年产18万吨铜的铜吹炼工艺设计毕业论文.docx

本科毕业设计（论文）年产18万吨铜的铜吹炼车间工艺设计设计总说明本文主要设计了一座年产18万吨铜的铜吹炼车间工艺设计。通过实习并搜集相关资料，熟悉了铜锍吹炼工艺及车间布置。本次设计的内容包括文献综述、厂址选择与论证、工艺流程与参数的选择、冶金计算、主要设备计算与选型、环境保护等部分。在文献综述中，叙述了铜资源的分布，火法、湿法的冶炼方法。铜锍的工艺流程与其技术经济指标以设计手册为主，各铜锍吹炼车间参数为参考依据进行选取。依据任务书的物料成分和产品质量要求进行物料平衡计算。通过转炉的尺寸与有关的参数确定吹炼的热平衡计算。绘制出卧式转炉结构图、车间配置图、设备连接图和流程图各一张。关键字：铜锍，吹炼，转炉，物料平衡 Design DescriptionThe paper aims at designing the technological process and one copper smelting plant , which could produce 180,000 tons of copper each year. Through the practice and collect relevant data, familiar with the copper matte converting process and plant layout. This design content included literature review, site selection and demonstration,technological process and parameter selection, calculation, calculation and selection of main equipment, environmental protection and so on. In the literature review, described the distribution of copper resources, copper pyrometallurgy and copper hydrometallurgy. Copper matte process and the technical and economic indicators to design handbook, the copper matte converting plant parameters as the reference for selection. For material balance calculation according to the material composition and product quality requirements of the task book. Through the thermal balance converter size and related parameters of converting calculation. Drawed a horizontal converter structure chart, workshop layout, equipment connection diagram and flow chart of each one.Key Words:copper matte ,converting, converter, material balance目录第一章 文献综述11.1概述11.1.1 世界铜资源分布11.1.2 我国铜资源分布21.2铜生产方法31.3火法炼铜31.3.1铜熔炼41.3.2铜锍转炉吹炼91.3.3铜的精炼111.3.4铜的电解精炼121.4湿法炼铜121.4.1硫化铜精矿焙烧-浸出-电积法131.4.2浸出-萃取-电积法131.4.3铜矿氨浸-萃取-电积131.4.4酸浸法处理氧化铜矿131.5国内铜冶金的发展现状15第二章厂址选择与论证172.1厂址选择基本原则172.2工业布局172.3原材料的供应及交通条件182.4供水供电条件182.5环境保护和地理气候条件182.6厂址的协作条件19第三章 工艺流程与参数的选择203.1铜锍转炉吹炼流程的选择与论证203.2技术操作条件203.2.1吹炼制度203.2.2 供风213.3 主要技术经济指标213.3.1 送风时率213.3.2 铜直接实收率223.3.3 铜锍加入量223.3.4 转炉烟罩水耗233.3.5 鼓风机动力负荷23第四章 冶金计算244.1闪速炉熔炼冶金计算244.1.1各种物料及成分计算254.1.2日物料平衡计算284.1.3热平衡计算304.2转炉吹炼的冶金计算444.2.1物料平衡计算444.2.2转炉热平衡计算484.3反射炉精炼冶金计算524.3.1物料平衡计算52 4.4铜电解精炼冶金计算534.4.1物料平衡计算544.4.2电解设备选择554.4.3热平衡计算574.5电解液净化冶金计算584.5.1净液量的计算584.5.2硫酸盐生产的物料平衡计算594.5.3粗硫酸镍生产计算61第五章 吹炼车间的相关设备选择及计算635.1转炉的结构635.1.1炉体635.1.2万向接头665.1.3传动装置675.1.4支撑装置675.1.5润滑系统675.2转炉主要参数的确定675.2.1筒体675.2.2炉口695.2.3风眼直径及位置确定695.3吹炼车间主要设备选择705.3.1熔剂、冷料加入装置705.3.2捅风眼机715.3.3炉口清理机71 5.3.4转炉烟罩715.3.5鼓风机725.3.6桥式起重运输机725.3.7铸渣机725.3.8粗铜锭直线铸型机725.4砌体735.4.1材质选择735.4.2筒体砌砖735.4.3炉口砌砖735.4.4风口砌砖735.4.5端墙砌砖74第六章 铜锍转炉吹炼车间环境保护756.1概述756.2铜锍转炉吹炼炉渣及处理756.3转炉烟气和烟尘及处理76第七章 心得体会77参考文献78致谢798 第一章 文献综述1.1概述 有色重金属提取冶金方法分为火法冶金和湿法冶金两大类，并以火法为主。火法冶金一般是以精矿为原料，在高温条件下，生产出金属锍或粗金属，再进一步冶炼出市场需要的各种产品。湿法冶金则是在溶液中提取金属，原料可以是精矿、原矿、废矿石、焙砂、废渣或其他中间产品。炼铜以火法冶炼为主，但湿法也占有重要比例。2012年我国铜精矿产量为148.60万吨，比2011年的126.70万吨增长18%。2013年我国铜精矿产能增加121.70万吨，2014年将增加231.50万吨产能。截至2012年初，我国铜精矿产能为135万吨/年。数据显示，2012年我国铜精矿进口数量为203.70万吨，比2011年增长18%。1.1.1 世界铜资源分布世界铜矿资源比较丰富，2008年，全球铜储量5.5亿吨。比较集中地分布于南美洲秘鲁和智利、美国西部、非洲中部的刚果和赞比亚、哈萨克斯坦，以及加拿大。智利系世界上铜矿资源最丰富的国家，其储量占全球的29%，拥有世界第一大铜矿丘基卡马塔矿和世界第二大铜矿埃尔特尼恩特矿，被称誉为“铜的王国”;产量、出口量亦居世界第一位。其他储量较多的国家有秘鲁、美国、墨西哥、印尼、中国、波兰、赞比亚、俄罗斯、加拿大、澳大利亚、哈萨克斯坦、刚果、菲律宾等。主要铜矿出口国有智利、秘鲁、澳大利亚、印度尼西亚、加拿大等。进口国有中国、日本、印度、韩国等1。 2003年，世界铜探明储量为47000万吨，其中，智利16000万吨、美国3500万吨、秘鲁3500万吨、波兰3100万吨、印度尼西亚2800万吨、墨西哥2700万吨、中国2600万吨、俄罗斯21300万吨、赞比亚1900万吨。储量基础94000万吨（中国6300万吨、智利36000万吨、美国7000万吨、秘鲁6000万吨、澳大利亚4300万吨、印度尼西亚3800万吨、赞比亚3500万吨等）。世界铜金属储量超过500万吨的超大型铜矿有50多处。据美国地质调查局估计，世界陆地铜资源量为16亿吨，深海底和海山区的锰结核中的铜资源量为7亿吨。此外，洋底或深海多金属硫化物矿床，也含有大量的铜资源。因此，铜资源在世界市场上供大于求。1.1.2 我国铜资源分布我国铜矿经过大规模地质勘查工作，据国土资源部储量司全国矿产资源储量通报，截至2001年底，全国共有铜矿区974个，保有铜储量(金属量)1941.86万吨，基础储量3083.71万吨，分别占同年世界铜储量(34000万吨)的5.70%和储量基础(65000万吨)的4.75%。主要分布在江西、云南、湖北、西藏、甘肃、安徽、山西、黑龙江等省，这8省的基础储量约占全国总基础储量的76.40%。我国铜矿分布广泛，已查明的矿产地除天津以外的所有省、自治区、直辖市均有不同程度的分布。其中，江西、云南和湖北的储量最多，这3个省区的储量占全国铜矿储量的46.48%，铜储量较多的还有甘肃、安徽、山西、西藏、黑龙江等5省区，这5省区的储量合计占全国铜矿储量的29.92%。以上8省区的储量合计占全国铜矿总储量的76.4%。我国铜矿资源从矿床规模、铜品位、矿床物质成分和地域分布、开采条件来看具有以下特点：（1）中小型矿床多，大型、超大型矿床少。据全国矿产储量委员会1987年颁布的“矿床规模划分标准”，大型铜矿床的储量50万t，中型矿床1050万t，小型矿床10万t。超大型矿床，国内一般都按涂光炽的主张，将五倍于大型矿床储量的矿床称为超大型矿床。按上述标准划分，铜矿储量大于250万t以上的矿床仅有江西德兴铜矿田（铜厂矿床524万t）、西藏玉龙铜矿床（650万t）、金川铜镍矿田（铜340万t）、东川铜矿田（500万t，包括原有探获储量和近年新增未上表的储量）。在探明的矿产地中，大型、超大型仅占3%，中型占9%，小型占88%。由于矿床储量规模先天不足，导致了开采规模偏小。目前已开采的329个铜矿区所生产的铜精矿含铜金属量为56万吨，不及国外一个矿山的产量。（2）贫矿多，富矿少。我国铜矿的平均品位为0.87%，品位大于1%的铜储量约占全国铜矿总储量的35.9%。在大型铜矿中，品位大于1%的铜储量仅占13.2%。（3）共伴生矿多，单一矿少。在900多个矿床中单一矿仅占27.15%，复合矿占72.9%，具有较大综合利用价值。许多铜矿山生产的铜精矿含有可观的金、银、铂族元素和铟、镓、锗、铊、铼、硒、碲以及大量的硫、铅、锌、镍、钴、铋、砷等元素，它们赋存在各类铜及多金属矿床中。在斑岩型铜矿床中，多数矿床共生钼，伴生金、银、铟、锗、铊、铼、镉、硒以及铂族元素；岩浆型铜镍硫化物矿床，铜镍共生，伴生钴、铂族、金、银、镓、锗、铊、硒、碲等；夕卡岩型铜及多金属矿床，铜、铁、铅、锌、钨等常共生在一个矿床中，并伴生钴、锡、钼、金、银、镓、锗、铼、镉、硒、碲等；海相火山岩型铜多金属矿床，铜、铅、锌和黄铁矿常共生产出，并伴生金、银、硒、镉、铟、铊、钼、钴等；沉积岩中层状铜矿床常伴生铅、锌、钛、钒、镍、钴、锡、金、银汞、镓、锗、镉、铊、铀、钍、硒等。（4）坑采矿多，露采矿少。目前，国营矿山的大中型矿床，多数是地下采矿，而露天开采的矿床很少，仅有甘肃白银厂矿田的火焰山、折腰山两个矿床，而且露天采矿已闭坑转入地下开采。（5）适合采用浸出-萃取-电积工艺的斑岩型铜矿少，降低生产成本的空间受到限制。（6）剩余储量中规模大、品位高的矿床多处于边远地区，外部建设条件差，在目前的金融、财税政策下，难以开发利用。总体上，我国铜矿资源在数量和品位等方面均比较差，其国际竞争力低，铜资源特别是富铜资源不足。1.2铜生产方法从铜矿石或精矿中提炼铜的方法很多，总结起来主要分为火法和湿法两大类。火法炼铜是主要的铜生产方法，适合于处理硫化铜精矿。其一般包括：浮选铜精矿的焙烧或烧结；铜精矿或焙烧矿的造鋶熔炼；铜锍吹炼成粗铜；粗铜的火法精炼；阳极铜电解精炼得到电解铜。火法处理硫化铜精矿具有适应性强、冶炼速度快、能充分利用硫化铜中的硫、能耗低等优点。湿法炼铜主要用来处理氧化铜矿。氧化铜矿不易用一般选矿方法富集，多用稀硫酸溶液直接浸出，所得溶液一般含铜1-5 g/L，然后用萃取-电积法提取铜。其步骤一般包括：用对铜有选择性的萃取剂萃取铜；用高浓度的硫酸溶液反萃取，得到含铜约为50 g/L的溶液；电解沉积硫酸铜溶液得到电铜。火法炼铜与湿法炼铜的根本区别在于湿法炼铜浸出时，只有铜和少数其他成分溶解，绝大多数的脉石成分和杂质仍留在浸出渣中。火法和湿法炼铜各有利弊，选用时应根据矿物特点、经济情况、交通运输情况等而定2。1.3火法炼铜 火法炼铜在冶金炉中，100以上高温条件下，从铜精矿中提取铜的炼铜方法。该方法由铜熔炼、铜锍吹炼和粗铜精炼三大工序组成，其中精炼又分为火法精炼和电解精炼。硫化铜矿火法冶炼原则流程图见1-1。图1-1 硫化铜矿火法冶炼原则流程图1.3.1铜熔炼 依其出现时间的早晚和生产技术与装备水平可分为传统方法和炼铜新工艺两类。按冶炼过程物料存在的状态和炼铜炉型，又可分为熔池熔炼和悬浮熔炼。鼓风炉、反射炉和电炉熔炼法，一般归属于传统方法；而闪速熔炼、偌兰达法、白银法、奥斯麦特法可称之为炼铜新工艺。炼铜原料铜精矿是一种细粉状物料，粒度小于0.074 mm的占80%以上，常见化学成分为（%）：Cu 20-30、Fe 20-30、S 25-35、SiO2 5-15、CaO5。1.鼓风炉熔炼 最初的鼓风炉型为敞开式，用炉顶开放式操作，环境十分恶劣，排出的低浓度SO2烟气无法制酸，已逐渐为密闭式鼓风炉所取代。 密闭鼓风炉熔炼，不再像敞开式鼓风炉那样需要预先把铜精矿烧结成块，而是在混捏机中将铜精矿加水湿润混捏成泥状即可。混捏机经密闭炉顶上的加料斗加入炉内，熔炼烟气从炉顶下方两边排烟口引至烟气净化系统。炉子漏风少，烟气SO2浓度高可以经济的生产硫酸，消除烟气污染。 铜精矿的鼓风炉熔炼过程 炼铜物料由焦炭燃料、转炉渣、石灰石、石英溶剂及混捏铜精矿组成。物料按上述顺序分批加入炉内，并自上而下运行。从炉体下部两侧鼓入的空气使风口区焦炭燃烧，产生的高温气体不断上升并加热和氧化炉料。铜铁硫化物被氧化，生成SO2烟气和熔体冰铜。烟气排出送制酸，冰铜送转炉吹炼，脉石成分与熔剂造渣，炉渣水萃后出售。加入炉内的炉料首先进入预备区，温度约250-1000 ，含水物料在此受热脱水、干燥，FeS2和CuFeS2等硫化物发生分解放出硫并被氧化成SO2、CaCO3、MgCO3等碳酸盐发生分解放出CO2气体，精矿逐渐烧结固化。固化物料继续向下运行至焦点区，在1250左右温度下焦炭激烈燃烧放出热量。分解反应产生的Cu2S和FeS形成铜锍，铁的氧化物和脉石成分生成炉渣，这些熔体向下流入炉缸，并连续放进前床，完成锍与炉渣的分离。熔炼过程的基本反应： FeS2 = FeS+S2 2CuFeS2 = CuS+2FeS+S2 S2+2O2 = 2SO2 2FeO+SiO2 = 2FeOSiO2 炉体结构从断面看，鼓风炉有矩形和短端半圆形两种。受 鼓风压力限制，为保证中心进风，炉子宽度不大于1.2 m，一般长10 m，高4.5-5 m，炉身用冷却水套或气化水套相互连接而成，炉底以上0.5 m处长侧水套开有供风风口，风口直径100-110 mm，料柱高3 m左右，进料块率5%。 主要技术经济指标：锍中铜品位25%-35%；炉渣中含铜0.25%-0.3%；床能力50 t/（m2.d）；脱硫率50%；焦率8%-16%；烟气SO2浓度3.5%。2.反射炉熔炼 该方法属于熔池熔炼类型，在各种铜精矿熔炼方法中占有重要地位。该方法应用历史悠久，工艺成熟，生产能力大，金属回收率高，烟尘率低，对原料适应性强。但能耗高，烟气SO2浓度高，难以回收利用，污染严重，成为该方法的致命弱点，导致反射炉熔炼能力在世界铜熔炼能力中的地位下降，如中国甘肃白银有色金属公司和湖北大冶有色金属公司的炼铜反射炉已分别被白银法炼铜炉和偌兰达炉所取代。 中国仍在生产运行的铜熔炼反射炉床面积270 m2，炉体长32.5 m，宽10.5 m，高6.5 m。炉头装有7台粉煤燃烧器，为熔炼过程提供必须的补充热量。反射炉熔炼热收入的80%以上来自燃料燃烧热，入炉物料带入热及熔炼反应热之和不大于20%。燃料燃烧火焰通过辐射和对流方式将热量传递给炉料、熔池、炉墙和炉顶，炉顶和炉墙吸收的热量又辐射炉料和熔池，使之接受反射热。炉料由炉顶两侧皮带输送机经多支加料管加入炉内，沿炉墙形成料坡。炉尾有排烟道和放渣口，侧面有放锍口。炉体用耐火材料砌成，外部用钢材加固。 在燃料燃烧产生的高温火焰作用下，炉料受热发生分解、氧化和造渣反应，并沿着料坡自两侧流入中间熔池。产生的熔体因密度不同而分层，上层为炉渣层，下面为铜锍层，分别经渣口和放铜口定时放出。铜锍用铜水包热装入转炉进行吹炼，产生含铜98%的粗铜，含铜5%左右的转炉渣送综合回收处理。反射炉烟气经烟道进入收尘系统回收烟气余热和夹带的烟尘，烟气处理后放空，烟尘返回配料熔炼。 反射炉熔炼的主要技术经济指标为：粉煤燃料率20%-22%；炉渣含铜0.3%-0.4%；床能力3.6 t/（m2d）；烟气SO2浓度0.5%-1.0%；烟尘率2%。3.白银炼铜法 该炼铜法与原有反射炉熔炼相比，白银法在能耗、硫利用率、单位生产能力及环境保护等方面均显示出优越性。 白银法炉型结构特点 白银法炼铜炉为一长方形箱装结构，炉内分为熔炼区和沉降区，两区之间用一水冷隔墙分开，墙下相通，炉渣与锍经此通道进入沉降区。隔墙的作用是隔断熔炼区搅动对渣锍分离产生的不利影响，为渣铜分层创造一个相对静止的环境。炉体用烧结镁砖和铝镁砖砌成，在沉降区的渣线部位采用铜水套冷却，以延长炉子的寿命。熔炼区炉顶设有加料口，在该区两侧墙上排列有风眼，并在一侧墙上开了一个流体转炉渣的入口。在沉降区的一侧墙上设有虹吸放铜锍口，相对侧墙上设炉渣放出口。炉头端墙上安装了一个粉煤燃烧器，通过粉煤燃烧向炉内供热，以保证熔体在沉降区充分过热。在炉子中部的炉顶上设有辅助粉煤燃烧器，用以燃烧粉煤补充熔炼区热量的不足。工业白银炼铜炉有44 m2 和100 m2 两种规格，炉体主要尺寸列举于表1-1。 表1-1 白银炼铜炉主要尺寸项目双室炉（100）单室炉（44）项目双室炉(100)单室炉（44）炉膛（ld）28.33.7163高3.82.2高4.52.8沉降区长15.97.0 白银法的熔炼过程 含水铜精矿经过回转室干燥至含水7%左右，与熔剂和返料混合后经皮带运输机通过加料管连续加入炉内，压缩空气或富氧空气经由熔炼区两侧风口连续鼓入，在熔池中形成一强烈搅动的熔炼区。铜精矿迅速被加热，发生分解、氧化反应，铜铁矿物生成Cu2S和FeS组成铜锍，铁的低价氧化物FeO与加入的石英熔剂反应生成炉渣，S氧化生成SO2与燃烧废气混合形成炉气。炉渣与锍从隔墙下空洞流入沉降区进行沉降分离，锍经虹吸口间断放出送转炉吹炼，炉渣从渣口放出送渣场堆存，烟气经余热锅炉回收余热和除尘后，送至酸厂生产硫酸。白银炼铜法的主要技术经济指标见表1-2。表1-2 白银炼铜法主要技术经济指标项目双室炉（100 m2）单室炉（44 m2）床能力/t/(m2d)9.012-15富氧浓度/%3841-47精矿含Cu/%15.216-19 S/%27.229.3锍品位/%52.040-50渣含铜/%0.660.4烟气SO2/%3.03-44. 闪速熔炼 该方法是在高温高速空气流或氧气流中，将硫化铜精矿熔炼成铜锍的炼铜法，属于悬浮熔炼类型。闪速熔炼有两种炉型：一位芬兰奥托昆普闪速炉，一位加拿大国际镍公司闪速炉。同反射炉熔炼相比，闪速熔炼能耗低，烟气SO2浓度高，有利于生产硫酸，机械化自动化水平高，生产能力大，可实现清洁生产。缺点是设备庞大，原料准备复杂，烟尘率高，炉渣含铜高，需要处理。 奥托昆普闪速炉的熔炼特征 该方法充分利用了硫化铜精矿粒度细、比表面积大的特征和精矿中S、Fe氧化放出热量的潜能，强化了熔炼过程同时节约了能源。熔炼过程是，将干燥到含水低于0.3%的铜精矿用高速气流（100 m/s）喷入反应塔-垂直反应空间内，在矿物氧化和辅助燃料燃烧产高温下，铜精矿发生熔炼反应。熔炼产生的熔体落入与反应塔相接的水平卧式沉淀池中，完成其他反应。熔炼产生的熔融体在沉淀池中分为炉渣和铜锍上下两层，铜锍经放铜口放出，送转炉吹炼；炉渣经渣口连续放入电炉进一步贫化以回收渣中铜，烟气经余热锅炉回收余热、收尘系统手下烟尘后，送去生产硫酸。 奥托昆普闪速炉的设备特点：中国贵溪冶炼厂采用奥托昆普闪速炉炼铜，年产铜20万吨，是中国生产规模最大的炼铜厂。该厂闪速炉的主体是由垂直圆筒状反应塔、与其相连的下部卧式矩形沉淀池和与沉淀池相连的上升烟道三部分构成。反应塔顶安装有精矿喷嘴，该喷嘴由不锈钢外壳。环形内外空气室、中心风管、加管料、氧气管、分配器组成。反应塔由11层铜板水套和水套间砌筑的耐火砖构成。沉淀池渣线区也设有水冷却铜水套，用于保护炉墙。炉体主要尺寸结构为：反应塔直径6.8 m，容积254 m3，反应塔高7.05 m，沉淀池容积88 m3。铜陵金隆铜业公司建有中国第二座奥托昆普闪速炉。闪速炉高7m，反应塔直径5 m，塔顶装有性能优良的中央喷射型精矿喷嘴。沉淀池渣线面积138.3m2，内宽6.7 m。 主要技术经济指标：贵溪冶炼厂：生产能力20万吨铜/年；精矿干燥能力180t/h；闪速炉处理精矿量2867 t/d；反应塔送风含氧60%-65%；闪速炉烟气SO2浓度37.01%；转炉处理铜锍1216 t/d；转炉送风含氧S24.1%；硫酸产量92.57万吨/年；硫利用率97.25%。铜陵金隆铜业公司：精矿品位25%-30%；干燥精矿含水0.2%-0.4%；投料量1344 t/d；铜锍品位50%；烟气SO2浓度8%-11%；富氧浓度54%。5.诺兰达炼铜法 该法是在高温熔池中通过向熔池液面以下鼓风将铜精矿熔炼成铜锍或粗铜的方法。后因粗铜含硫高，精炼困难，改为生产高品位铜锍。 诺兰达炉结构特点：大冶有色金属公司冶炼厂偌兰达炉为一卧式可转动的圆筒形炉体，长18 m，直径4.7 m，内砌高级耐火材料。炉内分为熔炼和沉淀两个区，熔炼区长10 m，等距排列风口37个，顶部设有加料口。沉淀区长7 m，设有放锍口、放渣口和排烟口。整个炉体借助轮圈支撑在两端有地基的托轮上，由电动机通过齿轮带动炉体转动，角度可到48度。偌兰达生产时，可将风口转到液面以下，也可转到液面以上的停风状态。 大冶冶炼厂诺兰达炉的主要经济技术指标：投矿量78.8 t/h；鼓风氧浓度40.3%；烧嘴燃油量300 kg/h；铜锍品位70%；炉渣含铜3.5%；炉渣选矿尾矿含铜0.34%；烟气SO2浓度19%；冶炼回收率98%；粗铜工艺能耗0.69 t标准煤/t铜；烟尘率3%；原料硫实收率96%；制酸尾气SO2浓度小于400 g/m3。6.奥斯麦特熔炼技术 一种通过浸没于熔体表面顶吹喷枪向熔体中吹入含铜物料和氧气与燃料制取铜锍的熔炼技术。该技术为澳大利亚所开发，中国中条山有色金属公司山西侯马冶炼厂采用该技术建成一座炼铜厂。同闪速炉相比，奥斯麦特熔炼炉结构较为简单，尺寸较小，对原料及燃料适应性强，可以熔炼干矿、湿矿、块矿、粉矿和复杂矿，可以使用液体、固体或气体为燃料，在环境控制方面也具有优势。缺点是工业应用与实践尚少，工艺与设备需要完善。 熔炼炉为一圆筒形竖炉，外部用钢板焊接而成，采用喷淋水冷却，内衬铬砖炉子下部在砌筑时与炉壳之间衬有水套。炉顶收拢成倾斜的排烟道，其上布置有加料口和正对炉子中心的喷枪插入口孔。各种物料（铜精矿、熔剂、返料）用运输皮带送至溜槽加入炉内，炉体下部有2个排放孔，可将铜锍与炉渣熔体的混合物放入配套设置的沉降炉内进行铜与渣的分离。铜锍送去吹炼成粗铜，炉渣水淬后出售。其技术核心是浸没式喷枪，该喷枪末端设有一个特殊的旋流器，强化了气流中熔体的搅动作用。同时由于气流高速通过喷枪，产生了自身冷却作用，使接触上喷枪的熔渣在其表面上形成冷凝渣保护层，延长了喷枪的使用寿命。7.电炉熔炼 这是一种在通电加热条件下将去铜精矿熔炼成铜锍的冶炼技术。其有两个特点：一是适用于电力丰富、电价便宜的地区；二是适于熔炼含钙镁等高熔点矿物成分高的含铜物料。但该法生产成本高、烟气SO2浓度低，正日渐萎缩。 基本原理：电炉炼铜是将电流经插入熔池渣层的电机送入炉内，部分电流在电极与熔渣接触面上以微弧形式转变成热能，部分电流通过固体和熔体形成的电阻变成热能。由于电极附近熔渣温度高于其池区域温度，形成了温度与密度差，过热的熔渣不断上升到熔池面加热料坡，炉料受热融化，发生一系列冶金过程化学反应。生成物Cu2S和FeS组成熔炼产品铜锍，送转炉吹炼；CaO、MgO、FeO等氧化物与SiO2生成各种硅酸盐形成炉渣，水淬后综合利用。 电炉结构：中国现有大型炼铜电炉30MW和126MW两种规格。炉体为长方形，由炉底、墙和炉顶组成，铬镁质炉底砌筑在铜筋混凝土支柱上。为延长炉墙使用水套寿命，渣线一带采用水套冷却。炉顶采用耐火砖砌成拱顶，其上设有加料口、排烟孔和电极孔。炉墙外围以钢板和支架加固。在炉子短端墙上一端开有放铜口，另一端配置排渣口。电极直径1.2m，为自焙电极，沿炉长方向直线排列，共6根。 主要技术操作条件：要求对含硫高的铜精矿必须干燥、预脱硫，以防止水分急剧蒸发造成矿内翻料事故，保证产出较高品位的铜锍。为提高炉料透气性，回收利用部分原料中的硫，将铜精矿与返回烟灰混合制粒后，进行鼓风烧结，为熔炼优质炉料。 主要技术经济指标：床能力6.9 t/(m2d)；熔炼回收率97.8%；炉渣含铜0.3-0.4%；电极糊单耗6 kg/t料；电耗420-450 kWh/t料。1.3.2铜锍转炉吹炼 这是在转炉中鼓入空气将铜锍吹炼成粗铜的过程。能将铜锍吹炼成粗铜的方法，还有闪速炉吹炼法、奥斯麦特法、连吹炉法，但都比不上转炉吹炼技术的普遍性。成熟可靠性和生产能力。 吹炼原理:吹炼时，经过风口向熔融锍中鼓入空气，并加入石英熔剂，在完全自热条件下，使铜锍中FeS成分全部氧化，大部分生成FeO并与石英结合生产2FeOSiO2，少部分进一步氧化成Fe3O4，Cu2S氧化脱硫生成金属铜和SO2，含SO2炉气经炉口进入锅炉和收尘系统，炉渣和粗铜分批倒出。由于铜锍吹炼放出热量过剩，为保护炉衬，常加入一定数量的精炼炉渣、包子壳等冷料。基本吹炼反应：2Cu2S+3O2 = 2Cu2O+2SO22FeS+3O2 = 2FeO+2SO2 FeS+Cu2O= Cu2S+FeO2FeO+SiO2 = 2FeOSiO2 6FeO+O2 = 2Fe3O4 鼓入炉内熔体中的氧，部分直接地将FeS氧化，部分将Cu2S氧化成Cu2O后，再由Cu2O氧化FeS，Cu2O成为O2的传递者。当炉内FeS氧化并与SiO2造渣后，Cu2S才开始氧化，生成的Cu2O立即与Cu2S交互反应放出SO2并产出金属铜：2Cu2O+Cu2S = 6Cu+SO2 转炉结构:现代锍吹炼转炉均为水平卧式转炉，又称PS型转炉。炉壳由锅炉钢板制成圆筒状，内衬优质耐火砖，炉壳外固定有两圈钢环，借助钢圈将转炉体支撑在4对滚轮上。炉体一端有齿轮圈，电动机和减速器组成的驱动机构通过小齿轮控制转动的工作位置。在转炉工作位置后侧沿炉子轴线方向设有等距离的一系列风口，风口上装有可用于清理风口结渣的风盒，压缩空气经由风口进入炉内。转炉上部中央设有炉口，这是进料、出料、烟气出炉的必经之路。炉口上有水冷或气化冷却烟罩。转炉主要尺寸规格见表1-3。表1-3 主要转炉规格指标规格粗铜容量/t155080100直径炉长/m2.24.33.67.749410.7风口直径个数5013483449484948送风量/(m3/min)140340500540处理锍量/（t炉）20100160204 工艺操作:铜锍转炉吹炼成粗铜的过程分为两个周期。第一周期是从从加入第一包铜锍开始，经过分批加入铜锍和熔剂吹炼，直到所加铜锍达到额定容量，并全部吹炼成由Cu2S组成的白冰铜倒出最后一批炉渣止。第二周期炉内不加任何物料，只通过风口鼓风使部分Cu2S氧化成Cu2O和SO2，再靠Cu2O与Cu2S反应获得粗铜。第二周期必须严格掌握吹炼终点，当炉内粗铜品位达98.5%-99%时，即可转动转炉风口露出液面、停风，将粗铜倒入铜水包中，或送精炼炉炼，送浇铸机铸锭。为提高生产率和烟气SO2浓度，现普遍采用转炉富氧鼓风吹炼。 主要技术经济指标:送风时率80-90%；粗铜品位98.5-99.1%；送风压力60-120kPa；粗铜工艺能耗0.87-0.91标煤/t；氧气浓度23-28%（造渣期）；炉渣含铜4-4.5%。1.3.3铜的精炼 铜的精炼分为火法精炼和电解精炼。铜火法精炼在熔融高温条件下，除去矿产粗铜和再生铜中的硫、铁、 铅、锌、镍、砷、锑、锡、秘和氧等杂质，产出火法精铜的火法炼铜过程。铜的电解精炼是将火法精炼铜铸成阳极板，以电解产出的薄铜片（始极片）作为阴极，二者相间地装入盛有电解液（硫酸铜与硫酸的水溶液）的电解槽中，在直流电的作用下，阳极铜进行电化学溶解，阴极上进行纯铜的沉积。由于化学性质的差异，贵金属和部分杂质进人阳极泥，大部分杂质则以离子形态保留在电解液中，从而实现了铜与杂质的分离。（1）火法精炼氧化过程 空气吹炼时，铜首先被氧化：4Cu+O2 = 2Cu2O 生成的Cu2O可溶于铜水中，经再与熔铜中杂质元素作用，将他们氧化，本身被还原为金属：Cu2O+Me = MeO+2Cu 杂质中的Zn、As和Sb的低价氧化物均可在高温条件下变成气体挥发除去，而Fe、Pb、Co、Sn以及As、Sb高价氧化物则与加入的石英、石灰、碳酸钠等熔剂生成各种盐类进入炉渣。当金属杂质氧化结束时，Cu2S开始激烈氧化，放出SO2气体：Cu2S+O2 = 2Cu+SO2 经计算，当氧化精炼后期铜液中含氧0.6%、体系温度1373 K时，铜液中S含量可降到0.001%。以Cu2O形态存在的氧在下一步还原过程除去。（2）火法精炼还原过程 通常以重油和丙烷作还原剂，这些有机物受热分解产生H2、CO和C等强还原剂，它们在和Cu2O作用发生以下还原反应：Cu2O+H2 = 2Cu+H2OCu2O+CO = 2Cu+CO2 Cu2O+C = 2Cu+CO 精炼炉有两种：反射炉和回转式炉。回转炉是一种新型铜精炼设备，它的密封性好，无烟气泄露，环境清洁，能耗低，机械化程度高，但比反射炉一次投资大。1.3.4铜的电解精炼 在电解槽中将火法精炼铜提炼成电解铜的过程。火法精炼所得的铜一般仍含有0.5%左右的杂质，采用电解精炼可将火法精铜中的杂质进一步降低符合产品的标准。 铜电解的基本原理：铜电解精炼是以硫酸性电解铜溶液为电解质，以火法精铜为阳极，纯铜片或不锈钢板为阴极，在电解槽中进行电解。点解是在直流电压作用下，阳极铜发生电化学溶解溶入电解液，电解中铜离子趋向阴极，并在阴极上沉积为金属铜。电解过程中，电位比铜正的金、银不被溶解而沉落于阳极泥，铜电解精炼过程示意图如图1-2。图1-2 铜电解精炼过程示意图与铜电位接近的As、Sb可与铜一起溶入电解液，当积累到一定程度时就会在阴极上析出，降低电解铜的质量。因此必须对电解废液进行净化处理，除掉对电解铜质量有害的杂质。电解设备：主要设备有电解槽、阴极片、阳极板、整流电源、阳极作业线、阴极作业线以及计算机控制系统等。大型电解槽的尺寸为:长5-5.5 m，宽1.1-1.3m，深1.2-1.4 m，阳极板重370 kg，尺寸0.980.96 m；阴极片6-7 m，尺寸11m。操作技术条件：主要有电流密度、电解液组成、添加剂等。电流密度250-350A/m2，添加剂主要有明胶、硫脲、干酪素、盐酸等。1.4湿法炼铜 该法是用酸性或碱性熔剂从含铜物料中浸取铜再从浸出液中还原制取金属铜或铜的化合物产品。湿法炼铜视含铜物料的铜矿物形态、铜品位、脉石成分的不同，主要有以下三种不同工艺：1）硫化铜精矿-硫酸化焙烧-废电解液浸出-浸出液净化-不溶阳极电解；2）氧化铜矿石、含铜废石-分层堆浸-溶液净化-有机溶剂萃取-废电解液反萃取-净液-不溶阳极电解；3）高MgO、CaO氧化铜矿或硫化矿氧化焙砂-加压氨浸-溶剂萃取-废电解液反萃取-电积产生电积铜，或反萃取液蒸氨后生产硫酸铜，或氨浸液直接蒸氨煅烧生产CuO粉。1.4.1硫化铜精矿焙烧-浸出-电积法 其包括硫化铜精矿硫酸化焙烧，焙砂于烟尘的浸出与电积。浸出温度60摄氏度，液固比2:1，时间2-3 h。浸出液含铜80-90 g/L。电积技术条件为：电积温度35-45，槽电压2.5-1.8V，电流密度150-180 A/m2，阴极周期7天，同极距离90 mm。电解液成分（g/L）：Cu70-90，H2SO420-30。主要指标：电积铜纯度99.5-99.95%，电流消耗3000-3500 kWh/t，冶炼铜回收率94-96%，浸出渣含铜0.7-1.2%，电流效率77-92%。1.4.2浸出-萃取-电积法 其包括氧化铜矿堆浸，含硫铜矿堆浸，萃取与反萃取和电解沉积。浸出液含铜浓度1g/L，pH 1.5-2.0，有机相中萃取剂5%左右，萃取相比1:1，混合时间3 min，反萃取剂中H2SO4 160-210 g/L，Cu230-35 g/L，Fe5 g/L。1.4.3铜矿氨浸-萃取-电积 氧化铜矿用氨浸出铜，再经萃取-电积铜。本工艺适用于处理碱性脉石含量高的铜矿石或焙砂。浸出的技术条件：原料粒度小于0.074 mm的占80%以上；矿浆浓度30-40 %；浸出剂含氨离子2-3 mol/L、CO2 0.6 mol/L；采用常温；常压。氨浸在加盖浸出槽中进行，浸出矿浆经过浓度机液固分离，浸出液送去萃取底流过滤后浸渣堆存，滤液返回用于滤渣洗涤。1.4.4酸浸法处理氧化铜矿 氧化铜矿的矿物有100多种，一般不易用选矿法富集，多用稀硫酸溶液直接浸出，所得溶液含铜一般为15 g/L，可用硫化沉淀、中和水解、铁屑置换以及溶剂萃取-电积等方法提取铜。近年来，萃取-电积法发展较快。其主要过程包括：用对铜有选择性的肟类螯合萃取剂（LiX-64N，N-510，N-530等）的煤油溶液萃取铜，铜进入有机相而与铁、锌等杂质分离。用浓度较高的H2SO4溶液反萃铜，得到含铜约50g/L的溶液。反萃后的有机溶剂，经洗涤后，返回萃取过程使用。电积硫酸铜溶液得电铜，电解后液返回用作反萃剂。生产流程如图1-3所示：图1-3 氧化铜矿酸浸流程 当用硫酸浸出时，氧化铜矿均可浸出来。槽浸适合处理高品位的氧化矿，浸出周期较短，浸出液含铜高时，可直接送电积。目前已很少采用这种槽浸方式。氧化铜矿的浸出也可采用搅拌浸出方式，有空气搅拌和机械搅拌两种方式。搅拌浸出要求矿石品位较高，或经过预先富集，对于硫化矿可采用细菌浸出或预先进行氧化焙烧。堆浸用于难选氧化矿、低铜表外矿、废矿石的浸出，即将矿石堆成堆后在其表面喷洒浸出剂，当浸出剂渗过矿堆时铜被溶出流到集液池。浸出一定周期后，再在上面用新矿筑堆，反复进行堆浸。新发展的堆浸方式有硫酸熟化薄层堆浸法，优点是酸耗低，浸出周期短，占地面积小。它主要包括两个步骤：一是用浓硫酸熟化细碎的氧化铜矿或氧化铜和硫化铜混合矿；二是用稀硫酸溶液进行薄层堆浸。就地浸出是对破碎深堆的低品位大型铜矿床，以及矿山陷落区矿体，采用将浸出剂注入氧化铜矿体，溶解矿床中有价金属的浸出办法。由于在用湿法处理氧化铜矿及低品位含铜物料中，“浸出一萃取一电积”流程已成为重要的工艺，所以，在该流程生产过程中使用廉价和高效的萃取剂最为关键。一般铜萃取分离所使用的萃取剂主要包括肟类、二酮类、三元胺类、醇类和酯类及其复配物。目前，铜工业萃取剂主要采用的还是肟类有机化合物及其复合物。常用的萃取设备有萃取塔、离心萃取器、混合澄清萃取箱等多种，其中以结构简单、投资少、操作方便、效率高的浅池式混合澄清萃取箱应用最多。湿法炼铜过程中的萃取操作一般为：将浸出作业得到的含铜浸出液用于萃取，经过萃取后的萃余液又返回用于浸出；用如由LIX984+煤油组成的有机相萃取，萃后富铜有机相进行反萃取，反萃后的有机相又返到萃取作业：反萃得到的富铜反萃液进行电积，电积后的电解废液返回反萃取。 电积即将萃取富集后的含铜离子的溶液电解沉积产出阴极铜。电解进液的铜浓度一般为4550 g/L，电解后液的铜浓度为3035 g/L，电解贫液返回到萃取作为反萃取剂使用，依据其中铁的累积情况，抽出少量贫液返回浸出，以维持铁的平衡。电积回收率一般为99%左右3。1.5国内铜冶金的发展现状 目前，我国是全球铜消费量位居首位的国家，同时也是铜加工工业大国，受到了社会各界的高度关注。2010年全球铜储量6.3亿吨，中国0.3亿吨，占4.8% 。近10年来，中国矿山铜产量年均增加6万吨。2010年进口铜精矿162万吨，占全球3.3% ，精炼铜292万吨，占全球3.8%，废杂铜436万吨，占全球6.5%。对外依存度将长期保持在70%左右。到了2013年，我国全年累计精炼铜产量685.59万吨，同比增长14.1%，高于2012年全年累计产量同比增长的9.6%的增长速度，且精炼铜月产量屡屡创出历史新高。由此可见，我国的铜冶金工业正在飞速发展，不断向前。但是，受各方面因素的制约，今年来，我国铜价状况不能令人十分满意。铜价表现为，以中国和印度的经济增长为代表的消费需求与丰富的天然铜矿资源和开采冶炼技术进步代表的生产供给的对峙。总体看来，我国铜冶金发展的现状以及未来的发展方向有以下几个特点： （1）资源减少、矿的品味低下迫使开采及冶炼工艺技术改进，原料市场走向国际化。目前，铜矿的开采明显向资源丰富、开采条件好、成本低的国家集中。这一方面促进了我国铜冶金企业原料的国际化，另一方面也迫使铜行业对资源相对贫乏、分散的国内原料开采和不同原料冶炼工艺过程进行研究。 （2）企业大型化。随着科学技术的发展和铜冶金市场的扩大，只有大型的炼铜厂才具有竞争力，才能够长存。 （3）生产控制高度自动化与智能化。现代冶炼厂中的高危险、高负荷岗位，多由机器来完成，通过实现高度自动化与智能化，不仅提高了生产效率，而且很大程度上提高了对工艺过程及产品质量的控制与检测。 （4）环保标准更加严格。例如在20世纪70年代时的二氧化硫控制率为90%，到了80年代是95%，再到90年代已是99.9%。目前，二氧化硫的控制标准更高。并且由于2013年，全国各大城市相继出现的雾霾天气，更是把环保的概念深入人心，环境治理刻不容缓，炼铜厂的环保要求也是更加严格。 （5）湿法炼铜得到了进一步发展。由于世界各地铜矿山中的富矿、易开采矿逐渐减少，同时人们的环保意识逐步增强，致使火法炼铜面临越来越大的困难，从而使铜的湿法冶炼工艺得到了迅速发展。我国的铜冶炼基本上都是火法炼铜，湿法炼铜很少。但是，由于我国铜资源贫矿多、富矿少，而且矿石品味低，正常生产的铜矿山在采选过程中都产生了大量的外表矿、废石和尾矿，并且这些难选冶和低品位铜资源用常规的采、选、冶方法均不能经济地回收，因此湿法炼铜的技术在我国正在被积极的研究的应用，拥有广阔的市场前景，这对于我国铜工业的可持续发展具有重要的意义。第 29 页 第二章厂址选择与论证2.1厂址选择基本原则 厂址选择对工业企业的建设速度、建厂投资、生产发展、经济效益、环境保护及工农关系等有重要意义。厂址选择的一般原则是：应符合工业布局及区域性总体规划和城市建设规划的要求；要尽可能利用城镇设施，节约投资；要靠近原材料、水、电供应充足和产品销售便利的地方，有良好的交通运输条件；要注意节约用地，少占或不占农田，留有发展余地；要有适当的自然地形和适宜的工程地质、水文、地震等级条件及较好的协作条件等4。2.2工业布局 建设一座有色冶金厂，对全国的工业布局、一个区域或一个城市的合理发展、各工业区之间的经济协调以及农业发展等起着重要作用，应根据工业布局“大分散、小集中、多搞小城镇”的方针，按“工农结合，城乡结合，有利生产，方便生活”的原则，进行厂址选择和居住区规划，使之符合工业布局总体规划及城市建设规划的要求。 本次工厂厂址选在贵溪市。 贵溪市位于江西省东北部，信江中游，南邻福建省光泽县。总面积2480平方千米，其中建成区16.8平方千米。总人口65万人（2012），其中非农业人口119432人；城区户籍人口101953人。是国家铜冶炼基地、全国商品粮基地、江西省重点产材基地、长江防护林基地、国家贮备粮基地。贵溪，“东连江浙、南控瓯闽”，为“信之大邑”。自唐永泰元年(公元765年)建县，至今已1240年。1996年撤县设市。辖区面积2480平方公里，55万人，辖18个乡镇、3个街道办事处、7个林(垦殖、园艺)场。城市规划面积34平方公里，建成区16.8平方公里，城区人口15万人。现为“全国文化先进市”、“全国科技先进市”、“全国全民健身先进市”、“全国双拥模范城”，被誉为“铜都银乡”。此工厂布置在矿产资源附近，厂区实行成片式布置，车间实行长方形布置，生产