铜冶炼水平与工艺水平

铜冶炼水平和工艺水平一)火法冶炼工艺；目前全球矿铜产量的75%-80%是采集硫化形态的矿物，以浮选得到的铜精矿为原料，火法炼铜是生产铜的主要方法，特别是硫化铜精矿，大部分采用火法炼铜技术。 火法处理硫化铜精矿的主要优点是适应性强，冶炼速度快，能充分利用硫化矿中的硫，能耗低。 其生产过程一般由准备、熔炼、吹炼、火法精炼、电解精炼几道工序组成，最终产品为电解铜。原料生产工艺：预处理铜精矿、燃料、焊剂等材料，以满足不同冶炼工艺的需要。熔炼工序：采用不同熔炼方法在铜精矿中熔炼硫，熔炼含铜、硫、铁及贵金属的冰铜，从杂质渣中分离出来的补充含二氧化硫烟雾用于收集灰尘来制造硫酸及其他硫制品，烟气被回收到熔炉中进行处理。吹炼工序：去除冰铜中的硫铁，形成含铜和贵金属的粗铜，炉渣和烟尘返回前工序处理。火法精炼工序：进一步去除粗铜中的硫等杂质，铸造适合电解需要的阳极板。电解精炼工艺：去除杂质，进一步精制，生产符合标准的阴极铜制品，将金银等贵金属浓缩成阳极泥。传统的熔炼方法，如鼓风炉熔炼、反射炉熔炼和电炉熔炼，由于效率低、能耗高、环境污染严重，取代了新的富氧强化熔炼技术3新的富氧强化熔炼分为闪速熔炼和熔池熔炼两种。 前者包括奥托克型闪电熔炼和加拿大国际镍公司闪电熔炼等，后者包括诺兰德法、三菱法、艾萨克法、奥斯特法和瓦尼科夫法以及中国自主开发的水口山法、白银炉熔炼、金峰炉熔炼等技术。铜锍吹炼方法有传统的卧式转炉、连续吹炼炉、虹吸式转炉。 新型吹炼技术有蓝宝石吹炼炉、三菱吹炼炉、闪光吹炼炉等。粗铜的火法精炼在阳极炉内进行，转炉产出的液态粗铜在旋转式阳极炉或固定式反射炉中精炼，经过氧化、还原等作业，进一步除去粗铜中的铁、铅、锌、砷、锑、铋等杂质，铸造成含铜的99.2%-99.7%的阳极板。铜电解工艺有传统的电解法、永久阴极电解法和周期逆电流电解法3种。 目前，许多电解铜厂都使用传统的电解法，永久阴极电解法和周期性逆电流电解法是上世纪70年代以来发展起来的新技术。2 )熔炼工序(1)富氧强化熔炼技术是目前铜火冶炼的主流技术，包括闪熔技术和熔池熔炼技术，熔池熔炼技术分为顶吹、底吹和侧吹技术。a .闪速熔炼工艺闪速熔炼的生产过程为富氧空气或热风，吹入设计干精矿的闪速炉反应塔，使精矿颗粒在空间中浮游1-3s，与高温氧化性气流迅速发生硫化矿物氧化反应，释放大量热量，完成熔炼反应。 反应产物落入闪速炉沉淀池中沉降，铜锍与炉渣进一步分离。该技术具有生产能力大、能耗低、污染少等优点，单系统最大矿铜生产能力达40万t/a以上，适用于规模在20万t/a以上的工厂。 但是，原料需要含水0.3%，精矿粒度1mm，原料中的杂质铅和锌需要干燥到6%以上。 技术缺点是设备复杂，烟尘率高，炉渣含铜，需要贫化处理。闪速熔炼技术的能效和环保特点：闪速熔炼铜精矿的氧化反应快，单位时间内释放的热量多，加快熔炼速度，大幅提高熔炼生产率，是反射炉和电炉熔炼的两倍。 采用富氧技术后，在铜精矿含硫正常的情况下实现了自热溶解，大大降低了燃料消耗。 精矿中硫化物的氧化反应程度高，采用高浓度富氧空气熔炼，烟量少，烟中SO2浓度可提高30%以上，有利于烟制硫酸中硫的回收和环境保护。 闪光法铜冶炼技术在国家重点行业清洁生产技术导向目录 (第二届)发布了普及的清洁生产技术。与闪速炉反应塔的熔化过程相比，熔池熔化也是悬浮粒子和周围介质的热和质的传递过程。 不同之处在于，悬浮粒子存在于强搅拌液-气两相介质中，受液体流动、气体流动与两个流体之间的相互作用和动量交换的影响。 由于熔池熔化过程的传热传质效果良好，大幅度加强冶金过程，达到提高设备生产效率，降低冶炼过程能耗的目的，自20世纪70年代以来熔池熔化发展迅速。富氧顶吹熔炼技术熔炼系统是3个炉b .富氧顶吹熔炼技术，富氧顶吹熔炼技术是用喷枪强制将富氧空气吹入熔池，使熔池产生强搅拌状态，加快化学反应的速度，充分利用精矿中的硫、铁氧化释放的热量进行熔炼，同时生产高品位的冰铜熔炼中不足的热量由煤和燃料供应。子组成，即熔炼炉、贫化炉、吹制炉。 铜精矿、助熔剂、原料、燃料煤在原料仓库中计量原料后，在造粒机中加入水造粒，以含水率为9%-10%的烘烤材料方式，用供给带从炉子上的供给口投入炉内。 造粒后经过混合燃料煤的混合铜精矿，颗粒进入熔融层后，颗粒中的水分立即挥发，颗粒变成粉末与冰铜和炉渣激烈搅拌反应，形成气、固、液三相的快速传热，熔炉成为快速反应器。 熔炼所需的富氧空气用喷枪吹入熔池，为了使生产期间的温度控制变得容易，也可以从喷枪加入燃料对炉温进行微调，熔炼后的冰铜和炉渣的混合物从炉底部的排铜口(或虹吸硫口)和槽中放出，进入贫化电炉后清晰分离。 熔炉含尘烟在馀热锅炉降温和粗集尘后(其中，馀热锅炉部分的熔矿烟在锅炉的振动作用和重力的影响下返回熔炉)，进入电集尘器进一步除尘，出口烟进入硫酸厂制酸。 废热锅炉回收的烟尘被送回原料系统，电收尘器回收的烟尘实现了开放单独处理，贫化炉渣定期被水淬火。 冰铜分批送入吹炼炉变成粗铜：吹炼炉渣返回贫化炉或水淬，水淬炉渣返回熔炼原料，粗铜进入精炼炉。 吹炼炉烟与熔炼一样，用废热锅炉、电集尘后，与熔炼炉烟一起在硫酸工厂制酸。目前主要的富氧顶吹熔炼技术是奥斯特炉和艾萨克炉熔炼技术。富氧顶吹溶解工艺具有以下特点熔炼速度快，生产率高。 其中，蓝宝石炉用于铜精矿的熔炼，床能力最高可达238t/(m2d )，一般可达190.8t/(m2d )，是目前熔炼方法中床能力最高的一种。 这个炉子提高富氧浓度的话，生产能力会倍增。 年产10万t/a的工厂和年产20万t/a的工厂根据炉子的直径和高度不怎么变化，但富氧浓度不同。系统建设投资少，生产费用低。 处理能力大，炉子结构简单，建设速度快，投资少。 建设顶吹式浸渍炉的投资一般只占同规模闪速熔炉投资的60%-70%。 原料适应性强，可处理铜精矿、大型含铜原料、含铜电子废弃物等。 原料配制简单，铜精矿原料无需特别准备，将含水量不足10%的精矿制成颗粒或混捏后直接放入炉中。 操作简单，自动化程度高，生产过程用计算机在线控制一台炉子，每班只需46名工人。 燃料适应性广，喷枪可使用煤粉、碳、油和天然气，燃料调节比大。 具有良好的劳动卫生条件，除喷枪口和供应口外，熔炼炉为密闭式生产，排烟少。 熔池的熔化过程是在负压下进行的，废热锅炉和电除尘密封，冶炼烟不溢，烟中SO2浓度稳定，含量高，有利于烟制硫酸过程中硫的回收和环境保护。c .富氧侧吹熔技术在富氧侧吹熔池熔化的生产过程中，通过侧吹炉两侧的风口将富氧压缩空气吹入炉内，在富氧压缩空气的作用下，熔融物在侧吹炉内剧烈搅拌，从炉顶加入混矿，用炉内气体干燥后，在熔融体内进行气液一液一固三相间的传递完成炉渣制备、锍制备反应，形成的炉渣锍共熔体在贫化前床内澄清分离，得到水淬炉渣和冰铜。 形成的高温烟用馀热锅炉生产蒸汽，烟送酸。该技术具有效率高、能耗低、对原料适应性强、处理能力大、环保、操作简单、投资少等优点。 高炉单体粗铜生产能力可达15万t/a。富氧侧吹熔池的熔炼是一种富氧强化熔铜技术，大大减少了熔炼炉的排烟量，提高了熔炼炉的热效率。 由于充分利用熔炼的反应热，燃料消耗大幅减少。 熔炼烟气SO2浓度8%-14%，有利于采用双旋双吸技术制酸，硫总采收率达到98.45%。d .氧底吹溶技术是我国自主开发的铜溶技术。混合矿材料可以不干燥、磨削，原料可以用皮带搬运，从炉顶连续地放入炉内的高温熔池，氧和空气用底部氧枪连续地送入炉内的铜流层，氧以大量的小气泡动态地浮游在熔体上，具有大的气液相接触面积，具有优异的反应动力学条件，连续放入的铜精矿硫生成的二氧化硫烟从炉子的排烟口连续地进入废热锅炉，用电集尘后用酸处理。 炉内形成的炉渣从底部定期放出，从炉渣包运到缓冷场，缓冷后进行炉渣选矿。 形成的铜锍从侧面的锍口定期释放出来，用铜护包吊在P-S转炉上进行吹炼。工艺特点：工艺简单，原料适应性强，能耗低，投资相对省、噪声低，操作环境好，劳动强度低，易于掌握和操作，生产能力规模在5万25万t/a之间。底吹熔炼技术最显着的特点是能耗低，环保：由于氧浓度高(富氧空气的氧浓度达到75% )，排气量小，热损失少，反应强度高，易于实现无碳自熔炼，炉材无需另外配合煤，用于燃料和煤燃烧的氧该技术系统整体采用高负压操作，密封性好，无烟气溢出现象，无低空污染。(2)密闭鼓风炉熔炼技术是历史悠久的冶炼方法。 由于该工艺能耗高，熔炼烟SO2浓度低，不宜有效回收，给大气造成严重污染，我国要求在2007年底前淘汰该冶炼工艺。3 )吹炼工序(1)P-S转炉吹炼技术1905年Peirce和Smith应用碱性耐火材料内衬卧式吹炼转炉用于铜吹炼，近几百年来，该技术已成为世界普遍采用的成熟技术。 在转炉的铜锍吹炼中，向转炉持续吹送空气，除去熔体中的FeS氧化渣后，炉内仅残留Cu2S (即白冰铜)，Cu2S继续吹炼氧化而生成Cu2O，Cu2O与未被进一步氧化的Cu2S交替反应而得到金属铜。该技术成熟，设备操作简单，投资低，不吹炼燃料，可利用空气和低浓度富氧空气。 利用馀热处理工厂含铜中间材料(粗铜壳、残阳极、烟尘、冷冰铜等)，采购的冷杂铜也能处理，生产成本低。该工艺适用范围广，无论生产规模大小，铜锍品位的高低均可应用该工艺： P-S转炉吹炼工艺为分周期、断续作业，其缺点是炉体密闭差，漏风大，烟气S02浓度低，设备台数多，物料进出需要起重机，低污染严重。(2)闪速吹炼技术发明于1979年，基于利用otokmon闪速熔炼直接生产粗铜的技术发展，1980年代中期在美国kenecot成功。 闪蒸吹炼技术是将熔炉生产的熔铜氯水淬，细粒干燥后，用闪蒸炉用富氧空气吹炼得到粗铜，基本原理和工艺是闪蒸熔炼的，但加入高品位铜锍，吹炼工艺是连续工作的。 该技术适用于年产20万t粗铜以上的大型工厂。(3)天花板浸渍吹炼技术天花板浸渍吹炼炉使铜棒从天花板的供给孔流入干铜棒、焊剂或底部的熔池面。 富氧空气和空气进行吹炼作业。 吹炼炉喷枪垂直插入固定的轴、阳离子炉。 闪速吹炼与闪速熔炉结合使用的双闪速工艺是一种连续吹炼技术，通过一般吹炼技术取消吊车吊铜包和渣包的作业，设备密封性能好，无排烟泄漏，彻底解决铜冶炼行业吹炼工序的低污染问题，无组织排放造成的SO2和重金属将热态或冷态的铜锍放入炉中，用含有30%-40%空气或氧的富氧空气通过喷枪吹到熔体上进行吹炼。(4)侧吹连续吹炼工艺在侧吹连续吹炼炉正常工作时，铜氯从密闭鼓风炉前面或沉降电炉炉壁侧面的风口直接吹入熔融体内，7、熔融、压缩空气、石英三相在炉内进行良好的接触和搅拌，使氧化、造渣反应迅速进行， 炉内熔融铜含量达到77%时接近白铜锍，虹吸口通过槽进入炉内，石英从顶水套的气体封入口进入炉内吹炼区，压缩空气通过安装时间4形成炉渣后，不加入铜氯化助熔剂，继续以大风量吹送1-2h，约150 连续吹炼炉的各吹炼周期为造渣、空吹炼和铜出3个阶段，作业周期为78小时。该工艺仅适用于规模在5万t/a以下的铜厂，以液态铜锍供应，铜硫的品位低。4 )火法精炼工序(1)反射炉精炼技术是将需要精炼的液态或固态粗铜或再生铜从供给设备放入1250-1360的反射炉中，通过燃料燃烧加热或熔融材料，在材料完全熔化后开始氧化精炼，去除粗铜中的杂质，得到符合铸造要求的阳极铜。(2)回转炉精炼技术回转炉的氧化精炼和还原过程与反射炉相同。 旋转式精炼炉采用机械传动，单体能力达600t以上，自动化水平高，无需人工操作，全过程在相对密封的设备内进行，烟气少漏，环保。回转炉不适于处理大量的固体材料，固体废铜不能专门处理，通常用于处理热熔铜。(3)倾转炉精炼技术的倾转炉是瑞士的梅尔茨窑公司开发的，实际上是可倾转的反射炉，具有固定式反射炉的装入、刮除方便的优点，以及旋转炉在不同的精炼阶段旋转炉体来改变炉位的特征，因此多用于固体材料，例如冷粗铜和废杂铜的处理。 倾转炉处理固体材料的精炼过程和原理与反射炉相同，只是投入熔化时间长，操作时炉体操作与旋转炉相似。5 )电解精炼工序(1)通常的电解精炼技术在通常的电解精炼技术中，加工铜箔(厚度0.3-0.7mm )并安装耳垂后，将铜始极片作为阴极，在电解过程中铜离子在始极片上析出而成为阴极极的铜片的始极片只能使用一个铜电解阴极周期，因此在电解工厂具备板槽，专业生产用于制作始极片的铜箔种板槽用的阳极与电解槽用的阳极相同，阴极板也称为母板，材质有不锈钢板、钛板、轧制铜板3种。 铜在阴极堆积到适当厚度后，将其从种板槽上吊下剥离，制成最初的接头，将主板放回种板槽进行再循环利用。与不锈钢阴极电解精炼工艺相比，工艺流程长，设备多。 铜的第一个接头薄，易变形，因此采用的电流密度低，生产效率低。(2)不锈钢阴极电解精炼技术最早的不锈钢阴极电解精炼技术ISA法电解技术是澳大利亚touns bill铜精炼公司于1979年开发的，目前国外有ISA法、KIDD法、OT法、EPCM法，国内也相继开发出众多不锈钢阴极板。