1、第3章 重金屬造锍熔煉的生產(chǎn)實踐,3.1 簡介,30MJ/Kg, 0.50.7 Kw/m3O2,2.1 熔池熔煉,2.1.1反射爐熔煉 A)反射爐的構(gòu)造：圖1-22,規(guī)格為：長33m, 寬10m, 高4m的反射爐，每天可生產(chǎn)500-800噸冰銅。冰銅層厚0.6-0.8 m;渣層厚0.5 m, 爐溫1423-1523 K；用燃料燃燒加熱，煙氣離爐溫度1523-1573K。B）反射爐熔煉過程：間斷加料，連續(xù)熔煉，間斷放冰銅和爐渣。,C）反射爐熔煉的燃料燃燒及熱平衡,燃料:粉煤、重油、天然氣。粉煤最經(jīng)濟，我國基本采用此燃料 燃料熱效率= （燃料總發(fā)熱量+空氣顯熱-燃燒氣帶走的顯熱）/燃料總發(fā)熱量 =

2、 31%,D）反射爐生產(chǎn)率:生精礦：3.5-4.5 t/m2.d;焙燒礦：4-7.5 t/m2.d.,E）反射爐生產(chǎn)數(shù)據(jù),F）反射爐的發(fā)展,優(yōu)點：對原料適應(yīng)性強；爐子結(jié)構(gòu)簡單，對耐火材料要求不高；對自控水平，操作水平要求較低；渣含銅低，不需處理可直接棄去。 缺點：煙氣SO2濃度低；僅0.5-2%難于回收利用，環(huán)境污染嚴(yán)重；熱效率低，能耗高；冰銅品位低，吹煉負(fù)荷大；生產(chǎn)率低。 反射爐的發(fā)展趨勢：改良；新技術(shù)取代。,2.1.2 Noranda法A）爐子結(jié)構(gòu)：為一可轉(zhuǎn)動的圓筒形爐，目前最大爐子直徑為5.2m,長21.3m。爐子外殼用50-75mm厚低合金鋼板焊接，內(nèi)襯結(jié)合鉻鎂磚、熔鑄鉻鎂磚或熔粒鉻鎂

3、磚，傳動裝置用直流電機。,Noranda爐有關(guān)數(shù)據(jù)：,B）生產(chǎn)過程,爐料：,生產(chǎn)過程,配料（控制爐渣Fe/SiO2為1.4-1.8)-連續(xù)加料、鼓風(fēng)熔煉-間斷放冰銅和爐渣。冰銅液面：970-1200 mm; 渣厚：200-300 mm;熔體溫度：1523K左右。 產(chǎn)物： 冰銅：品位65-73%?？捎娠L(fēng)/料比調(diào)節(jié)；高品位冰銅，不利于As,Sb,Bi等雜質(zhì)的去除。 爐渣：渣含鐵高，渣中Fe/SiO2比一般為1.6-1.8. 霍恩廠爐渣成分為(%)：Cu5.7; Fe 38.1; SiO2 22.3; S 1.5; Fe3O4 18; Al2O3 4; Pb 1.3; Zn 3.9, Fe/ Si

4、O2 1.7.,煙氣與煙塵（采用30%富氧空氣數(shù)據(jù)；此法煙塵率較低，一般為干爐料量的2.3-4.8%）,熔煉過程熱平衡,C）Noranda法優(yōu)缺點,對原料適應(yīng)性強，備料過程簡單，煙塵率低，可產(chǎn)高品位冰銅； 輔助燃料適應(yīng)性大。富氧熔煉基本為自熱過程，一般補充燃料率僅為2-3%。 爐子無水冷設(shè)施，爐體散熱小，但爐子壽命較短，現(xiàn)經(jīng)改進，修爐一次可連續(xù)生產(chǎn)400天以上； 爐體可轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致爐口與煙罩密封不好，漏風(fēng)大，煙氣量大。 直收率低，渣含銅高，要選礦處理以渣精礦返回熔煉。,D) 生產(chǎn)數(shù)據(jù),References: 1.JOM, December 1992, p30: Designing a Noran

5、da Reactor for the Southern Copper Smelter 2. JOM. January 1996, p14: Oxygen Pyrome-tallurgy at Copper Cliff- A Half Century of Progress,AUSMELT （ISA）法,2.1.3三菱法,A）爐子結(jié)構(gòu),由三臺結(jié)構(gòu)上分立，功能上連續(xù)的爐子組成的連續(xù)煉銅法,過程由計算機自動控制。,三臺爐子：熔煉爐（S爐）；爐渣貧化爐（SH爐）；吹煉爐（C爐），三臺爐子之間用溜槽連接。 B）生產(chǎn)過程及特點 a)用噴槍將爐料和富氧空氣噴射進熔池，熔池內(nèi)主要為冰銅，上面覆蓋有一薄層爐渣，

6、空氣富氧濃度4050%，噴射出口速度150300m/s, 熔煉反應(yīng)主要在冰銅層發(fā)生，熔煉強度高。 b)熔煉爐渣采用電爐貧化后(在電爐中停留時間1小時)，渣含銅降至0.6%,渣成分為：SiO2 34%;CaO 6%,可直接水淬堆存。,c)連續(xù)吹煉，采用CaOCu2OFe3O4渣系，渣中CaO15%, Cu 1520%,其余為Fe3O4，熔點1160C， 對Fe3O4溶解度大，流動性好，吹煉渣水淬干燥后返熔煉配料。由于冰銅品位高，渣量少，循環(huán)的銅量僅為爐料含銅量的6%。,C）生產(chǎn)數(shù)據(jù),D）三菱法應(yīng)用情況,Reference: JOM 1991 September p20,Top-Blown Inj

7、ection Smelting and Converting: The Mitsubishi Process,22 閃速熔煉,2.2.1 outokumpo閃速熔煉 A)應(yīng)用情況: 1949年在芬蘭得到工業(yè)應(yīng)用，1956年日本引進，日本為完善該技術(shù)做了大量工作。1978年，我國花費1.2億美元從日本和芬蘭引進該技術(shù)，1985年建成貴溪冶煉廠投產(chǎn)。目前，有40余座爐子（銅、鎳）在運轉(zhuǎn)，產(chǎn)銅量占40左右，最成熟的先進煉銅技術(shù)，適宜于大型工廠應(yīng)用。但對原料要求高，備料系統(tǒng)復(fù)雜，投資大，近年來其發(fā)展受到ISASMELT等技術(shù)的挑戰(zhàn)。 B）工藝流程：,C）爐子結(jié)構(gòu)：由反應(yīng)塔、沉淀池、直升煙道三部分組成。

8、,合成爐閃速爐爐渣貧化電爐,美國馬格馬銅業(yè)公司圣曼努埃煉銅廠閃速爐尺寸為：,反應(yīng)塔：外6477mm/內(nèi)5977mm, 塔高：6680mm, 沉淀池（長：寬：高）23999mm內(nèi)/25197mm外：7429.6mm內(nèi)/8636外：3412mm, 上升煙道高9195mm, 內(nèi)4061mm/外5029mm,上升煙道與反應(yīng)塔中心距16459mm。日處理含銅30%銅精礦2724噸，產(chǎn)銅量784噸/日（272400噸/年），富氧濃度43%，冰銅品位63%，反應(yīng)塔熱強度1617MJ/m3.h。 四高熔煉技術(shù)：高投料量；高富氧濃度；高冰銅品位；高熱強度。,“四高熔煉”技術(shù)：高冰銅品位、高富氧濃度、高熱強度、高

9、處理量。 1988年，美國圣曼努埃爾1臺閃速爐日處理精礦達到3400噸，年產(chǎn)銅30萬噸，日本佐賀關(guān)冶煉廠，2000年1臺閃速爐產(chǎn)銅達到45萬噸/年。 目前，閃速熔煉均采用富氧熔煉，3m3氧氣可節(jié)省1kg重油，采用低壓分餾技術(shù)，每m3氧氣僅耗電0.42kwh。O2濃度3080。,圣.馬諾爾廠主要生產(chǎn)參數(shù),技術(shù)的演進 鼓風(fēng)溫度：熱風(fēng)（2001100）常溫 噴嘴：文丘里型，多個配置中央噴射擴散型精礦噴嘴，單噴嘴配置。 1971年，奧托昆普閃速爐開始采用富氧熔煉，風(fēng)量減少，原有噴嘴不能適應(yīng)這一變化，精礦顆粒分散不均勻，在此背景下，開始了噴嘴結(jié)構(gòu)和配置的改進。 反應(yīng)塔規(guī)格：趨向于小型化。研究表明，反應(yīng)塔

10、內(nèi)的精礦顆粒密度越高，反應(yīng)越迅速、越完全，煙塵率也越低。目前，反應(yīng)塔內(nèi)襯已能得到較好保護，可以承受較高的熱強度。,噴嘴設(shè)置于反應(yīng)塔頂，一般為1-4個。,金隆公司精礦噴嘴,中央擴散型噴嘴的優(yōu)點：（1）處理精礦量大，接近4000t/d；（2）處理精礦量允許大范圍波動，在25100，而文丘里只能波動在70100；（3）富氧濃度可高達85；（4）煙塵率小于6，而文丘里型為9；（5）單噴嘴配置于反應(yīng)塔中央，可使熔煉過程產(chǎn)生的雨狀銅锍和爐渣熔融物下落時沖刷和腐蝕爐壁減輕，相對提高爐體壽命；（6）文丘里靠改變中心油管的重油量來控制塔內(nèi)氧勢和溫度，而中央擴散型噴嘴是以調(diào)節(jié)中心純氧管的供氧量來控制和調(diào)節(jié)爐內(nèi)氧勢

11、和溫度，節(jié)省了能量。 金隆與中南大學(xué)合作，提出“三集中”理論：高溫集中，氧量集中，粒子群集中”。按此理論，根據(jù)過程計算機仿真結(jié)果，對工藝風(fēng)氧濃、中央氧量、工藝風(fēng)量等工藝參數(shù)進行優(yōu)化控制。,D）生產(chǎn)過程與過程控制,爐料（細(xì)粒，水分小于0.3%)及空氣（富氧或預(yù) 熱）由噴嘴噴入反應(yīng)塔，塔內(nèi)溫度1673K，爐料 細(xì)粒在13秒內(nèi)完成熔煉的物理化學(xué)變化，落 入熔池沉清分離。冰銅和爐渣定期從爐內(nèi)排出， 冰銅送轉(zhuǎn)爐吹煉，爐渣含銅1-2%，需進一步處 理回收銅。除放冰銅和放渣外，整個過程由計 算機自動控制。,冰銅品位控制：衡定加料量，調(diào)節(jié)風(fēng)量控制。實 質(zhì)是控制料/O2。渣成分控制：控制Fe/SiO2為1.1-

12、1.2;通過調(diào)節(jié)熔劑量控制。溫度：控制在1500K50K,冰銅溫度大約比渣溫低50K。通過調(diào)節(jié)燃油量控制。,D)熱平衡：可實現(xiàn)自熱熔煉 自熱熔煉應(yīng)采取的措施：1、提高冰銅品位；2、富氧；3、提高熱風(fēng)溫度。,E)爐渣的貧化:熔煉渣含銅1-2%，要回收處理，方法為：a、磨浮法；b、電爐貧化。,浮選法：爐渣緩慢冷卻-磨細(xì)-浮選-渣精礦,電爐貧化：,參考文獻：有色冶煉，1997年第二期P1-P7：閃速熔煉的現(xiàn)狀與進展。,2.3 速率過程理論 2.3.1 閃速熔煉過程 精礦顆粒在高溫氣相中的反應(yīng): 顆粒裂解反應(yīng): 5CuFeS2 Cu5FeS4 4FeS 2S 氣相燃燒反應(yīng)： S + O2 SO2 氣固、氣液界面反應(yīng) 2Cu5FeS4 + O2 5Cu2S + 2FeS + 2SO2 3FeS + 5O2 2FeO + 2SO2,3FeS +5O2 Fe3O4 + 3SO2 2Cu2S + 3O2 2Cu2O +2SO2 顆粒間反應(yīng)： Fe3O4 + FeS 10FeO + SO2 FeS +Cu2O FeO + Cu2S Cu2S Cu2O 6Cu SO2 顆粒間造渣反應(yīng) 2FeO SiO2 2FeO.SiO2,快反應(yīng)顆粒：粒度較小的顆