Войти
Современный резервуар для рафинирования меди с использованием технологии IsaKidd. Технология IsaKidd - это технология электролитического рафинирования меди и электровыделения, которая была разработана независимо Copper Refineries Proprietary Limited («CRL»), a Таунсвилл, Квинсленд дочерняя компания MIM Holdings Limited (которая в настоящее время входит в группу компаний Glencore ) и Falconbridge Limited («Falconbridge») в настоящее время демонтирована. Нефтеперерабатывающий завод Кидд-Крик, расположенный в Тимминс, Онтарио. Он основан на использовании многоразовых катодных стартовых листов для электролитического рафинирования меди и автоматического удаления с них осажденной «катодной меди».
Текущая технология IsaKidd представляет собой слияние технологий рафинирования меди, разработанных двумя разными организациями. Первоначальная разработка Isa Process в конце 1970-х годов, с его многоразовыми катодными стартовыми листами из нержавеющей стали, представляла собой шаг вперед по сравнению с предыдущей технологией одноразовых стартовых листов из чистой меди, производство которых было трудоемким. -интенсивный процесс.
Производство одноразовых стартовых листов включало укладку листа меди путем электролиза с каждой стороны «материнской пластины». Создание листа заняло день, и тысячи листов могли понадобиться каждый день. Первоначально медные стартовые листы отделялись от основной пластины вручную, но со временем процесс был автоматизирован. Кроме того, ограничения, связанные с использованием медных стартовых листов, означали, что было трудно обеспечить требования к чистоте некоторых новых применений меди, которые в 1970-х и 1980-х годах требовали меди более высокого качества.
Разработка технологии резервуарного парка Isa Process в CRL устранила весь процесс и стоимость производства стартовых листов за счет использования постоянных катодов из нержавеющей стали . Это также включало существенную автоматизацию процесса установки постоянных катодов в электролитические ячейки и их последующего удаления и снятия листов осажденной катодной меди. Рабочая сила, необходимая для работы на нефтеперерабатывающем заводе с использованием технологии IsaKidd, была оценена на 60–70% меньше, чем требуется для нефтеперерабатывающих заводов, использующих стартовые листы.
MIM Holdings начала продавать технологию Isa Process в 1980 году, в результате спроса со стороны других операторов НПЗ.
Falconbridge впоследствии независимо разработал аналогичный процесс для улучшения операций на своем медном заводе в Кидд-Крик, недалеко от Тимминс, Онтарио. Первоначальная разработка постоянных катодов предназначалась для внутреннего использования, но маркетинг Kidd Process был начат в 1992 году после запросов от других операторов нефтеперерабатывающего завода.
Эти две технологии были объединены в IsaKidd Technology в 2006 году, когда Xstrata купила Falconbridge.
Технология IsaKidd сейчас доминирует в мировой переработке меди. Лицензию на нее получили 102 пользователя, и Xstrata Technology, которая продает технологию, сообщает на своем веб-сайте об общей установленной мощности производства меди около 12 миллионов тонн в год («т / год») по состоянию на октябрь 2011 года. Это примерно 60% от оценочного мирового производства рафинированной меди в 2011 году, составляющего 19,7 млн тонн.
Развитие технологии IsaKidd позволило повысить производительность, снизить эксплуатационные расходы и производить стабильную высококачественную катодную медь.
Процесс электрорафинирования меди состоит из установки медного анода (около 99,5–99,7% чистой меди) в серной кислоте вместе с катодом и пропусканием тока между анодом и катодом через внешнюю цепь. При приложенном электропотенциале медь и менее благородные элементы растворяются в электролите, тогда как элементы более благородные, чем медь, такие как золото и серебро, не надо. Под действием приложенного электрического потенциала ионы меди мигрируют с анода и осаждаются на катоде, образуя катодную медь.
Электролитическое рафинирование меди было впервые запатентовано в Англии Джеймсом Элкингтоном в 1865 г., а в 1883 г. в Ньюарке, штат Нью-Джерси, был построен первый завод по переработке электролитической меди.
Новые технологии начали создавать проблемы. Например, на ранних нефтеперерабатывающих заводах возникли проблемы с образованием твердых отложений на катодах. В результате операторы нефтеперерабатывающих заводов держались в секрете, поскольку каждый из них стремился сохранить конкурентное преимущество.
Природа катода, используемого для сбора меди, является важной частью технологии. Медь очень чувствительна к примесям. Например, содержание мышьяка 0,1% может снизить проводимость меди на 23%, а содержание висмута всего 0,001% делает медь хрупкой. Материал, используемый в катоде, не должен загрязнять осаждаемую медь, иначе он не будет соответствовать требуемым спецификациям.
Эффективность тока процесса рафинирования частично зависит от того, насколько близко можно разместить аноды и катоды в электролитической ячейке. Это, в свою очередь, зависит от прямолинейности как анода, так и катода. Удары и изгибы могут привести к короткому замыканию или иным образом повлиять на распределение тока, а также на качество катодной меди.
Рис. 1. Кран, несущий стойку с катодом из стартового листа. До разработки В технологии Isa Process стандартный подход заключался в использовании стартового листа из меди высокой чистоты в качестве исходного катода. Эти стартовые листы производятся в специальных электролитических ячейках путем электроосаждения меди в течение 24 часов на пластину из меди, покрытую маслом (или обработанную другими аналогичными материалами для разделения поверхностей) или из титана. Тысячи листов могли требоваться каждый день, и первоначальный метод отделения стартового листа от «материнской» (так называемый «зачистка») был полностью ручным.
Стартовые листы обычно довольно легкие. Например, стартовые листы, используемые на нефтеперерабатывающем заводе CRL, весили 10 фунтов (4,53 кг). Таким образом, они тонкие, и с ними нужно обращаться осторожно, чтобы не согнуть.
Рис. 2. Катодная медь, нанесенная на медные стартовые листы. Со временем формирование стартовых листов было улучшено за счет механизации, но по-прежнему требовалось много труда.
Когда стартовые листы были установлены Их нужно было сплющить, чтобы снизить вероятность короткого замыкания, а затем разрезать, сформировать и пробить отверстия, чтобы образовать петли, на которых стартовые листы подвешиваются к проводящим медным подвесным стержням в электролитических ячейках (см. рисунок 1).
Стартовые листы вставляются в рафинировочные ячейки, и растворенная медь осаждается на них, чтобы произвести продукт катодной меди (см. Рисунок 2). Из-за стоимости изготовления стартовых листов нефтеперерабатывающие заводы, использующие их, стараются хранить их в ячейках как можно дольше, обычно 12–14 дней. С другой стороны, аноды обычно находятся в ячейках в течение 24–28 дней, а это означает, что из каждого анода производится по два катода.
Стартовые листы имеют тенденцию к деформации из-за механических напряжений, которые они вызывают. встречаются и часто необходимо удалить из рафинировочных ячеек примерно через два дня, чтобы выпрямить их в прессах перед возвратом в ячейки. Склонность к короблению приводит к частым коротким замыканиям.
Из-за ограничений, медь, произведенная на стартовых листах, не соответствует современным требованиям к меди высочайшей чистоты.
Развитие технологии резервуарного парка Isa Process началось в цинковой промышленности. В середине 1970-х гг. MIM Holdings Limited («MIM») рассматривала возможность строительства завода по переработке цинка в Таунсвилле для обработки цинкового концентрата, производимого на ее предприятиях Mount Isa. В результате сотрудники МИМ посетили цинковые заводы с использованием передовой технологии и обнаружили, что современные электролитические заводы цинка применяют постоянную катодную пластину и технологию механизированной зачистки.
МИМ признало, что производительность традиционных заводов по рафинированию меди ограничена. из-за плохой геометрии катода, свойственной использованию медных стартовых листов.
MIM затем разработал исследовательскую программу, направленную на разработку аналогичной технологии постоянного катода для рафинирования меди. CRL работает в Таунсвилле с 1959 года, используя обычную технологию начального листа и обрабатывая черновую медь, произведенную на медеплавильном заводе Mount Isa Mines Limited в Mount Isa в Квинсленд. CRL включила технологию постоянного катода в свой проект модернизации нефтеперерабатывающего завода 1978 года. Первоначально выбранным материалом была нержавеющая сталь 316L, приваренная стежком к стержню подвески из нержавеющей стали 304L. Узел подвесной штанги затем был покрыт гальваническим покрытием медью до толщины 1,3 миллиметра («мм») (позже увеличился до 2,5 мм, а затем до 3,0 мм для повышения коррозионной стойкости штанги подвески) примерно до 15 мм вниз на лопасть. который обеспечивает достаточную электропроводность и некоторую стойкость к коррозии.
Электроосажденная медь довольно прочно прилегает к нержавеющей стали, так что она не отслаивается во время рафинирования. Вертикальные края пластин из нержавеющей стали покрыты плотно прилегающими краевыми полимерными полосами, чтобы предотвратить осаждение меди по краю катодной пластины и, таким образом, облегчить снятие с них катодной меди. Дно катодных пластин было покрыто тонкой пленкой воска, чтобы предотвратить осаждение меди вокруг нижнего края. Вместо краевой полосы использовался воск, чтобы избежать выступа, который будет собирать падающий анодный шлам и загрязнять катодную медь.
Воск также использовался на вертикальных краях, чтобы продлить срок службы вертикальная кромочная лента.
Первоначальная машина для снятия изоляции с катода была основана на той, что использовалась на заводе в Хикосима Mitsui Mining and Smelting Company из Японии. Однако потребовались значительные опытно-конструкторские работы, чтобы модифицировать конструкцию для работы с медными катодами, которые были тяжелее, чем в Хикосиме, и для обработки катодных пластин без их повреждения. Машины также пришлось модернизировать, чтобы можно было покрыть воском боковые и нижние стороны катодных пластин, чтобы можно было легко удалить следующие медные катодные листы.
Рис. 3. Автоматическая машина для снятия изоляции с катода IsaProcess. Машины для снятия изоляции. включали приемные и разгрузочные конвейеры, промывку, разделение, укладку и выгрузку катодов, разделение катодных пластин для восстановления, а также нанесение воска на боковые и нижние стороны катодных пластин.
Первоначальная машина для снятия изоляции CRL имела возможность снятие 250 катодных пластин в час.
Более низкая стоимость катодных пластин по сравнению со стартовыми пластинами означает, что возможно более короткое время цикла катода. Время цикла может составлять от 5 до 14 дней, но обычно используется семидневный катодный цикл. Это более короткое время цикла повышает выход по току, поскольку меньше коротких замыканий и меньше нодуляций на поверхности катода.
Изначально другие операторы нефтеперерабатывающих заводов относились к разработкам в CRL скептически. Нержавеющая сталь безуспешно пыталась использовать в качестве материала материнской пластины для медных стартовых листов. Они страдали от быстрого ухудшения их способности к удалению, что привело к «почти ежедневному увеличению трудности снятия изоляции». Однако после успеха первых установок в Таунсвилле, Тимминсе и многих других местах, технология постоянных катодов из нержавеющей стали получила широкое распространение.
Первоначально процесс Isa был разработан для электролитического рафинирования меди CRL в Таунсвилле. Впоследствии компания получила лицензию на производство Copper Range Company на свой завод по переработке меди в Уайт-Пайн.
Следующая лицензия была выдана на приложение для электрохимического извлечения на Брокен-Хилл. Свинцовый завод Associated Smelters («BHAS») в Порт-Пири в Южной Австралии. BHAS ввела в эксплуатацию в 1985 году установку для экстракции и электролитического извлечения (SX – EW) меди из медно-свинцового штейна, получаемого в качестве побочного продукта плавки свинца. Используемый процесс включает выщелачивание меди из материала с использованием кислого хлоридно-сульфатного раствора с последующей экстракцией растворителем для концентрирования выщелоченной меди и электрохимическим извлечением.
Электрохимическое извлечение меди отличается от электролитического рафинирования тем, что в электрорафинировании используется медный анод, который является растворяется и повторно осаждается на катоде, тогда как при электролизе медь уже находится в растворе и извлекается из раствора путем пропускания тока через раствор с использованием инертного анода из свинцового сплава и катода.
Хлорид в раствор для выщелачивания в Порт-Пири оказался проблемой для катодов из нержавеющей стали в процессе Isa. Небольшое количество хлорид-ионов в выщелачивающем растворе прошло через растворитель в электролит, что привело к зарегистрированной концентрации хлорида 80 миллиграммов на литр («мг / л») в электролите. Присутствие хлорида в электролите вызвало точечную коррозию катодных пластин из нержавеющей стали. После опробования других типов нержавеющей стали, BHAS перешла на использование титановых катодных пластин.
Затем последовали другие операции по электролизу, в том числе Гибралтарские шахты 'МакЛиз-Лейк и Magma Copper Медный рудник Сан-Мануэль в 1986 году, предприятие Mexicana de Cananea в Мексике в 1989 году и предприятие Gunpowder Copper Limited на предприятии Gunpowder на северо-западе Квинсленда в 1990 году. проблемы с коррозией, с которыми столкнулся BHAS.
Falconbridge Limited в середине 1981 года ввела в эксплуатацию медеплавильный и рафинировочный завод недалеко от Тимминса, Онтарио, для обработки концентрата с его Kidd Mine. Однако с самого начала качество катодной меди, производимой на нефтеперерабатывающем заводе в Кидде, ухудшалось из-за наличия более высоких, чем обычно, концентраций свинца и селена в анодах медеплавильного завода. Катодная медь Kidd не соответствовала техническим требованиям своих клиентов, и получение сертификата продукции для Лондонской биржи металлов («LME») стало ключевым направлением деятельности.
После того, как были инициированы несколько усовершенствований процесса, В конечном итоге стало понятно, что использование медных стартовых листов не позволяет НПЗ Кидд достичь своих целей по качеству катодов. Затем начались испытательные работы по использованию постоянных катодов из нержавеющей стали. Предварительные испытания с использованием полномасштабных титановых заготовок показали снижение содержания свинца в катодной меди в четыре раза и шестикратное снижение содержания селена по сравнению с использованием медных стартовых листов.
Затем акцент сместился на разработку зачистной машины, на разработку катодов из нержавеющей стали, включающих существующие направляющие стержни, и на оценку технологии кромочной полосы. Совет директоров компании одобрил перевод завода на технологию Кидда в апреле 1985 года. Конверсия была завершена в 1986 году, и НПЗ Кидд стал третьим предприятием, на котором была установлена технология постоянного катода и автоматизированная очистка.
Falconbridge начала продавать эту технологию в 1992 году после многочисленных запросов от других операторов нефтеперерабатывающих заводов. Таким образом, процесс Кидда создал конкуренцию между двумя поставщиками технологии с постоянными катодами. Основными различиями между ними были катодная перемычка, зачистка кромок и технология зачистки.
В отличие от перемычки из нержавеющей стали, которая тогда использовалась в катоде Isa Process, в катоде Kidd Process использовалась сплошная медная перемычка. стержень, который был приварен к листу из нержавеющей стали. Это давало меньшее падение напряжения (на 8–10 милливольт), чем на катоде Isa Process.
В технологии Isa Process использовалась вощеная кромка в нижней части катодной пластины, чтобы предотвратить осаждение меди вокруг дна пластины. образуют единую массу меди, идущую от верхней части одной стороны катодной пластины вокруг нижней части к верхней части другой стороны. Медь снималась с катодных пластин в виде двух отдельных листов. В технологии Kidd Process не использовался воск, поскольку считалось, что он может усугубить проблемы с примесями, с которыми предприятие боролось. В Kidd подход к зачистке заключался в том, чтобы удалить медь с катодной пластины в виде единого катодного продукта V-образной формы, похожего на тако-оболочку.
В Kidd Process изначально использовалась «карусельная» машина для снятия изоляции, но впоследствии была разработана линейная установка для обеспечения машин с низкой и средней производительностью очистки для электролизных заводов и небольших нефтеперерабатывающих заводов. Машины для линейной зачистки, впервые установленные в 1996 году, были более компактными, менее сложными и имели более низкие затраты на установку, чем карусельные машины.
As Как было указано выше, в процессе Kidd Process не использовался воск на постоянных катодах. Это высветило недостатки, связанные с использованием воска в процессе Isa. Потребители катодной меди оказали давление на производителей, чтобы удалить остаточный парафин из катодной меди, и использование парафина также создало «хозяйственные» проблемы для операторов Isa Process.
Следовательно, в 1997 году MIM начала программу разработки, направленную на устранение использование воска. Это привело к появлению нового процесса, получившего название Isa 2000, который позволил изготавливать однослойный катод (в отличие от катода с тако-оболочкой Kidd) без использования воска.
Рис. 4. Эффект V-образной канавки внизу край катодной исходной пластины на осажденной катодной меди. Это было достигнуто путем механической обработки V-образной канавки под углом 90 ° на нижнем крае катода. Канавка ослабляет структуру меди, растущей на нижнем крае катодной пластины, потому что кристаллы меди растут перпендикулярно катодной пластине с противоположных сторон канавки, заставляя их пересекаться под прямым углом друг к другу. На пересечении образуется разрыв в структуре, в результате чего образуется слабая зона, вдоль которой медь раскалывается во время зачистки.
Рисунок 4 представляет собой микроскопический вид поперечного сечения медного катода, растущего на конце катодная пластина. Желтые линии показывают ориентацию и направление роста кристаллов.
Стандартные катоды Isa Process имеют немного более высокое электрическое сопротивление, чем системы подвески из сплошной меди, используемые в Kidd Process, что означает более высокую стоимость электроэнергии. Однако эти затраты компенсируются большей надежностью и предсказуемостью увеличения сопротивления с течением времени, что позволяет планировать техническое обслуживание.
Подвесные стержни из цельной меди, с другой стороны, теряют электрические характеристики в течение более короткого периода времени. раз из-за разъедающего воздействия на сустав и возможен внезапный выход из строя. Затраты на обслуживание таких систем больше и менее предсказуемы. Испытание примерно 3000 подвесных стержней из сплошной меди со временем показало более низкий КПД по току в подвесных стержнях из сплошной меди около 2,4%.
Рисунок 5. Катодные пластины IsaKidd BR. Команда разработчиков MIM искала другие способы уменьшить сопротивление катодных пластин и разработан новый катод с низким сопротивлением, который он назвал ISA Cathode BR. Эта новая конструкция увеличила длину медного покрытия с 15–17 мм до 55 мм и увеличила толщину меди до 3,0 мм с 2,5 мм, используемых на стандартном катоде.
Новый катод конструкция плиты была испытана на нефтеперерабатывающем заводе CRL в Таунсвилле и на заводе Compania Minera Zaldivar в Чили. Результаты по Чили показали, что новая конструкция катода может снизить затраты на электроэнергию для завода примерно на 100 000 долларов США в 2003 году по сравнению с использованием традиционных катодных конструкций Isa Process.
С 2001 по 2007 год цены на никель выросли в среднем с 5945 долларов США до 37 216 долларов США. Никель - ключевой компонент нержавеющей стали 316L. Это, в сочетании с увеличением содержания некоторых других составляющих сплава 316L, побудило Xstrata Technology (на тот момент занимавшуюся маркетингом технологии Isa Process) искать альтернативный материал для катодных пластин.
Персонал Xstrata Technology исследовали использование новой низколегированной дуплексной нержавеющей стали, LDX 2101 и нержавеющей стали 304L. LDX 2101 содержит 1,5% никеля по сравнению с 10–14% в нержавеющей стали 316L.
LDX 2101 имеет превосходящую механическую прочность по сравнению с нержавеющей сталью 316L, что позволяет использовать более тонкие листы для катодных пластин. Однако допуск на плоскостность коммерчески доступной стали LDX 2101 не соответствовал требуемым спецификациям. Xstrata Technology работала с производителем для производства листов, которые действительно соответствовали требуемому допуску плоскостности.
Xstrata Technology также должна была разработать отделку, которая позволила бы поверхности функционировать так же, как 316L.
Катодные пластины, в которых используется LDX 2010, обладают такой же коррозионной стойкостью, как пластины из 316L.
Сплав LDX 2101 представляет собой альтернативу нержавеющей стали 316L, причем выбор зависит от относительной цены на различные стали.
Команда разработчиков Kidd Process модифицировала свои катодные пластины, чтобы они могли работать в условиях сильной коррозии, например в ячейках-освободителях, используемых для удаления загрязняющих веществ на нефтеперерабатывающих заводах и в некоторых средах с высокой степенью коррозии в электролизные установки.
Конструкция пластины включает кожух из нержавеющей стали, который окружает массивную медную подвесную штангу, защищая ее от коррозии. Коррозионно-стойкая смола внутри кожуха из нержавеющей стали защищает проводящий внутренний сварной шов между штангой коллектора и плитой. Затем на подвесной стержень наносится высококачественное уплотнение, предотвращающее попадание электролитов в проводящий внутренний сварной шов.
Этот коррозионно-стойкий электрод продается как катодная пластина высокого давления.
После разработки первоначальной машины для карусельной зачистки и последующей разработки линейной машины для снятия изоляции, персонал Falconbridge разработал линейную машину высокой производительности Kidd Process («HCLM»). Эта машина включала в себя систему загрузки и разгрузки, основанную на робототехнике.
Новая конструкция, среди прочего, улучшила зону разгрузки съемника. Это было проблемной зоной для карусельных машин для снятия изоляции, в которых медь, высвобожденная из катодной пластины, падала в оболочку и затем передавалась в устройство для обработки материалов. Медь, которая плохо себя ведет и не переносит, часто требует ручного вмешательства. Новая система разгрузки робота устранила свободное падение меди и физически переместила высвободившуюся медь в место разгрузки.
После решения Falconbridge в 1992 г. о продаже Kidd технологии, Falconbridge и тогдашние группы MIM Process Technologies конкурировали за рынок технологий для резервуаров. В период с 1992 по 2006 год было продано 25 лицензий на технологию Kidd, в то время как за тот же период было продано 52 лицензии на процесс Isa.
Xstrata plc (ныне Glencore Xstrata) приобрела MIM Holdings в 2003 году. Технология Isa Process продолжалась будет разработан и продан Xstrata Technology. Впоследствии Xstrata приобрела Falconbridge в 2006 году. Технология Kidd Process впоследствии стала частью пакета Xstrata Technology, и вместе они начали продаваться как IsaKidd, имя, которое представляет двойное наследие технологии.
Результатом стал технологический пакет, сочетающий в себе то, что взаимно считалось лучшим из обеих версий. Эта комбинация привела к разработке новых систем для снятия изоляции, и в настоящее время разрабатываются новые конструкции катодов.
Изменение отложений меди на катодных пластинах было одной из трудностей, с которыми сталкивались более ранние устройства для снятия изоляции. Области тонкой меди на катодных пластинах, вызванные короткими замыканиями, трудно отделить от пластины из нержавеющей стали из-за их недостаточной жесткости. Пластины с такими участками обычно выбрасывались из зачистной машины и снимались вручную. Точно так же липкие медные отложения (обычно связанные с плохим состоянием поверхности на катодной пластине, например, корродированные поверхности или неправильная механическая обработка), сильно нодулированный катод и многослойная медь вызывали проблемы при зачистке.
Разработка оборудования для зачистки была сосредоточена на разработке устройство, которое можно рассматривать как более удобную и универсальную машину для снятия изоляции, которая может обрабатывать катодные пластины с проблемными медными отложениями, не отбрасывая их и не снижая скорость снятия изоляции.
Рис. 6. Роботизированная машина для снятия изоляции IsaKidd. Результат из этой работы была новая роботизированная машина для снятия изоляции катода. Он включает в себя следующие особенности:
Зачистные клинья установлены на двух роботизированных манипуляторах, по одной с каждой стороны катодной пластины. Эти рычаги снимают медь с пластины и укладывают листы катодной меди на конвейеры, чтобы их забрать для связывания.
Преимущества, упомянутые для технологии IsaKidd, включают :
Рис. 7. Связки катодной меди, привязанные для транспортировки на рынок. Персонал кипрского медеплавильного завода в Майами написал после установки технологии Isa Process, что: «Сейчас хорошо доказано, что резервуары, использующие катодную технологию из нержавеющей стали, могут стабильно производить высококачественные катоды, работая при более высокой плотности катодного тока. и с меньшим расстоянием между катодами, чем те, которые используются в обычных резервуарах ».
