Fonderie pyrométallurgique

L'affinage au feu est aujourd'hui la principale méthode de production de cuivre, représentant 80 à 90 % de la production de cuivre, principalement pour le traitement des minerais sulfurés. Les avantages de la fusion pyrométallurgique du cuivre sont une forte adaptabilité des matières premières, une faible consommation d'énergie, un rendement élevé et un taux de récupération des métaux élevé. La fusion du cuivre par le feu peut être divisée en deux catégories: l'une est constituée de procédés traditionnels, tels que la fusion en haut fourneau, la fusion en four à réverbère et la fusion en four électrique. Le deuxième concerne les procédés de renforcement modernes, tels que la fusion en four flash et la fusion en piscine de fusion.

En raison des problèmes énergétiques et environnementaux mondiaux importants depuis le milieu du 20e siècle, l'énergie est devenue de plus en plus rare, les réglementations en matière de protection de l'environnement sont devenues de plus en plus strictes et les coûts de main-d'œuvre ont progressivement augmenté. Cela a conduit au développement rapide de la technologie de fusion du cuivre depuis les années 1980, obligeant le remplacement des méthodes traditionnelles par de nouvelles méthodes de renforcement, et les méthodes de fusion traditionnelles ont progressivement été abandonnées. Par la suite, des technologies avancées telles que la fusion flash et la fusion en bain de fusion ont émergé, la percée la plus importante étant l’application généralisée de l’oxygène ou de l’oxygène enrichi. Après des décennies d’efforts, la fusion flash et la fusion en bain de fusion ont pratiquement remplacé les procédés pyrométallurgiques traditionnels.

1. Flux du processus de fusion au feu

Le processus pyrométallurgique comprend principalement quatre étapes principales: la fusion de la matte, le soufflage de la matte de cuivre (mate), l'affinage pyrométallurgique du cuivre brut et l'affinage électrolytique du cuivre anodique.

Fusion de soufre (mate concentrée de cuivre) : elle utilise principalement du concentré de cuivre pour faire fondre la matte, dans le but d'oxyder une partie du fer dans le concentré de cuivre, d'éliminer les scories et de produire de la matte à haute teneur en cuivre.

Soufflage de matte (cuivre brut mat): oxydation supplémentaire et scories de la matte pour en éliminer le fer et le soufre, produisant du cuivre brut.

Affinage au feu (cuivre brut anodique) : le cuivre brut est ensuite éliminé des impuretés par oxydation et scorification pour produire du cuivre anodique.

Affinage électrolytique (cuivre anodique et cathode en cuivre): en introduisant du courant continu, le cuivre anodique se dissout et le cuivre pur est précipité à la cathode. Les impuretés pénètrent dans la boue anodique ou l'électrolyte, réalisant ainsi la séparation du cuivre et des impuretés et produisant du cuivre cathodique.

2. Classification des procédés pyrométallurgiques

(1) Fusion flash

La fusion flash comprend trois types: le four flash Inco, le four flash Outokumpu et la fusion flash ConTop. La fusion flash est une méthode de fusion qui utilise pleinement l'immense surface active des matériaux finement broyés pour renforcer le processus de réaction de fusion. Après séchage en profondeur du concentré, celui-ci est pulvérisé dans la tour de réaction avec de l'air enrichi en oxygène avec le flux. Les particules concentrées sont en suspension dans l'espace pendant 1 à 3 secondes et subissent rapidement une réaction d'oxydation des minéraux sulfurés avec un flux d'air oxydant à haute température, libérant une grande quantité de chaleur, complétant ainsi la réaction de fusion, qui est le processus de production de matte. Les produits de réaction tombent dans le réservoir de sédimentation du four flash pour la sédimentation, séparant ainsi la matte de cuivre et les scories. Cette méthode est principalement utilisée pour la fusion mate de minerais sulfurés tels que le cuivre et le nickel.

La fusion flash a commencé sa production à la fin des années 1950 et a été promue et appliquée dans plus de 40 entreprises en raison de réalisations significatives en matière d'économie d'énergie et de protection de l'environnement grâce à une amélioration continue. Cette technologie de procédé présente les avantages d’une grande capacité de production, d’une faible consommation d’énergie et d’une faible pollution. La capacité maximale de production de minerai de cuivre d'un seul système peut atteindre plus de 400 000 t/an, ce qui convient aux usines d'une taille supérieure à 200 000 t/an. Cependant, il est nécessaire que les matières premières soient profondément séchées jusqu'à une teneur en humidité inférieure à 0,3 %, une taille de particule concentrée inférieure à 1 mm et que les impuretés telles que le plomb et le zinc dans les matières premières ne doivent pas dépasser 6 %. Les inconvénients du procédé sont un équipement complexe, un taux élevé de fumée et de poussière et une teneur élevée en cuivre dans les scories, qui nécessite un traitement de dilution.

2) Fusion du bassin en fusion

La fusion en piscine de fusion comprend la méthode de fusion du cuivre Tenente, la méthode Mitsubishi, la méthode Osmet, la méthode de fusion du cuivre Vanukov, la méthode de fusion Isa, la méthode Noranda, la méthode du convertisseur rotatif à soufflage supérieur (TBRC), la méthode de fusion du cuivre argenté, le cuivre Shuikoushan méthode de fusion et méthode de fusion riche en oxygène soufflé par le bas Dongying. La fusion en piscine de fusion est le processus consistant à ajouter un concentré de sulfure fin à la masse fondue tout en insufflant de l'air ou de l'oxygène industriel dans la masse fondue, et à renforcer le processus de fusion dans une piscine en fusion fortement agitée. En raison de la pression exercée par l'air soufflé sur le bain de fusion, les bulles montent à travers le bain, provoquant le déplacement de la « colonne de fusion », fournissant ainsi un apport important à la fusion. Ses types de fours sont horizontaux, verticaux, rotatifs ou fixes, et il existe trois types de méthodes de soufflage : soufflage latéral, soufflage supérieur et soufflage inférieur.

La fusion en piscine a été appliquée dans l'industrie dans les années 1970. En raison des bons effets de transfert de chaleur et de masse dans le processus de fusion du bain de fusion, le processus métallurgique peut être considérablement renforcé, atteignant ainsi l'objectif d'améliorer la productivité de l'équipement et de réduire la consommation d'énergie dans le processus de fusion. De plus, les exigences en matière de matériaux de four ne sont pas élevées. Différents types de concentrés, secs, humides, gros et en poudre, conviennent. Le four a un petit volume, une faible perte de chaleur, une bonne conservation de l'énergie et une bonne protection de l'environnement. En particulier, le taux de fumée et de poussière est nettement inférieur à celui de la fusion flash.