铜冶金介绍教材课件

v铜冶金铜冶金v一、铜冶炼方法一、铜冶炼方法v1、铜冶炼分类v 用铜矿石或铜精矿生产铜的方法较多，概括起来有火法和湿法两大类。v 火法冶金是生产铜的主要方法，目前世界上80的铜是用火法冶金生产的。特别是硫化铜矿，基本上全是用火法处理。火法处理硫化铜矿的主要优点是适应性强，冶炼速度快，能充分利用硫化矿中的硫，能耗低，特别适于处理硫化铜和富氧化矿。同时，世界上20左右的铜是用湿法提取的。该法是在常温常压或高压下，用溶剂浸出矿石或焙烧矿中的铜，经过净液，使铜和杂质分离，而后用萃取一电积法，将溶液中的铜提取出来。对氧化矿和自然铜矿大多数工厂用溶剂直接浸出；对硫化矿，一般先经焙烧，而后浸出。v2.近20年来铜工业的发展v 自20世纪60年代以来，世界铜冶金技术有了长足的进展，主要表现是：（1）传统的冶炼工艺正迅速被新的强化冶炼工艺所取代，到目前为止世界上约有110座大型炼铜厂，其中采用传统工艺的工厂仅剩下13，其余23的工厂已采用新的强化工艺进行铜的生产。现在，奥托昆普闪速熔炼和各种熔池熔炼工艺（奥斯迈特艾萨法、诺兰达法、特尼恩特法、瓦纽柯夫法等）已成为主流炼铜工艺；（2）氧气的利用更为广泛，富氧浓度已大大提高；（3）各炼铜厂的装备水平和自动化程度都有较大的提高；（4）以计算机为基础的DCS集散控制系统已为更多的炼铜厂采用，使冶炼工艺的控制更为精确；（5）冶金工艺参数（如温度、加料量等）的测定手段更为先进，测得的数据也更为可靠；（6）有价金属的综合回收率进一步提高，综合能耗进一步降低，劳动生产率进一步提高，冶金环境进一步改善；（7）湿法炼铜工艺有了更大的发展，现在世界上已有20的铜用湿法生产。二、各种铜熔炼炉型简介v1、闪速炉v1.1闪速熔炼的基本介绍v将精矿和熔剂用工业氧或富氧空气或预热空气喷入专门设计的闪速炉中，使硫化精矿悬浮在氧化气氛中，通过精矿中部分硫和铁的氧化以实现闪速熔炼，其方式与粉煤的燃烧十分相似，用硫铁的闪速燃烧获得熔炼温度，精矿在闪速燃烧过程中完成焙烧与熔炼反应。v获得工业应用的闪速炉有加拿大国家镍公司的因科（氧化）闪速炉和芬兰奥托昆普公司的奥托昆普闪速炉。v奥托昆普闪速炉，是一种直立的U型炉，包括垂直的反应塔、水平的沉淀池和垂直的上升烟道，如上图。干燥的铜精矿和石英熔剂与精矿喷嘴内的富氧空气或预热空气混合并从上向下喷入炉内，使炉料悬浮并充满于整个反应塔中，当达到操作温度时，立即着火燃烧。v精矿中的铁和硫与空气中的氧的放热反应提供熔炼所需的全部热量（当热量不足时喷油补充）。精矿中的有色金属硫化物熔化生产铜锍，氧化亚铁和石英熔剂反应生产炉渣。燃烧气体中的熔融颗粒在气体从反应塔中以90度角拐入水平的沉淀池炉膛时从烟气中分离出来落入沉淀池内，进而完成造锍和造渣反应，并澄清分层，铜锍和炉渣分别由放锍口和放渣口排出，烟气通过上升烟道排出。放出的铜锍由溜槽流入冰铜包子并由吊车转入转炉吹炼，炉渣通过溜槽进入贫化炉处理，或经磨浮法处理以回收渣中的大部分铜。v12物料要求及准备v闪速熔炼要求在反应塔内以极短的时间(12s)基本完成熔炼过程的主要反应，因此炉料必须事先干燥使其水分小于0.3。干燥时不应使硫化物氧化和颗粒粘结。v 配料干燥系统是闪速熔炼的准备工序。可采用仓式配料法和气流三段式干燥或蒸汽干燥。v 干燥的工艺过程是配料仓按配料单指定的矿种，加入经预干燥水分小于10的铜精矿和熔剂，仓内各种不同的铜精矿按指定的比例同步从各矿仓排出并计量。熔剂比率根据计划的冰铜品位、目标硅铁比、混合矿成分、石英熔剂比率反馈修正值等由计算机计算出来并自动设定到熔剂仓调节计上，进行白动控制。v 从配料仓给出的混合炉料、通过输送皮带、经过电磁铁除去铁质杂质和振动筛除去块状v物料等杂物后。送到干燥系统进行三段气流干燥或蒸汽干燥。v三段气流干燥的工艺流程是炉料首先用回转干燥窑进行干燥，其次通过鼠笼破碎机把由于附着水分结成块状物的炉料进行破碎，同时被干燥，再由气流输送到气流干燥管内，将水分干燥到0.3以下。三段气流干燥的干燥率大致为：回转干燥窑2030，鼠笼破碎机5060，气流干燥管2030，炉料水分由10降至0.3以下。v 蒸汽干燥机是由一个多盘管机组构成的转子(或固定)，及一个固定(转动)的壳体组成的，干燥机由设置在一侧的一台大功率马达驱动，另一侧是蒸汽进、出口的连接器蒸汽从转子的中心管进人穿过辐射状的联箱，然后分配给盘管所有环路加热盘管后，由盘管外壁与精矿接触，将热量传递给精矿，使精矿干燥。蒸汽中的冷凝水在转子离心力的作用下，流向每组盘管的最低点，当冷凝水到达最低点时，汇集进人中心集水管冷凝水通过虹吸管及疏水阀排出回收利用。干矿温度一般控制在120度。炉料水分由10降至0.3以下。炉料经过加料阀进入干燥机内进行蒸汽干燥，干燥后的炉料经过出料阀储存于中间仓内。干燥机内炉料蒸发的含尘水蒸气经过顶部布袋收尘器由排气风机排至大气。中间仓内的干炉料经两套交替运行的正压输送系统，将干炉料输送至干矿仓内，输送空气经布袋收尘器由排风机排放大气。v13闪速炉反应塔内的传输现象和主要氧化反应v闪速熔炼过程的化学反应与传统工艺没有实质的区别，只是通过熔炼设备与冶金工艺上的改进来强化熔炼过程。闪速熔炼用富氧空气或热风，将干燥的精矿、石英熔剂(一定的比例)通过反应塔顶部的精矿喷嘴，以很大的速度(80120ms)喷入闪速炉的反应塔空间，使炉料颗粒悬浮在高温氧化性气流中迅速氧化和熔化。反应塔内平均气流速度为1.44.7m/s时，相应的气体在塔内停留时间为1.44.7s。悬浮在气流中的细粒精矿流经反应塔的速度与在塔内的停留时间几乎与气流同步，由于反应塔内精矿颗粒与气流之间的传热和传质条件优越，使硫化矿物的氧化反应闪速进行，并放出大量的反应热。熔炼铜精矿一般发生的主要氧化反应有：vCuFeS2+3/2O2=1/2(Cu2S.FeS)+1/2FeO+SO2vFeS+3/2O2=FeO+SO2v2FeO+SiO2=2FeO.SiO2v这些反应放出大量的热以加热、熔化和过热炉料。反比一般在离喷嘴1.5M以内迅速进行。v由于硫化物粒子的氧化反应非常迅速，有一部分FeS氧化为FeO后可进一步氧化为Fe2O3和Fe3O4，不可避免地有一部分铜要被氧化为Cu2O。氧化氧化产物中产物中Fe3O4、Fe2O3和和Cu2O的数量。取决于冰的数量。取决于冰铜品位与原料铜品位与原料SiO2的含量的含量。生成的Fe2O3在有硫化物存在时容易转化为磁性氧化铁：v10Fe2O3+FeS=7Fe3O4+SO2v16Fe2O3+FeS2=11Fe3O4+2SO2v在温度达13001500度的反应塔内，Fe3O4很快被SiO2和FeS分解：v3Fe3O4FeS5SiO25（2FeO.SIO2）SO2v在反应塔内由于氧化反应强烈，炉料在炉内停留的时间很短，各组分之间的接触不良Fe3O4不能完全被还原，而溶解于炉渣和铜锍中，一同进入沉淀池。v少量的硫化亚铜下列反应氧化：v 2Cu2S十3O22Cu2O十2SO2v当有足量的FeS存在时，Cu2O会与FeS反应生成Cu2S进入铜锍。由上述反应可看出，炉料中的FeS的存在能阻止铜进入炉渣，但正如向前述的Fe3O4一样，由于反应塔内氧化反应强烈，因此，仍有少量的Cu2O熔于炉渣。由反应塔降落到沉淀池表面的产物是铜锍与炉渣的混合物，在沉淀池内进行澄清和分离，在分离过程中铜锍中的硫化物与炉渣中的金属氧化物还进行如下反应，从而完成造铜锍和造渣过程。v Cu2OFeSCu2SFeOv 2FeOSiO22FeO.SiO2v 3Fe3O4FeS5SiO25（2FeO.SiO2）SO2v闪速炉炉渣中含铜高的原因是由于：闪速炉炉渣中含铜高的原因是由于：v（1）反应塔内氧势较高，熔炼脱硫率高，产出的铜）反应塔内氧势较高，熔炼脱硫率高，产出的铜锍品位高，铜锍品位越高，渣含铜也越高。锍品位高，铜锍品位越高，渣含铜也越高。v（2）闪速熔炼，原料多为高硫高铁精矿，而配加的）闪速熔炼，原料多为高硫高铁精矿，而配加的石英熔剂少，渣中铁硅比高，这种炉渣密度较大且石英熔剂少，渣中铁硅比高，这种炉渣密度较大且对硫化物有较大的溶解能力。对硫化物有较大的溶解能力。v（3）闪速炉烟尘率高，熔池表面难免有烟尘夹带，）闪速炉烟尘率高，熔池表面难免有烟尘夹带，这无疑也会增加渣中含铜量。这无疑也会增加渣中含铜量。v14闪速炉炉体各部位的结构v（1）反应塔顶v反应塔顶有拱顶和平吊挂顶两种结构，拱顶又有球拱顶(如汉堡冶炼厂、韦尔瓦冶炼厂等)和平斜结合顶(金隆公司、贵冶等)。拱顶密封性好，漏风小，但砖体维修困难，一般寿命为35年；吊挂顶密封性较差，但可以在炉子热态下更换部分砖体；随着富氧浓度、干矿装入量和反应塔热负荷的提高越来越多的冶炼厂采用吊挂顶改造供顶。v（2）反应塔壁v反应塔壁经受带之高温烟气和高温熔体的冲刷，几乎没有任何的耐火材料能够承受反应塔内的苛刻条件。为提高炉寿命，各冶炼厂不断地改进反应塔的结构，使用优质耐火材料，并采用水冷却系统，冷却强度不断提高，形成了各自不同的反应塔结构特征。v反应塔冷却装置有喷淋冷却和立体冷却两种，喷淋冷却结构简单，它通过外壁淋水冷却和内侧挂磁铁渣，使炉衬得到保护而不被继续腐蚀。这种结构便于反应塔检修，炉寿命可炉寿命可达达8年左右年左右，但是，干矿装入量和富氧浓度提高后，喷淋冷却方式冷却强度不够。通过反应塔壁的热损失大，操作费用高。立体冷却系统由铜水套和水冷铜管组成。反应塔壁被铜水套分成若干段，水套之间砌砖，在砖外侧安装有水冷铜管，形成对耐火材料的三面冷却。这种结构冷却强度大，能适应富氧浓度、熔炼能力和热负荷提高后对反应塔冷却的要求，而且热损失小、操作费用低(反应塔燃油量降低)，炉寿命长(可达10年左右)。v（3）沉淀池v冰铜和炉渣在沉淀池中储存并澄清分离；夹带烟尘的高温烟气(达1400度左右)经沉淀池进入上升烟道，因此沉淀池的结构必须能够防止熔体渗漏，同时有利于保护炉衬。v沉淀池顶般为平吊挂顶或拱吊挂顶。沉淀池顶的冷却有H梁冷却和垂直水套冷却。H梁安设在砌体中。耐火砖被圈定而不致发生变形，并能防止砖的脱落。为防止漏水，H梁中的铜管必须是整根的，不得用数根短管焊接起来。v沉淀池位于反应塔正下方部位的侧墙，可以看作是反应塔的延长，这一部位热负荷较高，而且沿着砖的表面往下流的高温熔体量很大。因此，这一部位很容易被侵蚀。目前，一般在砖体内插人水平铜水套冷却，有的冶炼厂水套与铜管并用，构成立体冷却。v沉淀池渣线区域易被熔体侵蚀，受熔体冲刷较大，这一区域沿沉淀池一周设垂直铜水套或倾斜水套冷却。v（4）上升烟道v上升烟道是闪速炉中夹带渣粒、烟尘高温烟气的排除通道。对上升烟道结构上的要求是：防止熔体粘附而堵塞烟气通道；尽量减少沉淀地的辐射热损失。v上升烟道有垂直圆形、椭圆形和断面为长方形的倾斜形，上升烟道以一般不设冷却。v15闪速熔炼的主要技术经济指标v（1）干矿水分v在生产中常把干矿的水分控制在0.3%以下。v（2）冰铜品位v一般冶炼厂闪速炉冰铜品位控制在5065之间，v某一特定熔炼作业条件下的冰铜品位，可根据以下要某一特定熔炼作业条件下的冰铜品位，可根据以下要求来确定：求来确定：v最大限度的利用最大限度的利用Fe和和S在炉内氧化所放出的热量。在炉内氧化所放出的热量。v冶炼厂要最大限度地回收冶炼厂要最大限度地回收SO2v下道工序转炉作业要求冰铜品位保留足够的燃料下道工序转炉作业要求冰铜品位保留足够的燃料Fe、Sv避免生产过多的避免生产过多的Cu2O和高熔点和高熔点Fe3O4炉渣。炉渣。v（3）炉渣含铜v闪速炉炉渣是金属氧化物和硅酸盐的熔体，含有少部分硫化物、硫酸盐，主要成分有Fe和SiO2，Fe/SiO2一般为1.15-1.25，渣中含渣中含CuO0.8-1.5，须贫化处理后可，须贫化处理后可废弃废弃。v2、诺兰达熔池熔炼、诺兰达熔池熔炼v21简要介绍：v诺兰达熔炼工艺是加拿大诺兰达矿业公司所发明，诺兰达反比炉类似于铜锍吹炼的转炉，沿长度方间将炉沿长度方间将炉内空间分为吹炼区内空间分为吹炼区(义称反应区义称反应区)和沉淀区和沉淀区，整个生产过程图间42。由各配料仓的电子配料秆按需求控制下来的精矿、熔剂和少量固体燃料经带式输送机送往抛料机，再由抛料机从炉头加料口抛往炉内熔池反应区。富氧空气由炉体一侧的风口鼓入反应区熔池、产生的冲击力以及气泡上升和膨胀给熔体带来很大的搅动能量，保证熔体与炉料迅速融合，造成良好的传热与传质条件。使氧化反应和造渣反应激烈地进行，释放出来的大量热能使炉料受热熔化生成高品位的铜锍和炉渣。加料端烧嘴使用重油或柴油为反应补充一定的热量。加料口输入部分空气可适当增加熔体上方烟气中的氧量，一方面和飞溅到熔池面熔体、炉料反一方面和飞溅到熔池面熔体、炉料反应，另一方面使炉料中的炭质燃料及未完全燃烧的一应，另一方面使炉料中的炭质燃料及未完全燃烧的一氧化碳能允分燃烧氧化碳能允分燃烧。v6573或更高的品位的铜锍从铜锍放出口放入铜锍包中，再送往转炉吹炼。熔炼炉渣熔炼炉渣(含含Cu5左左右右)在炉内沉淀区初步沉淀后从炉尾端排入渣包，然后送往渣缓冷场冷却、破碎，再运往选厂选出铜精矿(即渣精矿)和铁精矿，缓冷渣包底部铜锍及渣精矿返问熔炼系统。从反应炉的尾部炉口排出的烟气，经上升烟罩进入锅炉冷却，回收其中的余热。降温后的烟气进入静电除尘器除尘，收集的烟尘送综合回收系统回收铅、铋、锌等，其余烟尘用气动输送装置送到精矿仓配料。净化后的烟气送硫酸系统生产硫酸。v转动诺兰达炉使风口在熔池面上，就可使熔炼过程停下来，在停炉后，由烧嘴供热保持炉温，反应炉转动到鼓风位置立即能恢复熔炼过程。v22物料要求v（1）对炉料粒度和水分的要求v铜冶炼工厂的精矿来源广泛，种类较多，成分偏差大。相对于闪速熔炼，诺兰达工艺对物料粒度和水分的要求不严，精矿不必深度干燥，这是诺兰达法熔池熔炼的优点。v诺兰达工艺的加料系统简单且可靠，精矿湿度达到13料仓也几乎不挂料，粒度小于50 mm的任何物料都能通过进料系统。v混合炉料配料原则：v诺兰达炉炉料除铜精矿外，还有渣精矿、废杂铜、含铜料、各种返回料、烟尘、熔剂及补热用的固体燃料。入炉前需要对各种物料进行搭配。主要根据进厂精矿的种类、数量、成分、供应状况、矿仓占用情况、生产、供氧供风能力、炉况及后续工艺设备能力等统筹。v（2）熔剂v为了获得合理的渣型熔炼时还应加入适量的焙剂，般都是加石英石熔剂。v（3）燃料v可以是块状或粉状的烟煤、无烟煤、焦粉或石油焦炭，加到炉料中通过熔体燃烧，燃烧产品在接近熔体温度的情况下逸出，热交换率高；同时作为一种还原剂还原渣中的Fe3O4。固体燃料和炉料一起加入炉内。v23熔池中的物理化学变化v诺兰达熔炼是一种典型的富氧强化侧吹熔池熔炼。富氧空气由炉体侧风口鼓入熔池，混合炉料从炉头端墙通过抛料机抛到熔池表面后，被强烈翻动的熔体迅速加热熔化并进行氧化和造渣，放出大量的热量，维持过程进行，最后形成的铜锍和炉渣在沉淀区进行澄清分离。在上述过程中，炉料的加热、熔化、氧化、造渣及铜锍的形成过程都与熔池内熔体的流动特性及传质传热情况有关。v气流从诺兰达炉子一侧风口鼓入熔池中时，受到熔体的阻碍被击散立即形成若干小流股和气泡，并夹带周围的熔体上浮，发生动量交换。由于喷口区的负压与其他区域的正压造成的压力差，使流体向与流股界面成垂直的方向流动。滞留气体在熔池面上形成的这种穹面的喷流或羽状卷流是熔池熔炼的基本条件，也可以说，熔池熔炼的主要问题就是羽状流的形成和控制的问题。v与闪速熔炼过程类似，熔池熔炼也是一个悬浮颗粒与周围介质的热和质的传递过程。不同的是，在诺兰达熔池熔炼过程中，悬浮粒子是处在种强烈搅动的液气介质中。受液体流动、气体流动、两种流体间的作用以及动量交换等因素的影响，因而熔池熔炼的流休动力学比较复杂。v在诺兰达熔池熔炼过程中，滞留在熔体中的气体与熔体间的界面积是影响传热和传质的主要参数，而决定气液界面积的因素有单位熔体鼓风量、气泡在熔体内停留的时间、气泡直径及熔体温度等。v由于诺兰达熔池熔炼具有良好的动力学条件，因而化学反应速度很快。在熔池中发生的主要化学反应有高在熔池中发生的主要化学反应有高价化台物的分解，硫化物的氧化，价化台物的分解，硫化物的氧化，MS勺勺MO之间的交之间的交互反应，互反应，Fe3O4的还原分解、的还原分解、MS的造铣锍，的造铣锍，MO与脉与脉石组分的造渣等。石组分的造渣等。v24主要技术经济指标分述如下：v（1）床能力床能力 床能力指一昼夜内每平方米炉床面积上床能力指一昼夜内每平方米炉床面积上处理的精矿量处理的精矿量；影响休能力的因素有混合精矿成分、性质，鼓风时率，风口氧气浓度，操作技能等。诺兰达炉床能力按熔池面积汁算，一般为3050吨(M2.d)。v（2）渣含铜 诺兰达熔池熔炼工艺渣含铜较高，这与诺兰达炉的高锍品位、高铁渣型及反应炉结构等因素有关；如大冶诺兰达炉渣含目前为为目前为为35。诺兰达炉渣性质较稳定，成分变化不大，渣中铜主要以硫化物形态存在。v（3）铜锍品位 诺兰达炉产出的铜锍品位较高般控制在般控制在6573；更高的铜锍品位，必然会导致渣含铜显著提高与耐火材料消耗增加。铜锍品位降低到55，虽然能顺利生产，但燃料消耗增多，烟气量与铜锍产量增大，从而影响经济效益。v（4）燃料率燃料率 消耗燃料量与处理混合精矿量之比消耗燃料量与处理混合精矿量之比，用百分数表示，诺兰达熔池熔炼工艺所需热量主要来自混合精矿的化学反应热，燃料仅作补充热源，因而燃料率较低，如大冶目目前的燃料率为前的燃料率为23。v（5）鼓风时率 指诺兰达炉送风熔炼时间占整个生产周期的百分率。他它是反映诺兰达炉生产能力的一项重要指标。它与操作水平、管理水平及诺兰达炉系统本身等诸多因素有关。大冶目前的鼓风时率为的鼓风时率为8287之间之间。v（6）直收率直收率 指铜锍中铜量与同期投入物料中的总铜指铜锍中铜量与同期投入物料中的总铜量之比量之比。由于诺兰达熔池熔炼工艺渣含铜较高，因而直收率不高，一般不到80。v（7）耐火材料单耗耐火材料单耗 指某次大修开炉至停炉这段时间指某次大修开炉至停炉这段时间内，耐火材料消耗量与所产铜锍量之比内，耐火材料消耗量与所产铜锍量之比。可用下式表示：v耐火材料单耗（大修所用耐火材料量本段时间内各次中小修用耐火材料量）本段时间内所产铜锍量。v耐火材料单耗是一项综合技术经济指标，它与铜硫品耐火材料单耗是一项综合技术经济指标，它与铜硫品位、耐火材料质量、砌筑技术及质量、操作制度等许位、耐火材料质量、砌筑技术及质量、操作制度等许多因素有关多因素有关。v从近几年来的生产实践看，诺兰达炉炉衬易损部位主要是风口区，其次是炉口、放渣口端墙与沉淀区两侧的上下圆周炉衬及抛料口与烧嘴所对应的相关炉衬。v风口区由于熔体处于激烈的搅拌状态，化学反应激烈，熔体对耐火材料侵蚀严重。此外，由于炉温冷热交替变化而产生热震以及捅风口的机械损伤也是导致风口砖易损的原因。v炉口砖易损的原因主要是因高温烟气冲刷，以及清炉口时机械撞击。放渣口端墙与沉淀区两侧的上下圆周炉衬损坏的原因是受高温烟气冲刷及渣层频繁波动，熔渣对炉衬的严重侵蚀。抛料口周围炉衬受炉料中的水分及冷空气作用而损坏。烧嘴周围炉衬则主要是火焰直接冲刷而损坏。v25诺兰达熔池熔炼的特点及发展趋势v作为一种先进的炼铜工艺，具有如下特点：v（1）床能力高v诺兰达熔池处于强烈的搅拌状态，传热传质极为迅速，其物理化学变化非常激烈，故诺兰达熔池熔炼床能力很高。v（2）备料工艺简单，对原料、燃料适应性强v诺兰达熔池熔炼对物料的粒度和水分要求不严，块矿、返料粒度小于100MM，熔剂粒度不大于20MM，固体燃料粒度一般为650MM，水分710，生产都能正常进行。诺兰达炉还可以处理废杂铜、各种返料、渣精矿和其他含铜物料。诺兰达炉燃料选择范围广，即可使用液体燃料，也可加固体燃料燃料率低仅为3左右。v（3）脱硫率高，铜锍品位高v诺兰达熔池熔炼工艺脱硫率一般在72以上，深度深度脱硫主要有三点好处：脱硫主要有三点好处：铜锍量少，转炉吹炼时间铜锍量少，转炉吹炼时间短；短；熔炼产出烟气熔炼产出烟气SO2浓度高，可达浓度高，可达16以上，以上，有利于两转两吸制酸工艺，硫的利用率可达有利于两转两吸制酸工艺，硫的利用率可达96；由干深度脱硫，可充分利用硫化物反应热，易于由干深度脱硫，可充分利用硫化物反应热，易于实现自热熔炼实现自热熔炼，综合能耗约为17585kJt(Cu)，与闪速熔炼相当。v深度脱硫一般在强氧势条件下进行，大量Fe3O4生成易造成炉结沉积严重危害正常作业，但在诺兰达熔池熔炼处于强烈的搅拌状态条件下，Fe3O4造渣条件好，即使是生产高品位铜锍，作业们能顺畅进行。v（4）过程简单，操作简便可靠，反应易于控制v诺兰达反应器结构简单，给料、放锍、放渣操作简便。反应炉采用分散式计算机网络进行过程控制。v主要控制铜锍品位、温度、铁硅比三项指标。实际生产中，在一定的给料量和氧量的条件下，铜锍品位的控制，以分析锍品位数据为依据，根据计算需氧量，用增减物料量的办法把锍品位调校到日标值。而炉温、铁硅比则由操作人员凭经验控制。但是与闪速熔炼比较，无论是炉寿还是铜的直收率，均需要进一步研究提高。还有以下方面需进一步做工作加以完善。如：v（1）烟罩漏风率大v（2）作业率低v如大冶设计鼓风时率为88，实际为87。作业率低的原因有两方面，一是常规例检停风、清理炉口作业停风、洗炉从炉门加生铁球停风等；二是生产系统设备故障造成停风，如锅炉系统故障、硫酸系统故障等。作业率低直接导致精矿处理量降低也造成氧气浪费。v（3）风口氧气浓度有限制v 风口氧气浓度过高，风口区的耐火材料寿命受到影响。大冶诺兰达炉风口氧气浓度正常值为39，短期最高值曾达到48，如要继续提高、要在风口耐火材料寿命上做工作。v（4）诺兰达炉周围环境状况需改善v 诺兰达炉周围环境污染点主要有：捅风口机噪声、抛料机周围的粉尘，及放锍、及渣时散逸出来的烟气。改进诺兰达炉周围环境状况也应从上述几个方面着手。v诺兰达熔池熔炼是强化造硫熔炼的一种方法，可以作为传统炼铜法老厂改造时的选择方案。v3、顶吹浸没熔炼法、顶吹浸没熔炼法v31基本介绍v顶吹熔炼法是澳斯麦特熔炼法与艾萨熔炼法的统称，澳斯麦特熔炼法与艾萨熔炼法都拥有“赛洛”喷枪浸没熔炼工艺技术，按各自的优势和方向，延伸并提高了该项技术，形成了各具特色的澳斯麦特熔炼法与艾萨熔炼法。v这两种方法在备料上具有共同点，原料均不需要经过特别准备，含水量10的精矿制成颗粒或精矿混捏后直接入炉。当精矿水分含量过高时，先经干燥窑干燥后，在制粒或混捏，然后通过炉顶加料口加入炉内，炉料呈自由落体落到熔池面上，被气流搅动卷起的熔体混合消融。澳斯麦特熔炼法与艾萨熔炼法的主要区别是：v（1）喷枪的结构不同喷枪的结构不同，澳斯麦特喷枪有四层套筒，最内层是粉煤或重油，第二层是氧气，第三层是空气，最外层是用于保护第三层套筒的套筒空气，同时供燃烧烟气中的硫及其他可燃组分之用，最外层在熔体之上，不插入熔体。艾萨炉喷枪只有三层套筒，第一层为重油或柴油，第二层是背压管，第三层为富氧空气。v（2）排放方式不同排放方式不同，澳斯麦特炉采用溢流的方式连续排放熔体，而艾萨炉采用间断的方式排放熔体。v（3）喷枪背压值不同，艾萨炉喷枪的背压值为5070KPa，澳斯麦特炉喷枪的出口压力为150210KPa。v（4）澳斯麦特炉与艾萨炉在炉衬结构上的思路是有一些不同，但总体的思路是让高温熔体粘结在炉壁砖衬上，即使用挂渣的方法对炉衬进行保护，澳斯麦特炉子采用了高导热率的耐火材料砌筑，并且在炉壁和外壳钢板之间捣打厚度为50mm左右高导热石墨层，钢板外壳表面又用喷淋水或铜水套冷却水进行冷却。艾萨炉除放出口加铜水套冷却水进行冷却以保护砖衬外，炉体其余部位不加任何冷却设施，耐火砖与炉壳钢板之间填充一层保温料。v（5）在炉底结构上，艾萨炉采用封头形及裙式支座结构，炉底裙式支座平放在混凝土基础上，用螺栓连接在一起，施工安装较方便；澳斯麦特炉采用平炉底，炉底与混凝土之间加钢格栅垫，用螺栓相连，这种结构较复杂，施工较难。v（6）艾萨炉采用平炉顶，澳斯麦特采用倾斜炉顶，平炉顶安装比倾斜炉顶简单。v澳斯麦特艾萨法与其他熔池熔炼一样，都是熔池内熔体炉料气体之间造成的强烈搅拌与混合，大大强化热量传递、质量传递和化学反应的速率，以便熔炼过程能产生较高的经济效益。与浸没侧吹的诺兰达法不同，澳斯麦特艾萨法的喷枪是竖直浸没在熔渣层内，喷枪结构较为特殊，炉子尺寸比较紧凑，整体设备简单，工艺流程和操作不复杂，投资与操作费用相对较低。v32艾萨炉生产的基本工艺流程v混有大部分燃煤的混合铜精矿经过制粒后进入艾萨炉中熔炼，熔炼需要的富氧空气通过喷枪鼓入熔池，为了便于生产期间的温度控制，还可从喷枪加入燃油对炉温进行微调，熔炼产生的冰铜和炉渣混熔体进入电炉澄清分离，烟气经余热锅炉和电收尘器降温除尘后进入硫酸厂制酸，余热锅炉收下的烟尘返配料系统，电收尘器收下的烟尘原送入电炉，后由相关部门单独处理。v33顶吹浸没熔炼法的特点及发展趋势v该法在备料上，原料不需要经过特别准备，将含水量小于10的精矿制成颗粒或混捏后直接入炉。只有精矿含水量大于10时，精矿才经干燥窑干燥后，再制粒或混捏。炉料呈自由落体落到熔池面上，然后被气流搅动卷起的熔体混合消融。v顶吹浸没熔炼生产工艺的优点如下：v（1）熔炼速度快生产率高。艾萨炉用于铜精矿熔炼，床能力最高已达238t/(m2.d)，一般达到190.8t(m2.d)。是目前炼铜方法中床能力最高的一种是目前炼铜方法中床能力最高的一种。这种炉了在提高富氧浓度时，生产能力可以成倍增加。年产10万吨的铜的工厂与年产20万吨铜的工厂在炉子直径和高度上变化不大，只是富氧浓度不同。v（2）建设投资少，生产费用低。由于处理能力大，炉子结构简单，因此建设速度快，投资少。建设一座顶吹浸没炉的投资，一般只有相同规模的闪速熔炼炉的6070。v（3）原料的适应性强。对处理的原料有较强的适应性，不仅能处理“纯净”精矿，也能处理“垃圾”精矿甚至能处理其他方法不能处理的精矿。v（4）以已有的设备配套灵活、方便。熔炼炉的占地面积较小，可与其他的熔炼工艺设备配套使用。尤其是对于反射炉和电炉的搭配灵活、方便。v（5）操作简便，白动化程度高，生产过程用计算机在线控制1台炉子，每班仅需要46名操作人员。v（6）燃料适应性广，喷枪可以使用粉煤、碳粉、油和天然气，燃料调节比大。v（7）有良好的劳动卫生条件，除喷枪口和加料口外，熔炼炉为密闭式生产，烟气外排少。v顶吹浸没熔炼法的不足点为：v（1）炉寿命较短。最长时间只达到18个月，短的只有几个月。但采用艾萨熔炼法的炉子寿命已经达到2年以上。v（2）炉子保温要用柴油或天然气，价格较贵。v 经过十几年的发展，顶吹浸没熔炼技术在提取冶金中具有较广泛的应用，包括锡精矿、铅精矿、铜精矿熔炼、炉渣烟化、阴极泥熔炼、铅锌渣、镍浸山渣的处理，炼铁以至垃圾焚烧等方面。目前，采用该技术的冶炼厂已有英国、津巴布韦、韩国、印度、德国、美国、中国等达2()余家，1992年美国迈阿密塞浦路斯冶炼厂用艾萨炉工艺替代了电炉熔炼工艺。1999年我国山西华铜铜业有限公司引进该技术投产后，至2002年，云南铜业公司引进的艾萨炉，云南锡业公司引进的澳斯麦特炉，铜陵有色金属公司金昌冶炼厂引进澳斯麦特炉也相继建成投产。随着澳斯麦特炉与艾萨熔炼技术的发展。塞浦路斯迈阿密厂和芒特艾萨厂都在着手扩建。vPS转炉的吹炼作用是间断进行的，产出的SO2烟气不能稳定，影响制酸并污染环境，顶吹浸没熔炼技术将是实现连续吹炼颇有吸引力的技术，为此CSIRO公司进行了大量试验室连续加入破碎后固体铜锍产出低硫(S含量0.1)粗铜试验，已经证明这项技术大有潜力，多数连续吹炼试验采用钙铁渣型，同时也进行过硅酸盐型试验。试验表明：粗铜中的硫含量取决于钙铁渣中的铜含量，我国华铜公司已采用艾萨吹炼铜锍。v当希望产出低硫粗铜时，不可避免会产生高铜渣，对高铜渣的处理也进行了研究，艾萨法还原高铜渣的试验表明是很有前途的方法。大约经过30 min的还原，渣中含铜量就可以降到1，然而，将高铜渣返回熔炼过程处理，产生6570的铜锍是最简便的，并可减少转炉渣量。v顶吹浸没熔炼技术与闪速吹炼法相比，其优势在顶吹浸没熔炼技术与闪速吹炼法相比，其优势在于可以吹炼较大块的固体铜锍，而加入闪速炉的于可以吹炼较大块的固体铜锍，而加入闪速炉的铜锍必须经过破碎、干燥、碾磨至合适粒度铜锍必须经过破碎、干燥、碾磨至合适粒度。v4、白银炼铜法、白银炼铜法v41基本介绍v含水分8左右的硫化铜精矿配以返料、熔剂(石英石和石灰石)等、由皮带运输机送到白银炉炉顶料仓、由圆盘给料机控制料量，经给料皮带和熔炼区炉顶加料口连续地加入到白银炉熔池中，鼓入熔池中的含O22150的富氧空气是由压缩空气和含O29599工业氧混合而成。富氧空气通过熔炼区侧墙风口鼓入熔池，起到搅拌熔体和加入的炉料的作用。并使炉料被迅速加热、分解、熔化、造锍及造渣，熔炼区熔池温度控制1150度。v炉料在熔炼区经过熔炼后，产出的铜锍和炉渣混合熔体经隔墙下部通道进入沉淀区进行过热和沉降分离，产出铜锍和炉渣。铜锍由虹吸放铜口间断放出供转炉吹炼铜锍由虹吸放铜口间断放出供转炉吹炼，炉渣由排渣口排出弃去或经贫化处理。v含SO2浓度高的高温烟气由熔炼区尾部自升烟道排出，经余热锅炉、旋涡收尘器、电除尘器后，再经排烟机送往制酸车间生产工业硫酸。v白银炉炉头装有一个粉煤燃烧器，供炉渣和铜锍过热，炉子中部设有12个粉煤燃烧器，用于补充熔炼过程热量不够时所需的热。所用的粉煤由粉煤制备工段供给，按要求送至粉煤仓。粉煤通过双螺旋给煤机，与一次风混合，进入燃烧器燃烧。粉煤燃烧所用的一次风和二次风，由专用的中压风机供给，其中二次风送换热器生产热风，一次风则直接用于输送粉煤。v42白银炉内炉料和熔体的混合与运动规律v白银炉内进行的造锍熔炼属侧吹熔池熔炼一类。在熔炼区的侧墙风口鼓入的压缩（或富氧）空气的作用下，熔池内熔体得到了强烈的搅拌，强化了传热、传质过程，同时增大了气体固体炉料熔体间的接触面积，加速了反应的进行。v白银炉内熔池流场划分为三个区域：气液混合区、湍流白银炉内熔池流场划分为三个区域：气液混合区、湍流区与死区区与死区。由于风口喷入熔池中的气流，与液体发生动量交换的同时，其周围造成压力差，使风口附近形成负压，引起液体向风口附近流动。另一方面，气体股被液体击碎成一连串的气泡，由于浮力向上运动，逸出熔池面，液气混合流体形成循环流动。湍流区外层液体在负压的作用下卷入气液混合区，湍动强度依喷流强度而异。死区是液体相对平静的区域，熔池中部上下都会存在死区。v熔池内流体流动的特性随着鼓入的气体流量与压力变化而变化。当风量与风压较小时，由于喷流的穿透距离不大，部分气泡沿炉侧上升逸出，因而搅拌不强烈。气体流量和压力增大时，喷流气体穿透距离增加，气液两相区扩展到接近炉子中轴线，混合搅拌强烈，搅拌范围增大，熔池上部的死区基本上不存在。湍流区中的炉料颗粒运动速度明显增加，两相区与湍流区能量交换加强，在炉底中心仍然存在死区，但明显减小。v入炉风量与风压进一步增加，熔池的流动特性变化更为显著，炉底中心死区消失，整个流场至存在两个区：一个是强烈的气液两相混合区，约占炉子断面积的23；另一个是炉料颗粒运动更快的湍流区。整个熔池搅拌剧烈。v43白银炼铜法的主要经济指标v（1）床能力v 床能力是衡量冶金炉冶炼强度的重要指标。影响白银炉床能力的因素有熔池鼓风强度、炉料性质及成分、熔炼温度、操作管理水平等。炉子尺寸及炉料性质不变时，炉子床能力主要取决于供风量。v（2）标准燃料率v 白银炉熔炼热量，来源于两方面：一方面是炉料氧化和造渣反应的自热；另一方面是燃料燃烧的外供热。冶金过程要尽量提高自热程度，降低燃料消耗。v标淮燃料率与炉型结构、燃料类别和质量、燃烧条件、燃烧器结构和安装位置。以及操作水平等因素有关。v目前白银炉熔炼标准燃料率为810左右。v（3）烟气二氧化硫浓度:烟气中SO2浓度的高低，关系到硫的回收和利用价值及程度、环境保护等重大问题，已成为评价火法炼铜方法优劣的重要标志之一。空气熔炼时，白银炉熔炼出口烟气SO2浓度为8左右；在鼓风富氧浓度达到47时，SO2浓度可达16(单室炉)或21(双室炉)，能满足两转两吸制酸要求。（4）渣含铜:渣中铜主要由硫化态铜组成，占全铜的80以上。v影响渣含铜指标的因素影响渣含铜指标的因素v渣型渣型:由炉渣性质得出：炉渣SiO2CaO/Fe的比值增高，渣含铜就降低，生产实践表明白银炉SiO2CaO/Fe控制在1.01.1较为合适。SiO2CaO/Fe低于1.0，渣含铜量显著升高；比值高于1.2，渣含铜量降低幅度较小、渣量增多。渣含铜的绝对损失量增加。v炉渣中磁铁的含量炉渣中磁铁的含量:因磁铁熔点高(1547度以上)，密度大(固体5.05.5g/cm3)，又肖高度分散造成渣粘度增大，渣与铜锍密度差降低，导致渣含铜升高。随渣中磁铁含量降低，渣含铜量降低。故降低渣中滋铁含量，对降低渣含铜有重要意义；白银炉鼓风搅动的熔炼特性，有利于磁铁的还原。白银炉渣磁铁含量较低，一般为25，对降低渣含铜有利。v温度温度v随温度的升高，渣含铜量降低。这主要是随温度升高渣的粘度降低的缘故。v澄消时间澄消时间v澄清时间越长、越有利于渣含铜量的降低。在进行澄清的初期，渣含铜量随澄清时间的延长而迅速下降，到定的澄清时间后，渣含铜随澄清时间的延长下降得很少，这主要是因为对于机械夹杂铜锍颗粒较大的沉降较快，颗粒太小的则需要很长的时间，随着澄清时间的进一步延长、能沉下来的铜锍占的比例很小；另一方面化学溶解与气泡浮游的铜锍，几乎不随澄清时间的延长而变化、因此促使渣中细小铜锍颗粒的长大，使之澄清分离，对降低渣含铜意义很大。v铜锍品位铜锍品位v 根据热力学分析，对某一确定体系，在某一温度下，渣中铜(Cu)与铜锍中的铜Cu之比为一常数，随熔炼产出铜锍的升高渣含铜也呈上升趋势。v返转炉渣的影响返转炉渣的影响v 返转炉渣的操作，对渣含铜指标有一定影响。返转炉渣集中，使转炉渣在炉内停留的时间缩短，不利于渣含铜降低。v生产操作v在较高温度下的稳定操作对降低渣含铜非常重要在较高温度下的稳定操作对降低渣含铜非常重要。v（5）铜的直收率和回收率v白银炉熔炼时，般铜的直收率和回收率分别为9395和9797.5。白银炉熔炼铜的损失主要是弃渣，其次是物料飞扬损失及电除尘器出口烟气含尘不可回收的铜损失。v（6）炉寿命v目前，白银炉寿命一般为270天左右。v（7）炉子热效率v热效率是检验冶金炉热能有效利用程度的标志。提高炉子热效率，是节约能源的重要途径之一。v影响炉子热效率的主要因素是烟气带走热、炉体热损失、燃影响炉子热效率的主要因素是烟气带走热、炉体热损失、燃料不完全燃烧及其他热损失料不完全燃烧及其他热损失。v44白银炼铜法的工艺特点及发展趋势v白银炼铜法在基本原理上类似于诺兰达法、特尼恩特法，都属于侧吹熔池熔炼的范畴。经过几十年的发展、研究已较完善。其主要特点是：v（1）熔炼炉料的利用率高。v（2）能耗较低。v（3）白银炉熔池中设置隔墙，将整个炉子分隔成两）白银炉熔池中设置隔墙，将整个炉子分隔成两个区：熔炼区和沉降区个区：熔炼区和沉降区。v（4）炉渣含Fe3O4少，渣含铜量较低v（5）白银炉熔炼是将湿料直接加入炉内，随气流带走的粉尘量少；另外白银炉熔炼区鼓风搅动激烈，翻腾飞溅的熔体对炉气夹带的粉尘起到了良好的捕集作用，因而白银炉烟尘率相对较抵仅为3左右。v（6）白银炉熔炼对原料的制备要求相对简单。入炉水分为68、混有少量粗粒(粒度小于30 mm)的炉料可以直接加入炉内处理，免去了庞大的炉料制备和干燥系统。v（7）转炉渣可返白银炉进行贫化处理。v（8）白银熔炼的铜锍品值可容易地通过氧料比在较大的范围内调整。在供热量充足的条件下，鼓入熔体内的氧量不在供热量充足的条件下，鼓入熔体内的氧量不变时，增大加料量则铜锍品位降低；反之品位升高。若加变时，增大加料量则铜锍品位降低；反之品位升高。若加料量一定，鼓风量和氧量增大时，产出铜锍品位升高；反料量一定，鼓风量和氧量增大时，产出铜锍品位升高；反之则降低之则降低。v（9）白银炼铜法对原料的适应性强，有利于共生复杂矿的综合利用。v（10）白银炉可使用粉煤、重油、天然气等多种燃料，适应性较强。v（11）白银炉在富氧熔炼过程中，炉料中有6070的硫进入气相，烟气中SO2浓度达到1020，且成分和数量比较稳定，有利于制酸，硫的总利用率可达93。v（12）与其他熔池熔炼炉相比，白银炉的本体结构和配套设备均比较简单，工艺过程稳定，易于被操作人员所掌握。v“白银炼铜法”的工艺技术已接近世界先进水平但有些方面仍需进一步提高。v（1）在强化熔炼方面，继续提高富氧浓度，提高氧气利用率逐步向富氧自热熔炼发展。v（2）进一步完善白银炉炉型充分发挥白银炉的优势使“白银炼铜法”从整体上赶上世界先进水平。v（3）提高能源综合利用水平，减少能源浪费，降低粗铜综合能耗。v（4）提高白银炉熔炼自动化水平、增强生产过程控制的科学性和准确性。v5、瓦纽柯夫法v瓦纽柯夫熔炼炉的吹炼炉的吹炼过程，类似我国白银侧吹熔瓦纽柯夫熔炼炉的吹炼炉的吹炼过程，类似我国白银侧吹熔池熔炼池熔炼，但其熔池较深（2.5m），采用高浓度氧（6090），吹炼熔池上部熔有料矿并混有铜锍小滴的乳渣层。在鼓泡乳化熔炼过程中有效地抑制Fe3O4的生产，加速了相凝聚与分离，强化了传质与传热过程。炉子结构如图71v瓦纽柯夫法具有以下些特点：v (1)备料简单，对炉料适应性强可以同时处理任意比例的块料与粉料如150 mm的大块和含水分达68的湿料、转炉渣等各种含铜物料均可入炉处理。v (2)出于能处理湿料与块料故烟尘率低，仅为08。v (3)鼓泡乳化强化了熔炼地程。炉子的处理能力很大床能力达到6080t(m2.d)；硫化物在渣层氧化，放出的热能得到了充分利用.v(4)大型纽瓦柯夫炉的炉膛中有隔墙，将炉膛空间分隔为熔炼区与渣贫化区熔炼产物铜锍与炉渣逆流从炉子两端放出，炉渣在同一台炉中得到贫化。渣含铜量可降至0.40.7。达到弃渣要求。无须再处理。v(5)炉子在负压下操作，生产环境较好，作业简单由于鼓风氧浓度高达6070，烟气SO2浓度高达2535。v6、特尼恩特法、特尼恩特法v特尼恩特炼铜法是1977年在乔利卡列托尼炼铜厂投入工业生产的，随后在20世纪80年代在智利得到推广，于90年代推广到其他国家，目前全世界共有11台炉子在生产。v采用的特尼恩特炼铜法工艺包括以下三个火法冶金过程：v（1）反射炉熔炼铜精矿是采用顶插燃料O2烧嘴；v（2）采用特尼恩特转炉同时吹炼反射炉产出的铜锍和自热熔炼铜精矿。可以采用空气或富氧空气吹炼，产出高品位铜锍或白冰铜。v（3）在一般转炉中垂柳白冰铜产出粗铜。v下图为特尼恩特炉结构图v7、三菱法连续炼铜、三菱法连续炼铜v自1974年日本直岛炼铜厂的三菱法炼铜投入工业生产以来，相继被加拿大、韩国、印度尼西亚和澳大利亚的炼铜厂采用。v三菱法连续炼铜包括一台熔炼炉（三菱法连续炼铜包括一台熔炼炉（S炉）、一台贫化炉）、一台贫化电炉（电炉（CL炉）和一台吹炼炉（炉）和一台吹炼炉（C炉），炉），这三台炉子用溜槽连接在一起连续生产，铜精矿要连续经过这三台炉子才能炼出粗铜。其设备连接如图75所示。三菱法炼铜的主要工艺特点概括如下：v（1）将精矿和熔剂用顶插喷枪喷入熔炼炉，加速了熔炼，产生的烟尘少（2)。v（2）产出高品位铜锍(65Cu)，铜锍与炉渣经CL炉贫化分层后，渣铜损失只有0.5-0.6.v (3)实现了连续吹炼，并采用实现了连续吹炼，并采用Cu2O-CaO-Fe3O4系系吹炼渣。吹炼渣。v经过多年的生产实践，对原有工艺进行了如下的改进：v (1)将粉煤混入精矿中喷入熔炼炉，代替了重油补偿燃料消耗。v (2)富氧鼓风氧气含量从开始时的32提高到了4245。v (3)铜硫品位提高了63。v (4)由于采用了水套，修炉期延长。v 三菱法炼铜法是目前世界上唯一在工业上应用的连三菱法炼铜法是目前世界上唯一在工业上应用的连续炼铜法续炼铜法具有如下的优点：v基建费用下降30，阳极的加工费用要低2030。v可以回收原料中9899的硫，回收费用只需一般炼铜法的1513v能量消耗较一般炼铜法节约2040v操作人员可减少3540。