闪速熔炼炉工艺培训

闪速熔炼炉工艺培训

祥光铜业潘如春

1、铜精矿的成分

自然界的铜主要以硫化矿和氧化矿形式存在,特别是硫化矿分布最广。硫化矿采用火法冶炼进行处理，氧化矿用湿法进行处理。我们处理的铜精矿均为硫化矿，

铜精矿一般由黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、硫铁矿（FeS2）等其中两种或两种以上混合而成，并含有一定的脉石成分（SiO2、Al2O3、CaO、MgO等）及金属的氧化物如氧化镁，氧化铝等。熔炼炉入炉物料主要为硫化物和较少的氧化物。硫化物组成成分有：CuFeS2、CuS、Cu2S、FeS2、FeS、ZnS、PbS、NiS等。氧化物有：SiO2、Al2O3、CaO和MgO 等以及Fe2O3、Fe3O4、Cu2O、CuO、ZnO、NiO、MeO·Fe2O3。

闪速炉对原料要求较高，对物料的粒度、水份都有很高的要求。闪速炉实现的是自热反应，在冶炼过程中不需要外部供热（或需要很少的热量），所有对混合精矿的化学成分也有要求，对铜精矿的含铜和S/Cu有一定要求，过高的S/Cu造成反应热量多，过低的S/Cu造成反应热量低（烟灰和吹炼炉渣等冷料处理不掉）。

2、FSF配料计算

按车间配料单（《配料计划变更指令书》）在熔炼计算机数模中，设定铜精矿、FCF渣、渣精矿等配料比例，然后计算出所需要的石英沙配比，从而得到入炉混合精矿的成分。

根据石英沙比例，我们可以保证反应得出的渣型合理。

配料计算得到的混合精矿成分是FSF炉况控制的基础。

配料的准确性非常重要，将直接关系到炉况控制的精确性。

3、熔炼反应过程

1）高价硫化物的热分解

熔炼未经焙烧或烧结处理的生精矿或干精矿时，炉料中含有较多的高价硫化物，在熔炼炉内被加热后，离解成低价化合物，主要反应有：

2FeS2(s)→2FeS(s)+S2(g) (2-1)

300℃开始，560℃激烈进行：

2CuFeS2(s)→Cu2S(s)+2FeS(s)+1/2S2(2-2)

550 ℃开始：

2CuS(s)＝Cu2S(s)+1/2S2(2-3)

400 ℃开始，600 ℃激烈反应。

2）硫化物氧化

在现代强化熔炼炉中，炉料往往很快地就进入高温强氧化气氛中，所以高价硫化物除发生离解反应同时，还被直接氧化。主要的氧化反应有：

高价硫化物的直接氧化

2CuFeS2+5/2O2=(Cu2S·FeS)+FeO+2SO2(2-7 )

2FeS2+11/2O2= Fe2O3+4SO2(2-8 )

3FeS2+8O2= Fe3O4+6SO2(2-9 )

2CuS+O2=Cu2S+SO2(2-10)

低价的化合物的氧化反应

2FeS(l)+3O2(g) = 2FeO(g)+2SO2 (g) (2-11)

10Fe2O3(s)+FeS(l) = 7Fe3O4 (s)+SO2 (g) (2-12)

2Cu2S(l)+3O2 (g) = 2Cu2O(l)+2SO2 (g) (2-13)

Cu2O(l)+FeS(l)= Cu2S+FeO

其它有色金属硫化物（NiS、PbS、ZnS等）也会被氧化成相应的氧化物。

在强氧化气氛下，还会发生下列反应时，Fe3O4生成量较多。Fe3O4容易在炉壁形成挂渣，在炉底析出形成炉底粘结，对炉体耐火材料起保护作用。

3FeO(l)+1/2O2 = Fe3O4 (S) (2-14)

3）沉淀池造渣反应

2FeO(l) + SiO2 =2Fe O·SiO2 (2-15)

炉渣是以2FeO·SiO2(铁橄榄石）为主的氧化物熔体。

铜锍与炉渣互不相溶，且密度各异从而分离。

在氧化气氛的造锍熔炼中，只能依靠与FeS的作用来还原，即：

3 Fe3O

4 (s)+[FeS] = 10(FeO)+SO2 (g)

ΔGo=761329－455千焦(2-16)

式中（）为渣相，[ ]为冰铜相。反应要在1400℃以上才能向右进行，而且Kp值很小。

铁硫化物生成Fe3O4的趋势是不可避免的，只是随炉型，程度不同。在强氧势及良好的气固接触经过氧化反应，炉料中铁的一部分形成Fe3O4，纯Fe3O4的

熔点高（1597℃）在渣中以Fe－O复杂离子状态存在。当其量较多时，会使炉渣熔点升高，比重增大，恶化了渣与锍的沉清分离。当熔体温度下降时，Fe3O4会析出沉于炉底及某些部位形成炉结，还会在冰铜于炉渣界面上形成一层粘渣隔膜层，危害正常操作。

加入SiO2后，体系变成Fe3O4－FeS－SiO2系，反应为：

FeS(l)+3Fe3O4(s)+5 SiO2(s) =5(2FeO·SiO2)(l)+SO2(g)

ΔG0=625.28－0.44 kJ (T>1205K) （2-17）

由于SiO2的存在，Fe3O4的破坏变得容易了，在1100℃就能进行造渣反应。随温度的升高，平衡常数Kp值增大。在1300 ℃时，Kp值比1100 ℃时提高了107倍。可见SiO2的存在是Fe3O4破坏的必要条件。

氧化反应熔化的共晶物和硅酸盐便是初锍和初渣，它们在运动过程中继续被加热升温，同时又溶解了其它的难熔物。在进入熔池时，完全形成了炉渣和冰铜，由于两者结构不同，不相互溶解，且比重又有差异，较重的冰铜颗粒窜过渣层沉于熔池底部形成冰铜层，实现了与渣的分离。

通过控制投料时的氧系数来实现。氧系数，就是每吨矿的耗氧量，如氧系数为168Nm3/t，即每吨混合矿投料时，进入喷嘴的总氧量除以投料量为168Nm3/t，总氧量指进入喷嘴的工艺风、中间氧总量。品位一定时，提高氧系数，品位上升；降低氧系数，品位下降。品位修正时，会引起渣温及渣中铁硅比变化，要注意对其它参数进行修正。

2）渣温

主要通过控制烟灰加入量、工艺风氧浓度、反应塔天然气进行控制。通常烟灰加入量应与系统烟灰发生率基本保持一致，短时间可以通过增减烟灰调整温度；工艺风氧浓度控制对渣温控制很常用，但工艺风氧浓度控制范围还考虑反应条件、排烟系统情况，熔炼炉氧浓度控制范围一般在55%~85%；反应塔天然气，当通过前两者不能满足渣温要求时，需要通过反应塔烧嘴提供热量，保证渣温，一般来说，为减少能耗反应塔尽量不烧天然气，但反应塔烧嘴对反应有一定帮助作用。

3）渣中铁硅比

通过配料时，控制石英砂加入量，来控制渣中铁硅比。增加配料中石英砂比率，渣中铁硅比下降；降低配料石英砂比率，渣中铁硅比上升。铁硅比正常控制在1.30左右，控制过高或过低，渣的粘度都会变大。一般来说，渣中铁硅比，仅从从配料中的石英砂比率进行控制，但在实际控制中还受冰铜品位变化，石英砂皮带计量，石英砂料仓纯度等影响。渣中Fe3O4含量与渣中铁硅比有一定关系，铁