一
1. Introducció
La fosa pirometal·lúrgica de coure continua sent la via dominant per a la producció primària de coure refinat, representant més del 80% de la capacitat mundial. El procés converteix els concentrats de sulfur de coure (principalment calcopirita, CuFeS₂) en coure de càtode d'alta puresa (≥99,99% Cu) mitjançant una sèrie d'operacions metal·lúrgiques a alta temperatura. Aquest article detalla el diagrama de flux integrat principal que consisteix en la fosa instantània, la conversió, el refinament de l'ànode i el refinament electrolític.
2. Preparació i barreja del concentrat
Els concentrats de coure (25-35% Cu) arriben en recipients a granel i s'emmagatzemen en piles cobertes. El contingut d'humitat sol ser del 8-12% i s'ha de reduir a ≤0,3% mitjançant forns rotatius o assecadors de llit fluiditzat per evitar explosions i un consum excessiu d'energia en la fosa posterior.
El concentrat sec es barreja amb fundents (quars, pedra calcària), reversos i escòria de convertidor en proporcions controlades amb precisió. Les plantes modernes utilitzen alimentadors de disc automatitzats i sistemes de cèl·lules de càrrega que aconsegueixen una precisió de barreja de ±0,5%.
2
3. Fusió instantània
La fusió instantània és la tecnologia més avançada per al tractament de concentrats de sulfur de coure, representada globalment pels forns instantanis Outotec (ara Metso) i els forns de bufat inferior d'oxigen desenvolupats a la Xina.
3.1 Principi del procés
El concentrat sec s'injecta en un corrent d'aire calent i enriquit amb oxigen (concentració d'oxigen 75-90%) a 850-950 °C. Les reaccions (assecat, oxidació, escòria i formació de mat) es completen en 3-5 segons, amb un funcionament autotèrmic que manté la calor de reacció. Les reaccions clau inclouen: 4CuFeS₂ + 9O₂ → 4CuS + 2Fe₂O₃ + 8SO₂ 2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ → 2FeO·SiO₂ + 2SO₂
3.2 Equipament clau
- Pou de reacció: 11-14 m d'alçada, 7-9 m de diàmetre, revestit amb maons de magnesita-crom d'alta qualitat i jaquetes d'aigua de coure.
- Decantador i pou de captació: separació per gravetat de la matèria (65-75% Cu) i l'escòria.
- Caldera de calor residual: recupera la calor sensible dels gasos de sortida a ~550 °C per a la generació de vapor.
- Relació oxigen-concentrat: 1,15-1,25 Nm³ O₂/t concentrat sec
- Temperatura de l'eix de reacció: 1250-1300 °C
- Temperatura del mat: 1180-1220 °C
- Relació Fe/SiO₂ de l'escòria: 1,1-1,4, coure a l'escòria ≤0,6%
3.3 Paràmetres crítics de control
La capacitat d'un forn instantani únic arriba a 4000-5500 t/d de concentrat amb una eficiència tèrmica >98% i una captura de SO₂ propera al 100%.
4. Conversió
La mata es transfereix mitjançant coladores o culleres escalfades elèctricament a convertidors Peirce-Smith o forns de conversió contínua.
4.1 Etapa de formació d'escòria
Es bufa aire enriquit amb oxigen (25-35% O₂) per oxidar el sulfur de ferro. L'escòria que conté entre un 2 i un 8% de Cu es descrema i es torna a la fosa instantània.
4.2 Etapa de fabricació del coure
El bufat continu oxida el Cu₂S a coure blister (98,5-99,3% Cu) a 1180-1230 °C.
3
1. Càrrega i centratge automàtic de bobines mestres → Carro de bobina hidràulica de 15 tones + servo fotoelèctric EPC, error d'alineació de la línia central < 0,1 mm
2. Desenrotllament i establiment de tensió → Fre de pols magnètica + servocontrol de circuit tancat, ajustable amb precisió de 50 a 1500 N
3. Tall de precisió → Discs de carbur de tungstè importats o PM HSS, desviació del cargol ≤ 0,002 mm, separadors rectificats a ±0,001 mm, compensació de desgast en temps real
4. Manipulació de retalls de vores → Bobinadores de ferralla independents de doble capçal; retalls retornats en forma de bobines o triturats in situ
5. Rebobinat i aïllament de tensió → Aïllament individual del rotlle de ball per fil, mandrils pneumàtics + protecció automàtica de les cantonades, alineació de la cara ≤ ±0,3 mm
6. Tall i embalatge automàtics → Desacceleració → tall → embolcall de paper → etiqueta → descàrrega en 45 segons
Procés complet de tall de bobina de coure automàtic
5. Refinació del foc del forn d'ànode
El coure en blíster es carrega en forns amb ànode estacionari o basculant de 50-500 t per al refinament per oxidació-reducció.
5.1 Etapa d'oxidació
Les llances d'aire o d'oxigen eliminen el Fe, Ni, As, Sb i Bi residuals com a escòria flotant.
5.2 Fase de reducció
L'oxigen es redueix mitjançant gas natural, gasoil o pals de fusta a 150-300 ppm. El coure refinat es fon en ànodes de 300-450 kg (Cu ≥99,0%).
4
6.1 Condicions de funcionament
- Densitat de corrent: 220-320 A/m²
- Voltatge de la cel·la: 0,22-0,32 V
- Temperatura de l'electròlit: 60-65 °C
- Cu²⁺: 40-55 g/L, H₂SO₄ lliure: 150-220 g/L
6.2 Reaccions electroquímiques
Dissolució ànodica: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻ Els elements més nobles (Au, Ag, Se, Te) van al fang ànodic; els elements menys nobles entren en solució. La deposició catòdica produeix ≥99,993% de Cu, complint les especificacions de grau A de la LME.
7. Tractament de gasos de sortida i control ambiental
Els gasos rics en SO₂ dels forns flash, convertidors i forns d'ànodes es refreden, es despolsen i es processen en plantes d'àcid de doble contacte, aconseguint una recuperació de sofre superior al 99,8%. El gas de cua SO₂ està molt per sota dels 100 mg/Nm³. L'arsènic, el mercuri i altres metalls pesants s'eliminen mitjançant processos especialitzats.
8. Conclusió
La pirometal·lúrgia contemporània del coure ha aconseguit una alta continuïtat, automatització i rendiment ambiental. Els diagrames de flux integrats de fusió instantània, conversió contínua, refinació d'ànodes i electrorefinació ofereixen una recuperació global de coure >98,5% i un consum d'energia específic de 280-320 kgce/t de càtode, cosa que representa punts de referència de classe mundial. Els desenvolupaments continus en l'enriquiment d'oxigen, les tecnologies de fabricació contínua de coure i el control digital de processos faran avançar encara més l'eficiència i la sostenibilitat.
Data de publicació: 24 de desembre de 2025