תהליך התכה

תהליך התכה

התכת נחושת פירומטלורגית
נחושת קתודית, הידועה גם בשם נחושת אלקטרוליטית, מיוצרת באמצעות התכה וזיקוק אלקטרוליטי, אשר מתאימה בדרך כלל לעפרות גופרתי נחושת בדרגה גבוהה. פירומטלורגיה כוללת בדרך כלל תחילה הגדלת תכולת הנחושת של העפרה המקורית עם כמה אחוזים או אלפיות נחושת ל-20%-30% באמצעות הטבה, ולאחר מכן התכה של המט המותך (מט) בכבשן פיצוץ סגור, תנור הדהוד, תנור חשמלי או תנור הבזק כרכז נחושת. המט המותך (מט) המיוצר נשלח לאחר מכן לממיר לצורך ניפוח לנחושת גולמית, ולאחר מכן מחומצן ומזוקק בכבשן הדהוד אחר להסרת זיהומים, או יצוק לתוך לוחות אנודה לאלקטרוליזה לקבלת נחושת אלקטרוליטית בדרגה של עד 99.9 %. התהליך קצר וניתן להתאמה, ושיעור שחזור הנחושת יכול להגיע ל-95%. עם זאת, מכיוון שהגופרית בעפרה נשפכת כגז פסולת גופרית דו-חמצנית בשני השלבים של ייצור וניפוח מט, לא קל לשחזרו וקל לגרום לזיהום. בשנות ה-90 הופיעה התכה של בריכות מותכות כמו שיטת הכסף ושיטת נורנדה ושיטת מיצובישי היפנית, והפירומטלורגיה התפתחה בהדרגה לקראת רציפות ואוטומטיות.
התכת נחושת מעפרת נחושת: אם לוקחים כלקופיריט כדוגמה, ראשית מערבבים את החול התרכיז, השטף (גיר, חול וכו') והדלק (קוק, פחם או אנתרציט) ומכניסים לכבשן פיצוץ "סגור" להתכה בשעה בערך 1000 מעלות. כתוצאה מכך, חלק מהגופרית בעפרה הופך ל-SO₂ (המשמש לייצור חומצה גופרתית), ורוב הזיהומים כמו ארסן ואנטימון הופכים לחומרים נדיפים כמו As₂O₃ ו-Sb₂O₃ ומוסרים: 2CuFeS₂+O₂{{3} }Cu₂S+2FeS+SO₂↑. חלק מגופרית הברזל הופך לתחמוצת: 2FeS+3O₂=2FeO+2SO₂↑. Cu2S ושאר ה-FeS וכו' נמסים יחד ליצירת "מט" (נוצר בעיקר מהתמוססות הדדית של Cu2S ו-FeS, עם תכולת נחושת בין 20% ל-50% ותכולת גופרית בין 23% ל-27%), ו-FeO ו-SiO2 יוצרים סיגים: FeO+SiO2=FeSiO2. הסיגים צפים על המט המותך וקל להפריד אותו, ובכך מסיר כמה זיהומים. לאחר מכן מעבירים את המט לממיר, ולאחר הוספת שטף (חול קוורץ), מכניסים אוויר לנשיפה (1100-1300 מעלות ). מכיוון שלברזל יש זיקה גדולה יותר לחמצן מאשר לנחושת, ולנחושת יש זיקה גדולה יותר לגופרית מאשר ברזל, ה-FeS במט הופך תחילה ל-FeO, בשילוב עם השטף ליצירת סיגים, ולאחר מכן Cu2S הופך ל-Cu2O, אשר מגיב עם Cu2S ליצירת נחושת גולמית (המכילה כ-98.5% נחושת). 2Cu₂S+3O₂=2Cu₂O+2SO₂↑, 2Cu₂O+Cu₂S=6Cu+SO₂↑, לאחר מכן העבירו את הנחושת הגולמית לתוך תנור הדהוד (קוורץ, הוסף) , ומכניסים אוויר לחמצון הזיהומים בנחושת הגולמית, שתוסר על ידי יצירת סיגים עם השטף. לאחר הסרת הלכלוכים במידה מסוימת, מרוסס שמן כבד פנימה, והגזים המפחיתים כמו פחמן חד חמצני המופק משריפת שמן כבד מפחיתים תחמוצת קופרוס לנחושת בטמפרטורה גבוהה. הנחושת המעודנת המתקבלת מכילה כ-99.7% נחושת.
בנוסף לרכז נחושת, גרוטאות נחושת היא אחד מחומרי הגלם העיקריים לנחושת מזוקקת, לרבות גרוטאות נחושת ישנה וגרוטאות נחושת חדשה. גרוטאות נחושת ישנות מגיעות מציוד ישן ומכונות ישנות, מבניינים נטושים ומצינורות תת-קרקעיים; גרוטאות נחושת חדשות מגיעות משאריות נחושת שהושלכו על ידי מפעלי עיבוד (יחס התפוקה של חומרי נחושת הוא כ-50%). בדרך כלל, אספקת גרוטאות הנחושת היא יציבה יחסית. ניתן לחלק גרוטאות נחושת ל: גרוטאות נחושת חשופה: כיתה מעל 90%; גרוטאות נחושת צהובה (חוט): חומרים המכילים נחושת (מנועים ישנים, מעגלים); נחושת המופקת מגרוטאות נחושת וחומרים דומים אחרים נקראת גם נחושת ממוחזרת.
התכת נחושת רטובה
ספינה מתאימה לתחמוצת נחושת בדרגה נמוכה, והנחושת המעודנת המיוצרת נקראת נחושת אלקטרוליטית. התכה רטובה מודרנית כוללת שטיפת חומצה גופרתית קלייה-שטיפה-אלקטרוליטית, שטיפה-מיצוי-אלקטרוליטית, שטיפת חיידקים ושיטות נוספות, המתאימות לשטיפה של ערמות, שטיפת מיכלים או שטיפה באתר של עפרות מורכבות בדרגה נמוכה, עפרות תחמוצת נחושת, וכן עפרות פסולת המכילות נחושת. טכנולוגיית התכה רטובה מקודמת בהדרגה, והיא צפויה להגיע ל-20% מסך התפוקה עד סוף המאה הזו. כניסתה של התכה רטובה הפחיתה מאוד את עלות ההיתוך של נחושת.
מצב מקומי
תעשיית התכת הנחושת היא תעשייה בסיסית בכלכלה הלאומית. בפרט, המדינה שלי נמצאת בשלב של תיעוש, והביקוש לנחושת שמר על קצב צמיחה גבוה. מעמדה של תעשיית התכת הנחושת במשק הלאומי ימשיך להשתפר.
תפוצה עולמית
משאבי עפרות הנחושת בעולם עשירים יחסית. לא קשה להפיק נחושת מהעפרה שלה, אבל המרבצים הניתנים לניצול הם נדירים יחסית. חלקם, כמו מכרה הנחושת בפאלון, שבדיה, היו מקור לעושר רב מאז המאה ה-13. אחת הדרכים לחלץ מתכת זו היא לאפות את עפרת הגופרית ולאחר מכן להפריד את גופרת הנחושת שנוצרה על ידה במים. לאחר זרימה על פני סיבי הברזל, הנחושת תשקע, והשכבה הדקה שנוצרה קלה להפרדה. הנחושת המוכחת בעולם היא כ-350 מיליון עד 570 מיליון טון, מתוכם מכרות נחושת פורפירי מהווים כ-76% מהכלל. מנקודת המבט של התפלגות אזורית, ישנם חמישה אזורים עם עתודות הנחושת העשירות ביותר בעולם:
אפריקה: Luilu (Kolwezi) בקונגו, Shituru, Luanshya ובאליבא בזמביה, Mufulira, Nchanga TLP, Nkana (Rokana).
אסיה: צ'יינה סילבר (ג'נצ'ואן)/גאנסו, שאנדונג/יאנגגו שיאנגגואנג נחושת דיי, Guixi, Huludao, Jinchang, שנחאי, טיאנג'ין, יונאן, הודו פרלה נחושת (דהי), Tuticorin, איראן סרצ'סמה, יפן Besshi/Ehime (טויו מתכת), קוסקה (אקיטה) נאושימה (קגאווה), אונהאמה (פוקושימה), סאגה סקי (אויטה), טמאנו (אוקיאמה), קזחסטן בלקאשמיס, מתכת ז'זקאזגן, ממכת אונסן I של דרום קוריאה, ממכת אונסן II, הפיליפינים איזבל/רייט (התכה וזיקוק בפיליפינים האגודה), אוזבקיסטן אלמאליק מתכת.
אירופה: בריקסלג, אוסטריה; בארסה, בלגיה; הובוקן, UM Pirdop, פינלנד; המבורג, גרמניה; הטטרשטיין, לונן 170, איטליה; פודמגרה, פולין; Głogów I, Głogów II, Legnica Smelter, רומניה; קירובגרד (קראטה), רוסיה; מתכת קרסנוראלסק, נדז'דינסקי, מתכת נורילסק, מתכת אוראל המרכזית, ספרד; האי לון, שבדיה; Walsall, בריטניה; בור, יוגוסלביה.