《铜冶炼工艺介绍》PPT课件

2016年3月11日 铜冶炼工艺介绍 讲述内容 金属分类金属铜的基本用途炼铜原料概述铜精矿冶炼方法概述当今铜精矿火法冶金工艺技术介绍青海铜业富氧底吹连续吹炼工艺解读结束 3 一 金属分类 有色金属 是指铁 铬 锰以外的金属 64种 重金属一般指比重大于5 0的金属 包括铜 铅 锌 镍 锡等十多种金属 4 1 金属铜的物理性质 铜是一种化学元素 它的化学符号是Cu 它的原子序数是29 是一种过渡金属 铜呈紫红色光泽的金属 密度8 92克 立方厘米 熔点1083 4 0 2 沸点2567 常见化合价 1和 2 电离能7 726电子伏特 铜是人类发现最早的金属之一 最好的纯金属之一 稍硬 极坚韧 耐磨损 还有很好的延展性 导热和导电性能较好 铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力 在干燥的空气里很稳定 但在潮湿的空气里在其表面可以生成一层绿色的碱式碳酸铜Cu2 OH 2CO3 这叫铜绿 可溶于硝酸和热浓硫酸 略溶于盐酸 容易被碱侵蚀 2 铜的基本用途 在有色金属中 铜的产量和耗用量仅次于铝 居第二位 在电器 输电和电子工业中用量最大 据统计 世界上生产的铜 近一半消耗在电器工业中 军事上用铜制造各种子弹 炮弹 舰艇冷凝管和热交换器以及各咱仪表的弹性元件等 还可用来制作轴承 轴瓦 油管 阀门 泵体 以及高压蒸汽设备 医疗器械 光学仪器 装饰材料及金属艺术品和各种日用器具等 6 铜及铜合金在电气 机械制造行业 航空及军工业的应用 三 炼铜原料概述 炼铜原料概述生产电解铜 阴极铜 的原料分为铜精矿和废杂铜 用铜精矿和废杂铜生产电解铜的比例约为7 3 铜精矿依然是当今生产电解铜的主要原料 铜精矿 在自然界中自然铜的含量极少 一般都以金属共生矿的形态存在 铜矿石中常伴生有多种重金属和稀有金属 如金 银 砷 锑 铋 硒 铅 钴 镍 钼等 根据铜化合物的性质 铜矿物可分为自然铜 硫化矿和氧化矿三种类型 主要以硫化矿和氧化矿 特别是硫化矿分布最广 目前电解铜的90 左右来自硫化矿 金银等贵金属常和铜共生 铜矿石经采矿和选矿富集获得铜精矿 含铜13 30 铜的主要矿物 铜的主要矿物 四 铜精矿冶炼方法概述 铜冶金方法是指由铜精矿获取金属铜 火精铜或电解铜 所采取的工艺技术途径和手段 铜精矿生产电解铜的冶炼方法分为两大类 火法冶金和湿法冶金 目前精炼铜产量的85 以上是用火法冶金从硫化铜精矿和再生铜中回收的 火法冶金是指在高温下应用冶金炉把铜精矿中的大量脉石分离开 脱除各种杂质元素 提取纯金属铜的方法 火法炼铜工艺一般都分为三段 第一段是造锍熔炼 由铜精矿炼成含铜40 75 的铜锍 或称冰铜 第二段是将铜锍炼成含铜98 以上的粗铜 第三段是将粗铜精炼成阳极铜 火法熔炼步骤 熔炼 主要是造锍熔炼 其目的是铜精矿中的部分铁和其他金属氧化 并与脉石和熔剂等造渣除去 产出适合吹炼所需要的冰铜 吹炼 目的是进一步脱除冰铜中的硫 铁等杂质 回收精矿中的硫 获取粗铜 火法精炼 是利用杂质对氧的亲和力大于铜 而其又不溶于铜液等性质 通过氧化造渣或挥发除去 获得纯度较高的阳极铜 现代铜精矿冶金的通常步骤和工艺流程如下 步骤 铜精矿 含铜13 30 冰铜 含铜40 75 粗铜 含铜98 5 阳极铜 含铜99 5 电解铜 含铜为99 99 工艺流程 铜精矿 熔炼 铜锍 吹炼 粗铜 火法精炼 阳极铜 电解精炼 阴极铜 原则流程图 五 当今铜精矿火法冶金技术概述 当今火法冶金技术正朝着 短流程连续炼铜 高富氧 底能耗 高效率 低碳冶金 清洁生产 自动化 信息化 智能化方向发展 硫化铜精矿火法工艺简介 炼铜工艺 炼铜工艺分类 现代火法炼铜工艺从大的方面可分为两类 即漂浮熔炼和熔池熔炼 漂浮状态熔炼是将几乎彻底干燥的精矿与空气或富氧空气一起喷入炉子空间 使硫化物在漂浮状态下进行氧化反应 可充分利用粉状物料的巨大表面积 加速完成初步造锍和造渣过程 此法熔炼强度大 设备能力大 节能 产出的烟气SO2浓度高 工业上已经应用的有闪速熔炼法 基夫赛特法等 闪速熔炼工艺 奥托昆普闪速熔炼是采用富氧空气或723 1273K的热风作为氧化气体 在反应塔顶部设置了下喷型精矿喷嘴 干燥的精矿和熔剂与富氧空气或热风高速喷入反应塔内 在塔内呈悬浮状态 物料在向下运动过程中 与气流中的氧发生氧化反应 放出大量的热 使反应塔中的温度维持在1673K以上 在高温下物料迅速反应 2 3s 产生的熔体沉降到沉淀池内 完成造冰铜和造渣反应 并进行澄清分离 闪速熔炼的特点 闪速熔炼的突出优点 1 能耗低 反应所需的热量 大部分或全部来自硫化物本身的强烈氧化放出的热 2 烟气量小 有利于制酸 3 生产速度高 大型的50 60t m2 d4 环境保护好 闪速熔炼主要缺点 1 反应区氧位高 渣含Fe3O4及渣含铜高 炉渣必须贫化 2 烟尘量大 闪速熔炼流程图 诺兰达炉流程图 奥斯麦特流程图 双闪工艺流程图 再生铜的流程图 六 我公司富氧底吹连续吹炼工艺解读 底吹炼铜法是具有中国知识产权的一种炼铜工艺 采用一个卧式的转炉 通过底部的氧枪将富氧空气吹入炉内 进行强化熔炼 富氧浓度达75 实现完全自热熔炼 不用配煤 从投产后运营的情况来看 底吹炼铜法在工艺上有着突出的特点 原料适应性强 备料简单 精矿不用干燥和制粒 富氧浓度高 炉体热损失少 炉体无铜水套 熔池反应速度快 氧枪寿命长 易操作 烟尘率低 环保条件好和投资省等 特别是富氧空气直接送到铜锍层反应 不易形成泡沫渣 安全性高 单炉完成铜锍和渣的分离 不需设沉降电炉 Fe SiO2高 1 8 2 0 渣量少 熔炼渣经渣选矿 渣尾矿含Cu 0 35 铜回收高 98 5 同时底吹熔炼还具有脱除杂质高 贵金属富集率高等优点 工艺流程总述 我公司火法冶炼工艺采用富氧底吹造锍熔炼 铜锍底吹吹炼 粗铜回转式阳极炉精炼工艺 工艺过程为湿精矿加入氧气底吹熔炼炉自热熔炼产出72 的铜锍 经冷却破碎后的铜锍由加料系统加入到吹炼炉中吹炼成粗铜 液态粗铜加入到回转式阳极炉精炼并浇铸产出阳极送电解精炼 主要设备有 4 8 20m氧气底吹炉一台 4 4 20m底吹连续吹炼炉1台 4 0 12 5m阳极炉2台 液态熔炼渣和液态转炉渣送缓冷渣场缓冷后送炉渣选矿车间用浮选法回收铜 产出的渣精矿返回熔炼炉 渣尾矿外卖 熔炼炉和吹炼炉产出的高温烟气经余热锅炉回收余热 产生的蒸汽用于发电 再经电收尘器收尘后送硫酸车间制酸 阳极炉氧化期烟气经降温除尘后送制酸系统 还原期含二氧化硫很少 经降温除尘后和全厂环保通风的气体一起进行脱硫 脱硫装置采用活性焦脱硫吸附解析装置回收二氧化硫 并将二氧化硫送制酸 脱硫后的烟气通过120m的环保烟囱排放 工艺指标 火法冶炼系统的生产规模 产品 原料 燃料及辅助材料 1 生产规模及产品本项目规模为 年处理47万吨混合铜精矿 干基 火法冶炼的产品 铜阳极板 产量为126722 58t a 含铜99 0 含金4 95g t 含银522 65g t 2 原料原料为铜精矿 3 燃料 1 天然气氧气底吹熔炼炉 底吹连续吹炼炉烘炉和保温采用天然气作为燃料 回转式阳极炉的烘炉 保温和生产采用天然气为燃料 回转式阳极精炼炉还原期采用天然气作为还原剂 粗铜排放溜槽和阳极铜浇铸溜槽的保温 浇铸中间包和浇铸包的烘烤等也采用天然气 2 块煤底吹熔炼炉在精矿发生较大变化或调整渣型时 跟根据需要加入块煤 熔炼所需的块煤 用汽车运至冶炼厂精矿仓储存 底吹吹炼炉为控制渣中Fe3O4的含量 也需配入少量块煤 吹炼所需的块煤 储存在主厂房吹炼炉顶应急块煤仓中 本项目块煤用量约为2610t a 粒度要求不大于15mm4 熔剂底吹熔炼炉和吹炼炉采用石英石熔剂造硅渣 石英石外购 厂内不设熔剂破碎设施 本项目石英石用量约为47043t a 5 氧气氧气底吹熔炼炉和底吹连续吹炼炉均采用富氧熔炼和吹炼 阳极炉采用稀氧燃烧技术 熔炼用氧气量880848 103Nm3 a 压力0 8Mpa 吹炼用氧量24225 103Nm3 a 压力1 2Mpa 精炼用氧5187 103Nm3 a 压力0 8Mpa 6 耐火砖氧气底吹熔炼炉和底吹连续吹炼炉 阳极炉和溜槽的内衬均为耐火材料砌筑 耐火材料由厂方按照要求的数量 规格和类型 运至耐火材料库 本项目耐火材料用量约为1450t 工艺流程图 设备连接图 连吹流程图 底吹熔炼流程图 主要工艺过程 火法区域的工艺流程按作业性质可分为 精矿仓及配料系统 铜锍破碎及上料系统 底吹熔炼系统 底吹吹炼系统 阳极炉及浇铸系统 环集烟气及阳极炉烟气脱硫系统等 火法系统效果图 原料卸矿 储存配料及上料系统 精矿仓配料及原料输送系统处理精矿量1424t d 精矿仓可储存精矿时间为50天 精矿仓中的各种铜精矿利用抓斗起重机抓配成成分均匀的混合铜精矿 混合铜精矿 渣精矿 石英石分别通过抓斗桥式起重机 圆盘给料机和定量给料机经胶带输送机送至熔炼厂房 返回烟尘经双螺旋喂料机和加湿搅拌器 吹炼用石英石和部分冷料经1 2 胶带输送机送到4 胶带输送机 3 4 胶带输送机共用一个通廊 并经过转运站转运至5 6 胶带输送机上 然后运往底吹熔炼厂房 考虑到冬季极端寒冷天气的情况 本项目设计一个精矿解冻库 采用蒸汽辅助热风进行解冻 将车皮上冻结的精矿在解冻库解冻后再运往精矿仓 熔炼系统对精矿配料及上料系统的要求 1 上料必须连续稳定 2 配料 上料的计量设备要精确 3 配送到熔炼系统的物料粒度 水分含量要符合熔炼系统的要求 铜锍破碎 储存及配料 熔炼炉产出的铜锍经缓冷后 倒入破碎场进行三级破碎破碎流程为 液压打渣机 400mm以下 装载机 中式板矿给料机 1号颚式破碎机 鳞板输送机 2号颚式破碎机 胶带输送机 卸料小车 铜锍仓破碎后的铜锍粒径在25mm以下 吹炼渣和精炼渣也通过该系统破碎后由汽车运至精矿仓的返料仓 吹炼所需的块煤 石英石也储存在铜锍仓内 铜锍仓设有抓斗桥式起重机 将铜锍 块煤 石英石分别抓至各自中间配料仓中 配料区配置有4台定量给料机 两台用于铜锍的配料 两台用于石英石 块煤的配料 配料后的物料通过两台胶带输送机运输至熔炼主厂房吹炼工段 氧气底吹熔炼系统 氧气底吹熔炼炉是通过熔池下部的喷枪将富氧空气将富氧空气吹入熔池 使熔池处于强烈的搅拌状态 炉料从炉子顶部加入到熔池表面 迅速被卷入搅拌的熔体中 形成良好的传热和传质条件 氧化反应释放出大量的热量 使炉料很快熔化 生成铜锍和炉渣 烟气由上方的排烟口排出 进入余热锅炉经降温除尘后送硫酸车间制酸 底吹熔炼的基本原理 冰铜熔炼所用原料主要是铜精矿和含铜的返料 除了有Cu Fe S等元素外 还含有SiO2 CaO MgO等 在熔炼过程中发生的物理化学变化如下 1 高价硫化物 氧化物及碳酸盐的分解在1200 以上 所有高价化合物均会发生离解反应 FeS2 FeS 0 5S2FenSn 1 nFeS 0 5S22CuFeS2 Cu2S 2FeS 0 5S22CuS Cu2S 0 5S22Cu3FeS3 3Cu2S 2FeS 0 5S2 底吹熔炼的基本原理 3NiS Ni3S2 0 5S2氧化铜和碳酸盐的离解反应 2CuO Cu2O 0 5O2CaCO3 CaO CO2MgCO3 MgO CO2所有分解反应均为吸热反应 离解生成的S2被炉中的氧化气氛氧化为SO2 2 硫化物氧化FeS 1 5O2 FeO SO2FeS2 2 5O2 FeO 2SO23FeS 5O2 Fe3O4 3SO2Cu2S 1 5O2 Cu2O SO2 底吹熔炼的基本原理 3 铁的氧化物及脉石造渣反应2FeO SiO2 2FeO SiO23Fe3O4 FeS 5SiO2 5 2FeO SiO2 SO2 4 燃料的燃烧反应C O2 CO22H2 O2 2H2OCH4 2O2 2H2O CO2硫化物的氧化和造渣反应是放热反应 利用这些热量可以降低熔炼过程燃料消耗 可实现自热熔炼 底吹熔炼的产物 底吹熔炼的产物 铜锍 炉渣 烟尘和烟气 铜锍的概念 冰铜是在熔炼过程中产生的重金属硫化物为主的共熔体 是熔炼过程的主要产物之一 是以Cu2S FeS系为主并溶解少量其它金属硫化物 如Ni3S2 Co3S2 PbS ZnS等 贵金属 Au Ag 铂族金属 Se Te As Sb Bi等元素及微量脉石成分的多元系混合物 铜锍成分 铜72 铁3 77 硫23 03 锌0 49 铅0 15 砷0 043 二氧化硅0 20 炉渣成分 铜3 00 铁43 95 硫0 86 锌1 94 铅0 24 砷0 047 二氧化硅24 42 熔炼过程对炉渣有以下基本要求 1 要与冰铜互不相溶 2 对Cu2S的溶解度要低 3 要有良好的流动性和低的密度 底吹熔炼烟气收尘 熔炼烟气收尘流程如下 熔炼炉 余热锅炉 电收尘器 排烟机 制酸 脱硫 当熔炼炉余热锅炉煮炉或制酸系统出现临时故障时 烟气经余热锅炉冷却降温并收下部分烟尘后进入收尘系统 根据冶炼工艺提供的烟气条件 烟气含尘为24 83g m3 直接进入电收尘器 在余热锅炉和电收尘器之间不设置其它收尘设备 从电收尘器出来的烟气含尘约0 4g m3 由高温排烟机送制酸系统 收下的烟尘采用气力输送的方式送配料工段的烟尘接收仓 收尘流程图 底吹炉烟气量及成分 余热锅炉和电收尘的主要作用 余热锅炉的作用主要是 烟气降温 回收余热 并收集下部分烟尘 为后续电收尘提供适合条件的烟气 电收尘器的作用 高效回收金属 提高金属回收率 为烟气制酸创造有利条件防止污染 现场图 控制画面 底吹熔炼工艺指标 底吹熔炼工艺指标 底吹熔炼物料平衡表 底吹连续吹炼系统工艺总述 底吹连续吹炼工艺流程图 铜锍吹炼的基本原理 硫化铜精矿经过造锍熔炼后产出铜锍 铜锍是金属硫化物的共熔体 主要成分除了Cu Fe S外 还含有钴 镍 铅 锌 金银等 铜 铅 锌等重金属一般以金属硫化物的形态存在 铁的物相主要是FeS 也有少量以FeO和Fe3O4形态存在 铜锍是贵金属的良好扑集剂 在吹炼过程中 金 银及铂族元素等贵金属几乎全部富集与粗铜中 主要物理化学变化如下 冰铜熔炼时物料的主要物理化学变化 1 物料中硫化物的氧化过程及FeS的氧化造渣2 Cu2S和Cu2O的相互反应产生粗铜底吹吹炼的产物有 粗铜 吹炼渣 烟尘和烟气粗铜 粗铜成分 铜98 00 铁0 01 硫0 8 锌0 1 铅0 1 砷0 013 炉渣成分 铜12 00 铁36 50 硫0 10 锌2 85 铅0 26 砷0 020 二氧化硅30 42 吹炼烟气收尘流程为 熔炼炉 余热锅炉 电收尘器 排烟机 制酸 吹炼炉烟气量及成分 底吹吹炼工艺指标 底吹吹炼工艺指标 底吹吹炼物料平衡表 阳极炉精炼及浇铸系统 火法精炼的目的是进一步除掉粗铜中的硫 铁 铅 铋 锑和砷等杂质 以满足电解精炼对阳极化学成分和物理规格的要求 火法精炼在两台 4 0 12 5m阳极炉中周期地进行 火法精炼周期分加料升温期 氧化期 还原期和浇铸期 1 加料升温期 阳极炉加料时 出烟口向出铜口方向偏转接受粗铜 根据吹炼炉操作控制要求分三批次进料 每次约70吨 阳极炉设置了4支氧化还原枪 在进料过程中 通过氧化还原枪向炉内鼓入200m3 h支的压缩空气 并从稀氧燃烧烧嘴鼓入过量的氧气进行预氧化作业 在加料升温期 可适当加入精炼系统产出的高品位冷料 2 氧化期 氧化期是通过设置在阳极炉的氧化还原口向铜液中鼓入压缩空气 将粗铜中的硫氧化进入烟气 同时使铜液中的铁 砷 锑 铋等杂质氧化进入精炼渣中被除去 氧化作业时 每支氧化还原枪鼓入400m3 h 500m3 h的压缩空气 由于铜液中的杂质较少 为了使铜液中的杂质彻底的除去 需要使铜液中的部分铜氧化 接近饱和溶解度的氧化亚铜再和铜液中的杂质反应 使杂质氧化造渣除去 氧化期结束后扒出浮在铜液上部表面的精炼渣 精炼渣冷却破碎后返熔炼配料 3 还原期 还原期是通过氧化还原口鼓入还原剂 天然气 将氧化期铜液中产出的氧化亚铜还原成铜 还原时 每支氧化还原枪鼓入约280m3 h 300m3 h的天然气和120m3 h 150m3 h的氮气 在还原过程中 通过从稀氧燃烧烧嘴鼓入氧气 从炉子端头的鼓风口鼓入空气来控制操作温度 氧化终点温度控制在1230 1250 4 浇铸期 浇铸期是将合格的阳极铜液通过双圆盘浇铸机浇铸成合格的阳极板 浇铸期要维持铜液温度以满足浇铸要求 要通过控制稀氧燃烧系统天然气和氧气的燃烧比来控制炉内的还原性气氛 为了保证浇铸出合格的阳极板 还原期结束铜液温度控制在1210 1230 5 双圆盘定量浇铸 精炼后的阳极铜需要定量浇铸成合格的铜阳极板 再送电解精炼 成品阳极板要求表面平整 无结镏 无飞边毛刺 每块阳极板的重量偏差 2 工艺流程图 火法精炼的基本原理 粗铜火法精炼的实质是使其中的杂质氧化成氧化物 并利用氧化物不溶于或极少溶于铜 形成炉渣浮在熔池表面而被除去 或者借助某些杂质在精炼作业温度 1100 1200 下 呈气态挥发除去 氧化精炼 铜中有害杂质的除去 的基本原理铜中多数杂质对氧的亲和力大于铜对氧的亲和力 而且杂质氧化物在铜水中的溶解度很小 而由于粗铜中主要是铜 杂质浓度低 根据质量作用定律 首先氧化的是铜4Cu O2 2Cu2O生成的Cu2O立即溶于铜液中 并于杂质接触氧化杂质 Cu2O Me 2Cu MeO按氧化除去难易可将杂质分为三类 第一类 易氧化除去的铁 锌 钴 锡 铅和硫等杂质第二类 难除去的Ni As和Sb等杂质第三类 不能除去或极少除去的Au Ag Se Te和Bi等杂质 还原精炼 铜中氧的排除 的基本原理还原过程是将铜液中含有的Cu2O用还原剂脱除的过程 常用的还原剂有重油 天然气等 我公司采用天然气作为还原剂主反应为 4Cu2O CH4 8Cu CO2 2H2O 精炼烟气收尘 精炼进烟气收尘系统的烟气成分表 阳极炉送制酸 脱硫系统的烟气条件 回转式阳极炉的特点 回转式阳极炉的特点 采用上部出烟方式出烟口设在阳极炉尾部上方 这样可以增加炉子有效容积 解决了端墙偏心 烟道易粘接 难密封等缺点 烟气通过出烟口罩 板式换热器冷却后进入及净化系统 2 采用稀氧燃烧技术稀氧燃烧技术是最近几年来兴起的绿色节能的燃烧技术 氧气助燃与普通空气助燃相比 燃烧更稳定 炉内温度高且炉温均匀 采用氧气燃烧大幅减少了烟气量 提高了阳极炉热效率 燃料消耗大大降低 3 还原技术采用天然气作为还原剂 特制的氧化还原风口装置在氧化阶段向熔池内喷吹高压空气 而还原期向熔池喷吹天然气 提高了喷吹效果 加快氧化还原作业的速度 设计有独立的风口砖机构 更换方便 4 采用透气砖技术通过透气砖装置在生产过程中向炉内通入少量氮气 使熔体一直处于轻微的搅拌状态 温度场均匀 在良好的冶炼操作工艺的配合下可以大大缩短氧化还原时间 同时可提高阳极铜质量 阳极炉精炼工艺指标 阳极炉精炼工艺指标 圆盘浇铸机工艺浇铸流程描述 双圆盘浇铸机时铜阳极生产的关键设备 其运行是否平稳 顺利 势必影响到阳极板的物表质量 进而直接影响到铜电解的残极率 电流效率以及电解铜的质量 成本和能耗水平 阳极浇铸通常采用两种工艺 连铸和铸模浇铸 其中 连铸属连续作业 连续浇铸并轧成板带 经剪切或切割成单块阳极 因其设备结构复杂 投资较高 目前在国内尚未推广 而铸模浇铸又分直线型和圆盘型 前者结构简单 占地面积小 投资低 但浇铸阳极板质量差 后者设备自动化程度高 稳定性好 生产能力大 劳动强度低 一般作为大型阳极铜生产的主设备 我公司采用自动定量浇铸设备为双M 18圆盘浇铸极 采用双包浇铸 产能为110t h 每炉铜3小时内可浇铸完毕 其浇铸工艺过程为 铜液从阳极炉出铜口流出 经活动溜槽 固定溜槽后流入中间包 当达到一定量时 开始往电子称上的浇铸包灌注铜液 至设定重量时 中间包自动返回 又开始向另一侧浇铸包注入铜液 待圆盘上空模到达浇铸位置后 浇铸包开始按设定程序向铜模内浇铸铜液直至阳极板单重时 浇铸包停止浇铸 然后 圆盘转动 浇满铜液的铜模进入喷淋冷却区进行冷却 中间包和浇铸包重复上一次动作 在喷淋冷却区内 未凝固阳极板和铜模被强制均匀冷却 随后 阳极板被转至预顶起位置 顶起油缸动作 阳极板被顶起 阳极板要求浇铸厚度一致 表面平整 无飞边 无毛刺若出现废品 可用废阳极吊吊走 而正品阳极板则被连续转至提取机位置 再次被顶起 提取机将其从圆盘盘内取出 运至冷却水槽内冷却 待水槽内的阳极板成垛累计达到设定数量后 冷却水槽内链式运输机可将整垛阳极板送至冷却水槽后端 由堆垛提升