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熔炼的目的是将含铜物料,包括铜精矿,富铜块矿、焙砂、烧结块等,配人适当数量的溶剂、返料、燃料,送人氧气或空气将物料熔化,产出冰铜及炉渣。斡国铜熔炼方法多样,目前生产厂家采用的有以下几种。
( l )密闭鼓风炉熔炼。该工艺60 年代开始在我国应用,饲由熔炼铜烧结块的敞口式鼓风炉改造而来。改为直接处理精矿的密闭式鼓风炉,由于工艺流程简短,原料不需干燥,只要配料、混捏即可人炉熔炼;产出的炉渣含铜一般小于0.3 % ,不需再贫化处理;建厂投资省,建设周期短,易于上马.适合中小企业建设。近20 年来在我国发展很快,据不完全统计,我国现有30 多台密闭鼓风炉在生产,年产粗铜30 多万t ,占我国现阶段粗铜产量的35%以上,是所用冶炼工艺中粗铜产量最多的。
密闭鼓风炉尽管采用富氧熔炼其烟气SO2含量达4%一6 % ,可以制酸,对环境不致造成严重危害,但这种工艺和现代化的炼铜工艺相比,属于淘汰和改造范围之列,存在着密闭鼓风炉本体难以大型化;熔炼脱硫率低,硫、铁反应热利用率低,熔炼能耗高;熔炼烟气SO2 含量低;对原料的适应性有一定限制等弊端。总之。由于密闭鼓风炉炼铜工艺存在的缺点,凡规模较大的厂家,已经或正在准备进行改造.用更先进的工艺取代。但对于规模较小并配套了制酸设施的厂家及边远地区的的厂家仍有一定的生存空间,不会在短期内全部淘汰,密闭鼓风炉冶炼烟气之除尘,由于离炉烟气一般小于600℃ ,都不设余热锅炉。烟尘率小于8 %多采川沉尘室旋风收尘器、电收尘器三段除尘。少数厂家用袋式收尘器代替电收尘器。也有厂家鼓风炉烟气和转炉的烟气合用一台电收尘器除尘。
( 2 )闪速炉熔炼。闪速炉熔炼是20 世纪40 年代开发,50 年代工业化,60 年代成熟、完善,迅速得到推广,是目前世界上主要的炼铜工艺之一。据不完全统计,至今已有20 个国家,建了36 座闪速炉炼铜厂,其粗铜产量约占世界粗铜总产量的45%。
我国20 世纪80 年代初购买了芬兰奥托昆普的专利,全套引进日本东予冶炼厂技术,在江西贵溪建设了年产电铜9万t 规模的闪速炉炼铜厂。90 年代,为改造铜陵第一冶炼厂的密闭鼓风炉炼铜工艺,引进部分关键设备,建设了年产电铜10 万t 规模的金隆冶炼厂。贵溪冶炼厂是我国有色金属企业第一家采用在线控制的冶炼厂,在富氧浓度、送风温度、燃料选择、冰铜品位控制等方面,都经过详细技术经济比较、优化设计,力求取得最佳经济效益。经过多次扩能改造,目前已形成产能达20 万t / a 粗铜,成为我国最大的铜冶炼基地。我国闪速炉炼铜产能达30 万t/a ,占粗铜总产能的30% , 略少于密闭鼓风炉炼铜,居第二位。
( 3 )诺兰达炉熔炼。大冶有色金属公司所属大冶冶炼厂,原采用生精矿反射熔炼,由于烟气中SO2浓度低,无法制酸利用,严重污染环境。1990 年决定引进加拿大诺兰达公司的诺兰达熔炼技术进行技改,并将产能由6万t/a 扩产至10 万t/a ,于1997 年完成改造并投产,次年达产达标。
大冶诺兰达炉是一个外径4.7m ,长18m ,内衬耐火砖的回转式圆筒形熔炼炉。炉子一端端部配备有抛料机加料.加料端一侧设有风口和捅风眼机,含水8 %左右,配混好的炉料由抛机不断抛人炉内,由风口鼓人含氧40 %左右的富氧空气进行连续熔炼。在反应区,氧气、熔体、炉料剧烈搅动,迅速反应生成高品位冰铜和炉渣。冰铜和炉渣在沉淀区沉清分离由渣口排渣,冰铜口放冰铜。烟气由排烟口排出经余热锅炉、电收尘器后送硫酸厂制酸。
大冶冶炼厂选择诺兰达工艺进行改造,其重要原因是用诺兰达工艺生产含铜70 % 左右的高晶位冰铜,扩产至10 万t/ a 粗铜,转炉吹炼系统可以不用扩建,节省投资;另外大冶铜精矿含铁高,诺兰达工艺可生产高铁渣.炉渣Fe/SiO2 达1.6 一1.8 ,熔剂配人量少;大冶公司所属矿山有富余的选矿设施,诺兰达炉产出的炉渣,含铜3%一6 % , 经缓冷,送矿山闲置的选厂回收渣含铜,充分利用公司的现有设施,是最经济合理的选择。
大冶诺兰达工艺引进过程中,国内设计单位在总结国外成功经验的基础上,对其不足之处进行了技术开发和改进,如开发了活动密封烟罩,炉口漏风率较国外现有冶炼厂降低一倍;采用双转双吸工艺制酸,尾气达标排放;全厂硫实收率达95 % .略高于国外水准;烟气改用余热锅炉降温,回收余热,提高了热能利用率,粗铜工艺综合能耗仅0.6t 标煤八以及计算机控制系统,较国外提高了档次。大冶改造投资4.5 亿元,新增产能4万t/ a ,取得了很好的经济效益和社会效益,环保状况得以根本改善。
( 4 )电炉熔炼。云南冶炼厂采用电炉熔炼工艺。60 年代掌冶设计时,其原料含钙镁高,,炉渣中MgO + CaO 达30 % ,熔点高。电炉熔炼,利用电能熔融炉料产生高温,适宜于处理高熔点铜精矿。目前云冶处理硫化铜精矿46 万t / a ,外购1.6 万t/a ,冰铜和粗杂铜约二万t/ a ,该厂粗铜产能实际已达10 万t/ a ,电解铜能力已达15万t/a 。
我国电炉冶炼和诺兰达熔炼产粗铜能力均为10万t/a ,其产量并列国内第三位。
云冶是我国惟一一家采用心炉熔炼的铜冶炼厂。由于存在着粗铜能耗高,尤其是电耗高,比全国铜冶炼耗电平均值高一倍左右;烧结机、电炉烟气SO2 :浓度低,只能采用单转单吸制酸不仅损失硫资源,而且是造成对旅游城市昆明大气污染的重要因素:电解精炼能力与熔炼不匹配等,1997 年决定采川蒙塔艾萨富氧顶吹取代现有电炉熔炼生产冰铜。改造后可以充分发挥云冶现有生产潜力。扩大产能.达到节能降耗、提高劳动生产率、改善环境、提高经济效益的目的。
( 5 )白银炉炼铜法。白银一冶炼厂设计采用沸腾炉半氧化焙烧,焙砂送反射炉生产冰铜,转炉吹炼成粗铜,电解精炼得电铜,设计规模3 . 2 万t / a 电铜。于1960 年建成投产。由于半氧化焙烧不易控制,改为采用部分精矿全氧化焙烧.再配入部分生精矿人反射炉熔炼:由于反射炉熔炼能耗高,硫资源不能利用,至1980 年停止沸腾焙烧和反射炉熔炼,以白银炼铜法取而代之。
目前白银一冶炼厂建有两台白银炉,一台为单室炉。生产能力达到了年产粗铜8 万t ,黄金3t ,白银l00t 、硫酸20 万t 。粗铜产能在我国居第五位。
白银熔炼法作为我国自主开发的炼铜新工艺,工业应用已有20 年,经过多次改造已取得重大进展,主要技术经济指标与国外开发的熔池熔炼新工艺不相上下。
但白银炼钢法,到目前为止只有白银铜冶炼厂应用。因白银炉设计受反射炉设计结构的影响,不设钢外壳,当炉膛负压操作时,从砖缝和有关开口大量漏人冷风,降低炉膛温度,难以维持正常操作;且操作岗位劳动条件恶劣,妨碍了白银炼钢法的推广应用。
( 6 )富氧顶吹浸没熔炼。中条山有色金属公司引进澳大利亚Ausmeh公司的富氧顶吹浸没熔炼(TSL )技术.在山西侯马建设了年产粗铜3.5 万t 的侯马铜冶炼厂。该厂于1999年10月建成投产,现处于试运行调整阶段,尚未达产达标。
熔炼系统由三个炉子组成,即熔炼炉、沉降炉和吹炼炉。铜精矿、熔剂、返料经配料仓按预定要求计量配料后送混捏机加水混捏,以含水9%一10%的黏团料方式,由加料皮带从炉子顶加料口投入炉内。炉顶设有可上下调节的喷枪,喷枪插入熔体鼓富氧空气进行熔炼。熔融的冰铜和炉渣经虹吸口及溜槽放人沉降炉。烟气经炉顶斜烟道进余热锅炉,电收尘后送硫酸车间制酸。渣与冰铜在沉降炉沉清分离,炉渣定期水淬。冰铜分批放人吹炼炉采用顶吹浸没喷枪、鼓入空气吹炼成粗铜:吹炼渣水淬,返回熔炼配料,粗铜进保温炉储存。吹炼炉烟气与熔炼一样,经余热锅炉、电收尘后,与熔炼炉净化烟气合并一起送硫酸车间制酸。熔炼炉连续作业,吹炼炉目前采用周期操作、由于侯马冶炼厂是世界上第一家采用顶吹浸没熔炼冰铜的工厂,没有现成经验可供借鉴,投产过程存在一些有待解决的问题。
( 7 )氧气顶吹喷射熔炼。金川有色金属公司铜冶炼分厂,处理镍冶炼的二次铜精矿。
原料含(Cu 66%~68.5 % , Ni 3.55~5% ,Fe 3.5%~4.5 % ; S 20%~22%。原采用卡尔多炉熔炼,由于间断作业,烟气难以利用制酸。经引进前苏联北方镍公司的氧气顶吹喷射熔炼技术,替代卡尔多炉熔炼,直接生产粗铜。由于粗铜含镍高,将产出的粗铜送原有卡尔多炉进一步吹炼脱镍。脱镍粗铜再经回转阳极精炼炉还原精炼后,浇铸成阳极板送电解精炼。
氧气顶吹喷射熔炼技术与山西侯马冶炼厂的顶吹浸没熔炼技术的炉子结构基本相同,都是固定式的圆柱体。两者的不同点在于喷枪结构及熔炼方式:氧气顶吹喷射熔炼的喷枪为水冷结构。并采用纯氧熔炼。喷枪中心供油,中层供氧,外层为水冷夹套。熔炼时,氧枪不插入熔体,在距熔体一定距离的情况下,向熔体喷射油和高速氧气流股,造成熔体强烈搅动,完成气、固、液三相交互反应.保持熔炼过程顺利进行,与氧气顶吹炼钢相近。顶吹浸没熔炼的喷棍结构为四层,最外层山空气冷却.粘结炉渣保护喷枪。可采用空气或富氧熔炼。熔炼时,喷枪插入熔池一定深度进行熔炼,故称为浸没熔炼。属熔池熔炼范畴。
金川氧气顶吹喷射熔炼炉子外径4m,高7.5m 。设计熔炼强度:50t ( h / (m2•d)炉料.吹氧强度6 m3/(m2•min)。设计年处理精矿量45000t,年产阳极铜28000t 。
该厂1994 年6 月建成,9 月试生产,1996 年正式投产运行,至今已运行了4 年。该工艺在金川达到的操作水准及技术经济指标,远优于技术输出单位一俄罗斯的北方镍公司。如每吨阳极铜重油单耗为240一260kg ,较北方镍公司现有水平低150一200kg ;氧气单耗低70一80m3/t 。金川公司的该项工艺已达到世界先进水平。
金川顶吹和侯马冶炼厂顶吹年产粗铜之和不足6万t/a ,仅占1999 年我国粗铜产量83.6万t的7% ,但当云冶和铜陵金昌冶炼厂用顶吹技术改造完成达产后,年产粗铜总计将达到约30万t/a ,将占我国粗铜产量的30%左右,可见顶吹炼铜在我国有好的发展前景。
另外还有反射炉熔炼、离析法和氧气底吹熔炼(SKS 炼钢法)。
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