate pentru amteriale primare (cupru brut) i secundare (deeuri). Metalul de la cuptorul cu anod este turnat dup aceea n anozi. Cea mai mult utilizat metod este roata de turnare care se compune dintr-o serie de forme cu dimensiunile anodului pe circumferina unei mese rotative. Metalul topit este dozat n aceste forme pentru a obine o greosime de anod consistent iar roata prin rotire poart aceti anozi printr-o serie de jeturi de ap pentru a-i rci. Ca o metod alternativ pentru modul de turnare n forme prin sistemul de roat, anozii de cupru se produc, de asemenea, n mod continuu folosind un aparat de turnare cu dou benzi Hazelett. Se produce o fie de cupru cu grosimea dorit pentru anozi. Din fie anozii pot fi obinui prin tiere cu foarfec ntr-o form de anod tradiional sau prin sistemul Contilanod prin turnarea pieselor polare anodice n blocuri de forme speciale ndeprtate la intervale definite n aparatul de turnare. Plcile anodice preformate vor fi tiate un jet de plasm sau foarfeci speciale. Avantajul metodei este uniformitatea anozilor produi; totui sistemul cere o ntreinere grijulie iar costurile de funcionare sunt relativ mari. Afinare electrolitic12

Se utilizeaz o celul de electroliz constnd dintr-un anod de cupru turnat i un catod plasat ntr-un electrolit constnd din sulfat de cupru i acid sulfuric. Catodul este sau un material subire de cupru pur (placa de ncepere) sau o plac din oel inoxidabil - o plac catodic permanent. La densitate de curent mare i tensiune sczut, ionii de cupru sunt dizolvai din anodul impur i trec n soluie de unde ei sunt depui pe catod. Cuprul este ndeprtat din anod n msura n care anodul rmas este nc suficient de solid din punct de vedere mecanic pentru a preveni colapsul. Anodul rmas este reciclat pe urm n procesul de producie de obicei n converter pentru a rci reacia i a recupera cuprul. Atunci cnd se utilizeaz plci de catod permaneni, depunerile de cupru pur se stripeaz i vor fi topite i turnate n forme dorite ca plci catodice de cupru solide. Pe durata afinrii electrice sunt separate alte metale coninute n anod, metale solubile ca nichel, se dizolv n electrolit iar metalele insolubile, cum sunt metalele preioase, seleniul i telurul, formeaz un nmol la anod care se depune n celula de electroliz. Nmolul de pe anozi se ndeprteaz periodic din celul iar metalele valoroase sunt recuperate. O parte din electrolit se pierde din sistem. Cuprul este eliminat prin extracie electrolitic sau n instalaii, o parte este recuperat ca sulfat de cupru. Prin evaporare, cristalizare i afinare ulterioar se recupereaz nichelul ca sulfat de nichel. Se utilizeaz urmtoarele tehnici pentru tratarea i eliminarea arsenului: extracie prin solveni; precipitare pe durata extraciei finale prin electroliz; precipitare din acidul negru. n unele cazuri se produce arseniat care este convertit n arseniat cromo-cupric pentru a fi folosit ca substan conservant pentru lemn. ndeprtarea impuritilor prin afinare electric are ca scop produecrea cuprului catodic de o calitate cel puin egal sau mai bun dect sortul A de calitate la Bursa de Metal din Londra. Trebuie notat c nivelul impuritilor din anod afecteaz calitatea catodului; nivelul impuritilor din anod depinde de asemenea, de sursa concentratului sau a materialului secundar. Tendina actual este utilizarea celulelor mai mari cu numr mai mare de electrozi n tancuri, iar pentru formatori de catozi s se utilizeze oel inoxidabil. Este considerat un ctig de eficien cnd aceti factori se cupleaz cu controlul bun de calitate ai anozilor. Controlul de calitate este necesar pentru a se asigura c anozii sunt drepi, plai, au un contact electric bun i au fost afinai potrivit prin foc. n mod similar o mbuntire n calitatea catodului este folosirea blocurilor din oel inoxidabil pentru c se transport mecanic mai puine impuriti i prin urmare, se ncorporeaz mai puine n catod. Aceste blocuri de catozi asigur o cretere pn la 97 % sau13

chiar mai mult n eficiena curentului. Rezervoare moderne utilizeaz un grad nalt de automatizare pentru schimbarea anozilor i catozilor i striparea depunerilor de pe catod, de pe plcile catodice permanente. Plci de cupru de nceput confecionate mecanic se pot utiliza, de asemenea, n locul blocurilor de oel inoxidabil. Tratarea zgurii Zgurile produse din topirea primar cu nalt calitate de mat i etape de convertire sunt bogate n cupru i sunt supuse unui numr de procese de tratare a zgurii. Una dintre proceduri este utilizarea cuptorului electric pentru reacia dintre zgur i cocsul mrunit sau electrozii nsi, i pentru sedimentarea matei de cupru format pentrzu a produce o zgur inert. Cuptorul electric poate s funcioneze n mod continuu sau discontinuu. Zgura de la convertor poate fi de asemenea, returnat direct la cuptorul electric de purificare a zgurii sau la cuptorul de topire. n mod alternativ se utilizeaz i procese de flotare dup ce zgura a fost rcit lent, concasat i mcinat, concentratul de flotaie obinut este un fragment bogat n cupru i este returnat spre topitor. Aceast metod este utilizat numai acolo unde este disponibil spaiu suficient i unde reziduurile pot fi tratate i evacuate n mod adecvat. Se practic, de asemenea tratarea n cuptorul electric a zgurii de cuptor de topire i manipularea separat a zgurii de convertizor prin rcire lent i flotare. Zgurile de la procesul de tratare a zgurii se folosesc n proiecte de inginerie civil, construcii de drumuri, diguirea rurilor i aplicaii similare ca i pentru curirea cu jeturi de alice avnd adesea proprieti superioare fa de materialele alternative. Alte zguri bogate n cupru, cum este zgura de la afinare, n mod normal sunt recirculate la etapa precedent a procesului, n principal la convertire sau n topitoare secundare n etapa de topire. Procedura hidrometalurgic Acest proces tehnologic se aplic n mod obinuit pentru minereuri de oxizi sau mixturi de oxizi-sulfuri n apropierea minei unde este loc suficient pentru amenajarea leierii i a tratrii. Procesul este folosit n particular pentru minereuri a cror concentrare este dificil prin metode convenionale i care nu conin metale preioase. Cteva procese brevetate sunt n stadiu de dezvoltare i acestea se vor prezenta mai trziu printre tehnicile naintate.14

Procedura hidrometalurgic implic concasarea minereului urmat de leiere folosind acid sulfuric, cteodat n prezena speciilor biologice folosind tratarea n vrac, n cad sau procese de agitare. Lichidul produs de la leiere, dup aceea, este clarificat, purificat i concentrat, prin extracie cu solveni. Schema tehnologic a procesului hidrometalurgic este schiat mai jos.

Schema tehnologic a procesului de leiere n vrac

Cuprul dup aceea, este ndeprtat prin extracie electrolitic. Procesul de extracie electrolitic difer de procesul de afinare electrolitic n forma anodului. Extracia electrolitic utilizeaz un anod inert cum sunt plumbul sau titanul, iar ionii metalici sunt deprtai din soluie i depui pe catod n acelai mod ca i n afinarea electrolitic. Catozii sunt stripai dup aceea, n acelai fel, dac se utilizeaz blocuri de catozi permaneni. Electrolitul este circulat printr-o serie de celule i n final este srcit n cupru. Electrolitul este returnat dup aceea spre circuitul de15

extracie cu solveni. O cantitate de electrolit scap de controlul impuritilor care poate fi realizat prin extracie cu solveni.

PRODUCEREA SECUNDARA A CUPRULUI Cuprul secundar este produs prin procese pirometalurgice. Etapele procesului utilizat depind de coninutul de cupru al materiei prime secundare, de distribuia sa n spaiu i de ali constitueni. Ca i n cazul cuprului primar, diferitele etape ale procesului sunt utilizate pentru a ndeprta aceti constitueni i pentru a recupera metalele pe ct de mult posibil din reziduurile care se produc. Materialele de alimentare secundare pot conine materiale organice ca nveliuri, sau s fie de natur uleioas iar instalaiile in cont de acestea prin utilizarea metodelor de deuleiere sau de dezvelire sau prin proiectarea corect a cuptorului i a sistemului de reducere. Scopul este de a se potrivi creterea n volum a gazelor de combustie, distrugerea COV-urilor, minimalizarea formrii dioxinelor i distrugerea lor. Tipul de pretratare aplicat sau cuptorul folosit depinde de prezena materialelor organice, de tipul alimentrii adic de coninutul de cupru i de alte materiale coninute att oxizi ct i metale. Dac un cuptor cum este un converter, este utilizat pentru a topi deeuri de alam impure, pentru a separa metalele coninute ca elemente de aliere, sunt evaporate din cupru pentru aproduce cupru negru i un praf de pe filtru bogat n zinc. Se utilizeaz o gam larg de materii prime secundare i unele din ele sunt descrise n tabelul urmtor.

16

Etapele folosite pentru producerea cuprului secundar sunt n general, asemntoare cu cele pentru producia primar, dar materia prim, de obicei, este de oxizi sau de metale i de aceea condiiile proceselor variaz. Topirea materiilor prime secundare, de aceea, utilizeaz condiii de reducere. Etapa de topire secundar Un numr de cuptoare cum sunt cel cu cuv, Mini-Smelter, TBRC, cuptor cu arc electric acoperit etan, ISA-Smelt, de reverberaie i rotativ, sunt utilizate cu material de calitate slab i medie. Tipul cuptorului i etapele procesului utilizat depind de coninutul de cupru al materiei prime secundare, de volum i de ali constitueni. De aceea, topirea i afinarea cuprului secundar este complex, iar tipul materialului secundar, care poate fi prelucrat, depinde de facilitile particulare i de cuptoarele disponibile.17

Se adaug fier (n forma cuprului feric, deeuri de fier normale, etc), carbon (n forma cocsului sau a gazului natural) i ageni fondani pentru a reduce oxizii metalici dac este necesar, iar funcionarea se asigur innd cont de materialul de alimentare. Fumul de la cuptoare conine metale volatile i oxizi metalici ca acela al zincului, plumbului i staniului, care pot fi recuperai ca metale afinate, aliaje sau oxizi, de asemenea conine pulberi , dioxid de sulf, dioxine i COV-uri, depinznd de materia prim. Mini-Smelterul este, de asemenea utilizat pentru producerea cuprului secundar, folosind deeuri care conin fier i staniu. n aceast aplicaie, fierul este reductor n prima trapt de producere a cuprului metalic iar oxigenul este suflat n topitur pentru a oxida fierul i alte metale (Pb, Sn) prezente care sunt recuperate n zgur. Oxidarea coninutului de fier utilizeaz cldura pentru conducerea procesului. Convertirea, afinarea cu foc, tratarea zgurii i electro-afinarea, procesarea deeurilor de aliaje pure Cuptoarele de convertire i afinare sunt foarte asemntoare cu cele utilizate pentru producia primar i sistemele de tratare a zgurii, iar procesele de electro-afinare sunt aceleai. Diferena principal este c convertizoarele utilizate pentru producia secundar trateaz metale i nu mat. Ele utilizeaz cocsul ca combustibil pentru topire i pentru a compensa deficitul de cldur pentru proces n timp ce n convertizoare primare mata furnizeaz cldura necesar procesului. Convertizoarele secundare oxideaz, de asemenea, elementele minore din zgur, ca fierul i separ alte metale, ca zincul sau staniul, prin volatilizare. Ei produc un cupru de convertizor cu calitatea potrivit pentru afinare prin foc. Cldura de reacie produs prin introducerea aerului n converter este utilizat pentru volatilizarea componentelor metalice iar agenii de zgurificare sunt folosii pentru a ndeprta fierul i ceva plumb. Cuptoarele cu afinare prin foc sunt utilizate, de asemenea, pentru topirea deeurilor de calitate mai nalt. Comentariile fcute despre emisiunile potenial fugace se aplic de asemenea, i pentru procesele secundare. Nmolurile de la afinarea electrolitic i soluiile uzate sunt de asemenea, surse de metale preioase i alte metale, ca nichelul. Acestea sunt recuperate n acelai mod ca cele din producia primar.

18

Aliajele de cupru, cum sunt bronzul i alama, sunt de asemenea utilizate ca materii prime secundare ntr-un numr de procese. Dac sunt impure sau n amestec cu alte diferite aliaje, ele sunt procesate n circuite de topire i afinare secundar, aa cum s-a descris mai sus. Aliajul pur este utilizat direct pentru semifabricate. Cuptoarele cu inducie se folosesc pentru topirea materialului curat urmat de turnarea n forme potrivite pentru treapta de fabricaie urmtoare. Analiza i controlul arjei se practic pentru a produce aliajul dorit fr adaosuri majore de metal nativ. Oxidul de zinc poate fi colectat de pe filtrele de praf.

Schem tehnologic general pentru producia de cupru secundar 19

Depinznd de tipul materialului de alimentare, n cteva instalaii preful din fumul de ardere se produce n prima etap, i este bogat n zinc i plumb, de ex. pe timpul topirii n cuptorul cu cuv din materiale de calitate inferioar. Acest praf conine pn la 65 % zinc combinat cu plumb i este un material de alimentare foarte potrivit pentru a fi prelucrat n Imperial Smelting Furnace pentru producerea plumbului i zincului.

EMISIILE POLUANTEEmisiile n aer Pot fi emii n aer praf, compui metalici, carbon organic (care poate s rezulte din formarea dioxinelor) i dioxid de sulf. Oxizii de azot sunt relativ nesemnificativi, dar ei pot fi absorbii n acidul sulfuric produs n procesul primar; folosirea mbogirii n oxigen poate s reduc cteodat formarea oxizilor de azot pe traseul termic. Acesta depinde de punctul unde este adugat oxigenul, cteodat se produce o concentraie mai nalt de oxizi de azot datorit creterii temperaturii cu toate c volumul de gaz este mai mic n cantitate total. Se pot utiliza arztoare cu NOx sczut. Este posibil formarea dioxinelor n zona de ardere i a prii de rcire a sistemului de tratare a gazelor reziduale (sinteza de-novo). Emisiunile care pot scpa din proces sau ca emisiuni prin co, sau ca emisiuni fugace, depind de sistemul de reducere folosit i de calitatea ntreinerii instalaiei. Emisiunile prin co, n mod normal, sunt monitorizate n mod continuu sau periodic i sunt raportate de personalul propriu sau consultani din afar ctre autoritile competente. Monoxidul de carbon n afar de emisiunile enumerate mai sus, procesele de topire care folosesc cuptoare, necesitnd meninerea unei atmosfere reductoare, pot produce monoxid de carbon de concentraie semnificativ. Acesta este cazul particular pentru topirea cuprului de calitate nalt n cuptoarele cu cuv, n combinaie cu turnarea n form sau producerea srmelor-barelor avnd n vedere c produsele necesit un nivel de oxigen controlat pentru a obine conductivitate mare. Procesul, de aceea, este operat n condiii de reducere i coninutul de monoxid de carbon poate s creasc, nivele specifice sunt 5000 mg/Nm3. Sistemul de control al arztoarelor care este utilizat, poate s minimalizeze coninutul de CO i s menin calitatea produsului. Pot fi ncorporate n proces sisteme de alarm pentru CO. Se ating n producerea srmelor sau semifabricatelor, la un cuptor cu cuv, valori de CO de la 2000-11000 g/t de cupru. n cteva instalaii se utilizeaz arderea final20

pentru a ndeprta hidrocarburile din gaze atunci cnd sunt procesate deeuri nvelite cu materiale organice. CO este de asemenea, distrus n acelai timp iar emisiunile raportate sunt 45 g/t. Este posibil s se prevad un nivel de baz pentru concentraia CO iar acesta poate fi utilizat pentru determinarea efectului CO asupra calitii locale a aerului (exist un EU AQS propus pentru CO) aa c necesitatea reducerii ulterioare poate fi evaluat local. Eliminarea CO prin arderea gazelor de la cuptorul cu cuv, cu aceste niveluri de CO, va necesita combustibil adiional aa c emisiunea de CO2 va crete exponenial. Monoxidul de carbon este, de asemenea, produs i pe timpul funcionrii cuptoarelor de purificare a zgurii i a cuptoarelor cu cuv i n unele mprejurri poate fi emis n gazele reziduale. Se poate folosi arderea final pentru a elimina CO dnd concentraii specifice n domeniul 10-200 mg/Nm3. Acesta este cel puin un exemplu, unde oxigenul este nsuflat n partea superioar a cuptorului cu cuv deasupra zonei de reacie, pentru a crea o zon de ardere final n corpul cuptorului. Aceast msur distruge, de asemenea, i compuii organici, cum este dioxina. Cuptoarele electrice utilizate pentru curirea zgurii i procesele de reducere funcioneaz n mod normal cu arztoare finele sau n cuptor sau ntr-o camer de reacie special. Praf i compui metalici Acetia pot fi emii din cele mai multe etape ale procesului. Emisiile de praf directe sau fugace din etapele de topire, convertire sau rafinare sunt potenial mari. Semnificaia emisiilor este, de asemenea, mare, atunci cnd aceste etape de proces sunt utilizate pentru ndeprtarea metalelor volatile cum sunt Zn i Pb, ceva As i Cd din cupru i aceste metale sunt prezente n gaz i n parte n praf. Topitorii primari, de obicei, conin praf de-a binelea i sunt etanai eficient pentru a minimaliza emisiunile fugace, se utilizeaz arztoare concentrate sau suflante i de aceea sunt mai uor de etanat. Se practic buna ntreinere a cuptoarelor i a conductelor pentru a minimaliza scprile fugace iar gazele colectate sunt tratate n sisteme de ndeprtare a prafului nainte de procesul de recuperare a sulfului. Topitorii secundari sunt mult mai expui scprilor fugace pe timpul ciclurilor de ncrcare i evacuare. Aceste cuptoare au ui de ncrcare mari i deformarea i lipsa de etanare a acestor ui este un factor semnificativ. Gazele colectate, n mod obinuit, sunt rcite iar praful este ndeprtat din curentul de gaz prin precipitatoare electrostatice sau prin filtre cu saci. Se atinge, n21

mod obinuit, o eficien de filtrare nalt iar concentraiile de praf dup reducere sunt n domeniul < 1-10 mg/Nm3. Datorit caracterului discontinuu al etapelor de conversie i rafinare, acestea nu pot fi etanate att de bine ca etapa de topire. Alimentarea i transferul matei, a zgurii i metalului este o surs potenial semnificativ a vaporilor fugace. Mult mai importanta utilizare a unei cuve de turnare sau unui sistem de transfer cu navet poate s compromit eficiena hotelor de colectare a vaporilor n particular, la convertorii Peirce-Smith sau de tip similar. Se utilizeaz sisteme variate de colectare secundar a vaporilor pentru a minimaliza aceste emisiuni fugace pentru o funcionare cu succes. Adugarea fondantului i a altor materiale prin hot pot minimaliza aceste durate de scpri. Producerea matei de nalt calitate reduce numrul transferurilor cu cuv i de aceea se reduce potenialul de evaporare. De aceea, emisiunile fugace sau necolectate sunt foarte importante. Aceste probleme sunt dependente de o colectare primar i n cteva cazuri secundar, de colectare efectiv i eficient de fum. Etapele de topire i de turnare pe durata producerii srmelor, a semifabricatelor, etc. sunt, de asemenea, surse poteniale de praf i de metale. La producerea aliajelor de cupru, cum este alama, rezult vapori semnificativ (ZnO) n etapa de turnare, iar acetia necesit o colectare eficient. ncrctura de praf este, n general, redus dar poate fi utilizat dac este posibil, recuperarea cldurii/energiei. Se utilizeaz colectarea eficient a vaporilor i filtre din esturi. larg i este influenat de: a) prin procesul care este sursa prafului b) prin materia prim care este procesat. De ex. praful produs de la un convertor de deeuri este complet diferit de cel produs de un convertor de mat. Pentru eliminarea prafului din fluxurile de gaze se pot utiliza mai multe procedee in functie de necesitati.Se folosesc: - filtre electrostatice - filtre electrostatice umede - cicloane - filtre cu saci - filtre ceramice22

Emisiunile

metalelor sunt puternic dependente de compoziia prafului produs n proces. Compoziia variaz

- scrubere umede Tabelul urmtor indic domeniile de msurare a metalelor din praf de la un numr de procese tehnologice pentru cupru.

Componeni organici ai carbonului Acetia pot fi emii pe timpul producerii primare de la etapa de uscare depinznd de materialul folosit pentru tratarea minereului i de combustibilul utilizat pentru uscare. Pentru producia secundar sursele cele mai importante sunt de la etapele de tratarea deeurilor, topirea i rafinarea. Etapa de conversie pentru cupru secundar este, de asemenea, o surs potenial dac se adaug n convertor deeuri contaminate cu materiale organice i nu se realizeaz arderea complet, acesta este cazul pentru emisiile fugace n particular. COV pot fi emii la producerea srmei i a semifabricatelor de cupru dac se utilizeaz la alimentare materiale uleioase i ele pot fi ntre 5-100 g/t cupru. COV-uri pot fi emii, de asemenea, de la degresarea cu solveni sau procese de extracie cu solveni. Dioxine Compuii organici ai carbonului care pot fi emii include dioxinele rezultate din arderea slab a uleiului i a materialelor plastice din materialul de alimentare i din sinteza de-novo dac gazele nu sunt rcite ndeajuns de repede. Poate fi practicat tratarea deeurilor pentru a ndeprta contaminarea organic, dar n mod obinuit se folosesc arztoare finale pentru a trata gazele produse n urma rcirii rapide. n cazurile n care nu este posibil tratarea gazelor de la cuptoare ntr-un arztor final, ele pot fi oxidate prin adugarea oxigenului deasupra zonei de topire. Este de asemenea posibil identificarea contaminrii organice a materiilor prime secundare n aa fel ca s se foloseasc combinarea cuptorului i a reducerii potrivite pentru a preveni emisiunile de fum i vapori i a dioxinelor asociate.23

S-au raportat la Grupul de Lucru Tehnic c n cazul topirii primare i a conversiei temperaturile de funcionare nalte distrug componenii organici iar prezena dioxidului de sulf mpiedic sinteza de-novo a dioxinelor. Deeurile topite care sunt contaminate cu materiale organice sunt, de asemenea, o surs potenial de dioxine n industria semifabricatelor. Tehnicile utilizate pentru reducerea dioxinelor din acest sector include arderea final, manipularea controlat a gazelor i rcirea i ndeprtarea eficace a prafului; se utilizeaz i absorbia pe crbune activ. Dioxid de sulf Sursele cele mai semnificative de dioxid de sulf sunt etapele de prjire, topire i conversie a produciei primare de cupru, utiliznd concentrate de sulfuri. Sunt de ateptat emisiuni fugace, dar pot fi colectate pe cteva ci. Dioxidul de sulf poate fi emis, de asemenea, i din etapa de uscare a concentratului (n principal din combustibilul folosit la arztor), i din etapele de rafinare primar acolo unde cuprul brut conine 0,03-0,1 % sulf dizolvat. Concentraia n gaz este, n mod obinuit, foarte sczut i se utilizeaz o epurare simpl a gazelor, dac este necesar. Dac nu se aplic o prjire parial i o topire de calcinare la mat, n uniti separate, din cauza materialului de alimentare specific, prjirea concentratelor de cupru se execut simultan cu topirea. Utilizarea cuptoarelor etane pentru topire permite colectarea eficient a dioxidului de sulf. Toate topitoriile n UE utilizeaz mbogirea n oxigen care produce o concentraie nalt de dioxid de sulf. Acesta permite de aceea, minimalizarea volumului gazelor reziduale i sistemul de manipulare a gazelor, incluznd instalaia de acid sulfuric, pot fi reduse ca volum. Nivele foarte mari de mbogire cu oxigen pot s creasc concentraia trioxidului de sulf n gazele care trec spre instalaia de acid. Aceast cantitate crescut de trioxid de sulf n gazul de la cuptor este absorbit de epuratoare i crete cantitatea acidului slab tratat, are alte utilizri sau este la dispoziie. Instalaiile de acid sulfuric de contact cu 4 sau 5 treceri sunt utilizate pentru conversia gazelor. n cteva cazuri se utilizeaz instalaii cu un singur contact, dac coninutul de dioxid de sulf este sczut (