Διαδικασία τήξης ανακυκλωμένου χαλκού: Διαδρομές ενός-Σταδίου, δύο-Σταδίων και Τριών-Σταδίων

Γιατί ο δευτερεύων χαλκός έχει σημασία

Ο χαλκός είναι ένα από τα πιο αποτελεσματικά ανακυκλωμένα βιομηχανικά μέταλλα. Μπορεί να ξανατήκεται επανειλημμένα χωρίς να χάσει τις βασικές του ιδιότητες, έχει υψηλή εγγενή αξία σκραπ που υποστηρίζει τη συλλογή και η τεχνολογία διύλισής του είναι καθιερωμένη. Το αποτέλεσμα είναι ότι ένα μεγάλο μερίδιο του χαλκού που χρησιμοποιείται στα τελικά προϊόντα σήμερα προέρχεται από ανακυκλωμένο υλικό και όχι από πρόσφατα εξορυσσόμενο συμπύκνωμα, και η δευτερογενής παραγωγή αποτελεί καθιερωμένο μέρος της αλυσίδας εφοδιασμού για ράβδους, σύρματα, ταινίες, σωλήνες και προϊόντα χύτευσης.

Η οδός επεξεργασίας εξαρτάται εξ ολοκλήρου από την πρώτη ύλη. Περίπου τα δύο τρίτα του χαλκού που ανακτάται από-προϊόντα τέλους ζωής-είναι καθαρό, υψηλής-ποιότητας υλικό, όπως σύρματα και σκραπ μύλου, τα οποία μπορούν να τήκονται εκ νέου και να χρησιμοποιηθούν απευθείας στην παραγωγή προϊόντων χαλκού ή κραμάτων χαλκού. Το υπόλοιπο τρίτο περιέχει ανάμεικτα μέταλλα, επικαλύψεις, οξείδια ή πλαστικά, και πρέπει να λιώσει και να εξευγενιστεί προτού μπορέσει να επιστραφεί στην αγορά ως επεξεργασμένος χαλκός. Αυτή η διαίρεση αποτελεί τη βάση για τις δύο οδούς χρήσης που περιγράφονται παρακάτω, και εξηγεί γιατί ένα δευτερεύον μεταλλουργείο οργανώνεται με βάση την ποιότητα του σκραπ και όχι με βάση μια ενιαία σταθερή διαδικασία.

Ταξινόμηση απορριμμάτων και οι δύο οδοί χρήσης

Η πρώτη διαδρομή είναι η άμεση αξιοποίηση. Καθαρά, ταξινομημένα θραύσματα γνωστής χημείας τήκονται και χυτεύονται σε εξευγενισμένο χαλκό ή σε κράμα χαλκού και φθάνουν στον χρήστη ως τελικό υλικό χωρίς να περάσει από ηλεκτρόλυση. Οι ποιότητες κατάλληλες για άμεση χρήση περιλαμβάνουν φωτεινό γυμνό σύρμα, καθαρές αποκοπές μύλου, ράβδο διαύλου και βαρύ χαλκό από παροπλισμένο εξοπλισμό.

Ο δεύτερος τρόπος είναι η έμμεση αξιοποίηση. Τα σκραπ που είναι μολυσμένα, οξειδωμένα ή μικτής σύνθεσης τήκονται πρώτα σε μια πλάκα ανόδου και στη συνέχεια διυλίζονται ηλεκτρολυτικά σε καθοδικό χαλκό, ο οποίος είναι ισοδύναμος με τον πρωτογενή εξευγενισμένο χαλκό για τους περισσότερους κατάντη σκοπούς. Το βήμα διύλισης είναι αυτό που αφαιρεί τις ακαθαρσίες που συγκεντρώνει το στάδιο τήξης και είναι ο λόγος που η έμμεση διαδρομή μπορεί να δεχθεί ποιότητα σκραπ που θα ήταν άχρηστη σε έναν κλίβανο επανατήξης.

Εντός της έμμεσης διαδρομής, η διαδικασία ταξινομείται περαιτέρω ανάλογα με την ποιότητα σκραπ: το υλικό υψηλής-ποιότητας μπορεί να καθαριστεί σε σύντομη σειρά, ενώ το υλικό χαμηλής-ποιότητας απαιτεί μεγαλύτερη αλληλουχία με περισσότερο σχηματισμό σκωρίας και μεγαλύτερη αφαίρεση ακαθαρσιών. Οι όροι ένα-στάδιο, δύο-στάδιο και τρία-στάδια αναφέρονται στον αριθμό των πυρομεταλλουργικών βημάτων πριν από την ηλεκτρόλυση.

Ένα-Stage, Two-Stage and Three-Stage Smelting Routes

Οι τρεις διαδρομές διαφέρουν στο πόση αναβάθμιση πρέπει να γίνει πριν χυθεί η άνοδος. Η επιλογή καθορίζεται από την περιεκτικότητα σε χαλκό, από το φάσμα ακαθαρσιών του σκραπ και από τη χωρητικότητα των διαθέσιμων κλιβάνων.

Η διαδρομή ενός σταδίου-είναι η συντομότερη και η πιο ενεργειακά αποδοτική, αλλά απαιτεί καθαρή τροφοδοσία επειδή δεν υπάρχει ενδιάμεσο στάδιο στο οποίο οι ακαθαρσίες μπορούν να απορριφθούν στη σκωρία. Η διαδρομή δύο- σταδίων προσθέτει ένα βήμα τήξης και εμφύσησης, το οποίο επιτρέπει την επεξεργασία οξειδωμένου και μερικώς μολυσμένου υλικού και παράγει έναν ακατέργαστο χαλκό που στη συνέχεια εξευγενίζεται. Η διαδρομή των τριών σταδίων είναι η πιο ευέλικτη και μπορεί να δεχθεί πρώτες ύλες με πολύ χαμηλή περιεκτικότητα σε χαλκό, επειδή ο κλίβανος τήξης διαχωρίζει τον χαλκό σε μια ματ ή ακατέργαστη μεταλλική φάση ενώ απορρίπτει το σίδηρο, το πυρίτιο και μέρος των άλλων ακαθαρσιών σε σκωρία.

Στη διαδρομή των τριών-σταδίων, τα υπολείμματα που φέρουν σκραπ και χαλκό-χαμηλής ποιότητας τήκονται σε έναν κλίβανο τήξης, συνήθως έναν άξονα ή υψικάμινο τήξης ή έναν κλίβανο τήξης λουτρού βυθισμένης-λόγχης για υψηλότερες αποδόσεις. Ο λιωμένος ματς ή ακατέργαστος χαλκός περνά σε έναν μετατροπέα, όπου ο αέρας ή το εμπλουτισμένο με οξυγόνο-βλαστήματα οξειδώνουν το θείο και τον σίδηρο και οι υπόλοιπες ακαθαρσίες αναφέρονται εν μέρει σε σκωρία και εν μέρει σε σκόνη καπνού. Ο χαλκός που έχει μετατραπεί στη συνέχεια εξευγενίζεται στη φωτιά σε έναν κλίβανο ανόδου, χυτεύεται σε ανόδους και αποστέλλεται στη δεξαμενή. Η διαδρομή τριών- σταδίων επιτυγχάνει υψηλή ανάκτηση χαλκού και πολύτιμων παρα-προϊόντων και η σύνθεση της σκόνης των καπναγωγών είναι σχετικά απλή και επομένως ευκολότερη στην επεξεργασία, αλλά περιλαμβάνει περισσότερο εξοπλισμό, περισσότερα καύσιμα και πιο περίπλοκη λειτουργία από τις μικρότερες διαδρομές. Στην πράξη, οι περισσότερες δευτερεύουσες μονάδες χαλκού συνδυάζουν τις έννοιες δύο-και τριών{12}} σταδίων, έτσι ώστε η κατανάλωση ενέργειας ανά τόνο να μειώνεται ενώ η ανάκτηση πολύτιμων μετάλλων μεγιστοποιείται.

Διύλιση, έλεγχος ακαθαρσιών και παρά{0}}προϊόντα

Η διύλιση με πυρκαγιά στον κλίβανο ανόδου έχει δύο στόχους: την οξείδωση, η οποία αφαιρεί τα στοιχεία που είναι πιο δραστικά από τον χαλκό και τη μείωση, η οποία αφαιρεί την περίσσεια οξυγόνου που αφήνει το βήμα της οξείδωσης, έτσι ώστε η άνοδος να είναι υγιής και να χύνεται καθαρά. Το στάδιο της οξείδωσης πραγματοποιείται με εμφύσηση αέρα ή οξυγόνου στο τήγμα και το στάδιο αναγωγής χρησιμοποιεί παραδοσιακά ένα αναγωγικό αέριο ή ένα ανθρακούχο υλικό που εγχέεται στο λουτρό. Η θερμοκρασία και το τελικό σημείο κάθε σταδίου ελέγχονται στενά, επειδή η υπερ-οξείδωση παράγει μια πορώδη, κακώς χυτευόμενη άνοδο, ενώ η υπό{3}}οξείδωση αφήνει υπολειμματικές ακαθαρσίες.

Στη συνέχεια, η ηλεκτρολυτική διύλιση παράγει καθοδικό χαλκό υψηλής καθαρότητας. Οι άνοδοι αιωρούνται σε έναν ηλεκτρολύτη θειικού χαλκού και θειικού οξέος και το συνεχές ρεύμα μεταφέρει τον χαλκό από την άνοδο σε μια κάθοδο από ανοξείδωτο χάλυβα ή χαλκό ενώ οι ακαθαρσίες είτε παραμένουν σε διάλυμα είτε καθιζάνουν ως λάσπη ανόδου. Η λάσπη είναι ένα πολύτιμο υποπροϊόν, επειδή συγκεντρώνει τα πολύτιμα μέταλλα και το ρεύμα εξαέρωσης από τον ηλεκτρολύτη επεξεργάζεται για τον έλεγχο της συσσώρευσης-νικελίου, αρσενικού και αντιμονίου. Ο έλεγχος ακαθαρσιών στη δεξαμενή είναι το βήμα που καθορίζει εάν η κάθοδος πληροί την αναμενόμενη καθαρότητα του εξευγενισμένου χαλκού.

Οι ακαθαρσίες που προκαλούν τη μεγαλύτερη δυσκολία στη δευτερογενή τήξη είναι ο μόλυβδος, ο κασσίτερος, ο ψευδάργυρος, το νικέλιο, το αντιμόνιο και το βισμούθιο. Ο ψευδάργυρος και ο μόλυβδος είναι πτητικά σε διαφορετικούς βαθμούς και αναφέρονται εν μέρει στη σκόνη των καπναγωγών. Ο κασσίτερος, το αντιμόνιο και το βισμούθιο είναι δύσκολο να αφαιρεθούν κατά τη διύλιση πυρκαγιάς και πρέπει να αντιμετωπιστούν με προσεκτική ανάμειξη του φορτίου έτσι ώστε η χημεία της ανόδου να παραμένει εντός του παραθύρου που μπορεί να ανεχθεί η δεξαμενή. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο υπολογισμός του μίγματος είναι μία από τις πιο σημαντικές εργασίες ελέγχου σε μια δευτερεύουσα μονάδα χαλκού: ο στόχος είναι να διατηρείται η περιεκτικότητα σε χαλκό αρκετά υψηλή και τα στοιχεία ποινής αρκετά χαμηλά ώστε η άνοδος να πληροί τις προδιαγραφές χωρίς υπερβολικό κόστος διύλισης.

Έλεγχος ενέργειας, εκπομπών και ποιότητας

Το ενεργειακό επιχείρημα για τον δευτερογενή χαλκό είναι ισχυρό και είναι ένας από τους λόγους που υπάρχει η βιομηχανία. Η παραγωγή χαλκού από ανακυκλωμένο υλικό απαιτεί ένα μικρό κλάσμα της ενέργειας που καταναλώνεται στην εξόρυξη και την τήξη πρωτογενούς συμπυκνώματος, και τα κοινά αναφερόμενα στοιχεία τοποθετούν την εξοικονόμηση στη μεγάλη πλειονότητα της ζήτησης πρωτογενούς ενέργειας, με αντίστοιχες μειώσεις στις εκπομπές διοξειδίου του θείου και στον όγκο των απορριμμάτων που παράγονται. Το όφελος είναι μεγαλύτερο για τη διαδρομή άμεσης χρήσης, όπου το μέταλλο απλώς επανατήκεται, και μικρότερο για τη διαδρομή τριών- σταδίων, η οποία εξακολουθεί να περιλαμβάνει τήξη και μετατροπή σε υψηλές{{3} θερμοκρασίες.

Ο περιβαλλοντικός έλεγχος σε μια σύγχρονη δευτερεύουσα μονάδα χαλκού καλύπτει διάφορα ρεύματα:

Τα καυσαέρια από τους κλιβάνους τήξης και μετατροπής ψύχονται, καθαρίζονται σε συλλέκτες σκόνης και υποβάλλονται σε επεξεργασία πριν από την απελευθέρωση, με τη συλλεγόμενη σκόνη να επιστρέφει στη διαδικασία για ανάκτηση μετάλλου.

Το πλαστικό και το οργανικό περιεχόμενο στα σκραπ ελέγχεται, επειδή η ατελής καύση οργανικού υλικού μπορεί να δημιουργήσει εκπομπές που το σύστημα καθαρισμού αερίων δεν έχει σχεδιαστεί για να αφαιρεί.

Η σκωρία κοκκοποιείται και είτε πωλείται για χρήση στην κατασκευή είτε επεξεργάζεται περαιτέρω για την ανάκτηση του υπολειμματικού χαλκού.

Το νερό της διεργασίας ανακυκλώνεται, με ένα ρεύμα εξαέρωσης επεξεργασμένο για την απομάκρυνση των βαρέων μετάλλων πριν από την απόρριψη.

Ο ποιοτικός έλεγχος ακολουθεί το προϊόν και όχι τη διαδικασία. Λαμβάνονται δείγματα ανόδου και αναλύονται για τον χαλκό και τα στοιχεία ποινής, και το βάρος και η γεωμετρία της ανόδου ελέγχονται έτσι ώστε η δεξαμενή να λειτουργεί με σταθερή απόδοση ρεύματος. Η κάθοδος δειγματοληπτείται καθ' όλη τη διάρκεια του κύκλου επιμετάλλωσης και ελέγχεται για την κατάσταση της επιφάνειας και η τελική κάθοδος αναλύεται για να επιβεβαιωθεί ότι η καθαρότητα πληροί την απαίτηση για εξευγενισμένο χαλκό. Η τεκμηρίωση για πελάτες εξαγωγών περιλαμβάνει συνήθως την ανάλυση κάθε παρτίδας καθόδου μαζί με την ταυτότητα της παρτίδας, έτσι ώστε το υλικό να μπορεί να εντοπιστεί πίσω στην παρτίδα ανόδου και στο μείγμα σκραπ που το παρήγαγε.

FAQ

Ε: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της άμεσης και της έμμεσης χρήσης του σκραπ χαλκού;
Η άμεση χρήση επαναλειώνει τα καθαρά,-υψηλής ποιότητας σκραπ και τα χύνει κατευθείαν σε εξευγενισμένο χαλκό ή σε κράμα χαλκού. Η έμμεση χρήση λειώνει μολυσμένα ή αναμεμειγμένα σκραπ σε μια άνοδο και στη συνέχεια το εξευγενίζει ηλεκτρολυτικά σε χαλκό καθόδου.

Ε: Σε τι αναφέρεται η τήξη σε ένα-στάδιο, δύο-στάδια και τρία-στάδια;
Αναφέρονται στον αριθμό των πυρομεταλλουργικών βημάτων πριν από την ηλεκτρολυτική διύλιση. Ένα-στάδιο φορτίζει χαλκό υψηλής ποιότητας- απευθείας στον κλίβανο ανόδου, δύο-στάδια προσθέτει ένα βήμα τήξης και εμφύσησης και τρία-στάδια προσθέτει έναν κλίβανο τήξης και έναν μετατροπέα πριν από τον καθαρισμό ανόδου.

Ε: Ποιο σκραπ είναι κατάλληλο για επεξεργασία ενός σταδίου-;
Υλικό με περιεκτικότητα σε χαλκό περίπου 98 % ή περισσότερο, όπως καθαρός βαρύς χαλκός, ράβδος διαύλου και υπολείμματα υψηλής ποιότητας-με χαμηλά επίπεδα κυρώσεων, επειδή η σύντομη διαδρομή παρέχει λίγες ευκαιρίες απόρριψης ακαθαρσιών.

Ε: Γιατί είναι απαραίτητος ο καθαρισμός με πυρκαγιά ανόδου πριν από την ηλεκτρόλυση;
Η οξείδωση αφαιρεί στοιχεία πιο αντιδραστικά από τον χαλκό και η αναγωγή αφαιρεί την περίσσεια οξυγόνου που απομένει από αυτό το βήμα, έτσι ώστε η άνοδος να είναι υγιής, να χυτεύεται καθαρά και να διαλύεται με σταθερό ρυθμό στη δεξαμενή. Μειώνει επίσης το φορτίο ακαθαρσιών που φτάνει στον ηλεκτρολύτη.

Ε: Πώς γίνεται ο χειρισμός του μολύβδου, του κασσίτερου και του αντιμονίου;
Η διαχείριση τους γίνεται κυρίως με την ανάμειξη του φορτίου έτσι ώστε η χημεία της ανόδου να παραμένει εντός του εύρους που μπορεί να θεραπεύσει η δεξαμενή και εν μέρει με την οξείδωση στον κλίβανο ανόδου, όπου ορισμένα από αυτά τα στοιχεία αναφέρονται σε σκωρία και σκόνη καπνού.

Ε: Είναι ο ανακυκλωμένος χαλκός της ίδιας ποιότητας με τον πρωτογενή χαλκό;
Η κάθοδος που παράγεται με ηλεκτρολυτικό εξευγενισμό δευτερογενών ανοδίων πληροί την ίδια απαίτηση καθαρότητας με τον εξευγενισμένο χαλκό από το πρωτογενές συμπύκνωμα και είναι εναλλάξιμη σε προϊόντα κατάντη. Η ποιότητα εξαρτάται από τον έλεγχο της σειράς τήξης και εξευγενισμού, όχι από την προέλευση της πρώτης ύλης.