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铜镍矿的瓦纽科夫熔池熔炼

2019-01-08    来源:    
    瓦纽科夫熔池熔炼略图如1所示。该炉是一个具有固定炉床、横断面为矩形的竖炉。炉缸、熔锍池和炉渣虹吸池以及炉顶下部的一段围墙用铬镁砖砌筑,其他的侧墙、端墙和炉顶均为水套结构,外部用架支承。风口设在两侧墙的下部水套上。有的炉子每侧有两排风口。端墙外一端为熔锍虹吸池,设有排放熔锍的放出口和安全口,另一端端墙外为熔渣虹吸池,设有排放熔渣的渣的渣口和安全口。大型炉的炉膛中设有水套隔墙,将炉膛分隔为熔炼区和贫化区的双区室(见图2)。隔墙与炉顶之间留有烟气通道,炉底之间留有熔体通道,炉子烟道口有的设在炉顶中部,有的高在靠渣池端的炉顶上,在熔炼区炉顶上设有两个加料口,贫化区炉顶上设有一个加料口。
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    为了更充分地搅拌熔池,两侧墙风口的对面距离较小,仅为2.0~2.5m;炉子的长度因生产能力不同而变化,为10~20峭等;炉底距炉顶的高度很高,为5.0~6.5m,熔体上空高度3~4m,有利于减少带出的烟尘量。风口中心距炉底1.6~2.5m,风口上方渣层厚400~ 900mm;渣层厚度和铜锍层度则出渣口和出铜口高度来控制,一般为1.80m和0.8m;为防止粉状炉料被带入烟道,加料口通常远离烟道口。

    炉料从炉顶的加料口连续加入熔炼区,被鼓入的气流搅拌迅速熔入以炉渣为主的熔体中。炉子上部的熔体被称做炉渣—熔锍乳化相,其中包括90%~95%(体积)炉渣和5%~10%(体积)硫化物或金属微粒。由于强烈搅拌,金属或硫化物相液滴相互碰撞合并,微粒聚结成大小为0.5~5mm的小粒,从上层鼓泡层落入并下沉到底相。低于风口水平面的区域为一湍动较弱的区域,在此下部平静的区域内,不同液相珠滴,会按密度差迅速分离。[next]    处理硫化矿时,瓦纽科夫过程的基本反应是硫化铁的氧化反应。富氧空气直接鼓入熔渣中,首先发生如下反应:                     6(FeO)+O2→2(Fe3O4)                    (5—1)    渣中Fe3O4[用(Fe3O4)表示]的作用是传递氧使熔体的FeS和碳氧化:                  3(Fe3O4)+[FeS]→10(FeO)+SO2             (5—2)                  3(Fe3O4)+(FeS)→10(FeO)+SO2               (5—3)                   (Fe3O4)+C→(FeO)+CO                      (5—4)    除反应式(5—1)外,还有部分直接氧化熔体中的FeS(用[FeS]表示):                    [FeS]+O2→(FeO)+SO2                     (5—5)                    (FeS)+O2→(FeO)+SO2                     (5—6)    炉料中的高价硫化物(FeS2、CuS、CuFeS2等)离解成元素硫和低价硫化物,产生的元素硫与渣中的Fe3O4和鼓风中的氧发生反应:                   4(Fe3O4)+S2→12FeO+2SO2                 (5—7)                   2 O2+S2→2SO2                            (5—8)    进入熔锍中的FeS(用[FeS]表示)有一部分溶入渣中:                  [FeS]→(FeS)                             (5—9)    瓦纽科夫炉中相界面大,搅拌强度高,有利于上述硫和氧之间的交互反应,这样就阻止了炉渣被鼓风中氧按反应式(图1)过氧化。瓦纽科夫炉的操作经验表明,在正常熔锍(含Cu约60%)生产时,渣中Fe3O4含量不超过10%。    这和闪速熔炼不同,闪速熔炼是以固体颗粒或液滴的形式在气流中进行氧化,瓦纽科夫过程氧化的结果是炉渣中硫化铁浓度下降。同时搅动的乳化相中锍相不是主要的,这也决定了锍在渣是的损失处于最低水平。    诺里尔斯克铜冶炼厂瓦纽科夫炉处理铜镍精矿的生产数据列于表1。[next]










表1 瓦纽科夫炉处理铜精矿的主要生产数据


项      目

生产数据

项      目

生产数据


最大加料速率/(t.h-1)

140

 铜镍锍温度/℃

1200


炉子尺寸/mm

 

 炉渣温度

1300


长度

22768

 烟气成分(包括吸入的空气),体积(%)

 


宽度

2720

   SO2

32~40


高度(不包括上升烟道)

7437

   CO2

2.5~5.5


高度(包括上升烟道)

25980

   O2

3.0~8.0


风口数

44

   N2

30~42


鼓风含氧量(/%O2)

65%~80%

   H2O

13~19


铜镍锍成分(%)

 

 烟气含尘量(g.m-3)

13~19


  Cu

40~60

 烟气体积(标)(包括吸入的空气)/(m3.h-1)

40000~50000


  Ni

3.5~4.5

 烟气温度/℃

1200~1259


  Co

0.09~0.12

 烟尘率(为炉料量)/%

0.5~0.7%


  Fe

11~26

 冷却水流量/(m3.h-1)

800~1000


  S

22.723.5

 冷却水温度/℃

入水23,出水28


炉渣成分(%)

 

 水压/Pa

(4.5~5)×105


Cu

0.65~0.86

 操作炉子所需人数

6~7


Ni

0.15~0.21

 炉子和附属设备电耗/(kWh.h-1)

675


Co

0.05~0.07

 耐火材料的寿命/a

4~5


Fe

40.0~43.3

 

 


S

0.7~1.2

 

 


SiO2

28.9~30.4

 

 
     在俄罗斯梁赞的半工业试验炉(1.5~2.1m2),日处理量为25~75t/d,处理Cu—Ni精矿,精矿典型成分为(%):Cu2.79,Ni5.17,Co0.16,S25.9,Fe37.5,CaO3.13,Al2O32.4,SiO27.95,MgO2.45。铜镍锍品位30%~70%,平均50%;锍中Cu回收率92.4%,Ni回收率95.8%。渣平均组成为(%):Cu0.25,Ni0.23,Co0.03~0.06,SiO2 4.9,CaO3.8,Fe40,Al2O32.7,MgO2.8.
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