مس جزئی جدایی ناپذیر از دنیای مدرن است. تولید و فرآوری مس یک فرآیند مهم صنعتی و در عین حال بسیار انرژی‌بر است. مبدلهای حرارتی در این فرآیند نقش تعیین کننده‌ای دارند و علاوه بر کنترل فرآیند تولید میتوانند با بازیافت حرارت به افزایش قابل توجه راندمان کلی فرآیند کمک ویژه کنند.
اهمیت مس در دنیای امروز
مس، فلزی به رنگ قهوه‌ای مایل به قرمز، یک ماده حیاتی در صنعت مدرن است. مس به دلیل هدایت الکتریکی و هدایت حرارتی عالی خود، در بخشهای وسیعی از صنعت کاربرد دارد. مس عمدتاً به صورت سیم، کابل یا میله برای تولید، انتقال و هدایت جریان برق استفاده میشود. مقادیر قابل توجهی از مس در تولید ژنراتورها، موتورها، ترانسفورمرها، باتریهای لیتیومی و سایر تجهیزات الکتریکی استفاده میشود. حدود ۴۰% مس تولیدی دنیا برای تجهیزات الکتریکی به کار میرود. به دلیل هدایت حرارتی بالا از مس در ساخت مخازن، پایپینگ و مبدلهای حرارتی نیز به صورت گسترده استفاده میشود. از دیگر کاربردهای مس میتوان به تولید آلیاژهای مقاوم به خوردگی، ساخت توربینهای بادی و سلولهای خورشیدی، ساخت خودرو و کشتیها، ساختمان سازی، ساخت سدها و پلها اشاره کرد.
مراحل تولید و فرآوری مس
استخراج: مس از طریق روشهای معدنکاری روباز یا زیرزمینی از زمین استخراج میشود. سنگ معدن استخراج شده برای تسهیل مرحله بعدی (لیچینگ) خرد شده و به ذرات ریزتری آسیاب میشود. مبدلهای حرارتی در این مرحله برای خنک کاری روغن هیدرولیک و روغن گیربکس در ماشین‌آلات استخراج و آسیاب استفاده میشوند.
لیچینگ (Leaching): در این مرحله محلول لیچینگ (معمولا اسید سولفوریک رقیق) بر روی سنگ معدن خرد شده اسپری میشود تا مس را در خود حل کند. این واکنش با تولید حرارت زیادی همراه است. محلول لیچ خروجی (PLS – Pregnant Leach Solution) از مس غنی بوده و دمای بالایی دارد. با استفاده از یک مبدل حرارتی صفحه‌ای، حرارت این محلول بازیابی شده و محلول لیچ بازیابی شده از مرحله بعدی (استحصال حلال) را پیشگرم میکند. محلول پیشگرم شده مجددا در فرآیند لیچینگ مورد استفاده قرار میگیرد. این کار سرعت واکنش را بالا برده و راندمان فرآیند لیچینگ را بالا میبرد. به دلیل خورندگی بالای محلول لیچینگ معمولاً جنس صفحات از آلیاژهای نیکل که مقاومت به خوردگی بالایی دارند، مثل C276، استفاده میشود.
استحصال حلال: در این مرحله PLS با یک حلال ارگانیک که با یونهای مس پیوند برقرار میکند مخلوط شده و مس را از سایر ناخالصیها جدا میکند. خروجی این مرحله دو محلول است؛ یکی محلول باطله (Raffinate) که حاوی ناخالصی‌هاست و به مرحله لیچینگ بازگردانده میشود؛ و دیگری محلول ارگانیک غنی از مس که به مرحله بعدی میرود.
الکترووینینگ (Electrowinning): از حلال حاوی مس (الکترولیت غلیظ) در فرآیند الکترووینینگ برای بازیابی مس خالص فلزی استفاده میشود. برای جداسازی یونهای مس از حلال، جریان الکتریسیته اعمال میشود که منجر به رسوب مس خالص روی کاتد میشود. الکترولیت رقیق خروجی دمای بالایی دارد و میتوان از آن برای پیشگرم الکترولیت غلیظ استفاده میکرد. این کار توسط یک مبدل حرارتی صفحه‌ای انجام میشود. هم چنین از یک مبدل حرارتی صفحه‌ای دیگر برای گرمایش نهایی الکترولیت غلیظ (توسط بخار یا آب گرم) و تنظیم دمای محلول پیش از ورود به حوضچه الکترووینینگ استفاده میشود.
ذوب مس: فرآیند لیچینگ زمانی انجام میشود که درصد خلوص مس در سنگ معدن پایین باشد. در صورتی درصد خلوص مس از حد مشخصی بالاتر باشد از ذوب مستقیم سنگ معدنی استفاده میشود. به این ترتیب مس پس از ذوب در کوره با دمای حدود ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد از بقیه اجزاء مثل آهن و گوگرد جدا میشود. گازهای خروجی از اگزوز کوره انرژی زیادی دارند. با استفاده از یک مبدل حرارتی پیلوپلیت میتوان از این حرارت برای پیشگرم هوای احتراق استفاده کرد. اینکار نه تنها راندمان کلی کوره را افزایش میدهد بلکه از خوردگی تجهیزات پایین‌دستی نیز جلوگیری میکند.
با بهینه سازی انتقال حرارت در طول فرآیند فرآوری مس، مبدلهای حرارتی نقشی حیاتی در چرخه تولید پربازده، پایدار و مقرون به صرفه مس ایفا میکنند. این مهم در صورتی حاصل میشود که انتخاب نوع و جنس مبدل حرارتی و طراحی آن بسته به شرایط هر فرآیند به درستی انجام شود. برای مشاوره در این خصوص کارشناسان آگرین انرژی فرآیند آماده مشاوره و پاسخگویی به سوالات شما هستند.
