1. அறிமுகம்
முதன்மை சுத்திகரிக்கப்பட்ட செம்பு உற்பத்திக்கான பிரதான வழிமுறையாக வெப்ப உலோகவியல் செம்பு உருக்குதல் விளங்குகிறது, இது உலகளாவிய திறனில் 80%-க்கும் அதிகமாகப் பங்களிக்கிறது. இந்த செயல்முறையானது, தொடர்ச்சியான உயர்-வெப்பநிலை உலோகவியல் செயல்பாடுகள் மூலம், செம்பு சல்பைடு செறிவுகளை (முதன்மையாக சால்கோபைரைட், CuFeS₂) உயர்-தூய்மையான எதிர்மின் செம்பாக (≥99.99% Cu) மாற்றுகிறது. இந்தக் கட்டுரை, உடனடி உருக்குதல், மாற்றுதல், நேர்மின் முனை சுத்திகரிப்பு மற்றும் மின்பகுப்பு சுத்திகரிப்பு ஆகியவற்றை உள்ளடக்கிய பிரதான ஒருங்கிணைந்த செயல்முறை வரைபடத்தை விவரிக்கிறது.
2. செறிவு தயாரித்தல் மற்றும் கலத்தல்
செப்புச் செறிவுகள் (25-35% Cu) மொத்தக் கப்பல் மூலம் வந்து, மூடப்பட்ட குவியல்களில் சேமிக்கப்படுகின்றன. இதன் ஈரப்பதம் பொதுவாக 8-12% ஆக இருக்கும். வெடிப்புகளைத் தடுக்கவும், உருக்குதல் செயல்முறையின்போது ஏற்படும் அதிகப்படியான ஆற்றல் நுகர்வைத் தவிர்க்கவும், சுழல் சூளைகள் அல்லது பாய்மப் படுக்கை உலர்த்திகளைப் பயன்படுத்தி இந்த ஈரப்பதத்தை ≤0.3% ஆகக் குறைக்க வேண்டும்.
உலர்த்தப்பட்ட அடர் தாதுவானது, பாய்மங்கள் (குவார்ட்ஸ், சுண்ணாம்புக்கல்), மீள் தாதுக்கழிவுகள் மற்றும் மாற்றி கசடு ஆகியவற்றுடன் மிகத் துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட விகிதங்களில் கலக்கப்படுகிறது. நவீன ஆலைகள், ±0.5% வரம்பிற்குள் கலவைத் துல்லியத்தை அடையும் வகையில், தானியங்கி வட்டு ஊட்டுக்கருவிகள் மற்றும் சுமை-அடுக்கு அமைப்புகளைப் பயன்படுத்துகின்றன.
3. ஃபிளாஷ் உருக்குதல்
காப்பர் சல்பைட் செறிவுகளைப் பதப்படுத்துவதற்கான மிகவும் மேம்பட்ட தொழில்நுட்பமான ஃபிளாஷ் உருக்குதல், உலகளவில் அவுட்டோடெக் (தற்போது மெட்சோ) ஃபிளாஷ் உலைகள் மற்றும் சீனாவால் உருவாக்கப்பட்ட ஆக்சிஜன் கீழ்-ஊது உலைகளால் பிரதிநிதித்துவப்படுத்தப்படுகிறது.
3.1 செயல்முறைக் கொள்கை
உலர்ந்த செறிவுப் பொருள், 850-950°C வெப்பநிலையில் உள்ள சூடான, ஆக்சிஜன் செறிந்த காற்று ஓட்டத்தில் (ஆக்சிஜன் செறிவு 75-90%) உட்செலுத்தப்படுகிறது. வினைகள் (உலர்த்துதல், ஆக்சிஜனேற்றம், கசடு மற்றும் பாய்ம உருவாக்கம்) 3-5 வினாடிகளில் நிறைவடைகின்றன, மேலும் வினை வெப்பம் தன்னியக்க வெப்பச் செயல்பாட்டைத் தக்கவைக்கிறது. முக்கிய வினைகள் பின்வருமாறு: 4CuFeS₂ + 9O₂ → 4CuS + 2Fe₂O₃ + 8SO₂ 2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ → 2FeO·SiO₂ + 2SO₂
3.2 முக்கிய உபகரணங்கள்
- வினைக்குழாய்: 11-14 மீ உயரம், 7-9 மீ விட்டம், உயர்தர மக்னசைட்-குரோம் செங்கற்கள் மற்றும் செப்பு நீர் உறைகளால் உள்வரிசை இடப்பட்டது.
- நிலைநிறுத்தி மற்றும் உட்செலுத்தும் தண்டு: மேட் (65-75% செம்பு) மற்றும் கசடு ஆகியவற்றின் ஈர்ப்பு விசைப் பிரிப்பு.
- கழிவு வெப்பக் கொதிகலன்: நீராவி உற்பத்திக்குத் தேவையான, சுமார் 550°C வெப்பநிலையுள்ள வெளியேறும் வாயுவிலிருந்து புலன் வெப்பத்தை மீட்டெடுக்கிறது.
- ஆக்ஸிஜன்-செறிவூட்டப்பட்ட விகிதம்: 1.15-1.25 Nm³ O₂/t உலர் செறிவூட்டப்பட்ட பொருள்
- வினைத் தண்டு வெப்பநிலை: 1250-1300°C
- மேட் வெப்பநிலை: 1180-1220°C
- கசடில் உள்ள இரும்பு/சிலிக்கான் ஆக்சைடு விகிதம்: 1.1-1.4, கசடில் தாமிரம் ≤0.6%
3.3 முக்கிய கட்டுப்பாட்டு அளவுருக்கள்
ஒற்றை ஃபிளாஷ் உலையின் கொள்ளளவு ஒரு நாளைக்கு 4000-5500 டன் செறிவூட்டப்பட்ட தாதுவை எட்டுகிறது, மேலும் இதன் வெப்பத் திறன் 98%-க்கும் அதிகமாகவும், கரியமில வாயுவை (SO₂) கிட்டத்தட்ட 100% வரை உறிஞ்சும் திறனுடனும் உள்ளது.
4. மாற்றுதல்
மேட், மின்சாரத்தால் சூடுபடுத்தப்படும் கழுவு கலன்கள் அல்லது அகப்பைகள் வழியாக பியர்ஸ்-ஸ்மித் மாற்றிகள் அல்லது தொடர்ச்சியான மாற்றும் உலைகளுக்கு மாற்றப்படுகிறது.
4.1 கசடு உருவாக்கும் நிலை
இரும்பு சல்பைடை ஆக்சிஜனேற்றம் செய்வதற்காக, ஆக்சிஜன் செறிவூட்டப்பட்ட காற்று (25-35% O₂) செலுத்தப்படுகிறது. 2-8% செம்பு (Cu) கொண்ட கசடு அகற்றப்பட்டு, விரைவு உருக்குதலுக்குத் திருப்பி அனுப்பப்படுகிறது.
4.2 செம்பு தயாரிக்கும் நிலை
தொடர்ந்து ஊதுவதால், 1180-1230°C வெப்பநிலையில் Cu₂S ஆக்ஸிஜனேற்றம் அடைந்து கொப்புள செம்பாக (98.5-99.3% Cu) மாறுகிறது.
5. ஆனோடு உலை தீ சுத்திகரிப்பு
ஆக்சிஜனேற்ற-ஒடுக்க சுத்திகரிப்புக்காக, 50-500 டன் கொள்ளளவு கொண்ட நிலையான அல்லது சாய்வான ஆனோடு உலைகளில் கொப்புள செம்பு இடப்படுகிறது.
5.1 ஆக்சிஜனேற்ற நிலை
காற்று அல்லது ஆக்ஸிஜன் ஈட்டிகள், எஞ்சியிருக்கும் Fe, Ni, As, Sb மற்றும் Bi ஆகியவற்றை மிதக்கும் கசடுகளாக அகற்றுகின்றன.
5.2 குறைப்பு நிலை
இயற்கை எரிவாயு, டீசல் அல்லது மரக் கம்பங்களைப் பயன்படுத்தி ஆக்ஸிஜனின் அளவு 150-300 ppm ஆகக் குறைக்கப்படுகிறது. சுத்திகரிக்கப்பட்ட செம்பு, 300-450 கிலோ எடையுள்ள ஆனோடுகளாக (Cu ≥99.0%) வார்க்கப்படுகிறது.
6. மின்பகுப்பு சுத்திகரிப்பு
CuSO₄-H₂SO₄ மின்பகுளியில், ஈயம் அல்லது டைட்டேனியம் மூலத் தகடுகளை எதிர்மின்முனைகளாகக் கொண்டு, மின்பகுப்புக் கலங்களில் நேர்மின்முனைகள் வைக்கப்படுகின்றன.
6.1 இயக்க நிலைமைகள்
- மின்னோட்ட அடர்த்தி: 220-320 A/m²
- மின்கல மின்னழுத்தம்: 0.22-0.32 V
- மின்பகுளி வெப்பநிலை: 60-65°C
- Cu²⁺: 40-55 g/L, இலவச H₂SO₄: 150-220 g/L
6.2 மின்வேதியியல் வினைகள்
ஆனோடு கரைதல்: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻ அதிக உன்னதத் தனிமங்கள் (Au, Ag, Se, Te) ஆனோடு கசடில் சேர்கின்றன; குறைந்த உன்னதத் தனிமங்கள் கரைசலில் நுழைகின்றன. கேத்தோடு படிதல், LME தரம் A விவரக்குறிப்புகளைப் பூர்த்தி செய்யும் ≥99.993% Cu-ஐ விளைவிக்கிறது.
7. வெளியேறும் வாயு சுத்திகரிப்பு மற்றும் சுற்றுச்சூழல் கட்டுப்பாடு
ஃப்ளாஷ் உலைகள், கன்வெர்ட்டர்கள் மற்றும் ஆனோடு உலைகளிலிருந்து வரும் SO₂ செறிந்த வாயுக்கள், இரட்டை-தொடர்பு அமில ஆலைகளில் குளிர்விக்கப்பட்டு, தூசு நீக்கப்பட்டு, பதப்படுத்தப்படுகின்றன. இதன் மூலம் 99.8%-க்கும் அதிகமான கந்தக மீட்பு அடையப்படுகிறது. வெளியேறும் வாயுவில் SO₂-இன் அளவு 100 mg/Nm³-க்கும் மிகக் குறைவாக உள்ளது. ஆர்சனிக், பாதரசம் மற்றும் பிற கன உலோகங்கள் சிறப்பு செயல்முறைகள் மூலம் அகற்றப்படுகின்றன.
8. முடிவுரை
தற்கால செப்பு வெப்ப உலோகவியல், உயர் தொடர்ச்சி, தானியக்கம் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் செயல்திறனை அடைந்துள்ளது. ஒருங்கிணைந்த உடனடி உருக்குதல்-தொடர்ச்சியான மாற்றுதல்-ஆனோட் சுத்திகரிப்பு-மின் சுத்திகரிப்பு செயல்முறை வரைபடங்கள், 98.5%-க்கும் அதிகமான ஒட்டுமொத்த செப்பு மீட்பையும், ஒரு டன் கேத்தோடுக்கு 280-320 கிலோசெப்புச் சாம்பல் (kgce/t) என்ற குறிப்பிட்ட ஆற்றல் நுகர்வையும் வழங்குகின்றன; இவை உலகத் தரம் வாய்ந்த அளவுகோல்களாகும். ஆக்சிஜன் செறிவூட்டல், தொடர்ச்சியான செப்பு தயாரிப்புத் தொழில்நுட்பங்கள் மற்றும் எண்ணிம செயல்முறைக் கட்டுப்பாடு ஆகியவற்றில் தொடரும் மேம்பாடுகள், செயல்திறனையும் நிலைத்தன்மையையும் மேலும் மேம்படுத்தும்.
பதிவிட்ட நேரம்: டிசம்பர் 22, 2025