१. प्रस्तावना
पायरोमेटलर्जिकल तांबे प्रगलन ही प्राथमिक शुद्ध तांबे उत्पादनाची प्रमुख पद्धत असून, जागतिक क्षमतेपैकी ८०% पेक्षा जास्त वाटा या पद्धतीचा आहे. या प्रक्रियेत, उच्च तापमानाच्या अनेक धातुशास्त्रीय क्रियांद्वारे तांबे सल्फाइड सांद्रकांचे (मुख्यतः चालकोपायराइट, CuFeS₂) रूपांतर उच्च-शुद्धतेच्या कॅथोड तांब्यामध्ये (≥९९.९९% Cu) केले जाते. या लेखात फ्लॅश स्मेल्टिंग, कन्व्हर्टिंग, ॲनोड रिफायनिंग आणि इलेक्ट्रोलाइटिक रिफायनिंग यांचा समावेश असलेल्या मुख्य एकात्मिक प्रवाहपत्रिकेचे तपशीलवार वर्णन केले आहे.
२. सांद्रित तयार करणे आणि मिश्रण करणे
तांब्याचे सांद्रक (२५-३५% Cu) मोठ्या जहाजाने येतात आणि झाकलेल्या ढिगाऱ्यांमध्ये साठवले जातात. आर्द्रतेचे प्रमाण साधारणपणे ८-१२% असते आणि पुढील प्रगलन प्रक्रियेत स्फोट व अतिरिक्त ऊर्जा वापर टाळण्यासाठी, रोटरी किल्न्स किंवा फ्लुइडाइज्ड-बेड ड्रायर्सचा वापर करून ते ≤०.३% पर्यंत कमी करणे आवश्यक असते.
वाळलेल्या संहत पदार्थाचे, फ्लक्स (क्वार्ट्झ, चुनखडी), रिव्हर्ट्स आणि कन्व्हर्टर स्लॅग यांच्यासोबत अचूकपणे नियंत्रित प्रमाणात मिश्रण केले जाते. आधुनिक संयंत्रांमध्ये स्वयंचलित डिस्क फीडर्स आणि लोड-सेल प्रणाली वापरल्या जातात, ज्यामुळे मिश्रणाची अचूकता ±०.५% च्या आत साधली जाते.
३. फ्लॅश स्मेल्टिंग
फ्लॅश स्मेल्टिंग हे कॉपर सल्फाइड कॉन्सन्ट्रेट्सवर प्रक्रिया करण्याचे सर्वात प्रगत तंत्रज्ञान आहे, ज्याचे जागतिक स्तरावर प्रतिनिधित्व आउटोटेक (आता मेटसो) फ्लॅश फर्नेस आणि चीनमध्ये विकसित ऑक्सिजन बॉटम-ब्लोन फर्नेस करतात.
३.१ प्रक्रिया तत्त्व
कोरडे संहत मिश्रण ८५०-९५०°C तापमानावर गरम, ऑक्सिजन-समृद्ध हवेच्या प्रवाहात (ऑक्सिजनची घनता ७५-९०%) अंतःक्षेपित केले जाते. अभिक्रिया (शुष्कीकरण, ऑक्सिडीकरण, स्लग आणि मॅटची निर्मिती) ३-५ सेकंदात पूर्ण होतात, आणि अभिक्रियेतील उष्णता स्वयं-औष्णिक प्रक्रियेला टिकवून ठेवते. प्रमुख अभिक्रियांमध्ये यांचा समावेश आहे: 4CuFeS₂ + 9O₂ → 4CuS + 2Fe₂O₃ + 8SO₂ 2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ → 2FeO·SiO₂ + 2SO₂
३.२ प्रमुख उपकरणे
- रिॲक्शन शाफ्ट: ११-१४ मीटर उंची, ७-९ मीटर व्यास, उच्च दर्जाच्या मॅग्नेसाइट-क्रोम विटांचे अस्तर आणि तांब्याच्या वॉटर जॅकेट्ससह.
- सेटलर आणि अपटेक शाफ्ट: मॅट (65-75% Cu) आणि स्लॅगचे गुरुत्वाकर्षणाने विलगीकरण.
- वेस्ट हीट बॉयलर: वाफ निर्मितीसाठी ~५५०°C तापमानाच्या वायूपासून मिळणारी संवेद्य उष्णता परत मिळवतो.
- ऑक्सिजन-ते-संद्रित प्रमाण: १.१५-१.२५ Nm³ O₂/टन कोरडे संहत
- रिॲक्शन शाफ्टचे तापमान: १२५०-१३००°से
- मॅटचे तापमान: ११८०-१२२०°से
- स्लॅगमधील Fe/SiO₂ गुणोत्तर: १.१-१.४, स्लॅगमधील तांबे ≤०.६%
३.३ गंभीर नियंत्रण मापदंड
सिंगल फ्लॅश फर्नेसची क्षमता दररोज ४०००-५५०० टन सांद्रणापर्यंत पोहोचते, ज्याची औष्णिक कार्यक्षमता ९८% पेक्षा जास्त असून SO₂ चे शोषण जवळजवळ १००% होते.
४. रूपांतरण करणे
मॅट हे विद्युतचलित उष्णता देणाऱ्या लॉन्डर्स किंवा लॅडल्सद्वारे पिअर्स-स्मिथ कन्व्हर्टर्स किंवा सतत रूपांतरण करणाऱ्या भट्ट्यांमध्ये हस्तांतरित केले जाते.
४.१ स्लग-निर्मितीचा टप्पा
आयर्न सल्फाइडचे ऑक्सिडीकरण करण्यासाठी ऑक्सिजन-समृद्ध हवा (२५-३५% O₂) फुंकली जाते. २-८% तांबे असलेला स्लग काढून टाकला जातो आणि फ्लॅश स्मेल्टिंगसाठी परत पाठवला जातो.
४.२ तांबे बनवण्याचा टप्पा
सतत फुंकल्याने 1180-1230°C तापमानावर Cu₂S चे ऑक्सिडीकरण होऊन ब्लिस्टर कॉपर (98.5-99.3% Cu) तयार होते.
५. ॲनोड भट्टी आग शुद्धीकरण
ऑक्सिडेशन-रिडक्शन शुद्धीकरणासाठी ब्लिस्टर कॉपर ५०-५०० टन क्षमतेच्या स्थिर किंवा टिल्टिंग ॲनोड फर्नेसमध्ये भरले जाते.
५.१ ऑक्सिडेशन टप्पा
हवा किंवा ऑक्सिजन लान्स अवशिष्ट Fe, Ni, As, Sb, आणि Bi यांना तरंगत्या स्लॅगच्या स्वरूपात काढून टाकतात.
५.२ घट टप्पा
नैसर्गिक वायू, डिझेल किंवा लाकडी खांबांचा वापर करून ऑक्सिजनचे प्रमाण १५०-३०० पीपीएम पर्यंत कमी केले जाते. शुद्ध केलेल्या तांब्यापासून ३००-४५० किलो वजनाचे ॲनोड्स (Cu ≥९९.०%) बनवले जातात.
६. इलेक्ट्रोलाइटिक शुद्धीकरण
CuSO₄-H₂SO₄ इलेक्ट्रोलाइटमध्ये, कॅथोड म्हणून शिसे किंवा टायटॅनियम मदर ब्लँक असलेल्या इलेक्ट्रोलाइटिक सेलमध्ये ॲनोड ठेवले जातात.
६.१ संचालन अटी
- विद्युत प्रवाह घनता: २२०-३२० अँपिअर/मीटर²
- सेल व्होल्टेज: ०.२२-०.३२ व्होल्ट
- इलेक्ट्रोलाइटचे तापमान: ६०-६५°से
- Cu²⁺: 40-55 g/L, मोफत H₂SO₄: 150-220 g/L
६.२ विद्युत रासायनिक अभिक्रिया
अ‍ॅनोड विद्राव्यीकरण: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻ अधिक उदात्त मूलद्रव्ये (Au, Ag, Se, Te) अ‍ॅनोड स्लाइममध्ये जमा होतात; कमी उदात्त मूलद्रव्ये द्रावणात प्रवेश करतात. कॅथोड निक्षेपणामुळे LME ग्रेड A मानकांची पूर्तता करणारे ≥९९.९९३% तांबे (Cu) मिळते.
७. उत्सर्जित वायूवर प्रक्रिया आणि पर्यावरण नियंत्रण
फ्लॅश फर्नेस, कन्व्हर्टर्स आणि ॲनोड फर्नेसमधून बाहेर पडणाऱ्या SO₂-समृद्ध वायूंना डबल-कॉन्टॅक्ट ॲसिड प्लांट्समध्ये थंड केले जाते, त्यातील धूळ काढली जाते आणि त्यावर प्रक्रिया केली जाते, ज्यामुळे ९९.८% पेक्षा जास्त सल्फर पुनर्प्राप्ती साधली जाते. टेल गॅसमधील SO₂ चे प्रमाण १०० mg/Nm³ पेक्षा खूपच कमी असते. आर्सेनिक, पारा आणि इतर जड धातू विशेष प्रक्रियांद्वारे काढून टाकले जातात.
८. निष्कर्ष
आधुनिक तांबे पायरोमेटलर्जीने उच्च सातत्य, स्वचालन आणि पर्यावरणीय कामगिरी साध्य केली आहे. एकात्मिक फ्लॅश स्मेल्टिंग-कंटिन्युअस कन्व्हर्टिंग-ॲनोड रिफायनिंग-इलेक्ट्रो रिफायनिंग फ्लोशीटमुळे एकूण तांबे पुनर्प्राप्ती >९८.५% आणि २८०-३२० किलोग्रॅम तांबे प्रति टन कॅथोड इतका विशिष्ट ऊर्जा वापर मिळतो, जे जागतिक दर्जाचे मापदंड दर्शवतात. ऑक्सिजन संवर्धन, सतत तांबे निर्मिती तंत्रज्ञान आणि डिजिटल प्रक्रिया नियंत्रणातील चालू असलेले विकास कार्यक्षमता आणि शाश्वतता आणखी वाढवतील.
पोस्ट करण्याची वेळ: २२-डिसेंबर-२०२५