转炉炼铜原理

1、双闪熔炼法:投资大,专利费昂,熔剂和原料先进行磨细再进行深燥,需额外能源这不尽合理。熔炉产出的铜硫需要水碎再干燥再细磨,工序繁杂。每道工序均难以保证100%回收率,会产生部分机械损失;热态高温铜锍水碎物理热几乎全部损失,水碎后再干燥,再加上炉内大量水套由冷却水带走热量,热能利用也不尽合理。铜锍水碎需要大量的水冲,增加动力消耗。破碎、干燥要增加人力和动力的消耗。这些都是多年来该工艺没有得到大量推广的重要原因。2、艾萨法和澳斯麦特法均属于顶吹冶炼系列:顶吹都要建立高层厂房,噪音大、高氧浓度低烟气量大、顶吹的氧枪12米长,3天至一周要更换一次,不锈钢消耗量大、投资大、操作不方便。都用电炉做贫化炉,渣含铜一般大于0.6%不合国情。 3、三菱法的不足 4个炉子(熔炼炉、贫化电炉、吹炼炉、阳极炉)自流配置,第一道工序的熔炼炉需要配置在较高的楼层位置,建筑成本相对较高,炉渣采用电炉贫化,弃渣含铜量达0.6%~0.7%,远远高于我国多数大型铜矿开采的矿石平均品位,资源没有得到充分的利用。 4、诺兰达和特尼恩特连续吹炼法,尚在工业试验阶段。诺兰达是侧吹、要人工打风眼、劳动强度很大、风眼漏风率达10%~15%。有很大噪音、操作条件不好、冶炼环境不理想。如果掌握不好容易引起泡沫渣喷炉事故。 综上所述,让我们来寻求新的冶炼工艺,在不断的探索中发现新途径。 氧气底吹炉炼铅、炼铜最早是湖南水口山和**有色工程设计研究总院共同研发在水口山进行过半工业试验。首先用于炼铅,产业化取得成功,继这之后,**有色工程设计研究总院原副院长、总工程师、全国设计**蒋继穆,用在炼铜上,曾找过多家合作,可是谁都不想吃第一只螃蟹。时隔多年,在**和国际铜市场最好的时候,山东东营方圆铜业集团董事长崔志祥找到蒋继穆,提出要搞20万吨铜、金冶炼,分两期实施。经过多方研讨和论证,崔志祥和蒋**达成协议,共同开发“氧气底吹造锍捕金”熔池熔炼新工艺,产业化示范工程。 蒋**从这项工程设计开始到投产,曾多次到现场进行细致的调研,落实**,对设计中的每一个参数和设备运行数据都一一推敲,对“氧气底吹这项新技术”,他呕心历血,夜以继日地工作,在严细上下功夫,不说大话,不说虚话,尊重事实。从点火烤炉,到投料试车,真是令人捏把汗。氧气底吹炉投料试车一次成功,说明了从设计、施工到投产、所有工程技术人员和工厂员工尊重科学,尊重实践,是百战百胜的基础,是发展的源动力。在氧气底吹炉开车时,全流程畅通,蒋**高兴地说:“这是创新第一步,还有很多问题需要逐步去解决,任重而道远。”目前采用的较为先进的熔炼工艺是可行的,没有烟气外逸。就铜的转炉吹炼而言,当今世界上90%以上都是采用ps转炉,间断作业,熔炼产出的铜锍需用铜锍包在车间内进行倒运,造成**烟气低空逸散,加上转炉加料及吹炼过程,烟气难以完全密封,存在不同程度的逸散现象,使ps转炉吹炼作业的操作环境很差。这是当今铜冶炼面临的一道世界性难题,各国都在力图解决这一大问题。我们要想法从源头上来解决,从取消转炉上下功夫,需在吹炼炉上做文章。 目前国外有两种用于工业生产的连续吹炼工艺,解决了铜铳在车间内倒运等问题。硫的捕集率大于99.8%,较好地解决了铜锍吹炼的低空污染。其中,日本研发的三菱法,采用顶吹炉熔炼,电炉沉降铜锍并对渣进行贫化,再用顶吹炉连续将铜锍吹炼至粗铜。3个炉子用两个溜槽连接,实现了连续炼铜。世界上已有5家这样的工厂在进行生产,是一种投资较少、成本较低的连续炼铜工艺。 另一种是美国犹他kennecott冶炼厂的炼铜工艺,采用闪速炉熔炼、炉渣选矿、铜锍水碎、干燥、磨矿再用闪速炉吹炼成粗铜。上述两种连续炼铜工艺,虽然解决了吹炼作业的环保问题,但还都有不足之外,需要进一步改进提高。 三菱法由4个炉子(熔炼炉、贫化电炉、吹炼炉、阳极炉)自流配置,第一道工序的熔炼炉需要配置在较高的楼层位置,建筑成本相对较高,另外三菱法的炉渣采用电炉贫化,弃渣含铜量达0.6%~0.8%,远高于我国多数大型铜矿开采矿石的平均品位,资源没有获得充分利用。 闪速连续吹炼,其缺点是铜锍需要先水碎,再干燥、磨细后,才能进行吹炼作业,工序繁杂,且每道工序均难以保证100%的回收率,都有少量的机械损失。再者液态高温铜锍水碎,其物理热几乎全部损失,水碎固态铜锍的干燥和吹炼过程需要外供热源,热能利用不尽合理。铜锍水碎需用大量水冲,加上干燥、破碎,额外增加了人工及动力消耗,致使吹炼成本增加,这也许是多年来该工艺没有得到大量推广的重要原因。另外还有诺兰达和特尼恩特连续吹炼法,尚处于工业试验阶段。 通过搞氧气底吹炉的试验,找到一种有效方法,解决目前铜冶炼ps转炉吹炼的低空**污染问题,同时提供比世界上现有的三菱法、闪速吹炼法等连续炼铜工艺更先进、流程更短、投资更省、成本更低、回收率更高、综合利用更好的新的炼铜工艺,是我们面临的重任。蒋继穆发明的“氧气底吹连续炼铜”法的精髓在于借鉴三菱法的自流配置,利用氧气底吹的冶炼机理与优越性,将熔炼、吹炼、火法精炼三过程,用3个不同的底吹炉连成一体,克服了转炉吹炼的缺点。这样就可彻底解决世界上目前仍有90%采用转炉吹炼铜锍需在车间吊运的问题。在车间内有效根冶了**的逸散,和操作中的污染,车间内的低空烟害得以消除。这不仅节省为转炉生产用的吊车,也取消了多台转炉占用的大面积厂房,建设投资,同等条件下省去1/3费用。 其特征在于,利用氧气底吹炉熔炼高品位铜锍,高品位铜锍再用底吹炉或我国开发的连续吹炼炉吹成粗铜。熔炼过程造高铁渣,炉渣经选矿选出铜精矿返回熔炼,选出铁精矿出售,渣尾矿出售。吹炼过程造钙渣,返回熔炼,烟气经净化后送去生产硫酸。 这种粗铜冶炼方法,包括以下步骤:1、将硫化铜精矿、其他含铜物料和熔剂配料制粒后,加入氧气底吹熔炼炉中进行熔炼,产出高品位铜锍和熔炼渣,烟气经余热锅炉冷却回收余热后送至电除尘器净化除尘,然后送制酸车间生产硫酸。 其特点在于: (1)调节氧料比,生产高品位铜锍。铜锍品位控制在68%~70%,以减少后续铜锍吹炼作业的负荷量,同时产出小于70%的铜锍,熔炼渣含铜处于较低水准,可获得较高的熔炼直收率。 2)熔炼采用高铁渣型。通过熔剂配入量,熔炼渣的氧化铁/二氧化硅(以重量计)控制在2.0~2.2之间,高于三菱法的1.4~1.6的水平,也高于闪速炉的1.6~1.8(用于渣选矿的渣型)。之所以能采用高的铁硅比造渣,是由于底吹熔炼的反应机理是氧气直接作用于铜锍,铜锍作为氧的载体,生成氧化亚铜与精矿中的硫化铁反应生成氧化铁,造渣反应的氧势低,不易生成四氧化三铁,因而炉渣可以采用更高的铁硅比。反之,三菱法或闪速熔炼法,其反应机理是氧气直接作用于精矿,硫化铁直接与氧气反应,氧势较高,生成四氧化三铁的趋势大,比例高,炉渣发粘,氧化亚铜在渣中的熔解度增加,不利于渣铜分离。尤其是三菱法,过高的铁硅比,渣中四氧化三铁增加,除渣含铜升高外,还有产生泡沫渣的危险。由于氧气底吹熔炼炉渣四氧化三铁含量低,可以采用高的铁硅比造渣,因此,熔炼加入的石英熔剂量相对较少,熔炼物料量减少,渣率低,渣选矿的物料量少,能耗也相应下降,随渣损失的铜量也相应减少。2、熔炼炉渣选矿 底吹炉产出的熔炼渣,通过渣包或渣坑,经缓冷后送选矿处理,选矿过程包括将渣破碎、磨细后,浮选选出渣铜精矿、再遴选选出铁精矿和尾矿。铜熔炼炉渣选矿,国内外有成熟技术。底吹炉渣与诺兰达熔炼渣类似。大冶处理诺兰达熔炼渣,可选出渣铜精矿、铁精矿,产出的尾矿可供水泥配料或制砖,实现了冶炼厂无废渣。尾矿含铜小于0.35%,较电炉贫化工艺,可提高铜的总回收率0.6%~0.7%。电炉贫化弃渣含铜较好指标为0.6%~0.7%,我国铜资源奇缺,原矿含铜0.42%左右的资源仍在开采。该技术炉渣采用选矿工艺回收残留铜,铜回收率高,资源得以充分利用,是符合国情的。更何况,采用选矿方法处理每吨渣的单位基建投资和运营成本,与电炉贫化基本持平,因此,从经济角度看,渣选矿也更为有利。 3、铜锍吹炼 产自底吹熔炼炉的液态高温铜锍,经溜槽连续注入氧气底吹吹炼炉,从吹炼炉底部连续送入富氧空气对高品位铜锍进行连续吹炼。与此同时,通过料仓,计量皮带给料机,按计算要求量从炉顶开口连续加入熔剂石灰石造渣。(也可炉顶不开口,将熔剂石灰或石灰石磨成粉状,通过料仓、计量皮带给料机从氧枪与氧气一起送入炉内造渣。)在炉子一端较上部开孔,排放熔炼渣,较下部开孔,设置虹吸装置排放粗铜,见图2。实现连续加入铜锍、连续吹炼、连续加入熔剂、连续造渣、排渣,并连续放出粗铜,实现吹炼过程连续化。其特点有:1)采用底吹炉吹炼。在粗铜、铜锍、炉渣三相共存情况下连续吹炼,氧通过粗铜传递,因此,粗铜的氧势最高,可确保获得比其他连续吹炼含硫量更低的粗铜,并有利于as、**、bi等v族元素的脱除,提高粗铜质量。同时底吹吹炼可降低四氧化三铁的生成量,防止四氧化三铁沉淀和泡沫渣的生成,炉渣中四氧化三铁含量低,渣的粘度就低,可降低吹炼渣中氧化亚铜的夹杂量,使渣含铜低于闪速吹炼和三菱法吹炼的渣含铜量,可降到铜小于10%。 (2)采用高品位铜锍(铜68%~70%)吹炼,吹炼负荷小,吹炼渣量相对较少。通过调节氧枪供氧的氧氮比和供氧压力(氧氮体积比调节范围为5:5至8:2,供氧压力调节范围为0.4mpa~0.8mpa)来控制吹炼的反应速度,从而可控制吹炼温度在1220℃~1250℃。 (3)根据精矿成分确定吹炼渣型:一般情况下铜精矿脉石含铁高、含钙、镁等碱性元素少,熔炼时需添加熔剂氧化钙。采用铁钙渣型,吹炼渣水碎后返熔炼炉,替代熔炼所需添加的石灰石熔剂。当特殊情况下处理含钙量高的铜精矿(熔炼时不需要添加石灰石熔剂)时,亦可在吹炼炉加石英石造硅铁渣,经缓冷后送渣选矿车间处理。 (4)底吹吹炼炉,根据炉子大小,在配制上保持1%~3%的倾斜度,使之铜锍入口端的粗铜层较薄,从喷枪送入的富氧空气可直接送入铜锍层,进行吹炼反应,防止产生过量的氧化亚铜。粗铜放出口一端又可保持较厚的粗铜层,为防止与铜锍逆向平衡反应而提高粗铜的硫含量,在该端设置部分炉底透气砖,送人少量富氧空气,缓慢进入粗铜层,提高其氧势,控制粗铜量达标,避免了三菱法和闪速连续吹炼法在阳极炉中需要再脱硫,造成阳极炉烟气需要特殊处理以解决环保问题。(5)底吹炉连续吹炼,炉温稳定,克服了转炉周期作业温度波动过大的缺点,有利于大幅度提高吹炼炉的寿命,降低耐火材料消耗和维修工作量,从而降低炼铜成本。连续吹炼,烟气量和烟气成分(**含量)稳定均衡,炉体不用经常转动,从而降低炼铜成本。连续吹炼,克服了转炉周期作业烟气量和烟气成分波动大的缺点,有利用制酸,降低酸厂投资。 (6)熔炼炉至吹炼炉设置铜锍溜槽,铜锍直接从熔炼炉通过溜槽流入吹炼炉。在联接溜槽上设置保温烧嘴加热保温,防止铜锍在溜槽中冻结。在溜槽一端设置通风烟罩,排除保温烧嘴和溜槽中铜锍逸散的烟气,烟气经脱硫处理后排空。克服了转炉周期作业时,用吊包车在车间内倒运铜锍,铜锍中**大量无组织逸散,造成严重的**低空污染,恶化车间操作。 20210311