北科复试课件有色冶金铜二

1、1有色金属冶金学Non-ferrous Metallurgy朱 骏 有色金属冶金系北京科技大学冶金学院Heavy Metals Metallurgy重金属冶金（二）23.3 造锍熔炼的生产实践高效率 低能耗 环保3造锍熔炼分熔池熔炼、漂浮熔炼两类。1 熔池熔炼熔池熔炼是将氧气或富氧空气经设于侧墙、埋于熔池中的风口或经设于反应器顶部的喷枪直接鼓进锍层或炉渣层, 炉料未经干燥直接加到受鼓风强烈搅动的熔池表面, 实现气液固三相反应。工业应用的有：反射炉法、诺兰达法、瓦纽科夫法、三菱法、白银法、艾萨法、氧气顶吹回转转炉法。42 漂浮状态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或预热空气一

2、起喷入炽热的炉子空间, 使硫化物在漂浮状态下（流态化）进行氧化反应, 受热熔化, 以便充分利用粉状物料的巨大面积, 加速完成初步造锍和造渣等冶金过程.此法熔炼强度大，设备能力大，节能，产出的烟气SO2浓度高。 工业上应用的的有: 闪速熔炼法 基夫塞特法康托普法OSS法.53.3.1 铜精矿的反射炉熔炼反射炉熔炼的优点在于：对原料适应性强，操作简单，各种燃料均能采用。其缺点是：冰铜品位低；不能充分利用原料的反应热，燃料消耗大，热效率低(只有2530%)；脱硫率低，炉气含SO2浓度低，不好利用，易造成污染。尽管如此，它仍然是火法炼铜的主要方法，它的生产能力占世界铜产量的一半以上。6连续供热，间断加

3、料，连续产出锍和炉渣Reverberatory Furnace7炉内主要化学反应炉料加入到反射炉后，首先发生脱水、分解过程，然后发生熔化和相互反应。由于反射炉内的氧化气氛不强，故氧化反应不很显著。8炉料中各组分的化学反应：(1) 铁的化合物铁的高价氧化物和硫化物，在500600即开始反应Fe3O4是比较稳定的化合物，它只能通过造渣反应部分除去：温度愈高，炉料混合愈好，该反应就愈完全，通常Fe3O4的除去率可达7085%。没有除去的Fe3O4，通常会在炉底温度较低的地方形成磁性底结。此时，可用铁球处理并使其与SiO2造渣。9磁性氧化铁(Fe3O4)的行为是炼铜的主要问题之一。温度降低，冰铜品位高

4、，炉渣中SiO2添加太少时均有利于Fe3O4从炉渣中析出。另外，氧位较高时，特别是有金属铜相平衡的条件下，Fe3O4将会携带大量的铜共同从炉渣中析出，生成Cu2OFe2O3固相。Fe3O4从炉渣中析出后，会在反射炉炉底、转炉口和闪速炉上升烟道形成难熔的结垢物，并且会造成炉渣粘度增大和熔点升高、渣含铜多等许多冶炼问题解决办法：造SiO2高或SiO2接近于饱和的硅酸盐炉渣；冰铜品位不超过70%；适当提高造锍熔炼温度10(2) 铜的化合物各种铜的氧化物在熔炼时都要变成Cu2S，如该反应不论铜的氧化物成结合状态与否(如Cu2OFe2O3)都能进行。熔炼时可能生成的金属铜也会被FeS硫化生成的金属铁旋即

5、被SO2或Fe3O4氧化为FeO造渣。11(3) 锌的化合物锌若以ZnO、ZnOFe2O3、2ZnOSiO2存在，则进入渣中。这种氧化物对炉渣有一定的危害，主要是当其达到饱和极限后，会以固态从炉渣中析出，从而使炉渣粘度升高。锌若以ZnS存在，因其熔点高，与氧化物的相互反应很不彻底，故熔炼时它会分配于冰铜和炉渣中。由于其比重介于冰铜和炉渣之间，因此，它不仅会使熔体变粘，熔点升高，还可能在炉渣和冰铜间形成难熔而粘稠的横隔膜层，从而破坏它们的澄清分离，并在温度变化时形成炉结，堵塞放出口。12(4) 转炉渣的贫化反射炉炼铜时，除加入固体炉料外，还会加入液态转炉渣，其主要成份为Cu 1.53%；SiO2

6、 2426%，FeO和Fe3O46575%，S 12%。加入转炉渣目的首先是回收转炉渣中的铜，其次是利用转炉渣中的铁作为熔剂。13反射炉贫化转炉渣的作用是：转炉渣中的冰铜在反射炉内受到过热和澄清作用，从而分离出来。转炉渣中的Fe3O4在反射炉内分解和还原，从而有利于转炉渣的脱铜。转炉渣中的Cu2O和金属铜在反射炉内被硫化：转炉渣中的铜进入冰铜的回收率可达7585%14诺兰达法 1973年在加拿大Noranda Horne炼铜厂投入工业生产。 诺兰达炉是水平式圆筒反应器，类似转炉，可以转动480。熔炼过程中温度维持在1473K左右。 诺兰达炉的特点是采用低SiO2炉渣。这是为了减少渣量，有利于下

7、一步炉渣的处理。虽然渣中Fe3O4的质量分数高达2530，但由于熔体的强烈搅动，故仍能顺利操作。15诺兰达炉简图16诺兰达法优点( 1)对原料的适应性比较大,既可以处理高硫精矿,也可以处理低硫含铜物料,如杂铜、铜渣、铅锍等,甚至氧化矿;既可以处理粉矿,又可以处理块料。( 2)流程简单,不需复杂的备料过程,含水8%的湿精矿可以直接入炉,烟尘率较低;生产高品位铜锍,减少了转炉吹炼量。( 3)富氧熔炼是自热过程,补充燃料少,一般补充燃料率仅2%3%,辅助燃料适应性大,可用煤、焦粉等低价燃料。(4)单位熔池面积处理精矿能力强,产出的铜锍品位高,烟气量相对较少,且连续而稳定, SO2浓度高,有利于硫的回

8、收,减少了对环境的污染。17诺兰达法缺点(1)炉子没有水冷设施,炉衬寿命较短。( 2)炉体可转动,炉口和烟罩的接口处密封不好,从接口处漏入烟道系统的空气较多,导致烟量较大。(3)直收率低,渣含铜高,要选矿处理,以渣精矿形式返回熔炼。1819白银法 白银法是1972年由白银有色金属公司选冶厂研究开发的强化熔炼方法。1980年正式投入工业生产。 白银法的特点是炉中部设有隔墙，将熔池分为熔炼区和澄清区两大部分。在熔炼区域形成的冰铜和炉渣，通过隔墙下面的孔道流入炉子的澄清区进行分离。冰铜和炉渣间断地从虹吸井和渣孔放出。20213.3.2 铜精矿的闪速熔炼闪速熔炼是芬兰奥托昆普公司于1949年首先用于铜

9、精矿的熔炼，1959年用于熔炼镍精矿，1962年用于从黄铁矿精矿中生产硫目前世界上有30多台闪速炉在生产，其产量已达铜总量的30%以上冰铜品位高，可直接炼出粗铜是目前取代反射炉的最完善的方法22闪速熔炼的优点是：充分利用铜精矿表面积，将焙烧和熔炼(包括部分吹炼)两个工序在一次作业中完成，流程短，生产率高充分利用硫和铁的氧化热，热效率高，能耗少烟气量小，烟气含SO2高，有利于制造硫酸，减少污染脱硫率易控制，冰铜品位高(65%)，缩短吹炼时间缺点：精矿要求充分干燥，熔剂必须粉碎氧化气氛强，反应时间短，渣含Fe3O4及铜高(11.5%)烟尘率高，给余热锅炉等的操作带来困难投资大，辅助设备多23闪速熔

10、炼的原理闪速熔炼的实质是将干精矿与氧气、预热空气或二者的混合物一起吹入高温反应炉内，硫化物颗粒立即与周围的氧化性气体发生反应，同时放出大量的热，利用这个热作为熔炼所需的大部发生相互反应，完成造冰铜和造渣的过程，然后分别从放冰铜口和放渣口放出。目前闪速熔炼法的产铜量占铜总产量的30%以上闪速熔炼法:奥托昆普闪速熔炼和印柯闪速熔炼.2425炉内主要反应闪速熔炼是在高温强氧化气氛中进行的，因此反应炉中依次进行高价硫化物的分解、硫化物的氧化合氧化物与硫化物的相互反应。分解反应26氧化反应是闪速熔炼的代表性反应：27与氧化反应同时进行的还有一部分高价硫化物直接氧化和造渣的反应：28熔池中的相互反应：29

11、闪速熔炼在强氧化性气氛中进行，有一部分FeS氧化为FeO后可进一步氧化为Fe3O4，且不可避免的有一部分铜要被氧化为Cu2O。当熔融的氧化物和硫化物落于沉淀池的渣层上后，被氧化的铜才在FeS的作用下重新变成Cu2S因此，闪速熔炼过程中，通过控制氧料比，可任意改变产出冰铜的品位，这是反射炉所不及的。但同时，渣含铜高。30闪速熔炼炉渣处理方法磨浮法(选矿法)：将闪速炉渣经810h缓冷，此时渣中的硫化物会析出并聚结成大颗粒。然后将固化了的炉渣细磨、浮选。浮选出的渣精矿中铜品位可达20%左右。电炉贫化法：利用电炉，在高温(12501300)下过热澄清，并加入少量还原剂与一些硫化剂，使炉渣中的Fe3O4

12、还原为FeO，而其中的Cu、Cu2O、NiO等被硫化，产出低品位锍。贫化后的渣含铜为0.50.6%31Outokump Flash Smelting Furnace主要由反应塔与沉淀池两部分构成。反应塔完成氧化反应、造冰铜与炉渣；沉淀池主要起烟气与熔体、炉渣与冰铜的分离。不同区域氧势的变化32Outokump Flash Smelting Process采用富氧空气或7231273K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1673

13、K以上。在高温下物料迅速反应(23s)，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。33Inco闪速熔炼利用工业氧气(含氧95%97%)将干铜精矿、黄铁矿和熔剂从设在炉子两端的精矿喷嘴水平地喷入炉内熔池上方空间。一个喷嘴喷铜精矿和熔剂，另一个喷嘴喷黄铁矿和熔剂，熔炼过程炉内就形成了两个区域即熔炼带和贫化带。炉料在空间内处于悬浮状态发生氧化反应，放出大量的热，使反应过程自热进行。熔炼结果产出冰铜、炉渣和含80%SO2的烟气。34Inco Flash Smelting FurnaceCuFeS2FeS23536闪速炉的发展趋势大型化与计算机控制扩大氧气的应用简化流程，提高原料适

14、应性提高冰铜品位、实现直接炼铜373.3.3 密闭鼓风炉熔炼鼓风炉熔炼已基本被反射炉或闪速炉所取代。但在我国仍有一些工厂在使用，国外也有工厂采用鼓风炉处理氧化镍矿铜精矿密闭鼓风炉熔炼是半自热熔炼的一种类型：熔炼过程所需的热量由焦炭燃烧和过程本身的放热反应供给。反应气氛为氧化性气氛。3839密闭鼓风炉熔炼特点：鼓风炉内由上至下可大致分为三个区域预备区：温度由250600至10001100，进行炉料的预热、干燥、脱水，高价硫化物和石灰石的分解，硫化物的氧化，以及精矿的固结和烧结焦点区：12501300，进行焦炭的燃烧、炉料的熔化、熔融硫化物的氧化，以及完成造渣和造冰铜过程本床区： 12001250，炉