熔煉
2013年，中國(guó)精煉銅產(chǎn)量達(dá)到684萬(wàn)t。表3-3所列為中國(guó)主要銅冶煉企業(yè)冶煉工藝及產(chǎn)能等情況。
表3-3 中國(guó)主要銅冶煉廠及其冶煉技術(shù)與產(chǎn)能
中國(guó)銅冶煉工業(yè)呈現(xiàn)廠家眾多、工藝紛繁的特色，如圖3-3所示。目前，我國(guó)應(yīng)用較為廣泛的銅冶煉工藝主要有5種：奧圖泰閃速熔煉—P-S 轉(zhuǎn)爐吹煉、雙閃、TSL(澳斯麥特、艾薩)熔煉—P-S轉(zhuǎn)爐吹煉、富氧底吹熔煉——P-S轉(zhuǎn)爐吹煉、雙側(cè)吹—P-S轉(zhuǎn)爐吹煉。可以預(yù)期，今后新建或改建的煉銅廠也主要是采用這些技術(shù)。
(1)奧圖泰閃速熔煉
1)方法簡(jiǎn)介
奧圖泰閃速爐及其中央擴(kuò)散型精礦噴嘴示意圖分別如圖3-4和圖3-5所示。其爐體分別由反應(yīng)塔(φ7×8)、沉淀池(26×8×2)和直升煙道(d5×10)組成(2010年設(shè)計(jì)日處理4500 t銅精礦閃速爐內(nèi)空尺寸，單位為m)。爐體大量使用銅水套以提高爐襯壽命。圖3-6為奧圖泰閃速熔煉系統(tǒng)示意圖。
圖3-3 我國(guó)主要銅冶煉廠區(qū)位圖
圖3-4 奧圖泰閃速熔煉爐示意圖
圖3-5 奧圖泰閃速爐中央擴(kuò)散型精礦噴嘴示意圖
精礦噴嘴余熱鍋爐品
失重計(jì)量給料系統(tǒng)
靜電收塵器
閃速熔煉爐
圖3-6 奧圖泰閃速熔煉系統(tǒng)示意圖
細(xì)粉狀爐料(精礦、溶劑、煙塵等)混勻干燥(水分小于0.3%)后儲(chǔ)備于爐頂料倉(cāng);爐料與富氧(含080%～90%)空氣，通過(guò)中央擴(kuò)散噴嘴均勻噴灑進(jìn)入反應(yīng)塔內(nèi)，在高溫(反應(yīng)塔溫度1400℃，中央反應(yīng)區(qū)最高1800~2000℃)、富氧條件下發(fā)生熔煉過(guò)程的物理化學(xué)變化，生成銅锍和爐渣熔體;熔體落入沉淀池中，進(jìn)
圖3-5 奧圖泰閃速爐中央擴(kuò)散型精礦噴嘴示意圖
圖3-6 奧圖泰閃速熔煉系統(tǒng)示意圖
細(xì)粉狀爐料(精礦、溶劑、煙塵等)混勻干燥(水分小于0.3%)后儲(chǔ)備于爐頂料倉(cāng);爐料與富氧(含080%～90%)空氣，通過(guò)中央擴(kuò)散噴嘴均勻噴灑進(jìn)入反應(yīng)塔內(nèi)，在高溫(反應(yīng)塔溫度1400℃，中央反應(yīng)區(qū)最高1800~2000℃)、富氧條件下發(fā)生熔煉過(guò)程的物理化學(xué)變化，生成銅锍和爐渣熔體;熔體落入沉淀池中，進(jìn)一步完成造渣和造锍反應(yīng)，并在此利用比重差沉淀分離，爐渣和銅锍間斷排出;爐渣含銅1%~2%，一般采用電爐貧化，也可采用選礦回收;煙氣和煙塵經(jīng)直升煙道進(jìn)入余熱鍋爐、電收塵及煙氣凈化制酸系統(tǒng)。
圖3-7 奧圖泰閃速熔煉過(guò)程控制系統(tǒng)示意圖
圖3-7為奧圖泰閃速熔煉過(guò)程控制系統(tǒng)示意圖。主要控制目標(biāo)為銅锍品位、爐渣成分、渣溫和爐襯的掛渣保護(hù)。銅锍品位采用XRF離線快速分析，通過(guò)控制加入系統(tǒng)的0，量調(diào)節(jié)，其實(shí)質(zhì)是控制料/0，比;爐渣成分也是采用XRF離線分析，通過(guò)控制熔劑加入量調(diào)節(jié);渣溫采用光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量，通過(guò)控制富氧濃度調(diào)節(jié)。爐壁耐火材料侵蝕狀況通過(guò)水套水溫監(jiān)控通過(guò)控制爐渣成分和溫度實(shí)現(xiàn)掛渣。
近20年來(lái)，奧圖泰閃速熔煉技術(shù)朝著“四高”熔煉方向發(fā)展，即高銅锍品位(P-S轉(zhuǎn)爐吹煉：60%~65%;閃速吹煉：68%~74%);高氧濃度，最高可達(dá)88%;高投料量，日本佐賀關(guān)廠2000年1臺(tái)閃速爐產(chǎn)銅45萬(wàn)t，美國(guó)肯尼科特銅公司Garfield煉銅廠日投料量高達(dá)5610 t，國(guó)內(nèi)某公司閃速爐投料量曾短期達(dá)到產(chǎn)銅60萬(wàn)t/a;高熱負(fù)荷，最高達(dá)2300MJ/(m3·h)，從而實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、低污染生產(chǎn)。
表3-4所列為奧圖泰閃速熔煉中元素的分配行為。
2)技術(shù)特點(diǎn)
技術(shù)成熟，裝備及控制水平高，生產(chǎn)能力大，是目前唯一經(jīng)工業(yè)驗(yàn)證單爐滿足年產(chǎn)40萬(wàn)t銅生產(chǎn)的造锍熔煉技術(shù)。
爐子壽命長(zhǎng)達(dá)10～15年。
爐體密封，煙氣量小，煙氣SO，濃度高。余熱及煙塵回收、煙氣凈化和制酸系統(tǒng)投資較小。
能在高富氧、高銅锍品位下操作，實(shí)現(xiàn)完全自熱(取決于富氧濃度及銅精礦成分)熔煉，能耗低。
渣、銅沉淀分離條件較好，渣含銅較低。
與熔池熔煉技術(shù)比較，煙塵率偏高。此外，也不能處理塊狀物料。只能處理干燥(含水小于0.3%)的細(xì)物料(75μm左右)，與熔池熔煉技術(shù)比較，爐料需采用蒸汽干燥機(jī)等干燥。但從能耗角度而言，爐外干燥較爐內(nèi)水分蒸發(fā)有利。
3)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
富氧空氣：常溫，含060%～90%;
銅锍品位：60%～74%;
爐渣m(Fe)/m(SiO)：1～1.5;
爐渣含銅：閃速爐渣1%~2%，電爐貧化后0.5%~1.0%;
反應(yīng)塔熱負(fù)荷：1600~1700MJ/(m3·h)【最高2300MJ/(m3·h)】;
煙氣SO濃度：30%～40%;
煙塵率：4%～8%。
4)國(guó)內(nèi)應(yīng)用廠家及產(chǎn)能
圖3-8為奧圖泰閃速熔煉技術(shù)發(fā)展情況。1946年，芬蘭奧托昆普公司開(kāi)始研發(fā)閃速熔煉技術(shù)。1949年，該公司下屬哈賈瓦爾塔廠由于電力緊張，采用閃速爐取代電爐煉銅，標(biāo)志著奧圖泰閃速熔煉技術(shù)工業(yè)應(yīng)用的成功。1954年，日本古河公司獲得授權(quán)應(yīng)用奧圖泰閃速熔煉技術(shù)煉銅，此后，日本東予、小坂、佐賀關(guān)、玉野等銅廠均采用該技術(shù)。1970年，哈賈瓦爾塔廠閃速爐開(kāi)始應(yīng)用富氧，自此，奧圖泰閃速熔煉開(kāi)始由熱風(fēng)常氧向冷風(fēng)富氧轉(zhuǎn)變，相應(yīng)的噴嘴也由文丘里型4個(gè)噴嘴改進(jìn)為中央擴(kuò)散型單一噴嘴。
圖3-8 奧圖泰閃速熔煉技術(shù)發(fā)展情況
1985年年底，我國(guó)以日本東予廠為樣板，全套引進(jìn)該技術(shù)建成江西銅業(yè)公司貴溪冶煉廠，當(dāng)時(shí)閃速爐產(chǎn)能為年產(chǎn)7萬(wàn)t銅。1978年，閃速爐熔煉低鐵銅精礦直接生產(chǎn)粗銅技術(shù)在波蘭GlogowⅡ廠投入工業(yè)應(yīng)用，此后，又相繼在澳大利亞和贊比亞建成兩座同類工廠。1988年，美國(guó)Magma公司銅廠首次實(shí)現(xiàn)單一噴嘴年處理100萬(wàn)t銅精礦。1995年，美國(guó)肯尼科特銅公司Garfield煉銅廠，為適應(yīng)當(dāng)?shù)貒?yán)格的環(huán)保要求，采用雙閃法技術(shù)取代諾蘭達(dá)爐熔煉—P-S轉(zhuǎn)爐吹煉，肯尼科特-奧圖泰閃速吹煉技術(shù)問(wèn)世。
目前，全球有30余座奧圖泰閃速爐用于銅造锍熔煉和吹煉，該技術(shù)生產(chǎn)的銅，約占總量的50%。圖3-9所示為奧圖泰閃速熔煉技術(shù)全球應(yīng)用情況。
圖3-9 奧圖泰閃速熔煉技術(shù)在全球應(yīng)用情況
奧圖泰閃速熔煉技術(shù)在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用，如表3-5所示。目前，我國(guó)共有11座奧圖泰閃速爐用于煉銅，其中熔煉爐8座，吹煉爐3座，年產(chǎn)能達(dá)到約265萬(wàn)t銅。此外，江西銅業(yè)公司規(guī)劃在山東煙臺(tái)建設(shè)一座大型雙閃法煉銅廠。
表3-5 奧圖泰閃速熔煉技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用情況
5)總體評(píng)價(jià)
奧圖泰閃速熔煉技術(shù)自問(wèn)世以來(lái)，歷經(jīng)60余年發(fā)展，在造锍熔煉方面得到了最廣泛的應(yīng)用，其產(chǎn)量占全球冶煉礦銅產(chǎn)量的50%，在中國(guó)年產(chǎn)能達(dá)265萬(wàn)t銅。其單爐處理低鐵銅精礦一步煉銅、閃速爐連續(xù)吹煉，也已發(fā)展為較為成熟的技術(shù)，正在推廣應(yīng)用中。總體而言，奧圖泰閃速熔煉技術(shù)具有以下特點(diǎn)：技術(shù)成熟。是世界上唯一經(jīng)工業(yè)應(yīng)用證實(shí)，可用于建造單套系統(tǒng)年產(chǎn)40萬(wàn)t銅煉銅廠的技術(shù)。裝備及控制水平高，爐體壽命長(zhǎng)。在減少SO，排放方面，處于領(lǐng)先水平;在節(jié)能方面，也處于先進(jìn)水平。對(duì)銅精礦要求較高，煙塵率偏高，投資稍大，是其不足的方面。
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