冰铜的吹炼技术的发展与现状

目录
第一章：摘要 (3)
第二章：绪论 (4)
第三章：粗铜的吹炼技术的发展与现状 (4)
3.1、吹炼粗铜的工艺操作 (4)
3.1.1、卧式转炉（又称P－S或皮尔斯－史密斯转炉） (5)
3.1.2、三菱法熔炼炉 (5)
3.1.3、虹吸式（霍博肯）转炉 (6)
3.1.4、闪速吹炼 (6)
3.2、现阶段铜的新的吹炼方法“氧气底吹连续炼铜” (7)
3.3、“氧气底吹连续炼铜”方法的新的特点 (7)
3.3.1、采用底吹炉吹炼 (7)
3.3.2、采用高品位铜锍(铜68%~70%)吹炼 (7)
3.3.3、根据精矿成分确定吹炼渣型 (7)
3.3.4、底吹吹炼炉 (7)
3.3.5、底吹炉连续吹炼 (7)
3.3.6、熔炼炉至吹炼炉设置铜锍溜槽 (7)
第四章：研究结果的建议及结论： (8)
4.1、建议 (8)
4.2、结论 (8)
4.3、致谢 (8)
第五章：参考文献 (9)
第一章：摘要
【摘要】吹炼是火法炼铜的重要过程,主要任务是将冰铜吹炼成粗铜,在吹炼过程中,冰铜中的铁被氧化进入炉渣,硫以二氧化硫的形态进入烟气。

本文基于冰铜吹炼技术发展的基础，结合现在世界上一些新颖的冰铜技术的介绍，讨论了冰铜吹炼的吹炼技术以后的发展方向。

关键词：冰铜吹炼；火法炼铜；闪速吹炼
Abstract:Blowing the chain is the important process of the fire method chain copper, the main task is to blow an ice copper the chain become a thick Fe3O4 copper, in the process of blowing in, iron in the ice copper is oxidized into a heat of residue, the sulphur gets into smoke spirit by the appearance of sulphur dioxide.This text blows the foundation of chain technique development according to the ice copper and combine now in the world some novel ice copper technical introduction, discussed that the ice copper blows a blowing of chain a chain technique later of development direction.
Keywords: The ice copper blows a chain; The fire method chain copper; The Shan soon blows a chain
第二章：绪论
绪论：在铜的加工工艺中吹炼过程是火法冶炼生产粗铜的最后一道工序，由图1可以看出其重要性[1]。

除了脱铁脱硫外，还通过造渣和挥发，进一步降低铜锍中的其他有害杂质，以防止减少这些杂质进入粗铜。

再就是使贵金属（金、银及铂族元素）和镍等有价金属尽量富集于粗铜之中，以便在后来的电解精炼中加以回收。

目前，PS转炉世界上广泛采用的吹炼技术,但是存在着生产能力低、不利于环保等问题。

这为冰铜技术的改进奠定了基础。

图一：火法炼铜工艺图
第三章：粗铜的吹炼与发展
3.1、吹炼粗铜的工艺操作
铜锍转炉吹炼成粗铜的过程分为两个周期。

第一周期是从加入第一包铜锍开始，经过分批加入铜锍和熔剂吹炼，直到所加铜锍达到额定容量，并全部吹炼成由Cu2S组成的白冰铜倒出最后一批炉渣止。

这一周期的作用是将铜锍中的FeS 组分分别以2FeO·SiS2炉渣和SO2形式除去，同时除去部分杂质元素。

第二周期炉内不加任何物料，只通过风口鼓风使部分Cu2S氧化成Cu2O和SO2，再靠Cu2O 与Cu2S反应获得粗铜。

第二周期必须严格掌握吹炼终点，当炉内粗铜品位达到98.5%-99%时，即可转动转炉风口露出液面、停风，将粗铜倒入铜水包中，或送精炼炉精炼，或送浇铸机铸锭。

由于铜锍吹炼放出热量过剩，为保护炉衬，常加入一定数量的精炼炉渣、包子壳等冷料[2]。

基本吹炼反应是：
2Cu
2S＋3O2Cu
2
O＋2SO
2
2FeS＋3O
22FeO＋2SO
2
FeS＋Cu
2O Cu
2
S＋FeO
2FeO＋SiO
22FeO·SiO
2
6FeO+O
22Fe
3
O
4
鼓入炉内熔体中的氧，部分直接地将FeS氧化，部分将Cu
2S氧化成Cu
2
O后，再
由Cu
2O氧化FeS, Cu
2
O成为O
2
的传递者。

当炉内FeS全部被氧化并与SiO
2
造渣
后，Cu
2S才开始氧化，生成的Cu
2
O立即与Cu
2
S交互反应放出SO
2
并产出金属铜：
2Cu
2
O＋Cu
2
S6Cu＋SO
2
3.1.1、卧式转炉（又称P－S或皮尔斯－史密斯转炉）
首先关于小型卧式转炉在铜冰铜的吹炼方面的应用,国内外也很少有资料可资查考。

我国经过几年的工业生产实践,在苏联专家的指导下,小型卧式转炉的生产已走上了正轨,不仅在炉子部分结构上反复进行了修改,更重要的是在技术操作方面有了较大的改进[3]。

这也是世界上最为应用最为广泛的技术，但由于其间断作业和SO2 烟气泄露等问题 ,已难以适应日益提高的环保要求[4]。

近年来,经过生产实践,基本上解决了小转炉吹炼高品位冰铜的技术问题,同时获得了良好的技术经济指标:粗铜平均含铜99～99.2%,转炉渣含铜2～3.5%[5]。

其结构如图2所示，炉子结构已成标准化系列，容量从5t到100t。

为了缩短吹炼时间，增加冷料数量以提高生产率，在卧式转炉中可应用氧浓度为23%～27%的富氧空气进行吹炼。

过高的富氧浓度对炉衬（尤其风口）寿命不利[6]。

图二：卧式转炉结构
3.1.2、三菱法熔炼炉
60年代中期由三菱矿物公司研究的以顶吹连续吹炼炉设计为基础。

利用以溜槽相连的熔炼炉、渣贫化炉和吹炼炉连续地将硫化铜精矿熔炼成粗铜的铜熔炼方法。

各炉的工艺参数可独立控制，易于保持最优的熔炼状态。

冶炼中间熔体靠三个炉子的位差自动通过溜槽在各炉间连续传送(见图3)。

全系统用计算机控制。

此法具有能加速气、液、固三相间传质和传热过程的特点，是一种强化生产、
降低能耗和消除污染的炼铜新技术。

其技术发展趋势是逐渐提高喷枪鼓风中的富氧浓度，使熔炼过程达到自热的程度。

应用更有效的冷却方式，进一步提高炉子的使用寿命。

图三：三菱法设备连接示意图
3.1.3、虹吸式（霍博肯）转炉
这是PS转炉设计的改进型，它用于控制转炉的烟气量，已经成为成熟的吹炼转炉[7]。

一般卧式转炉的烟罩对炉口密封不严，造成烟气进入烟道后二氧化硫浓度下降，炉子在加料时需停止转动。

虹吸式转炉是为解决这些问题而设计的，炉子结构如图4所示。

图四：虹吸式转炉结构图
3.1.4、闪速吹炼
吹炼作业是脱除冰铜中杂质的一道工序[8]。

如上所述，传统的卧式转炉烟气量和烟气中二氧化硫浓度是不稳定的，不利于制酸。

此外，由于埋入式风口耐材料的限制，普通转炉使用富氧浓度至多至28%。

普通转炉不能彻底解决漏风和二氧化硫逸散问题，烟气量大，处理系统庞大[9]。

为了解决这些问题，奥托昆普公司开发了闪速吹炼技术。

将铜锍水液粒化磨细干燥后以工业氧喷入闪速炉进行氧化。

由于工业氧的使用，设备单位生产率提高，投资和生产成本均比普通转炉低。

目前各地中小型炼铜厂已突破技术关,投入正常生产。

但是由于大多数工厂都是处理硫化矿,因此,不能一次炼成粗铜,而是先得到半成品——冰铜[10]。

冶炼高品位冰铜是世界闪速炉炼铜的发展方向，它能以最少的投资最大限度地提高产
量[11]。

在国内，我国的贵溪冶炼厂闪速炉1985年引进投产，当时生产能力为年产9万吨，经改造，年产量达到20万吨，现正进行第三次改造。

改造后生产能力提高到35万吨。

它标志着闪速炉熔炼正向高热强度、高富氧、高处理、高冰铜品位方向发展，它表明，我国闪速炉熔炼达到了一个新高度，以及应用前景很大。

但是闪速连续吹炼,其缺点是铜锍需要先水碎,再干燥、磨细后,才能进行吹炼作业,工序繁杂,且每道工序均难以保证100%的回收率,都有少量的机械损失。

再者液态高温铜锍水碎,其物理热几乎全部损失,水碎固态铜锍的干燥和吹炼过程需要外供热源,热能利用不尽合理。

铜锍水碎需用大量水冲,加上干燥、破碎,额外增加了人工及动力消耗,致使吹炼成本增加。

3.2、现阶段铜的新的吹炼方法“氧气底吹连续炼铜”
蒋继穆发明的“氧气底吹连续炼铜”法的精髓在于借鉴三菱法的自流配置,利用氧气底吹的冶炼机理与优越性,将熔炼、吹炼、火法精炼三过程,用3个不同的底吹炉连成一体,克服了转炉吹炼的缺点。

这样就可彻底解决世界上目前仍有90%采用转炉吹炼铜锍需在车间吊运的问题。

在车间内有效根冶了二氧化硫的逸散,和操作中的污染,车间内的低空烟害得以消除。

这不仅节省为转炉生产用的吊车,也取消了多台转炉占用的大面积厂房,建设投资,同等条件下省去1/3费用。

3.3、“氧气底吹连续炼铜”新的特点
3.3.1、采用底吹炉吹炼。

在粗铜、铜锍、炉渣三相共存情况下连续吹炼,氧通过粗铜传递,因此,粗铜的氧势最高,可确保获得比其他连续吹炼含硫量更低的粗铜,并有利于As、Sb、Bi等V族元素的脱除,提高粗铜质量。

同时底吹吹炼可降低四氧化三铁的生成量,防止四氧化三铁沉淀和泡沫渣的生成,炉渣中四氧化三铁含量低,渣的粘度就低,可降低吹炼渣中氧化亚铜的夹杂量,使渣含铜低于闪速吹炼和三菱法吹炼的渣含铜量,可降到铜小于10%。

3.3.2、采用高品位铜锍(铜68%~70%)吹炼,吹炼负荷小,吹炼渣量相对较少。

通过调节氧枪供氧的氧氮比和供氧压力(氧氮体积比调节范围为5:5至8:2,供氧压力调节范围为0.4MPa~0.8MPa)来控制吹炼的反应速度,从而可控制吹炼温度在1220℃~1250℃。

3.3.3、根据精矿成分确定吹炼渣型:一般情况下铜精矿脉石含铁高、含钙、镁等碱性元素少,熔炼时需添加熔剂氧化钙。

采用铁钙渣型,吹炼渣水碎后返熔炼炉,替代熔炼所需添加的石灰石熔剂。

当特殊情况下处理含钙量高的铜精矿(熔炼时不需要添加石灰石熔剂)时,亦可在吹炼炉加石英石造硅铁渣,经缓冷后送渣选矿车间处理。

3.3.4、底吹吹炼炉,根据炉子大小,在配制上保持1%~3%的倾斜度,使之铜锍入口端的粗铜层较薄,从喷枪送入的富氧空气可直接送入铜锍层,进行吹炼反应,防止产生过量的氧化亚铜。

粗铜放出口一端又可保持较厚的粗铜层,为防止与铜锍逆向平衡反应而提高粗铜的硫含量,在该端设置部分炉底透气砖,送人少量富氧空气,缓慢进入粗铜层,提高其氧势,控制粗铜量达标,避免了三菱法和闪速连续吹炼法在阳极炉中需要再脱硫,造成阳极炉烟气需要特殊处理以解决环保问题[12]。

3.3.5、底吹炉连续吹炼,炉温稳定,克服了转炉周期作业温度波动过大的缺点,有利于大幅度提高吹炼炉的寿命,降低耐火材料消耗和维修工作量,从而降低炼铜成本。

连续吹炼,烟气量和烟气成分(二氧化硫含量)稳定均衡,炉体不用经常转动,从而降低炼铜成本。

连续吹炼,克服了转炉周期作业烟气量和烟气成分波动大的缺点,有利用制酸,降低酸厂投资。

3.3.6、熔炼炉至吹炼炉设置铜锍溜槽,铜锍直接从熔炼炉通过溜槽流入吹炼炉。

在联接溜槽上设置保温烧嘴加热保温,防止铜锍在溜槽中冻结。

在溜槽一端设置通风烟罩,排除保温烧嘴和溜槽中铜锍逸散的烟气,烟气经脱硫处理后排空。

克服了转炉周期作业时,用吊包车在车间内倒运铜锍,铜锍中二氧化硫大量无组织逸散,造成严重的二氧化硫低空污染,恶化车间操作环境。

采用底吹炉连续吹炼铜锍,全系统硫的捕集率大于99.8%,可确保全厂清洁生产[13]。

第四章：研究的结果及建议
4.1、建议
（1）转炉操作技术的进步和发展, 对于底吹炉的生产率有直接影响。

（2）确保中间物料平衡必须稳定生产, 稳定烟尘发生率。

（3）石英熔剂的质量对于转炉渣的性质有直接影响。

（4）提高冰铜品位和富氧率有助于提高生产效率和生产能力。

（5）在造渣过程中添加焦碳能改良转炉渣的质量。

（6）对于连续吹炼,要做到烟气量和烟气成分(二氧化硫含量)稳定均衡,炉体不用经常转动,从而降低炼铜成本。

4.2、结论
通过本文的介绍，可以了解到：近十余年来,在铜精矿冰铜熔炼工艺上出现了许多新技术,如旋涡熔炼、悬浮熔炼、密闭鼓风炉熔炼等等[14]。

但是将冰銅处理成粗銅这一工序,截至目前为止,仍然沿用老的转炉吹炼法。

转炉吹炼有过程不连续、劳动强度大、操作条件恶劣、空气利用率低等缺点。

从最初的卧式转炉方法的效率低、寿命低、环境污染大到现阶段的“氧气底吹连续炼铜”方法的高效、环保、节能等特点中不难看出。

吹炼技术，特别是冰铜吹炼的技术是朝着更高效更安全更环保的方向发展的。

工艺与技术的改进分别从原理基础、操作过程、烟气成分与浓度、装置等几方面进行，使得吹炼工艺得到了全面、稳定、高效的改进。

使得冰铜吹炼的品位、生产效率、烟气回收效率都提高的同时降低了环境污染和投资成本。

就此可以预见到未来的吹炼技术的发展也还是会延续这样的思路与方式。

在创造更高的经济效益同时会越来越注重对环境的保护。

实现人类与自然的和谐发展。

4.3、致谢
本文是在戴曦老师精心指导和大力支持下完成的。

戴曦老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我们团队产生重要影响。

她渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。

同时，在此次写结课论文过程中我也学到了更多了关于文献查找方面的知识，实践技能有了很大的提高。

在此，我们团队对戴老师表示衷心地感谢。

第五章：参考文献
[1] 薛立华,时章明,梅炽,陈卓,张全. 冰铜吹炼过程耗氧量及氧利用率仿真计算：中国科学院上海冶金研究所博士论文集［C］.上海：中国科学院上海冶金研究所出版社, 2000
[2]Л.М.Шалыгин，А.Г.Гулевич，叶国瑞.提高冰铜吹炼工段指标的途径［J］.《有色金属》，1977，（10）55～58
[3] 张兰芝.小型卧式转炉吹炼铜冰铜.《有色金属》冶炼部分, 1959,（14）21～28
[4]张小并.铜吹炼过程中的杂质脱除.《有色冶炼》,1998,（03）10～15
[5]胡富饶, 吴光国.小转炉吹炼高品位水铜及其故障处理.《有色金属》冶炼部分,1965,（10）44～46+15
[6] 吴东华.闪速炉高品位冰铜冶炼方法探讨 . 《有色冶炼》,1998，（03）11～15
[7] 唐遵球.论我国铜吹炼技术发展方向. 《有色冶炼》,2002,（6）6～7+18
[8] 邓锋.铜熔炼工艺的吹炼技术选择.《有色冶炼》, 1997,（4）33～38
[9] T.Kimura ，沙地.顶吹卧式转炉的发展. 《有色冶炼》，1986，（11） 10～18
[10] 有色金属研究院铜组.反射炉吹炼低品位冰铜试验 .《有色金属》, 1959,（16）23～25
[11]唐尊球.Technical Comparison of Pierce-Smith and Flash Copper Converting Process. 《有色金属》，2003，（01）9～11+30
[12] Biswas.AK,Davenport.WG.昆明工学院冶金系译.铜提取冶金[M].北京:冶金工业出版社,1980:170～173.
[13] 蒋继穆. 氧气底吹炉连续炼铜新工艺及其装置.《中国有色建设》，2009，（01）20～22
[14] 姜澜.改进连续吹炼炼铜法的建议.《有色金属》冶炼部分,1966,（06）52～54
中南大学冶金实验1001。