구리 제련 슬래그의 환원 처리 시 코크스나 석탄 가루와 같은 탄소질 환원제를 첨가하는 이유는 무엇입니까?

코크스나 석탄 가루와 같은 탄소질 환원제를 첨가하는 주요 기능은 구리 제련 슬래그의 화학적 및 물리적 상태를 근본적으로 변화시키는 것입니다. 이러한 환원제는 고가(high-valence)의 자철석(Fe3O4)을 저가(low-valence)의 산화철(FeO)로 화학적으로 환원시켜, 슬래그의 점도와 밀도를 크게 낮추어 갇힌 금속을 방출합니다.

제련 슬래그에 자철석이 존재하면 귀중한 구리를 가두는 두껍고 점성이 높은 환경이 조성됩니다. 탄소를 사용하여 이 자철석을 산화철로 전환하면 구리 방울이 가라앉아 효율적으로 회수될 수 있는 유동성 있는 슬래그가 생성됩니다.

슬래그 환원의 화학

자철석 표적화

탄소를 첨가하는 핵심 목표는 자철석(Fe3O4)의 축적 문제를 해결하는 것입니다. 구리 제련에서 이 고가 철 산화물은 용융물의 유동성에 부정적인 영향을 미치는 부산물입니다.

환원 공정

탄소질 환원제는 화학적 스캐빈저 역할을 합니다. 자철석에서 산소를 제거하여 산화철(FeO)로 전환합니다. 고가 상태에서 저가 상태로의 이러한 환원은 슬래그 최적화의 중요한 첫 단계입니다.

물리적 특성 개선

점도 감소

고체 또는 복합 자철석 구조는 용융 슬래그를 두껍고 느리게 만듭니다. 이를 산화철로 전환하면 점도가 크게 감소하여 슬래그가 훨씬 더 유동적이게 됩니다.

밀도 감소

화학적 변환은 또한 슬래그 상의 전체적인 밀도를 낮춥니다. 이는 폐슬래그와 귀중한 구리 사이의 밀도 차이를 증가시켜 중력 기반 분리에 필수적입니다.

구리 회수 메커니즘

캡슐화 파괴

고점도 슬래그는 구리 매트 또는 금속 구리 방울을 물리적으로 가두는 캡슐화 구조를 형성하는 경향이 있습니다. 환원 공정은 이러한 구조를 분해하여 갇힌 금속을 효과적으로 방출합니다.

침강 촉진

슬래그가 유동적이고 덜 밀도가 되면 중력이 작용합니다. 이전에 현탁되어 있던 금속 구리 방울은 이제 최소한의 저항으로 용융층을 통해 가라앉을 수 있습니다. 이러한 침강은 전반적인 구리 회수율을 개선하는 주요 동인입니다.

통제되지 않은 자철석의 함정

점도 함정

탄소질 환원제를 사용하지 않거나 잘못 투여하면 자철석 수치가 높게 유지됩니다. 이로 인해 슬래그가 액체보다는 두꺼운 페이스트처럼 작용할 정도로 점성이 높아져 물리적 분리가 방해됩니다.

기계적 갇힘

산화철로 환원되지 않으면 구리 방울은 슬래그에 기계적으로 현탁된 상태로 남아 있습니다. 귀중한 금속이 폐슬래그와 함께 버려지므로 상당한 수율 손실이 발생합니다.

귀하의 공정을 위한 올바른 선택

슬래그 화학과 물리적 거동 간의 관계를 이해하는 것이 높은 회수율의 핵심입니다.

유동성 극대화가 주요 초점이라면: 환원 공정이 Fe3O4를 FeO로 전환하는 것을 적극적으로 목표로 하여 점도를 최소화하도록 하십시오.
구리 손실 최소화가 주요 초점이라면: 캡슐화 구조를 파괴하여 갇힌 구리 방울의 중력 침강을 허용하는 데 우선순위를 두십시오.

철 산화물의 화학을 제어하면 구리의 물리적 분리가 뒤따를 것입니다.

요약 표:

메커니즘	화학적 변화	물리적 효과	결과
환원	Fe3O4 → FeO	점도 감소	유동성 슬래그로 금속 이동 가능
상 변화	고가 → 저가	밀도 감소	중력 분리 향상
회수	캡슐화 파괴	유동성 증가	갇힌 구리 방울 침강