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+ S22CuFeS2→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+4SO23FeS2+8 O2= Fe3O4+ 6SO22CuS+ O2= Cu2O +2SO22Cu2S+3 O2= 2Cu2O+2SO2FeO可继续氧化成Fe3O43FeO+1/2 O2= Fe3O44、造锍反应FeS+ Cu2O=FeO+ Cu2SFeS+ 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。

2. 从氧枪喷孔射出的气体股流，与周围介质混合逐渐消失了它的能量和速度。

对于不同温度下的不同熔体，所需股流有不同的能量和速度，当它既能满足与介质的充分混合而又不至于伤及氧枪及砌体时，熔炼处于最佳状态。

3. 股流能量消失于熔体的事实，有效的提高了氧枪及衬砖的寿命。

4. 在一定条件下，底吹氧枪口周围的“mushroom”为保护氧枪及衬砖起了重要作用。

5. 底吹炉是一个圆筒型卧式转炉，对原料的适应性强，简单紧凑、基建费用少、密封性好。

圆形断面为增加炉室内空间高度、减少气流阻力、减少空间面积和热损失，均体现了相对的优越性。

6. 氧的利用率几乎100%，硫的回收率95%以上，可实现自热熔炼。

7. 池式熔炼的传质传热速度取决于气相、液相单位时间内的混合速度，底吹创造了良好的前提，其喷射进行的扩散区较之顶吹和侧吹，从炉身的任何一个断面更均匀，区域更广、无死角，衬体无特殊物理受蚀部位，这是选择底吹熔炼的关键所在。

六、生产流程第三节富氧底吹造锍熔炼实践一、主要物料1、原料造锍熔炼的原料以硫化铜精矿、精金矿为主（含Cu：10～25％，Fe：23～30％，S：20～35％，SiO2：7％左右，还含有Pb、Zn、As及其他脉石成分）。

其他原料为渣精矿（Cu18～35％），返料（烟尘、冷料），再生铜料等。

由于各种物料成分相差较大，为确保冶金过程顺利进行，通常需要将多种精矿及杂料配合使用。

2、熔剂造锍熔炼的熔剂主要是石英石（SiO2）。

为减少炉渣量、减少熔剂量，并进一步对炉渣进行磁选回收铁（铁精矿），新的工艺采用高铁渣型，Fe/ SiO2达1.6～1.8，甚至2.0。

不另加石灰石熔剂。

3、燃料造锍熔炼所用的燃料范围较大，有煤、焦、重油、柴油、天然气等。

但其种类和用量则根据所选冶炼工艺的不同而差别甚大。

现代富氧熔炼技术，基本上实现了自热熔炼，不用燃料或用之甚少。

二、熔炼产物造锍熔炼主要有铜锍、炉渣、烟尘、烟气四种产物。

1. 铜锍1.1 锍由两种及两种以上低价硫化物所组成的融合物，它们均有共同的组成FeS。

铜锍主要是Cu2S和FeS的共熔体，其主要成分是Cu、Fe、S,三者占铜锍总量的90-95%，还含有少量Ni、Pb、Zn、As、Sb、Bi 、Ag、Au及2%-4%的氧。

1.2 铜锍对贵金属有良好的捕集作用，因为Cu2S和FeS对Ag、Au都具有溶解作用。

1.3 铜锍遇潮会爆炸，操作中要特别注意防止发生事故。

Cu2S+2H2O=2Cu+2H2+SO2 FeS+H2O= FeO+H2S反应产生的H2、H2S等气体与O2 作用很激烈，从而引起爆炸。

2、炉渣造锍熔炼所产炉渣是炉料、燃料中各种氧化物互相熔融而形成的共熔体，主要的氧化物是SiO2和FeO,其次是CaO、Al2O3和MgO。

固态炉渣主要是由2 FeO?SiO2、 2 CaO?SiO2等硅酸盐复杂分子组成。

1）在FeO--SiO2二元渣系中，FeSiO4组成（2 FeO?SiO2 ）附近熔点比较低，约1200℃，加入CaO后可使其熔点降低至1100 ℃左右。

2）随着渣中SiO2含量的增加（高硅渣），粘度也增加（熔点升高），加入碱性氧化物CaO及FeO可使其粘度下降。

3）FeO?SiO2 ---2FeO?SiO2组成附近的炉渣具有较低熔点和较小粘度。

在此基础上增加过多的FeO量，虽可降低粘度，但熔点升高了（必须过热炉渣）4）炉渣成分的变化（渣型变化），对炉渣的性质有重要影响，对冶金炉作业有很大意义：例如含FeO高的炉渣有良好的导电性，对电炉作业有很大的意义;碱性炉渣（FeO 、CaO较高）不适应于粘土质内衬耐火砖，酸性炉渣（SiO2、Al2O3较高）不适应于镁质砖或铬镁质内衬耐火砖。

三、给料系统混合炉料由皮带廊3﹟胶带机转入熔炼5﹟胶带机输送至底吹炉上面三个料仓，由8-10﹟定量给料机下料，分别经3根移动式胶带输送机送至底吹炉顶三个加料斗入炉。

四、输气系统1、制氧站产1万Nm3/h(纯度≥99.95％)氧气在缓冲罐调节压力（约0.8MPa）。

经管道输送至炉前供氧系统。

根据下料量、氧料比，由中控室调节流量，经过5-6支氧枪以约0.4—0.6Mpa的压力从炉底送入炉内。

2、风机房150 Nm3/min，升压1.0Mpa空压机产生的压缩空气经管道输送至炉前供气系统，根据输入氧量及富氧度(空氧比)，由中控室调节流量。

经过输氧氧枪以约0.5—0.8Mpa的压力从炉底送入（氧枪保护空气）。

五、放渣、放锍系统1、当熔池面达到1400mm时，用吹氧管套烧渣口放渣。

渣经溜槽流至渣包，渣包经轨道平板车运输至主厂房内，用50t/15t双钩铸造起重机吊至渣缓冷场冷却。

放完渣后，用黄泥将渣口堵塞压牢。

2、当转炉快需铜锍时，用吹氧管套烧锍口放冰铜至铜锍包，每包铜锍经轨道平板车运输至主厂房内，用50t/15t起重机吊至P—S转炉系统，放完铜锍后，启动泥炮机将锍口用黄泥堵塞压牢。

六、烟气收尘系统底吹熔炼炉产出的高温烟气（约1250℃）经炉口漏风稀释（漏风率75%左右），竖直水冷烟道冷却到约800℃入余热锅炉回收余热产蒸汽（蒸汽经管道送发电机房）。

也沉降部分粗烟尘，经刮板机输送收集。

烟气出锅炉温度降至约360℃后入60 m2电收尘器除尘（烟尘经刮板机输送收集后，由喷射系统输送到精矿库烟尘倉），电收尘出来进骤冷塔冷却到约120℃左右进布袋收尘室进行收砷尘，收下的白砷经刮板机运输至贮仓，再经粉料包装系统进行装袋、打包。