（冶金工程专业论文）新型煤基还原剂在回转式阳极炉的应用.pdf

州 ad i s s e r t a t i o ni nm e t a l l u r g i c a le n g i n e e r i n g a p p l i c a n t i o no f n e wc o a l - - b a s e d r e d u c t a t i o nf o rr o t a t i n ga n o d ef u r n a c e b yl iz h o n g s h e n g s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t e p r o f e s s o rc h e nj i a n s h e n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 9 东北大学硕士学位论文 声明 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 = 思。 学位敝作者答名。否毖生 日 凝：知c l 。0 乒弓 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年1 3一年口一年半口两年r l 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期：磊乍夥 _ ， 埘 - 东北大学硕士学位论文 摘要 新型煤基还原剂在回转式阳极炉的应用 摘要 中冶葫芦岛有色金属集团有限公司下属东方铜业有限公司火法精炼过程一直采用 重油为还原剂，采用重油还原生产成本较高，且还原过程中逸冒黑烟造成环境污染。针 对上述问题，公司于2 0 0 5 年设立“在铜冶炼系统阳极炉中使用新型固体煤基还原剂代 替重油 研究课题。 针对使用新型煤基炭质还原剂存在的阳极炉精炼渣熔点高、流动性差、操作中常出 现干渣以及难以实现自动排渣等问题，通过利用冶金热力学及相图理论，本文系统研究 了精炼渣的熔点，探讨了备选添加剂硼砂( n a 2 8 4 0 7 1 0 h 2 0 ) 、石灰( c a o ) 、纯碱( n a 2 c 0 3 ) 、 石英( s i 0 2 ) 对精炼渣熔点、粘度等方面的影响，并基于回转式阳极炉对精炼渣的性能 要求，采用半球点法测定不同添加剂，不同的加入量对精炼渣熔点的影响；通过处理分 析实验数据，从而初步选择合适的添加剂，得到了低熔点、低粘度、密度和表面张力适 宜的精炼渣型。其主要成分为：c a o ：6 5 9 - - 8 2 6 ；s i2 - 2 5 6 4 - 2 9 8 2 ，a 1 2 0 3 ： 6 6 1 9 4 2 ，f e o - 2 6 9 4 - - 3 5 7 6 ；熔点为1 1 0 9 1 1 4 6 。 进行生产实践，确定所选渣型合理。同时对新型煤基还原剂中灰分、挥发分、及带 入的硫对其对精炼渣及阳极板质量的影响进行分析探讨，确定两种新型煤基还原剂的主 要成分。 采用新型煤基还原剂与采用重油还原相对比，使用新型煤基炭质固体还原剂，烟气 黑度达到国家排放标准( 林格曼级 s i 3 0 1 0 8 。；当所有离子的结构类型都存在时，线形链的离子 分数是几何级数排列的；s i 0 4 4 。、s i 2 0 7 6 、s i 3 0 1 0 8 等的离子分数随组成而变化，分别在 组成为m 2 s i 0 4 、m 3 s i 0 7 、m 4 s i 3 0 i o 等处出现最大值：阳离子影响着阴离子的分布。 r s c h u h m a n n ，j r l 2 6 】等研究f e o f e 2 0 3 s i 0 2 三元系1 3 0 0 等温截面相平衡图得出， 炉渣中f e 3 0 4 含量升高，熔融温度相应升高，增加s i 0 2 或f e o 熔融温度也相应升高。 尹周澜【2 7 】等的研究表明：在m 2 s i 0 4 类型的矿物中，由于阳离子m 2 + 对硅氧四面体 骨架的影响程度不同，导致硅酸盐矿物的熔点、导电性不同。m 2 + 上净电荷大者，即m 2 + 与s i 0 4 4 。间离子键强者，矿物熔点高，熔融状态电离度大，导电性强。 1 5 2 采用煤基固体还原剂的相关研究 张建昆、王勇【2 8 】等研究了回转式阳极炉燃煤工艺技术条件，对新型煤基固体还原剂 在使用中的渣型、设备、喷吹条件进行了研究，实现了工业化生产。 陈雯、刘中华【2 9 】等对新型煤基固体还原剂制备进行了研究，筛选出高反应活性的褐 煤作为还原剂制备材料，代替木炭作为还原剂用于粗铜火法精炼系统还原，并对产品的 性能进行分析。 王猛【3 0 1 对新型煤基固体还原剂在反射炉上的应用进行了研究实践，给出了新型煤基 固体还原剂的成分要求、使用设备及操作工艺技术条件。 熊振昆、张建坤【3 i 】等对新型煤基固体还原剂的使用设备进行了设计改造，开发出固 体还原剂l v 自动喷吹系统，该系统可实现还原操作的自动化，同时实现远距离输送和 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 喷吹，具有自动、高效、安全、环保、集约的特点。 王前、沈强华等3 2 1 开发出以褐煤半焦与无烟煤按一定配比得到的新型还原剂，给出了新型固体 还原剂的主要成分指标，并对氧化、还原渣样进行了分析比较。新型固体还原剂主要成分指标见表 1 5 。 表1 5 新型固体还原剂主要成分指标 t a b l e1 5s t a p l ei n d e x o fn e wm o d e ls o l i dr e d u c e r 由铜精炼渣和新型煤基固体还原剂的研究现状表明，国内外主要考查各种添加剂对 精炼渣的影响，以降低铜精炼渣的熔点及粘度；采用新型煤基固体还原剂代替重油用于 回转式阳极炉铜火法精炼，对还原剂成分的确定、新型还原剂对渣型的影响、渣型的选 择、使用设备尚处在研究开发、改进阶段，有必要对使用新型煤基固体还原剂过程中出 现的问题进行深入系统的研究，使新型煤基固体还原剂主要成分指标达到最佳，最经济， 精炼渣流动性好，渣含铜降低，生产中完全实现排渣。 1 6 葫芦岛东方铜业公司铜精炼现状 葫芦岛东方铜业有限公司现有2 台1 2 0 t 回转式精炼炉，以前在生产中，使用重油进 行还原作业时，由于重油在高温下发生裂解，产生大量黑烟从炉口及炉尾“s 管道处 冒出，形成低空烟害，严重污染环境，并对操作工人的健康造成不利影响。自从使用新 型煤基还原剂替代重油进行阳极铜还原作业以来，取得非常好的效果，既解决了环保问 题，又降低了成本费用。但是在操作中，使用新型固体煤基还原剂存在以下问题： ( 1 ) 新型煤基还原剂成分较复杂，使精炼渣熔点升高，黏度变大，并且精炼渣量增加， 造成生产中有时出现干渣，生产工艺难以稳定，回转式阳极炉出现自动排渣困难。 ( 2 ) 新型煤基还原剂成分中灰分、挥发分、含硫等杂质含量，以及加入添加剂种类和 加入量，影响铜精炼渣的性质；这直接涉及回转式阳极炉的生产、阳极板的质量 和火法精炼阶段铜的直产率。 ( 3 ) 使用新型固体煤基还原剂，存在着固体还原剂的输送、喷吹装置与回转式阳极炉 的连接问题。 1 7 回转式阳极炉对精炼渣的性能要求及研究思路 回转炉的氧化、还原、出渣方式与固定式阳极炉完全不同，由于不受人工扒渣、 人工插管的限制，一般氧化过程结束后进行放渣。放渣时，把炉口转下，使炉口下沿与 - 1 7 - 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 熔体面相平，在鼓风作用下，浮在表面的炉渣被推涌到炉口而自行流下来。因为由于受 原料成分的限制，煤基还原剂的渣量较大并且有时会出现干渣，生产中需要人工补充扒 渣，生产工艺难以稳定。为了充分体现回转式阳极炉自动排渣的特点，必须保证精炼渣 具有较好的流动性；其次要保证炉口下沿的平整。为此必须调节好渣成分，要具有良好 的熔解、吸收夹杂物能力，且吸收夹杂物后物理性能保持稳定。如果所用渣系的组成不 在低共熔点，凝固成的渣皮成份与熔渣成份不同，这样，随着冶炼的进行，渣皮不断形 成，熔渣成份将不断变化，使工艺参数难以稳定。但实际生产中所使用的渣系，并不完 全遵循上述选择渣系的原则，其原因主要是： ( 1 ) 从冶炼效果考虑，组份含量的选择还应顾及渣系的碱度和化学稳定性等要求； ( 2 ) 生产过程中，由于冶炼时间而引起组份之间的化学反应，亦会使熔渣组成在一定 范围内发生变化； ( 3 ) 即使处在共晶成份的熔渣，由于渣皮形成属于非平衡凝固过程，亦可能发生组元 偏析，使凝固出的渣皮成份与熔渣成份不同。 为了照顾其它性能，熔渣成份只能选择靠近低共熔点组成的某一范围之内。依据冶 金热力学和相图理论。以f e o s i 0 2 c a o 三元系相图为基础找出低熔点的共晶点的合理 渣型。具体做法是通过改变熔渣成分配比或加入添加剂与熔渣组元生成低熔点物质，或 者是固熔体，或者是渣型成分达到共晶点来降低熔渣的熔点，从而优化出熔点低、流动 性好、经济环保的合理渣型，然后用优选出来的精炼渣型进行工业实验，确定最终渣型。 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 图1 5f e o s i 0 2 - c a o 渣系相图h 8 】 f i g1 5f e o s i o z - c a os y s t e mp h a s ed i a g r a m 4 8 1 1 8 论文的主要研究内容 本论文基于当前正在研发并逐步走向成熟的新型煤基固体还原剂用于铜精炼还原 阶段代替重油优越性，重点对几种备选添加剂对铜精炼渣的熔点、粘度、密度和表面张 力的影响进行实验研究，并对当前正在使用的新型煤基固体还原剂的主要成分指标进行 分析，通过生产实践研究了其对精炼渣和阳极板质量的影响；使用新型煤基固体还原剂 与使用重油还原相比，其环境效益和经济效益进行了分析总结。 论文具体内容如下： ( 1 ) 论述了选题的背景和研究的意义，介绍了铜火法精炼的工艺流程和使用设备及反 应的原理，阐述了熔融炉渣的性质；归纳了回转式阳极炉对精炼渣的性能要求，提出本 课题的研究方法。 ( 2 ) 分析确定了新型固体煤基还原剂的主要成分，研究了其主要成分在还原反