艾萨熔炼法的发展及评述

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213
渣 2 015 3716 3215 714 413 119 110 516
影响渣含铜的因素有铜锍品位、炉渣氧势、炉渣 组分及炉温, 其中最主要的因素是炉渣氧势。在硅酸 盐 铁 质 炉 渣 组 成 中, 高 氧 势 必 然 带 来 含 固 态 的 F e3O 4 和 S iO 2 的非均相渣, 当炉渣 F e3O 4 饱和并有 析出, 渣含铜必然高。在炉气—炉渣—铜锍平衡系统 中, 炉渣氧势随铜锍品位升高而增加, 随炉温的降低 而减少, 但温度过低, 渣的流动性差, 夹杂铜的损失 加大。生产实践证实, 强化熔炼渣中铜的形态主要是 氧化态溶解损失。在 FeO —CaO —SiO 2 炉渣体系中, SiO 2 含量一定, 渣含铜随 CaO 含量增大而减少[4]。
铜的损失与工艺流程复杂程度、收尘效率、渣含 铜及渣量有关。 在诸多因素中渣铜损失居首位, 占
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有色冶炼
□重金属
50% 以上, 因而降低渣铜损失受到人们的重视。国外 含铜小于 018% 的渣直接弃掉。
序 号 精矿给料量 t h- 1
1
2
1610
3
1615
4
1617
5
2010
6
2010
7
1812
8
1418
9
1219
10
1610
表 4 熔炼时杂质脱除情况
生产操作条件 铜锍品位 % 喷入空气量 m 3 s- 1
4813
ΥO 2 % 2110
精矿杂质质量分数 %
杂质脱除率 %
A s Pb Zn B i Sb A s Pb Zn B i Sb
艾萨熔炼法是一种熔池熔炼法。 该方法工艺流 程短, 备料过程简单, 湿料可以进炉。而闪速熔炼法、 三菱法及顶吹旋转转炉法入炉物料需要深度干燥。 另外闪速炉及三菱法的物料要求全部为粉末状态, 炉料粒度小于 015 mm。
3 浸没式喷枪
浸没式喷枪是艾萨熔炼法的核心。 作用是将空 气、燃料喷入熔池中燃烧。 该喷枪由低碳钢制成, 但
炉龄大约 400 d, 特尼恩特改良转炉炉寿 270 d, 白银 炉炉寿 180～ 240 d, 瓦纽可夫炉炉寿 115～ 2 a, 可随 时更换铜水套, 为半永久性炉型。艾萨熔炼炉的耐火 材料炉衬在无水冷条件下正常可维持 12～ 18 个月。 512 漏风情况
艾萨熔炼炉系直立的圆筒形固定冶金炉, 除了 炉顶上的喷枪口和加料口外, 其余全部密封, 炉子在 正常操作条件下处于微负压状态, 喷枪口和加料口 不会有外逸现象, 并且漏风不超过 3 m 3 s。 如果对 喷枪口和加料口采取一些密封措施, 可以进一步降 低漏风。
4 冶炼特点
411 原料 芒特艾萨铜冶炼厂处理的原料范围非常广, 包
括M IM 公司自产的黄铜精矿、转炉渣精矿和其它 外购的各种铜精矿。 表 1 为艾萨炉成功处理的一些 精矿的成分。
黄铜矿精矿 转炉渣精矿 外购精矿 A 外购精矿 B 外购精矿 C
表 1 艾萨炉处理的精矿组成质量分数
Cu 24170 40150 21140 24170 15150
5216
5162
2417
0137
6112
5316
5114
2513
0112
8519
5614
6185
2110 0117
9310 7511 7512
5813
2110
01006 9
9517
5910
4175
2519 0136 0111 0116
0141 9510 6817 7818
7915
由表 4 可以看出, 在艾萨熔炼法炼铜过程中, 砷 脱除率在 90% 以上, 铅在 50%～ 75% , 锌在 70%～ 80% , 铋在 80%～ 90% , 锑在 60%～ 80%。 416 烟尘率
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2002 年 6 月第 3 期
艾萨熔炼法的发展及评述 —— 邵剑辉
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5 炉子状况
511 炉龄 冶炼厂年生产时间一般不少于 330 d, 炉龄不小
15100 -
由于艾萨熔炼炉内熔体强烈搅动, 不会出现磁 铁的聚积, 因而可熔炼高品位的铜锍或处理含磁铁 较高的物料。而闪速炉因反应塔生成较多的 Fe3O 4, 在静止的沉淀池里一部分沉积在炉底需要定期处 理, 所以处理含磁铁的物料受到一定的限制。 412 燃料
艾萨熔炼炉的主要燃料是混合炉料中配入的 煤, 但通常也经喷枪喷入一些燃料短时间的调整炉 温。 由于喷枪结构的特点, 喷入的燃料可以是油, 也 可以是煤粉、焦粉、天然气或液化气, 所以燃料类型 象闪速炉、诺兰达炉等一样灵活。 413 富氧的使用
于 1 年的炉子都可满足要求。 闪速炉及三菱法的炉
10 m 的艾萨熔炼炉热损失数据与其它熔炼炉的热 损失列于表 6。 由表 6 可见, 不同种类的炉子, 每吨 精矿的热损失变化很大, 预热空气的闪速炉最大, 而 艾萨熔炼炉最小。
子炉龄都很长, 顶吹旋转转炉炉龄 8 星期, 诺兰达炉
表 6 单位精矿热损失
闪速熔炼法熔炼时产生大量 Fe3O 4, 这说明炉 内氧势大, 炉渣氧化程度高, 所以渣含铜必然较高, 一般为 1%～ 3%。
诺兰达法炉内炉渣和铜锍顺流接触, 不利于降 低渣含铜。 同时炉内氧势大, 炉渣氧化程度高, 因而 炉渣含 Fe3O 4 高 (15%～ 25% ) , 致使渣含铜升高。诺 兰达炉渣含铜一般为 3%～ 7%。
富氧的使用, 不仅降低了能耗, 提高了床能力, 而且还使烟气量大幅下降, SO 2 浓度迅速上升, 这是
表 2 富氧熔炼与空气熔炼的比较
项目
单位 空气熔炼 富氧熔炼
精矿处理量
th
15
21
黄铜矿精矿与渣精矿比
1195
315
铜锍品位
%
46
60
鼓风中含氧
%
21
30
吨铜消耗空气
m3
4 870
2 380
吨铜消耗氧气
Fe 28190 26110 10120 33150 29130
S 31140 14170 9190 33170 9100
SiO 2 8186 7142 22120 1195 20180
M gO 0188
2157 0181 1151
A l2O 3 0163 0161 2164 0183 4190
Ca
艾萨熔炼法在熔炼过程中, 铜锍品位可以在较 大范围内变化 (39%～ 70% ) , 而渣含铜的变化不显 著且仍然很低。 这主要是因为艾萨熔炼炉渣成分一 般 控 制 在 w SiO 2 w Fe = 0185～ 0195, w SiO 2 w Ca 约 为 415, 这种炉渣接近于石英饱和状态。 炉渣中氧分压 通常为 918×10- 6～ 918×10- 5 Pa, 氧势较低。
艾萨熔炼法的烟尘率同瓦纽可夫法一样, 均在 1% 以下。而诺兰达法一般在 3%～ 6% , 奥托昆普闪
速炉通常为 8%～ 10% , 个别达 15% 或更高[6]。 熔炼烟尘都是呈高温状态产出, 以冷态返回, 可
以粗略认为烟尘率多少, 熔炼炉效率就降低多少。另 外, 烟尘率越高, 使得余热锅炉工作条件越差, 收尘 设备的负荷越大。
其端部为不锈钢。 喷枪由于喷射空气的冷却作用而 形成冷凝渣保护, 枪内的旋涡结构增强了喷枪壁的 热交换, 从而加大了冷凝渣层的厚度。
喷枪由炉顶插入, 可避免与风口有关的各种问 题。只要对喷枪的浸没深度控制得当, 其磨损率还是 低的, 即使喷枪损坏, 更换也容易。通常喷枪使用 12 ～ 15 d 更换其不锈钢管头。
艾萨熔炼法在熔炼过程中, 只要控制好熔剂量 和炉渣, 并且所产出的铜锍和炉渣混合物在保温炉 中有足够的澄清时间, 炉渣含铜小于 016%。表 3 为 2 个炉渣实例。
表 3 炉渣主要成分质量分数
%
Cu Fe SiO 2 CaO A l2O 3 M gO S Fe3O 4
渣 1 0146 3816 3417 512 411 -
0111
7916
4912
4176
2511
01089
8411
4914
5138
2318 0169 0129 0171
9312 5318 6518
5111
4163
2519 0145 0119 0128 01060
9316 5712 6819 8510
5113
5162
2417 0129 0110 0116
9411 5313 6814
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有色冶炼
□重金属
艾萨熔炼法的发展及评述
邵剑辉
(中国有色工程设计研究总院, 北京 100038)
[ 摘 要 ] 艾萨熔炼法是芒特艾萨矿业有限公司 (M IM ) 和澳大利亚联邦科学工业研究机构 (CS IRO ) 联
合开发的浸没式喷枪顶吹熔炼技术, 是一种高强度有色金属冶炼方法。 本文根据艾萨熔炼法的炼铜情
艾萨熔炼法的开发引起了冶金界的广泛重视, 前景看好。 目前世界上已采用该方法建成投产的铜 冶炼厂除芒特艾萨外, 还有美国的迈阿密、印度的 Sterlite 和比利时的 U n ion M in iere。 中国的云铜用 此方法改造矿热电炉熔炼系统的工程正在建设中, 预计 2002 年初投产。
2 生产工艺过程
在艾萨熔炼法炼铜过程中, 物料中的金 99% 以 上存留在艾萨炉的铜锍中; 钴在正常操作条件下, 至 少有 67% 以上保留在铜锍中; 银至少 95% 以上留于 铜锍中, 随同烟气散失的银被收尘后回收, 此值可以 提高到 99%。 415 杂质脱除率
艾萨熔炼法同诺兰达法一样, 在熔炼过程能够 有效地通过挥发而排除铜中的杂质。 表 4 为熔炼时 杂质脱除情况[5 ]。
况, 论述了此方法的技术特点。
[ 关键词 ] 艾萨熔炼; 技术特点; 铜熔炼
[ 中图分类号 ] T F 811103111
[文献标识码 ] B
[ 文章编号 ] 100228943 (2002) 0320024204
1 前言
芒特艾萨矿业有限公司 (M IM ) 和澳大利亚联 邦科学工业研究机构 (CS IRO ) 在 20 世纪 80 年代联 合开发了艾萨熔炼法,M IM 于 1987 年在铜冶炼厂 建起了一座示范工厂[1], 1992 年用此工艺改造了铜 冶炼厂原有的反射炉熔炼, 改造后的铜熔炼系统生 产能力为 (铜) 18 万 t a, 1997 年经两次提高给料率 和 高 氧 浓 度 试 验, 现 熔 炼 能 力 已 扩 建 到 ( 铜) 25 万 t a [2 ]。
芒特艾萨矿业有限公司铜冶炼厂熔炼系统生产 工艺流程见图 1。
图 1 芒特艾萨铜冶炼厂熔炼系统生产工艺流程图
[ 作者简介 ] 邵剑辉 (1957- ) , 男, 安徽芜湖人, 教授级高级工程师, 从事重有色冶金设计工作。 [ 收稿日期 ] 2001208211
芒特艾萨的精矿与来自其他矿山的精矿在混料 厂相混合, 混合后的精矿再与熔剂、返料及块煤混 合, 在圆盘制料机上制粒, 制粒后含水约 9% 的物料
艾萨熔炼法同闪速熔炼法、诺兰达法等冶炼方 法一样, 很适于使用富氧。艾萨熔炼法的能耗随着富 氧的增加而减少, 床能力则随着富氧的增加而提高。
表 2 为富氧熔炼与空气熔炼的比较情况。 由表 2 可以看出, 当富氧浓度为 30% , 综合能耗 (包括煤、 油、空气) 降低 46% , 而床能力则提高 40%。
m3
0
455
吨铜耗煤
t
0163
0133
吨铜耗油
kg
67
2
吨铜综合能耗 (标煤)
kg
81515
44012
富氧熔炼的共同特征[3]。使用富氧时, 产生较少的烟 气量及足够高的 SO 2 浓度, 可大大节省烟气处理系 统及制酸的基建费用和生产费用。
目前艾萨熔炼法可以在含 O 2 62% 的富氧空气 状况下运行。 414 金属回收率及渣含铜
As
Co
0132 0119 0112
0120 0123 0116
-
0182 01004
-
01015 01022
- < 01010 01007
%
Pb 0110 0150 1167 0106 0101
Zn
Bi
01ຫໍສະໝຸດ Baidu95 01007
0132
-
3192 0109
< 0101 0137
0101 0101
Fe3O 4 -
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2002 年 6 月第 3 期
艾萨熔炼法的发展及评述 —— 邵剑辉
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由炉顶加入炉中, 富氧空气通过插入熔体的浸没式 喷枪喷入熔池, 使熔池产生激烈的湍流, 同时完成加 热、熔化、氧化、造渣。产出的铜锍和炉渣的混合熔体 间断放入保温炉澄清分离, 烟气由炉顶排至烟气处 理系统净化后通往制酸厂。