铜闪速熔炼的发展1104.ppt

铜精矿闪速熔炼工艺进展,一、闪速熔炼的发展概述,二、闪速炼铜的工艺过程,三、闪速熔炼的发展成就,四、主要熔炼工艺的技术对比,六、贵冶闪速炼铜的发展历程,五、闪速熔炼的未来发展前景,闪速熔炼的发源地芬兰奥托昆普公司（奥图泰）,奥托昆普研究中心所取得的主要成果历程如下：1949年，在芬兰Harjavalta建成第一座铜闪速炉工厂；1954年，第一次向日本古河矿业公司转让闪速熔炼许可证；1959年，在芬兰Harjavalta建成第一台镍闪速炉；1962年，在芬兰Kokkola建成处理黄铁矿生产元素硫的闪速炉；1969年，向博茨瓦纳转让闪速熔炼许可证，用于镍熔炼，同时回收元素硫；1971年，富氧技术用于芬兰Harjavalta铜熔炼闪速炉和镍熔炼闪速炉；1978年，在波兰Glogow建成用于直接生产粗铜的闪速炉；1982年，研究成功铅熔炼闪速炉；1984年，研究成功闪速吹炼技术；1995年，在美国KennecottUtah冶炼厂建成第一座闪速吹炼炉。,自从1949年芬兰第一座奥托昆普闪速炉诞生以来，闪速熔炼已经历60多年的历史，至今得到了巨大的发展，已成为铜和镍冶炼最有发展前景的生产工艺。,据统计：目前全世界火法炼铜的工厂约110家，其中采用闪速熔炼的工厂占40多家，产铜量占总量的50%以上，在近代铜冶炼中，闪速熔炼法占主导地位。,2011年世界铜冶炼产能前18位冶炼厂,一、闪速熔炼的发展概述,二、闪速炼铜的工艺过程,三、闪速熔炼的发展成就,四、主要熔炼工艺的技术对比,六、贵冶闪速炼铜的发展历程,五、闪速熔炼的未来发展前景,目前世界上80%的铜是用火法冶炼生产出来的，特别是硫化铜矿，基本上全用火法处理。,火法炼铜工艺流程主要包括熔炼、吹炼、火法精炼和电解精炼等工序。熔炼主要是造冰铜熔炼，目的是使铜精矿部分铁氧化，造渣除去，产出含铜较高的冰铜。吹炼进一步氧化、造渣脱除冰铜中的铁和硫，生产粗铜。精炼分火法精炼和电解精炼，火法精炼是通过氧化造渣进一步脱除杂质元素，生产阳极铜。电解精炼是通过引入直流电，阳极铜溶解，在阴极析出纯铜，杂质进入阳极泥或电解液，从而实现铜和杂质的分离，产出阴极铜。,火法炼铜的主要工艺流程,闪速熔炼将焙烧、熔炼和部分吹炼过程在一个设备内结合进行，其炉体由反应塔、沉淀池和上升烟道三部分组成。,闪速熔炼工艺是将干燥后的原料（含水0.3%）经精矿喷嘴与富氧空气充分混合后喷入闪速炉，在高温反应塔内进行热离解和氧化反应，生成的冰铜和炉渣在沉淀池内分离，烟气经余热回收和电收尘收尘后送硫酸制酸。,一、闪速熔炼的发展概述,二、闪速炼铜的工艺过程,三、闪速熔炼的发展成就,四、主要熔炼工艺的技术对比,六、贵冶闪速炼铜的发展历程,五、闪速熔炼的未来发展前景,20世纪80年代以后新建的闪速炉及旧闪速炉的改造，基本上走着一条共同的道路，即高生产能力，高铜锍品位，高富氧浓度及高热负荷。,3.1闪速熔炼的“四高”发展,高生产能力即更大的生产规模，并不意味着炉体尺寸的扩大，而基本是取决于精矿喷嘴的优化，也就是入炉精矿燃烧的更有效化。富氧技术无论现在和将来都是闪速炉熔炼中最重要的特点。几乎所有的闪速炉都使用富氧，而且使用富氧的浓度无一例外地逐年上升。关于铜锍品位，理论上讲，闪速炉可生产任意品位的铜锍。由于使用了富氧，在高投料量和高铜锍品位作业条件下，大幅地提升了反应塔的热负荷，这在客观上将对提高炉子寿命不利。解决这一问题的应对措施有：改善精矿喷嘴性能，提高操作技术水平，提高炉体冷却元件的功能。,传统闪速炉是采用回转窑、鼠笼和气流干燥管来完成精矿的干燥。芬兰的奥托昆普公司成功地将挪威食品公司的蒸汽干燥设备移植到铜精矿的干燥。目前贵冶一系统回旋式蒸汽干燥机处理能力为220t/h，为目前国际上能力最大的蒸汽干燥机，该蒸汽干燥机将余热锅炉产生的高压饱和蒸汽（4.2Mpa）直接用于透平发电，然后将背压排出的1.3Mpa饱和蒸气用于铜精矿干燥，多余的蒸气减压后并入低压管网，用于生产、生活。,3.2闪速炉熔炼发展的新技术新设备,精矿蒸汽干燥,蒸汽干燥机系统取代了传统的三段气流干燥法，使用低品位级的冶炼余热蒸汽，大幅减轻了环境污染，节能减排，实现能源利用的最大化，该设备堪称为环保节能的绿色设备。,当前干矿输送普遍采用正压仓泵输送，其输送压力达到了500KPa，因铜精矿中混有熔剂石英沙，对管道和设备磨损非常严重，精矿容量出现泄漏现象，带来环境污染和铜精矿的流失。,干矿的气流输送,贵冶一系统把空气提升机与风动溜槽系统组合起来，用于输送干矿，在铜冶炼行业为首创。空气提升机系统的输送压力为40KPa，用于垂直输送干矿，输送高度达51米，风动溜槽内的风压为8.5KPa，用于水平输送干矿，输送距离约50米，这样的组合输送物料方式虽然投资大，但由于输送压力特别小，磨损程度低，设备使用寿命非常长，日常维护和检修成本极低，不容量出现铜精矿泄漏现象。,闪速炉的给料速率是稳定闪速炉生产的重要参数。过去曾采用控制下料刮板机或下料螺旋机转速的手段来控制闪速炉的给料速率。但这种方法相当粗糙。后来采用风根秤或核子秤进行计量下料，但干扰因素也很多，造成给料不准。,闪速给料计量装置,芬兰奥托昆普公司将食品工业的失重计量装置移植到闪速炉给料速率计量上。该方法计量准确可靠，误差小于1%。,1995年至2005年期间，新建或改造的闪速熔炼给料计量系统都采用了单螺旋给料器，其配套的都是相对较小的失重仓，失重给料螺旋最大的问题是失重仓在加料后，给料量会大幅波动，出现峰值。,如今采用双螺旋给料器，其输送能力更大，配套的失重仓容积相应加大，失重仓排料时间更长，最小化了螺旋给料失控量（流态化）。,闪速熔炼是一种强化熔炼工艺，其精矿喷嘴的性能直接左右着闪速熔炼的发展和进程。在闪速炉精矿喷嘴的研制发展方面，经历了革命性的变化，对于基本同一大小的炉体，仅仅由于精矿喷嘴的优化，已可使闪速炉的生产能力提高为原来的34倍！,新型精矿喷嘴,贵冶闪速熔炼精矿喷嘴的应用，一直走在世界的前沿，其精矿喷嘴的革新历程基本上可代表精矿喷嘴的发展史。,贵冶精矿喷嘴革新历程与参数对比,贵冶一期工程使用的四个文丘里型精矿喷嘴,文丘里型精矿喷嘴,1998年，贵冶二期工程对精矿喷嘴进行了更新，双环式中央精矿喷嘴取代了原来的4支文丘里型精矿喷嘴，精矿处理能力达到了160t/h。,贵冶双环形精矿喷嘴,1992年西班牙韦尔瓦冶炼厂开发出来了一种带调风锥的中央喷射扩散型精矿喷嘴，1995年同奥托昆普公司一起申请了该项专利，最早的工业应用是在1998年。,2002年，贵冶在闪速炉三期改造中，采用了这种无级调速带调风锥的中央喷嘴，设计精矿处理能力为200t/h。,带调风锥的中央喷射精矿喷嘴,分散角,最新的中央喷射扩散型喷嘴是带中央油枪和调风锥的精矿喷嘴。2005年夏，波立登哈亚瓦尔塔冶炼厂安装了这种新型的精矿喷嘴，2007年贵冶新30万吨铜工程也采用这种精矿喷嘴，设计处理精矿能力160t/h。,近年来，奥图泰对精矿喷咀参数和外型结构又进行了一些优化，其中一些技术仍在调研阶段或在初步测试之中，但有一些已应用于生产。,1）新精矿喷咀给料能力提升到350t/h。2）外围的座式水套：采用连续浇铸技术取代传统砂模浇铸，冷却效果更好，安装更简单。座式水套由4个清理孔更新为8个更大的清理孔，使精矿喷咀粘结清理更容易。3）涡流工艺风：工艺风在空气室内形成涡流，使精矿燃烧反应更稳定，同时延长了精矿在反应塔内的下落滞留时间。,4）自动清理粘结系统：配套了自动清理座式水套粘结的机械装置。5）优化了精矿喷咀入料：为确保干矿在精矿喷咀分散锥周围分布均匀，从设计方面对物料分流系统作了许多改进。,近年来，奥图泰建立了炉体冷却水系统的智能监控系统，能自动跟踪监视冷却水回路温度，建立成交互式、图像化的监控界面,一、闪速熔炼的发展概述,二、闪速炼铜的工艺过程,三、闪速熔炼的发展成就,四、主要熔炼工艺的技术对比,六、贵冶闪速炼铜的发展历程,五、闪速熔炼的未来发展前景,据统计：目前全世界有各类闪速熔炼炉60多座，其产铜量占总量的50%以上。中国目前采用闪速熔炼的工厂有贵溪冶炼厂、金隆公司、祥光铜业、紫金矿业、铜陵金冠铜业、金川防尘港镍铜冶炼项目。,火法炼铜过程中的第一步造锍熔炼过程是最重要的，造锍熔炼分为二大类：闪速熔炼和熔池熔炼。,闪速熔炼能充分利用原料中硫化物的反应热，富氧浓度高达80%，可实现自热熔炼；能充分利用精矿的反应表面积，强化熔炼过程，生产效率高，单台闪速炉最大铜产量已超过40万t/a；可一步脱硫到任意程度，总硫利用率高，烟气中SO2浓度高，利于制酸，对环境污染少；炉寿命长，冷修周期达到了十年以上，同时实现了计算机在线控制，劳动条件较好。,因为要设置精矿深度干燥装置、闪速炉需安装大量铜水套等原因，当设计规模低于20万t时，吨铜建设投资偏高，同时烟尘率较高，约7%左右，排烟系统的设备易粘结烟灰。,熔池熔炼是通过喷枪将参与反应的富氧空气吹入或吹向熔体，根据喷嘴吹入富氧空气的方位，熔池熔炼分为侧吹、顶吹和底吹。,侧吹技术如60年代加拿大诺兰达公司开发的诺兰达炉，智利的特尼恩特炉和中国的富氧双侧吹炉。,顶吹技术如70年代日本三菱公司开发的三菱连续炼铜法，80年代澳大利亚艾萨和奥氏麦特炼铜法。,底吹技术如湖南水口山炼铜法。,诺兰达侧吹炉是一个可转动的水平圆筒形反应炉，首台诺兰达炉于1973年在霍恩冶炼厂建成投产。采用富氧熔炼，日处理精矿量目前达到了2000t/d以上。,缺点：炉衬寿命不及有水冷的砌体长，修炉一次，仅连续生产400d左右，需要高压风机，动力消耗大，同时由于炉体是可转动时，炉口和烟罩的接口处难以密合，系统漏风较大，烟气量较大。,优点：对原料的适应性比较大，既可以处理高硫精矿，也可以处理低硫含铜物料，甚至氧化矿；既可以处理粉矿，又可以处理块料；流程简单。,特尼恩特侧吹炉,缺点：富氧双侧吹炉比较适宜于中小规模的工厂，目前国内设计规模最大的为浙江和鼎铜业的金峰炉，其设计年产阴极铜为10万，同时炉衬寿命远远不及闪速炉（闪速炉冷修周期一般为10年），仅连续生产二年左右，需要高压风机，动力消耗大。,优点：原料适应性强，含水小于10%的物料可直接入炉，烟尘发生率低（1.0%2.0%），炉子构造简单，建设投资省，10万吨富氧侧吹炉系统设备投资（1台富氧侧吹炉和1台沉降电炉）约4000万元。,富氧双侧吹炉双侧吹炉为固定式长方形炉子，送风口全开情况下，炉内全部为反应区，炉体主要依靠水套的强制冷却来保护炉衬。国内使用双侧吹炉的主要厂家还有金峰铜业有限公司，康西铜业以及和鼎铜业等。,缺点：精矿一般需要制粒，以减少烟尘率，不能完全自热，配煤率5%，且喷枪插在渣层有形成泡沫渣的可能，炉子喷枪及耐火材料寿命短，喷枪寿命1015天，最主要的缺点是必需配沉降电炉，Fe/SiO2低（1.11.3），渣量大。,优点：原料预处理简单，不需要深度干燥、原料适应性强、炉体简单，占地面积小，相对闪速熔炼投资相对较省。,顶吹熔炼法（ISA法和Ausmelt法）起源于澳大利亚，近10年来发展较快，全世界已建或在建的已超过40家，一般年产规模1030万t铜。在我国采用ISA法炼铜工艺的工厂有云南铜业集团冶炼总厂、楚雄冶炼厂和四川会理昆鹏铜业，采用Ausmelt的有中条山候马冶炼厂、铜陵金昌冶炼厂、内蒙古金剑铜业和湖北大冶冶炼厂。,大冶澳斯麦特熔炼炉,缺点：三菱法要求各炉间必须协调运行才能连续作业，若其中任何一炉出现故障，则另两炉的作业将受到影响。,三菱炼铜法起源于日本，1974年在直岛冶炼厂首次投入应用，目前在其他国家也有几家采用，如韩国翁山、印尼Gresik和澳大利亚Kembla港炼铜厂。它是一种连续炼铜法，用溜槽将三座不同氧势的炉子（熔炼炉、贫化电炉、吹炼炉）串联起来对铜精矿逐一进行熔炼、炉渣贫化和吹炼的作业，生产出粗铜，规模在2025万t比较合适。,优点：由于生产过程是连续的，设备投资可大幅降低，操作简单，无出渣出铜操作。,缺点：生产规模相对较小，需要高压风机，动力消耗大。,优点：原料适应性强、精矿不用干燥、富氧浓度高、烟尘率低、投资省等优点，特别是富氧空气直接送到铜锍层反应，不宜形成泡沫渣，安全性高。,底吹熔炼法最早也称水口山炼铜法，是具有中国知识产权的一种炼铜工艺，其工业化应用最早在2001年越南老街冶炼厂，规模为1万t/a电铜，应用最成熟的是在山东东营方圆冶炼厂，已达到了10万t/a粗铜的规模。,主要熔炼工艺技术参数对比,一、闪速熔炼的发展概述,二、闪速炼铜的工艺过程,三、闪速熔炼的发展成就,四、主要熔炼工艺的技术对比,六、贵冶闪速炼铜的发展历程,五、闪速熔炼的未来发展前景,闪速熔炼已走过60多年历史了。它之所以演变为当今最有竞争力的冶炼工艺，是因其自身的优势和特点及其在前进道路上的不断优化和创新发展，使得它在面临生产成本和环境保护更严峻的挑战方面，始终保持优先地位。这从下面几个简单数字即可证明：世界年产矿铜的50%以上是闪速熔炼完成的铜精矿品位可以从12%到56%，产出的锍品位可以从45%到78%单台闪速炉的冶炼能力可达450Kt/a（佐贺关冶炼厂）有2台闪速炉直接生产粗铜（波兰的Glogow第二冶炼厂和澳大利亚的奥林匹克坝冶炼厂）闪速冶炼厂的硫回收率从当初的95%已提高到99.9%排放尾气含SO2浓度仅数个ppm。,同传统的P-S转炉相比，闪速吹炼炉可以连续的作业，同时将熔炼和吹炼生产在时间上和空间上分开，没有直接的关联，具有生产能力大、工艺技术先进、环保好、自动化程度高、烟气二氧化硫浓度高且稳定等优点，具有良好的推广应用价值，尤其适于新建大型铜冶炼厂和对环保要求非常严格的炼铜工厂改造。已经有专家预测，闪速吹炼工艺势将完全取代P-S转炉吹炼工艺。,随着国内外对环保要求越来越严，“双闪”技术（闪速熔炼+闪速吹炼）的应用越来越广。1995年“双闪”首次在美国肯尼科特犹它冶炼厂应用，2007年山东祥光铜业建起第二台“双闪”，目前我国在建或计划建设的“双闪”有铜陵金冠铜业、金川防尘港镍铜冶炼项目和烟台鹏晖铜业节能减排搬迁改造工程。,双闪工艺流程图,闪速熔炼和闪速吹炼虽然开辟了冶炼行业的新纪元，但是用一台闪速炉直接生产粗铜的工艺才是最经济、最理想的方法，因此，一种更大胆的设想出现了：一台闪速炉有2个反应塔，一个用来将精矿熔炼成铜锍，另一个用来把铜锍和高品位铜精矿熔炼成粗铜。由于含SO2烟气的循环，熔炼过程使用纯氧。反应塔的直径和高度变小了。所需的耐火材料和冷却设备也少了，热的损失也少了。料仓建在平地上，其他建筑的高度也低很多。投资费用和运行费用减少了。,未来闪速熔炼工艺流程图,一、闪速熔炼的发展概述,二、闪速炼铜的工艺过程,三、闪速熔炼的发展成就,四、主要熔炼工艺的技术对比,六、贵冶闪速炼铜的发展历程,五、闪速熔炼的未来发展前景,贵冶始建于1979年，经历了四个主要建设发展阶段：一期工程为国家“六五”期间22个成套引进项目之一，是我国第一座采用闪速熔炼技术的铜冶炼厂，总投资7.2亿元。1985年12月投料试生产，阴极铜产能79万吨/年，硫酸34万吨/年，标志着中国铜冶炼技术跨越了历史断层。二期工程为国家重点建设项目，1995年开工，1999年建成，总投资16亿元，阴极铜产能达到了20万吨/年，硫酸72万吨/年。三期工程为国家国债项目重点建设工程。2001年开工，2003年建成投产，总投资15亿元，阴极铜产能达到了40万吨/年，硫酸101万吨/年。30万吨铜冶炼工程为江西省重点建设工程，总投资34.8亿元。2005年12月开工，2007年8月1日建成投产，阴极铜总产能达到了70万吨/年，硫酸170万吨/年。2009年，工厂完成电解东扩、卡尔多炉等工程建设后，形成了阴极铜总产能90万吨/年的规模。2011年，通过技术升级、深挖内潜，成功实施了二系统对接改造工程，贵冶阴极铜产能规模突破了百万吨大关。,贵冶闪速炼铜技改历程,贵冶自1985年12月建成投产以后，短短几年内，国际上闪速炉炼铜技术又有了长足的进步，因此，要使贵冶紧跟世界一流工厂的步伐,就须对一期工程进行技改完善。技改包括以下内容：富氧挖潜1990年制氧系统建成，7月正式向闪速炉供氧，开始了富氧熔炼的历程。自动化控制系统升级利用1994年闪速炉首次冷修时机，将闪速炉中央仪表控制室内原来的EK系列控制仪表和HOC900计算机系统改进为DCS集散型控制系统。,自主完善的一期工程,科技创新的二期工程,经过多番论证，贵冶将原定的“二炉翻版扩建”方案改为“一炉技改挖潜”，按“单炉改造，分步实施，分期投产”的战略规划实现二期目标。,“两炉一机”工程1996年新增两台容量为350吨/炉的阳极炉和一台浇铸能力为85吨/小时的双包圆盘浇铸系统。,二期一步工程闪速炉改造是二期的核心部分，主要内容是由奥托昆普公司开发的单一中央扩散式的喷嘴取代原有的四个文丘里型精矿喷嘴，失重计量螺旋给料系统取代冲击式计量埋刮板机给料系统，同时为适应高热强度的精矿熔炼，对闪速炉炉体冷却系统进行了改造。1998年2月，二期一步改造工程结束，闪速炉开始采用“四高”（高富氧浓度、高冰铜品位、高热强率、高投料量）冶炼新技术，同时闪速炉实现了自热熔炼。,科技创新的二期工程,1999年11月25日，被列为国家“九五”重点改造项目的贵冶二期工程全面竣工，2000年阴极铜产量达到了19.36万吨，在一台闪速炉上实现了两台炉子的梦想，整体工艺技术水平跻身世界炼铜工厂15强。,二期二步工程1999年10月10日，闪速炉停炉进行了二期二步对接工程，其主要内容有：新建了一套能力为70t/h的蒸汽干燥系统。贫化电炉进行扩容，形成了二套独立的电极控制系统。转炉进行了