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铜锍吹炼

2019-01-08    来源:    
    铜锍吹炼过程是火法冶炼生产粗铜的最后一道工序。除了脱铁脱硫外,还通过造渣和挥发,进一步降低铜锍中的其他有害杂质,以防止减少这些杂质进入粗铜。再就是使贵金属(金、银及铂族元素)和镍等有价金属尽量富集于粗铜之中,以便在后来的电解精炼中国以回收。
    吹炼过程分为两个阶段。第一阶段的任务是使铁氧化造渣,故称为造渣期。主要化学反应为:
2FeS+3O2+SiO2=2FeO·SiO2+2SO2+1030.09(kJ)
    第二阶段是使上一个阶段获得的Cu2S(称白铜锍)氧化成粗铜,故称造铜期,主要化学反应为:
Cu2S+O2=2Cu+SO2+217.4(kJ)
    两个反应都是放热反应。但造渣期放出的热量更多,每千克氧在造渣期放出的热量为10.73kJ,热量除去炉气带走、炉体散热外,每鼓风1min,熔体温度上升0.9~3℃。此期内需加冷料来调节过高温度。造铜期每千克氧放出热仅为6.79kJ,热量紧张,每鼓风1min温度只上升0.15~1.2℃,每停风1min温度却下降3~8℃。因此,在造铜期内应避免不必要的停风。
    一、吹炼方法
    铜锍吹炼过程有以下几种方式:
    (一)卧式转炉(又称P-S或皮尔斯-史密斯转炉)。如图1所示,炉子结构已成标准化系列,容量从5t到100t。为了缩短吹炼时间,增加冷料数量以提高生产率,在卧式转炉中可应用氧浓度为23%~27%的富氧空气进行吹炼。过高的富氧浓度对炉衬(尤其风口)寿命不利。转炉吹炼的技术经济指标见表1。
 

 
图1  转炉结构示意图
表1  卧式转炉吹炼各项技术经济指标





项 目

转炉容量/t

富氧吹炼28%O2


5

8

15

20

50

60

80

100


铜锍品位/%
送风时率/%
直收率/%
熔剂率/%
冷料率/%
镁砖消耗/kg·t-1
炉寿命/t(铜)·(炉期)-1
水耗/m3·t-1(铜)
电耗/kW·h·t-1(铜)

30~35
76
90~95
18
25
24
1500
 
 

25~30
75~80
95
23
15
19.7
1500
 
 

37~42
80
96
16~18
10~15
25
1500
 
350~400

28~30
77~78
80~85
12~20
7~10
60~140
1200
 
 

20~21
85
90
20
25~30
45~60
2200
130
650~700

30~40
80~85
95
16~18
 
15~30
17570
 
 

50~55
70~80
93.5
8~10
26~63
4~5
26400
 
50~60

55
80~85
94
6~8
30~37
2~5
 
 
40~50

60
 
 
 
 
4
 
 
 
    (二)连续吹炼炉。这是我国富春江冶炼厂开发的一种吹炼方式。优点是烟气和二氧化硫含量比较稳定,漏风量少,二氧化硫浓度高,利于制酸,设备简单,投资省,无炉温急剧变化,炉寿长。缺点是固定炉型,遇停风会堵死风眼。渣含铜高,粗铜含硫高。该法适用于小型冶炼厂。目前使用该法的工厂有富春江冶炼厂、邵武冶炼厂、烟台冶炼厂。
    炉子结构如图2所示。
 

 
图2  连续吹炼炉图
1―排烟口;2―风口;3―燃油口;4―加铜锍口;
5―出渣口;6―出铜口;7―熔剂加入口;8―安全口
    连续吹炼的技术经济指标见表2所示。
表2  连续吹炼的技术经济指标





项 目

富春江老厂

富春江新厂

项 目

富春江老厂

富春江新厂


直收率/%
熔剂率/%
炉寿(两次大修间产铜量)/t
镁砖耗/kg·t-1

88
20.7
750
10.7

88~90
17~18
1500
10.7

电耗/kW·h·t-1(铜)
水耗/m3·t-1(铜)
燃料耗/ kg·t-1(铜)
床能力/t·(m2·d)-1

505
50
50
7~8

 
40
40
 
    (三)虹吸式(霍博肯)转炉。一般卧式转炉的烟罩对炉口密封不严,造成烟气进入烟道后二氧化硫浓度下降,炉子在加料时需停止转动。虹吸式转炉是为解决这些问题而设计的,炉子结构如图3所示。
 

 
图3  虹吸式转炉
    (四)闪速吹炼。如上所述,传统的卧式转炉烟气量和烟气中二氧化硫浓度是不稳定的,不利于制酸。此外,由于埋入式风口耐材料的限制,普通转炉使用富氧浓度至多至28%。普通转炉不能彻底解决漏风和二氧化硫逸散问题,烟气量大,处理系统庞大。为了解决这些问题,奥托昆普公司开发了闪速吹炼技术。将铜锍水液粒化磨细干燥后以工业氧喷入闪速炉进行氧化。由于工业氧的使用,设备单位生产率提高,投资和生产成本均比普通转炉低。首家采用闪速吹炼固体铜锍的工厂是美国肯尼可特犹他冶炼厂(1995年7月投产)。其操作数据如表3:
表3  美国肯尼可特犹他冶炼厂操作数据





炉子作业率
日处理铜锍量
日产粗铜量
铜锍品位
加料速率
喷入富氧浓度
补充热收入

86%
1066t
685t
69%
52t/h
68.2%
28.6百万英制热单位/h
    闪速吹炼与卧式转炉吹炼有关指标对比见表4。
表4  闪速吹炼与卧式转炉吹炼对比





项 目

闪速熔炼-卧式转炉吹炼

闪速熔炼
闪速吹炼

项 目

闪速熔炼-卧式转炉吹炼

闪速熔炼
闪速吹炼


总投资
完全操作生产成本
劳动成本
动 力
维 修
铜产量/万t·a-1
硫酸产量/t·d-1
稀释后二氧化硫质量分数/%

100
100
100
100
100
15
2000
9~12

85~90
89
96
96
85
15
2000
20~30

投资价值/百万美元
操作耗电/kW·h·t-1
节省动力消耗(以每kW·h电5美分计)/美元·a-1
节省动力消耗(以每kW·h电5美分计)/美元·lb-1(铜)
制酸厂投资节省/美元·lb-1(铜)
制酸费用总节省/美元·lb-1(铜)

88
100
 
 
 
 
 
 

60
53
1551000
 
0.46
 
1.29
1.75
    二、转炉渣处理
    随着硫化铜精矿强氧化熔炼的发展,转炉渣处理流程也发生了变化。传统处理方式是返回反射炉或电炉或鼓风炉。转炉渣含磁性氧化铁很高,再将其返回闪速沪或熔池熔炼炉等强氧化设备中,势必造成更大的操作困难。因而需要对转炉渣进行单独处理。
    转炉渣的处理方法有:(1)缓冷磨细浮选;(2)电炉贫化。方法的选择取决于渣中铜的氧化形态的多少。在氧化亚铜比例较高的情况下,电炉贫化效果较好。
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