一
1 परिचय
पायरोमेटलर्जिकल कॉपर स्मेल्टिंग, प्राथमिक परिष्कृत कॉपर उत्पादन का प्रमुख मार्ग बना हुआ है, जो वैश्विक क्षमता के 80% से अधिक का योगदान देता है। यह प्रक्रिया कॉपर सल्फाइड सांद्रण (मुख्य रूप से चालकोपाइराइट, CuFeS₂) को उच्च तापमान वाली कई धातुकर्म प्रक्रियाओं के माध्यम से उच्च शुद्धता वाले कैथोड कॉपर (≥99.99% Cu) में परिवर्तित करती है। यह लेख फ्लैश स्मेल्टिंग, रूपांतरण, एनोड रिफाइनिंग और इलेक्ट्रोलाइटिक रिफाइनिंग से युक्त मुख्य एकीकृत प्रवाह का विस्तृत विवरण प्रस्तुत करता है।
2. सांद्रण तैयार करना और मिश्रण करना
कॉपर सांद्रण (25-35% Cu) थोक जहाजों द्वारा आता है और इसे ढके हुए भंडारों में संग्रहित किया जाता है। इसमें नमी की मात्रा आमतौर पर 8-12% होती है और विस्फोटों और बाद की गलाने की प्रक्रिया में अत्यधिक ऊर्जा खपत को रोकने के लिए इसे रोटरी भट्टियों या द्रवीकृत-बिस्तर ड्रायर का उपयोग करके ≤0.3% तक कम किया जाना आवश्यक है।
शुष्क सांद्रण को फ्लक्स (क्वार्ट्ज, चूना पत्थर), रिवर्स और कन्वर्टर स्लैग के साथ सटीक रूप से नियंत्रित अनुपात में मिलाया जाता है। आधुनिक संयंत्र स्वचालित डिस्क फीडर और लोड-सेल सिस्टम का उपयोग करते हैं, जिससे मिश्रण की सटीकता ±0.5% तक पहुँच जाती है।
2
3. फ्लैश स्मेल्टिंग
फ्लैश स्मेल्टिंग, कॉपर सल्फाइड सांद्रण के उपचार के लिए सबसे उन्नत तकनीक है, जिसका वैश्विक स्तर पर प्रतिनिधित्व आउटोटेक (अब मेट्सो) की फ्लैश भट्टियों और चीन द्वारा विकसित ऑक्सीजन बॉटम-ब्लोन भट्टियों द्वारा किया जाता है।
3.1 प्रक्रिया सिद्धांत
शुष्क सांद्रण को 850-950°C तापमान पर गर्म, ऑक्सीजन-समृद्ध वायुधारा (ऑक्सीजन सांद्रता 75-90%) में डाला जाता है। अभिक्रियाएँ (सुखाने, ऑक्सीकरण, स्लैग और मैट निर्माण) 3-5 सेकंड में पूरी हो जाती हैं, और अभिक्रिया की ऊष्मा स्वतापीय क्रिया को बनाए रखती है। प्रमुख अभिक्रियाओं में शामिल हैं: 4CuFeS₂ + 9O₂ → 4CuS + 2Fe₂O₃ + 8SO₂ 2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ → 2FeO·SiO₂ + 2SO₂
3.2 प्रमुख उपकरण
- प्रतिक्रिया शाफ्ट: 11-14 मीटर ऊंचाई, 7-9 मीटर व्यास, उच्च श्रेणी की मैग्नेसाइट-क्रोम ईंट और तांबे के जल जैकेट से निर्मित।
- सेटलर और अपटेक शाफ्ट: मैट (65-75% Cu) और स्लैग का गुरुत्वाकर्षण पृथक्करण।
- अपशिष्ट ऊष्मा बॉयलर: भाप उत्पादन के लिए लगभग 550°C तापमान वाली अपशिष्ट गैस से संवेदी ऊष्मा को पुनर्प्राप्त करता है।
- ऑक्सीजन-से-सांद्रण अनुपात: 1.15-1.25 Nm³ O₂/t शुष्क सांद्रण
- अभिक्रिया शाफ्ट का तापमान: 1250-1300°C
- मैट तापमान: 1180-1220°C
- स्लैग में Fe/SiO₂ अनुपात: 1.1-1.4, स्लैग में तांबा ≤0.6%
3.3 महत्वपूर्ण नियंत्रण पैरामीटर
सिंगल फ्लैश फर्नेस की क्षमता 4000-5500 टन/दिन सांद्रण तक पहुंचती है, जिसकी तापीय दक्षता >98% और लगभग 100% SO₂ कैप्चर क्षमता होती है।
4. रूपांतरण
मैट को विद्युत रूप से गर्म किए गए लॉन्डर या लैडल के माध्यम से पियर्स-स्मिथ कन्वर्टर या निरंतर रूपांतरण भट्टियों में स्थानांतरित किया जाता है।
4.1 स्लैग निर्माण चरण
आयरन सल्फाइड को ऑक्सीकृत करने के लिए ऑक्सीजन युक्त हवा (25-35% O₂) प्रवाहित की जाती है। 2-8% Cu युक्त स्लैग को अलग करके फ्लैश स्मेल्टिंग में वापस भेज दिया जाता है।
4.2 तांबा बनाने का चरण
लगातार हवा देने से 1180-1230°C पर Cu₂S ऑक्सीकृत होकर फफोलेदार तांबा (98.5-99.3% Cu) में परिवर्तित हो जाता है।
3
1. मास्टर कॉइल लोडिंग और ऑटो-सेंटरिंग → 15-टन हाइड्रोलिक कॉइल कार + फोटोइलेक्ट्रिक सर्वो ईपीसी, सेंटरलाइन संरेखण त्रुटि < 0.1 मिमी
2. अनकॉइलिंग और तनाव स्थापना → चुंबकीय पाउडर ब्रेक + क्लोज्ड-लूप सर्वो नियंत्रण, 50–1500 N तक सटीक रूप से समायोज्य
3. सटीक स्लिटिंग → आयातित टंगस्टन कार्बाइड या पीएम एचएसएस डिस्क, स्पिंडल रनआउट ≤ 0.002 मिमी, स्पेसर ±0.001 मिमी तक ग्राउंडेड, वास्तविक समय में घिसाव क्षतिपूर्ति
4. किनारों की छंटाई का प्रबंधन → स्वतंत्र दोहरे शीर्ष वाले स्क्रैप वाइंडर्स; छंटाई को कॉइल के रूप में लौटाया जाता है या साइट पर ही कुचल दिया जाता है
5. रिवाइंडिंग और तनाव पृथक्करण → प्रत्येक स्ट्रैंड के लिए व्यक्तिगत डांसिंग-रोल पृथक्करण, वायवीय मैंड्रेल + ऑटो कॉर्नर सुरक्षा, फेस अलाइनमेंट ≤ ±0.3 मिमी
6. स्वचालित कट-ऑफ और पैकेजिंग → गति कम करना → काटना → कागज़ लपेटना → लेबल लगाना → 45 सेकंड में उत्पाद को बाहर निकालना
तांबे की कुंडली काटने की पूर्णतः स्वचालित प्रक्रिया
5. एनोड फर्नेस फायर रिफाइनिंग
ऑक्सीकरण-अपचयन शोधन के लिए ब्लिस्टर कॉपर को 50-500 टन क्षमता वाली स्थिर या झुकाव वाली एनोड भट्टियों में डाला जाता है।
5.1 ऑक्सीकरण चरण
वायु या ऑक्सीजन की सहायता से बचे हुए Fe, Ni, As, Sb और Bi को तैरते हुए स्लैग के रूप में हटा दिया जाता है।
5.2 कमी चरण
प्राकृतिक गैस, डीजल या लकड़ी के खंभों का उपयोग करके ऑक्सीजन का स्तर 150-300 पीपीएम तक कम किया जाता है। परिष्कृत तांबे को 300-450 किलोग्राम के एनोड (Cu ≥99.0%) में ढाला जाता है।
4
6.1 परिचालन स्थितियाँ
- धारा घनत्व: 220-320 A/m²
- सेल वोल्टेज: 0.22-0.32 V
- इलेक्ट्रोलाइट का तापमान: 60-65°C
- Cu²⁺: 40-55 ग्राम/लीटर, मुफ़्त H₂SO₄: 150-220 ग्राम/लीटर
6.2 विद्युत रासायनिक अभिक्रियाएँ
एनोड विघटन: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻ अधिक उत्कृष्ट तत्व (Au, Ag, Se, Te) एनोड स्लाइम में जमा हो जाते हैं; कम उत्कृष्ट तत्व विलयन में प्रवेश करते हैं। कैथोड पर जमाव से ≥99.993% Cu प्राप्त होता है जो LME ग्रेड A विनिर्देशों को पूरा करता है।
7. अपशिष्ट गैस उपचार और पर्यावरण नियंत्रण
फ्लैश फर्नेस, कन्वर्टर और एनोड फर्नेस से निकलने वाली SO₂ से भरपूर गैसों को ठंडा किया जाता है, धूल रहित किया जाता है और डबल-कॉन्टैक्ट एसिड संयंत्रों में संसाधित किया जाता है, जिससे 99.8% से अधिक सल्फर की पुनर्प्राप्ति प्राप्त होती है। टेल गैस में SO₂ का स्तर 100 mg/Nm³ से काफी कम होता है। आर्सेनिक, पारा और अन्य भारी धातुओं को विशेष प्रक्रियाओं द्वारा हटाया जाता है।
8. निष्कर्ष
आधुनिक कॉपर पायरोमेटलर्जी ने उच्च निरंतरता, स्वचालन और पर्यावरणीय दक्षता हासिल कर ली है। एकीकृत फ्लैश स्मेल्टिंग-निरंतर रूपांतरण-एनोड रिफाइनिंग-इलेक्ट्रो रिफाइनिंग फ्लोशीट 98.5% से अधिक कॉपर रिकवरी और 280-320 kgce/t कैथोड की विशिष्ट ऊर्जा खपत प्रदान करती हैं, जो विश्व स्तरीय मानक हैं। ऑक्सीजन संवर्धन, निरंतर कॉपर निर्माण प्रौद्योगिकियों और डिजिटल प्रक्रिया नियंत्रण में चल रहे विकास से दक्षता और स्थिरता में और अधिक वृद्धि होगी।
पोस्ट करने का समय: 24 दिसंबर 2025