1、火法冶金-熔煉技術(shù)緒言（2）造锍熔煉（12）吹煉銅锍（8）還原熔煉鉛燒結(jié)塊（10）還原熔煉錫精礦（6 ）直接熔煉硫化礦（6）火法冶金-熔煉技術(shù)重金屬的冶煉:火法冶金、濕法冶金以及電化冶金等,目前以火法冶金為主.重金屬的熔煉方法，基本上可分為四類。第一類是硫化礦物的造锍熔煉，如:銅、鎳及其伴生金屬鈷。第二類是金屬硫化物直接生產(chǎn)出金屬，如:鉛。第三類是硫化礦物原料先經(jīng)焙燒或燒結(jié)后，再進(jìn)行還原熔煉生產(chǎn)金屬，如:鋅、鉛、銻和錫的氧化礦物，直接采用還原熔煉方法生產(chǎn)金屬第四類是焙燒后的硫化礦或氧化礦用硫酸等溶劑浸出，然后用電積法或其它方法從溶液中提取金屬，簡稱濕法冶金。如:鋅、鎘、鎳和鈷1.緒言金屬原料

2、粗煉方法 精煉主要回收元素銅硫化礦氧化礦 焙燒-造锍熔煉-轉(zhuǎn)爐吹煉 浸出-萃取-電積 電解 S，Au、Se、Te、Bi、Ni，Co、Pb，Zn，Ag 鎳硫化礦氧化礦混合礦 造锍熔煉-磨浮-焙燒-炭還原造锍熔煉-焙燒-還原加壓氨浸-加壓氫還原 電解電解 Co，Pt及Pt族，S、Cu 鈷銅鎳礦伴生 硫酸化焙燒-浸出-還原 電解 Co 鋅硫化礦 氧化礦（煙塵）燒結(jié)-炭還原焙燒-浸出-凈化-電積 浸出-凈化-電積精餾 S，Cd，In，Ge，Ga，Co ，Cu，Co，Pb，Ag，Hg 鎘煙塵凈化渣 浸出-凈化-鋅置換-電積 精餾 Tl 金屬原料 粗煉方法 精煉方法 主要回收元素鉛硫化礦 燒結(jié)炭還原直接熔

3、煉 電解火法精煉 S，Ag，Bi、Tl，Sn，Sb，Se，Te，Cu，Zn 鉍硫化礦鉛銅伴生物 鐵還原炭還原 電解火法精煉 Pb，Cu，Ag，Te 錫氧化礦 精選浸出焙燒炭還原 火法精煉電解 Cu，Pb，Bi 銻硫化礦 焙燒炭還原浸出電積 火法精煉Au，S，Se，Te 汞硫化礦 焙燒熱分解 Hg 2.熔煉技術(shù)-造锍熔煉2.1造锍熔煉的原料主要包括硫化精礦和造渣用的熔劑。銅的造锍熔煉，熔煉的物料包括銅精礦或經(jīng)過焙燒以后的銅焙砂以及造渣熔劑。造锍熔煉后，物料中除了硫氧化成SO2從煙氣中排出以外，其它元素，有少量的被揮發(fā)，大部分則分別進(jìn)入冰銅和爐渣兩種產(chǎn)物中 2.造锍熔煉表21銅造锍熔煉的精礦及產(chǎn)物

4、的成分 造锍熔煉屬于氧化熔煉，精礦中的FeS被部分氧化，產(chǎn)生了SO2煙氣，氧化得到的FeO則與SiO2等脈石成分造渣。沒有被氧化的FeS則與高溫下穩(wěn)定的Cu2S結(jié)合形成冰銅熔煉所用精礦和熔煉產(chǎn)物成分如表21所示鎳的熔煉也采用這種過程產(chǎn)出冰鎳或銅冰鎳。在鉛的還原熔煉過程中如果原料含銅高，也有可能產(chǎn)出鉛锍。硫化銻精礦的鼓風(fēng)爐揮發(fā)熔煉也會產(chǎn)生銻锍。這些產(chǎn)物的成分舉例列于表22。 表22各種锍產(chǎn)物的成分() 造锍熔煉得到的主要產(chǎn)物锍(冰銅，冰鎳或銅冰鎳等)，一般要經(jīng)過吹煉過程，使其進(jìn)一步氧化及其它處理步驟才能得到金屬。吹煉仍然是MS的氧化，使鐵完全氧化造渣。硫完全氧化得SO2煙氣。有色金屬的硫化物熔煉

5、，實質(zhì)是MS礦物的氧化熔煉過程。在熔煉高溫(14731573K)下，產(chǎn)出液態(tài)金屬、液態(tài)爐渣和SO2煙氣，锍只是熔煉過程的中間產(chǎn)物，但是它對熔煉過程有很大影響。主要物理化學(xué)變化造锍熔煉過程的主要物理化學(xué)變化為：水分蒸發(fā)，高價硫化物分解，硫化物直接氧化，造锍反應(yīng)，造渣反應(yīng)。(1)水分蒸發(fā)目前除閃速熔煉、三菱法等處理干精礦外，其他方法的入爐精礦，水分都較高(為614)。這些精礦進(jìn)入高溫區(qū)后，礦中的水分將迅速揮發(fā)，進(jìn)入煙氣。(2)高價硫化物的分解銅精礦中高價硫化物主要有黃鐵礦(FeS2)和黃銅礦(CuFeS2)，在爐中它們將按下式分解： 2FeS22FeS+S2 2CuFeS2Cu2S+2FeS+1/

6、2S2在中性或還原性氣氛中，F(xiàn)eS2于300以上分解，CuFeS2于550以上分解。在大氣中，F(xiàn)eS2于565開始分解。分解產(chǎn)出的Cu2S和FeS將繼續(xù)氧化或形成銅锍，分解出的S2將繼續(xù)氧化成SO2進(jìn)入煙氣中 S2+2O22SO2(3)硫化物直接氧化在現(xiàn)代強(qiáng)化熔煉中，爐料往往很快進(jìn)入高溫強(qiáng)氧化氣氛中，所以高價硫化物除發(fā)生分解外，還可能被直接氧化。 2CuFeS2+5/2O2=Cu2SFeS+FeO+2SO2 2FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO2 3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2 2CuS+O2=Cu2S+SO2 2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2在高氧勢下，F(xiàn)eO可繼續(xù)

7、氧化成Fe3O4： 3FeO+1/2O2=Fe3O4(4)造锍反應(yīng)上述反應(yīng)產(chǎn)生的FeS和Cu2O在高溫下將發(fā)生下列反應(yīng)： FeS+Cu2O=FeO+Cu2S一般說來，在熔煉爐中只要有FeS存在，Cu2O就會變成Cu2S，進(jìn)而與FeS形成锍。這是因為Fe和O2的親和力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Cu和O2的親和力，而Fe和S2的親和力又小于Cu和S2的親和力。 (5)造渣反應(yīng)爐料中產(chǎn)生的FeO在有SiO2存在時，將按下式反應(yīng)形成鐵橄欖石爐渣： 2FeO+SiO2=(2FeOSiO2)此外，爐內(nèi)的Fe3O4在高溫下也能與FeS和SiO2作用生成爐渣。 FeS+3Fe3O4+5SiO2=5(2FeOSiO2)+SO2

8、在造锍熔煉等一系列冶金作業(yè)中，都會發(fā)生許多化學(xué)反應(yīng)，作為冶金工作者應(yīng)該知道:在一定條件下，哪些反應(yīng)可以進(jìn)行，哪些反應(yīng)不能進(jìn)行，反應(yīng)能進(jìn)行到什么程度，反應(yīng)在進(jìn)行過程中有無熱量的變化(是吸熱，還是放熱);改變條件對化學(xué)反應(yīng)有什么影響，這類問題正是化學(xué)熱力學(xué)要探討的范圍?；瘜W(xué)熱力學(xué)就是研究化學(xué)反應(yīng)中能量的轉(zhuǎn)化、化學(xué)反應(yīng)的方向和限度，以及外界條件對化學(xué)反應(yīng)方向和限度的影響的科學(xué)。2.2.2銅熔煉有關(guān)反應(yīng)的G0-T圖熱力學(xué)中反應(yīng)的吉布斯標(biāo)準(zhǔn)自由能變化是等溫等壓下過程能否自發(fā)進(jìn)行的判據(jù):如果過程自發(fā)進(jìn)行，則過程的吉布斯自由能變化G0，則過程不可能自發(fā)進(jìn)行；當(dāng)G=0時，則過程正反兩個方向進(jìn)行的速度相等，也即

9、過程達(dá)到平衡狀態(tài)。實際冶金反應(yīng)多在等溫等壓下進(jìn)行，所以討論G對我們極為重要。 設(shè)反應(yīng)為： aA+bB=dD+hH 則反應(yīng)的吉布斯自由能變化與溫度存在下列關(guān)系：此式稱為反應(yīng)的等溫方程式。 式中 （稱平衡常數(shù)表達(dá)式） (稱壓力商)G0為反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化，即反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)行時的自由能變化。所謂標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，在熱力學(xué)中定義為：反應(yīng)體系中原始物(A和B)和產(chǎn)物(D和H)的分壓各為101kPa的情況。（1atm）在此狀態(tài)下:所以從而有或在恒溫下，Kp是一個定值。等溫方程將恒溫下反應(yīng)的自由能變化與反應(yīng)的平衡常數(shù)，以及實際階段體系中各物質(zhì)的分壓聯(lián)系了起來。 從反應(yīng)的Kp和Jp值對比就可判斷反應(yīng)進(jìn)行的

10、方向： 若JpKp，則GKp，則G0，反應(yīng)不能自發(fā)向右進(jìn)行； Jp=Kp，則G=0，反應(yīng)向左和向右進(jìn)行的速度相等，即反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)。從上述分析即可看出，要想使化學(xué)反應(yīng)向右進(jìn)行，可以采取以下措施：減小產(chǎn)物分壓或增大反應(yīng)物分壓，使JpKp；改變溫度，使Kp值增大，從而使JpKp。當(dāng)然也可同時采用這兩種措施，使JpKp1的渣稱堿性渣，Kv1.5時，工業(yè)爐渣粘度都低于0.2Pa.s（見圖 211所示)。 圖 211不同溫度下工業(yè)爐渣粘度與 堿度的關(guān)系爐渣的電導(dǎo)率對電爐作業(yè)有很大的意義。爐渣的電導(dǎo)率與粘度有關(guān)。一般來說，粘度小的爐渣具有良好的電導(dǎo)性。含F(xiàn)eO高的爐渣除了有離子傳導(dǎo)以外，還有電子傳導(dǎo)而具有

11、很好的電導(dǎo)性。銅爐渣的熱導(dǎo)率為2.09w/(mK)。 (5)爐渣的電導(dǎo)率 可由0.7148-3.1710-4(Ts-273)求得，其單位為N/m。實測的熔锍-熔渣系的界面張力依銅品位而異，在0.050.2N/m之間變化，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于銅-渣系的界面張力(0.90N/m)。這表明熔锍易分散在熔渣中，這也就是爐渣中金屬損失的原因之一。(6)銅爐渣的表面張力一般硅酸鹽渣熔體的比熱容為：1.2kJ/(kg.K)(酸性渣)或1.0kJ/(kg.K)(堿性渣)，熔渣的熱焓為：1250(1373K)1800(1673K)kJ/kg，熔化熱為420kJ/kg。(7)銅爐渣的其他性質(zhì)爐渣成分的變化(即常稱的渣型變化)

12、，對爐渣的性質(zhì)有重要影響。但各成分對爐渣性質(zhì)的影響情況非常復(fù)雜。某些成分的影響仍未弄清楚。表 28列出了幾種主要成分及溫度對液態(tài)爐渣性質(zhì)的影響。在一定渣成分范圍內(nèi)表中箭頭表示提高某組分含量時，性質(zhì)升高()或降低()。表 28 爐渣成分對爐渣性質(zhì)的影響 在造锍熔煉中，爐渣的主要成分為FeO和SiO2，銅锍的主要成分為Cu2S和FeS。所以當(dāng)爐渣與銅锍共存時，最重要的相間的關(guān)系為FeS-FeO-SiO2和Cu2S-FeS-FeO。圖 212為FeS-FeO-SiO2三元相圖(富FeO相)。2.3.3爐渣-銅锍間的相平衡圖 212 FeS-FeO-SiO2系相平衡圖從圖 212可看出，無SiO2存在

13、時，F(xiàn)eO和FeS完全互溶，但當(dāng)加入SiO2時，均相溶液出現(xiàn)分層，兩層熔體的組成用ABC分層線上的共軛線a，b，c，d表示。隨著SiO2加入量的增多，兩相分層愈顯著，當(dāng)SiO2達(dá)飽和時兩分層相達(dá)最大。SiO2飽和時，兩相的組成分別用A(渣相)和B(锍相)表示 飽和時Fe-O-S系兩層液相的組成(1200)由表 29所列數(shù)據(jù)可知，當(dāng)渣中存在CaO或Al2O3時，將對FeO-FeS-SiO2系的互溶區(qū)平衡組成產(chǎn)生很大影響：它們的存在均降低FeS在渣中的溶解度，實際上它們的存在也使其他硫化物在渣中的溶解度降低。所以渣中含有一定量的CaO和Al2O3時，可改善爐渣與锍相的分離。 爐渣與锍相平衡共存時之

14、所以互不相溶，從結(jié)構(gòu)上講是因為爐渣主要是硅酸鹽聚合的陰離子，其鍵力很強(qiáng)。而锍相保留明顯的共價鍵，兩者差異甚大，從而為形成互不相溶創(chuàng)造了條件。向硅酸鐵渣系中加入少量CaO或Al2O3時，它們也幾乎完全與渣相聚合，因而它們的存在使渣相與锍相的不溶性加強(qiáng)。 火法煉銅生產(chǎn)過程的銅損失分為兩方面，一是隨煙氣帶走，二是隨渣損失。隨煙氣帶走的銅經(jīng)過收塵系統(tǒng)，可以回收9899，最終隨煙氣損失的銅約占加入銅量的1。隨渣損失的銅是主要的。廢渣含銅為0.20.5，個別的高達(dá)1。生產(chǎn)1噸銅隨精礦品位的變化，產(chǎn)廢渣量約23t，有時達(dá)到56t。隨廢渣含銅及廢渣量的變化，渣銅損失的數(shù)量為產(chǎn)出銅量的13。若以2計，一個年產(chǎn)1

15、0萬噸的銅廠，每年損失的銅量為2000噸。2.3.4渣銅損失 有兩種：一種是機(jī)械夾雜在渣中的冰銅粒子，一種是化學(xué)溶解在渣中的銅。延長熔煉過程放出的熔體澄清時間，降低爐渣的粘度和密度，便可以減少渣中機(jī)械夾雜的冰銅粒子。這部分內(nèi)容已在冶金原理課程中敘述過了。下面只討論化學(xué)溶解在渣中的銅損失。渣銅損失的形態(tài)雖然在低硫位和高氧位的條件下，爐渣中有一些中性銅原子和高價銅離子(Cu2+)存在，但根據(jù)液態(tài)爐渣的離子理論，可以認(rèn)為化學(xué)溶解在渣中的銅是以一價銅離子(Cu+)的形態(tài)存在。這種爐渣具有一定氧化亞銅的活度，其平衡反應(yīng)為：2Cu+O2-=Cu2O(l)Cu+0.5O2-=CuO0.5(l) 化學(xué)溶解在渣

16、中的銅損失對于組成基本一定的爐渣，其中O2-的濃度或活度也就基本一定，于是Cu+的濃度便正比于渣中銅的濃度。因此可推出渣中的銅含量為：銅含量的百分比=系數(shù)A被稱為爐渣的銅率，它與爐渣的組成有關(guān)。對于SiO2飽和的爐渣與液態(tài)銅或銅合金(不存在硫)平衡時，以前許多研究者在14731573K情況下的研究結(jié)果是一致的，銅率的平均值A(chǔ)=353。 對SiO2飽和爐渣假定 =0.35，不同溫度下的 為：在1473 在1573 取銅率A=35，求出渣中銅含量表示在圖 213中。圖 213中也列出了某些研究者的實驗數(shù)據(jù)。2-3 硅飽和爐渣的渣含銅PSO2=10-1101kPa，各種曲線代表不同的研究結(jié)果圖 21

17、4 硅飽和爐渣的硫含量AH代表不同研究條件在較高氧位和較低溫度下，固體Fe3O4便會從爐渣中析出。在固體Fe3O4冰銅和爐渣三相之間的平衡關(guān)系，可用以下反應(yīng)式作為討論的基礎(chǔ)：3Fe3O4(s)+FeS(l)=10FeO(l)+SO2 這一反應(yīng)式表明:在FeS的活度較大、FeO的活度較小以及SO2的分壓較低的條件下，F(xiàn)e3O4便可被還原而造渣。特別重要的是FeO的活度，因為平衡常數(shù)是與其10次方成正比。而FeO的活度一般是加入SiO2來調(diào)整。所以在銅熔煉過程中，造SiO2高或SiO2接近于飽和的硅酸鹽爐渣是合適的。 2.3.5造锍熔煉過程中Fe3O4的形成 圖 215 在SiO2飽和與101kP

18、aSO2壓力下銅熔煉的關(guān)系當(dāng)SO2壓力低于101kPa時，Cu-Cu2S的平衡線以及冰銅的FeS的活度曲線，將向低氧位方向移動。當(dāng)熔煉在SiO2不飽和的爐渣下進(jìn)行時，F(xiàn)e3O4析出的曲線將向高溫方向移動。在低氧位下，析出的Fe3O4是較純的，當(dāng)氧位提高以后，特別是有金屬銅相平衡的條件下，析出的Fe3O4將含有大量的銅，即析出了Cu2OFe2O3固相。在锍的吹煉過程中，其中的FeS會優(yōu)先發(fā)生氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)镕eO，由于氧壓的升高，F(xiàn)eO會進(jìn)一步氧化為Fe3O4。發(fā)生的反應(yīng)為 兩式相減即得 圖 216冰銅中的FeS與Fe3O4爐渣中的關(guān)系 為了進(jìn)一步了解Fe3O4生成的條件，設(shè)吹煉下氣相中的 20k

19、Pa， =0.4或0.5，可以作出 與 的關(guān)系圖(圖 216)。從圖 216看出：溫度降低，冰銅品位升高，爐渣中SiO2添加太少均有利于Fe3O4的生成。在造锍熔煉爐中和锍的吹煉轉(zhuǎn)爐中，由于Fe3O4固相的析出，難熔結(jié)垢物的產(chǎn)生便是常見的現(xiàn)象。如反射爐爐底的積鐵，轉(zhuǎn)爐口和閃速爐上升煙道的結(jié)疤，爐渣的粘度增大和熔點升高、渣含銅升高等許多冶煉問題，都可以采取上述措施通過降低Fe3O4的活度，來消除或減少這許多故障。圖 216表明，當(dāng)冰銅品位提高到近于白冰銅(80Cu)時， 顯著升高。S-O化學(xué)位圖上也已表明，這是平衡氧壓顯著升高所致。所以在常規(guī)熔煉方法中，造锍熔煉階段只產(chǎn)出含Cu4060的冰銅，最

20、高不宜超過70，這樣可以得到Fe3O4和銅含量均低的爐渣。在冰銅吹煉階段，由于氧壓顯著升高，進(jìn)入轉(zhuǎn)爐渣的銅和Fe3O4的含量就會顯著增加。銅鎳原料進(jìn)行造锍熔煉時，除了鐵與硫以外，其它伴生的元素還有Co、Pb、Zn、As、Sb、Bi、Se、Te、Au、Ag和鉑族元素等，貴金屬總是富集在銅鎳金屬相中，然后從電解精煉過程中來回收。锍和金屬銅或鎳是Au、Ag等貴金屬的捕集劑；爐渣則捕集了優(yōu)先氧化后的FeO、精礦和溶劑中的脈石(SiO2、Al2O3、CaO等)以及精礦中的少量雜質(zhì)元素。（如冰銅品位過高Sn 、co 、Zn 會大量進(jìn)入渣）煙塵中則富集了揮發(fā)元素: As、Sb Cd、和部分Pb、Zn2.3.

21、6造锍熔煉過程中雜質(zhì)的行為 雜質(zhì)金屬是以什么形態(tài)穩(wěn)定存在，根據(jù)硫化物的氧化熔煉來說，可用下列兩反應(yīng)的熱力學(xué)計算來討論：M(s、l)+0.5S2=MS(s、l)(a)M(s、l)+0.5O2=MO(s、l)(b)反應(yīng)(a)和(b)的平衡常數(shù)的對數(shù)和在1573K下的計算結(jié)果列入表 210中，表中還列出了各元素在1573K下的無限稀的銅溶液的活度系數(shù)、各元素在熔銅和白冰銅之間的分配系數(shù)L=M(銅)/(M)白冰銅。 表 210 各元素的反應(yīng)(a)和(b)平衡常數(shù)以及其它數(shù)據(jù) 根據(jù) 、 的數(shù)據(jù)，假定在1573K下 = = ，便可作出各元素穩(wěn)定態(tài)S-O位化學(xué)位圖，如圖 217所示。由此可估計出這些元素在冶

22、煉過程中的變化趨勢。在 =10kPa的熔煉條件下，鋅和鐵趨向于變?yōu)檠趸锶朐?。鈷則要在更高的氧位下才氧化，然后再富集在吹煉的轉(zhuǎn)爐渣中。鉍、銀，鉛、鎳、銻等可能以金屬態(tài)存在。假定 =0.35， =100，沿=10kPa的等線可推導(dǎo)出它們的活度。對于冰銅品位為2570Cu時的熱力學(xué)推算結(jié)果表明，硫化亞銅是最穩(wěn)定的。這也是提出銅精礦造锍熔煉的根據(jù)。冰銅品位稍高一些，鎳和鉛、鈷可以硫化物形態(tài)入冰銅，鉍、銻、銀、鉛和鎳以金屬形態(tài)溶于冰銅中。Sb、Pb、Bi是精煉過程中的有害元素，想用氧化作用使它們造渣分離，是有較大困難的。Ni希望富集在冰銅中回收，Sn和Co亦如此，但趨向于氧化而隨渣損失掉。鋅和鐵幾乎全

23、部氧化入渣。圖 217 1573K下各種M-S-O系的硫氧位圖 各元素與銅分離的程度，即它們?nèi)朐目偭?，取決于它們的熱力學(xué)穩(wěn)定性、氧化物在渣中的活度系數(shù)以及產(chǎn)出的渣量。在熔煉的過程中，產(chǎn)出大量的爐渣(即提高冰銅品位)，雖有利于鉛和銻更多地氧化入渣，但Cu和Ni隨渣的損失也就增多。所以通過煉出更高品位的冰銅來脫雜也是不適宜的。由于富氧空氣的應(yīng)用，強(qiáng)化了熔煉過程，煉出了更高品位的冰銅或含硫高的粗銅，也就改變了常規(guī)煉銅中雜質(zhì)變化的一般規(guī)律，特別是As、Sb、Bi的脫除就比常規(guī)熔煉脫除得少。精礦中的伴生元素也可能以金屬、硫化物或氧化物的形態(tài)，在熔煉的高溫下?lián)]發(fā)除去。硫化物在熔煉過程中揮發(fā)的熱力學(xué)已有許

24、多研究者討論過，無疑還有許多物質(zhì)的揮發(fā)熱力學(xué)數(shù)據(jù)不知道。況且常見的金屬元素As、Sb，Bi它們可以形成多種揮發(fā)物質(zhì)，如單原子或多原子元素、硫化物和氧化物，這就造成計算中的不可靠性。所以研究的結(jié)論是不一致的。一般來說可以這樣認(rèn)為：隨著熔煉所產(chǎn)冰銅品位的升高，硫化物揮發(fā)的分壓是降低的，氧化物揮發(fā)的分壓則是升高的。而元素?fù)]發(fā)的分壓則隨冰銅品位的升高有可能升高也有可能降低。例如砷隨冰銅品位升高時，以元素?fù)]發(fā)的分壓是降低的。就較貴的金屬如鉛來說，其揮發(fā)的分壓是隨冰銅品位升高而升高的。許多伴生元素一般在銅相中的溶解比冰銅相要大，對于給定的濃度來說，其活度系數(shù)和分壓相應(yīng)都要低一些。例如砷，當(dāng)形成金屬銅相后，

25、其分壓顯著降低，這是與砷在液體銅中的活度系數(shù)很小相一致的。由于鉛在液體銅中的溶解度比在冰銅中大，故同樣濃度鉛的蒸氣壓就會降低。一般來說，用揮發(fā)來分離伴生的元素應(yīng)該在銅熔煉中的各個階段進(jìn)行，在某一階段，如果元素或化合物具有較大的分壓，就可以在此階段使其揮發(fā)出來。在多數(shù)情況下，造锍熔煉階段可用揮發(fā)法除去較多的雜質(zhì)。這就要求在熔煉時有大量的煙氣流過和盡可能提高溫度。所以在某種情況下，用大量惰性氣體如循環(huán)煙氣流過爐中，是有利于除去某些揮發(fā)雜質(zhì)的。傳統(tǒng)的造锍熔煉方法：一般可分為鼓風(fēng)爐熔煉、反射爐熔煉和電爐熔煉。新的熔煉方法可分為：閃速熔煉和熔池熔煉兩大類。反射爐熔煉和電爐熔煉亦屬于熔池熔煉的范疇2.4諾

26、蘭達(dá)熔煉技術(shù)傳統(tǒng)熔煉方法：鼓風(fēng)爐熔煉反射爐熔 電爐熔煉現(xiàn)代煉銅方法：閃速熔煉熔池熔煉 ：冰銅熔煉方法閃速熔煉奧托昆普法因科法熔池熔煉法又分為側(cè)吹、頂吹和底吹：諾蘭達(dá)法 澳斯麥特/艾薩法三菱法 瓦紐柯夫法 特尼恩特法卡爾多爐熔煉法、白銀法 水口山法旋渦頂吹法等諾蘭達(dá)熔煉工藝系加拿大諾蘭達(dá)礦業(yè)公司所發(fā)明。1968年在加拿大霍恩冶煉廠建立了一臺日處理90t精礦的半工業(yè)性設(shè)備，運行了四年，冶煉精礦總量達(dá)90kt以上，直接產(chǎn)出粗銅或高品位銅锍。在半工業(yè)試驗的基礎(chǔ)上，建設(shè)了日處理精礦726t的諾蘭達(dá)工業(yè)爐，于1973年3月投產(chǎn)，將精礦直接熔煉成粗銅。1975年，由于直接產(chǎn)粗銅導(dǎo)致諾蘭達(dá)爐爐壽低和粗銅含雜質(zhì)

27、高等原因，改為生產(chǎn)高品位銅锍，然后送轉(zhuǎn)爐吹煉成粗銅。2.4.1諾蘭達(dá)熔池熔煉經(jīng)過二十多年的探索和不斷改進(jìn)，特別是富氧空氣的使用和處理廢雜銅能力的大增，以及風(fēng)口高溫計的使用，到20世紀(jì)90年代初，諾蘭達(dá)爐已達(dá)到2930t/d（銅精礦2563t，外購廢雜銅和含銅料367t）處理能力。全年產(chǎn)銅180200kt。諾蘭達(dá)熔煉法已成為一種穩(wěn)定可靠、指標(biāo)先進(jìn)的具有競爭力的比較成熟的銅熔煉方法。2.4.1諾蘭達(dá)熔煉生產(chǎn)工藝過程圖 31大冶冶煉廠諾蘭達(dá)熔煉工藝流程 圖 32諾蘭達(dá)生產(chǎn)過程示意圖 諾蘭達(dá)反應(yīng)爐類似于銅锍吹煉的轉(zhuǎn)爐，沿長度方向?qū)t內(nèi)空間分為吹煉區(qū)(又稱反應(yīng)區(qū))和沉淀區(qū)。由各配料倉的電子配料秤控制下來

28、的精礦、熔劑和少量固體燃料經(jīng)帶式輸送機(jī)送往拋料機(jī)，由拋料機(jī)從爐頭加料口拋往爐內(nèi)熔池反應(yīng)區(qū)。富氧空氣由爐體一側(cè)的風(fēng)口鼓入反應(yīng)區(qū)熔池，產(chǎn)生的沖擊力以及氣泡上升和膨脹給熔體帶來很大的攪動能量，保證熔體與爐料迅速融合，造成良好的傳熱與傳質(zhì)條件，使氧化反應(yīng)和造渣反應(yīng)激烈地進(jìn)行，釋放出來的大量熱能使?fàn)t料受熱熔化生成高品位的銅锍和爐渣。加料端燒嘴使用重油或柴油為反應(yīng)補(bǔ)充一定的熱量。加料口氣簾輸入部分空氣可適當(dāng)增加熔體上方煙氣中氧量，一方面和飛濺到熔池面上的熔體、爐料反應(yīng)，另一方面使?fàn)t料中的炭質(zhì)燃料及未完全燃燒的一氧化碳能充分燃燒。6573或更高品位的銅锍從銅锍放出口放入銅锍包中，再送往轉(zhuǎn)爐吹煉。熔煉爐渣(含

29、Cu5左右)在爐內(nèi)沉淀區(qū)初步沉淀后從爐尾端排入渣包，然后送往渣緩冷場冷卻、破碎，再運往選廠選出銅精礦(即渣精礦)和鐵精礦。緩冷渣包底部銅锍及渣精礦返回熔煉系統(tǒng)。從反應(yīng)爐的尾部爐口排出的煙氣，經(jīng)上升煙罩進(jìn)入鍋爐冷卻，回收其中的余熱。降溫后的煙氣進(jìn)入靜電除塵器除塵，收集的煙塵送綜合回收系統(tǒng)回收鉛、鉍、鋅等，其余煙塵用氣動輸送裝置送到精礦倉配料。凈化后的煙氣送硫酸系統(tǒng)生產(chǎn)硫酸。轉(zhuǎn)動諾蘭達(dá)爐使風(fēng)口在熔池面上，就可使熔煉過程停下來，在停爐后，由燒嘴供熱保持爐溫，反應(yīng)爐轉(zhuǎn)動到鼓風(fēng)位置立即能恢復(fù)熔煉過程。 1、對爐料粒度和水分的要求銅冶煉工廠的精礦來源廣泛，種類較多，成分偏差大。相對于閃速熔煉，諾蘭達(dá)工藝對

30、物料粒度和水分的要求不嚴(yán)，精礦不必深度干燥，這是諾蘭達(dá)法熔池熔煉的優(yōu)點。諾蘭達(dá)工藝的加料系統(tǒng)簡單且可靠，精礦濕度達(dá)到13料倉也幾乎不掛料，粒度小于50mm的任何物料都能通過進(jìn)料系統(tǒng)?；舳鲝S控制精礦水分低于15，塊礦、雜銅料和返料粒度小于100mm，但是熔劑粒度不大于20mm，固體燃料粒度一般為650mm。大冶廠入爐精礦含水一般為710?；舳鲝S入爐爐料的特性列于表 31。 3.1.1.1爐料和燃料表 31霍恩廠諾蘭達(dá)爐爐料特性諾蘭達(dá)爐爐料：除銅精礦外，還有渣精礦、廢雜銅、含銅料、各種返回料、煙塵、熔劑及補(bǔ)熱用的固體燃料。入爐前需要對各種物料進(jìn)行搭配：主要根據(jù)進(jìn)廠精礦的種類、數(shù)量、成分、供應(yīng)狀況、

31、礦倉占用情況、生產(chǎn)、供氧供風(fēng)能力、爐況及后續(xù)工藝設(shè)備能力等統(tǒng)籌考慮。具體考慮的因素有：2、混合爐料配料原則(1)儲料倉不足時，可把數(shù)量少的礦種先配入與之成分相近、量大的礦種中，再參加配料。(2)一般S/Cu比保持1，鐵和硫總量應(yīng)占精礦總量50以上，以確保有足夠的反應(yīng)熱產(chǎn)生與硫酸的生產(chǎn)。但過高的S/Cu比則反應(yīng)熱過剩，無法進(jìn)行溫度控制，在加料量不變的情況下勢必影響銅的產(chǎn)量。(3)要根據(jù)雜質(zhì)情況進(jìn)行合理搭配，避免雜質(zhì)特別是揮發(fā)性雜質(zhì)，如：熔煉過程中鉛、鋅將大部分揮發(fā)進(jìn)入煙氣，其過高時，將使煙塵易粘結(jié)于煙道壁；原料含砷太高，其隨煙氣到達(dá)制酸轉(zhuǎn)化器時，將引起觸媒中毒。諾蘭達(dá)熔煉銅锍70以上時，脫砷、銻

32、、鉍能力下降。(4)根據(jù)精礦的SiO2含量，爐料中Fe/SiO2比值應(yīng)2.0。為了獲得合理的渣型，熔煉時還應(yīng)加入適量的熔劑，一般都是加石英石熔劑。大冶廠現(xiàn)使用河沙調(diào)節(jié)渣型，而霍恩廠使用別的工廠的副產(chǎn)品單質(zhì)硅作部分熔劑。大冶廠使用的渣精礦、煙塵和熔劑的典型化學(xué)成分列于表 33中。3、熔劑諾蘭達(dá)爐生產(chǎn)工藝需要一定的燃料來補(bǔ)充熱量燃料加到爐料中通過燃燒，燃燒產(chǎn)品在接近熔體溫度的情況下逸出，熱交換率高；同時作為一種還原劑還原渣中的Fe3O4。固體燃料和爐料一起加入爐內(nèi)?；舳鲝S使用過幾種煤和焦。大冶選擇了廉價的石油焦，其發(fā)熱值為41.29MJ/kg，含C85.135，H12.03，S1.14，灰分0.0

33、4，密度為0.95kg/t通過燃燒器還可使用氣體或液態(tài)燃料。如天然氣、柴油、重油。大冶燃燒器用的燃料主要是重油。 4、燃料諾蘭達(dá)熔煉是一種典型的富氧強(qiáng)化側(cè)吹熔池熔煉。富氧空氣由爐體一側(cè)風(fēng)口鼓入熔池，混合爐料從爐頭端墻通過拋料機(jī)拋到熔池表面后，被強(qiáng)烈翻動的熔體迅速加熱熔化并進(jìn)行氧化和造渣，放出大量的熱量，維持過程進(jìn)行，最后形成的銅锍和爐渣在沉淀區(qū)進(jìn)行澄清分離。在上述過程中:爐料的加熱、熔化、氧化、造渣及銅锍的形成過程都與熔池內(nèi)熔體的流動特性及傳質(zhì)傳熱情況有關(guān)。3.1.1.2熔池中的物理化學(xué)變化圖 33諾蘭達(dá)熔煉爐內(nèi)的流體運動示意圖 與閃速熔煉過程類似，熔池熔煉也是一個懸浮顆粒與周圍介質(zhì)的熱和質(zhì)的

34、傳遞過程。不同的是，在諾蘭達(dá)熔池熔煉過程中，懸浮粒子是處在一種強(qiáng)烈攪動的液-氣介質(zhì)中，受液體流動、氣體流動、兩種流體間的作用以及動量交換等因素的影響，因而熔池熔煉的流體動力學(xué)比較復(fù)雜。目前研究報道的資料不多，下面僅從影響卷流的基本因素如液-氣界面積、攪動能以及固體顆粒與流體間的質(zhì)量傳遞和熱量傳遞等方面，簡單分析熔池內(nèi)液體與氣體間的相互作用。諾蘭達(dá)熔池內(nèi)物料與熔體間傳熱相當(dāng)復(fù)雜，有些學(xué)者研究了在相對靜止的熔池內(nèi)爐料與熔體的傳熱情況，并在此基礎(chǔ)上粗略計算了強(qiáng)制鼓風(fēng)熔池熔煉情況，計算結(jié)果表明，2cm顆粒熔化時間為35s，5cm顆粒為90s，10cm顆粒為210s?；舳骱痛笠钡纳a(chǎn)實踐也表明，諾蘭達(dá)熔

35、池內(nèi)爐料的熔化速度相當(dāng)快。單就傳熱和傳質(zhì)而言，諾蘭達(dá)單位容積處理量有很大潛力，但由于受熔煉煙氣量、粉塵率、爐壽命等因素的影響，其處理量受到一定限制。由于諾蘭達(dá)熔池熔煉具有良好的動力學(xué)條件，因而化學(xué)反應(yīng)速度很快在熔池中發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)有高價化合物的分解，硫化物的氧化，MS與MO之間的交互反應(yīng)，F(xiàn)e3O4的還原分解，MS的造锍，MO與脈石組分的造渣等，3.1.1.3熔煉產(chǎn)物1、銅锍銅锍品位應(yīng)根據(jù)原料雜質(zhì)成分以及對產(chǎn)品質(zhì)量的要求，選出經(jīng)濟(jì)效益最佳的方案。一般控制銅锍品位在6573提高銅锍品位可以提高反應(yīng)爐的脫硫率，使?fàn)t料的化學(xué)反應(yīng)熱得到較充分的利用，降低反應(yīng)爐的燃料消耗，在某些情況下，熔煉可以完全

36、自熱。提高銅锍品位，銅锍產(chǎn)量下降，轉(zhuǎn)爐吹煉時間縮短，可以大大減輕吹煉工序的壓力。同時，提高銅锍品位，煙氣中二氧化硫濃度增加，對制酸也有利?；舳饕睙拸S研究了在不同銅锍品位下諾蘭達(dá)法冶煉過程的操作數(shù)據(jù)，見表 37表 37不同銅锍品位下的反應(yīng)爐操作數(shù)據(jù)銅锍品位變化，銅锍產(chǎn)率、渣率和熔劑率相應(yīng)變化。這是因為銅锍品位降低時，鐵的氧化量減少，當(dāng)加料量不變時，銅锍量增加，渣量和熔劑加入量減少。見圖 34。不同銅锍品位時銅锍和渣的成分見表 38。銅锍品位和風(fēng)口鼓風(fēng)氧濃度對燃料消耗的關(guān)系如圖 35。結(jié)果表明當(dāng)銅锍品位從70降到55時，燃料消耗增加20。圖 34銅锍品位對銅锍產(chǎn)率、渣率和溶劑率的影響 圖 35銅锍

37、品位、富氧濃度和燃料消耗的關(guān)系表 38銅锍和爐渣成分()生產(chǎn)低品位的銅锍，有利于除去鉍、銻等雜質(zhì)隨著銅锍品位上升，銅锍中砷、銻、鉍的含量緩慢上升，當(dāng)接近白銅锍時，三者在銅锍中的含量急劇上升，這也就是人們一般將銅锍品位控制在73的主要原因之一。根據(jù)霍恩廠的經(jīng)驗，為保證陽極銅中若干雜質(zhì)的含量不超過允許極限，反應(yīng)爐產(chǎn)出的銅锍中鉍含量控制在0.015，銻應(yīng)控制在0.05，而鉛含量控制在3。銅锍是周期地從爐內(nèi)放出，周期的設(shè)定與爐子的尺寸、锍面與渣面允許波動范圍、轉(zhuǎn)爐的大小等因素有關(guān)。大冶廠控制的銅锍層厚度是在9701300mm范圍內(nèi)波動 爐渣要定期排放，以控制渣層厚度在250300mm之間波動。諾蘭達(dá)反

38、應(yīng)爐爐渣的特點是：渣含鐵高，渣中鐵硅比可在1.02.0范圍變化。一般為1.601.80。因此，磁性氧化鐵含量高，但熔劑用量少，渣量也不大。爐渣中四氧化三鐵的鐵量占渣中總鐵量的3040，由于反應(yīng)爐熔池攪動激烈，爐溫較均勻，一般熔煉過程中未發(fā)現(xiàn)四氧化三鐵或難熔物在爐底沉結(jié)或產(chǎn)生隔層現(xiàn)象。2、爐渣諾蘭達(dá)爐渣中含銅也較高，這是由于該法生產(chǎn)的銅锍品位較高，爐內(nèi)熔體攪動激烈，沉淀分離區(qū)域小，爐渣含銅3.57.0。因其含銅高，必須貧化處理。貧化方法一般選擇緩冷-磨浮-選礦法。銅锍品位下降，將引起渣量(渣率)減少，燃料率上升，相應(yīng)數(shù)據(jù)見圖 34、圖 35和表 37。某廠采用空氣鼓風(fēng)，反應(yīng)爐爐口處的煙氣體積分?jǐn)?shù)

39、實測值為SO27.7，O20.7，N274.2，CO26.1，H2O11.3。大冶反應(yīng)爐爐口、余熱鍋爐進(jìn)口煙氣參數(shù)設(shè)計及實測值見表 39。3、煙氣與煙塵表 39大冶反應(yīng)爐煙氣參數(shù)設(shè)計及實測值表 310某廠煙氣成分實測值諾蘭達(dá)爐煙塵率為干爐料量的2.34.8，隨爐料成分、水分及粒度、爐膛壓力不同而波動。與閃速熔煉相比，其煙塵低得多，這是它的一大優(yōu)點。表 312雜質(zhì)元素在熔煉產(chǎn)物中的分配率()表 313霍恩冶煉廠諾蘭達(dá)爐的典型操作參數(shù)3.1.1.4諾蘭達(dá)爐熔煉的生產(chǎn)數(shù)據(jù)與主要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 注：揮發(fā)物與顆粒各占一半。 (1)床能力床能力指一晝夜內(nèi)每平方米爐床面積上處理的精礦量。影響床能力的因素有混

40、合精礦成分、性質(zhì)，鼓風(fēng)時率，風(fēng)口氧氣濃度，操作技能等。諾蘭達(dá)爐床能力按熔池面積計算，一般為3050t/(m2d)(大冶諾蘭達(dá)爐熔池面積為42.8m2)。(2)渣含銅諾蘭達(dá)熔池熔煉工藝渣含銅較高，這與諾蘭達(dá)爐的高锍品位、高鐵渣型及反應(yīng)爐結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。大冶諾蘭達(dá)爐渣含銅量目前為35。諾蘭達(dá)爐渣性質(zhì)較穩(wěn)定，成分變化不大，渣中銅主要以硫化物形態(tài)存在。有關(guān)爐渣成分見表 314，渣中銅、鐵的物相組成見表 315。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析表 314大冶諾蘭達(dá)爐渣成分()表 315大冶諾蘭達(dá)爐銅、鐵渣物相組成() (3)銅锍品位諾蘭達(dá)爐產(chǎn)出的銅锍品位較高，一般控制在6573。更高的銅锍品位，必然會導(dǎo)致渣含銅顯著

41、提高與耐火材料消耗增加。銅锍品位降低到55，雖然能順利生產(chǎn)，但燃料消耗增多，煙氣量與銅锍產(chǎn)量增大，從而影響經(jīng)濟(jì)效益。(4)燃料率消耗燃料量與處理混合精礦量之比，用百分?jǐn)?shù)表示。諾蘭達(dá)熔池熔煉工藝所需熱量主要來自混合精礦的化學(xué)反應(yīng)熱，燃料僅作補(bǔ)充熱源。因而燃料率較低，大冶諾蘭達(dá)爐使用石油焦作燃料，目前燃料率為23。(5)鼓風(fēng)時率指諾蘭達(dá)爐送風(fēng)熔煉時間占整個生產(chǎn)周期的百分率。它是反映諾蘭達(dá)爐生產(chǎn)能力的一項重要指標(biāo)。它與操作水平、管理水平及諾蘭達(dá)爐系統(tǒng)本身等諸多因素有關(guān)。大冶諾蘭達(dá)爐鼓風(fēng)時率目前在8287之間。(6)直收率指銅锍中銅量與同期投入物料中的總銅量之比。由于諾蘭達(dá)熔池熔煉工藝渣含銅量較高，因

42、而直收率不高，一般不到80。(7)耐火材料單耗指某次大修開爐至停爐這段時間內(nèi)，耐火材料消耗量與所產(chǎn)銅锍量之比。可用下式表示：耐火材料單耗（大修所用耐火材料量本段時間內(nèi)各次中小修用耐火材料量）/本段時間內(nèi)所產(chǎn)銅锍量從近幾年來的生產(chǎn)實踐看，諾蘭達(dá)爐爐襯易損部位主要是風(fēng)口區(qū)，其次是爐口、放渣口端墻與沉淀區(qū)兩側(cè)的上下圓周爐襯及拋料口與燒嘴所對應(yīng)的相關(guān)爐襯。風(fēng)口區(qū)由于熔體處于激烈的攪拌狀態(tài)，化學(xué)反應(yīng)劇烈，熔體對耐火材料侵蝕嚴(yán)重。此外，由于爐溫冷熱交替變化而產(chǎn)生熱震以及捅風(fēng)口的機(jī)械損傷也是導(dǎo)致風(fēng)口磚易損的原因。爐口磚易損的原因主要是因高溫?zé)煔鉀_刷，以及清爐口時機(jī)械撞擊。放渣口端墻與沉淀區(qū)兩側(cè)的上下圓周爐襯

43、損壞的原因是受高溫?zé)煔鉀_刷及渣層頻繁波動，熔渣對爐襯的嚴(yán)重侵蝕。拋料口周圍爐襯受爐料中的水分及冷空氣作用而損壞。燒嘴周圍爐襯則主要為火焰直接沖刷而損壞。3.1.2諾蘭達(dá)反應(yīng)爐結(jié)構(gòu)及其裝備整個爐子沿爐長分為反應(yīng)區(qū)（或吹煉區(qū)）和沉淀區(qū)。反應(yīng)區(qū)一側(cè)裝設(shè)一排風(fēng)口加料口（又稱拋料口）設(shè)在爐頭端墻上，并設(shè)有氣封裝置，此墻上還安裝有燃燒器。沉淀區(qū)設(shè)有銅锍放出口、排煙用的爐口和熔體液面測量口。渣口開設(shè)在爐尾端墻上，此處一般還裝有備用的渣端燃燒器。另外，在爐子外壁某些部位如爐口、放渣口等處裝有局部冷卻設(shè)施，一般均采用外部送風(fēng)冷卻。爐子的總?cè)莘e與設(shè)定的生產(chǎn)能力、精礦與爐料成分、銅锍品位、渣成分、風(fēng)量及鼓風(fēng)含氧濃度

44、、燃料種類與數(shù)量等多種因素有關(guān)?，F(xiàn)在已有多個工廠的實踐資料可供參考。在一般情況下，可由處理量先確定基礎(chǔ)參數(shù)，再根據(jù)各種因素調(diào)節(jié)，其處理量按精礦計為910t/(m3d)。爐子的熱強(qiáng)度高，為9701100MJ/(m3.h)。反應(yīng)爐直徑的確定，除了要考慮熔煉及鼓風(fēng)量的要求外，同時還要考慮以下因素：（1）為入爐料提供足夠大的熔池容積。風(fēng)口區(qū)域的爐子直徑對熔池容積的影響更大。（2）提供足夠的熔池面積和熔池上方空間（容積和高度），以使煙氣中懸浮的顆粒在進(jìn)入爐口前能大部分沉降下來，并使熔煉過程產(chǎn)生的煙氣能夠順暢地排出，保持爐內(nèi)正常負(fù)壓，避免引起煙氣外逸及其他不良后果。（3）能及時為后續(xù)轉(zhuǎn)爐提供足夠量的銅锍，

45、滿足轉(zhuǎn)爐進(jìn)料要求，放出锍后不會使反應(yīng)爐內(nèi)熔體面有過大的波動。（4）當(dāng)反應(yīng)爐處于停風(fēng)狀態(tài)時，熔體面與風(fēng)口之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)木嚯x，這一距離還受反應(yīng)爐（從鼓風(fēng)吹煉位置到停風(fēng)待料位置的）轉(zhuǎn)動角度的影響?，F(xiàn)在已建成的幾臺諾蘭達(dá)爐的直徑在4.55.1M之間 ；長度在17.5021.34M之間諾蘭達(dá)反應(yīng)爐目前主要使用三種耐火材料：直接結(jié)合鎂鉻磚、再結(jié)合鎂鉻磚、熔鑄鎂鉻磚。直接結(jié)合鎂鉻磚具有高溫體積穩(wěn)定性好熱穩(wěn)定性好、抗渣侵蝕性能好等優(yōu)點。再結(jié)合鎂鉻磚具有耐壓強(qiáng)度高、抗侵蝕高溫強(qiáng)度高等優(yōu)點。熔鑄鎂鉻磚抗拉強(qiáng)度高，抗沖刷性能好顯氣孔率低。諾蘭達(dá)反應(yīng)爐內(nèi)襯耐火材料厚度一般為381mm，少數(shù)部位加厚，如風(fēng)口、放渣口端墻

46、為457mm。（1）拋料口與風(fēng)簾拋料口開設(shè)在爐頭端墻上部，偏風(fēng)口區(qū)一側(cè)，另一側(cè)布置燃燒器。拋料口的寬度與拋料機(jī)拋出的料量寬度相適應(yīng)，拋料口的頂部距爐頂應(yīng)有足夠的距離，以減少爐料對爐頂?shù)臎_刷，拋料口的下沿距熔體面應(yīng)有一定的高度，以使?fàn)t料有足夠的拋撒距離，同時還可以減少熔體在拋料口的噴濺。拋料口的風(fēng)簾主要起氣封作用，防止?fàn)t內(nèi)煙氣逸出，風(fēng)量一般為50008500Nm3/h。反應(yīng)爐加料由專用拋料機(jī)完成，因皮帶易損壞，故一般備用幾臺。2、諾蘭達(dá)反應(yīng)爐的裝置及其結(jié)構(gòu)圖 38拋料口系統(tǒng)風(fēng)口及風(fēng)口區(qū)是反應(yīng)爐重要部位，這是因為反應(yīng)所需氧氣主要是通過風(fēng)口鼓入，而風(fēng)口區(qū)是反應(yīng)爐化學(xué)反應(yīng)最主要、最激烈的區(qū)域。風(fēng)口直徑

47、、風(fēng)口中心距、風(fēng)口區(qū)長度等參數(shù)主要取決于各工廠的生產(chǎn)能力及生產(chǎn)條件。大冶諾蘭達(dá)反應(yīng)爐風(fēng)口及風(fēng)口區(qū)的有關(guān)參數(shù)見表 317，鼓風(fēng)壓力一般在100120kPa，鼓風(fēng)量則根據(jù)給定加料量及預(yù)定的銅锍品位計算決定。單個風(fēng)口的鼓風(fēng)量平均在1000m3/h左右富氧濃度為3645氧的利用率近100。（2）風(fēng)口及風(fēng)口區(qū)風(fēng)口位置可參考下列因素確定：第一個風(fēng)口到加料端的距離，般取3m適宜。最后一個風(fēng)口與爐口的距離。該距離適當(dāng)可減少爐口和煙罩的粘結(jié)，并降低煙塵率，同時該距離影響爐結(jié)的生成及放锍口的位置；最后一個風(fēng)口與渣端墻的距離，該距離須滿足渣锍的沉清分離要求及放锍口、爐口、熔體測量孔位置要求；風(fēng)口高度，風(fēng)口高度適中，

48、以保證風(fēng)口上方有足夠銅锍層，創(chuàng)造良好的氣液反應(yīng)條件，風(fēng)口下方有足夠深度，避免鼓入的氣體對爐底的沖刷，腐蝕耐火材料。實踐中，風(fēng)口中心線與反應(yīng)爐水平中心線的垂直距離控制在1.31.6M間（大冶為1.435M）。圖 39風(fēng)口裝置爐口在爐殼上的位置，主要考慮其能有效集納和排走煙氣，減少噴濺與粘結(jié)。爐口尺寸主要取決于反應(yīng)爐的煙氣量及氣流速度、實際生產(chǎn)經(jīng)驗，一般控制氣流速度1317M/s。為保護(hù)爐口周圍筒體，設(shè)有爐口裙板及風(fēng)冷裝置。正常吹煉時，爐口中心線與水平面的夾角為6474。（3）爐口放銅锍口結(jié)構(gòu)見圖 310。此處采用熔鑄鎂鉻磚砌筑，增強(qiáng)耐火材料抗锍腐蝕性能。大冶廠的放锍口位置在距最后一個風(fēng)口1.81

49、4M處，直徑為76.2mm。放銅锍時用氧氣將該口燒開，結(jié)束時用泥炮機(jī)將口堵住。 （4）放銅锍口圖 310銅锍放出口放渣口開設(shè)在爐尾端墻上。它應(yīng)滿足熔體面在正常波動范圍的放渣要求。大冶反應(yīng)爐銅锍面波動范圍為9701300mm，渣層厚度為200350mm，因此，渣口中心線距爐底為1318mm。放渣口結(jié)構(gòu)見圖 311。放渣口為一風(fēng)冷銅套，放渣口寬為300mm，高為600mm。（5）放渣口圖 311爐渣放出口及時準(zhǔn)確測量爐內(nèi)熔體深度，是熔煉工藝的要求。熔體測量孔開設(shè)在爐頂脊線上，大冶反應(yīng)爐熔體測量孔直徑為90mm，以爐口中心線為中心，距前后3.3M處各設(shè)一個。（6）熔體測量孔（1）密封煙罩大冶諾蘭達(dá)反

50、應(yīng)爐密封煙罩為常壓汽化密封煙罩，密封煙罩主要由以下幾部分組成：鋼架，由兩片組成，分別裝在爐口兩側(cè)，其作用是固定密封煙罩的位置并承擔(dān)全部重量；組裝水套，煙罩的主體部分，共有44塊，高度方向有5排，寬度方向最多4塊；鑄造活動擋板；密封小車和傳動裝置，活動密封小車可將小車提起，進(jìn)行清理或其他作業(yè)。密封小車由卷揚驅(qū)動，為減少驅(qū)動功率，設(shè)有配重系統(tǒng)；集氣管。2、諾蘭達(dá)反應(yīng)爐的附屬裝置反應(yīng)爐爐體重量及爐內(nèi)熔體重量共約1100t，全部通過托圈支承在四對托輪上。反應(yīng)爐從正常的吹煉位轉(zhuǎn)至停風(fēng)位，由傳動機(jī)構(gòu)完成。大冶諾蘭達(dá)反應(yīng)爐傳動機(jī)構(gòu)為電機(jī)一減速機(jī)一小齒輪一大齒輪。電機(jī)功率186kW。爐體轉(zhuǎn)速為0.632r/m

51、in。采用蓄電池組作備用電源，一旦突然停電，備用電源可將爐體旋轉(zhuǎn)48，使風(fēng)口露出熔體面，防止熔體灌入風(fēng)口。(2)支承及傳動機(jī)構(gòu)大冶諾蘭達(dá)反應(yīng)爐設(shè)有3個供風(fēng)(氧)點：風(fēng)口、燃燒器、拋料口氣封，以上3個供風(fēng)(氧)點的風(fēng)量及富氧參數(shù)見表 319 表 319大冶各送風(fēng)點的風(fēng)量及富氧參數(shù)(3)供風(fēng)系統(tǒng)制氧機(jī)產(chǎn)出的氧氣經(jīng)氧壓機(jī)加壓后，由輸氧管道送至反應(yīng)爐。在反應(yīng)爐附近，氧氣與高壓鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)出的高壓風(fēng)在混氧器中混合?；煅跗鹘Y(jié)構(gòu)見圖 312?；煅鯐r，氧氣的壓力應(yīng)略高于高壓風(fēng)的壓力。為防止高壓鼓風(fēng)機(jī)因故突然停風(fēng)，氧氣直接進(jìn)入反應(yīng)爐或高壓供風(fēng)系統(tǒng)造成事故，在混氧器之前，設(shè)置高壓風(fēng)機(jī)停風(fēng)時氧氣自動放空閥。圖 312混

52、氧器示意圖為滿足熔煉工藝對混合爐料及燃料的要求，在反應(yīng)爐爐前設(shè)置6個儲料倉供精細(xì)配料用，其中3個銅精礦倉、1個返料倉、1個熔劑倉、1個燃料倉。由于銅精礦粒度小、粘結(jié)性強(qiáng)，在精礦倉內(nèi)易發(fā)生堵料現(xiàn)象，為此，精礦倉內(nèi)壁材質(zhì)采用高分子聚乙烯板，倉外設(shè)有壓縮風(fēng)空氣炮振打器。在各儲料倉的下口都裝有定量給料機(jī)。物料量由料倉下口的開啟度來控制，物料的計量則由重力式皮帶秤完成。大冶廠采用Schenck秤，該秤包括稱重系統(tǒng)及皮帶變頻調(diào)速系統(tǒng)，形成物料量給定、檢測、凋節(jié)等閉路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。(4)配料及定量給料系統(tǒng)捅風(fēng)眼機(jī)安裝于爐體風(fēng)口區(qū)外側(cè)平臺上，一般采用Gaspe型，主要由五個部分組成：機(jī)架、行走結(jié)構(gòu)、捅打機(jī)構(gòu)、鋼釬

53、冷卻及電器部分。根據(jù)需要其可安裝13根鋼釬，可以全自動作業(yè)，即自動測距、定位、捅打、返回和為了滿足給定風(fēng)量自動調(diào)整捅打風(fēng)口頻率，也可以人工操作。（5）捅風(fēng)口機(jī)用于諾蘭達(dá)反應(yīng)爐銅锍放出口堵口的泥炮是一種懸掛式設(shè)備。它由機(jī)架、液壓馬達(dá)、油箱、油缸、油泵、蓄能器、泥管及駕駛室等組成。其工作原理是液壓缸驅(qū)動機(jī)架移動至銅锍口位置，將出泥口中心對準(zhǔn)銅锍口中心并使泥管完成壓炮、吐泥動作，從而堵住銅锍口，阻止銅锍流出，并設(shè)有緊急后退裝置。(6)泥炮諾蘭達(dá)熔煉過程主要控制四項工藝指標(biāo)：銅锍品位、爐溫、渣型和熔體液面，其他參數(shù)為次要因素。其過程采取壓抑性方針，實行壓升抬降的控制方法，以保持穩(wěn)定的銅锍品位、穩(wěn)定的熔

54、池溫度、正確的渣型、合適的熔體液面。 3.1.3諾蘭達(dá)爐熔煉過程的主要控制參數(shù)及控制方法銅锍品位的控制是諾蘭達(dá)爐工藝控制的中心，諾蘭達(dá)爐可產(chǎn)任何品位的銅锍，它能迅速適應(yīng)銅锍的品位的變化，目前典型操作生產(chǎn)的銅锍品位為6573。銅锍品位是由調(diào)節(jié)吹煉所需氧量來控制的。吹煉過程所需氧量可以通過精礦氧化反應(yīng)耗氧量來計算。1、銅锍品位的控制需氧量的定義是：將單位質(zhì)量的該精礦冶煉成某一特定品位的銅锍所需氧量的體積。有時也以質(zhì)量來表示。爐料需氧量的計算只考慮鐵和硫的氧化。這里不計鉛、鋅、鎳等雜質(zhì)的氧化。并假設(shè)爐料中的銅全部變成銅锍。從理論上講，這樣的簡化處理是不準(zhǔn)確的，但事實上引起的誤差不大，對宏觀控制一個大

55、工業(yè)熔煉爐的需要而言，其精度已足夠。(1)精礦需氧量設(shè)加入100t精礦，則銅锍的產(chǎn)量（含渣中夾帶的銅锍）為：銅锍產(chǎn)量精礦量精礦中Cu含量(%)/銅锍中Cu含量(%)100021/7030(t)S氧化耗氧的計算：被氧化的S量精礦中的S量銅锍中的S量100243019.618.12(t)根據(jù)S氧化的基本反應(yīng)式：SO2SO2計算出需氧量12658.7M/100t精礦。修改Fe氧化耗氧的計算： 被氧化的Fe量精礦中Fe量一銅锍中的Fe量10025306.423.08t根據(jù)霍恩廠的經(jīng)驗，被氧化的Fe中有60氧化成FeO，另40則氧化成Fe3O4。Fe氧化成FeO按反應(yīng)式Fe1/2O2FeO計算出需氧量：

56、y2777.2m3/100t精礦Fe氧化為Fe3O4按反應(yīng)式3Fe+2O2=Fe3O4計算出需氧量： z=2468.6m3/100t精礦Fe氧化耗氧量之和： W=y+z=5245.8(m3/100t精礦)精礦發(fā)生氧化反應(yīng)的總需氧量M為： M=x+W=17905(m3/100t精礦)=179.05(m3/t精礦)在實際生產(chǎn)中，往往是兩、三種精礦混合在一起加入反應(yīng)爐內(nèi)，各種精礦各自需氧量按在混合精礦中的百分含量計算出的加權(quán)平均值即混合精礦的需氧量。在諾蘭達(dá)爐銅锍品位的控制過程中，爐料實際需氧量與理論計算需氧量的差異導(dǎo)致了銅锍品位的變化，在過程控制上，“需氧量”有著特定的含義，它是反映熔池內(nèi)锍品位變

57、化時的需氧量或供氧量的變化。這種變化在輸入氧量保持定值的情況下，可以通過增加或減少精礦量來調(diào)控鐵與硫的氧化數(shù)量，實現(xiàn)锍品位的控制。另一方面，锍品位變化時，需氧量或供氧量的變化是受著熔池的容積容量影響的。因此，將這種變化關(guān)系稱之為熔池特性，(2)熔池特性在沒有新爐料加入爐內(nèi)的情況下，且爐內(nèi)所積蓄的锍量不變，此時若銅锍品位變化，將會使需氧量變化，并與爐內(nèi)積蓄的銅锍量有關(guān)。設(shè)有100t含Cu為70%的銅锍，當(dāng)品位上升到71時，銅锍量為10070/71=98.59t，前后的質(zhì)量差額為1.41t(忽略次要元素)，這個質(zhì)量變化完全由銅锍中FeS的氧化所致。計算該FeS氧化的需氧量，即得該銅锍品位變化時銅锍

58、的需氧量。FeS氧化的需氧量=563m3這意味著品位上升到71時應(yīng)向爐內(nèi)多加精礦，爐內(nèi)積蓄的銅锍可以向爐內(nèi)反應(yīng)提供563m3過剩氧量，即供氧量已經(jīng)比锍品位為70時多出563m3。若銅锍品位下降，則此值為負(fù)，意味著爐內(nèi)脫硫少了，供氧量不夠，欲保持原來品位，在不調(diào)節(jié)供氧流量時，則需減少精礦加入量。銅锍品位的控制是以氧平衡為基礎(chǔ)，可以采用改變加料量或鼓風(fēng)量的方法來實現(xiàn)。任何一種控制。任何一種控制調(diào)節(jié)只要與氧平衡有關(guān)，就必需重新進(jìn)行一次氧平衡計算。氧平衡式表達(dá)為：（鼓入總氣量）（氧利用系數(shù)）=（加入精礦量）（精礦需氧量）+燃料量燃料需氧量+過剩氧量(3)銅锍品位控制計算實例例：設(shè)定目標(biāo)銅锍品位為70，

59、半小時前得到銅锍品位結(jié)果70.2，加料速率為80t/h，煤的加入量為1.5t/h，鼓風(fēng)量為37000NM3/h，氧濃度為44，熔池上方鼓入空氣量4000NM3/h，現(xiàn)得到銅锍結(jié)果為69.8，請計算加料率，使品位在半小時內(nèi)回到目標(biāo)值。此時其他相關(guān)參數(shù)為：氧綜合利用率95，煤的耗氧量1650NM3/t煤，熔池中銅锍積蓄量200t，銅锍品位提高1所對應(yīng)的需氧量為1112NM3。首先，計算出原先的精礦需氧量：需氧量（3700044400021）9516501.513789（NM3）實際噸精礦需氧量13789/80=172.36（NM3/t精礦）爐中積蓄的銅锍的品位每提高1，所對應(yīng)的需氧量為1112NM

60、3。本例中，銅锍品位在半小時內(nèi)下降了0.4，說明熔池中實際供氧量比理論耗氧量小，相對應(yīng)在半小時內(nèi)：每噸精礦過剩氧量熔池過剩氧量/加料速率（70.269.8）1112/（800.5）11.12（Nm3/t精礦）新的精礦需氧量172.3611.12183.48（NM3/t精礦）以下的工作就是調(diào)整進(jìn)料率，以使新產(chǎn)出的銅锍品位為70，并將爐內(nèi)積蓄的所有銅锍的品位全部從69.8提升到70。新加料速率（總氧量熔池過剩氧量）/新的精礦需氧量13789（69.870）1112/183.4873.94（t精礦/h）實際操作中，加料速率由80t/h突然減至73.94t/h會引起爐溫劇烈波動，可采取增加冷料量或逐步