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有色冶金中氧气底吹技术的研发

2019-12-12   

氧气底吹技能开始使用于炼钢范畴。上世纪30年代起,相关研制作业相继展开,终究在60—70年代完结了工业使用。氧气底吹技能具有高效、节能、环保等显着优势,随制氧技能的前进,在国际钢铁范畴得到广泛使用,大幅提升了钢铁冶炼的全体技能水平。
将氧气底吹技能使用于有色冶炼范畴的主意也随之发生。可是,氧气底吹技能在钢铁冶炼范畴的使用与在有色金属冶炼范畴的使用有很大差异:
氧气底吹技能炼钢,意图在于脱除铁水中的硫、磷、硅等杂质,操控碳含量,能够一起参加废钢,熔化调质加工各种牌号的碳钢,亦可在钢水中参加其他金属或合金,加工各种牌号的合金钢。冶炼进程是接连作业,炉内气氛在氧化和复原之间周期性改变,冶炼渣率和烟尘率很低,产出物中,成品率超越95%。
氧气底吹冶炼有色金属,进程多为接连作业。炉内气氛或为氧化或为复原,对安稳有较高要求。冶炼产品首要是炉渣,主金属产品难以超越50%,烟尘率视不同质料有所动摇。此外,有色金属质料常为多金属共生矿,难以完全分选,冶炼技术需考虑多金属归纳收回使用,所以相对于钢铁冶炼,有色冶炼的反响机理较为杂乱。
也正因为此,氧气底吹炼钢的老练技能并不能简略移植到有色金属范畴,需求针对不同金属种类的不同特色进行逐个开发。
1973年,2位美国教授提出将氧气底吹技能使用于铜冶炼范畴的想象,称之为“SL炼铜法”,进行小试后,申请了专利,但中试未获成功。
1974年,德国鲁奇公司在SL炼铜法的启发下,申请了QSL氧气底吹一步炼铅专利,并于1984年进行了工业化演示实验。
在我国,上世纪80年代,为筛选环境污染严峻的烧结—鼓风炉传统炼铅技术,职业对清洁技术的需求十分火急。当时,各国都在展开新的炼铅技术研讨,但其间多为一步或一炉炼铅,引入到国内会带来一些工程问题,且本钱相对较高。
以进步我国有色冶炼技能自主立异性和技能适用性为任务,我国恩菲工程技能有限公司(以下简称“我国恩菲”)前身——北京有色冶金规划研讨总院提出了研制“氧气底吹冶炼—电热复原炼铅”新技术的想象。
1983年,经国家科委同意,该课题被列入国家“六五”科技攻关方案,由我国恩菲和水口山矿务局(现湖南水口山有色金属集团有限公司前身,以下简称“水口山”)牵头、北京矿冶研讨总院、北京钢铁研讨总院、中南工业大学、中科院化冶所、西北矿冶研讨院等职业厂家院所参加,组成公关小组一起展开研讨,并于1985年末在水口山建成年产3000吨粗铅的底吹冶炼—电热复原炼铅成套半工业实验设备。至1987年末,先后进行17批次实验,共冶炼近900吨铅精矿,产出340多吨粗铅。实验标明,氧气底吹冶炼炉除了存在氧抢寿命短这一杰出问题,其他目标均较为抱负;电热复原体系受资金约束,所建造备粗陋,复原剂粉煤供应为暂时办法,难以满意实验要求,无法产出合格弃渣。1987年11月,实验告一段落。
随后,为赶快处理铅冶炼的严峻污染问题,我国引入了德国鲁奇公司QSL一步炼铅技术,并在甘肃白银有色公司(现白银有色集团前身)建造了国际首个氧气底吹炼有色金属项目,并于1994年建成试产。可是,因部分技能不老练,加上经济原因,项目投产后不久即封闭至今。
事实上,到上世纪末,无论是自主研制仍是引入消化,氧气底吹技能在我国有色冶炼范畴的使用均未取得成功,这无疑进一步证明,该技能在有色范畴的工业化使用具有适当难度。
可是,恩菲人的攻关仍在继续。
在对水口山氧气底吹实验及白银公司引入QSL氧气底吹一步炼铅的失利进行分析时,我国恩菲的专家团队发现,问题的要点在于复原阶段。
烧结—鼓风炉炼铅技术的污染点首要在于,烧结进程中,二氧化硫的逸散与烧结块返粉破碎构成粉尘飞扬。而假如选用氧气底吹冶炼技能代替铅精矿烧结,将冶炼渣铸锭送鼓风炉复原,不光能有用处理炼铅环保问题、液态高铅渣复原两道技能难题,还能在改造项目中,保存铅厂原有鼓风炉复原设备并继续加以使用,然后大幅下降改造费用。这无疑为研制供给了新的思路。
1997年,我国恩菲提出了氧气底吹冶炼-鼓风炉复原炼铅新技术。由我国恩菲牵头,安排河南豫光金铅冶炼厂、安徽池州冶炼厂、浙江温州冶炼厂等3家单位一起出资,使用水口山原有氧气底吹实验设备与1.5平方米小型鼓风炉,进行氧气底吹冶炼-鼓风炉复原炼铅新技术半工业实验,要点在于处理鼓风炉复原高铅渣铸块存在鼓风炉渣含铅高的问题,并一举成功。
在此基础上,我国恩菲于2002年分别在安徽池州冶炼厂和河南豫光金铅冶炼厂建成年产3万吨和5万吨粗铅的演示加工线。然后,2条加工线操作安稳,产能很快就提升到年产5万吨和8万吨粗铅的水平。粗铅加工单位能耗比传统烧结—鼓风炉技术下降50%,硫收回率进步到96%以上,硫捕集率超越99%,革除了返粉破碎,有用处理了传统技术构成的二氧化硫低空污染及含铅粉尘飞扬问题。
氧气底吹冶炼—鼓风炉复原炼铅新技术有用改进了铅冶炼的加工环境,进步了银的收回率,下降了出资本钱,遭到加工厂家的高度好评。该技术于2003年获我国有色金属工业科技前进一等奖,2004年获国家科技前进二等奖。在推行使用的进程中,被国家九部委发文指定为我国首选炼铅技术。
恩菲人的脚步从未中止。
在推行使用氧气底吹冶炼—鼓风炉复原炼铅新技术的进程中,新的需求又呈现了:将该技术使用在旧厂改造项目中,能够继续使用原有鼓风炉体系,所以节约出资本钱的优点比较显着。而在新建项目中,使用该技能不光会糟蹋熔体的物理热量,还会添加铸锭工序,加大厂区占地面积和出资额,并不是最优挑选。
为此,恩菲人继续研制,推出氧气底吹冶炼—热渣直接复原技术,下降了能耗,省去了铸锭工序,还可选用更廉价的复原剂替代鼓风炉用的焦炭,大幅下降了加工本钱。
2005年,我国恩菲申报高铅液态渣直接复原的研制课题并获科技部支撑,被列为国家严峻工业技能开发项目。现在,我国恩菲已研制3种技术,分别为侧吹炉供焦炉煤气加粒煤复原、底吹炉供天然气加粒煤或碎焦复原和竖炉电热焦炭复原。前二种已取得成功,并在济源金利建成投产20万吨/年国内最大氧气底吹冶炼—侧吹复原炼铅加工线,在河南岷山建成投产10万吨/年双底吹炼铅加工线。
氧气底吹热渣直接复原炼铅构成的第二代炼铅新技术,与第一代氧气底吹冶炼—鼓风炉炼铅技术比较,能耗再降30%,吨铅本钱削减100多元。第二代炼铅新技术出资更省,还具有能耗低、环保好、操作便利灵敏、质料适应性强、加工本钱低一级许多优势,首要目标均到达国际领先水平。
整体来看,氧气底吹炼铅技能已经在国内取得了广泛使用和推行。到2014年,包含老厂改造或新建项目在内,全国已有42条加工线选用氧气底吹炼铅技能。
从氧气底吹炼铅技能的立项研制,到第一条加工线的成功工业化,这个进程耗费了19年时刻。而在这以后的12年里,技能得到继续推行和广泛使用,总产能到达400万吨/年,占全国铅冶炼总产能的87%,并已出口国外建厂成功投产。一项技能能如此迅速地推行使用,国际冶金史上都属稀有。
以300万吨矿铅量计算,与传统流程比,氧气底吹炼铅技术可每年节约标煤近150万吨,年减排二氧化硫近20万吨,年增效约4亿元。氧气底吹技能在铅冶炼的开发使用,完全改变了我国铅冶炼的落后面貌,现在我国已占国际矿铅总产量的2/3,职业竞争力跃居国际第一。
我国恩菲又在技能使用进程中,与加工厂家一起开发了许多具有职业开创性的使用技能:在河南万洋项目中,打破惯例,撤销复原炉后的电热前床,开发三连炉接连炼铅,使炼铅技术更简练、能耗更低、劳作加工率更高;在河南豫光金铅项目中,铅精矿调配处理铅蓄电池膏泥,不光节能作用更好,硫酸铅中的硫也得到愈加合理有用的收回,为二次铅的收回拓荒了新途径;在河南岷山项目中,铅精矿调配处理高炉炼铁及电炉炼钢含铅锌的烟尘,将含锌高达20%的复原炉渣送烟化炉再度收回锌,使资源得到充沛归纳使用,取得杰出经济效益;在山东恒邦项目中,铅精矿调配处理含金黄铁矿收回贵金属,大幅下降了炼金本钱,为黄金冶炼开辟了新途径。
将氧气底吹技能使用于铜冶炼范畴的探究,始自1990年。当时,我国恩菲和水口山联合,使用水口山氧气底吹炼铅实验设备进行炼铜实验,以铜精矿调配处理水口山康家湾高砷含金黄铁矿,称之为“造锍捕金”。实验接连进行217天,发展十分顺畅,并于1991年正式完结,取得了抱负成果。1992年,我国恩菲取得“底吹熔池炼铜法及其设备”专利授权。1993年,“水口山炼铜法”获部级科技前进一等奖。随后,国内3家厂家要求选用此技术建厂。可是,因为实验的粗铜规划缺乏3千吨/年,我国也已明文规定,制止新建规划小于年产5万吨/年的铜冶炼厂——3千吨/年一步扩至5万吨/年,扩大比远超10:1的惯例答应值。一时,国内失去了该技术工业化使用的可能性。也正为此,越南生权大龙1万吨/年电铜冶炼厂成为国际首个氧气底吹炼铜工业加工项目。项目于2007年末顺畅投产,为国内后续建造5万吨/年以上规划的氧气底吹炼铜工厂供给了牢靠根据。
从2007年至今,8年时刻里,国内先后10个氧气底吹铜冶炼项目投产运转。其间最大的,单系列处理精矿量达150万吨/年,适当于年产40万吨粗铜,是国际单系列最大的铜冶炼厂之一(图5),项目已于2015年12月中旬达产对标。正在规划和建造的氧气底吹炼铜项目还有多家,我国恩菲还为许多国外厂家进行了可行性或预可行性研讨规划。
氧气底吹冶炼取得成功后,在吹炼工段,传统转炉技能的局限性便突显出来。转炉吹炼为接连作业,存在三大缺陷:(1)用包 ,子将铜锍倒运入转炉时存在严峻的二氧化硫低空污染问题;(2)转炉接连作业致使烟气量与烟气中的二氧化硫量动摇较大,不利于后续制酸;(3)接连作业炉衬热震频频、炉寿短。
为处理上述问题,我国恩菲于2009年向科技部申报“氧气底吹接连炼铜清洁加工技术关键技能及配备研讨”,获准并被列为国家863研制课题。为此,团队与中南大学、北京科技大学、东北大学等高校,就氧抢结构、氧抢布局、吹炼渣型、反响机理、炉渣贫化等课题,环绕计算机模仿、水模型与基础理论有关的小型实验等方面,展开了很多厚实研讨作业。在此基础上,恩菲团队于2012年在豫光金铅完结了铜锍底吹接连吹炼冷态半工业实验,在山东东营方圆完结铜锍底吹热态接连吹炼工业实验,顺畅完结国家863方案课题,为技能的后续工业化使用打下了坚实基础。2014年,国际首条氧气底吹接连炼铜工业化演示加工线全线拉通,产出第一批合格阳极板。音讯传出,职业再度颤动。
氧气底吹接连炼铜工业化演示加工线选用氧气底吹冶炼—铜锍底吹接连吹炼技术。氧气底吹冶炼产出的高品位铜锍热态流入氧气底吹接连吹炼炉,富氧空气从炉底的氧抢鼓入,使铜锍中的铁氧化造渣,炉内熔体构成粗铜层、白铜锍层和渣层,打眼放粗铜,溢放逐渣,吹炼的送风进程完结接连化,吹炼烟气接连化。总算,我国恩菲2006年申报专利中提出的技能想象得以完结。而愈加重要的是,在氧气底吹炼铜技能继续晋级的进程中,我国也已成为国际范围内炼铜、炼铅技术技能最全、规划能力最强、运营效益最高、环保作用最佳的国家,真实完结了从追赶到引领的严峻跨过。

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