一
1. Introdución
A fusión pirometalúrxica de cobre segue a ser a principal vía de produción de cobre refinado primario, representando máis do 80 % da capacidade mundial. O proceso converte os concentrados de sulfuro de cobre (principalmente calcopirita, CuFeS₂) en cobre catódico de alta pureza (≥99,99 % de Cu) mediante unha serie de operacións metalúrxicas a alta temperatura. Este artigo detalla o diagrama de fluxo integrado principal que consiste en fusión instantánea, conversión, refinado de ánodos e refinado electrolítico.
2. Preparación e mestura do concentrado
Os concentrados de cobre (25-35 % de Cu) chegan en buques a granel e almacénanse en pilas cubertas. O contido de humidade adoita ser do 8-12 % e debe reducirse a ≤0,3 % mediante fornos rotatorios ou secadores de leito fluidizado para evitar explosións e un consumo excesivo de enerxía na fusión posterior.
O concentrado seco mestúrase con fundentes (cuarzo, calcaria), reversos e escoria de conversor en proporcións controladas con precisión. As plantas modernas empregan alimentadores de discos automatizados e sistemas de células de carga, conseguindo unha precisión de mestura de ±0,5 %.
2
3. Fusión instantánea
A fusión instantánea é a tecnoloxía máis avanzada para o tratamento de concentrados de sulfuro de cobre, representada a nivel mundial polos fornos instantáneos Outotec (agora Metso) e os fornos de osíxeno de sopro inferior desenvolvidos en China.
3.1 Principio do proceso
O concentrado seco inxéctase nunha corrente de aire quente e enriquecida con osíxeno (concentración de osíxeno do 75-90 %) a 850-950 °C. As reaccións (secado, oxidación, escoria e formación de mata) complétanse en 3-5 segundos, cun funcionamento autotérmico que mantén a calor da reacción. As reaccións clave inclúen: 4CuFeS₂ + 9O₂ → 4CuS + 2Fe₂O₃ + 8SO₂ 2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ → 2FeO·SiO₂ + 2SO₂
3.2 Equipamento clave
- Pozo de reacción: 11-14 m de altura, 7-9 m de diámetro, revestido con ladrillos de magnesita-cromo de alta calidade e camisas de auga de cobre.
- Decantador e pozo de captación: separación por gravidade de mata (65-75 % de Cu) e escoria.
- Caldeira de calor residual: recupera a calor sensible dos gases de escape a ~550 °C para xerar vapor.
- Proporción de osíxeno a concentrado: 1,15-1,25 Nm³ O₂/t de concentrado seco
- Temperatura do eixe de reacción: 1250-1300 °C
- Temperatura mate: 1180-1220 °C
- Relación Fe/SiO₂ da escoria: 1,1-1,4, cobre na escoria ≤0,6%
3.3 Parámetros críticos de control
A capacidade dun forno instantáneo único alcanza entre 4000 e 5500 t/d de concentrado cunha eficiencia térmica >98 % e unha captura de SO₂ próxima ao 100 %.
4. Conversión
A mata transfírese mediante coladores ou cucharóns quentados electricamente a convertidores Peirce-Smith ou fornos de conversión continua.
4.1 Fase de formación de escoria
Inspírase aire enriquecido con osíxeno (25-35 % de O₂) para oxidar o sulfuro de ferro. A escoria que contén entre un 2 e un 8 % de Cu desnúdase e devólvese á fusión instantánea.
4.2 Fase de fabricación do cobre
O soprado continuado oxida o Cu₂S a cobre ampolado (98,5-99,3 % de Cu) a 1180-1230 °C.
3
1. Carga e centrado automático de bobinas principais → carro de bobina hidráulico de 15 toneladas + servo fotoeléctrico EPC, erro de aliñamento da liña central < 0,1 mm
2. Desenrolamento e establecemento da tensión → Freo magnético de pólvora + servocontrol de bucle pechado, axustable con precisión de 50 a 1500 N
3. Corte de precisión → Discos de carburo de tungsteno ou PM HSS importados, desviación do eixo ≤ 0,002 mm, espazadores rectificados a ±0,001 mm, compensación do desgaste en tempo real
4. Manexo de recortes de bordos → Rebobinadoras de chatarra independentes de dobre cabezal; recortes devoltos en bobinas ou triturados in situ
5. Rebobinado e illamento de tensión → Illamento individual do rolo de baile por fío, mandriles pneumáticos + protección automática das esquinas, aliñamento frontal ≤ ±0,3 mm
6. Corte e embalaxe automáticos → Desacelerar → cortar → envolver papel → etiquetar → descargar en 45 segundos
Proceso completo de corte de bobina de cobre automático
5. Refinación de lume en forno de ánodo
O cobre en blíster cárgase en fornos de ánodo estacionario ou basculante de 50-500 t para o refinado por oxidación-redución.
5.1 Fase de oxidación
As lanzas de aire ou osíxeno eliminan os residuos de Fe, Ni, As, Sb e Bi en forma de escoria flotante.
5.2 Fase de redución
O osíxeno redúcese usando gas natural, diésel ou postes de madeira a 150-300 ppm. O cobre refinado fíxase en ánodos de 300-450 kg (Cu ≥99,0 %).
4
6.1 Condicións de funcionamento
- Densidade de corrente: 220-320 A/m²
- Tensión da cela: 0,22-0,32 V
- Temperatura do electrólito: 60-65 °C
- Cu²⁺: 40-55 g/L, H₂SO₄ libre: 150-220 g/L
6.2 Reaccións electroquímicas
Disolución no ánodo: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻ Os elementos máis nobres (Au, Ag, Se, Te) inflúen na lama do ánodo; os elementos menos nobres entran en solución. A deposición catódica produce ≥99,993 % de Cu, cumprindo as especificacións de grao A da LME.
7. Tratamento de gases de escape e control ambiental
Os gases ricos en SO₂ procedentes de fornos instantáneos, convertidores e fornos de ánodo arrefríanse, despoxanse e procésanse en plantas de ácido de dobre contacto, conseguindo unha recuperación de xofre superior ao 99,8 %. O SO₂, o gas de cola, está moi por debaixo dos 100 mg/Nm³. O arsénico, o mercurio e outros metais pesados elimínanse mediante procesos especializados.
8. Conclusión
A pirometalurxia contemporánea do cobre acadou unha alta continuidade, automatización e rendemento ambiental. Os diagramas de fluxo integrados de fusión instantánea, conversión continua, refinado de ánodo e electrorrefinado ofrecen unha recuperación total de cobre >98,5 % e un consumo específico de enerxía de 280-320 kgce/t de cátodo, o que representa puntos de referencia de clase mundial. Os desenvolvementos continuos no enriquecemento de osíxeno, as tecnoloxías de fabricación continua de cobre e o control dixital de procesos mellorarán aínda máis a eficiencia e a sustentabilidade.
Data de publicación: 24 de decembro de 2025