Mengapa Tembaga Sekunder Penting
Tembaga adalah salah satu logam industri yang paling efektif didaur ulang. Bahan ini dapat dicairkan berulang kali tanpa kehilangan sifat esensialnya, memiliki nilai sisa intrinsik yang tinggi sehingga mendukung pengumpulan, dan teknologi pemurniannya sudah mapan. Hasilnya adalah sebagian besar tembaga yang digunakan dalam barang jadi saat ini berasal dari bahan daur ulang dan bukan dari konsentrat yang baru ditambang, dan produksi sekunder merupakan bagian yang sudah mapan dalam rantai pasokan untuk batangan, kawat, strip, tabung, dan coran.
Rute pengolahan sepenuhnya bergantung pada bahan mentah. Sekitar dua pertiga tembaga yang diperoleh dari produk akhir masa pakainya adalah bahan bersih dan bermutu tinggi seperti kawat dan potongan pabrik, yang dapat dicairkan kembali dan digunakan langsung dalam produksi produk tembaga atau paduan tembaga. Sepertiga sisanya mengandung campuran logam, pelapis, oksida atau plastik, dan harus dilebur dan dimurnikan sebelum dapat dikembalikan ke pasar sebagai tembaga olahan. Pembagian tersebut menjadi dasar bagi dua jalur pemanfaatan yang diuraikan di bawah ini, dan hal ini menjelaskan mengapa smelter sekunder disusun berdasarkan kualitas sisa, bukan berdasarkan satu proses tetap.
Klasifikasi Scrap dan Dua Jalur Pemanfaatannya
Jalur pertama adalah pemanfaatan langsung. Potongan bahan kimia yang diketahui dan telah disortir dicairkan dan dituang menjadi tembaga murni atau paduan tembaga, dan sampai ke pengguna sebagai bahan jadi tanpa melalui elektrolisis. Nilai yang cocok untuk pemanfaatan langsung meliputi kawat telanjang terang, potongan pabrik bersih, batang bus, dan tembaga berat dari peralatan yang dinonaktifkan.
Jalur kedua adalah pemanfaatan tidak langsung. Scrap yang terkontaminasi, teroksidasi atau komposisi campuran dilebur terlebih dahulu ke dalam pelat anoda dan kemudian dimurnikan secara elektrolitik menjadi tembaga katoda, yang setara dengan tembaga pemurnian primer untuk sebagian besar tujuan hilir. Tahap pemurnian inilah yang menghilangkan pengotor yang dikonsentrasikan pada tahap peleburan, dan inilah alasan mengapa jalur tidak langsung dapat menerima kualitas sisa yang tidak dapat digunakan dalam tungku peleburan kembali.
Dalam rute tidak langsung, prosesnya selanjutnya diklasifikasikan berdasarkan tingkatan sisa: material-berkadar tinggi dapat dimurnikan dalam urutan yang singkat, sedangkan material-berkadar rendah memerlukan urutan yang lebih panjang dengan pembentukan terak yang lebih banyak dan penghilangan pengotor yang lebih banyak. Istilah satu-tahap, dua-tahap, dan tiga-tahap mengacu pada jumlah langkah pirometalurgi sebelum elektrolisis.
Rute Peleburan Satu-Tahap, Dua-Tahap, dan Tiga-Tahap
Ketiga rute tersebut berbeda dalam hal berapa banyak peningkatan yang harus dilakukan sebelum anoda dipasang. Pilihan ini ditentukan oleh kandungan tembaga, spektrum pengotor potongan, dan kapasitas tungku yang tersedia.
| Rute | Umpan khas | Urutan proses |
|---|---|---|
| Satu-tahap | Tembaga-mutu tinggi, di atas sekitar 98 % tembaga, seperti tembaga berat, batang bus bersih, dan residu elektrolitik | Diisi langsung ke tungku pemurnian anoda, api dimurnikan menjadi anoda, kemudian pemurnian elektrolitik menjadi katoda |
| Dua-tahap | Scrap{0}}kelas menengah yang perlu dicairkan dan dihilangkan sulfur atau kotorannya | Tungku peleburan menjadi tembaga mentah, kemudian tungku pemurnian anoda, kemudian pemurnian elektrolitik |
| Tiga-tahap | Campuran-kualitas rendah dan limbah yang mengandung tembaga-, mengandung beberapa persen tembaga ke atas | Tungku peleburan menjadi tembaga matte atau mentah, peniupan konverter, pemurnian anoda, pemurnian elektrolitik |
Rute satu-tahap adalah yang terpendek dan paling hemat energi, namun memerlukan umpan yang bersih karena tidak ada tahap perantara yang dapat mengubah kotoran menjadi terak. Rute dua-tahap ini menambahkan tahap peleburan dan peniupan, yang memungkinkan material yang teroksidasi dan terkontaminasi sebagian diproses dan menghasilkan tembaga mentah yang kemudian dimurnikan. Rute tiga-tahap adalah yang paling fleksibel dan dapat menerima bahan mentah dengan kandungan tembaga yang sangat rendah, karena tungku peleburan memisahkan tembaga menjadi fase logam matte atau mentah sekaligus menolak besi, silika, dan sebagian pengotor lainnya menjadi terak.
Dalam rute tiga-tahap, sisa-sisa-potongan dan tembaga-kadar rendah dilebur dalam tungku peleburan, biasanya tungku peleburan poros atau ledakan atau tungku peleburan-lancebath terendam untuk hasil yang lebih tinggi. Matte cair atau tembaga mentah dialirkan ke konverter, tempat ledakan yang diperkaya udara atau oksigen-mengoksidasi belerang dan besi, dan pengotor yang tersisa sebagian menjadi terak dan sebagian lagi menjadi debu buang. Tembaga yang dikonversi kemudian disuling dengan api di tungku anoda, dilemparkan ke anoda dan dikirim ke rumah tangki. Rute tiga-tahap menghasilkan perolehan tembaga dan-produk sampingan yang berharga, dan komposisi debu cerobong relatif sederhana sehingga lebih mudah untuk diolah, namun memerlukan lebih banyak peralatan, lebih banyak bahan bakar, dan pengoperasian yang lebih kompleks dibandingkan rute yang lebih pendek. Dalam praktiknya, sebagian besar pabrik tembaga sekunder menggabungkan konsep dua{11}}tahap dan tiga-tahap sehingga konsumsi energi per ton berkurang sekaligus perolehan logam berharga dimaksimalkan.
Pemurnian, Pengendalian Pengotor, dan-Produk Sampingan
Pemurnian api dalam tungku anoda memiliki dua tujuan: oksidasi, yang menghilangkan unsur-unsur yang lebih reaktif daripada tembaga, dan reduksi, yang menghilangkan kelebihan oksigen yang tersisa pada tahap oksidasi sehingga anoda sehat dan menghasilkan cetakan yang bersih. Tahap oksidasi dilakukan dengan meniupkan udara atau oksigen ke dalam lelehan, dan tahap reduksi secara tradisional menggunakan gas pereduksi atau bahan berkarbon yang disuntikkan ke dalam bak. Suhu dan titik akhir setiap tahap dikontrol dengan ketat, karena oksidasi berlebih menghasilkan anoda berpori dan pengecoran buruk, sedangkan oksidasi rendah meninggalkan sisa pengotor.
Pemurnian elektrolitik kemudian menghasilkan tembaga katoda dengan kemurnian tinggi. Anoda tersuspensi dalam elektrolit tembaga sulfat dan asam sulfat, dan arus searah mentransfer tembaga dari anoda ke baja tahan karat atau katoda tembaga sementara pengotor tetap berada dalam larutan atau mengendap sebagai lendir anoda. Slime adalah produk sampingan yang berharga-karena mengkonsentrasikan logam mulia, dan aliran keluar dari elektrolit diolah untuk mengontrol penumpukan nikel, arsenik, dan antimon. Pengendalian pengotor di rumah tangki adalah langkah yang menentukan apakah katoda memenuhi kemurnian yang diharapkan dari tembaga murni.
Pengotor yang paling menyulitkan peleburan sekunder adalah timbal, timah, seng, nikel, antimon, dan bismut. Seng dan timbal mudah menguap pada tingkat yang berbeda-beda dan sebagian disebabkan oleh debu buangan. Timah, antimon, dan bismut sulit dihilangkan dalam pemurnian api dan harus dikelola dengan mencampurkan muatan secara hati-hati sehingga bahan kimia anoda tetap berada dalam batas yang dapat ditoleransi oleh rumah tangki. Itulah sebabnya perhitungan campuran adalah salah satu tugas pengendalian yang paling penting dalam pabrik tembaga sekunder: tujuannya adalah untuk menjaga kandungan tembaga cukup tinggi dan elemen penalti cukup rendah sehingga anoda memenuhi spesifikasi tanpa biaya pengilangan yang berlebihan.
Energi, Emisi dan Pengendalian Mutu
Argumen energi untuk tembaga sekunder kuat, dan ini adalah salah satu alasan keberadaan industri ini. Memproduksi tembaga dari bahan daur ulang memerlukan sebagian kecil dari energi yang dikonsumsi dalam penambangan dan peleburan konsentrat primer, dan angka-angka yang sering disebutkan menunjukkan bahwa penghematan merupakan sebagian besar kebutuhan energi primer, yang juga disertai dengan pengurangan emisi sulfur dioksida dan volume tailing yang dihasilkan. Manfaat terbesar diperoleh pada jalur pemanfaatan langsung, yaitu logam yang dilebur kembali, dan yang terkecil pada jalur tiga-tahap, yang masih melibatkan peleburan dan konversi-suhu tinggi.
Pengendalian lingkungan di pabrik tembaga sekunder modern mencakup beberapa aliran:
Gas buang dari tungku peleburan dan konversi didinginkan, dibersihkan dalam pengumpul debu dan diolah sebelum dilepaskan, dan debu yang terkumpul dikembalikan ke proses untuk perolehan kembali logam.
Kandungan plastik dan organik dalam sampah dikontrol, karena pembakaran bahan organik yang tidak sempurna dapat menghasilkan emisi yang tidak dirancang untuk dihilangkan oleh sistem pembersihan gas.
Terak digranulasi dan dijual untuk digunakan dalam konstruksi atau diproses lebih lanjut untuk memperoleh sisa tembaga.
Air proses disirkulasi ulang, dengan aliran pembuangan yang diolah untuk menghilangkan logam berat sebelum dibuang.
Kontrol kualitas mengikuti produk daripada proses. Anoda diambil sampelnya dan dianalisis tembaganya dan elemen penaltinya, serta berat dan geometri anoda dikontrol sehingga rumah tangki beroperasi pada efisiensi arus yang stabil. Katoda diambil sampelnya sepanjang siklus pelapisan dan diperiksa kondisi permukaannya, dan katoda akhir dianalisis untuk memastikan bahwa kemurniannya memenuhi persyaratan untuk tembaga murni. Dokumentasi untuk pelanggan ekspor biasanya mencakup analisis setiap lot katoda beserta identitas lotnya, sehingga material tersebut dapat ditelusuri kembali ke batch anoda dan ke campuran sisa yang memproduksinya.
Pertanyaan Umum
Q: Apa perbedaan pemanfaatan skrap tembaga secara langsung dan tidak langsung?
Pemanfaatan langsung melebur kembali skrap yang bersih-bermutu tinggi dan langsung melemparkannya ke dalam tembaga halus atau paduan tembaga. Pemanfaatan tidak langsung melebur skrap yang terkontaminasi atau tercampur ke dalam anoda dan kemudian memurnikannya secara elektrolitik menjadi tembaga katoda.
T: Apa yang dimaksud dengan peleburan satu{0}}tahap, dua-tahap, dan tiga-tahap?
Mereka mengacu pada jumlah langkah pirometalurgi sebelum pemurnian elektrolitik. Satu-tahap mengisi tembaga-kadar tinggi langsung ke tungku anoda, dua-tahap menambahkan tahap peleburan dan peniupan, dan tiga-tahap menambahkan tungku peleburan dan konverter sebelum pemurnian anoda.
T: Memo manakah yang cocok untuk-pemrosesan satu tahap?
Bahan dengan kandungan tembaga sekitar 98 % atau lebih, seperti tembaga berat yang bersih, batang bus, dan residu-bermutu tinggi dengan tingkat elemen penalti yang rendah, karena rute yang pendek memberikan sedikit peluang untuk menolak kotoran.
T: Mengapa pemurnian api anoda diperlukan sebelum elektrolisis?
Oksidasi menghilangkan unsur-unsur yang lebih reaktif daripada tembaga dan reduksi menghilangkan kelebihan oksigen yang tersisa pada langkah tersebut, sehingga anoda berfungsi dengan baik, terbentuk dengan bersih dan larut pada laju yang stabil di dalam rumah tangki. Ini juga mengurangi beban pengotor yang mencapai elektrolit.
T: Bagaimana cara menangani timbal, timah, dan antimon?
Unsur-unsur tersebut dikelola terutama dengan memadukan muatan sehingga kimia anoda tetap berada dalam kisaran yang dapat diolah oleh rumah tangki, dan sebagian lagi dengan oksidasi dalam tungku anoda, di mana beberapa elemen ini dilaporkan menjadi terak dan membuang debu.
T: Apakah tembaga daur ulang memiliki kualitas yang sama dengan tembaga primer?
Katoda yang dihasilkan oleh pemurnian elektrolitik anoda sekunder memenuhi persyaratan kemurnian yang sama seperti tembaga olahan dari konsentrat primer, dan dapat dipertukarkan dalam produk hilir. Kualitasnya bergantung pada pengendalian urutan peleburan dan pemurnian, bukan pada asal bahan mentahnya.
