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硫化铜矿的传统熔炼

2019-01-08    来源:    
    硫化铜矿的传统熔炼系指20世纪70年代以前普遍采有用的反射熔炼、烧结-鼓风炉或密闭鼓风炉熔炼以及电炉熔炼等方法。
    反射炉熔炼由于工艺本身热效率低(25%~30%),不能充分利用硫化物的反应热,燃料消耗大,炉气含SO2浓度低而难以制酸,环境污染严重。因此近20年来没有发展而被强氧化方法所取代,或进行改造(如氧气喷洒)。旧式反射炉属于将被淘汰的方法。
    一、密闭鼓风炉熔炼
    鼓风炉熔炼是最早的炼铜方法。过去它处理块状富铜矿。以后随着富铜块矿的减少和浮选技术进步,它已不再是生产铜的主要方法。至今,鼓风炉仍然与反射炉、电炉以及较先进的闪速炉等并存着,其原因是它的技术已有了很大的改进,如精矿制团、混捏湿精矿的直接加入、烟气制酸以及富氧的利用,改造后称之为密闭鼓风炉炼铜法。20世纪80年代末,我国还有铜陵、水口山、中条山。富春江、烟台等冶炼厂使用密闭鼓风炉熔炼铜锍,合计生产能力约为15万t。在最近这些年,随着地方乡镇企业的发展,而且因为密闭鼓风炉有投资省、上得快、易操作的优点,不少的小型密闭鼓风炉又建立起来。今后,随着几个大型冶炼厂的改造和其他炉型熔炼能力的扩大,我国密闭鼓风炉生产比例将会逐渐减少。
    铜精矿密闭鼓风炉熔炼的炉料及焦炭由炉顶加料斗,按焦炭―转炉渣―熔剂―混捏铜精矿的次序分批加入炉内。炉料自上而下地运动,空气从风口鼓入,在风口区稍上,使焦炭强烈燃烧,形成高温(最高可达1450℃)焦点区。鼓入的风量除了保证焦炭燃烧外,有较大的过量,以便维持炉内呈氧化气氛,满足一部分硫化物氧化的需要。高温炉气自下而上,与炉料作逆向运动,并进行热交换,使炉料受热,而完成各种冶金过程,产出铜锍、炉渣、烟气和烟尘几种熔炼产物。随后,熔融物借鼓风压力和自身的重力经本床和咽喉口流入前床澄清分离。烟气在上升过程中,温度逐渐下降(从1250~1450℃降到450~600℃),其含氧量也逐渐下降,而SO2浓度却不断升高,然后离开料面,从侧面烟道出口送去收尘制酸。
    鼓风炉的结构如图1所示,表1是某些工厂密闭鼓风炉的技术经济指标。
 

 
图1  密闭鼓风炉结构
1-水套梁;2-顶水套;3-加料斗;4-端水套;5-风口;
6-侧水套;7-山形水套;8-烟道;9-咽喉;10-风管
表1  密闭鼓风炉的技术经济指标





序 号

项 目

单 位

数 量

序 号

项 目

单 位

数 量


1
 
2
3
4
5

原料成分,Cu/Fe/S
风口区鼓风强度
富氧浓度
床能力
脱硫率

%
 
m3/(m2·min)
%
t/(m2·d)
%

10~28/20~32/20~35
26~40
21~30
40~60
40~55

6
7
8
9
10
11

焦 率
烟尘率
烟气SO2浓度
烟气温度
铜锍品位
渣含铜

%
%
%

%
%

7~10.5
4~10
3.5~5
450~550
30~40
0.18~3.2
    二、电炉溶炼
    用于铜溶炼的电炉是属于矿热电炉类型,它是一种以电能转变为热能的膛式炉。电炉熔炼铜的工艺最早开始于20世纪20年代末(挪威)。现在,使用电炉熔炼的厂家也在减少。电炉作为熔炼设备的功能正在削弱,而转向处理熔炼渣。我国目前还有金川冶炼厂和盘石镍矿(处理镍铜精矿)两家企业使用电炉,原采用电炉熔炼铜精矿的云南铜业股份有限公司(云南冶炼厂),已于2002年改为采用艾萨炼铜技术。
    电炉熔炼的作业过程为:经过干燥的精矿或焙烧矿从炉顶上分布在电极周围的加料管加入熔池中形成料堆,料堆下部浸没在熔体中,上半部分在熔池面上。电极从炉顶插入渣层中,将热量传递给浸没着的炉料,从而进行熔化和一系列的化学反应。生成的铜锍颗粒穿过渣层沉到炉底上的铜锍层中。铜锍由炉子一端的铜锍口放出;炉渣由另一端的渣口放出。炉料反应产生的气体透过料堆进入炉膛空间,由炉顶上的上升烟管排出到收尘系统。因此,电炉熔炼要求炉料含水小于3%,否则会引起翻料,严重时引起爆炸。干燥后的粉状精矿,因其热导性和透气性较差,不宜加入炉内,球粒状态的干矿或细块烧结矿是最适合的。云铜在采用电炉工艺时,备料作业采用向上鼓风烧结。在一定程度上提高了硫的利用率,同时溶炼烧结块,还大大改善了电炉化料条件,有利于提高生产率和降低电耗。
    电炉溶炼的显著优点是电能通过渣层(电阻)转变为热能的。炉子的高温区休中在熔池内的渣层中;化学反应、溶化是在液体炉渣与固体炉料间界面上进行。从其技术特征而言,电炉溶炼应该属于熔池熔炼范畴;熔池内温度较高,能使炉渣过热,可以不配可少配熔剂,尤其适用于处理高硅、高钙镁难熔矿,而且渣含金属低;此外,它的炉膛空间和炉气温温度都较低,热效率高达60%~80%,炉顶只需普通耐火材料,且寿命长;电积熔炼对物料和生产规模适应性强,操作控制灵活性大。从理论上讲,由于电炉内无燃料燃烧产生的烟气,因而炉气量少,二氧化硫浓度高。但实践上由于炉顶孔眼多,尤其电极孔,密封较困难,因而吸入空气量大(高出理论量2~5倍),致使炉气中二氧化硫浓度低于2.5%。
    电炉溶炼的缺点是电能消耗大,电能消耗在成本中所占比重高达60%以上。电炉内是微还原气氛,脱硫率低。因此,电炉工艺仅适用于缺少冶金焦而水电很丰富的地区,以及处理含难熔脉石的精矿。对强氧化溶炼炉渣的处理,电炉是一种较理想的贫化设备。
    电炉的结构如图2所示,电炉熔炼的技术经济指标见表2,加工费构成见表3。
 

 
图2  矿热电炉示意图
表2  电炉熔炼的技术经济指标





项 目

单 位

数 量

项 目

单 位

数 量


1、  铜精矿成分
 
 
2、鼓风烧结脱硫率
3、电能单耗
4、电炉渣含铜

%
 
 
%
kW·h/t(炉料)
%

Cu18~22,Fe18~21,S14~16
SiO218,CaO3~5,MgO1~3
17~34
430
0.40~0.44

5、铜硫品位
 
 
6、电炉溶炼回收率
7、电炉作业率
8、电极消耗

%
 
 
%
%
kg/t(料)

45
 
 
97.8~98
90
2.5~3.5
表3  电炉溶炼时每吨铜硫的加工费构成





项 目

元/t铜(铜硫中)

分配比/%

项 目

元/t铜(铜硫中)

分配比/%


1、电费
2、水费
3、折旧
4、工资

133.2
8.41
20.87
2.60

67.64
4.25
10.54
1.31

5、运输费
6、管理费
7、材料费
合 计

8.55
13.84
9.81
198.00

4.32
4.09
4.95
100.00
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