第五次課 火法煉銅的其它方法2

第七節(jié)

火法煉銅的其它方法一、概述現(xiàn)代銅熔煉的共同特點(diǎn)是：

提高銅锍品位，

加大過(guò)程的熱強(qiáng)度，

增加爐子的單位熔煉能力。

這些方法可以分為兩大類(lèi)：

一、閃速熔煉

二、熔池熔煉。

1

熔池熔煉包括:

諾蘭達(dá)法、

奧斯麥特/艾薩法、

三菱法、

瓦紐柯夫法、

特尼恩特法、

卡爾多爐熔煉法、

白銀法、

水口山法

旋渦頂吹法等

2

熔池熔煉與閃速熔煉完全不同。后者是精礦顆粒在富氧氣流中瞬間氧化后落入熔池完成冶金過(guò)程。熔池熔煉則是在氣體-液體-固體三相形成的卷流運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)和熔化過(guò)程。1、熔池熔煉爐內(nèi)的流體流動(dòng)現(xiàn)象3

液-氣流卷流運(yùn)動(dòng)裹攜著從熔池面浸沒(méi)下來(lái)的爐料，形成了液-氣-固三相流，在三相流內(nèi)發(fā)生劇烈的氧化脫硫與造渣反應(yīng)，使三相流區(qū)成為熱量集中的高溫區(qū)域，高溫與反應(yīng)產(chǎn)生的氣體又加劇了三相流的形成與攪動(dòng)。

依靠三相卷流，實(shí)現(xiàn)熔池內(nèi)的傳質(zhì)、傳熱與物理化學(xué)過(guò)程。在側(cè)吹式和垂直吹煉熔池爐內(nèi)的三相卷流的形成過(guò)程分別如圖7.1中的（a）與圖7.2中的（b）所示。4

（a）垂直吹煉

圖7.1熔池熔煉爐內(nèi)的三相卷流運(yùn)動(dòng)示意圖5（b）

側(cè)吹式吹煉圖7.1熔池熔煉爐內(nèi)的三相卷流運(yùn)動(dòng)示意圖6

熔池的三相卷流區(qū)不但是熱量集中，熔體混合能量很大。而且，是一個(gè)氣泡充分發(fā)展和滯留的區(qū)域。

這個(gè)區(qū)域?yàn)闋t料的物理化學(xué)變化、熱量與質(zhì)量傳遞創(chuàng)造了非常良好的條件。

72、熔池熔煉爐內(nèi)強(qiáng)化過(guò)程的條件

在熔池熔煉爐熔內(nèi)，完成強(qiáng)化傳熱與強(qiáng)化傳質(zhì)的條件是要建立起一個(gè)良好與合理的三相流動(dòng)區(qū)。這個(gè)區(qū)域的形成條件主要是由以下的因素構(gòu)成的：決定氣體與熔體之間的界面面積的因素有單位熔體鼓風(fēng)量，氣泡在熔體內(nèi)停留時(shí)間、氣泡直徑以及熔體溫度等。

熔池熔煉爐內(nèi)，液體與全部氣泡在任何瞬間的的界面面積是在理想氣體定律的基礎(chǔ)上按球形氣泡計(jì)算的：8

在尺寸為Φ4.35m×20.58m的諾蘭達(dá)爐內(nèi)，單個(gè)風(fēng)口的平均氣體流量為0.4m3/s，風(fēng)口浸沒(méi)熔體深度為1m，卷流速度為5.9m／s時(shí)，氣泡在熔體中的滯留時(shí)間為0.17s。計(jì)算出不同直徑的氣泡的氣—液界面面積為如下值：

氣泡直徑(cm)2.5

510

全部氣泡—熔體界面面積(m2)38201910955

實(shí)際過(guò)程中，氣泡直徑為5cm。氣體在熔體中停留僅0.17秒的時(shí)間內(nèi)，就造成了大到1910m2的界面面積。9

氣泡在熔體中的滯留體積Vhol可用下面公式表示：Vhol=Vtuy(Tm/273)(1/Pvc)

對(duì)上述的同一爐子，計(jì)算得到氣體的滯留體積為15.9m3。

其體積占熔池總體積的19％。熔煉過(guò)程的爐氣以如此大的體積從卷流中分離出來(lái)，無(wú)論從動(dòng)量、能量和質(zhì)量傳遞來(lái)說(shuō)，都完全具備了強(qiáng)化熔煉的條件。10二、諾蘭達(dá)熔煉

諾蘭達(dá)熔煉爐爐的物料處理量大,按精礦量為9～10t／(m3·d)。熱強(qiáng)度高，約為970～1100MJ/（m3·h），爐體能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，靈活便捷，是熔池熔煉爐中頗具特點(diǎn)的爐型。1、諾蘭達(dá)熔煉爐11

諾蘭達(dá)反應(yīng)爐是一個(gè)臥式圓筒形可轉(zhuǎn)動(dòng)的爐子，鋼殼內(nèi)襯鎂鉻質(zhì)高級(jí)耐火材料。爐體支承在托輪上，驅(qū)動(dòng)裝置使?fàn)t體可在一定范圍內(nèi)正、反向轉(zhuǎn)動(dòng)。整個(gè)爐子沿爐長(zhǎng)分為反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)。

反應(yīng)區(qū)一側(cè)裝設(shè)一排風(fēng)眼。加料口設(shè)在爐頭端墻上，并設(shè)有氣封裝置，此墻上還安裝有燃燒器。沉淀區(qū)設(shè)有銅锍放出口、排煙用的爐口和熔體液面測(cè)量口。渣口開(kāi)設(shè)在爐尾端墻上，此處一般還裝有備用的渣端燃燒器。

在爐子外壁某些部位如爐口，放渣口等處裝有局部冷卻設(shè)施，一般采用外部送風(fēng)冷卻。反應(yīng)爐爐體基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7.2。12圖7.2諾蘭達(dá)反應(yīng)爐示意圖132、工藝流程

大冶冶煉廠采用的諾蘭達(dá)熔煉工藝流程如圖7.3。圖7.3大冶冶煉廠諾蘭達(dá)熔煉工藝流程14

諾蘭達(dá)熔煉對(duì)物料粒度和含水要求不嚴(yán)（含水一般為7～9%），不必深度干燥。來(lái)源不同的各種銅精礦，與返回的煙塵和爐爐渣浮選所得渣精礦用抓斗進(jìn)行初步配料。

在爐前設(shè)有的多個(gè)料倉(cāng)內(nèi)精細(xì)配料，以保證入爐的混合爐料能滿足反應(yīng)爐順利生產(chǎn)的要求。為了補(bǔ)充熔煉過(guò)程熱量的不足，在爐料中加入了少量的固體燃料。

153、諾蘭達(dá)熔煉操作數(shù)據(jù)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1617三、奧斯麥特熔煉與艾薩熔煉

奧斯麥特熔煉法（圖7.4A）與艾薩熔煉法（圖7.4B）是20世紀(jì)70年代由澳大利亞J·M·Floyd領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)明，起初以賽洛（該組織的縮寫(xiě)CSIRO）命名的熔煉技術(shù)的發(fā)展。

奧斯麥特/艾薩技術(shù)在提取冶金中具有較廣泛的應(yīng)用。錫精礦熔煉、硫化鉛精礦、銅精礦熔煉、爐渣煙化、陽(yáng)極泥熔煉，鉛鋅渣、鎳浸出渣的處理，煉鐵以至垃圾焚燒等方面。

1、概

述18

奧斯麥特/艾薩法與其它熔池熔煉一樣，都是使熔池內(nèi)熔體-爐料-氣體之間造成的強(qiáng)烈攪拌與混合，大大強(qiáng)化熱量傳遞、質(zhì)量傳遞和化學(xué)反應(yīng)的速率。

奧斯麥特/艾薩法的噴槍是豎直浸沒(méi)在熔渣層內(nèi)，噴槍結(jié)構(gòu)較為特殊；爐子尺寸比較緊湊，整體設(shè)備簡(jiǎn)單；工藝流程和操作不復(fù)雜；投資與操作費(fèi)用相對(duì)低。

19圖7.4A奧斯麥特熔煉爐示意圖20圖7.4B艾薩爐示意圖21

三相卷流運(yùn)動(dòng)雖然給爐料的熔化，硫化物氧化和造渣反應(yīng)創(chuàng)造了很好的動(dòng)力學(xué)條件，但同時(shí)也給爐子壽命帶來(lái)了很大的不利影響。高溫和縱橫斷面同時(shí)劇烈攪動(dòng)的熔體沖刷，加速了爐襯耐火材料損蝕。最短的爐襯壽命只有3～4個(gè)月。2、奧斯麥特熔煉爐與艾薩熔煉爐的爐壽命問(wèn)題

22當(dāng)在爐子內(nèi)創(chuàng)造出合適的溫度梯度與流動(dòng)速度梯度時(shí)，就能夠比較好地解決爐壽問(wèn)題。影響爐壽命的關(guān)鍵因素有：1、爐子的內(nèi)部直徑2、影響流動(dòng)的爐渣物理化學(xué)本性3、噴吹特性（風(fēng)口氣流速度、壓力及其脈沖頻率和噴槍插入深度）4、攪動(dòng)能量場(chǎng)等。23

可以通過(guò)爐子的幾何設(shè)計(jì)和噴吹過(guò)程參數(shù)的優(yōu)化控制來(lái)實(shí)現(xiàn)減輕爐襯受到的熔體沖刷與腐蝕，從而達(dá)到強(qiáng)烈的攪動(dòng)下獲得高生產(chǎn)率與耐火材料壽命延長(zhǎng)的統(tǒng)一。

2002年云南銅業(yè)公司創(chuàng)造了全球艾薩爐第1爐期爐壽命的最高紀(jì)錄的實(shí)踐表明了這一點(diǎn)。243、奧斯麥特/艾薩熔煉工藝流程

芒特.艾薩冶煉廠的工藝流程

芒特.艾薩冶煉廠的工藝流程如圖7.5所示。精礦和大部份熔劑在配料車(chē)間混合后，用鏟車(chē)運(yùn)往中間儲(chǔ)料倉(cāng)。按需要控制從各中間料倉(cāng)下來(lái)的精礦、熔劑、煤和返料的料流量。這些物料經(jīng)過(guò)一個(gè)葉片混合器（攪拌機(jī)）混合后，送到制粒機(jī)中進(jìn)行制粒，制好的粒料加入艾薩熔煉爐。粒料的優(yōu)點(diǎn)是可以大幅度地降低煙塵量。25圖7.5艾薩冶煉廠的工藝流程26

從艾薩熔煉爐上部出口出來(lái)的煙氣經(jīng)上升煙道通過(guò)余熱鍋爐后進(jìn)入靜電除塵器。從艾薩熔煉爐流出的銅锍和爐渣混合熔體，進(jìn)入回轉(zhuǎn)式沉清爐分離渣與锍，銅锍送轉(zhuǎn)爐進(jìn)行吹煉。

除塵后的艾薩熔爐煙氣和轉(zhuǎn)爐煙氣混合在一起，SO2濃度為7.5％，送往酸廠制酸。酸廠尾氣經(jīng)過(guò)蘇打灰洗滌器后排放。27四、瓦紐科夫法瓦紐科夫法是前蘇聯(lián)冶金學(xué)家A.B.瓦紐科夫發(fā)明的一種熔煉方法。自1982年投入生產(chǎn)以來(lái)，有了很大發(fā)展。到1987年在巴爾喀什、諾里爾斯克和烏拉爾煉銅廠分別建成了48m2的瓦紐科夫爐。瓦紐科夫法與其它熔池熔煉方法的最大差別是將富氧空氣吹入渣層，從而保證爐料在渣層中迅速熔化，而且為爐渣與冰銅的分離創(chuàng)造了良好的條件。28圖2-21瓦紐科夫爐簡(jiǎn)圖29表2-7瓦紐科夫法的主要生產(chǎn)指標(biāo)30

三菱法是由日本三菱公司發(fā)明的連續(xù)式煉銅工藝（圖7.6），它成功地把熔煉、吹煉和爐渣貧化三臺(tái)爐子結(jié)合在一起，消除了分批作業(yè)、來(lái)回倒包，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)操作。三菱法在污染控制、能源效率、操作方便等方面的優(yōu)越性已得到生產(chǎn)證實(shí)。因此，韓國(guó)的安三、印度尼西亞的格尼塞克和澳大利亞的堪伯拉港煉銅廠都采用了三菱法工藝。五、三菱熔煉法1、三菱設(shè)備及工藝31三菱法煉銅是目前世界上唯一在工業(yè)上應(yīng)用的連續(xù)煉銅法，與一般煉銅法比較具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）基建費(fèi)用及陽(yáng)極加工費(fèi)低；（2）可以回收原料中98~99%的硫，回收費(fèi)用只需一般煉銅法的1/5~1/3；（3）能量消耗低，較一般煉銅法節(jié)約20%~40%；（4）操作人員少。32圖7.6三菱工藝流程33

三菱工藝使用了三種由溜槽按梯度連接的冶煉爐：

圓形熔煉爐(S)、

橢圓形爐渣貧化爐(CL)、

圓形吹煉爐（C)。

在熔煉爐內(nèi)形成的銅锍與爐渣的混合熔體連續(xù)流到貧化爐內(nèi)，進(jìn)行銅锍與爐渣的分離。隨后，銅锍在虹吸作用下流入吹煉爐內(nèi)被連續(xù)地吹煉成粗銅和吹煉爐渣。吹爐渣經(jīng)水淬、干燥后，又返回熔煉爐。粗銅在虹吸作用下連續(xù)從吹煉爐流到陽(yáng)極爐。

34溜槽35

三菱法采用了熔煉、吹煉和貧化三個(gè)過(guò)程在單獨(dú)的三臺(tái)爐子中分開(kāi)作業(yè)，為了使吹煉渣有較好的流動(dòng)性，吹煉作業(yè)采用了鐵酸鈣渣型，對(duì)磁性氧化鐵和雜質(zhì)的行為能夠有效控制。36

銅锍和爐渣通過(guò)溜槽溢流到貧化電爐中。貧化電爐設(shè)有三到六根碳質(zhì)電極，爐頂裝有焦粉倉(cāng)和返料倉(cāng)。往電爐加入還原劑和黃鐵礦，使渣含銅降到0.5%~0.6%