KIERUNKI ROZWOJU METALURGII MIEDZI W ŚWIECIE

ZBIGNIEW ŚMIESZEK JÓZEF CZERNECKI GRZEGORZ KRAWIEC ZDZISŁAW MICZKOWSKI Rudy Metale R51 2006 nr 7 UKD 669.3(100) KIERUNKI ROZWOJU METALURGII MIEDZI W ŚWIECIE Przedstawiono kierunki rozwojowe metalurgii miedzi w ostatnich latach oraz prognozy. Obecnie największym konsumentem miedzi jest gospodarka chińska i ta tendencja będzie utrzymywał się co najmniej do 2015 roku. Głównym dostawcą koncentratów miedzi nadal pozostanie Chile. Rozwój technologiczny metod produkcji miedzi obejmował będzie zarówno procesy piro-, jak i hydrometalurgiczne. Wśród metod pirometalurgicznych dominujący udział posiadać będzie technologia OUTO- KUMPU. Słowa kluczowe: miedź, metody produkcji miedzi, procesy pirometalurgiczne, procesy hydrometalurgiczne, technologia OUTOKUMPU DIRECTIONS IN COPPER METALLURGY DEVELOPMENT IN THE WORLD Directions for copper metallurgy development in recent years and the forecasts have been outlined. The greatest copper consumer is now China and this trend will be maintained at least by the year 2015. Chile will keep its position as the main supplier of copper concentrates. Technological progress in copper production methods will refer both to pyrometallurgical and hydrometallurgical processes. From among pyrometallurgical methods the predominant role will play OUTOKUMPU technology. Keywords: copper, copper production methods, pyrometallurgical processes, hydrometallurgical processes, OUTOKUMPU technology Wprowadzenie Miedź i jej stopy są stosowane głównie w przemyśle elektrycznym i elektronicznym, instalacjach wodnych, w wymiennikach cieplnych, agregatach chemicznych oraz w budownictwie. Pomimo coraz szerszego wprowadzania substytutów miedzi, głównie tworzyw sztucznych, a także mimo miniaturyzacji urządzeń i elementów elektronicznych zawierających miedź, produkcja tego metalu nieustannie wykazuje tendencję wzrostową. Wielkość zużycia miedzi jest jednym z mierników poziomu życia narodów. Średnie światowe spożycie w ciągu ostatnich piętnastu lat wzrosło o prawie 1 kg i obecnie wynosi prawie 3 kg miedzi na jednego mieszkańca, przy czym w krajach najbardziej rozwiniętych (USA, UE 15, Japonia, Korea) przekracza lub wynosi około 10 kg. Na uwagę zasługuje silny przyrost zużycia miedzi w Chinach z ok. 1 kg w 1995 r. do prawie 4 kg w 2005 r. Produkcja i zużycie miedzi Od 2003 roku obserwuje się znacznie wyższe zużycie miedzi od produkcji tego metalu (tabl. 1). W latach 2003 2005 niedobór produkcji wahał się od 360 do 760 tys. t Cu/r. Stan ten spowodował niebywały wzrost cen miedzi do 7 9 tys. USD w 2006 r. Prognoza na 2006 r. jest bardziej pomyślna, bo przewiduje zrównoważenie popytu i podaży. Obecnie największym konsumentem miedzi są Chiny. Kraj ten od ponad 20 lat charakteryzuje bardzo silny wzrost gospodarczy, 8 12 % rocznie, co przekłada się na dynamiczny wzrost zużycia wszelkich surowców, w tym również miedzi. Na rysunkach 1 i 2 pokazano wzrost konsumpcji miedzi w Chinach, Rosji i w Indiach na tle najbardziej rozwiniętych krajów świata (USA, UE 15, Japonia, Korea Płd). Stałemu lub zmniejszającemu się zużyciu miedzi przez kraje rozwinięte towarzyszy ogromny wzrost konsumpcji tego metalu, głównie przez gospodarkę Chin. Wskutek tego, w ostatnich trzydziestu latach drastycznie zmieniły się udziały poszczególnych rejonów świata w globalnym spożyciu miedzi. Bardzo silnie spadł udział Europy, z 51 % w 1976 r. do 29 % obecnie; podobną tendencję obserwuje się również dla Ameryki, głównie USA, gdzie udział w konsumpcji miedzi zmalał z 28 do 21 %. To niekorzystne zjawisko, z punktu widzenia krajów uprzemysłowionych, zostało zrekompensowane przez kraje azjatyckie, które obecnie zużywają prawie 50 % tego metalu (rys. 3), z czego około połowa przypada na Chiny. Niestety prognozy wieloletnie przewidują, że ta tendencja zostanie utrzymana przez co najmniej najbliższe 10 lat (rys. 4). Wynika z nich, że w 2015 r. światowe zużycie miedzi przekroczy 25 mln t, z czego ponad 60 % zostanie zużyte przez kraje Azji, Tablica 1 Bilans światowego zużycia i produkcji miedzi Table 1 Balance of the world s consumption and production of copper Rok 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Zużycie miedzi, mln t/r. przyrost 14,986 15,160 1,8 15,642 3,2 15,529 5,7 16,993 2,8 17,637 3,8 Produkcja miedzi, mln t/r. przyrost % 15,580 15,268 2,0 Bilans zużycia i produkcji miedzi, tys. t 15,234 0,2 15,769 3,5 16,633 5,5 17,733 6,6 +648 +108 408 760 360 +96 Prof. dr hab. inż. Zbigniew Śmieszek, doc. dr inż. Józef Czernecki, mgr inż. Grzegorz Krawiec, dr inż. Zdzisław Miczkowski Instytut Metali Nieżelaznych, Gliwice. 412

Rys. 1. Zużycie rafinowanej miedzi w najszybciej rozwijających się krajach Fig. 1. Consumption of a refined copper in the most rapidly developing countries Rys. 2. Zużycie rafinowanej miedzi w najbogatszych krajach Fig. 2. Consumption of a refined copper in the richest countries Rys. 3. Zmiany zużycia miedzi Fig. 3. Changes in copper consumption głównie przez Chiny, których gospodarka będzie potrzebować ponad 9 mln t miedzi w 2015 r. W związku z tym rodzi się pytanie kto, tj. jakie rejony świata i jakie kraje będą w stanie zaspokoić tak wysokie zapotrzebowanie na miedź zarówno w zakresie górnictwa, jak i hutnictwa miedzi. Na rysunku 5 przedstawiono największych producentów górniczych miedzi (miedź w koncentratach + miedź produkowana metodami hydrometalurgicznymi SX-EW). Zwraca uwagę dominująca rola Chile, który to kraj przez najbliższe lata dostarczać będzie ok. 1/3 produkcji górniczej. Istotną rolę odgrywać będą również złoża USA, Peru, Australii, Indonezji, Rosji i Zambii. Bardziej równomiernie rozkłada się produkcja miedzi rafinowanej i nie zawsze pokrywa się z położeniem złóż rud tego metalu (rys. 6). Koncentraty miedzi są i będą importowane przede wszystkim przez trzy kraje azjatyckie, tj. Chiny, Japonię i Indie. Na uwagę zasługuje fakt, że już w tym roku Chiny mogą zostać głównym producentem miedzi rafinowanej. Na importowanych koncentratach całkowicie lub częściowo pracuje też kilka dużych hut w innych krajach, np. w Niemczech (NORDDEUTSCHE AF- FINERIE), w Hiszpanii (HUELVA) czy w Korei Płd. (ONSAN), lecz posiadają one mniejsze znaczenie w globalnej produkcji miedzi. 413

Rys. 4. Przewidywany popyt na miedź Fig. 4. Forecasted demand for copper Rys. 5. Najwięksi producenci górniczy miedzi Fig. 5. The largest mined copper producers Rys. 6. Najwięksi producenci miedzi metodami pirometalurgicznymi Fig. 6. The largest producers of copper obtained by pyrometallurgical methods Technologie produkcji miedzi Dominującą pozycję produkcji miedzi z rud i koncentratów mają metody hutnicze. Ponad 80 % miedzi wytwarza się metodami pirometalurgicznymi z koncentratów siarczkowych, głównie chalkopirytowych. Pozostała ilość odzyskiwana jest metodami hydrometalurgicznymi z ubogich rud, odpadów i półproduktów, w których występują minerały utlenione, tj. tlenki, wodorotlenki, węglany i siarczki oraz minerały siarczkowe (Cu 2 S, CuS, Cu 5 FeS 4 ) z małym udziałem chalkopirytu (rys. 7). Procesy pirometalurgiczne Obecnie stosowanych jest kilkanaście technologii pirometalurgicznych do otrzymywania miedzi z koncentratów siarczkowych: proces zawiesinowy OUTOKUMPU, proces zawiesinowo-konwertorowy OUTOKUMPU, proces zawiesinowy INCO, piece płomienne, piece szybowe, proces MITSUBISHI, 414

Rys. 7. Udział technologii piroi hydrometalurgicznych w produkcji miedzi Fig. 7. The share of pyrometallurgical and hydrometallurgical technologies in the overall copper production volume Rys. 8. Produkcja miedzi metodami pirometalurgicznymi z koncentratów Fig. 8. Copper production volume from the concentrates by pyrometallurgical methods piece elektryczne, proces NORANDA, proces VANIUKOVA, konwertor TENIENTE, proces CONTOP, proces ISASMELT + AUSMELT, stapianie koncentratów w konwertorach P.S. Na rysunku 8 podano udziały poszczególnych metod w światowej produkcji miedzi. Wynika z niego, że technologia OUTO- KUMPU posiada pozycję dominującą, ok. 50 % światowej produkcji miedzi z koncentratów wytwarzane jest w procesie zawiesinowym. Szybki rozwój procesu zawiesinowego OUTOKUMPU obserwuje się od początku lat siedemdziesiątych. Obecnie pracuje około 40 instalacji do przerobu siarczkowych koncentratów miedzi i niklu. Dokonane w ostatnich dwóch dekadach usprawnienia techniczne i technologiczne sprawiły, że proces stapiania koncentratów w piecu zawiesinowym OUTOKUMPU jest w pełni opanowany technicznie i technologicznie, zarówno w zakresie konstrukcji urządzeń, jak i sterowania parametrami. Równocześnie zapewnia on przestrzeganie nawet ostrych norm emisji zanieczyszczeń do środowiska. Najważniejsze dokonania techniczne i technologiczne polegają na: opanowaniu produkcji kamieni miedziowych o wysokiej zawartości miedzi (zwykle 60 65 % Cu, w kilku zakładach ok. 70 % Cu), co pozwala uzyskiwać główne źródło siarki w postaci stabilnego strumienia gazów o wysokiej koncentracji SO 2, kosztem zmniejszenia udziału SO 2 z gazów konwertorowych, które charakteryzują się mniej stabilnymi parametrami; wzbogaceniu powietrza procesowego w tlen nawet do 80 % obj., co pozwala wydatnie zmniejszyć ilość gazów technologicznych, a przez to obniżyć nakłady inwestycyjne na budowę układów odpylająco-chłodzących gazy technologiczne, a także zwiększyć wydajność stapiania koncentratów. Stosowanie wysokiego stopnia wzbogacania dmuchu w tlen umożliwia prowadzenie procesu w warunkach prawie autogenicznych, tzn. praktycznie bez użycia paliwa dodatkowego; zastosowaniu, w miejsce czterech palników koncentratu wytwarzających jednorodną zawiesinę w górnej przestrzeni pieca, jednego intensywnego palnika nowej konstrukcji o skoncentrowanym jądrze reakcji. Innowacja ta jest wynikiem badań modelowych procesu zawiesinowego w kilku ośrodkach naukowych, w których wykazano, że główne reakcje są zakończone w odległości ok. 1,5 m od wylotu koncentratu z palnika. Dzięki temu uzyskano w wielu instalacjach około dwukrotne zmniejszenie ilości pyłów, co ma istotne znaczenie dla zmniejszenia zużycia energii w procesie zawiesinowym i pewne dla zwiększenia wydajności stapiania koncentratów; modyfikacji konstrukcji pieców zawiesinowych w kierunku zastosowania w większym zakresie kesonów chłodzących wodą i płaskiego sklepienia odstojnika. Te modernizacje wprowadzone w drugiej połowie lat osiemdziesiątych w nowo budowanych jednostkach pozwoliły zwiększyć trwałość pieców, przy równoczesnej intensyfikacji produkcji wskutek stworze- 415

nia możliwości stosowania powietrza procesowego o wysokim stężeniu tlenu (do 80 % obj.); wprowadzeniu w coraz szerszym zakresie komputerowych systemów sterowania parametrami, co umożliwia rozwój instrumentalnych metod analizy chemicznej materiałów wsadowych i produktów oraz opracowania modeli matematycznych wierniej odzwierciedlających stan rzeczywisty procesu. Do procesów rozwijających się obok technologii OUTO- KUMPU należy zaliczyć jeszcze procesy topienia w kąpieli (bath smelting), do których należą: procesy TENIENTE i NORANDA, procesy ISASMELT i AUSMELT, proces VANIUKOVA. W latach 1980 2005 wybudowano ok. 40 nowych instalacji do stapiania koncentratów. Zdecydowanie dominuje technologia OUTOKUMPU z ok. 20 piecami zawiesinowymi oraz proces TENIENTE (ok. 10 instalacji), pewne znaczenie posiadają jeszcze procesy: INCO, MITSU- BISHI, NORANDA i ISASMELT (po trzy, cztery instalacje). Natomiast nie wybudowano w ostatnich trzydziestu latach żadnej huty stosującej piece płomienne, szybowe i elektryczne technologie te należy zaliczyć do procesów wymierających. Rozwój procesu OUTOKUMPU i TENIENTE spowodował istotny wzrost ich udziału w produkcji miedzi z rud i koncentratów w ostatnim dziesięcioleciu: OUTOKUMPU z ok. 35 do 50 %, a TENIENTE z 5 do ponad 10 %. Udział pozostałych technologii waha się od 2 do 10 %. Jeszcze na początku lat sześćdziesiątych ok. 70 % miedzi wytapiano w piecach płomiennych, w połowie lat osiemdziesiątych ok. 30 %, a obecnie 7 %. Większość pieców płomiennych uległa likwidacji lub została zaadaptowana jako elementy pieców INCO i CONTOP. W Chile i w Meksyku piece płomienne współpracują z agregatami TENIENTE, dostarczając ubogiego kamienia miedziowego jako źródła energii dla zainicjowania procesu. Procesy hydrometalurgiczne Metodami hydrometalurgicznymi wyprodukowano w 2005 r. ok. 3 mln t miedzi, głównie z ubogich, tlenkowych rud (do 0,5 % Cu), starych hałd, półproduktów i odpadów zawierających często 0,1 0,2 % Cu. Technologia rozpuszczania minerałów miedzi obejmuje trzy podstawowe etapy: rozpuszczanie minerałów miedzi w rozcieńczonym kwasie siarkowym, ekstrakcję rozpuszczalnikową roztworu, elektrolizę z zastosowaniem anod nierozpuszczalnych. Procesy te znane są pod nazwą SX/EW (SOLWENT EXTRACTION/ELECTRO-WINNING) i stosowane są głównie w krajach, w których znajdują się łatwo dostępne złoża rud o niskiej zawartości miedzi i równocześnie o przewadze utlenionych form Cu, m.in. w USA, Chile, w Australii w Peru, Meksyku i Zambii. Przeważająca liczba instalacji wytwarza od kilku do kilkudziesięciu t Cu/r., największa ok. 225 tys. t miedzi elektrolitycznej (Abra w Chile). Utlenione minerały miedzi (tlenki, węglany, siarczany) w krótkim czasie (kilka godzin) są rozpuszczane w kwasie siarkowym. Natomiast wyługowanie większości minerałów siarczkowych (Cu 2 S, CuS, Cu 5 FeS 4 ) trwa kilka miesięcy i wymaga stosowania utleniacza, którym najczęściej jest żelazo trójwartościowe, generowane w obecności bakterii. Przeprowadzenie chalkopirytu do roztworu kwasu siarkowego przebiega w czasie kilku lat Proces ługowania prowadzi się najczęściej na specjalnie przygotowanych otwartych składowiskach, najczęściej o powierzchni kilku hektarów. Czas eksploatacji złoża wynosi od jednego do czterech miesięcy, następnie jest ono likwidowane lub jest nakładana nowa warstwa rudy. Sposób postępowania zależny jest od stopnia przeprowadzenia miedzi do roztworu kwasu siarkowego. Otrzymany roztwór zawiera od 1 do 5 g Cu/l. Stężenie miedzi jest w nim zbyt niskie i jest on zbyt zanieczyszczony, by mógł być wykorzystany do produkcji miedzi metodą elektrolizy. Dlatego też roztwór ten poddaje się wielostopniowej ekstrakcji rozpuszczalnikowej z zastosowaniem substancji organicznych. Produktem tego etapu technologii jest elektrolit zawierający 40 50 g Cu/l. Miedź z zatężonego roztworu odzyskiwana jest metodą elektrolizy z anodami nierozpuszczalnymi, wykonanymi ze stopu PbSnCa lub stopu PbSb. Wymiary anod i katod są zbliżone do stosowanych w procesach konwencjonalnych, natomiast różne są parametry prądowe procesu: napięcie ok. 2 V, a zużycie energii elektrycznej ok. 2000 kwh/h miedzi katodowej wobec 0,3 V i 300 400 kwh/t w przypadku elektrolizy konwencjonalnej. Jeszcze kilka lat temu prognozowano gwałtowny przyrost produkcji miedzi metodą SX/EW, mającej zapewnić udział tej technologii w światowej produkcji miedzi powyżej 20 %. Spełnienie tych prognoz postawiłoby w niezwykle trudnej sytuacji wiele zakładów pracujących w klasycznym układzie: kopalnia zakład wzbogacania rud stapianie koncentratów, ponieważ metoda SX/EW jest tańsza o ok. 35 %. Jednak ograniczone zasoby rud nadających się do ługowania i brak możliwości zastosowania technologii hydrometalurgicznej w niektórych rejonach, a także konieczność przestrzegania bardziej ostrych norm ochrony środowiska w krajach Ameryki Łacińskiej i pustynnych stanach USA, co wiąże się ze znacznym zwiększeniem kosztów produkcji, nie pozwoliły na przewidywaną ekspansję tej technologii i obecnie jej udział w światowej produkcji miedzi wynosi ok. 16 %. Największych producentów miedzi metodą SX/EW przedstawia rysunek 9. Rys. 9. Najwięksi producenci miedzi metodami hydrometalurgicznymi Fig. 9. The largest producers of copper using hydrometallurgical methods 416

Tendencje rozwojowe pirometalurgicznych metod produkcji miedzi Śledząc w ostatnich kilkunastu latach rozwój pirometalurgicznych metod produkcji miedzi można wyróżnić następujące kierunki: budowę nowych instalacji, intensyfikację istniejących poprzez: wzbogacanie powietrza procesowego w tlen powyżej 60 % obj. produkowanie kamieni miedziowych zawierających do 70 % mas. Cu. Nowe instalacje Najnowsze projekty nowych instalacji dotyczą najnowszej technologii OUTOKUMPU flash smelting flash converting. Jeden z nich dotyczy huty YANGGU (Chiny), gdzie w pierwszej fazie wydajność zakładu wynosić będzie 200 000 t Cu/r., a po rozbudowie w drugim etapie uzyska się produkcję 400 000 t miedzi/r. Stapiane będą typowe koncentraty chalkopirytowe zawierające (% mas.): 26 28 Cu; 25 27 Fe; 28 31 S. Koncentraty będą podawane do szybu reakcyjnego z wydajnością 265 t/h (II etap) przez pojedynczy palnik typu CJD. Produkowany kamień miedziowy będzie zawierał 70 % mas. Cu, a powietrze procesowe będzie wzbogacone w tlen średnio do 80 % obj. Proces stapiania przebiegał będzie w piecu zawiesinowym o wymiarach: szyb reakcyjny: wysokość: 7,0 m, średnica: 6,3 m, odstojnik: długość: 26 m, szerokość: 8 m, wysokość: 1,9 m. Będzie to piec zawiesinowy mniejszy niż w HM GŁOGÓW II, w którym zamierza się stapiać koncentrat z przeszło dwukrotnie wyższą wydajnością. Interesujący jest również rozważany dwuwariantowy projekt dla CHUQUICAMATA zakładający w obu przypadkach zastosowanie konwertorowania kamienia miedziowego w piecu zawiesinowym. Według wariantu 1 będą pracowały dwa konwertory TE- NIENTE produkujące z koncentratów kamień miedziowy, natomiast istniejący piec zawiesinowy spełniałby rolę konwertora. W wariancie 2 rozważa się pozostawienie dotychczasowego układu topielnego (piec zawiesinowy + konwertor TENIENTE) i wybudowanie nowego pieca zawiesinowego do konwertorowania kamienia miedziowego. 417

W obu przypadkach konwertorowy piec zawiesinowy będzie przerabiał 4050 t/24 h bogatego kamienia miedziowego (70 % mas. Cu). z wydajnością ok. 170 t/h. Realizacja tego projektu sprawi, że konwertorowy piec zawiesinowy będzie produkował rekordową ilość 855 tys. t miedzi blister/r. Intensyfikacja produkcji miedzi w instalacjach istniejących Jedną z najbardziej zauważalnych tendencji w przemyśle pirometalurgii miedzi jest znaczący wzrost średniej wydajności hut. Jeszcze w 1988 r. udział zakładów o wydajności wyższej od 200 tys. t miedzi/r. w całkowitej produkcji miedzi był poniżej 20 %, podczas gdy w 2003 r. duże huty dawały już 75 % całkowitej produkcji. Znaczący jest też udział hut o produkcji przewyższającej 300 tys. t Cu/r., który obecnie przekracza 35 % całkowitej produkcji miedzi, tymczasem w 1988 roku wskaźnik ten dla tej wielkości zakładów wynosił tylko 6 %. Intensyfikacja produkcji dotyczy głównie zakładów stosujących proces zawiesinowy OUTOKUMPU. Począwszy od połowy lat osiemdziesiątych zaczęły pojawiać się nowe rozwiązania konstrukcyjne pieców, obejmujące przede wszystkim: nowe konstrukcje głównie szybu reakcyjnego i wanny odstojowej, polegające na szerokim stosowaniu kesonów i rurowych wymienników cieplnych gwarantujących kilkakrotnie większy odbiór ciepła niż rozwiązania klasyczne, nowy rodzaj pojedynczego palnika koncentratu CJD. Te innowacje umożliwiły zastosowanie powietrza procesowego wzbogaconego w tlen nawet do 90 % obj. Wzbogacenie dmuchu w tlen powyżej 60 % obj. pozwoliło na znaczne zwiększenie wydajności stapiania koncentratów (często nawet trzykrotnie) bez konieczności powiększania pieca zawiesinowego i bez ponoszenia znacznych kosztów inwestycyjnych na rozbudowę instalacji odbierających i schładzających gazy (kocioł, elektrofiltr) dzieje się tak dzięki zachowaniu, mimo wzrostu produkcji, prawie takiej samej ilości gazów technologicznych. Drugim równolegle wprowadzanym kierunkiem jest produkowanie bogatych kamieni miedziowych zawierających 60 70 % Cu, zamiast ok. 50 %, jak to było jeszcze kilkanaście lat temu. W ten sposób masa kamienia miedziowego wzrasta w mniejszym stopniu niż następuje przyrost produkcji miedzi i produkt ten, po zastosowaniu powietrza procesowego wzbogaconego w tlen do 23 25 %, może być przerabiany w konwertorach tylko nieznacznie powiększonych. Przykładami intensyfikacji produkcji (tabl. 2) są m.in. huty: Największe huty miedzi The largest copper smelters Tablica 2 Table 2 Huta Wydajność topienia Wymiary PZ HUELVA 180 t/h SR: φ 6,5 m ; h 6,8 m Odstojnik: 7,6 x 22 m GUIXI 160 => 200 t/h SAGANOSEKI 170 t/h SR: φ 6,2 m ; h 5,9 m NDA 130 (150) t/h SR: φ 6,0 m ; h 7,0 m Odstojnik: 6,5 x 20 m YANGGU (projekt) CHUQUICAMATA (projekt) (flash converting) HM GŁOGÓW I (projekt) I etap 94,5 (132,5) t/h II etap 189 (265) t/h 169 t/h 154 (165) t/h SR: φ 6,3 m ; h 7,0 m Odstojnik: 8 x 26 m SR: φ 7,0 m ; h 8,7 m Odstojnik: 9 x 28 m SAGANOSEKI (Japonia), HUELVA (Hiszpania), NORDDEUT- SCHE AFFINERIE (Niemcy), a także HARJAVALTA (Finlandia). Do 1996 r. w dwóch piecach zawiesinowych w hucie SAGA- NOSEKI produkowano w ciągu roku 300 000 t miedzi, stosując powietrze procesowe zawierające 27,5 % obj. O 2. Przeprowadzona w 1996 r. modernizacja konstrukcji jednego pieca zawiesinowego, polegająca na zastosowaniu rurowego systemu chłodzenia szybu reakcyjnego i kesonów w ścianach odstojnika oraz na zamontowaniu pojedynczego palnika typu CJD o wydajności 170 t/godz., pozwoliła na zwiększenie stężenia tlenu w powietrzu procesowym do 70 85 % obj. Równocześnie stężenie Cu w kamieniu miedziowym wzrosło z 60 do 68 %. Te modernizacje techniczne i technologiczne doprowadziły do zwiększenia wydajności stapiania koncentratów w piecu zawiesinowym w stopniu umożliwiającym osiągnięcie produkcji 350 000 t Cu/r. przez jeden piec. W wyniku tego przedsięwzięcia koszty produkcji hutniczej uległy zmniejszeniu o ok. 25 %. Podobny zakres modyfikacji ze zbliżonymi efektami przeprowadzony został w hiszpańskiej hucie HUELVA, w której również został zastosowany pojedynczy palnik koncentratu w szybie reakcyjnym pieca zawiesinowego, zawartość tlenu w powietrzu procesowym zwiększono z 36 do 60 % obj., a stężenie Cu w kamieniu z 57 do 63 %, uzyskując wzrost produkcji miedzi z 150 000 t w 1993 r. do 320 000 t obecnie, osiągając podobny jak w SAGA- NOSEKI efekt zmniejszenia kosztów produkcji. Również dla obniżenia kosztów produkcji podjęte zostały duże prace modernizacyjne w NORDDEUTSCHE AFFINERIE. Piec zawiesinowy OUTOKUMPU uruchomiony w hucie w 1972 r. był zaprojektowany na stapianie 400 000 t konc./r. (ok. 120 000 t Cu/r.) podawanego do szybu reakcyjnego przez cztery palniki z wydajnością 50 t/godz., do których dostarczone było powietrze atmosferyczne bez dodatku tlenu. Do 1995 r., a więc w ciągu ponad 20 lat, ilość stapianego koncentratu wzrosła do 580 000 t/r. (70 t/h) w wyniku stopniowo wprowadzanych modernizacji (rozbudowa fabryki kwasu siarkowego, wzbogacanie dmuchu w tlen do ok. 40 % obj.). W 1995 r. zainstalowany został pojedynczy palnik CJD, zwiększono zawartość tlenu w powietrzu procesowym do 55 % obj., co umożliwiło zwiększenie wydajności pieca zawiesinowego do 90 t/godz., czyli ok. 750 000 t konc./r. W 1998 roku dla uzyskania dalszej obniżki kosztów podjęto decyzję o następnej dużej modernizacji kosztem 200 mln DM, umożliwiającej przerób 1 mln ton konc./r. Ponieważ zakład położony jest w Hamburgu, gdzie obowiązują bardzo niskie normy emisji substancji szkodliwych, zdecydowano zastąpić obrotową suszarnię opalaną gazem suszarnią parową. Pozostałe przedsięwzięcia obejmujące zwiększenie powierzchni wymiany ciepła w części radiacyjnej kotła o 30 %, części konwekcyjnej o ok. 20 %, zwiększenie wydajności fabryki kwasu siarkowego z 230 000 do 330 000 Nm 3 /godz., podwojenie wydajności tlenowni (powietrze procesowe do szybu reakcyjnego zawiera średnio 70 % obj. O 2 ) oraz powiększenie pojemności konwertorów z 220 do 250 t (zwiększenie średnicy zewnętrznej z 4,0 do 4,6 m) zrealizowane zostały 2000 r. w czasie planowanego remontu pieca zawiesinowego i pieca elektrycznego. Podane przykłady ilustrują przewagę procesu zawiesinowego również w zakresie możliwości ekspansji wydajności istniejących instalacji, przez co wydatki inwestycyjne na rozwój infrastruktury mogą być znacznie ograniczone. Podsumowanie Rozwój przemysłu miedziowego w najbliższej przyszłości zależeć będzie od stanu gospodarki światowej, a głównie dynamicznie rozwijających się najludniejszych krajów, tj. Chin, Indii, Brazylii, które skupiają ponad 30 % populacji świata. 418

Techniczny rozwój polegać może na dalszej intensyfikacji wydajności istniejących jednostek, głównie pieców zawiesinowych. Przykłady przodujących zakładów (m.in. SAGANOSEKI, HUELVA, NORDDEUTSCHE AFFINERIE, huty chińskie GU- IXI, JINLONG) wskazują, że w piecach o wielkości zbliżonej lub nieco mniejszej niż piec zawiesinowy HM GŁOGÓW II uzyskać można wydajności stapiania na poziomie 170 230 t konc./godz. stosując pojedynczy centralny palnik. Niewykluczone, że w bliskiej przyszłości zostanie zastosowana ostatnio anonsowana nowa technologia OUTOKUMPU, polegająca na około dwukrotnym podwyższeniu zawartości miedzi w koncentra-- tach siarczkowych. Polega ona na działaniu kwasem siarkowym na typowe koncentraty chalkopirytowe i usunięciu z nich prawie całego żelaza i ponad połowy siarki w postaci siarczanu żelaza. Dzięki temu uzyskać można koncentraty chalkozynowe zawierające 40 76 % mas. Cu, 5 8 % mas. Fe i poniżej 20 % mas. S, których kaloryczność zostaje obniżona około dwukrotnie. Zastosowanie tej metody pozwoliłoby całą dotychczasową produkcję miedzi z koncentratów siarczkowych, tj. ok. 14 mln t zrealizować w istniejących piecach zawiesinowych. MARIAN DARŁAK Rudy Metale R51 2006 nr 7 UKD 66.043.5:669.333.43:669.337.121:669.013(438): :669.776.666.762.3:338.82(438) WSPÓŁPRACA ZAKŁADÓW MAGNEZYTOWYCH ROPCZYCE S.A. ORAZ KGHM POLSKA MIEDŹ S.A. W ZAKRESIE OPTYMALIZACJI WYŁOŻEŃ OGNIOTRWAŁYCH W PODSTAWOWYCH URZĄDZENIACH CIEPLNYCH PRZEMYSŁU MIEDZIOWEGO W artykule przedstawiono zasady oraz efekty współpracy pomiędzy Zakładami Magnezytowymi ROPCZYCE S.A. i KGHM Polska Miedź S.A. w zakresie optymalizacji wyłożeń ogniotrwałych w urządzeniach cieplnych przemysłu miedziowego. Omówiono historyczny rozwój oferty materiałowej oraz zaprezentowano plany w zakresie dalszej jej modyfikacji w zakresie jakościowym i kosztowym. Wymierne efekty współpracy potwierdzone zostały zmianą jednostkowego wskaźnika zużycia zasadowych materiałów ogniotrwałych w latach 1990 2005. Słowa kluczowe: dysze konwertorowe, wyłożenie pieców, materiały ogniotrwałe zasadowe, metalurgia miedzi, Zakłady Magnezytowe, współpraca przemysłowa COOPERATION BETWEEN MAGNESITE WORKS ROPCZYCE S.A. AND KGHM POLSKA MIEDŹ S.A. IN REFERENCE TO OPTIMIZATION OF REFRACTORY LINING OF BASIC EQUIPMENT FOR HEAT TREATMENT IN THE COPPER INDUSTRY The scope and results of cooperation between Magnesite Works ROPCZYCE S.A. and KGHM Polska Miedź S.A. aimed to optimize refractory lining of furnaces used in the copper industry have been presented. Historical development of new materials has been outlined and modification plans have been presented with an account of qualitative and economic aspects. Measurable results of cooperation have been confirmed by the change of consumption index per unit of basic refractory materials in the years 1990 2005. Keywords: converter nozzles, furnace lining, basic refractory materials, copper metallurgy, Magnesite Works, industrial cooperation Mgr inż. Marian Darłak Zakłady Magnezytowe ROPCZYCE S.A., Ropczyce. 419