Coppermaking from sulfide concentrates entails two major steps: smelting and converting. In continuous direct-to-copper smelting process these two steps are combined into one. The principal advantages of this process are: isolation of SO2 emission to a single, continuous, SO2-rich gas stream, minimization of energy consumption and minimization of capital and operating costs. Disadvantages of the process are that about 25% of the Cu entering a direct-to-copper smelting furnace ends up dissolved in the slag (when compared with < 10% in traditional Peirce-Smith converting) and the cost of recovering this Cu is significant. Decopperization process is based on the reduction of cuprous oxide and other metals, mainly lead and iron, in the liquid state in an electric furnace in the presence of coke and technological additives. This paper presents the results of laboratory tests on flash smelting slag leaching with sulfuric acid solutions. Hydrometallurgical treatment of the slag could be an alternative route to the presently used way of processing. The influence of a number of leaching parameters such as sulfuric acid concentration, amount of H2O2 added, liquid to solid phase (l/s) parameter and process temperature on the copper leaching efficiency was investigated. Under optimized process conditions, 95.6% of the copper contained in the original sample of slag was transferred into a solution. The experimental results obtained in the study were supplemented with the analysis of the kinetics of the copper leaching process from the flash smelting slag. The commonly known from the literature diffusion model and chemical reaction model were used. The activation energy of copper leaching from flash smelting slag was estimated in the range from 12.77 to 17.34 kJ/mol.
W artykule przedstawiono wyniki badań procesu odmiedziowania ołowiu przy użyciu aluminium. Miedź usuwano w postaci stopu Al-Cu o wysokiej zawartości miedzi. Omówiono wpływ parametrów procesowych, takich jak dodatek aluminium, temperatura, warunki hydrodynamiczne oraz szybkości chłodzenia, na proces odmiedziowania ołowiu.
EN
The results of research on the lead refining process using aluminum are presented. The copper was removed in the form of an Al-Cu alloy with a high copper content. The influence of process parameters such as: aluminum addition, temperature, hydrodynamic conditions, and cooling rate on the process of lead decoppering are discussed.
Żużel zawiesinowy z pieca topiącego koncentraty do miedzi blister zawierający ok. 14% miedzi oraz 2-4% ołowiu poddano wysokotemperaturowemu procesowi odmiedziowania i stop Cu-Pb-Fe będący produktem procesu odmiedziowania konwertowano w piecu elektrycznym. Interesującą alternatywą w stosunku do obecnie prowadzonego procesu przetwarzania żużla zawiesinowego byłaby jego hydrometalurgiczna przeróbka i selektywny odzysk Cu i Pb. Zaprezentowano wyniki badań laboratoryjnych ługowania żużla zawiesinowego roztworami NaOH. Przeprowadzone doświadczenia pozwoliły na określenie parametrów procesu, przy których zawartość Pb w osadzie po ługowaniu osiąga najniższą wartość wynoszącą 1,52%.
EN
Furnace slag from direct-to-blister smelting of Cu concns. (12.7% Cu and 3.05% Pb) was leached with NaOH soln. to remove Pb. The leaching at optimum parameters (temp. 80°C, NaOH concn. 4 M, 120 min, liq/solid phase ratio 50:1) resulted in decreasing the Pb content down to 1.52% at a const. Cu content.
This paper presents the idea of increasing the effectiveness of slag decopperisation in an electric furnace in the "Głogów II" Copper Smelter by replacing the currently added CaCO3 with a less energy-intensive technological additive. As a result of this conversion, one may expect improved parameters of the process, including process time or power consumption per cycle. The incentives to optimize the process are the benefits of increasing copper production in the company and the growing global demand for this metal. The paper also describes other factors that may have a significant impact on the optimization of the copper production process. Based on the literature analysis, a solution has been developed that improves the copper production process. The benefits of using a new technology additive primarily include increased share of copper in the alloy, reduced production costs, reduced amount of power consumed per cycle and reduced time it takes to melt. At the conclusion of the paper, the issues raised are highlighted, stressing that mastering the slag slurry process in electric furnaces requires continuous improvement.
The article presents an outline of the new technology of pyrometallurgical processing of slag in the direct-to-blister process. The analysis is based on the example of the production process of KGHM Polish Copper SA. A new way of implementing the technology of recovery of copper from the flash furnace slag by means of different feedstocks has been proposed. The method of controlling the processes is another innovation discussed in the paper. The presented concept intensify the reduction reactions, using the Carbo-N-Ox method, of copper compounds to forms of metallic phases in the slag. The processes of coagulation are accelerated and the processes crystallization of metallic phases are under control.
PL
W artykule przedstawiono zarys nowej technologii pyrometalurgicznego przetwarzania żużli w procesie jednostadialnego otrzymywania miedzi. Zaproponowano nowy sposób realizacji technologii odzyskiwania miedzi z żużli z pieca zawiesinowego z zastosowaniem odmiennych materiałów wsadowych. Zaproponowano sposób sterowania procesami. Proponowana koncepcja prowadzi do intensyfikowania reakcje redukcji związków miedzi, metodą Carbo-N-Ox, do postaci faz metalicznych w żużlu. Przyspieszone też zostaną procesy koagulacji faz metalicznych. Zaproponowany został sposób analizy formowania się faz metalicznych w żużlu.
Discusses an attempt to optimize the operation of an electric furnace slag to be decopperisation suspension of the internal recycling process for the production of copper. The paper presents a new method to recover copper from metallurgical slags in arc-resistance electric furnace. It involves the use of alternating current for a first period reduction, constant or pulsed DC in the final stage of processing. Even distribution of the electric field density in the final phase of melting caused to achieve an extremely low content of metallic copper in the slag phase. They achieved by including the economic effects by reducing the time reduction.
Wielkolaboratoryjne próby odmiedziowania żużla zawiesinowego przeprowadzone z wykorzystaniem, jako dodatków technologicznych, kamienia wapiennego oraz alternatywnie białego matu lub kamienia miedziowego, nasycających otrzymywany stop metaliczny siarką, pozwoliły stwierdzić, iż możliwym jest, w tym układzie, prowadzenie procesu odmiedziowania bez emisji siarki do gazów odlotowych, jak również scharakteryzować przebieg procesu odmiedziowania w wykorzystywanym w próbach elektrycznym piecu łukowo-oporowym. Ponadto pozwoliły przedłożyć, po wykonaniu analiz posiadanych danych eksperymentalnych, opis związku istniejącego pomiędzy lepkościami odmiedziowanego żużla zawiesinowego i zawartością żelaza w żużlu.
EN
Large scale tests with copper removal from flash smelting slag were carried out with the use of limestone and, optionally, copper sulphide or copper matte as technological additives aimed at introducing sulphur to the metallic alloy obtained. It was found that it was possible to conduct decopperisation process under this system without sulphur emissions through the off-gases, and to characterize the decopperisation process taking place in the arc-resistance furnace. Based on the analysis of experimental data a relationship between viscosities of the decopperised flash slag and iron content in that slag has been determined.
Istotny postęp w technologii bioługowania koncentratów miedzi, umożliwiający wytwarzanie roztworów siarczanowych o stężeniu miedzi powyżej 40 g/dm3 i z wydajnością przewyższającą 90 %, skłonił do podjęcia badań zmierzających do sprawdzenia możliwości bezpośredniej produkcji miedzi elektrolitycznej z takich roztworów, z pominięciem stosowanej klasycznie operacji ekstrakcji rozpuszczalnikowej. Badania prowadzono z roztworem otrzymanych z BRGM (Francja), a wytworzonym przez bioługowanie koncentratu miedzi z ZG LUBIN. Zastosowano elektrolizer z dwiema anodami wykonanymi ze stopu Pb1Ag oraz jedną katodą ze stali kwasoodpornej. Stosowana katodowa gęstość prądu wynosiła 200 A/m2, temperatura elektrolitu 55 [stopni]C, a w skład zestawu inhibitorów wchodził klej kostny i tiomocznik. Pierwsze testy prowadzone zarówno w trybie ciągłym, jak i cyklicznym, wykazały możliwość produkcji osady katodowych metalicznych, zwartych, jednak wydajności prądowe procesu były relatywnie niskie 61-77 %, a wskaźnik zużycia energii elektrycznej wynosił 2500-3100 kWh/t Cu. Przyczyną takiej sytuacji była niewątpliwie wysoka zawartość żelaza(III) w roztworze. Podjęto próby usunięcia jonów żelaza(III) z roztworu po bioługowaniu koncentratu. Poziom żelaza(III) został zredukowany na drodze wytrącania hydrolitycznego oraz w formie jarozytu. W przypadku pierwszej techniki Fe usunięto w około 96 %, proces filtracji zachodził jednak opornie, straty miedzi do osadu wynosiły około 4 %. W wyniku zastosowania techniki jarozytowej osiągnięto 71 % stopień usunięcia żelaza. Proces filtracji przebiegał łatwo, zaś straty miedzi do osadu wynosiły około 3 %. Próby elektrowydzielania miedzi z roztworów o zredukowanej zawartości żelaza(III) charakteryzowały się wysokimi wydajnościami prądowymi, odpowiednio: 96 % i 91 %. Otrzymywane osady katodowe pomimo zwartej metalicznej struktury oraz spełnienia normy dla najwyższej jakości osadu katodowego Cu-CATH-1, charakteryzowały się występowaniem dendrytycznych narostów na dolnych krawędziach. Za tworzenie się narostów podejrzewano zbyt wysokie stężenie jonów Cl- w roztworze. W procesie odmiedziowania roztworu o obniżonej zawartości żelaza(III) oraz jonów chlorkowych do poziomu 0,078 g/dm3 (84 % usunięcie chloru) uzyskano wysoką wydajność prądową około 91 % oraz relatywnie niskie zużycie energii elektrycznej na poziomie 2000 kWh/t Cu. W znaczącym stopniu zredukowano narosty na nieosłoniętej krawędzi osadu katodowego. Technologia przerobu koncentratów lubińskich metodą bioługowania powinna przewidywać zawrót roztworu po operacji elektrowydzielania miedzi. Biorąc pod uwagę fakt, że pewne zanieczyszczenia w takiej sytuacji będą się kumulowały oraz konieczność utrzymywania składników roztworu, takich jak żelazo i chlor, na wymaganym poziomie, przyjęto skład roztworu, który powinien być zbliżony do rzeczywistego we warunkach stosowania zawrotu roztworu do procesu bioługowania. Próba produkcji miedzi katodowej z tak sporządzonego roztworu, prowadzona według założeń zgodnych z poprzednimi testami, pozwoliła osiągnąć około 92 % wydajność prądową, relatywnie niskie zużycie energii elektrycznej 1900-2000 kWh/t Cu, a osad katodowy posiadał zwartą strukturę oraz wysoki stopień czystości. Otrzymane wyniki z prób odmiedziowania pozwoliły na zaproponowanie schematu technologicznego hydrometalurgicznego przerobu koncentratów lubińskich z zastosowaniem procesu bioługowania oraz elektroekstrakcji miedzi z uzyskiwanego roztworu.
EN
Significant progress in technology of copper concentrates bioleaching, which provides possibilities to produce sulfate solutions of copper concentration above 40 g/dm3 and with efficiency over 90 %, underlay the studies into production of electrolytic copper directly from such solutions without a traditionally applied solvent extraction operation. The studies were conducted with the solution produced at BRGM (France) by bioleaching of ZG LUBIN copper concentrate. In the experiments an electrolyser was used with two anodes made of Pb1Ag alloy and with one cathode of acid resistant steel. The applied cathode current density was 200 A/m2, electrolyte temperature was 55 [degrees]C, and inhibitors were composed of bone glue and thiourea. The first tests were conducted both in continuous and cyclic mode and showed possibilities for production of metallic, compact cathode deposits, however current efficiencies were relatively low, at the level of 61-77 %, while electric energy consumption was 2500-3100 kWh/t Cu, which undoubtedly results from high iron(III) content in the solution. Tests for iron(III) ions removal from the solution were undertaken. Iron(III) content was reduced by hydrolytic precipitation and in a form of jarosite. With the first technique about 96 % of Fe was removed, but filtration process was difficult and copper loss to the residue was about 4 %. Application of jarosite method brought 71 % iron removal. Filtration run easily and copper loss to the residue was about 3 %. Tests of copper electrowinning from solutions of reduced iron(III) content showed high current efficiencies: 96 % and 91 %, respectively. The produced cathode deposits, although presenting compact metallic structure and meeting the highest Cu-CATH-1 cathode deposit quality standards, were characterised by dendritic bottom edges. It was suspected that the accretions result from excessively high Cl- ions concentration in the solution. During copper removal from the solution of decreased content of iron(III) and chloride ions content reduced to the level of 0,078 g/dm3 (84 % chlorine removal) high current efficiency of about 91 % and relatively low electrical energy consumption at the level of 2000 kWh/t Cu was reached. The accretions on the exposed edge of cathode deposit were significantly reduced. In the technology for treatment of Lubin concentrates by bioleaching the solution after copper electrowinning should be recycled. Considering the fact that some impurities will accumulate and that it is necessary to maintain solution components, such as iron and chlorine, at a required level, the adapted composition of the solution was similar to the actual solution recycled to the bioleaching process. Production of copper from thus prepared solution in the conditions described in the above tests resulted in 92 % current efficiency, relatively low electrical energy consumption of 1900-2000 kWh/t Cu, while the cathode deposit was of compact structure and high purity. Based on the produced results of copper removal it was possible to prepare a flow-sheet for hydrometallurgical treatment of Lubin concentrate by bioleaching and electrowinning of copper from the produced solution.
Powszechnie znany i stosowany w rafineriach ołowiu proces odmiedziowania za pomocą siarki nie zawsze przynosi skuteczne usunięcie miedzi za pierwszym razem, ze względu na utlenienie części siarki. Często zabieg jest powtarzany, co generuje większe koszty oraz dłuższy czas danej operacji. Przedstawiono wyniki badań procesu odmiedziowania ołowiu za pomocą materiałów metalicznych, takich jak aluminium czy też stop Zn-AI. Określono podstawowe parametry procesu: temperatura, ilość dodatku oraz temperatura zbierania półproduktów miedziowych. Stwierdzono podczas rafinacji za pomocą aluminium tworzenie się związków międzymetalicznych glinu z miedzią o wzorach AI9Cuu i AI2Cu3, natomiast podczas odmiedziowania stopem Zn-AI tworzą się związki AI2Cu. Podczas procesu odmiedziowania ołowiu otrzymano półprodukty, takie jak metaliczna piana Cu-AI oraz stop Cu-AI zawierający 15 % Cu, 69 % Al przy niewielkich stratach Pb.
EN
It is widely known and used in a lead refinery decoppering process with sulfur not always produce the effective removal of copper for the first time, due to the oxidation of sulfur. Often, treatment is repeated, which generates higher costs and longer time of the operation. The results of tests lead decoppering process with metallic materials such as aluminum or an alloy of Zn-AI. Basic parameters of the process: temperature, amount of additive and the temperature of the collection of semi-finished copper. It was found that during the refining of aluminum with the formation of intermetallic compounds of aluminum with copper a formulas AI9Cuu and AI2Cu3, while during decoppering Zn-AI alloy compounds are formed AI2Cu. During the process of lead decoppering give intermediates such as metallic crust Cu-AI and Cu-AI alloy containing 15 % Cu, 69%AI with small losses of Pb.
Opierając się na danych eksperymentalnych otrzymanych w trakcie badania laboratoryjnego termodynamiki i kinetyki procesu rozdziału miedzi pomiędzy żużel zawiesinowy i bogaty w miedź stop metaliczny, przeprowadzono wielkolaboratoryjne próby porównawcze przebiegu procesu odmiedziowania żużla zawiesinowego dla dwu typów dodatku technologicznego - kamienia wapiennego oraz substancji zawierających siarczany wapnia. W przypadku użycia dodatku siarczanów wapnia, uzyskany wynik prób wskazuje na wystąpienie istotnej poprawy parametrów odmiedziowania żużla zawiesinowego.
EN
Basing on the experimental data obtained during laboratory investigations into thermodynamics and kinetics of processes of copper distribution between flash-smelting slag and metallic alloys large laboratory scale comparative tests of copper removal from flash smelting slag were conducted for two types of technological additions - limestone and substances containing calcium sulphates. The results of application of calcium sulphate addition show significant acceleration of the process and higher degree of the final copper removal from the slag.
Jednym z etapów procesu otrzymywania miedzi, poprzez zawiesinowe stapianie jej koncentratów, jest odmiedziowanie żużla zawiesinowego zawierającego znaczące ilości miedzi i ołowiu. Etap ten realizowany jest w warunkach redukcyjnych pieca elektrycznego w HM GŁOGÓW. W trakcie jego realizacji w sposób istotny, z punktu widzenia warunków prowadzenia tego procesu, zmienia się wartość lepkości żużla poddawanego odmiedziowaniu. Od niej natomiast uzależnione są zarówno szybkości transportu masy substratów jak i produktów procesu redukcji, jak również możliwości realizacji spustu odmiedziowanego żużla z dostateczną szybkością, bez stwarzania niebezpieczeństwa "zamrożenia" otworów czy rynien spustowych. Realizując, dla zmiennych temperatur, badanie lepkości żużli zawiesinowych o różnym stopniu redukcji i zmiennej zawartości tlenków wapnia i żelaza, po wykorzystaniu wybranego modelu zjawisk i wyznaczeniu parametrów tego modelu w postępowaniu optymalizacyjnym, dostarczono narzędzia obliczeniowego, pozwalającego prognozować zachowanie się wartości lepkości odmiedziowywanego żużla zawiesinowego.
EN
One of the stages of copper production process based on flash smelting of copper concentrates is decopperisation of a slag containing considerable amounts of copper and lead. At the GŁOGÓW Copper Smelter this stage is performed under reducing conditions in an electric furnace. The conditions for conducting this process result in the essential changes in viscosity of the slag subjected to decopperisation, which in turn influences transfer rate of both the substrate mass and the products of the reduction process as well as the possibility of tapping decopperised slag with sufficient speed, with no danger of "freezing" the holes or tapping runners. In this work, viscosity of the flash smelting slag with different degree of reduction and variable contents of the oxides of calcium and iron was investigated at variable temperatures. The model of the occurring phenomena has been selected and its parameters have been determined, and after optimisation the developed model has become a computational tool useful to make forecasts on the viscosity behaviour of decopperised flash smelting slag.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Preventive maintenance procedure is presented to improve the copper smelting process in "blister" furnace. It was shown that the process could be more efficient by applying periodic monitoring to avoid the state of "slag boiling". In the paper the algorithm of diagnostic information selection was proposed allowing for application of condition-based maintenance making the smelting process more effective
Kierując się, postawioną podczas badań termodynamicznych układu żużel-metal, hipotezą przypisującą rolę głównego czynnika utrudniającego prowadzenie procesu odmiedziowania termodynamicznym aktywnościom tlenków miedzi i żelaza (III), podjęto próbę obniżenia tej ostatniej poprzez przeprowadzenie części żelaza w związki nietlenkowe — w tym wypadku siarczek. Zalety zaproponowanego sposobu prowadzenia procesu odmiedziowania sprowadzają się do obniżenia temperatury jego prowadzenia oraz podwyższenia wartości potencjału tlenowego, dla którego mamy do czynienia z jeszcze skutecznym jego przebiegiem. Ponadto pozwala on na wyprowadzenie dużej części ołowiu, głównie w postaci jego siarczku, z układu metal-żużel do pyłów oraz utylizowanie, w przypadku użycia w procesie, otrzymywanego w HM GŁOGÓW produktu instalacji odsiarczania spalin
EN
The research work, which had been conducted at Institute of Non-ferrous Metals in the recent years, made possible to characterise thermodynamic conditions of copper removal from flash smelting slag. The complete characteristics of the obtained results was presented in previous publications. The objective of the study is to propose, basing on laboratory tests results and results of the investigations into thermodynamic conditions of copper removal from flash smelting furnace, an alternative method for conducting the process of copper removal from the slag generated during smelting of Polish copper concentrates in flash-smelting furnace of HM GŁOGÓW. Basing on a hypothesis, formulated during thermodynamic examinations of slag-metal system, according to which the main factor hindering the process of copper removal is thermodynamic activity of copper and iron (III) oxides, a trials to decrease the latter were made by converting a part of iron into non-oxide compounds — in that case into sulphide. The advantages of the proposed method of running the decopperisation process come down to decreasing its temperature and increasing the oxygen potential value, which results in even more efficient process. Additionally, it gives possibility for removal of a large part of lead, mainly in a form of its sulphide, from the metal-slag system into dusts and utilisation, when used in the process, of the obtained at HM GŁOGÓW product from installation of sulphur removal from flue gases.
Korzystając z obszernych danych eksperymentalnych, otrzymanych podczas badania szybkości procesu odmiedziowania żużla zawiesinowego w warunkach laboratoryjnych, pozwalających na pełną kontrolę prowadzonego procesu, w tym i kontrolę temperatury oraz potencjału tlenowego w układzie, oraz biorąc pod uwagę wcześniej otrzymane dane termodynamiczne, charakteryzujące układ, bogate w miedź stopy metaliczne-żużel zawiesinowy, postawiono hipotezę mówiącą, iż podstawowym źródłem problemów obecnych podczas realizacji przemysłowego procesu odmiedziowania żużla zawiesinowego sąwłaściwości termodynamiczne układu miedź-żużel zawiesinowy. Układ ten dla bardzo szerokiego zakresu temperatur i wartości potencjału tlenowego charakteryzuje się tym, iż osiągany stan równowagi cechuje bardzo wysoka, z punktu widzenia procesu odmiedziowania, zawartość miedzi w żużlu, a w trakcie prowadzenia procesu odmiedziowania zawartości miedzi w żużlu podążają monotonicznie do zawartości równowagowych. Posiadane dane dotyczące termodynamiki układu stop miedzi-żużel zawiesinowy pozwoliły opisać hipotetyczny przebieg aktualnie realizowanego w warunkach przemysłowych procesu odmiedziowania oraz wskazać inne potencjalne, w mniejszym lub większym stopniu przydatne w praktyce przemysłowej, drogi jego realizacji. Ich istota sprowadza się do takiego postępowania, które zmieniając położenie stanu równowagi w układzie zapobiegałoby występowaniu zjawisk szkodliwych z punktu widzenia procesu odmiedziowania.
EN
Based on the comprehensive experimental data obtained during an investigation into the rate of the process of flash slag decopperisation performed in laboratory conditions, which was intended to enable full control of the process, including the control of temperature and oxygen potential within the system, and taking into account the thermodynamic data obtained earlier, characterising the system: copper-rich metal alloys-flash slag, a hypothesis has been set forth that the main source of problems encountered during the industrial process of flash slag decopperisation are thermodynamic properties of the copper-flash slag system. Over a wide range of temperatures and oxygen potential the state of equilibrium achieved in this system is characterised by a very high, from the point of view of the process of decopperisation, copper content in a slag, and during proceeding of this process the copper content in a slag approaches monotonically the equilibrium content. The available thermodynamic data related to thermodynamic behaviour of the copper alloy-flash slag system made it possible to describe hypothetical proceeding of the decopperisation process in industrial conditions and to indicate potential methods of its conducting in industrial practice, which to different extent may solve the problems. The essence of these methods is in implementing of an approach, according to which the change of a state of equilibrium within the system might counteract the occurrence of the phenomena harmful from the point of view of decopperisation process.
W artykule omówiono wpływ dodatków upłynniających, temperatury i czasu reakcji na proces zawiesinowy prowadzony w Hucie Miedzi GŁOGÓW II. Zaproponowano zastąpienie dotychczas stosowanego CaCO3 dodatkiem Na2CO3, co pozwoliło upłynnić żużel już w niższej temperaturze, aniżeli ma to miejsce w dotychczas stosowanej technologii.
EN
An effect of fluidifying additives, temperature and reaction time on the flash process conducted at the Głogów II Copper Smelter has been discussed. Replacement of CaCO3 used so far by an addition of Na2CO3 has been proposed in order to enable slag fluidification already at lower temperature than that used in present technology.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.