熔池熔炼

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图2-22 白银炉炉体结构
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表2-8 白银法主要生产指标
项目 床能率/(t 床能率/(t·m-2·d-1) 冰铜中ω 冰铜中ω(Cu)/% 精矿中ω 精矿中ω(Cu)/% 精矿中ω 精矿中ω(S)/% 渣中ω 渣中ω(Cu)/% 铜直收率/% 铜直收率/% 白银炼铜法 8.48 30.11 17.29 33.42 0.351(未返转炉渣 0.351(未返转炉渣) 未返转炉渣) 96.42 项目 粉煤率/% 粉煤率/% 排风机进口烟气 中ψ(SO2)/% 脱硫率/% 脱硫率/% 烟尘率/% 烟尘率/% 总能耗(KJ·t 总能耗(KJ·t精矿-1 ) 白银炼铜法 9.49 5.12 58.5 3 2.85×106
生产指标
72.73 5.98 1.734 1.438 0.707 3.0~3.12 7000~7150 40.27 3000 300 3000~3600 69.84 5.76 1.7 5000 17 3
设计指标
62.5 6.7 1.6 1.76 3.56 2.8578 6961 39.4 8000 300 8805 73 5.4 1.8 4987.3 16 3
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熔池熔炼 (1) 反射炉熔炼
图1 造锍熔炼反射炉
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反射炉熔炼与鼓风炉熔炼相比有：可以连续生产和一 个炉内澄清分离的优点。但有一些致命的缺点：1) 熔炼过 程热效率低，大量的热量被烟气带走和被炉体散失；2) 反 射炉内氧位较低，因此脱硫率仅为25％，FeS几乎全部进入 冰铜中，故冰铜品位低；3) 烟气中SO2含量较低(0.5~2.0%)， 难以利用。 近年来的改进措施： 1) 改生精矿熔炼为焙烧矿熔炼，降低燃料消耗，提高硫回 收率；2) 采用预热空气或富氧空气，提高床能率，提高烟 气中的SO2含量，降低能耗；3) 强化熔炼过程的气－固反 应和气－液反应。比如向熔池内鼓风加强气－液反应。
项目
生产指标
设计指标
37 3 22 4.312 98 7.5 50 10 5 98 0.4 95 0.6 100 <500 一级品 12
开风口量/ 开风口量/个 25 燃料率/% 燃料率/% 3 余热锅炉产蒸汽/( /(t 余热锅炉产蒸汽/(t·h-1) 22 蒸汽压力/ 蒸汽压力/MPa 3.528 电收尘收尘效率/% 电收尘收尘效率/% 99.9 进硫酸车间烟量/( /(m 进硫酸车间烟量/(m3·h-1) 100000 进硫酸车间烟气中 8.5 ψ(SO2)/% 50 烟罩漏风率/% 烟罩漏风率/% 10 锅炉漏风率/% 锅炉漏风率/% 8 电收尘漏风率/% 电收尘漏风率/% 98 冶炼加收率/% 冶炼加收率/% 0.34 渣选矿尾矿中ω(Cu)/% 渣选矿尾矿中ω(Cu)/% 97(不含转炉 不含转炉) 97(不含转炉) 诺兰达炉硫实收率/% 诺兰达炉硫实收率/% 0.69 每吨粗铜综合耗标煤/ 每吨粗铜综合耗标煤/t 100 精矿消耗氧气/( /(万 精矿消耗氧气/(万m3·t-1) <400 制酸尾气中ψ(SO )/(× 制酸尾气中ψ(SO2)/(×10-6) 一级品 硫酸质量
60~70 60~70 7~29 130~190 25~40 0.55~0.65 98
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(4) 白银法 白银法是1972年由白银有色金属公司选冶厂研究开发的 强化熔炼方法。1979年命名为白银法，1980年正式投入工 业生产。白银法的特点是炉自中部设有隔墙，将熔池分为 熔炼区和澄清区两大部分。在熔炼区域形成的冰铜和炉渣， 通过隔墙下面的孔道流入炉子的澄清区进行分离。冰铜和 炉渣间断地从虹吸井和渣孔放出。
(3) 瓦纽科夫法
瓦纽科夫法是前苏联冶金学家A.B.瓦纽科夫发明的一种 熔炼方法。自1982年投入生产以来，有了很大发展。到 1987年在巴尔喀什、诺里尔斯克和乌拉尔炼铜厂分别建成 了48m2的瓦纽科夫炉。瓦纽科夫法与其它熔炼方法的最大 差别是将富氧空气吹入渣层，从而保证炉料在渣层中迅速 熔化，而且为炉渣与冰铜的分离创造了良好的条件。
密闭鼓风炉熔炼 鼓风炉熔炼法炼铜是一种历史悠久的冶炼方法。这种 方法对炉料适应性强，床能率高，所以曾经长期成为世 界上的一种重要炼铜方法。传统的鼓风炉炉顶是敞开式 的，只能处理块状物料，所产烟气SO2浓度很低(约0.5％)， 难以回收，造成烟害。上世纪50年代出现了密闭鼓风炉， 近15年来又出现了富氧密闭鼓风炉。从而克服了上述缺 点。密闭鼓风炉的炉料包括混捏铜精矿、熔剂和固体转 炉渣。块料的容积比应在50％左右。
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图2 氧气喷撒熔炼炉示意图
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(2) 诺兰达法熔炼 诺兰达法是加拿大诺兰达矿业公司发明的一种熔池熔 炼法，1973年在加拿大Noranda Horne炼铜厂投入工业生产。 诺兰达炉是水平式圆筒反应器，类似转炉，可以转动480。 熔炼过程中温度维持在1473K左右。诺兰达炉的特点是采 用低SiO2 炉渣。这是为了减少渣量，有利于下一步炉渣的 处理。虽然渣中Fe3O4的质量分数高达25～30％，但由于熔 体的强烈搅动，故仍能顺利操作。
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图2-16 密闭鼓风炉的构造
1－水套梁；2－顶水套；3－加料斗；4－端水套；5－风口；6－侧水套； －水套梁； －顶水套； －加料斗； －端水套； －风口； －侧水套； 7－山型；8－烟道；9－咽喉口；10－风管 －山型； －烟道； －咽喉口； －
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表2-5 铜精矿密闭鼓风炉熔炼的技术经济指标
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图2-24 三菱法炼铜工艺示意图
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为什么密闭鼓风炉的床能率和冰铜品位低？ 为什么密闭鼓风炉的床能率和冰铜品位低？ 炉料刚离开加料斗的下口时，块料自然向两侧滚动，而混 捏精矿和少量块料在炉子中央形成料柱。这就形成了炉子两侧 以块料和焦炭为主并夹有少量精矿，而炉子中央则以混捏精矿 为主。这样一来，虽然利用了料柱压力和两侧透气性好带来的 高温作用，为鼓风炉内直接熔炼铜精矿创造了有利条件，但由 于炉料的偏析和炉气分布不均匀，从而破坏了炉气与炉料间、 炉料相互间的良好接触，妨碍了多相反应的迅速进行，不利于 硫化物的氧化和造渣反应。这是密闭鼓风炉的床能率和冰铜品 位低的根本原因。
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(5) 奥斯麦特法 奥斯麦特法是澳大利亚芒特－艾萨矿业公司和联邦科学 与工程研究组织共同开发的一项冶金新技术，也称浸没喷 吹熔炼技术。20世纪80年代初，澳大利亚奥斯麦特 (Ausmelt)公司将其应用于硫化矿熔炼，提取铜、铅、镍、 锡等金属以及用于处理含砷、锑、铋的铜精矿的处理上。、 该方法的核心技术是喷枪(内径Φ100~150mm)。它是喷 送物料和空气或富氧空气的装置。其内部装有螺旋片，将 混合的燃料和空气或富氧空气喷射进熔池，使熔体涡动。
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图2-15 密闭鼓风炉中炉料和炉气分布示意图 炉料和燃料从炉子上部 加料斗分批加入，空气或富 氧空气从炉子下部两侧风口 鼓入。产出的熔体进入本床， 通过咽喉口流入设于炉外的 前床内进行冰铜与炉渣的澄 清分离。炉气和炉料呈逆流 运动，所以热交换好，热的 直接利用率高达70％以上。 焦点区的温度可达1573K以 上，其值取决于炉渣的熔点。
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图2-23 奥斯麦特法工艺流程
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(6) 三菱法 三菱法是日本三菱金属公司发明的多炉连续 炼铜法。目前日本的直島冶炼厂和加拿大的梯明 斯冶炼厂采用此法生产粗铜。该法属于熔池熔炼， 但它采用的是顶吹，吹炼渣采用的铁酸钙渣系。 熔炼过程是在连续的三个炉子内完成的，产生的 SO2烟气浓度为15~16%。
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图2-21 瓦纽科夫炉简图
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表2-7 瓦纽科夫法的主要生产指标 指 标 数 量
床能率/(t 床能率/(t·m-2·d-1) 鼓风中ψ 鼓风中ψ(O2)/% 标准燃料总耗/(Kg· 标准燃料总耗/(Kg·t-1) 炉料耗氧/(Nm 炉料耗氧/(Nm3·t-1) 烟气中ψ 烟气中ψ(SO2)/% 渣中ω 渣中ω(Cu)/% 铜回收率/% 铜回收率/%
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图2-19 诺兰达炉简图
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图2-20 诺兰达炼铜法工艺流程
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表2-6 诺兰达法生产指标
项目
混合干精矿/( 混合干精矿/(t·h-1) /(t 高硫干精矿/( /(t 高硫干精矿/(t·h-1) 石英石/( /(t 石英石/(t·h-1) 石油焦/( /(t 石油焦/(t·h-1) 返料/( /(t 返料/(t·h-1) 风口鼓空气量/( /(万 风口鼓空气量/(万m3·h-1) 风口鼓氧量/( /(m 风口鼓氧量/(m3·h-1) 风口ψ(O 风口ψ(O2)/% 加料口鼓空气量/( /(m 加料口鼓空气量/(m3·h-1) 烧嘴烧油量/(Kg· /(Kg 烧嘴烧油量/(Kg·h-1) 烧嘴鼓空气量/( /(m 烧嘴鼓空气量/(m3·h-1) 冰铜中ω(Cu)/% 冰铜中ω(Cu)/% 渣中ω(Cu)/% 渣中ω(Cu)/% 渣铁硅比 计算出炉烟量/( /(m 计算出炉烟量/(m3·h-1) 计算出炉烟气中ψ(SO 计算出炉烟气中ψ(SO2)/% 烟尘率/% 烟尘率/%