过控制入炉的氧量,在较大范围内控制熔炼过程的脱硫率,从而获得所要求的品位的冰铜,同时也有效地利用了精矿中硫、铁的氧化反应热,节约能量,所以闪速熔炼适于处理含硫高的浮选精矿。 使用空气时,熔炼反应放出的热,不足以维持熔炼过程的自热进行,须用燃料补充部分能量,如使用预热空气、富氧空气或工业纯氧,减少炉气带出的热,可节省燃料,维持熔炼自热进行。闪速熔炼是近代发展起来的一种先进的冶炼技术,能耗低,规模大,具有劳动条件好、自动化水平和劳动生产率高的优点,其金属回收率甚至高于传统法工艺,还能处理难以分选的混合精矿,克服了传统火法炼铜无法克服的间接加热缺点。由于闪速熔炼具有上述优点,所以发展很快,全世界新建的大型炼铜厂几乎都采用这一方法。到20世纪70年代末,用闪速熔炼法生产的铜年产量已超过 100万吨。除铜、镍冶炼外,用闪速炉处理高品位硫化铅精矿的试验也已取得良好成绩;有的工厂还用闪速炉处理硫化铁精矿,生产单质硫。
闪速熔炼的主要缺点是渣含主金属较多,须经贫化处理,加以回收。贫化方法有电炉法和浮选法。有的厂在沉淀池后部安装电极加热,使贫化和熔炼在同一设备中进行。
熔池熔炼:包括特尼恩特炼铜法、三菱法、奥斯麦特法、瓦纽柯夫炼铜法、艾萨熔炼法、诺兰达法、顶吹旋转转炉法(TBRC)、白银炼铜法、水口山炼铜法和东营底吹富氧熔炼法等10种。其中白银炼铜法、水口山炼铜法和东营底吹富氧熔炼法为我国研发拥有自主知识产权的国产化先进技术。 其余先进技术的知识产权仍为外国掌握。熔池熔炼是在细小的硫化精矿加入熔体的同时,向熔体鼓入空气或工业氧气,供气方式有顶喷枪或通过埋入溶池的风口。由于鼓风向溶池中压人了气泡,当气泡通过熔池上升时,造成“熔体柱”运动,这样便给熔体输入了很大的功能。
熔池熔炼特点是:(1)具有很大的搅拌能,熔体与炉料的传热、传质速率很大,可使精矿迅速熔入熔体。如诺兰达炼铜法,精矿熔入熔体的速率达1.5t/( m2·h)。(2)硫化物氧化、造渣反应放出的热来源于熔体,传热在强烈搅拌的熔体内进行,而不是靠辐射或对流从外部供热,熔体与乳化状固体粒子之间的传热系数为56.78W/( m2·K),传热效果优于闪速熔炼。(3)由于分散性的氧化性
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气泡和熔体间的接触面很大,传质系数和氧化反应速度也应很大,尽管气泡在熔池中的停留时间很短,但氧的利用系数很高。如诺兰达炼铜法,氧的利用率超过98%。由于熔池熔炼过程中的传热与传质效果好,可大大强化冶金过程,达到了提高设备生产率和降低冶炼过程能耗的目的,因此70年代后得到了迅速发展。根据供风和加料方式的不同,熔池熔炼又可分为侧吹、顶吹和底吹三种类型(见表2)。
表2 熔池熔炼的供风和加料方式
表-3 当代铜精矿先进熔炼技术汇总表 先进炼铜法类型 闪速熔炼法 奥托昆普闪速炉 国际镍公司Inco闪速炉 旋涡顶吹熔炼- 铜精矿 8 / 36
方法种类 研发国家 原料 产物 送风方式 芬兰 加拿大 铜精矿 铜精矿 冰铜 冰铜 顶送风加料 顶送风加料 冰铜 顶送风加料- Contop炉 熔池熔炼法 艾萨熔炼法 奥斯麦特熔炼法 诺兰达法、 三菱法 特尼恩特炼铜法 瓦纽柯夫炼铜法 白银炼铜法、 水口山炼铜法 顶吹旋转转炉法(TBRC) 东营富氧底吹熔炼法 中国 铜精矿 冰铜 富氧底吹 澳大利亚 澳大利亚 加拿大 日本 智利 苏联 中国 中国 加拿大 铜精矿 铜精矿 铜精矿 铜精矿 铜精矿 铜精矿 铜精矿 铜精矿 高镍铜精矿 冰铜 冰铜 冰铜 冰铜 冰铜 冰铜 冰铜 冰铜 冰铜 顶吹 顶吹 侧吹 顶吹 侧吹 侧吹 侧吹 富氧底吹 顶吹 2、吹炼先进技术 (冰铜→粗铜)
任务是把火法熔炼工序获得的冰铜,在高温和氧化气氛下吹炼,进一步脱除硫和铁等杂质,产物为中间产品粗铜,含铜98%~99%,贵金属也进入粗铜中。当代传统成熟的吹炼技术包括PS转炉吹炼、固定反射炉侧吹式连续吹炼。当代国内外得以实际应用推广的先进高效吹炼技术包括闪速炉吹炼、三菱法吹炼炉、奥斯麦特炉吹炼,很有发展前景和潜力的先进高效吹炼技术如艾萨炉吹炼法、诺兰达炉吹炼法和富氧底吹炉吹炼法正处于工业试验阶段,从发展趋势看,传统吹炼技术正在逐步让位于先进高效吹炼技术,目前先进吹炼技术的知识产权仍主要为外国掌握。
3、火法精炼先进技术 (粗铜→阳极铜)
任务是高温条件下把吹炼工序获得的粗铜进一步精炼,进一步脱除杂质,获得适合铜电解的阳极铜或阳极板。当代国内外得以实际应用推广的先进火法精炼技术包括回转式阳极炉和铜阳极板全自动定量浇铸圆盘机组,而传统的火法精炼技术固定式反射炉和机械式圆盘机+人工浇铸方式正在逐步被先进火法精炼技术
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取代。
(1)回转式阳极炉 是相对于固定式阳极炉而言的一种火法精炼炉型,两者的工艺原理相同,但构造与作业方式完全不同,我国目前巳有3台,其中江西铜业集团2台是从国外成套引进的,大冶有色公司1台是在消化引进技术基础上自行设计的。与固定式阳极炉相比,回转炉阳极炉是一种先进的精炼炉型,是与现代化大生产方式相适应的新的精炼炉型,尤其适合生产量大、机械化自动化程度高的条件下应用。
与冰铜吹炼转炉相似,回转式阳极炉的炉体横卧在四组托轮上,可在一定的范围内转动,回转阳极炉作业时其转动角度大约130度,为了满足出渣和出铜时炉体角度微量调节的需要,回转炉设置了快速驱动和慢速驱动,炉体转速分别为0.56r/min和0.05r/min,相差十倍。另外考虑到交流停电事故,为了使出铜口和氧化还原口能够离熔体,还要备有事故复位。贵冶阳极炉的事故复位单独采用专门的气动马达,动力源是贮存在气罐中的高压空气。有的厂则把事故复位与慢速驱动合二而一,用小功率的直流电机,电源是蓄电池,这种设计更简明而实用。回转阳极炉的重油燃烧器由重油烧嘴与配风器组成,为方便清打燃烧喷口的粘结物,一般只把配风器固定在端盖上,而重油烧嘴只是套装在配风器中,便于拆卸。
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