铜冶炼节能技术

• 工艺指标对照情况
104.4kgce/tCu
119.3/132.4k gce/tCu
全预混燃气燃烧技术
1.技术原理
燃烧效率取决于可燃物与助燃物的混合状态。当前，燃 烧装置普遍采用各种调节阀或装置控制燃料与空气达成一定 比例的供量，然后在燃烧室进行混合及燃烧，这种方式受空 间（扩散混合需要足够空间）及时间（燃烧速度与扩散速度 匹配）的限制。 而预混式技术是将燃料与空气在进入燃烧室喷嘴前进行 完全混合，经过预混腔将气体分子充分搅散混合，使得混合 更完整，从而使燃烧速度不再受限于气体扩散速度等物理条 件，燃烧速度更快、效率更高。
旋流电积脱铜除杂：Cu2+浓度越高、高电流密度越低 (500→300A/m2)，电解液循环流量越小，则电流效率越高 （>90%）。
③ 悬浮电解
预处理
Mn+ Mn+
矿浆 电解 槽
金属
工作原理、特征
矿浆电解(Slurry Electrolysis)，是近20多年来发展的一种湿法 冶金新技术。将湿法冶金通常包含的浸出、溶液净化、电积三工 序合而为一，利用选择性阳极氧化反应来浸出矿石，用矿石浸出 反应来取代电积的阳极反应，使通常电积过程阳极反应大量耗能 转变为金属的有效浸出，制备出平均粒度<10μm的超细铜粉。同 时，槽电压降低，电解电能下降，流程简化。 湖南柿竹园建成了世界上第一座铋矿浆电解工业生产示范厂， 云南元阳实现了6kt/a复杂金精矿矿浆电解新工艺的工业化应用。 矿浆电解处理的只是高附加值、产量小、处理量少的小金属， 目前正在进行处理锑、铅等附加值低、产量大的金属矿物的应用 研究和矿浆电解成套设备大型化、自动化研究。
(5) 技术性能指标 燃烧充分，火焰有刚度且长度可调，炉温满足 生产要求，排烟温度比传统降低100℃，排风机转速 降低100 r/min，停运75 kW风机；阳极铜质量合格； 炉压控制稳定，操作简单、正常。 单耗对比：传统天然气+空气，19 m3NPG/tCu 天然气+稀氧，6·5 m3NPG/tCu 15·6 m3O2/ tCu 101kg重油/tCu→40 m3NPG/tCu (折37kg重油/tCu) 水平：国内领先，综合节能 >55% 问：节能率影响因素?→1) 天然气替代重油。2) 单位燃料完
(4) 安全连锁控制
1) 烧嘴熄火时，火焰探 测器给出反馈信号，天然气 和氧气安全控制阀会自动切 断；2) 当天然气压力、氧气 压力、压缩空气压力、仪表 空气压力低于设定值时，天 然气和氧气安全控制阀会自 动切断；3) 烧嘴熄火时，压 缩空气吹扫阀会自动打开吹 扫天然气管路系统；4) 按下 急停按钮，电源切断，燃料 阀和氧气主阀切断。
全燃烧所需空气量的多少
(6) 应用问题 A) 炉内衬局部寿命稍减短：出铜口下方1200 mm靠西900 mm处发红，该局部耐火砖消耗殆尽。 原因：烧嘴砖前端侵蚀掉110 mm。烧嘴头暴露于高 温烟气中造成烧损。烧嘴头烧损后，射流不能按照 原设计方向和速度进行。 B) 需要增长火焰长度，尽量使炉膛温度后移， 避免热量集中在料面或炉壁上某个狭小区域。 C) NOx排放数据未见到报道。
铜冶炼节能技术
• 新建和改造铜冶炼项目，须采用生产效率 高、工艺先进、能耗低、环保达标、资源 综合利用效果好的先进工艺，如闪速熔 炼、富氧底吹、富氧侧吹、富氧顶吹、白 银炉熔炼、合成炉熔炼、强化旋浮铜冶炼 等富氧熔炼工艺，以及包括闪速炉短流程 等工艺的一步炼铜技术。必须配置烟气制 酸、资源综合利用、节能等设施。
4. 应用效果
预混燃烧技术相较于传统扩散式或大气式等后混燃烧方 式而言，燃烧速度快、效率高、燃烧完全、废弃物少。 应用在有色金属熔化工艺，可节能17.6％，效率提升 27.2％； 应用在陶瓷烧制工艺，可节能26.82％； 应用在化工固碱提炼工艺，可节能11.38％，效率提升 14.26％，产量增加17.44％。
稀氧燃烧阳极铜精炼技术 (1) 氧气取代助燃风燃烧，减少大量含氮烟气排放 和大量热损失。传统富氧燃烧存在热点集中，易损 害炉衬，炉寿命短等问题。 (2) 冶炼厂有现成的氧气供应条件
(3) 低NOx燃烧原理？炉内烟气循环降低火焰峰值温 度。高动量氧气NPG/重油射流带来强劲的炉气卷吸， 促进温度分布和传热更均匀。氧气高速射流卷吸带动 炉气以实现炉气炉内循环，氧气和燃料由不同喷嘴射 入炉内，高速氧气燃料射流使氧气和燃料在反应前和 炉内气体发生卷吸作用而被稀释，形成漫射的、火焰 温度一致的一种非常均匀的加热体系。燃烧稳定、火 焰均匀而弥散，火焰峰值温度低和传热均匀。
(4) 技术评价 A) 运用热力学和动力学原理，充分利用粗铜自身 O和S反应，达到脱硫除氧的目的，避免因传统氧 化产生大量Cu2O，减轻还原负担，简化工艺流 程，提高生产效率。 B) 运用高温熔体多相反应热动力学原理和气泡形 成长大析出技术，直接通入混合气(N2+LPG)使熔 体形成沸腾状态，促进[S]、[O]及LPG之间更有效 反应，同时达到脱硫除氧双重目的。
(3) 设计要点 A) 采取双路供气且保证吹气压力。主气源为N2， 备用气源为压缩空气。 B) 直通定向透气砖气孔 0.6-1.0mm，狭缝定向型 透气砖狭缝宽0.18mm C) 避免透气砖寿命低于炉底寿命而被迫进行大修 D) 倾动炉的转动范围为-29°～+12°，而透气砖 全部安装于炉底，一旦发生渗漏
铜冶炼余热资源
(1) 冶炼及燃烧高温烟气余热（闪速炉、艾萨电炉、转炉、 阳极炉和分银炉） (2) 硫磺制酸余热 (3) 制酸烟气转化的化学热 ——高品质余热 ——高品质余热 ——初试利用
(4) 冶炼炉窑（闪速/反射/阳极/电炉）熔渣显热和潜热 (5) 冶炼炉窑冲渣水、阳极铜浇铸冷却水、冶炼炉窑冷却水 (铜水套、艾萨阻溅挡板、电炉铜短网、炉体冷却水 等)、高温设备冷却水等低温余热 (6) 冶炼炉窑炉体辐射热 ——人们感兴趣
某厂350吨/炉铜阳极炉现场
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某 厂 350 吨 铜 阳 极 炉 现 场
透气砖掺氮充气还原消烟技术
(1) 炉气从炉侧部吹入，熔体搅拌受限，反应率低。底吹搅 拌优于侧吹。在炉底增设透气砖装置，N2从底部鼓入，以 增强搅动，提高熔体中杂质S与O以及还原剂与Cu2O碰撞 几率，从而改善反应动力学条件。 (2) 按气体通道形式分类：弥散型、直通定向型、狭缝定向 型。弥散型气孔细小贯通，气孔率高，气体流动和分布合 理，同等条件下吹出的N2泡多，但制造较复杂；直通定向 型由数量不等细钢管埋入砖中，底吹效果较好，使用寿命 高，但后期易堵塞；狭缝定向型透气砖成型时，与镶嵌材 料整体成型，高温烧成中镶嵌材料熔化挥发而形成狭缝， 易堵。国外大部分采用弥散型。
C) 工程效果 ①提升效率。缩短单炉作业时间（缩短20-30%）。 ②降低燃料消耗(下降～30%)。 既减少LPG消耗， 又解决铜火法精炼普存黑烟污染难题。 ③减少炉结。连续搅动使炉内熔体温度和成分均 匀，不易形成死区，以而消除了炉内粘结。 ④提升产品质量。搅动增强了除杂效果，提升了炉 内温度和成分的均匀性，降低杂质元素含量。 ⑤优化现场操作。搅动使得炉内浮渣以炉子两端向 炉口处漂移，利于炉渣的排出。
The End!
• 工艺流程 将反射炉进料→熔化工序剥离出来，改由竖炉单 独完成。竖炉连续进料，将铜料熔化成铜水后，再经 过保温溜槽连续流入反射炉。反射炉只需将铜水进一 步氧化、还原后，在炉内铜水液位达到上限前即可浇 铸成阳极板。在阳极板浇铸时，竖炉继续进料熔化， 反射炉继续进铜水并还原。这样，将竖炉、反射炉联 合成一个整体，实现边进料(残极)、边熔化、边还原、 边浇铸，变传统反射炉铜精炼间断作业为连续作业。
2.关键技术
自动化预混控制技术，保证混合比例精确，同时保证工作 安全，不会产生回火现象。
3.工艺流程
以调节阀控制燃气流量作为火力调节，同时考虑实际使用 状况的压力波动，在气路配置压力传感器，综合流量、压力讯 号后自动匹配调整变频风机送风量，保证进气比例精确。 燃气及空气进入预混腔体进行预混，有效提升混合效果， 同时将燃气及空气的压力、流速经预混腔达成一致，避免出口 速度不等的情况发生。经分流火孔喷出后燃烧，由于已完成精 确比例混合，燃烧完全，燃烧速度快，火焰温度高。
• 竖炉结构
竖炉组成包括加料机、炉体、烧嘴 和排烟烟囱。加料机由倾斜导轨、可翻 转料斗和电动卷扬组成。炉体为垂直圆 筒形，上方设加料口，底部收缩并设出 铜口。炉衬从外到内依次由钢板、粘土 砖和碳化硅组成。烧嘴安装在炉体中下 部，围绕炉体圆周分上、下两排布置。 炉体上方设有烟囱，烟气直接排空。 开炉后，料柱底部被烧嘴火焰熔化 成液态铜水，由于炉底倾斜；铜水在重 力作用下连续通过出铜口流出，进入下 一系统，炉内铜水层厚度20-40 mm。燃 烧后的高温烟气对料柱预热后，经烟囱 排出；与此同时，卷扬系统将阴极铜经 加料口加入炉内，落到料柱顶部，补 充、维持料柱。
技术特点
• 小槽侧壁与电极间距、电解槽与地绝缘、电解液大电导 率，流场均匀分布，均有助于提高电流效率 • 电解槽中电流密度决定电解产能，铜电解精炼生产过程电 流密度范围为200-340A/m2。 • 铜电解生产平均电流密度260-280A/m2，电流效率[92%, 98%] • 高电流密度铜电解达到290-300A/m2、310A/m2，电流效率 >98%，阴极铜质量稳定、技术性能指标较理想。 • 高电流密度电解生产电解铜出现的问题是阳级钝化和浓差 极化，电解铜表面附酸，呈“烧红”状，产生“森林状” 的片状粒子。 • 如何节能？只是扩大规模，多一些电解槽、极板密集、大 极板，如高电流密度自然循环复极式零极距离子膜电解槽
② 旋流电解
阴极(-) 金属离子 运行方向
阳极(+)
溶液 旋流 流动
阳极(+)
金属离 子运行 方向
金属 贫化 区域
金属 离子
阴极(-)
a) 传统电解装置
b) 旋流电解装置
基于各金属离子理论析出电位的差异，即欲被提取的金属支 要与溶液体系中其他金属离子有较大的电位差，则电位较正的金 属易于在阴极优先析出。 关键是通过高速溶液流动来消除浓差极化等对电解的不利因 素，避免了传统电解过程受多种因素（离子浓度、析出电位、浓 差极化、超电位、pH值等）影响的限制，可以通过简单的技术条 件生产出高质量的金属产品。
竖炉-反射炉联合铜精炼新工艺
• 技术背景 反射炉铜精炼：进料→(铜料)熔化→(铜水)氧化
→(铜水)还原→浇铸(阳极板) 反射炉缺点：间断生产；受反射炉炉型结构限制，进料速 度均较慢，进料阶段用时长；整个过程需开启燃烧器补充热 量，反射炉热效率低下(15-30％) 。 竖炉优点：热效率高(热效率最大65-70％)，无余热回收设 施；机械化进料，效率高，时间短；熔化能力大；产品质量 稳定；停开炉迅速便捷；每次开炉前需消耗燃料烘烤放铜溜 槽、提升炉温，如果竖炉连续生产，反射炉在进料的同时进 行精炼/浇铸，则能提高作业效率，降低能耗。
铜精炼电解新工艺
① 永久阴极电解
采用不锈钢板做成阴极代替铜始极片，提高产品质量， 使用较高电流密度和较小极距，进一步提高单位面积的产 能。采用不锈钢作阴极，取消了铜始极片的生产制作，阴极 铜的处理设备多出了剥片过程。 包括不锈钢阴极板、阴极剥片机组、阳极准备机组、残 极洗涤机组、电解专用吊车等，不锈钢永久阴极板包括导电 棒、母板、包边条等部分，阴极板面材质为316L，板最底边 的垂直度控制在5.5min以内，并具有良好平整度和板面质 量。