熔池熔炼 (1)

块料的容积比应在50％左右。
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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
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瓦纽科夫炉简图
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瓦纽科夫法的主要生产指标 指 标 数 量
床能率/(t· m-2· d-1) 鼓风中ψ(O2)/% 标准燃料总耗/(Kg· t-1) 炉料耗氧/(Nm3· t-1) 烟气中ψ(SO2)/% 渣中ω(Cu)/% 铜回收率/%
60~70 60~70 7~29 130~190 25~40 0.55~0.65 98
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。
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。
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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。
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 2.85wk.baidu.com8 6961 39.4 8000 300 8805 73 5.4 1.8 4987.3 16 3
(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。
1995 - 2001 Technology transfer of the original innovation to a new application: Metals Recycling
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Oxygen enriched air (21 to 90% O2) and fuel injected through the lance
Refractory lined steel shell
Slag splash coats the lance and protects it Bath turbulence ensures fast reaction
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%)，
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表2-6 诺兰达法生产指标
项目
混合干精矿/(t· h-1) 高硫干精矿/(t· h-1) 石英石/(t· h-1) 石油焦/(t· h-1) 返料/(t· h-1) 风口鼓空气量/(万m3· h-1) 风口鼓氧量/(m3· h-1) 风口ψ(O2)/% 加料口鼓空气量/(m3· h-1) 烧嘴烧油量/(Kg· h-1) 烧嘴鼓空气量/(m3· h-1) 冰铜中ω(Cu)/% 渣中ω(Cu)/% 渣铁硅比 计算出炉烟量/(m3· h-1) 计算出炉烟气中ψ(SO2)/% 烟尘率/%
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Innovation Evolves to New Frontiers
1991
1992
Installation of first full scale plant in Mount Isa
Installation of first full scale plant in Miami, Arizona
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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奥斯麦特法工艺流程
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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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三菱法炼铜工艺示意图
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Lance
ISASM ELT™
Feed mix 8- 10% H2O is continuously dropped through a port in the roof and falls into the molten bath
The offgas is extracted, cooled-either with a spray cooler or waste heat boiler, then cleaned either with a bag house or electrostatic precipitator 1 - 2 % carryover
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白银炉炉体结构
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白银法主要生产指标
项目 床能率/(t· m-2· d-1) 冰铜中ω(Cu)/% 精矿中ω(Cu)/% 精矿中ω(S)/% 渣中ω(Cu)/% 铜直收率/% 白银炼铜法 8.48 30.11 17.29 33.42 0.351(未返转炉渣) 96.42 项目 粉煤率/% 排风机进口烟气 中ψ(SO2)/% 脱硫率/% 烟尘率/% 总能耗(KJ· t精矿-1 ) 白银炼铜法 9.49 5.12
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 14
开风口量/个 25 燃料率/% 3 余热锅炉产蒸汽/(t· h-1) 22 蒸汽压力/MPa 3.528 电收尘收尘效率/% 99.9 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/% 10 锅炉漏风率/% 8 电收尘漏风率/% 98 冶炼加收率/% 0.34 渣选矿尾矿中ω(Cu)/% 97(不含转炉) 诺兰达炉硫实收率/% 0.69 每吨粗铜综合耗标煤/t 100 精矿消耗氧气/(万m3· t-1) <400 制酸尾气中ψ(SO2)/(×10-6) 一级品 硫酸质量
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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熔池熔炼 (1) 反射炉熔炼
上，其值取决于炉渣的熔点。
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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；
7－山型；8－烟道；9－咽喉口；10－风管
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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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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
1992 – 2013 Continuous development of engineering design capabilities to move from core equipment design to a full ISASMELT plant design 1992 – 2013 Gradually increase throughput to achieve over 200tph of feed materials
The molten products are either periodically or continuously tapped at the bottom of the furnace 25
Innovation Takes Time More than a Decade
1975 Early Stage of Innovation: Conceptualization of the Idea 1978-1980 Crucible scale tests 1980 Pilot plant verification 1983 Demonstration Plant 1991 Commercial Implementation Cu and Pb ISASMELT™
58.5 3 2.85×106
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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
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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诺兰达炉简图
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Noranda Process Reactor
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Outline
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图2-20 诺兰达炼铜法工艺流程
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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。