铜精矿的闪速熔炼共61页
浅谈“双闪”铜冶炼的工艺探索及优化
浅谈“双闪”铜冶炼的工艺探索及优化摘要：伴随着铜冶炼高投料、高品位、高氧浓、高热负的技术的发展趋势，闪速熔炼系统，不断优化着热平衡问题和造渣问题，而关键设备的开发及应用，也使得适应高强度熔炼的炉体结构设计和冷却技术有了很大的改进。
闪速熔炼是近代发展起来的一种先进的冶炼技术，能耗低，规模大，具有劳动条件好、自动化水平和劳动生产率高的优点。
精矿喷嘴技术不断地完善，精矿干燥与输送、装料系统等辅助系统不断提升等等，结合实践不断优化，现场工艺的升级与功用的提升，“双闪”铜冶炼技术不断完善。
本文将从闪速冶炼工艺的配置优化与衔接，对双闪冶炼工艺运维与系统优化开展了深入探索。
关键词：冶金工程；闪速熔炼；工艺优化；系统运维1、“双闪”铜冶炼工艺简述闪速冶炼工艺是在闪速炉一步炼铜工艺的基础上开发应用的连续吹炼工艺，连续加料、连续送风、连续排烟。
从1995年首次工业应用以来，特别是在中国几个大型冶炼厂的应用，通过工艺、设备的不断改进，该工艺已经非常成熟可靠。
闪速吹炼采用固体铜锍高浓度富氧吹炼，烟气量小，烟气连续稳定，SO2浓度高，为烟气制酸创造了很好的条件，制酸的电耗和单位能耗是其他连续吹炼工艺无法比拟的；固体铜锍吹炼可以将熔炼和吹炼在时间和空间上分开，不再相互制约，为高作业率创造了条件，可以与任何能够生产高品位铜锍的熔炼工艺相匹配生产，如氧气底吹、富氧双侧吹等；炉体密闭性好，环保条件好，“双闪”工艺硫的捕集率超过99.9%；闪速吹炼炉的单炉产能大，目前年生产能力已经达到45万t粗铜，还有进一步提高的潜力，特别适合大规模生产。
对于30万t以上产能的冶炼厂，采用闪速吹炼工艺的单位投资和单位成本低，具有一定的投资和成本优势。
2、闪速冶炼的工艺流程及现场实践闪速熔炼是充分利用细磨物料巨大的活性表面，强化冶炼反应过程的熔炼方法。
将精矿经过深度干燥后，与熔剂经干燥一起用富氧空气喷入反应塔内，精矿粒子在空间悬浮1-3s 时间，与高温氧化性气流迅速发生硫化矿物的氧化反应，并放出大量的热，完成熔炼反应即造锍的过程。
《铜精矿的闪速熔炼》课件
配料系统通常包括原料储存、计 量、输送和混合等装置，通过自 动化控制系统实现精确控制和调 整。
混合系统
混合系统的作用是将配料系统输送来 的各种原料进行均匀混合，以确保进 入闪速熔炼炉的原料质量稳定。
混合系统通常采用高效混合设备，如 搅拌器、混合器等，通过强化搅拌和 混合，减小原料之间的粒度和密度差 异，提高混合效果。
铜精矿的配料与混合
配料原则与要求
根据冶炼要求，确定配料比例， 确保原料成分符合标准。
混合方法与设备
介绍混合设备的类型和工作原理 ，以及混合效果的评估方法。
铜精矿的闪速熔炼
01
闪速熔炼原理
阐述闪速熔炼的基本原理和技术特点。
02
闪速熔炼设备
介绍闪速熔炼炉的构造、工作原理和使用维护方法。
03
熔炼工艺参数
该技术采用高温、高反应速 率的生产条件，使反应在最 佳条件下进行，提高了生产 效率。
同时，该技术采用先进的烟 气处理和余热回收技术，能 够减少对环境的污染和能源 的浪费。
02 铜精矿闪速熔炼的工艺流程
铜精矿的准备
铜精矿的来源与特点
介绍不同来源的铜精矿及其特点，如品位、杂质含量等。
铜精矿的预处理
包括破碎、磨细、筛分等工序，以确保精矿粒度合格，满足 熔炼要求。
02
该技术利用了高温、高反应速率的条件下，铜精矿中的 硫化物与氧气发生快速氧化反应，生成二氧化硫气体， 同时释放出铜和铁等有价金属。
03
铜精矿闪速熔炼技术的核心在于控制炉温和反应速率， 使反应在最佳条件下进行，以提高金属回收率和降低能 耗。
铜精矿闪速熔炼技术的历史与发展
铜精矿闪速熔炼技术起源于20世纪初，最初是为了解决当时铜矿资源品位下降、成 本上升的问题而开发的。
最新4铜精矿的闪速熔炼
对某些工厂反应塔操作数据的统计表明：在 不同的反应塔的高度下，平均气流速度为1.4～ 4.7m/s时，相应的气体停留时间如图5.5所示。
20
5 7.5
4
7.6
气流的平均停留时间,s
3
7.1
7.5
5.7 6
7.1
2
7.5 2
1
1
2
3
4
5
反应塔内平均气流速度，m/s（数据点旁的数字是反应塔的高
度）
表5-1 闪速炉各产物成分
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二、闪速熔炼的基本原理
1、反应塔内的传输现象
闪速炉的主要熔炼过程发生在反应塔内。气流中的精矿 颗粒在离开反应塔底部进入沉淀池之前完成氧化和熔化等过 程。
发生在反应塔内的是一个由热量传递、质量传递、流体 流动和多相多组分间的化学反应综合而成的复杂过程。
研究反应塔内的传输现象，对获得高的生产率与金属回 收率、长的炉寿命和低的能源消耗的具有理论指导意义，也 为喷嘴和炉型设计的改进提供基础。
2.过氧化的熔融颗粒； 3.未反应的颗粒。
24
过氧化的熔融粒子在反应塔内下落时，它们彼 此之间或者与尚未反应的固体粒子（反应慢的粒子） 之间将发生碰撞。过氧化粒子中存在Fe3O4，与熔剂 粒子碰撞时发生还原造渣反应，并把热量传给未反 应粒子而使其熔化。由于粒子之间相互碰撞，粒子 直径逐渐增大。
25
精矿颗粒氧化后最后形成的硫氧化物是在炉气一定的氧分 压（logPo2约为-1.7）下反应平衡时的产物。
23
由于精矿颗粒粒度与其表面性状的差异，喷嘴结 构及其工况参数的影响，精矿颗粒在离开喷嘴后下 落过程中的变化是不同的。有三种情况存在：
1.易燃的铜精矿粒子（或反应快的粒子）直接被 氧化成白锍或带金属铜的白锍，氧化放出的热量使 精矿粒子熔化为液态；
铜熔炼要求和技巧
铜熔炼要求和技巧
铜熔炼是一个复杂的过程，包括了原料的准备、熔炼、以及后续的精炼等步骤。
在原料准备阶段，铜精矿需要经过干燥处理，含水率需要控制在0.3%以内，以适应闪速熔炼的要求。
此外，如果炉料中含有旧料，装料顺序应根据合金组元特性和熔炼炉型等实际情况进行调整。
在熔炼过程中，主要是使炉料中的铜尽可能进入冰铜（Cu2S+FeS熔体，也称锍），部分铁以FeS形式也进入冰铜；大部分铁需要氧化成FeO与脉石矿物造渣，如SiO2，FeO，CaO，MgO， Al2O3等。
此外，冰铜与炉渣需要分离。
对于黄铜的熔炼，一般的加料顺序是：铜、旧料和锌。
当铜熔化过热至一定温度时，应适当脱氧（例如用磷），然后熔化锌。
需要注意的是，整个熔炼过程需要严格控制工艺参数，以保证最终得到的铜金属具有高纯度和良好的物理性质。
4铜精矿的闪速熔炼
冈田
57
20 46 15 57 27 58
袁则平
62 41.34 59.32 75.64 23.99 35.28 9.6 32.7 3.82 11.88
35
三、闪速熔炼的热化学与能量消耗
1、 闪速熔炼的热化学 闪速熔炼的生产过程中，精矿中的硫化物氧
化以及造渣反应放出大量的热，辅之以热风或富 氧空气，使过程能半自热或自热进行。随着精矿 中的发热元素硫和铁的含量不同和矿物相组成不 同，氧化反应放出的热量也不同。
36
放出的热量还取决于氧化程度，即生产出的 铜锍品位越高，化学反应放出的热量就越多。表 5.3列出了典型的硫化铜精矿的发热值，并和普通 燃料发热值进行比较。
一般铜精矿，生产含铜为40%～60%的铜锍时， 反应的净热约为2500～3300kJ/(t·精矿)。
37
表5.3 精矿和燃料发热值的比较
名称
34
表5.2 不同研究者和不同锍品位时元素分布
研究者或 锍品 作者 位(%)
在锍中（%） As Sb Bi
在渣中（%） As Sb Bi
在烟气中（%） As Sb Bi
H.Y.Sohn 40
10
25
1
86 62 79
Steinhause r
55
10
30
15
10
30
5
80 40 80
袁则平
55 39.16 64.09 83.71 14.58 32.11 6.09 46.18 3.35 10.08
5
图
图5.1 奥托昆普闪速炉
6
图5.2 奥托昆普闪速炉
7
奥托昆普闪速熔炼炉的自动控制：主要用计 算机来控制闪速炉产出的铜品位，冰铜温度和炉 渣中Fe/SiO2 比的控制。它们分别由控制反应塔送 风量、重油量和炉料中石英溶剂的比率来实现。
铜精矿的闪速熔炼
与细颗粒相比，粗颗粒不但具有比表面积小和 停留时间短的缺点，而且热传递和质传递系数也 小。
在干精矿中，粒度级别的分布是不均匀的， 全部颗粒达到同样的反应程度是不可能的。 对粗 颗粒会有反应不足，细颗粒则会反应过度。
2、反应塔内精矿氧化行为与熔炼产物的形成
精矿中最常见的矿物有黄铜矿(CuFeS2)和黄铁矿(FeS2)。闪 速炉内发生的总反应可以表达如下:
一般铜精矿，生产含铜为40%～60%的铜锍时， 反应的净热约为2500～3300kJ/(t·精矿)。
表5.3 精矿和燃料发热值的比较
名称
MJ/Kg
名称
MJ/Kg
烟煤
27.9 产出铜锍品位Cu80% 2.79
重油
43.0
铜精矿
（Cu29.5%,Fe26.0
%,
1.67
S31%)产出铜锍品位
Cu51%
闪速熔炼的生产过程中，精矿中的硫化物氧 化以及造渣反应放出大量的热，辅之以热风或富 氧空气，使过程能半自热或自热进行。随着精矿 中的发热元素硫和铁的含量不同和矿物相组成不 同，氧化反应放出的热量也不同。
放出的热量还取决于氧化程度，即生产出的 铜锍品位越高，化学反应放出的热量就越多。表 5.3列出了典型的硫化铜精矿的发热值，并和普通 燃料发热值进行比较。
1、 奥托昆普闪速熔炼
奥 托 昆 普 闪 速 熔 炼 是 采 用 富 氧 空 气 或 723~1273K 的热风作为氧化气体。在反应塔顶部设置了下喷型精 矿喷嘴。干燥的精矿和熔剂与富氧空气或热风高速喷 入反应塔内，在塔内呈悬浮状态。物料在向下运动过 程中，与气流中的氧发生氧化反应，放出大量的热， 使反应塔中的温度维持在1673K以上。在高温下物料 迅速反应(2~3s)，产生的熔体沉降到沉淀池内，完成 造冰铜和造渣反应，并进行澄清分离。
铜冶炼闪速熔炼及熔池熔炼技术探讨
铜冶炼闪速熔炼及熔池熔炼技术探讨当前世界上广泛采用的铜火法冶炼方法主要有三种，包括传统熔炼、闪速熔炼以及熔池熔炼。
技术成熟、简易灵活、生产可靠、设备简单等是传统熔炼方法的优点，但其缺点是较低的生产效率，较差的硫回收率，烟气含SO2浓度比较低，烟气处理费用高。
因此，本文主要对闪速熔炼、熔池熔炼技术进行了简要的分析，并进一步探讨了铜的火法精炼、电解精炼等关键环节，希望能够通过不断的分析和研究，切实的提升铜冶炼技术水平。
标签：铜冶炼；闪速熔炼；熔池熔炼1 冶炼工艺选择的基本原则1.1 适应能力在冶炼中，主要有着能够对各种化学成分、粒度的原料进行处理，能够适应处理能力有较大波动等要求，因此所采用的工艺流程必须要适应这些要求。
1.2 高效节能企业要想取得更高的经济效益，生产作业必须要有着较高的效率，能源消耗较少，因此工艺工艺流程的选择必须要满足高效节能的要求。
1.3 技术先进、成熟、可靠，环境友好，排放达标技术的先进性与实用性是工艺流程必须具备的，同时技术的可靠性也至关重要，因此选择的工艺流程必须成熟可靠，技术风险较低。
此外，还需要遵循“以人为本”的原则，工艺系统必须密闭性强、有害烟气泄露少，能够满足清洁工厂的要求。
2 两种冶炼工艺分析2.1 闪速熔炼2.1.1 工艺配置图1为直接炼粗铜工艺的典型流程图。
其与闪速吹炼流程相比有着差异较为明显，主要体现在把闪速吹炼渣返回至之前的闪速熔炼炉中，而不是在单独的炉渣贫化系统中处理。
备料主要是对物料进行干燥和混合。
物料的干燥能够使工艺的总热量实现平衡，此外，还能够更好的控制烟气管路的腐蚀。
然后闪速炉中输送干燥物料。
在反应塔中，物料和氧气进行混合，反应以悬浮物的形式进行，在沉降室中进行熔融相收集，分离出炉渣与粗铜。
在余热锅炉中进行炉子烟气的冷却。
部分烟尘也会被余热锅炉收集，在电收尘器中收集剩余的颗粒，通常所有烟尘都返回炉子中。
视所选择的渣型和氧势而定，在粗铜闪速熔炼炉渣中，铜的含量为15%-25%。
铜的直接闪速熔炼
第12章铜的直接闪速熔炼前面几章已阐明从硫化物精矿中提取铜有两个主要的步骤：熔炼和吹炼。
同时也表明熔炼和吹炼具有同样的化学工艺，例如从Cu—Fe—S相中氧化Fe和S。
很久以来，冶金和化学工程师的目标就是想把这两个步骤结合起来，变成一个连续的直接炼铜熔炼工艺。
这个结合最主要的优点在于：①将排出的SO2气体隔离，形成一个单独的连续气流；②减少能量消耗；③减少投资和成本。
本章主要介绍：①2002年铜的直接熔炼情况；②对这种工艺潜在优点的认识程度。
该工艺最主要的问题在于：①进入铜的直接熔炼炉中的大约25％的Cu最终熔解在渣中；②回收这些渣的成本将可能限制未来铜的直接熔炼向处理含Fe量低的铜精矿发展[如辉铜矿(Cu2S)和斑铜矿(Cu5FeS4) ]．而是向处理含Fe量高的黄铜精矿发展。
12．1直接炼铜的理想工艺图12·1是一个直接炼铜的理想工艺示意图，该工艺主要的加入料为精矿、氧气、空气、造渣剂和返回料。
主要产物为：铜水、低含铜量的渣、高SO2含量的烟气。
该工艺是自热式的，随着高富氧鼓风，有充足的反应热去熔化所有熔炼炉和邻近精炼厂提供的含铜返回料，包括碎电极。
该工艺也是连续的。
本章其余的部分讲述如何更快地实现这个理想。
理想的情况是：铜中杂质含量低；渣直接丢弃，不做铜的回收处理；烟气中有足量的SO2用于制硫酸。
12．2直接炼铜的工业单炉2002年，只有一个工艺——奥托昆普闪速熔炼，实现了单炉直接炼铜，如图1．4所示。
采用这个工艺的厂家有两个：波兰的Glogow和澳大利亚的奥林匹亚大坝。
这两座炉子都是处理辉铜矿和斑铜矿的。
前些年，诺兰达浸入式风口工艺(见图1．5)也能直接炼铜。
现在用于生产含铜72%～75％的高品位冰铜。
这个改变提高了熔炼速率，同时改善了杂质的脱除。
铜的直接闪速熔炼的产品(见表12．1)是：铜：99％Cu，0．44％～0.9％S，0．01％Fe，0．4％O，1280℃：渣：14％～24％Cu，约1300℃；烟气：15％～20％SO2，1350℃。
贵冶闪速炉铜精矿配料管理实践
2018年 7月下 世界有色金属47机械加工与制造M achining and manufacturing1 前言铜精矿配料过程是闪速熔炼工艺中的一道重要工序，其实质是合理、科学地将多种精矿及辅助材料按一定的配比配制，以满足闪速炉生产指标、管理控制和经营目标的要求，其原料配比的合理性不仅有助于稳定闪速炉炉况，降低生产成本，而且对于后续工序产品质量的提高和能源消耗的降低具有重要意义。
近年来铜冶炼能力剧烈扩张后，铜精矿供应已成为突出的问题，铜精矿的铜品位降低和硫量品位的提高是今后几年的一个趋势，另外在原料组织上呈批次多，批量小，成份复杂、杂质含量高的态势。
根据贵冶生产实践，铜精矿配料是影响闪速炉炉况的主要原因之一，因此，在摸索出闪速炉处理这种精矿方法的同时，对闪速熔炼铜精矿的合理、准确的配料显得尤为重要。
2 贵冶原辅材料主要成份闪速熔炼原辅助材料主要有铜精矿、渣精矿、石英砂、含金（银）石英砂等，贵冶对原辅助材料技术要求见表1、表2和表3所示：3 铜精矿配料需考虑的因素3.1 混合矿中S/Cu 的控制混合矿中S/Cu 比控制是配料需考虑的重要参数之一，闪速熔炼能充分利用原料中S 和Fe 等元素氧化时所产生的化学反应热来实现自热熔炼。
在配料过程中，若S/Cu 比过低，在闪速熔炼时需补充额外热量，不利于节能；S/Cu 过高的反应热负荷大，炉体衬砖损耗加剧，且会造成反应塔侧壁温度长期偏高，无法正常控制炉体温度。
硫高铜低的配料，在装入量不变的情况下会影响冰铜的产量及冰铜品位，同时，硫高会给制酸系统产生压力。
在富氧熔炼的情况下选择适宜的S/Cu，即可实现闪速炉自热熔炼，又利于节能和稳定铜酸系统的生产。
贵冶根据产能情况，混合矿（干矿）S/Cu 一般控制在1.1-1.25。
混合精矿中Cu 品位增加，则所需氧量减少，精矿中Cu、S、Fe 品位每增加1%，所需氧量Cu 是反比关系，Fe、S 是成正比关系，增加1%的S 是相对于增加1%Fe 来说，氧量变化是Fe 是4倍左右。
铜精矿的闪速熔炼
配备专业的紧急救援队伍和设备，确 保在事故发生时能够迅速展开救援。
05
闪速熔炼的应用与发展
闪速熔炼的应用领域
铜冶炼
闪速熔炼技术广泛应用于铜精矿 的冶炼，能够高效地处理低品位、
高杂质的铜精矿，产出高质量的 阴极铜。
工业硅生产
在工业硅生产中，闪速熔炼技术通 过控制适宜的反应条件，实现高效 率、低能耗的生产。
低成本
闪速熔炼工艺流程简单，操作 稳定，能够降低生产成本和提 高经济效益。
环保友好
闪速熔炼产生的烟气经过处理 后能够达到环保标准，减少对 环境的污染。
灵活性
闪速熔炼可以根据原料成分和 产品质量要求进行灵活调整， 适应不同原料和产品的需求。
03
闪速熔炼的设备与操作
闪速熔炼的主要设备
反应塔
余热锅炉
反应塔是闪速熔炼的核心设备，用于完成 铜精矿的熔炼过程。塔内设有矿石分布器 、反应剂喷嘴等关键部件。
安全防护措施
配备齐全的安全防护设备， 如防护眼镜、手套、口罩 等，确保操作人员的安全。
定期检查维护
对设备进行定期检查和维 护，确保设备正常运行， 及时发现并排除安全隐患。
事故应急处理
应急预案制定
制定详细的事故应急预案，明确应急 处理流程和责任人。
紧急救援措施
安全疏散与警戒
在事故发生时，及时组织现场人员疏 散，设置警戒线，防止次生事故的发 生。
其他领域
除铜冶炼和工业硅生产外，闪速熔 炼技术在其他有色金属冶炼领域也 有所应用，如镍、钴、锌等。
闪速熔炼技术的发展趋势
技术创新
随着科技的不Leabharlann 进步，闪速熔炼 技术也在不断创新和完善，以提
高生产效率和产品质量。
最新4铜精矿的闪速熔炼汇总
对某些工厂反应塔操作数据的统计表明：在 不同的反应塔的高度下，平均气流速度为1.4～ 4.7m/s时，相应的气体停留时间如图5.5所示。
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反应塔内平均气流速度，m/s（数据点旁的数字是反应塔的高
度）
4铜精矿的闪速熔炼
闪速熔炼是将经过深度脱水（含水小于0.3%）的粉 状精矿，在喷嘴中与空气或氧气混合后，以高速度（60～ 70m/s）从反应塔顶部喷入高温（1450～1550℃）的反应 塔内。
精矿颗粒被气体包围，处于悬浮状态，在2～3s内就 基本上完成了硫化物的分解、氧化和熔化等过程。
熔融硫化物和氧化物的混合熔体落下到反应塔底部的 沉淀池中汇集起来，继续完成冰铜与炉渣最终形成过程， 并进行沉清分离。
2
1、 奥托昆普闪速熔炼
奥 托 昆 普 闪 速 熔 炼 是 采 用 富 氧 空 气 或 723~1273K 的热风作为氧化气体。在反应塔顶部设置了下喷型精 矿喷嘴。干燥的精矿和熔剂与富氧空气或热风高速喷 入反应塔内，在塔内呈悬浮状态。物料在向下运动过 程中，与气流中的氧发生氧化反应，放出大量的热， 使反应塔中的温度维持在1673K以上。在高温下物料 迅速反应(2~3s)，产生的熔体沉降到沉淀池内，完成 造冰铜和造渣反应，并进行澄清分离。
入口初始速度对气体在塔内的停留时间起着决定性的作
用。
15
公式是在等温情况下得出的。 由于化学反应产生的热使塔内的气体瞬间被加热到高温 （1300℃以上），气体体积膨胀扩张了喷射锥空间，因而 真实速度将大大减少。 对高为9m，直径为6m的反应塔，当入口初速度为30m/s 时 ，气流在塔内的停留时间约为2s。
《铜冶炼工艺介绍》PPT课件
❖ （2）块煤
❖
底吹熔炼炉在精矿发生较大变化或调整渣型时，跟根据需要加入块煤。熔炼所需的块
煤，用汽车运至冶炼厂精矿仓储存。底吹吹炼炉为控制渣中Fe3O4的含量，也需配入少量
块煤。吹炼所需的 块煤，储存在主厂房吹炼炉顶应急块煤仓中。
❖ 本项目块煤用量约为2610 t/a，粒度要求不大于15mm
❖ 4）熔剂
精选课件
13
硫化铜精矿火法工艺简介
精选课件
14
炼铜工艺
传统熔炼方法 现代炼铜方法
鼓风炉熔炼方法
反射炉熔炼方法 电炉熔炼方法 熔池熔炼方法
漂浮熔炼方法
诺兰达法 瓦纽科夫法 白银法 奥斯麦特法 三菱法
闪速熔炼法
基夫赛特法
奥托昆普法 印柯法
71
精选课件
15
炼铜工艺分类
现代火法炼铜工艺从大的方面可分为两类： 即漂浮熔炼和熔池熔炼。
❖ 吹炼：目的是进一步脱除冰铜中的硫、铁等杂质，回收精矿中的硫，获 取粗铜。
❖ 火法精炼：是利用杂质对氧的亲和力大于铜，而其又不溶于铜液等性质， 通过氧化造渣或挥发除去，获得纯度较高的阳极铜。
❖ 现代铜精矿冶金的通常步骤和工艺流程如下： ❖ 步骤：铜精矿（含铜13-30%）→冰铜（含铜40——75%）→粗铜（含
氧气底吹熔炼炉自热熔炼产出72%的铜锍。经冷却破碎后的
铜锍由加料系统加入到吹炼炉中吹炼成粗铜，液态粗铜加入
到回转式阳极炉精炼并浇铸产出阳极送电解精炼。主要设备
有Φ4.8×20m氧气底吹炉一台，Φ4.4×20m 底吹连续吹炼
炉1台，Φ4.0×12.5m阳极炉2台。 液态熔炼渣和液态转炉
渣送缓冷渣场缓冷后送炉渣选矿车间用浮选法回收铜，产出
颜色
铜精矿的闪速熔炼
13
图 5.4 反应塔内的气体-精矿流散布示意图（中央喷嘴）
14
等温气体喷射时的速度衰减由下式表达: Ux=12.4U0r0/x (5-1) 式中，Ux为从入口点开始的x距离上的中心喷射速度 (m/s)；U0为入口初始速度(m/s)；r0为入口喷嘴半径(m) 。 式(5-1)说明，气流的终点速度乃由入口初始速度决定， 入口初始速度对气体在塔内的停留时间起着决定性的作 用。
闪速熔炼有以下的特点：
1.焙烧与熔炼结合成一个过程； 2.炉料与气体密切接触，在悬浮状态下与气相进行传热和
传质；
3.FeS与Fe3O4、FeS与Cu2O(NiO)、以及其它硫化物与氧 化物的交互反应主要在沉淀池中以液—液接触的方式进行。
闪速熔炼按不同的工作原理可分为两种基本形式：
1.精矿从反应塔顶垂直喷入炉内的奥托昆普闪速炉（图 5.1）； 2.精矿从炉子端墙上的喷嘴水平喷入炉内的印柯闪速炉 （图5.2）。
闪速熔炼是将经过深度脱水（含水小于0.3%）的粉
状精矿，在喷嘴中与空气或氧气混合后，以高速度（60～
70m/s）从反应塔顶部喷入高温（1450～1550℃）的反应塔内。
精矿颗粒被气体包围，处于悬浮状态，在2～3s内就
基本上完成了硫化物的分解、氧化和熔化等过程。 熔融硫化物和氧化物的混合熔体落下到反应塔底部的 沉淀池中汇集起来，继续完成冰铜与炉渣最终形成过程， 并进行沉清分离。 炉渣在单独贫化炉或闪速炉内贫化区处理后再弃去。
2
1、 奥托昆普闪速熔炼
奥托昆普闪速熔炼是采用富氧空气或 723~1273K
的热风作为氧化气体。在反应塔顶部设置了下喷型精
矿喷嘴。干燥的精矿和熔剂与富氧空气或热风高速喷 入反应塔内，在塔内呈悬浮状态。物料在向下运动过 程中，与气流中的氧发生氧化反应，放出大量的热， 使反应塔中的温度维持在 1673K 以上。在高温下物料
火法炼铜技术综述
火法炼铜技术综述陈淑萍;伍赠玲;蓝碧波;郭其章【摘要】目前火法熔炼技术发展迅速并得到广泛的应用,在铜工业生产中已明确提出"清洁生产"的目标.环境意识要求清洁的生产工艺,即工艺过程中极少排放废物,对火法炼铜技术的进一步完善提出了更高的要求.本文叙述了目前世界火法炼铜的主要工艺、工业生产实例及进展情况,对现代铜冶金新方法-闪速熔炼、熔池熔炼以及其它熔炼技术作了较为详细的介绍,并指出了铜火法冶炼存在的问题及今后的主要技术发展方向.【期刊名称】《铜业工程》【年(卷),期】2010(000)004【总页数】6页(P44-49)【关键词】火法炼铜;闪速熔炼;熔池熔炼【作者】陈淑萍;伍赠玲;蓝碧波;郭其章【作者单位】紫金矿冶设计研究院,福建,上杭,364200;紫金矿冶设计研究院,福建,上杭,364200;紫金矿冶设计研究院,福建,上杭,364200;紫金矿业集团股份有限公司,福建,上杭,364200【正文语种】中文【中图分类】TF111.1目前世界上从硫化矿中提取铜,85%～90%是采用火法冶炼,因为该法与湿法冶炼相比,无论是原料的适应性,还是在生产规模、贵、稀金属富集回收方面都有明显的优势。
因此为了降低能耗,减少火法炼铜的环境污染,闪速熔炼、熔池熔炼以及其它熔炼技术都在不断改进和发展。
火法炼铜主要包括[1]:(1)铜精矿的造锍熔炼; (2)铜锍吹炼成粗铜;(3)粗铜火法精炼;(4)阳极铜电解精炼。
经冶炼产出最终产品-电解铜(阴极铜)。
目前世界铜冶炼厂使用的主要熔炼工艺为闪速熔炼和熔池熔炼。
在熔池熔炼工艺中,精矿被抛到熔体的表面或者被喷入熔体内,通常向熔池中喷入氧气和氮气使熔池发生剧烈搅拌,精矿颗粒被液体包围迅速融化,因此,吹炼反应能够产生维持熔炼作业所需的大部分热量,使含有氧气的气泡和包裹硫化铜/铁的溶液发生质量传递。
而闪速熔炼中的干精矿是散布在氧气和氮气的气流中的,精矿中所含的硫和铁发生燃烧,在熔融颗粒进入反应空间时即产生熔炼和吹炼。
铜精矿的闪速熔炼
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二、闪速熔炼的基本原理
1、反应塔内的传输现象
闪速炉的主要熔炼过程发生在反应塔内。气流中的精矿 颗粒在离开反应塔底部进入沉淀池之前完成氧化和熔化等过 程。
发生在反应塔内的是一个由热量传递、质量传递、流体 流动和多相多组分间的化学反应综合而成的复杂过程。
研究反应塔内的传输现象，对获得高的生产率与金属回 收率、长的炉寿命和低的能源消耗的具有理论指导意义，也 为喷嘴和炉型设计的改进提供基础。
体中。因此，颗粒的速度等于气流速度加上颗粒的下落速度。
在实际条件下,混合流中的颗粒分散度是很大的，相邻两颗
粒间的平均距离大约等于20个颗粒的直径，甚至更多。
颗粒的终点速度就可以用斯托克斯公式来描述:
up=gc(ρp-ρg)d2p/18η
(5-2)
式中, up为颗粒的终点速度（m/s）；gc为重力加速度(m/s2)；
根据图5.6，可以确定出沉淀池终渣中Fe3O4的含 量(%)与锍品位的关系。
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条件： PSO2=10kPa; Fe3O4% 含量除1270℃时，渣含SiO2为26% 外，其余均为渣饱和SiO2
图5.6 锍-渣-炉气体系中锍品位与炉渣中的Fe3O4%关系
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控制Fe3O4的一般途径有:
1. 提高反应塔温度 2. 增加沉淀池燃油量，降低锍品位 3. 降低Fe/SiO2，加入煤，以及优化喷嘴结构与
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等温气体喷射时的速度衰减由下式表达:
Ux=12.4U0r0/x
(5-1)
式中，Ux为从入口点开始的x距离上的中心喷射速度 (m/s)；U0为入口初始速度(m/s)；r0为入口喷嘴半径(m) 。 式(5-1)说明，气流的终点速度乃由入口初始速度决定，
铜精矿的闪速熔炼技术
闪速熔炼是将经过深度脱水（含水小于0.3%）的粉
状精矿，在喷嘴中与空气或氧气混合后，以高速度（60～
70m/s）从反应塔顶部喷入高温（1450～1550℃）的反应 塔内。
精矿颗粒被气体包围，处于悬浮状态，在2～3s内就
基本上完成了硫化物的分解、氧化和熔化等过程。 熔融硫化物和氧化物的混合熔体落下到反应塔底部的 沉淀池中汇集起来，继续完成冰铜与炉渣最终形成过程， 并进行沉清分离。 炉渣在单独贫化炉或闪速炉内贫化区处理后再弃去。
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对某些工厂反应塔操作数据的统计表明：在
不同的反应塔的高度下，平均气流速度为1.4～
4.7m/s时，相应的气体停留时间如图5.5所示。
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5
气流的平均停留时间,s
7.5
闪速熔炼有以下的特点：
1.焙烧与熔炼结合成一个过程； 2.炉料与气体密切接触，在悬浮状态下与气相进行传热和
传质；
3.FeS与Fe3O4、FeS与Cu2O(NiO)、以及其它硫化物与氧化 物的交互反应主要在沉淀池中以液—液接触的方式进行。
闪速熔炼按不同的工作原理可分为两种基本形式：
1.精矿从反应塔顶垂直喷入炉内的奥托昆普闪速炉（图 5.1）； 2.精矿从炉子端墙上的喷嘴水平喷入炉内的印柯闪速炉 （图5.2）。
铜精矿的闪速熔炼
一、概述
闪速熔炼是一种迅速发展起来的强化熔炼方法。它将 焙烧、熔炼和部分吹炼过程在一个设备内完成。此法于 1949年首先在芬兰奥托昆普公司的哈里亚伐尔塔炼铜厂应 用于工业生产，自1965年以来在全世界得到迅速发展，目
前已在20多个国家被应用。目前该法生产的铜量约占世界
铜产量的三分之一以上。 闪速熔炼克服了传统方法未能充分利用粉状精矿的巨 大表面积，将焙烧和熔炼分阶段进行的缺点。大大减少了 能源消耗，提高了硫利用率，改善了环境。
《铜冶炼工艺介绍》PPT课件
耐磨损。还有很好的延展性。导热和导电性能较好。铜和它的一些合金有 较好的耐腐蚀能力，在干燥的空气里很稳定。但在潮湿的空气里在其表面 可以生成一层绿色的碱式碳酸铜Cu2（OH）2CO3，这叫铜绿。可溶于硝酸 和热浓硫酸，略溶于盐酸。容易被碱侵蚀
精选课件
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铜 及 铜 合 金 在 电 气 、 机 械 制 造 行 业 、 航 空 及 军 工 业 的 应 用
精选课件
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Hale Waihona Puke 6三、炼铜原料概述
❖ 炼铜原料概述
❖ 生产电解铜（阴极铜）的原料分为铜精矿和废杂铜。用 铜精矿和废杂铜生产电解铜的比例约为7:3，铜精矿依然 是当今生产电解铜的主要原料。
❖ 铜精矿：在自然界中自然铜的含量极少，一般都以金属 共生矿的形态存在。铜矿石中常伴生有多种重金属和稀 有金属，如金、银、砷、锑、铋、硒、铅、钴、镍、钼 等。根据铜化合物的性质，铜矿物可分为自然铜、硫化 矿和氧化矿三种类型，主要以硫化矿和氧化矿，特别是 硫化矿分布最广，目前电解铜的90%左右来自硫化矿。 金银等贵金属常和铜共生。铜矿石经采矿和选矿富集获 得铜精矿，含铜13—30%。
❖ 6）耐火砖
❖ 氧气底吹熔炼炉和底吹连续吹炼炉、阳极炉和溜槽的内衬均为耐火材料砌筑。耐火材料由
厂方按照要求的数量、规格和类型，运至耐火材料库。
❖ 本项目耐火材料用量约为1450 t/
精选课件
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工艺流程图
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设备连接图
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连吹流程图
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熔炼炉产出的铜锍经缓冷后，倒入破碎场进行三级破碎
第四次课 铜精矿的闪速熔炼
为喷嘴和炉型设计的改进提供基础。
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精矿颗粒和气体的运动规律 从反应塔顶部喷嘴喷出的气-固（精矿）混合流，离开喷
嘴后，在塔内形成了两个区域：
1.喷嘴口附近的喷射区（或称入口区）； 2. 扩张气流区 (如图5.4中的截面A-A以下)。 扩张区延续到熔池面上时流体形状改变。此时的气流速 度称为终点气流速度。
此之间或者与尚未反应的固体粒子（反应慢的粒子） 之间将发生碰撞。过氧化粒子中存在Fe3O4，与熔剂 粒子碰撞时发生还原造渣反应，并把热量传给未反 应粒子而使其熔化。由于粒子之间相互碰撞，粒子
直径逐渐增大。
反应塔出口部的最终产物，是由辉铜矿和斑铜
矿为主的过氧化熔融粒子和未反应的黄铜矿固体粒
子所组成。
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在沉淀池内的主要反应有以下几类: （1）Fe3O4的还原反应
[FeS] + 3(Fe3O4) + = 10(FeO) + SO2 （5-5）
在有SiO2存在的情况下,FeO与SiO2造渣,使Fe3O4 的还原变得容易。影响该反应进行的因素是炉渣中 Fe3O4的活度、Fe/SiO2、锍品位、二氧化硫分压和 温度以及各相之间接触的动力学条件。 根据图5.5，可以确定出沉淀池终渣中Fe3O4的含 量(%)与锍品位的关系。
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图 5.4 反应塔内的气体-精矿流散布示意图（中央喷嘴）
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2、反应塔内精矿氧化行为与熔炼产物的形成
精矿中最常见的矿物有黄铜矿(CuFeS2)和黄铁矿(FeS2)。闪 速炉内发生的总反应可以表达如下:
CuFeS2 + 5/4O2→1/2(Cu2S· FeS) + 1/2FeO + SO2
2FeS2 + 7/2O2→FeS + FeO + 3SO2 3FeO + 1/2O2→Fe3O4 精矿颗粒氧化后最后形成的硫氧化物是在炉气一定的氧分 压下反应平衡时的产物。