低碳經(jīng)濟(jì)與氧氣底吹課件

1、 單 位：東營(yíng)方圓有色金屬有限公司 匯 報(bào)：邊 瑞 民 時(shí) 間：2010年09月低碳經(jīng)濟(jì)與氧氣底吹無碳自熱煉銅新工藝 2009年全球精銅消費(fèi)為1798.9萬噸，其中我國(guó)的消費(fèi)量為560萬噸，而美國(guó)的消費(fèi)還不到中國(guó)的一半。去年由于受到金融危機(jī)的影響，全球其它地區(qū)精銅消費(fèi)量有18%的降幅，而中國(guó)表觀消費(fèi)增加了近200萬噸，這樣一來，就抵消了其它地區(qū)銅消費(fèi)量的降幅。隨著2010全國(guó)經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)復(fù)蘇的態(tài)勢(shì)以及各國(guó)推出的經(jīng)濟(jì)刺激舉措，全球的制造業(yè)重新步入擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，為今年精銅消費(fèi)進(jìn)一步增長(zhǎng)奠定了良好的條件。 圖1為2009年全球、中國(guó)和美國(guó)銅消費(fèi)量的比例示意圖：一、中國(guó)是銅消費(fèi)大國(guó) 2009年全球與中美銅消費(fèi)

2、量比例示意圖 2000萬噸1500萬噸1000萬噸500萬噸215萬噸560萬噸1799萬噸圖1隨著新興經(jīng)濟(jì)體如金磚四國(guó)（中國(guó)、印度、巴西和俄羅斯等）在全球經(jīng)濟(jì)比重的不斷提升以及制造業(yè)向新興經(jīng)濟(jì)體的轉(zhuǎn)移，精銅消費(fèi)的比例迅速向我國(guó)傾斜。2010我國(guó)將有大量的基礎(chǔ)建設(shè)工程動(dòng)工，無疑對(duì)國(guó)內(nèi)精銅消費(fèi)的進(jìn)一步增長(zhǎng)將起到重要的支撐作用。 2009年全球與中國(guó)、智利銅產(chǎn)量比例示意圖 2000萬噸1500萬噸1000萬噸500萬噸425萬噸550萬噸1835萬噸圖2三、我國(guó)的主要煉銅工藝目前我國(guó)主要采用的煉銅工藝有芬蘭奧托昆普公司發(fā)明的閃速熔煉法，如江銅的貴溪冶煉廠、銅陵的金隆冶煉廠、山東的祥光冶煉廠（雙閃）

3、 、甘肅的金川冶煉廠。如圖3所示：圖3還有從加拿大諾蘭達(dá)公司引進(jìn)的諾蘭達(dá)煉銅工藝，如大冶的銅冶煉廠等。如圖5示：圖5總之，我國(guó)大部分企業(yè)都是引進(jìn)的國(guó)外技術(shù)。1980年我國(guó)研發(fā)的白銀煉銅法至今也未能得到推廣。部分冶煉廠仍采用能耗高、有污染的落后煉銅工藝密閉鼓風(fēng)爐法（約30萬噸）。此外我國(guó)還有少數(shù)企業(yè)使用前蘇聯(lián)的瓦紐科夫法（如內(nèi)蒙赤峰冶煉廠）。如圖6示：1爐頂；2加料裝置；3隔墻；4上升煙道；5水套；6風(fēng)口；7帶溢流口的渣虹吸8渣虹吸臨界放出口；9熔體快速放出口；10水冷區(qū)底部端墻；11爐缸；12帶溢流口的銅锍虹吸13銅虹吸臨界放出口；14余熱鍋爐；15二次燃燒室；16二次燃燒風(fēng)口圖6四、 氧氣底

4、吹煉銅工藝的研發(fā)與實(shí)質(zhì)4.1研發(fā)背景 面對(duì)這些國(guó)外煉銅工藝在我國(guó)的廣泛快速發(fā)展，我國(guó)有色冶金界只是忙于引進(jìn)、消化、吸收，卻不能積極的進(jìn)行研發(fā)，科技創(chuàng)新工作遲緩落后，缺乏我國(guó)自己成熟的煉銅工藝。早在19891993年，湖南水口山礦務(wù)局與北京有色設(shè)計(jì)研究總院，小規(guī)模的（年3000噸粗銅）進(jìn)行了氧氣底吹煉銅試驗(yàn)，可是成果鑒定之后，即束之高閣，無人問津。如何進(jìn)一步進(jìn)行工業(yè)規(guī)模試驗(yàn)、去檢驗(yàn)它、完善它、并使其產(chǎn)業(yè)化，各企業(yè)都不愿第一個(gè)吃螃蟹。然而，2005年山東東營(yíng)市的一位民營(yíng)企業(yè)家東營(yíng)方圓有色金屬有色公司的崔志祥董事長(zhǎng)毅然擔(dān)起了這一重任，欲要?jiǎng)?chuàng)造我們國(guó)家自己的煉銅技術(shù)。4.2工藝實(shí)質(zhì)4.2.1氣泡小而多

5、、比表面積大 氧氣底吹煉銅工藝過程的實(shí)質(zhì)是將含氧75%左右的富氧空氣，由多支氧槍分散成許多細(xì)小的氣流，從爐子的底部送入深度為1.5m左右的熔體中，如圖7示:圖7這樣一來它的液相與氣相就有較大的接觸面積和較長(zhǎng)的接觸時(shí)間（頂吹的Isa與Ausmelt是用一支氧槍插入熔體深度200300mm）。因此底吹工藝具有較高的熔煉強(qiáng)度，熔煉過程中不需配任何燃料，即可實(shí)現(xiàn)無碳自熱熔煉，除碳酸鹽分解外，做到不排CO2，能源消耗也很低，與國(guó)外引進(jìn)的雙閃、頂吹的艾薩、奧斯麥特、側(cè)吹的諾蘭達(dá)、瓦紐科夫等煉銅方法相比，氧氣底吹工藝能源消耗也是最低的（方圓公司今年4月份平均能耗160kgce/t粗銅，僅為國(guó)標(biāo)先進(jìn)值340

6、kgce/t粗銅的47% ）。因此，可稱為低碳經(jīng)濟(jì)。 4.2.2氣相高度分散到液相中 閃速熔煉是將固體原料高度分散到高溫的富氧空氣中，在氣固相之間的巨大界面上迅速發(fā)生并完成化學(xué)反應(yīng)。 底吹熔池熔煉則是將富氧空氣通過多支氧槍高度分散到熔融的锍相中，在氣液相之間有很大的界面面積，化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行得很迅速，與閃速具有異曲同工的作用。底吹爐縱斷面的流線圖圖8底吹爐7和22氧槍處的橫斷面流線圖圖9 從以上圖表可明顯看出，底吹熔煉吹冰銅的優(yōu)越性是非常明顯的，它還帶來了良好的傳熱和傳質(zhì)條件。 在強(qiáng)制對(duì)流循環(huán)條件下，表示熱傳遞特征的努歇爾（Nusselt）準(zhǔn)數(shù)：據(jù)資料顯示側(cè)吹的諾蘭達(dá)爐為38.7，而底吹爐為168

7、，是側(cè)吹的4倍，可見傳熱條件非常好。 底吹的傳質(zhì)條件好，側(cè)吹的諾蘭達(dá)爐傳質(zhì)速度為1.59Nm3O2/m3.S，而底吹爐為3.77 Nm3O2/m3.S，是側(cè)吹的2.4倍。五、低碳經(jīng)濟(jì)與氧氣底吹無碳自熱熔煉隨著全球氣候變暖的影響，國(guó)家要求調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，改變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，減少二氧化碳排放，是當(dāng)前的重要任務(wù)之一。我國(guó)政府已向世界承諾到2020年我國(guó)年均國(guó)民生產(chǎn)總值（GDP）,CO2排放量要比2005年下降4045%，這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。我們有色行業(yè)應(yīng)采取措施，為完成這一任務(wù)做出積極的貢獻(xiàn)。以中國(guó)有色工業(yè)協(xié)會(huì)為組織單位，東營(yíng)方圓有色金屬有限公司為項(xiàng)目承擔(dān)單位，中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司為技

8、術(shù)依托單位共同承擔(dān)的國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目富氧底吹煉銅新工藝，自2008年投入工業(yè)試驗(yàn)以來，越來越顯示出巨大的優(yōu)越性，其中無碳自熱熔煉就是顯著特點(diǎn)之一。眾所周知，在當(dāng)今的各種煉銅工藝中，無論是閃速熔煉，或是各種熔池熔煉，在造锍熔煉的過程中，都需要配入適量的固體、液體或氣體燃料以滿足熔煉過程熱平衡的需要，使生產(chǎn)順利進(jìn)行。目前，雖然各種工藝在不同企業(yè)的配煤率也在逐漸降低，在熔池熔煉中也有把配煤作為減少Fe3O4的措施，作為防止產(chǎn)生泡沫渣的主要手段。此外產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥酂徇€要回收利用，就沒有把降低燃料率做為主要問題進(jìn)行考慮。方圓公司的氧氣底吹熔煉爐，原設(shè)計(jì)也需要配煤，配煤率為2.46%，但我們通過試驗(yàn)

9、發(fā)現(xiàn)，底吹熔煉允許應(yīng)用較高的富氧濃度，不配燃料可以維護(hù)爐子的熱平衡，達(dá)到冶金反應(yīng)所需要的溫度。最后完全可以做到不配煤，實(shí)現(xiàn)了無碳自熱熔煉。 2008年6月1日開始實(shí)施的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，從銅精礦到電解銅的綜合能耗為550Kg標(biāo)煤/t電解銅。全國(guó)平均能耗366Kg標(biāo)煤/t電解銅，而方圓底吹工藝的實(shí)際能源消耗僅為255Kg標(biāo)煤/t電解銅，為國(guó)標(biāo)能耗限額的46%。從各種銅的造锍熔煉方法能量的消耗比較，每生產(chǎn)1噸電解銅消耗7.473GJ的能量，國(guó)外通常大于10GJ，可見該工藝在國(guó)際上其能耗指標(biāo)是領(lǐng)先的。 氧氣底吹無碳自熱熔煉，高效利用了能源，氧氣從底部送入，在上升過程中與爐料中的FeS和Cu2S發(fā)生放熱反

10、應(yīng)，其熱量是從內(nèi)部加熱熔體的，加之氧槍噴出的高速射流均勻攪拌，具有良好的對(duì)流傳熱過程，熱效率高，反應(yīng)劇烈；高富氧濃度與低漏風(fēng)率，使離爐煙氣量少；爐壁不用銅水套冷卻保護(hù)，散熱損失少，能源得到充分的利用；再就是能做到低溫熔煉；因此綜合能源世界最低。不同煉銅工藝的能耗見圖10、圖11和圖12：全國(guó)每噸電解銅平均能耗，國(guó)標(biāo)能耗和方圓有色公司能耗對(duì)比圖 600標(biāo)煤/t電解銅400標(biāo)煤/t電解銅200標(biāo)煤/t電解銅255標(biāo)煤/t電解銅366標(biāo)煤/t電解銅500標(biāo)煤/t電解銅圖10單位：kgce/t 陰極銅不同煉銅工藝從精礦到陰極銅的能耗比較圖12六、 氧氣底吹煉銅工藝的主要特點(diǎn)6.1、首先該工藝是我國(guó)自己

11、研發(fā)的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煉銅技術(shù)。6.3勞動(dòng)、環(huán)保條件好 煙氣不外逸、粉塵少、噪音低。 無碳自熱熔煉，大大減少煙氣排放。6.4氧槍壽命長(zhǎng) 氧槍出口處會(huì)形成“蘑菇頭” （見圖13） ，可以很好的起到保護(hù)氧槍的作用，氧槍壽命高達(dá)650天。6.5不易產(chǎn)生泡沫渣，生產(chǎn)安全可靠底吹熔煉吹的是冰銅層，而因?yàn)榭傆蠪eS的存在，也就不會(huì)產(chǎn)生過量的Fe3O4，因此不易產(chǎn)生泡沫渣。6.6投資省 閃速爐 2.0億/萬t 頂 吹 1.5億/萬t 底 吹 0.7億/萬t6.7生產(chǎn)規(guī)模可大可小七、 展望1、國(guó)務(wù)院【2009】9號(hào)文件關(guān)于發(fā)揮科技支撐作用，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)較快發(fā)展的意見將該技術(shù)列入“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃；國(guó)家有色金屬產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃將該技