【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 行 造渣反應(yīng)。造渣反應(yīng)一結(jié)束，暫時(shí)停止送風(fēng)，把渣從爐口倒入包 子中，再吊往鑄渣機(jī)，鑄成渣塊，冷卻后，送往選礦車間，進(jìn)行選礦處理，回收 渣中的銅。 造渣過(guò)程中硫化亞鐵首先被氧化生成的氧化物氧化亞鐵，造渣過(guò)程中氧化亞鐵立即熔解于熔體內(nèi)，并隨著熔體的翻騰，而與比重輕而浮在熔池表面的固體熔劑中的二氧化硅接觸進(jìn)行造渣。 上述兩個(gè)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱是造渣期的主要熱量來(lái)源。由于氧化亞鐵以熔體狀態(tài)熔解于冰銅中，而石英熔劑卻以固體狀態(tài)浮在熔池表面，它們之間的接觸不良。 同時(shí)，爐內(nèi)的熔體循環(huán)迅速，之間的接觸時(shí)間很短，所以一部分氧化亞鐵 未能 與二氧化硅化合，仍停留在冰銅熔體中，又循環(huán)進(jìn)入風(fēng)口區(qū)，繼續(xù)被鼓入的空氣氧化而產(chǎn)生固體磁性氧化鐵。 14 造渣期間若無(wú)二氧化硅存在，產(chǎn)生的四氧化三鐵很難與硫化亞鐵反應(yīng)，但是當(dāng)存在二氧化硅時(shí)，四氧化三鐵與硫化亞鐵、二氧化硅作用生成硅酸鐵的反應(yīng)趨勢(shì)將大大增強(qiáng)。實(shí)際操作中，由于爐內(nèi)氧化氣氛強(qiáng)烈，并且四氧化三鐵、硫化亞鐵與硫化亞銅接觸不良，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐渣中的四氧化三鐵高達(dá) 10%到 30%。 冰銅中硫化亞鐵氧化造渣一結(jié)束，標(biāo)志著吹煉的第二周期的開(kāi)始。第二周期中主要是部分硫化亞銅氧化成氧化亞銅，生成的氧化亞銅再與硫化亞銅發(fā)生反應(yīng)，得到金屬銅。在造銅期，留在爐內(nèi)的白冰銅（主要以硫化亞銅的形式存在）與鼓入的空氣中的氧反應(yīng)，生成粗銅和二氧化硫。 在第二周期末期，吹煉不僅會(huì)把硫化亞銅氧化成金屬銅，同時(shí)也有金屬銅氧化成氧化亞銅，這就是“過(guò)吹”，它是不利于提高銅的直收率的。但稍微過(guò)吹，可使氧化亞銅氧化其它雜質(zhì)，如砷，銻，鉍等，為粗銅的火法精煉創(chuàng)造有利條件。 綜上所述，冰銅的轉(zhuǎn)爐吹煉的工藝流程是一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和物理過(guò)程的綜合，這些過(guò)程是通過(guò)以空氣吹入熔融冰銅熔池來(lái)進(jìn)行的。由于熔池的溫度較高，物料呈熔融狀態(tài)，大量上升的氣泡與熔體之間的接觸 面很大，這大大加速了硫化物的氧化過(guò)程。盡管空氣在熔池內(nèi)停留的時(shí)間極其短暫（大約只有 到 秒），但氧氣的利用率卻極高，達(dá) 90%到 95%以上，這說(shuō)明轉(zhuǎn)爐中的化學(xué)反應(yīng)速度很快，在風(fēng)口區(qū)反應(yīng)尤為劇烈。 （虹吸式）轉(zhuǎn)爐 Hoboken虹吸轉(zhuǎn)爐是改良型轉(zhuǎn)爐。虹吸轉(zhuǎn)爐是比利時(shí) Hoboken冶煉廠在 20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)的一種改良型 PS轉(zhuǎn)爐。 Hoboken虹吸轉(zhuǎn)爐具有一個(gè)軸向連接倒 U型的虹吸煙道，避免了普通 PS轉(zhuǎn)爐所存在的爐口大量漏風(fēng)問(wèn)題。虹吸煙道能與爐體一起轉(zhuǎn)動(dòng)，因此不論爐子轉(zhuǎn)到那個(gè)位置 ，轉(zhuǎn)爐與煙道都能直接連通。吹煉時(shí)將爐口關(guān)閉后轉(zhuǎn)爐就可完全密封，避免了普通 PS轉(zhuǎn)爐所存在的爐口大量漏風(fēng)和 SO2煙氣泄漏問(wèn)題，同時(shí) Hoboken虹吸轉(zhuǎn)爐可以不停風(fēng)加料，有利于提高送風(fēng)時(shí)率。但是， Hoboken虹吸轉(zhuǎn)爐結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，設(shè)備投資高，占地面積約比普通轉(zhuǎn)爐多 30％，消耗耐火材料多。 Hoboken虹吸轉(zhuǎn)爐在國(guó)外雖然已有多家工業(yè)應(yīng)用，但在我國(guó)未被得到的廣泛應(yīng)用。 爐 吹煉 與閃速熔煉相對(duì)應(yīng)的吹煉工藝為閃速吹煉，也是一種密閉的工藝，取消了熔融冰銅的露天運(yùn)輸，可以有效控制煙氣的逸出，滿足嚴(yán)格的環(huán)保要求 。閃速吹煉的基本流程是首先由各種熔煉爐，如閃速爐、諾蘭達(dá)爐等產(chǎn)出的冰銅經(jīng)水淬，然后磨碎并干燥，最后在閃速爐中用高濃度富氧空氣吹煉成粗銅。 閃速吹煉具有以下主要優(yōu)點(diǎn)： ① 建設(shè)投資低，單爐處理能力大。同時(shí)由于閃速吹氣量小，因此煙氣處理及制酸設(shè)備尺寸均比較小。 ② 生產(chǎn)成本低、勞動(dòng)生產(chǎn)率高。閃速爐吹煉高品位冷冰銅，用高濃度富氧鼓風(fēng)，仍然可以實(shí)現(xiàn)吹煉過(guò)程的自熱。加之閃速吹煉是低壓鼓風(fēng) (10～ 15kPa)以及煙氣量大幅減小以及耐火材料消耗的降低等因素，與 PS轉(zhuǎn)爐比較，生產(chǎn)成本約可降低 10％～ 20％。隨著閃速熔煉技術(shù)的 提高，采用閃速吹煉工藝， 1臺(tái)閃速熔煉爐， 1臺(tái)閃速吹煉爐，銅產(chǎn)量可達(dá) 30～ 50萬(wàn) t/a，勞動(dòng)生產(chǎn)率大幅度提高。 ③ 環(huán)保好。避免了 PS轉(zhuǎn)爐爐口泄漏 SO2煙氣和包子吊車轉(zhuǎn)運(yùn)冰銅及粗銅過(guò)程 15 中產(chǎn)生 SO2煙氣的問(wèn)題，制酸煙氣量穩(wěn)定，我國(guó)山東祥光的硫回收率為 97％，硫固化率 ％。 ④ 對(duì)熔煉爐沒(méi)有特殊要求。閃速吹煉爐處理的冰銅，可以來(lái)自閃速爐、諾蘭達(dá)爐、澳斯麥特爐和艾薩爐等各種熔煉爐。不像三菱法吹煉爐那樣，對(duì)熔煉爐 (或保溫爐 )流入的冰銅流量要求連續(xù)穩(wěn)定。誠(chéng)然，閃速吹煉和其它連續(xù)吹煉一樣，存在粗銅含 S偏高 (S： ％～ ％ )的問(wèn)題，而 PS轉(zhuǎn)爐吹煉粗銅一般含 S在％以下，所以，陽(yáng)極精煉時(shí)需要適當(dāng)增加氧化強(qiáng)度或延長(zhǎng)氧化時(shí)間。閃速吹煉作業(yè)連續(xù)、煙氣量小而且穩(wěn)定、建設(shè)投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、環(huán)保好、技術(shù)先進(jìn)成熟。 ⑤ 閃速吹煉煙氣量大約只有在 PS轉(zhuǎn)爐的 1/6～ 1/10，因此煙氣處理及制酸設(shè)備尺寸小的多。采用閃速吹煉工藝比 PS轉(zhuǎn)爐吹煉總投資大約可降低 15%～ 25%，規(guī)模愈大閃速吹煉愈具優(yōu)勢(shì)。 ⑥ 避免了 PS轉(zhuǎn)爐爐口泄漏 SO2煙氣和包子吊車轉(zhuǎn)運(yùn)冰銅／粗銅過(guò)程中產(chǎn)生SO2煙氣的問(wèn)題，制酸煙氣量穩(wěn)定。 同時(shí)閃速爐存在如下 缺點(diǎn)： ① 熔融冰銅要先?；懊撍缓笤倌肽ゼ案稍?，這當(dāng)中要消耗大部分的能量，從而增加了銅冶煉的能耗； ② 存在粗銅含 S偏高（ S： %～ %）的問(wèn)題； ③ 不能處理電解殘陽(yáng)極、不合格陽(yáng)極板等物料，尚需專設(shè)其它的爐子處理這些廢雜物料，比如我國(guó)江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠在采用 “ 雙閃 ” 工藝處理銅精礦的同時(shí)配套采用卡爾多爐來(lái)處理廢雜銅。這樣建廠投資就會(huì)大幅增加，產(chǎn)銅規(guī)模小的工廠則不宜采用。 諾蘭達(dá)連續(xù)吹煉轉(zhuǎn)爐 在諾蘭達(dá)技術(shù)發(fā)展早期，就直接生產(chǎn)過(guò)粗銅。后轉(zhuǎn)向了由高品位锍吹煉成粗銅的研究。上世紀(jì) 80年代開(kāi) 發(fā)出了諾蘭達(dá)吹煉法（簡(jiǎn)稱 NCV）， 1997年 11月實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。諾蘭達(dá)轉(zhuǎn)爐直徑 ，長(zhǎng) 。其結(jié)構(gòu)與諾蘭達(dá)熔煉爐相似。 諾蘭達(dá)連續(xù)吹煉轉(zhuǎn)爐雖然風(fēng)區(qū)爐襯損壞程度比 PS轉(zhuǎn)爐低得多、每個(gè)風(fēng)眼的氣體流量比 PS轉(zhuǎn)爐大，但是諾蘭達(dá)轉(zhuǎn)爐吹煉順利進(jìn)行需要對(duì)熔煉爐產(chǎn)出的銅锍品位要很好的控制，要求其中的含鐵量低于 4%,以保證吹煉過(guò)程的渣率低。此外，在放渣時(shí)為了降低渣中的 Fe3O4含量，改善爐渣的流動(dòng)性，需要將焦率提高到 3～4t/h。該法在我國(guó)的工業(yè)化應(yīng)用還比較少。 三菱法吹煉 三菱連續(xù)煉銅工藝由熔煉爐 (S爐 )、渣貧化電爐 (CL爐 )和吹煉爐 (C爐 )組成。三臺(tái)爐子靠流槽連接，熔煉爐產(chǎn)出的高品位冰銅流入渣貧化電爐，澄清后的冰銅流人吹煉爐。吹煉爐內(nèi)，通過(guò)頂插噴槍噴人空氣并加入少量石灰石，以Cu2O— CaO— Fe3O4三元系吹煉渣。吹煉爐產(chǎn)出粗銅送往陽(yáng)極爐，少量吹煉渣經(jīng)水淬和干燥后返回熔煉爐。 三菱法連續(xù)熔煉中的吹煉爐也是頂吹形式的一種。在一個(gè)圓形的爐中用直立式噴槍進(jìn)行吹煉。噴槍內(nèi)層噴石灰石粉，外環(huán)層噴含氧為 26%～ 32%的富氧空氣。在噴吹方式上，三菱法不同于澳斯麥特法，前者是將空氣、氧氣和熔劑噴到熔池表面上，通過(guò)熔 體面上的薄渣層與锍進(jìn)行氧化與造渣反應(yīng)，也有部分反應(yīng)發(fā)生在 16 熔池表面；爐渣、锍和粗銅各層熔體處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，這種情況就決定了三菱法必需使用 Fe3O4不容易析出的鐵酸鈣均相渣，要保證渣層是薄的（限制锍中的鐵量）。此外三菱法的噴槍是隨著吹煉的進(jìn)行不斷地消耗，奧斯麥特噴槍頭是定期更換。 三菱法需對(duì)各爐子進(jìn)行嚴(yán)格的工藝控制，要保證各爐子之間熔體連續(xù)地流入流出，并且要求熔體的流量均勻，溜槽需要外部加熱，不宜處理低品位復(fù)雜精礦，粗銅含雜質(zhì)高，設(shè)備連接復(fù)雜；而且三菱吹煉爐不宜單獨(dú)選用，而需將熔煉、吹煉、渣貧化等整體考慮。 澳斯麥特爐吹煉 澳斯麥特熔煉與澳斯麥特吹煉合稱為 “ 雙頂 ” 工藝。澳斯麥特吹煉爐子結(jié)構(gòu)和噴槍都與熔煉爐的類似。我國(guó)中條山澳斯麥特吹煉爐于 1999年建成投產(chǎn)，是世界上第 1座工業(yè)化生產(chǎn)爐，目前也是唯一的一家。澳斯麥特熔煉爐產(chǎn)出的銅锍，通過(guò)溜槽放入到吹煉爐，連續(xù)地吹煉到爐內(nèi)有 ，結(jié)束造渣期。再開(kāi)始將這一批白锍吹煉到粗銅。吹煉爐采用鐵硅酸鹽渣型。澳斯麥特吹煉是在頂吹浸沒(méi)熔煉基礎(chǔ)上發(fā)展而成，二者的原理和爐型均一樣。澳斯麥特吹煉爐可以接受水淬冰銅或液體冰銅，屬于半連續(xù)的操作，產(chǎn)出的粗銅含硫低于 ％。從投產(chǎn)情況看，不甚理想，尚未達(dá)到設(shè)計(jì)能力和要求。與澳斯麥特熔煉爐比較，吹煉爐由于冰銅導(dǎo)電性能好，吹煉溫度較熔煉高，存在噴槍壽命短等問(wèn)題。單臺(tái)爐子進(jìn)行半連續(xù)吹煉非常適合于直接取代幾臺(tái) PS轉(zhuǎn)爐，年產(chǎn)粗銅可達(dá) 100000t，將來(lái)的趨勢(shì)是單爐年產(chǎn)量超過(guò) 202100t。為了滿足這一要求，澳斯麥特公司正在開(kāi)發(fā)澳斯麥特連續(xù)銅吹煉工藝 (C3工藝 )。這樣就有可能提供更大的生產(chǎn)能力，同時(shí)簡(jiǎn)化操作和控制。 澳斯麥特連續(xù)銅吹煉工藝潛在的優(yōu)勢(shì)為： ① 單臺(tái)爐子大規(guī)模生產(chǎn)粗銅，生產(chǎn)率大幅度提高。 ② 產(chǎn)出硫和其它雜質(zhì)含量低的高 品位冰銅。 ③ 可以處理固態(tài)冰銅、液態(tài)冰銅。 ④ 熔池?cái)噭?dòng)強(qiáng)烈，保證了較高的能量傳遞及氧氣利用率。 ⑤ 可以連續(xù)生產(chǎn)粗銅，而無(wú)需停下來(lái)加入熔劑或排走爐渣，從而也就有較高的作業(yè)率，也就意味著生產(chǎn)噸銅所需的維修成本更小而能量效率更高。 ⑥ 爐子和煙氣系統(tǒng)的密封更好，硫的捕集率更高，煙氣流的稀釋更小， SO2濃度更高。 艾薩吹煉 眾所周知，自 1992年第一臺(tái)艾薩熔煉爐投產(chǎn)至今，短短的十幾年時(shí)間，艾薩熔煉爐已成為了冶煉廠改造或新建時(shí)的首選工藝之一。艾薩連續(xù)吹煉已經(jīng)在試驗(yàn)工廠獲得了成功：在冰銅流量為 250kg／ h以及 采用鐵酸鈣爐渣的情況下，生產(chǎn)出了粗銅。在原料和鐵酸鈣爐渣同樣的情況下，艾薩吹煉爐產(chǎn)出的粗銅類似于三菱吹煉粗銅： 99％左右的銅，而鉛、砷和銻則留在熔煉爐提供的物料中。試驗(yàn)工廠連續(xù)吹煉試驗(yàn)以及工業(yè)規(guī)模的間斷生產(chǎn)相結(jié)合，表明艾薩爐可適于連續(xù)吹煉。 連續(xù)吹煉與 PS藝相比，硫的含量偏高，艾薩連續(xù)吹煉工藝亦是如此。對(duì)于艾薩連續(xù)吹煉工藝，選擇的氧分壓應(yīng)使吹煉渣中銅的氧化物含量為 12％～ 18％，從而使粗銅中硫含量為 ％～ ％。在后續(xù)的陽(yáng)極爐精煉中，所采取的加快脫 17 硫速度的辦法就是增加多孔塞，從而加入更多的氧氣以及使 熔池內(nèi)的溫度和氧氣均勻。 對(duì)于冰銅吹煉，鐵酸鈣爐渣具有非常寬廣的混溶性區(qū)域，爐渣對(duì)鉻鎂耐火材料的腐蝕性非常大。因此，鑒于鐵酸鈣爐渣具有腐蝕性，艾薩吹煉爐最好設(shè)計(jì)成在渣線上安裝銅水套，延長(zhǎng)這些腐蝕嚴(yán)重區(qū)域的耐火材料的壽命。當(dāng)然，有色冶金領(lǐng)域在這一方面已有豐富的經(jīng)驗(yàn)。 目前所進(jìn)行的試驗(yàn)重點(diǎn)主要放在吹煉艾薩熔煉爐產(chǎn)出的碎冰銅。超達(dá)公司也與 CSIRO(澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織 )合作，進(jìn)行了大量的試驗(yàn)工廠的試驗(yàn)，確認(rèn)了冰銅連續(xù)吹煉可以產(chǎn)出適于陽(yáng)極爐精煉的粗銅。艾薩吹煉工藝操作簡(jiǎn)便，在富氧濃度大約為 30％時(shí)就可以 自熱操作，產(chǎn)生的煙氣量較少且 SO2，濃度較高。 與 PS轉(zhuǎn)爐相比，艾薩連續(xù)吹煉的優(yōu)勢(shì)為： ① 建設(shè)成本和生產(chǎn)成本低。這是由于爐子的尺寸和數(shù)量減少、更易于衛(wèi)生通風(fēng)、取消了昂貴的吊車系統(tǒng)及所需酸廠的裝置尺寸更小。 ② 物料處理靈活且作業(yè)率高。物料可以是固體冰銅也可以是液體冰銅。如果設(shè)立 一個(gè)冰銅堆場(chǎng)，熔煉操作和吹煉操作就可以脫離，減輕了對(duì)冰銅保溫爐的操作，允許熔煉爐和吹煉爐獨(dú)立操作。這將消除生產(chǎn)瓶頸，顯著提高作業(yè)率。 ③ 煙塵率低、煙氣量小且環(huán)保更易控制。 18 第三章 冶金計(jì)算 物料平衡 由于吹煉時(shí)的加料制度十分復(fù)雜 ,不僅要分期加約 10包冰銅 .4包冷料且含銅品位不一 ,有時(shí)還需要加入殘銅和各種熔劑故為此我們采取簡(jiǎn)化模型來(lái)大概計(jì)算其物料平衡 . 模型如下 : 以吹煉 1000kg 銅锍為計(jì)算基礎(chǔ)，不計(jì)加入的煙塵、冷料等。 加入高品位黃雜銅 50kg，其成分為（ %） 、 、 、 、 。 取銅锍成分為（ %）： 、 、 、其他 ； 取白冰銅成分為（ %）： 、 、 ，其他 ； 取轉(zhuǎn)爐渣成 分（不含冷料渣）為（ %）： ， ， ， ，其他 取吹煉銅直接回收率為 93%,則 進(jìn)入粗銅中銅量為 :(1000 %+50 80%) 93%= 而粗銅最終含銅品位為 %，故 粗銅量為： 247。 %= kg 假設(shè)冰銅中的 Fe全部進(jìn)入爐渣，則 轉(zhuǎn)爐渣量 =（ 1000 %+50 1%） 247。 50%=75 kg. 轉(zhuǎn)爐渣含 SiO2=75 25%= 我們根據(jù)渣中 SiO2量適當(dāng)考慮煙塵加入量及損失 的數(shù)量（白銀的大約 ,不同銅廠不一樣）來(lái)計(jì)算需要加入的石英石熔劑量 =（ ＋ ）247。 92%= 表 1 石英石成分 成分 SiO2 CaO MgO Al2O3 其他 合計(jì) % 取吹煉回收率為 99%,則銅的損失率為 1%,并取煙塵率為加入冰銅量的 %. 19 由此我們得到其物料平衡表 2（不包括空氣與煙氣） 名稱 數(shù)量 Cu Fe S SiO2 其他 Kg % Kg % Kg % Kg % Kg % Kg 加入 銅锍 1000 703 37 207 2． 3 23 30 石英石 92 23 2 雜黃銅 50 共 計(jì) 1075 743 207 46 產(chǎn)出 粗