鼓风炉富氧熔炼炼铜

1、鼓风炉富氧熔炼简介 鼓风炉炼铜是一种古老的炼铜方法。铜炉料与熔剂、焦炭在鼓风炉内熔炼产出铜锍(或粗铜)和炉渣的铜熔炼方法。铜炉料可以是混捏铜精矿、铜精矿烧结块或其他含铜块料。根据炉内不同的气相成分，鼓风炉炼铜可分为氧化炼铜和还原炼铜。氧化炼铜用于处理硫化矿，还原炼铜用于处理氧化矿或再生铜料。这种熔炼工艺简单，床能力大，热效率高，渣含铜低，投资省，建设快；在20世纪30年代以前一直是世界上主要的炼铜方法。在中国，20世纪50年代以前，这种方法几乎是矿铜生产的唯一方法。60年代，苏联成功地采取了处理团矿或块矿的料钟式密闭鼓风炉富氧自热熔炼工艺。同期，波兰有2座料钟式密闭富氧熔炼鼓风炉投产。60年代

2、中期，中国成功地进行了料封式密闭鼓风炉工业试验后，相继用以改造敞开式鼓风炉。1986年中国铜陵有色金属公司在料封式密闭鼓风炉基础上采用团块富氧熔炼。1993年设计建成了富春江冶炼厂料封式富氧熔炼密闭鼓风炉。 鼓风炉炼铜的一般特征有：一:燃料在炉内燃烧，炉料与高温炉气成逆流运动，因而热交换条件好，热利用率高达70以上。二：鼓风炉的最高温度带集中在风口稍上的焦炭或硫化物激烈燃烧的所谓焦点区，焦点区最高温度可达1723k。几乎所有的焦炭都是在焦点区依靠鼓风中的氧来燃烧。在焦点区内，被氧化的硫化物主要是fes，其氧化产物随即与炉料中的sio2造渣。此外，在so2存在的条件下，入炉转炉渣中的fe3o4和

3、预备区形成的fe3o4成为fes的固体氧化剂，反应(1)的热效应大于反应(2)的热效应，即焦炭燃烧的热效应大于fes氧化造渣的热效应。从热力学观点看，在焦点区焦炭优先被氧化。而且，焦炭是以灼热固体状态进入焦点区，在被烧尽以前始终保持固态不变；而fes则以熔体状态通过焦点区，迅速地向下流动。由于液体硫化物在焦点区停留时间很短，从动力学观点看，在焦点区fes争夺鼓风中氧的能力远远不如焦炭。所以硫化物的氧化主要在预备区进行，它在焦点区被氧化的程度，主要取决于该处的焦炭量，亦即取决于焦率。在工厂的生产实践中，通过调整焦率，即可有效地调节熔炼过程的脱硫率和铜锍品位。在熔炼热平衡允许的条件下，要力求降低焦

4、率以增加硫化物的氧化程度，达到提高烟气中so2浓度和获得较高品位铜锍的目的。三：焦点区的最高温度取决于炉渣的熔化温度和粘度等性质，以及焦点区的热平衡；当炉渣成分一定时，强化燃料燃烧只能增加炉料的熔炼量，而不能提高焦点区的温度。四：在鼓风炉熔炼过程中，气相与炉料之间的化学反应具有重要意义。鼓风强度是影响鼓风炉熔炼的一个重要参数，鼓风炉入炉物料块率对鼓风强度非常重要。同时,炉料中块料的比例对熔炼的技术经济指标有着明显的影响，当块率较合适且稳定的情况下，如古风强度过高，一方面鼓风成本增高，另一方面将严重影响炉内料层的稳定，炉内冶金反应反受制约，不利于生产。传统有色金属空气冶炼存在着熔炼速度慢、床能率

5、低、烟气二氧化硫浓度低不能制酸等缺陷。为克服以上矛盾，国内外广大冶金工作者和专家学者进行了大量的研究工作，找出了许多种强化熔炼的方法。有的已应用于生产，有的还在继续研究试验。传统工艺是向炉内鼓入普通空气，而普通空气的含氧浓度太低。要想在现有的矿山资源、技术、设备等条件下提高冶炼强度，增大空气中含氧浓度就势在必行。熔炼过程是在1400摄氏度左右时铁及其它杂质氧化造渣除去的过程，增大氧的浓度，其氧化速度就快，各项技术经济指标就好。由于国外工业起步早，地下贮藏煤多已枯竭，故以靠焦炭作主要热源的鼓风炉熔炼在国外呈下降趋势。国内煤炭贮量还比较丰富，所以国内中小工厂采用鼓风炉炼铜的还比较多。从统计数据看，

6、国内炼铜采用鼓风炉工艺的还占全国总产量一定比例。这种方法目前还适合我国地方中小企业炼铜的现状；但为降低焦炭的消耗，强化冶炼速度，提高床能率，治理环境污染，追求较高的技术经济指标，走富氧密闭强化熔炼的这条路，符合我国地方中小企业的实际情况，便于利用现有的设备及操作管理技术。铜锍品位和鼓风炉空气中氧浓度是富氧鼓风炉炼铜工艺中所要控制的重要参数之一，氧浓度的高低对熔炼本身和吹炼以及制酸工艺的各项技术经济指标有重大影响。最合理的铜锍品位和鼓风氧浓度应是企业能取得最好经济效益的值.该值与生产工艺、炉型结构、设备因素、燃烧种类，制氧成本等因素有关。随着科学的不断进步，人类探索“富氧”强化熔炼的工业性实践越

7、来越被各国冶金工作者重视和追求。在国外应用富氧密闭鼓风炉炼铜的生产时间已有40多年的历史；在国内也有30年的历史，均获得相当的成功和较好的技术经济效益。熔炼用的富氧是由制氧机产出的工业纯氧气与鼓风炉鼓风机鼓入的空气混合而成的；制造1nm氧气的费用各地区差别很大，但制氧成本总是高于鼓入普通空气的成本。熔炼鼓风费用随制氧成本和富氧浓度的增加而增加。 “富氧”现场操作并不困难，纯氧从制氧站贮气柜经输氧钢管输到鼓风炉附近的“混风管”内；进混风管之前设置一氧气专用阀门以调节纯氧流量大小，从阀门前引出一小管子接入仪表房，安装配套纯氧流量计，用数字记录和显示每小时，每天每月每年的纯氧消耗量，以考察炉子各项指

8、标，同时也考核了制氧系统的工作状况。操作过程中需要注意的是要严格按“用氧技术（安全）操作规程”所规定的步骤、方法、注意事项认真操作，否则，发生事故后果不堪设想！国内某些科研工作者，结合生产条件，对低冰铜品位与混合风中含氧浓度的可行性区域进行了研究，在风量不变时，鼓风炉铜矿处理量的增大靠提高“混风”中含氧的浓度来实现，当“混风”中氧浓度达到60%左右时，熔炼过程实现“自然熔炼”，此时，再提高氧浓，铜锍品位反而下降，因氧化气氛过强，使铜锍中的部分cu2s过氧化为cu2o，渣铜损也增大。一般来说，富氧浓度每升高一个百分点，床能率相应升高7.2个百分点；富氧浓度每升高一个百分点，粗铜产量相应升高11.

9、2个百分点。关于“富氧”后渣含铜有所升高的问题，有第二种认为：一是前床容积相应比普通空气熔炼要大10%左右，前床长度要比普通空气熔炼的前床长500-800m/m,以保证熔体在前床有足够的澄清分离时间；二是要相应调整配料中的石英石和石灰石的用量。富氧鼓风炉可以处理富铜块矿和含金块矿（兼做熔剂），既炼铜又回收了黄金。富氧鼓风炉只适合规模较小的工厂使用。我国煤的贮量正在逐年减少，冶金焦炭越来越昂贵，节约能源、降低成本的工作不能等闲视之。此前，我国先后在铜冶炼的铜陵密闭鼓风炉和白银熔池炉采用了富氧熔炼技术。中国铜陵有色金属公司第二冶炼厂于1986年在两座10m2密闭鼓风炉进行富氧鼓风的生产性熔炼试验，

10、取得了较好效果。根据铜陵第二冶炼厂的生产实践，每吨粗铜消耗的焦炭和电力，1985年普通空气熔炼是为821和616kw/h,1986年采用富氧鼓风（含氧27%-30%）分别为741和557kw/h、焦率从10.7%下降到6.8%，即降低40个百分点。当鼓风含氧305时，同空气鼓风熔炼相比，床能力和脱硫率分别由427t(md)和468，提高到624t(md)和572，而焦率则由102降到646。据考察，1nm纯氧可以节约500克左右煤的节能效果。如果将鼓风氧浓度提高到45%以上，有可能不加焦炭而实现“自然熔炼”。在熔炼过程中，焦炭c将首先与鼓入空气中的氧发生反应：c+o2=co2+97000cal

11、(氧量充足) (1)其次才是硫化物的脱硫及硫的氧化：（以铜矿物中的最主要的伴生硫化物fe的硫化物为例造渣反应）待添加的隐藏文字内容23fes2+8o2=fe3o4+6so2 2fes+3o2+sio2=2feosio2+25680cal (2)在有sio2存在时，fe3o4对fes起固体氧化剂作用：fe3o4+ fes+5sio25（2feosio2）+ so2-4760cal实践表明,富氧熔炼既增加熔炼能力,提高脱硫率及冰铜品位,还降低了能耗。富氧熔炼热平衡与物料含硫量关系:据北京有色金属研究总院郭先健建立的铜精矿自热熔炼动态热平衡数学模型为:dq/dt=(762.7+2313/rs-665

12、.5/rsxs-610.5/yo_2)v模型的计算及分析结果表明,铜矿含硫量的增加有利于熔炼过程的热平衡。若铜矿含硫分数低于0.25,采用富氧对过程的热平衡产生负效应。在脱硫率为0.60时,对于铜矿含硫分数分别为0.30、0.35和0.45,实现自热熔炼的富氧浓度分别为70%,45%和30%。当铜矿硫分数低于0.29时,提高脱硫率有利于过程的热平衡,而高于0.29时,则不利于过程的热平衡。就*公司来讲，其冰铜炼厂海拔约1700m，空气含氧量约16%（海平面空气氧浓约21%，每升高350m，氧浓约降1%），现有5.8m2、4.1m2鼓风炉两台，日处理入炉品位为3%左右的含铜原料350吨左右,年产

13、量为2000个金属吨冰铜/年，品位在20%左右，焦率较高（19%），床能率:=350/(5.8+4.1)=35.35t/m2d偏低.前些年与之相近情况的国内某厂，利用氮肥厂排放的“废气”（含o2=28%）引入其3m2鼓风炉炼铜作业，降低了一定焦率，床能率比普通空气熔炼提高10.3%，烟气量减少约8%，水渣含铜稍有上升（由0.3%升到0.36%），炉况顺行。实践表明，富氧浓度每升高1%，床能率可提高约7.2%。如将入炉氧含量提高到23%，则床能率提升50.4%即到达：53.1t/m2d，由于现在焦率偏高，一则焦炭成本高，二则如前所述，因焦炭优先反应，导致脱硫率偏低，冰铜品位也偏低，如果增加氧浓、

14、降低焦率，则消耗氧量的焦炭减少、焦炭燃烧后剩余氧量增大，参与脱硫的氧气增加，即脱硫率增高，进而冰铜品位增高；而硫与氧气反应又可产生大量热量，可以补充因降焦减少的热量维持鼓风炉热平衡，渣含铜虽稍有上升（冰铜品位45%情况下），但能接受。结语 由于鼓风炉的诸多缺点，加之面临国家、社会环保意识的大幅提高，环境保护、低“碳”经济已成为政府倡导产业发展的新方向，作为一个有社会责任感的企业， 履行社会责任有助于保护资源和环境，实现可持续发展。企业作为社会公民对资源和环境的可持续发展负有不可推卸的责任，而企业要履行自己的社会责任，需通过技术革新减少生产活动各个环节对环境可能造成的污染，同时降低能耗，节约资源

15、，降低企业生产成本，既提高经济效益，又提升了企业形象和社会的认可程度。 中国是一个人均资源特别紧缺的国家，企业的发展需要与节约资源相适应。企业应坚持可持续发展，高度关注节约资源；承担起保护环境和维护自然和谐的责任，还要承担引进、探索、发展新工艺、新技术的责任；解决效益低下问题，重视科技创新。通过科技创新，降低煤、电、油、运等的消耗，进一步提高企业效益。冶金工作者都知道，只要是火法冶炼含铜硫化矿，其基本原理如脱硫、氧化、造渣等反应及其热平衡、渣型选择、铜锍品位选定等是大致相同的，由于闪速炉等先进炉型，不但投资巨大，而且对铜矿的品位、规模、含硫量、杂质等都有苛细的要求，同时需具备的场地、技术、管理、操作人员、水电能源、交通运输等的要求都是小型矿厂难以满足的，更重要的是这些先进炉型，需进行大规模生产（大于10w吨），才能产生效益，根本不符合低品位、多杂质的小矿山、小冶炼厂的实际情况。那么立足于现有