1.3造锍熔煉生產(chǎn)實踐解析課件

1、1.3 造锍熔煉生產(chǎn)實踐第1頁，共44頁。主要任務(wù)掌握造锍熔煉的方法，各自的原理和特點以及各自在生產(chǎn)中的應(yīng)用。第2頁，共44頁。冰銅熔煉方法現(xiàn)代煉銅方法傳統(tǒng)熔煉方法鼓風爐熔煉方法反射爐熔煉方法電爐熔煉方法熔池熔煉方法諾蘭達法瓦紐科夫法白銀法三菱法奧斯麥特法閃速熔煉法奧托昆普法印柯法第3頁，共44頁。造锍熔煉的主要方法1. 密閉鼓風爐熔煉法2. 閃速熔煉法3. 熔池熔煉法第4頁，共44頁。1 密閉鼓風爐熔煉 鼓風爐熔煉法煉銅是一種歷史悠久的冶煉方法。這種方法對爐料適應(yīng)性強，床能率高，所以曾經(jīng)長期成為世界上的一種重要煉銅方法。傳統(tǒng)的鼓風爐爐頂是敞開式的，只能處理塊狀物料，所產(chǎn)煙氣SO2濃度很低(約

2、0.5)，難以回收，造成煙害。上世紀50年代出現(xiàn)了密閉鼓風爐，近15年來又出現(xiàn)了富氧密閉鼓風爐。從而克服了上述缺點。密閉鼓風爐的爐料包括混捏銅精礦、熔劑和固體轉(zhuǎn)爐渣。第5頁，共44頁。銅精礦的密閉鼓風爐熔煉 密閉鼓風爐煉銅的基本原理（I） 密閉鼓風爐內(nèi)爐料和爐氣的分布狀態(tài) 爐料和燃料從爐子上部加料斗分批加入，空氣或富氧空氣從爐子下部兩側(cè)風口鼓入。產(chǎn)出的熔體進入本床，通過咽喉口流入設(shè)于爐外的前床內(nèi)進行冰銅與爐渣的澄清分離。爐氣和爐料呈逆流運動，所以熱交換好，熱的直接利用率高達70以上。焦點區(qū)的溫度可達1573K以上，其值取決于爐渣的熔點。第6頁，共44頁。銅精礦的密閉鼓風爐熔煉 密閉鼓風爐煉銅的

3、基本原理（I）密閉鼓風爐內(nèi)的冶金反應(yīng) 特點(1) 根據(jù)爐內(nèi)溫度和物理化學(xué)變化鼓風爐從上到下分為預(yù)備區(qū) 爐料的預(yù)熱、干燥、脫水 ；高價硫化物和石灰石的分解；硫化物的氧化 ；精礦的固結(jié)和燒結(jié) 焦點區(qū) 焦炭的燃燒、爐料的熔化、熔融硫化物的氧化以及完成造渣和造冰銅過程 本床區(qū) 爐渣與冰銅成分相互調(diào)整，少量的Cu2O被再硫化 第7頁，共44頁。銅精礦的密閉鼓風爐熔煉 密閉鼓風爐煉銅的基本原理（I）(2) 爐頂溫度較高（500650）(3) 爐氣穿過料層和爐料不斷下移，使傳熱傳質(zhì)都比反射爐好，熱利用率和脫硫率高 (4)主要氧化反應(yīng)是鐵的硫化物氧化(5) 鼓風爐的焦炭燃料完全作為加熱劑，其燃燒熱約占全部熱收

4、入的60%。 第8頁，共44頁。銅精礦的密閉鼓風爐熔煉 密閉鼓風爐構(gòu)造（II）1水套梁；2頂水套；3加料斗；4端水套；5風口；6側(cè)水套；7山型；8煙道；9咽喉口；10風管第9頁，共44頁。密閉鼓風爐缺點：物料和爐氣在爐內(nèi)分布不均，妨礙多相反應(yīng)的迅速進行，不利于硫化物的氧化和造渣反應(yīng)，因此床能率低要求處理塊礦和使用優(yōu)質(zhì)焦炭，不適應(yīng)當前浮選技術(shù)的發(fā)展第10頁，共44頁。 2. 閃速熔煉 閃速熔煉是現(xiàn)代火法煉銅的主要方法。它克服了傳統(tǒng)方法未能充分利用粉狀精礦的巨大表面積,將焙燒和熔煉分階段進行的缺點，大大減少了能源消耗,提高了硫利用率，改善了環(huán)境。 閃速熔煉是將經(jīng)過深度脫水（含水小于0.3%）的粉狀

5、精礦，在噴嘴中與空氣或氧氣混合后，以高速度（6070m/s）從反應(yīng)塔頂部噴入高溫（14501550）的反應(yīng)塔內(nèi)。第11頁，共44頁。 精礦顆粒被氣體包圍，處于懸浮狀態(tài)，在23s內(nèi)就基本上完成了硫化物的分解、氧化和熔化等過程。 熔融硫化物和氧化物的混合熔體落下到反應(yīng)塔底部的沉淀池中匯集起來，繼續(xù)完成與爐渣最終形成過程，并進行沉清分離。 爐渣在單獨貧化爐或閃速爐內(nèi)貧化區(qū)處理后再棄去。第12頁，共44頁。 閃速熔煉有以下的特點：1.焙燒與熔煉結(jié)合成一個過程；2.爐料與氣體密切接觸，在懸浮狀態(tài)下與氣相進行傳熱和傳質(zhì)；3.FeS與Fe3O4、FeS與Cu2O(NiO)、以及其它硫化物與氧化物的交互反應(yīng)主

6、要在沉淀池中以液液接觸的方式進行。第13頁，共44頁。閃速熔煉的優(yōu)點是：充分利用銅精礦表面積，將焙燒和熔煉(包括部分吹煉)兩個工序在一次作業(yè)中完成，流程短，生產(chǎn)率高充分利用硫和鐵的氧化熱，熱效率高，能耗少煙氣量小，煙氣含SO2高，有利于制造硫酸，減少污染脫硫率易控制，冰銅品位高(65%)，縮短吹煉時間缺點：精礦要求充分干燥，熔劑必須粉碎氧化氣氛強，反應(yīng)時間短，渣含F(xiàn)e3O4及銅高(11.5%)煙塵率高，給余熱鍋爐等的操作帶來困難投資大，輔助設(shè)備多第14頁，共44頁。閃速熔煉的原理閃速熔煉的實質(zhì)是將干精礦與氧氣、預(yù)熱空氣或二者的混合物一起吹入高溫反應(yīng)爐內(nèi)，硫化物顆粒立即與周圍的氧化性氣體發(fā)生反應(yīng)

7、，同時放出大量的熱，利用這個熱作為熔煉所需的大部發(fā)生相互反應(yīng)，完成造冰銅和造渣的過程，然后分別從放冰銅口和放渣口放出。目前閃速熔煉法的產(chǎn)銅量占銅總產(chǎn)量的30%以上閃速熔煉法:奧托昆普閃速熔煉和印柯閃速熔煉.第15頁，共44頁。圖圖3.1奧托昆普閃速爐第16頁，共44頁。圖3.2 INCO閃速爐第17頁，共44頁。爐內(nèi)主要反應(yīng)閃速熔煉是在高溫強氧化氣氛中進行的，因此反應(yīng)爐中依次進行高價硫化物的分解、硫化物的氧化合氧化物與硫化物的相互反應(yīng)。分解反應(yīng)第18頁，共44頁。氧化反應(yīng)是閃速熔煉的代表性反應(yīng)：第19頁，共44頁。與氧化反應(yīng)同時進行的還有一部分高價硫化物直接氧化和造渣的反應(yīng)：第20頁，共44頁

8、。熔池中的相互反應(yīng)：第21頁，共44頁。閃速熔煉在強氧化性氣氛中進行，有一部分FeS氧化為FeO后可進一步氧化為Fe3O4，且不可避免的有一部分銅要被氧化為Cu2O。當熔融的氧化物和硫化物落于沉淀池的渣層上后，被氧化的銅才在FeS的作用下重新變成Cu2S因此，閃速熔煉過程中，通過控制氧料比，可任意改變產(chǎn)出冰銅的品位，這是反射爐所不及的。但同時，渣含銅高。第22頁，共44頁。閃速熔煉爐渣處理方法磨浮法(選礦法)：將閃速爐渣經(jīng)810h緩冷，此時渣中的硫化物會析出并聚結(jié)成大顆粒。然后將固化了的爐渣細磨、浮選。浮選出的渣精礦中銅品位可達20%左右。電爐貧化法：利用電爐，在高溫(12501300)下過熱

9、澄清，并加入少量還原劑與一些硫化劑，使爐渣中的Fe3O4還原為FeO，而其中的Cu、Cu2O、NiO等被硫化，產(chǎn)出低品位锍。貧化后的渣含銅為0.50.6%第23頁，共44頁。Outokump Flash Smelting Process采用富氧空氣或7231273K的熱風作為氧化氣體。在反應(yīng)塔頂部設(shè)置了下噴型精礦噴嘴。干燥的精礦和熔劑與富氧空氣或熱風高速噴入反應(yīng)塔內(nèi)，在塔內(nèi)呈懸浮狀態(tài)。物料在向下運動過程中，與氣流中的氧發(fā)生氧化反應(yīng)，放出大量的熱，使反應(yīng)塔中的溫度維持在1673K以上。在高溫下物料迅速反應(yīng)(23s)，產(chǎn)生的熔體沉降到沉淀池內(nèi)，完成造冰銅和造渣反應(yīng)，并進行澄清分離。第24頁，共44

10、頁。Inco閃速熔煉利用工業(yè)氧氣(含氧95%97%)將干銅精礦、黃鐵礦和熔劑從設(shè)在爐子兩端的精礦噴嘴水平地噴入爐內(nèi)熔池上方空間。一個噴嘴噴銅精礦和熔劑，另一個噴嘴噴黃鐵礦和熔劑，熔煉過程爐內(nèi)就形成了兩個區(qū)域即熔煉帶和貧化帶。爐料在空間內(nèi)處于懸浮狀態(tài)發(fā)生氧化反應(yīng)，放出大量的熱，使反應(yīng)過程自熱進行。熔煉結(jié)果產(chǎn)出冰銅、爐渣和含80%SO2的煙氣。第25頁，共44頁。Inco Flash Smelting FurnaceCuFeS2FeS2第26頁，共44頁。第27頁，共44頁。閃速爐的爐體結(jié)構(gòu) 奧托昆普型的閃速爐由反應(yīng)塔、沉淀池和上升煙道三部分組成。 反應(yīng)塔呈圓筒。沉淀池是由鉻鎂磚砌成的矩形池子，用

11、于暫存銅锍及熔煉渣，以使銅锍沉清分離。上升煙道是煙氣導(dǎo)入廢熱鍋爐的通道。 閃速爐本體主要由鋼結(jié)構(gòu)元件、耐火材料內(nèi)襯和水冷元件構(gòu)成。根據(jù)反應(yīng)塔、沉淀池和上升煙道的功能不同，各部分的鋼結(jié)構(gòu)、耐火材料和水冷元件各有特點。第28頁，共44頁。 銅冶煉廠進廠銅精礦含水一般為8%15%。冶煉前的配料作業(yè)、冶煉過程中及冶煉煙氣制酸都對精礦含水有一定要求。 在配料過程中，若含水高，精礦易粘結(jié)，會影響配料精度。因此，配料前的精礦含水一般控制在10%以下，必要時可增加預(yù)干燥設(shè)備。閃速熔煉的精礦干燥第29頁，共44頁。 在閃速熔煉過程中，反應(yīng)速度很快，精礦在反應(yīng)塔只停1s左右。進入反應(yīng)塔后，在塔內(nèi)高溫作用下，精礦中

12、的水分會在精礦顆粒表面形成一汽膜，既影響熱量傳遞，又會阻礙氧氣與精礦粒子的接觸，使之尚未反應(yīng)完全就落入沉淀池內(nèi)形成生料堆積，導(dǎo)致爐況惡化。 因此，必須對配好的精礦進行干燥，使精礦含水滿足閃速爐所需。 第30頁，共44頁。 一般閃速熔煉要求精礦含水0.1%0.3%。銅精礦的干燥方式有多種： 1.回轉(zhuǎn)窯干燥法; 2.氣流干燥法; 3.旋轉(zhuǎn)干燥法; 4.噴射干燥法; 5.蒸汽干燥法.其中常用的是氣流干燥法，最新的方法是蒸汽干燥法。第31頁，共44頁。閃速熔煉的計算機控制 閃速爐反應(yīng)塔內(nèi)的冶金化學(xué)反應(yīng)迅速、激烈，影響其產(chǎn)出物和溫度等重要輸出變量的因素很多，這些因素之間又互相影響，變化頻繁。必需使用計算

13、機控制。 使用計算機對閃速爐熔煉生產(chǎn)過程進行在線控制，能夠快速、準確和適時地檢測生產(chǎn)過程的工藝參數(shù)，并利用所收集到的工藝參數(shù)作為輸入條件，按照事先引入的數(shù)學(xué)模型自動地進行精確的計算，迅速而準確地改變控制變量。第32頁，共44頁。 當閃速爐處理料量不變時，閃速爐產(chǎn)出的銅锍品位、銅锍溫度、渣中鐵硅比這三大參數(shù)是閃速爐熔煉過程的綜合判斷指標。 只要穩(wěn)定這三大參數(shù)就可以基本實現(xiàn)熔煉、吹煉以至硫酸生產(chǎn)的穩(wěn)定。 計算機對閃速爐熔煉過程進行控制的關(guān)鍵就在于對品位、溫度和鐵硅比這三大參數(shù)進行在線控制。第33頁，共44頁。 計算機在線控制采用前饋反饋的控制方式，最終使控制變量穩(wěn)定在目標值。 計算機在線控制的具體

14、過程由用戶軟件的控制系統(tǒng)實現(xiàn)，它共有3個控制變量和3個操作變量，其對應(yīng)關(guān)系如表.5列出。第34頁，共44頁。表3.5 在線控制變量的對應(yīng)關(guān)系工序控制變量操作變量配料渣中Fe/SiO2石英比Rf熔煉銅锍溫度tm反應(yīng)塔重油量Foil銅锍品位Cu%反應(yīng)塔工藝氧量Opr反應(yīng)塔工藝風量Vs第35頁，共44頁。閃速熔煉技術(shù)經(jīng)濟指標 注 一噸干礦所需電耗表 3.6 一些銅廠技術(shù)經(jīng)濟指標指標名稱單位貴溪冶煉廠金隆公司佐賀關(guān)冶煉廠東予冶煉廠精礦處理量t/d331472t/h38402303鼓風中含氧量%40-6052-5770-8540-50銅锍品位%58-63586560-64入爐干礦水分%0.30.30.2

15、0.2煙塵率%6.564-54.5渣含銅%1-20.8-1.40.80.8-1.5煙氣SO2含量%1111.5電耗（干礦）kWh/t4530一些銅廠技術(shù)經(jīng)濟指標見表 3.6 第36頁，共44頁。閃速熔煉的發(fā)展 閃速熔煉已成為當今煉銅行業(yè)中最有競爭力的技術(shù)。已應(yīng)用到硫化鎳精礦與黃鐵礦元素硫的生產(chǎn)中，還用于硫化鉛精礦的處理。 銅閃速爐處理的銅精礦品位可以從12%到56%，生產(chǎn)锍品位可以從45%到78%，還有兩臺閃速爐直接生產(chǎn)粗銅。單臺閃速爐的冶煉能力可以達450kt/a。高投料量、高锍品位、高富氧濃度、高熱強度等“四高”技術(shù)和清潔工廠與自然環(huán)境和諧是閃速熔煉技術(shù)發(fā)展的總趨勢。第37頁，共44頁。熔

16、池熔煉是將氧氣或富氧空氣經(jīng)設(shè)于側(cè)墻、埋于熔池中的風口或經(jīng)設(shè)于反應(yīng)器頂部的噴槍直接鼓進锍層或爐渣層, 爐料未經(jīng)干燥直接加到受鼓風強烈攪動的熔池表面, 實現(xiàn)氣液固三相反應(yīng)。工業(yè)應(yīng)用的有：反射爐法、諾蘭達法、瓦紐科夫法、三菱法、白銀法、艾薩法、氧氣頂吹回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐法。3. 熔池熔煉第38頁，共44頁。諾蘭達法 1973年在加拿大Noranda Horne煉銅廠投入工業(yè)生產(chǎn)。 諾蘭達爐是水平式圓筒反應(yīng)器，類似轉(zhuǎn)爐，可以轉(zhuǎn)動480。熔煉過程中溫度維持在1473K左右。 諾蘭達爐的特點是采用低SiO2爐渣。這是為了減少渣量，有利于下一步爐渣的處理。雖然渣中Fe3O4的質(zhì)量分數(shù)高達2530，但由于熔體的強烈攪動

17、，故仍能順利操作。第39頁，共44頁。諾蘭達爐簡圖第40頁，共44頁。諾蘭達法優(yōu)點( 1)對原料的適應(yīng)性比較大,既可以處理高硫精礦,也可以處理低硫含銅物料,如雜銅、銅渣、鉛锍等,甚至氧化礦;既可以處理粉礦,又可以處理塊料。( 2)流程簡單,不需復(fù)雜的備料過程,含水8%的濕精礦可以直接入爐,煙塵率較低;生產(chǎn)高品位銅锍,減少了轉(zhuǎn)爐吹煉量。( 3)富氧熔煉是自熱過程,補充燃料少,一般補充燃料率僅2%3%,輔助燃料適應(yīng)性大,可用煤、焦粉等低價燃料。(4)單位熔池面積處理精礦能力強,產(chǎn)出的銅锍品位高,煙氣量相對較少,且連續(xù)而穩(wěn)定, SO2濃度高,有利于硫的回收,減少了對環(huán)境的污染。第41頁，共44頁。諾蘭達法缺點(1)爐子沒有水冷設(shè)施,爐襯壽命較短。( 2)爐體可轉(zhuǎn)動,爐口和煙罩的接口處密封不好,從接口處漏入煙道系統(tǒng)的空氣較多,導(dǎo)致煙量較大。(3)直收率低,渣含銅高,要選礦處理,以渣精礦形式返回熔煉。第42頁，共44頁。白銀法 白銀法是1972年由白銀有色金屬公司選冶廠研究開發(fā)的強化熔煉方法。1980年正式投入工業(yè)生產(chǎn)。 白銀法的特點是爐中部設(shè)有隔墻，將熔池分為熔煉區(qū)和澄清區(qū)兩大部分。在熔煉區(qū)域形成的冰銅和爐渣，通過隔墻下面的孔道流入爐子的澄清區(qū)進行分離。冰銅和爐渣間斷地從虹吸井和渣孔放出。第43頁，共44頁。國內(nèi)