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收藏词条   编辑词条 白银炼铜法

创建时间:2008-08-02

白银炼铜法       (Baiyin copper smelting process)

经侧置风眼向铜锍层鼓入高压空气或富氧空气,将加到熔池表面的含铜炉料炼成铜锍的铜熔炼方法,属于熔池熔炼。它具有加速气、液、固三相间传质和传热过程的特点,也是一种强化生产、降低能耗和消除污染的炼铜方法。

简史       中国白银有色金属公司于1972年开始研究白银炼铜法。1974年,北京有色金属研究总院、白银矿冶研究所和北京矿冶研究总院参与协作研究。1975~1976年先后完成了日处理精矿100 t 和300 t 规模的试验,实现了400 t 规模的工业生产。实践证明,白银炼铜法在单位生产能力、燃料消耗、硫的综合利用和环境保护诸方面,均优于原有的反射炉炼铜。1980年白银有色金属公司冶炼厂采用100m2 白银炼铜炉取代了原210m2 反射炉。20世纪80年代初,东北工学院、中南工业大学和北京有色金属设计研究总院也先后参加白银炼铜法的研究工作。为了提高熔炼指标和提高烟气SO2 浓度,1985年在44m2 白银炉上进行双室炉型(即将原炉型空间相通改为空间分隔)的工业试验,接着又于1987年在同一炉上完成富氧鼓风(含氧气31%~32%)熔炼试验研究,以后富氧熔炼便转入正规生产。1989年在100m2 白银炼铜炉上进行含氧浓度更高(含氧气35%~40%)的富氧鼓风熔炼的生产试验,取得良好结果。白银炼铜法已成为中国自行研究和开发的一种重要炼铜新方法。

白银炼铜炉       为固定式长方形炉,炉中熔池用水冷隔墙分为熔炼区和沉降区两部分(见图)。炉体用烧结镁砖和铝镁砖砌成,在沉降区的渣线部位采用铜水套冷却,以延长炉子的寿命。熔炼区炉顶设有加料口,在该区两侧墙上排列有风眼,并在一侧墙上开了一个流体转炉渣的入口。在沉降区的一侧墙上设有虹吸放铜锍口,相对侧墙上设炉渣放出口。炉头端墙上安装了一个粉煤燃烧器,通过粉煤燃烧向炉内供热,以保证熔体在沉降区充分过热。在炉子中部的炉顶上设有辅助粉煤燃烧器,用以燃烧粉煤补充熔炼区热量的不足。

为充分利用烟气中的余热和减少烟尘的损失,在炉后设有空气预热器、余热锅炉和电收尘器等装置。

工业白银炼铜炉有44m2 和100m2 两种规格,炉体主要尺寸列举于表1。

                                 表1   白银炼铜炉主要尺寸

 
    炉子主要部位
    炉子规格
 
 
  44m2
  100m2
  炉膛长l/m
  炉膛宽b/m
  熔炼区长l/m
  沉降区长z/m
  熔炼区炉膛高h/m
  沉降区炉膛高h/m
    16.O
    3.0
    7.4
    7.O
    2.8
    2.2
    28.3
    3.7
    11.6
    15.9
    4.5
    3.8

 

基本原理       炉料加到熔区熔池表面后便立即被剧烈翻动着的熔体所分散冲入熔体中。比较充分地利用了铜精矿的反应表面,加速精矿颗粒的升温、各组分的分解、氧化以及造锍与造渣等过程。由于所有放热反应都在熔池内发生,所产生的热量直接、有效地用于熔炼过程,所以热的利用率高,燃料消耗少。

与静态料坡熔炼的反射炉相比,白银炼铜炉强烈搅动的熔池为难熔炉料组分迅速造渣提供了有利条件,使之转变成熔点较低的硅酸盐,从而使炉渣的性质得到改善。此外,搅动的熔池还有利于气、液、固多相反应产生的气体逸出,促进磁性氧化铁的还原反应:

3Fe3O4+FeS+5SiO2  5(2FeO•SiO2)+SO2

因此,白银炼铜法的炉渣含Fe3O4仅有2%~4%,而反射炉炼铜渣为4%~8%。

白银炼铜炉中剧烈搅动的动态熔池还为渣中游散的铜锍珠滴提供更多的相互碰撞聚合成大的机会,加快了铜锍和炉渣的分离过程,因而可以直接获得含铜低的弃渣。

工艺     含水6%~8%的铜精矿配入熔剂和返回烟尘后,由皮带运输机连续通过加料口送入炉内。将压力206kPa的压缩空气经风眼连续鼓入铜锍层,造成熔池强烈搅动,使炉料迅速完成熔炼反应。熔炼产物通过隔墙下部通道流入平静的沉降区进行铜锍与炉渣的澄清分离。浮在熔池表面的未熔炉料受到隔墙的阻挡,不能进入沉降区。根据转炉吹炼(见铜锍吹炼)的需要,经过虹吸池每次放出1~2包(每包约20t)铜锍。炉渣视渣面的高度间歇放出,送堆渣场。液态转炉渣间歇地返回熔炼区处理,以回收其中的铜。这种放铜锍、放渣和返回液体转炉渣的操作制度,不利于熔池的稳定。

白银炼铜炉使用粉煤作燃料,燃烧用风在空气换热器中预热到573~673K温度,沉降区炉瞠的最高温度可达1623~1693K。粉煤燃烧及熔炼反应形成的烟气经上升烟道离炉,进入空气换热器或余热锅炉,由排烟机送入电收尘器除尘后,与转炉烟气混合供生产硫酸。

白银炼铜法有空气鼓风熔炼和富气鼓风熔炼之分,后者的熔炼效果一般优于前者。

空气鼓风熔炼     在同样的炉料、燃料和生产管理水平等条件下,1980年下半年白银炼铜法和1980年上半年反射炉炼铜的生产效果对比列于表2。由表可见,白银炼铜法的各项指标均优于反射炉炼铜。表明前者可以代替后者而成为一种经济有效的炼铜方法。

富氧鼓风熔炼     1987年10月在44m。炉内进行含氧31%~32%的富氧鼓风熔炼;1990年将富氧鼓风熔炼工艺应用于100m。炉,它们的生产效果列举于表3。

比较表2和表3可知,富氧鼓风熔炼能显著地提高炉子的熔炼能力和烟气的SO2 浓度,降低燃料消耗。

发展趋势     熔池熔炼所需热量由内供热和外供热两种方式提供。内供热的热源是指炉料中硫化物组分在熔池中氧化与造渣所放出的热量,外供热的热源是粉煤在炉膛内的燃烧热。前者主要以对流方式传给受热体,而后者则以辐射传热占主导,其效率不及前者。在空气鼓风熔炼时主要依赖于外供热。空气鼓风熔炼由于粉煤在炉膛熔炼区内燃烧不易形成高温火焰,传热效率较差,从而限制了炉子熔炼能力的提高,影响白银炼铜法对难熔炉料的适应能力。

白银炼铜法采用富氧空气鼓风技术能增大炉内供热的比例,熔炼效果大为提高。进一步增加鼓风中含氧浓度,就可以实现熔池自热熔炼。1991年在44m2 炉上先后进行了三个阶段的熔池自热熔炼的试验,结果见表4。

                            表2  白银炼铜法与反射炉炼铜的比较

      白银炼铜法     生精矿反射炉熔炼
    项    目
 
 
4.4m2
    100m2
 
 
    210m2反射炉
    设计值 实际值  
精矿含铜(质量分数ω)/%
精矿含硫(质量分数ω)/%
处理干炉料量/t·d-1
床能率/t·m-2·d-1
铜锍品位(质量分数ω)/%
转炉渣返回率/%
炉渣含铜(质量分数ω)/%
粉煤消耗率/%
排烟机出口的SO2 浓度(体积分数ψ)/%
脱硫率/%
烟尘率/%
    16.03
    31.91
    330
    7.5
    31.1
    O
    O.34
    10.02
    5.02
 
    3.O
    15.36
    28.47
    665
    6.45
    35.O
    100
    O.43
    10.31
    5.15
    58.43
    3.O
    16.01
    28.3
    648
    6.3
    31.28
    150
    O.67
    13.84
    3.36
 
 
    17.59
    33.42
    706
    3.36
    22.94
    125
    O.38
    24.3
    2.10
    38.10
    6.O

                      表3   白银炼铜法富氧鼓风熔炼生产效果

      44m2     100m2
    项  目
 
1987年10~11月
试验期间的数值
1990年10~11月
生产平均数值
1990年9月生产
平均值
炉料含铜(质量分数ω)/%
炉料含硫(质量分数ω)/%
氧气量/m3.h-1
富氧浓度(质量分数ω)/%
处理干炉料量/t·d-1
熔炼区床能率/t·m-2·d-1
铜锍品位(质量分数ω)/%
渣含铜(质量分数ω)/%
燃料率(标煤)/%
烟尘率/%
炉子出口烟气S02浓度(体积分数ψ/%
    16.94
    26.76
    1166
    31.6
    418
    20.73
    35.64
    O.48
    8.33
    3.33
    11.26
    17.56
    29.32
    1500
    39
    452
    22.51
    31.72
    0.40
    7.7
 
 
    15.19
    27.74
    3500~4200
    37.8
    893
    20.7
    52.42
    O.66
    7.O
    约3.O
    12.55

                        表4    白银炼铜法熔池自热熔炼试验结果

    项    目
    第一阶段
    第二阶段
    第三阶段
试验时间t/d
炉料含铜(质量分数ω)/%
炉料含硫(质量分数ω)/%
处理干炉料量/t·d-1
供氧量/m3.h-1
鼓风富氧浓度(质量分数ω)/%
熔炼区床能力/t·m-2 ·d-1
铜锍品位(质量分数ω)/%
炉渣含铜(质量分数ω)/%
脱硫率/%
燃料率(标煤)/%
烟尘率/%
铜直收率/%
炉子出口烟气的S02浓度(体积分数一/%
    9
    15.99
    26.38
    529
    2565
    41.72
    24.05
    40.36
    O.78
    63.43
    6.81
    4。2
    96.36
    13.19
    4
    15.68
    26.14
    594.75
    4018
    44.82
    27.03
    43.50
    1.28
    67.65
    5.72
    3.09
    94.97
    16.26
    6
    17.86
    26.06
    668.1
    4095
    47.07
    30.37
    49.87
    0.94
    68.01
    4.33
    3.06
    96.37
    16.96

 从表4看出,自热熔炼的床能力可达30t/(m2 •d),烟气含SO2 17%,铜锍品位49%,粗铜冶炼综合能耗的计算值为每吨铜消耗o.78t 标准煤,达到较先进的指标。由于可见,自热熔炼是白银炼铜法的发展趋势。要实现自热熔炼还要解决余热锅炉烟灰粘结和渣含铜偏高的问题。

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