【正文】 ............ 45 ........................................... 46 .................................................................................. 46 ................................................... 52 參考文獻(xiàn) ..................................................... 53 1 銅是與人類關(guān)系非常密切的有色金屬。銅既是一個(gè)古老的金屬，又是一個(gè)充滿生機(jī)和活力的現(xiàn)代工程材料，被廣泛地應(yīng)用于電氣、輕工、機(jī)械制造、建筑工業(yè)、國(guó)防工業(yè) 等領(lǐng)域，在我國(guó)有色金屬材料的消費(fèi)中僅次于鋁。 銅還是一種重要的生產(chǎn)和生活資料，其需求的變化主要取決于制造業(yè)的興衰和生活質(zhì)量的變化，也就是國(guó)家經(jīng)濟(jì)的好壞。分析數(shù)據(jù)表明，當(dāng)西方國(guó)家 GDP 的增長(zhǎng)率超過(guò)％時(shí)，銅的消費(fèi)量才會(huì)增長(zhǎng)，且 GDP 每變化 l％，則銅的消費(fèi)量變化 ％。 400t 回轉(zhuǎn)式精煉爐由爐體、爐口、水冷裝置、爐蓋啟閉裝置、托輪裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、主令控制器、潤(rùn)滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣操作控制系統(tǒng)等組成。 吊車將粗銅包內(nèi)的粗銅溶液經(jīng)銅精煉爐爐口 倒人爐體 , 然后爐蓋啟閉裝置將爐口關(guān)閉 , 進(jìn)行精煉。爐內(nèi)銅水進(jìn)行氧化還原反應(yīng)時(shí) , 可根據(jù)不同作業(yè)周期的要求 , 將爐體傾轉(zhuǎn)至不同的角度。爐體傾轉(zhuǎn)的角度由主令控制器進(jìn)行控制。 回轉(zhuǎn)式精煉爐為周期性作業(yè)，按過(guò)程物理化學(xué)變化特點(diǎn)和操作程序整個(gè)周期由加料、熔 化、氧化還原、澆鑄等階段組成，其中以氧化期和還原期為主要階段。在精煉液態(tài)粗銅時(shí)，可免去熔化期 ]2[ 。當(dāng)空氣鼓入銅熔體時(shí)，雜質(zhì)優(yōu)先被氧化除去，銅成為粗銅的主體，雜質(zhì)濃度較低。M ] =2[Cu ]+( OM39。M 表示金屬雜質(zhì)。239。39。 N?g=a，則雜質(zhì)在銅液中的極限濃度為： )OCu()M()M()M( 239。39。由于雜質(zhì)氧化為放熱反應(yīng)，溫度升高時(shí) K 值變小，所以氧化精煉時(shí) 溫度不宜太高，一般在 1150— 1170℃，查 Cu OCu2 系狀態(tài)圖、銅液中 OCu2 的溶解度表 (見表11)可知，在此溫度下銅液中 OCu2 的飽和度約為 8％。為此須選擇適當(dāng)?shù)娜蹌┦勾帚~熔體造渣和及時(shí)扒渣，以降低渣中該雜質(zhì)氧化物活度。 OCu2 在氧化精煉中起著氧化劑或氧的傳遞作用。我國(guó)云南銅業(yè)公司則是采用粉煤作為還原劑，這是我國(guó)也是當(dāng)今世界上第一家成功運(yùn)用煤粉作為還原劑的。在 OCu2 飽和銅液中可視 )OCu(2a=l，得： )1050(10P/PK 41OHHP 22 ℃== 可見，混合氣體中只要有極少的 2H 還原即可進(jìn)行。 表 12 OCu2 還原反應(yīng)的 CO 濃度值 銅液中的 OCu2 濃度 )P/Plg( 2COCO CO+ 2CO 總和中的 CO ％ COP， Pa ％，質(zhì)量 ％， mol 還原過(guò)程中用木炭或焦炭覆蓋銅液表面，以防再氧化?；鹁~中常含有金、銀等貴金屬和少量雜質(zhì)，通常要進(jìn)行電解精煉，電解精煉是以火法精煉的銅為陽(yáng)極，以電解銅片為陰極，在含硫酸銅的酸性溶液中進(jìn)行。 4 回轉(zhuǎn)式精煉爐 (又稱陽(yáng)極爐 ) 是銅冶煉廠用于將轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的熔融態(tài)粗銅溶液在爐內(nèi)經(jīng)過(guò)造渣 、氧化、還原而產(chǎn)出陽(yáng)極銅的專用設(shè)備。精煉作業(yè)一般有加料、氧化、還原、澆鑄四個(gè)階段，產(chǎn)品是為銅電解精煉提供合適的陽(yáng)極板，因此，回轉(zhuǎn)式精煉爐一般又稱回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐 ]3[ 。 與反射爐相比較 , 回轉(zhuǎn)式銅精煉爐具有密封性好、生產(chǎn)能力大、所占空間小、結(jié)構(gòu)緊湊、熔煉速 度快、生產(chǎn)效率高、燃燒消耗低、環(huán)保條件好、機(jī)械自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。 煙氣 余熱發(fā)電不僅節(jié)能，還有利于環(huán)境保護(hù)。它利用廢氣中的熱或可燃質(zhì)作熱源，生產(chǎn)蒸汽用于發(fā)電。 5 過(guò)熱器吸收大量的煙氣熱量用來(lái)推動(dòng)與之相連的汽輪機(jī)工作產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。通過(guò)蒸發(fā)器的低溫?zé)煔庵匦麓蚧仄腿胧∶浩?，省煤器中的低溫?zé)煔獗伙L(fēng)機(jī)從冷卻槽下層送來(lái)的高溫燃?xì)庵匦录訜岢筛邷責(zé)煔馑偷狡啓C(jī)供發(fā)電機(jī)發(fā)電。傳統(tǒng)氧燃系統(tǒng)存在熱點(diǎn)集中，易損害 爐襯，爐壽命短等問(wèn)題。它通過(guò)高動(dòng)量氧氣燃料射流帶來(lái)強(qiáng)勁的爐氣卷吸來(lái)促進(jìn)更均勻的溫度分布和熱量傳遞。燃燒穩(wěn)定且火焰均勻而彌散，具有低的火焰峰值溫度和均勻的傳熱，減少熱點(diǎn)的產(chǎn)生。 粗銅無(wú)氧化摻氮還原火法 運(yùn)用熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理，充分利用粗銅自身 O 和 S 反應(yīng)，達(dá)到脫硫除氧的目的，避免了因傳統(tǒng)氧化產(chǎn)生大量 Cu2O，減輕了還原負(fù)擔(dān)，簡(jiǎn)化了工藝流程，提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了世界銅火法精煉工藝的重大突破。這樣既減少 LPG 消耗 ，又解決了銅火法精煉普遍存在黑煙污染的世界性難題，成為高效、節(jié)能、清潔生產(chǎn)技術(shù)。因底吹攪拌性優(yōu)于側(cè) 圖 15 透氣磚 6 吹，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，在爐底增設(shè)透氣磚裝置，氮?dú)鈴牡撞抗娜?，以增?qiáng)攪動(dòng)，提高熔體中雜質(zhì)硫與氧以及還原劑與氧化亞銅碰撞幾率，從而大大改善反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件，加快反應(yīng)速度，提高生產(chǎn)效率，降低還原天然氣消耗，增加公司效益。彌散型結(jié)構(gòu)氣孔細(xì)小 貫通，氣孔率高，氣體的流動(dòng)和分布合理，同等條件下吹出的氮?dú)馀荻?，但制造工藝較復(fù)雜；直通定向型由數(shù)量不等的細(xì)鋼管埋入磚中而制成，孔徑一般在 ～ 之間，較大，底吹效果較好，使用壽命高，但在后期易堵塞，影響吹成率；狹縫定向型透氣磚在成型過(guò)程中，與鑲嵌材料整體成型，在高溫?zé)蛇^(guò)程中鑲嵌材料受熱熔化揮發(fā)而形成狹縫，狹縫寬度選在 左右，惰性氣體介質(zhì)通過(guò)狹縫進(jìn)入熔池，容易堵；銅冶煉行業(yè)，國(guó)外大部分企業(yè)采用彌散型透氣磚（如瑞典 Boliden， Ronnskar 公司、美國(guó) Kennecot 公司等）。板式換熱器如圖12 所示。蓄熱室是蓄熱式加熱爐煙氣余熱回收的主體，它是填滿蓄熱體的室狀空間，是煙氣和空氣流動(dòng)通道的一部分。在國(guó)內(nèi)的一些大型加熱爐上，最多用到四十幾對(duì)。為配合換向閥安全準(zhǔn)確地工作，必 圖 12 板式換熱器 7 須配備一套可簡(jiǎn)可繁的控制系統(tǒng)。 傳統(tǒng)的燃燒方式是空氣和 煤氣預(yù)混和擴(kuò)散燃燒，在燃燒器周圍存在一個(gè)局部高溫區(qū)，造成爐溫不均勻，影響加熱質(zhì)量。蓄熱式燃燒則完全不同，在蓄熱式爐中，整個(gè)爐膛為一個(gè)反應(yīng)體，空氣和煤氣充滿爐膛，在這個(gè)爐膛內(nèi)彌散燃燒，不存在局部高溫區(qū)，氮?dú)鈳缀醪粎⑴c燃燒反應(yīng)。 蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù) HTAC（ High Temperature Air Combustion）是目前國(guó)內(nèi)外開始流行的一種革命性的全新燃燒技術(shù)，它通過(guò)高效蓄熱材料將助燃空氣從室溫預(yù)熱至前所未有的 800℃高溫，同時(shí)大幅度降低 xNO 排放量，使排煙溫度控制在露點(diǎn)以上、150℃以下范圍內(nèi)，最大限度地回收煙氣余熱，使?fàn)t內(nèi)燃燒溫度更趨均勻。一般認(rèn)為油類、高熱值煤氣及含焦油粉塵的熱臟發(fā)生爐煤氣則只需或只能采用助燃空氣單蓄熱方式；清潔的低熱值燃料（高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣）可采用雙蓄熱方式。 其他煙氣余熱應(yīng)用 煙氣的余熱利用還可以采用“氣 — 氣”換熱方式從高溫廢煙氣中提取熱量，產(chǎn)生新的熱空氣用于生產(chǎn)或者供暖需要。 也可以采用“氣 — 水”換熱方式從高溫廢煙氣中提取熱量，產(chǎn)生熱水，熱水用來(lái)鍋爐補(bǔ)水或者生產(chǎn)工序，也可以作生活洗浴熱水。 圖 13 固定床型蓄熱式換熱器 8 該廢銅精煉回轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)包括精煉回轉(zhuǎn)爐、煙氣余熱回收蓄熱器、天然氣燒嘴口、風(fēng)機(jī)、煙囪等部分。 表 22 溫度設(shè)計(jì)表 項(xiàng)目 溫度 /℃ 回轉(zhuǎn)爐離爐煙氣溫度 1350℃ 回轉(zhuǎn)爐排煙溫度 200℃ 蓄熱器空氣入口溫度 45℃ 蓄熱器空氣出口溫度 800℃ 回轉(zhuǎn)爐空氣入口溫度 800℃ 10 計(jì)計(jì)算 爐渣是火法冶金的必然產(chǎn)物，其組成主要來(lái)自礦石、熔劑中的脈石和燃料中的灰分。 冶金爐渣的主要作用是使礦石和熔劑中的脈石、燃料中的灰分集中，并在高溫下與主要的冶煉產(chǎn)物金屬、硫等分離。在金屬和合金的熔煉和精煉時(shí)，爐渣與金屬熔體的組分相互進(jìn)行反應(yīng)，從而可以通過(guò)爐渣對(duì)雜質(zhì)的脫除和濃度加以控制。在某些情況下，爐渣不是冶煉廠的廢棄物，而是一種中間產(chǎn)物。用反射爐冶煉時(shí)，爐渣是傳熱介質(zhì)，通過(guò)它把熱量傳遞給金屬熔體。 爐渣相系 （ 1） 2SiO CaO 二元系（如圖 31 所示） 各種硅酸鈣鹽熔點(diǎn)都很高，熔點(diǎn)1600℃的硅酸鈣位于含 CaO 32~59％的狹窄組成范圍內(nèi)，在含 CaO 59％時(shí)再增加 CaO ，則渣熔點(diǎn)將急劇升高。 CaO 能使?fàn)t渣密度降低，且鈣硅酸鹽溶解重金屬硫化物能力比較小 . （ 2） FeO 2SiO 二元系（如圖 32 所示） FeO 不是一個(gè)固定組成的化合物，而是溶有 43OFe 的固熔體，將 43OFe 看成FeO 178。 當(dāng) 2SiO 含量 30％時(shí)，渣熔點(diǎn)最低 圖 31 2SiO CaO 二元系 11 1200 ℃，與有色冶煉溫度(11501300℃ )相近。 2SiO 爐渣造硫或還原熔煉可行。 硅酸鹽中 FeO 含量愈高，其對(duì)硫化物溶解能力愈大，導(dǎo)致金屬損失增大。 （ 3） CaO FeO 2SiO 三元系（如圖 33所示） 以上分析說(shuō)明鐵硅酸鹽或鈣硅酸鹽都不適宜于單獨(dú)有色冶煉爐渣。故 CaO FeO 2SiO三元系是有色冶金爐渣的主要造渣系。建議熔劑量為爐料量的 58％加入。加酸性輔料（如 2SiO ），雖然會(huì)使渣比重降低，渣含銅量降低，但渣粘度與熔點(diǎn)均會(huì)升高，需要高的爐溫方可保證渣流動(dòng)性。其中最低熔點(diǎn)為 975℃，它的成分大致是： 2SiO 47%、 FeO 30%、 CaO 23%?？梢酝ㄟ^(guò)熔點(diǎn)最低的成分 D點(diǎn)與三角形三個(gè)頂點(diǎn)分別作三 圖 32 FeO 2SiO 二元系 圖 33 CaO FeO 2SiO 三元系 12 條連線，由這些連線可看出各成分對(duì)熔點(diǎn)影響的幅度。 渣型選擇 為了降低爐渣熔點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用CaO FeO 2SiO 三元系造渣，其中最低熔點(diǎn)為 975℃，在圖上做各線的平行線，交點(diǎn)如圖 34所示，它的成分大致是： 2SiO 47％、 FeO 30％、 CaO 23％ 計(jì)算過(guò)程如下： 2SiO ： 400179。 40= FeO ： 30/47179。 圖 34 圖 34 CaO FeO 2SiO 三元系 13 天然氣燃燒計(jì)算 表 31 天然氣成分分析 組分 i 4CH 42HC CO 2H 2CO 2N 2O iφ 其中環(huán)境溫度 45℃，水分忽略不計(jì)。 CO%+2580179。 C2H4%+?? +5520 H2S%） =179。 +179。 =35310kJ/m3 （ 2）理論干空氣量 理論氧量 2o,oL= ++++ 222mn2 10OSH23HC4mn∑H21CO21 =（ 179。 +2179。 ）179。 2o,oL =179。 = 3m / 3m （ 4）理論濕空氣量（按供風(fēng)溫度 45℃計(jì)算） 查得 g=84 濕 nL =(1+)n oL =(1+179。 = 3m / 3m 濕 oL =(1+) oL =(1+179。 = 3m / 3m （ 5）實(shí)際爐氣成分（％）： 1001)COHnCCOV 2mnCO ∑2 ++=（ ( ?????? ） ? 33/mm n2N L100791001NV 2 += 14 0 0791 0 ???? ? 33/mm )L－L1 0 021V onO 2 （= )－(10021? ? 33/mm n22mn2OH gL0 0 1 2 0 01)OHSHHC∑ 2mHV 2 ++++=（ 1 0 . 2 6840 . 0 0 1 2 4100 ( ??????? ） ? 33/mm （ 6）實(shí)際爐氣量 OHONCO 2222 ????????nV ? 33/mm 所以： ′CO2 =2COV/ nV 179。 100= ?2N =2NV/ nV 179。 100= ?2O =2OV/ nV 179。 100= ?OH2 = OH2V / nV 179。 100= ??100 （ 7）實(shí)際爐 氣密度 2 2 . 4100′32O+′28N+′O18H+′6 4 S O+′4 4 C Oγ 22222o = 0 0 = ? ??????? ? 3kg/m 燃燒溫度計(jì)算 （ 1）燃燒產(chǎn)物理論含熱量 oI ： ）（空低 3no kJ /mV I += 查得：空氣比熱容 空C = ? ?℃?3mkJ/ 60 0. 21=451. 3010 . 26= ?? 空空空 tCLQ n 3mkJ/ 則： 1