铜冶金技术

铜冶金技术

第三章造锍熔炼

第一节造锍熔炼基本原理

一、造锍熔炼的工艺过程：

在1150℃-1250℃的高温下，使混合铜精矿、石英熔剂和鼓进的氧气在熔炼炉内进行反应，炉料中的硫化亚铜（Cu2S）与未氧化的硫化亚铁（FeS)形成的以Cu2S-FeS为主，并溶有金、银等贵金属和少量其它金属硫化物（如ZnS、PbS）和微量铁氧化物（FeO、Fe3O4）的共熔体----铜锍;而炉料中的脉石成分（SiO2/CaO/MgO/Al2O3）与FeO一起形成液态炉渣（以铁橄榄石2FeO?SiO2为主的氧化物熔体）。铜锍与炉渣并不相熔，且炉渣的密度比铜锍小，从而达到分离。

二、造锍熔炼的基本原则是：

1. 在适当的温度和气氛（氧势）下，使铜尽量富集到铜锍中，而铁和脉石成分则造渣除去，同时炉料中的有价元素则分别富集到不同产物中，以利于进一步利用，

2. 要确保烟气有足够的二氧化硫浓度，以利于制酸回收硫。

3. 保持适当的熔体温度，既要使熔体适当过热，又不能太高。（容积热强度和内衬耐火材料温度规定）

三、造锍熔炼的主要物理化学变化

造锍熔炼的主要物理化学变化为：水分蒸发；高价硫化物、碳酸盐的分解；硫化物的氧化；造锍；造渣。

1. 水分蒸发-------以气态形式进入烟气。

2. 化合物分解：

混合精矿中的高价硫化物主要有FeS2和CuFeS2，其分解反应为：

2FeS2→2FeS+ S2

2CuFeS2→Cu2S + 2FeS+1/2 S2

炉料中的碳酸盐也会发生分解:

CaCO3→CaO+CO2 (Mg CO3一样)

3. 硫化物氧化

2FeS2+11/2 O2= Fe2O3+4SO2

3FeS2+8 O2= Fe3O4+ 6SO2

2CuS+ O2= Cu2O +2SO2

2Cu2S+3 O2= 2Cu2O+2SO2

FeO可继续氧化成Fe3O4

3FeO+1/2 O2= Fe3O4

4、造锍反应

FeS+ Cu2O=FeO+ Cu2S

FeS+ Cu2S= Cu2S?FeS（铜锍）

由于Fe和O的亲和力远大于Cu和O，而Fe和S的亲和力又小于Cu和S，故只要有FeS存在，Cu2O 就会变成Cu2S并与FeS形成铜锍。

5. 造渣反应

炉料中产生的FeO在有SiO2存在时，将按下式形成铁橄榄石炉渣：

2FeO+ SiO2=（2FeO?SiO2）

此外，炉内的Fe3O4 在高温下也能与FeS和SiO2作用生成炉渣。FeS+3Fe3O4 +5SiO2=5(2FeO?SiO2)+SO2

第二节造锍熔炼技术及其发展

一、铜精矿造锍熔炼传统工艺

一、------造锍熔炼法炼铜已有200多年的历史。最早的方法是鼓风炉熔炼，后来相继出现了反射炉熔炼和电炉熔炼，到上个世纪中叶，几乎全世界粗铜都是用这三种传统法生产的。

一、------传统工艺存在的严重不足：

（1）.对原料的适应性受到挑战，床能力不大。

（2）.热效率低，能耗高。

（3）.烟气SO2浓度低，难以回收制酸，污染严重。或者采用低浓度制酸，吹炼和制酸阶段投资及生产成本上升。

（4）.自动化程度低，员工劳动强度大。

二、现代富氧造锍熔炼技术

------随着环保，能源形式日趋严峻，科学技术的发展及冶炼工艺的不断进步，在近半个多世纪以来，传统炼铜法逐渐被闪速熔炼和熔池熔炼方法取代。

------富氧造锍熔炼和技术的特点

1、除闪速熔炼外，熔池熔炼对原料的适应性较广。可以是粉料也可以是块料，可以处理硫化矿，也可以处理废杂铜等含铜物料，还可以处理含水10%以下的湿料。

氧气的利用更为广泛，富氧浓度大大提高，现已达90%，有的甚至直接使用工业氧气，热效率高、床能力大、能耗低。

硫的利用率95%以上，烟气SO2浓度高，制酸和吹炼工程简化及生产成本下降，消除环境污染。

4、辅料、燃料适应性大，是一个自热过程，一般补充燃料等仅2%-3%。

5、炉子密封性好，车间环境大大改善。

6、装备水平和自动化程度高，操作强度降低。

7、其主要不足是渣含铜较高，需贫化处理。

三、闪速熔炼

1、奥托昆普闪速炉是一种直立的U型炉。包括垂直的反应塔，水平的沉淀池和垂直的上升烟道。

干燥的铜精矿和石英石熔剂与精矿喷咀内的富氧空气混合，并从上向下喷入炉内，使炉料悬浮并充满整个反应塔中，迅速完成各种反应（2s内），生成的铜锍和炉渣在沉淀池中分离。并分别由放锍口和渣口排出，烟气从上升烟道入废热锅炉及收尘、制酸系统。

与熔池熔炼相比较，闪速炉有两个不足：1. 物料含水要求0.3%以下，炉料粒度在1mm以下，而且精矿粒度80%要求-0.074mm以下，备料系统复杂，投资较大，对原料的适应性受到限制。

2. 烟尘率较大，高达约10%

四、熔池熔炼

1------闪速熔炼是悬浮熔炼的一种形式，它的特点是“空间”反应。而池式熔炼其喷枪是插入到熔池熔体内，采用富氧空气通过强烈搅动熔体，使加入到熔池内的物料迅速完成冶金过程。

2------熔池熔炼技术由于对物料的适应性更为广泛，不需要复杂的备料过程，发展相当迅速。有采用顶吹技术的（如艾萨法和澳斯麦特法），也有运用侧吹技术的（如白银法、诺兰达法、瓦纽柯夫法），还有的是底吹（如水口山炼铜法）。显然，从热力学的观点来看，没有原则上的差别，只是由于炉型不同，氧枪插入位置各异、动力配置及操作等略有差别而已。对冶金过程的动力学条件作不同的改善，以此强化过程和产生相应的产品。

富氧底吹造锍熔炼技术------水口山炼铜法的适应性

1. 富氧底吹实现了较佳翻腾状态，无喷溅、无旋流，使熔炼能正常进行。