૧. પરિચય
પ્રાથમિક શુદ્ધ કોપર ઉત્પાદન માટે પાયરોમેટલર્જિકલ કોપર સ્મેલ્ટિંગ મુખ્ય માર્ગ છે, જે વૈશ્વિક ક્ષમતાના 80% થી વધુ હિસ્સો ધરાવે છે. આ પ્રક્રિયા ઉચ્ચ-તાપમાન ધાતુશાસ્ત્ર કામગીરીની શ્રેણી દ્વારા કોપર સલ્ફાઇડ કોન્સન્ટ્રેટ્સ (મુખ્યત્વે ચેલ્કોપીરાઇટ, CuFeS₂) ને ઉચ્ચ-શુદ્ધતા કેથોડ કોપર (≥99.99% Cu) માં રૂપાંતરિત કરે છે. આ લેખ ફ્લેશ સ્મેલ્ટિંગ, કન્વર્ટિંગ, એનોડ રિફાઇનિંગ અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક રિફાઇનિંગ ધરાવતી મુખ્ય પ્રવાહની સંકલિત ફ્લોશીટની વિગતો આપે છે.
2. કોન્સન્ટ્રેટ તૈયારી અને મિશ્રણ
કોપર કોન્સન્ટ્રેટ્સ (25-35% Cu) જથ્થાબંધ વાસણો દ્વારા આવે છે અને ઢંકાયેલા ભંડારમાં સંગ્રહિત થાય છે. ભેજનું પ્રમાણ સામાન્ય રીતે 8-12% હોય છે અને વિસ્ફોટો અને ડાઉનસ્ટ્રીમ સ્મેલ્ટિંગમાં વધુ પડતા ઉર્જા વપરાશને રોકવા માટે રોટરી ભઠ્ઠા અથવા ફ્લુઇડાઇઝ્ડ-બેડ ડ્રાયર્સનો ઉપયોગ કરીને તેને ≤0.3% સુધી ઘટાડવું આવશ્યક છે.
સૂકા કોન્સન્ટ્રેટને ફ્લક્સ (ક્વાર્ટઝ, ચૂનાના પથ્થર), રિવર્ટ્સ અને કન્વર્ટર સ્લેગ સાથે ચોક્કસ નિયંત્રિત પ્રમાણમાં ભેળવવામાં આવે છે. આધુનિક પ્લાન્ટ્સ ઓટોમેટેડ ડિસ્ક ફીડર અને લોડ-સેલ સિસ્ટમ્સનો ઉપયોગ કરે છે જે ±0.5% ની અંદર મિશ્રણ ચોકસાઈ પ્રાપ્ત કરે છે.
3. ફ્લેશ સ્મેલ્ટિંગ
ફ્લેશ સ્મેલ્ટિંગ એ કોપર સલ્ફાઇડ કોન્સન્ટ્રેટ્સની સારવાર માટે સૌથી અદ્યતન ટેકનોલોજી છે, જે વૈશ્વિક સ્તરે આઉટોટેક (હવે મેટસો) ફ્લેશ ફર્નેસ અને ચીન દ્વારા વિકસિત ઓક્સિજન બોટમ-બ્લોન ફર્નેસ દ્વારા રજૂ થાય છે.
૩.૧ પ્રક્રિયા સિદ્ધાંત
સૂકા સાંદ્રને 850-950°C તાપમાને ગરમ, ઓક્સિજનથી સમૃદ્ધ હવાના પ્રવાહમાં (ઓક્સિજન સાંદ્રતા 75-90%) ઇન્જેક્ટ કરવામાં આવે છે. પ્રતિક્રિયાઓ (સૂકવણી, ઓક્સિડેશન, સ્લેગ અને મેટ રચના) 3-5 સેકન્ડમાં પૂર્ણ થાય છે, પ્રતિક્રિયા ગરમી સાથે ઓટોથર્મલ કામગીરી જાળવી રાખે છે. મુખ્ય પ્રતિક્રિયાઓમાં શામેલ છે: 4CuFeS₂ + 9O₂ → 4CuS + 2Fe₂O₃ + 8SO₂ 2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ → 2FeO·SiO₂ + 2SO₂
૩.૨ મુખ્ય સાધનો
- રિએક્શન શાફ્ટ: ૧૧-૧૪ મીટર ઊંચાઈ, ૭-૯ મીટર વ્યાસ, ઉચ્ચ-ગ્રેડ મેગ્નેસાઇટ-ક્રોમ ઈંટ અને કોપર વોટર જેકેટથી લાઇન કરેલું.
- સેટલર અને અપટેક શાફ્ટ: મેટ (65-75% Cu) અને સ્લેગનું ગુરુત્વાકર્ષણ વિભાજન.
- વેસ્ટ હીટ બોઈલર: વરાળ ઉત્પન્ન કરવા માટે ~550°C ઓફ-ગેસમાંથી યોગ્ય ગરમી પુનઃપ્રાપ્ત કરે છે.
- ઓક્સિજન-થી-સાંદ્રતા ગુણોત્તર: 1.15-1.25 Nm³ O₂/t શુષ્ક સાંદ્ર
- પ્રતિક્રિયા શાફ્ટ તાપમાન: 1250-1300°C
- મેટ તાપમાન: 1180-1220°C
- સ્લેગ Fe/SiO₂ ગુણોત્તર: 1.1-1.4, સ્લેગમાં તાંબુ ≤0.6%
૩.૩ જટિલ નિયંત્રણ પરિમાણો
સિંગલ ફ્લેશ ફર્નેસ ક્ષમતા 4000-5500 ટન/દિવસ કોન્સન્ટ્રેટ સુધી પહોંચે છે, જેમાં થર્મલ કાર્યક્ષમતા 98% થી વધુ હોય છે અને લગભગ 100% SO₂ કેપ્ચર હોય છે.
૪. રૂપાંતર
મેટને ઇલેક્ટ્રિકલી ગરમ કરેલા લોન્ડર્સ અથવા લેડલ્સ દ્વારા પીયર્સ-સ્મિથ કન્વર્ટર અથવા સતત કન્વર્ટિંગ ફર્નેસમાં ટ્રાન્સફર કરવામાં આવે છે.
૪.૧ સ્લેગ-રચનાનો તબક્કો
આયર્ન સલ્ફાઇડનું ઓક્સિડાઇઝેશન કરવા માટે ઓક્સિજનથી સમૃદ્ધ હવા (25-35% O₂) ફૂંકવામાં આવે છે. 2-8% Cu ધરાવતા સ્લેગને સ્કિમ કરવામાં આવે છે અને ફ્લેશ સ્મેલ્ટિંગમાં પાછું મોકલવામાં આવે છે.
૪.૨ તાંબા બનાવવાનો તબક્કો
સતત ફૂંકવાથી ૧૧૮૦-૧૨૩૦°C તાપમાને Cu₂S ઓક્સિડાઇઝ થાય છે અને કોપર (૯૮.૫-૯૯.૩% Cu) બને છે.
૫. એનોડ ફર્નેસ ફાયર રિફાઇનિંગ
ઓક્સિડેશન-ઘટાડા રિફાઇનિંગ માટે બ્લિસ્ટર કોપરને 50-500 ટન સ્થિર અથવા ટિલ્ટિંગ એનોડ ફર્નેસમાં ચાર્જ કરવામાં આવે છે.
૫.૧ ઓક્સિડેશન સ્ટેજ
હવા અથવા ઓક્સિજન ભાલાઓ શેષ Fe, Ni, As, Sb અને Bi ને તરતા સ્લેગ તરીકે દૂર કરે છે.
૫.૨ ઘટાડો તબક્કો
કુદરતી ગેસ, ડીઝલ અથવા લાકડાના થાંભલાઓનો ઉપયોગ કરીને ઓક્સિજનનું પ્રમાણ 150-300 પીપીએમ સુધી ઘટાડવામાં આવે છે. શુદ્ધ તાંબાને 300-450 કિગ્રા એનોડ (Cu ≥99.0%) માં નાખવામાં આવે છે.
6. ઇલેક્ટ્રોલિટીક રિફાઇનિંગ
CuSO₄-H₂SO₄ ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં કેથોડ તરીકે સીસા અથવા ટાઇટેનિયમ મધર બ્લેન્ક સાથે ઇલેક્ટ્રોલિટીક કોષોમાં એનોડ મૂકવામાં આવે છે.
૬.૧ ઓપરેટિંગ શરતો
- વર્તમાન ઘનતા: 220-320 A/m²
- સેલ વોલ્ટેજ: 0.22-0.32 V
- ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તાપમાન: 60-65°C
- Cu²⁺: 40-55 g/L, મફત H₂SO₄: 150-220 g/L
૬.૨ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ
એનોડ વિસર્જન: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻ વધુ ઉમદા તત્વો (Au, Ag, Se, Te) એનોડ સ્લાઇમને રિપોર્ટ કરે છે; ઓછા ઉમદા તત્વો દ્રાવણમાં પ્રવેશ કરે છે. કેથોડ ડિપોઝિશન ≥99.993% Cu આપે છે જે LME ગ્રેડ A સ્પષ્ટીકરણોને પૂર્ણ કરે છે.
૭. ગેસ સિવાયની સારવાર અને પર્યાવરણીય નિયંત્રણ
ફ્લેશ ફર્નેસ, કન્વર્ટર અને એનોડ ફર્નેસમાંથી SO₂-સમૃદ્ધ વાયુઓને ઠંડુ કરવામાં આવે છે, ધૂળ દૂર કરવામાં આવે છે અને ડબલ-કોન્ટેક્ટ એસિડ પ્લાન્ટમાં પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે જે 99.8% થી વધુ સલ્ફર પુનઃપ્રાપ્તિ પ્રાપ્ત કરે છે. ટેઇલ ગેસ SO₂ 100 mg/Nm³ થી ઘણો ઓછો છે. આર્સેનિક, પારો અને અન્ય ભારે ધાતુઓ વિશિષ્ટ પ્રક્રિયાઓ દ્વારા દૂર કરવામાં આવે છે.
8. નિષ્કર્ષ
સમકાલીન કોપર પાયરોમેટલર્જીએ ઉચ્ચ સાતત્ય, ઓટોમેશન અને પર્યાવરણીય કામગીરી પ્રાપ્ત કરી છે. ઇન્ટિગ્રેટેડ ફ્લેશ સ્મેલ્ટિંગ-સતત કન્વર્ટિંગ-એનોડ રિફાઇનિંગ-ઇલેક્ટ્રોરિફાઇનિંગ ફ્લોશીટ્સ એકંદર કોપર રિકવરી > 98.5% અને ચોક્કસ ઉર્જા વપરાશ 280-320 kgce/t કેથોડ પહોંચાડે છે, જે વિશ્વ-સ્તરીય બેન્ચમાર્કનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. ઓક્સિજન સંવર્ધન, સતત કોપર-નિર્માણ તકનીકો અને ડિજિટલ પ્રક્રિયા નિયંત્રણમાં ચાલુ વિકાસ કાર્યક્ષમતા અને ટકાઉપણાને વધુ આગળ વધારશે.
પોસ્ટ સમય: ડિસેમ્બર-22-2025