火法冶炼工艺

1、金 川 集 团 公 司,火法冶炼工艺流程钛冶金简介,镍在国民经济中的作用,概括起来镍的用途可分为六类: a.作金属材料,包括制作不锈钢,耐热合金钢和各种合金等3000多 种,占镍消费量的70%以上, b. 用于电镀,其用量约占镍消费量的15%.主要用在钢材及其他金 属材料的基体上覆盖一层耐用,耐腐蚀的表面层,其防腐性能要比 镀锌层高2015%. c. 在石油化工的氢化过程中作催化剂. 在煤的气化过程中,当用CO和H2合成甲烷时发生下列反应: CO + 3H2 CH4 + H2O(温度800,催化剂)常用的催化剂为高度 分散在氧化铝基体上的镍复合材料(Ni2527%).这种催化剂不易 被H2S,

2、SO2所毒化.,d.用于用作化学电源,是制作电池的材料.如工业上已生产的Cd- Ni,Fe-Ni,Zn-Ni电池和H2-Ni密封电池. e.制作颜料和染料.其最主要的是组成黄橙色颜料. f.制作陶瓷和铁素体.如陶瓷上常用NiO作着色剂添加还能增加 料坯与铁素体间的粘结性,并使料坯表面光洁致密. 铁素体是一种较新的陶瓷材料,主要用于高频电器设备.,金属镍的简介,金属镍是元素周期表第八副族铁磁金属之一，银白色，原 子序数为28，原子量为58.71，镍具有磁性，是许多磁性物料 （由高导磁率的软磁合金至高娇顽力的永磁合金）的主要组成 部分，其含量常为1020。 具有实际意义是金属镍的化学性质，主要是在

3、大气中不易生 锈，及能抵抗苛性碱的腐蚀。 在空气或氧气中，镍表面上形成一层NiO薄膜，可防止进一 步氧化，但是含硫的气体对镍有严重的腐蚀。,镍化合物的简介,氧化物：三种即氧化亚镍（NiO)，四氧化三镍（Ni3O4 )及三 氧化二镍（Ni2O3 ) a、三氧化二镍仅在低温时稳定，加热至400450，即离 解为四氧化三镍，进一步提高温度最终变成氧化亚镍。 b、氧化亚镍具有触媒作用，可使SO2 转变为SO3，而SO3 与NiO有可以形成稳定的硫酸盐，并较铜、铁的硫酸盐稳定， 加热到750800 才显著离解。 硫化物：有NiS2、Ni6S5、Ni3S2、NiS 。硫化亚镍NiS 在高温下不稳定，在中性

4、和还原性气氛下受热时即按下式离解：,6NiS2Ni3S2+S2 在冶炼温度下，低硫化镍Ni3S2是稳定的，其离解压比FeS小但是比Cu2S大。 镍类似铁和钴，在50100 温度下，可与一氧化碳形成羰基镍 Ni+4CO=Ni(CO)4 当温度提高至180200时，羰基镍又分解为金属镍。,铜的用途,1、广泛用于电气工业、机械制造业中。 2、铜是国防工业及其重要的材料，制造飞机、坦克、大炮等都需要大量的铜。 3、铜还以各种氧化物的形式应用于农药、医疗和民用等工业部门。 2003年，全世界产铜1513万吨，中国产铜164万吨,金属铜的物理化学性质简介,铜：在元素周期表中属于第一副族的元素，原子序数为2

5、9，原子量为63.57。 1、铜是一种玫瑰红色的、柔软，具有良好的延展性能的金属，易于锻造和压延。 2、铜在常温、干燥的空气中不起化学变化，但在含CO2 的潮湿空气中易形成一薄层碱式碳酸铜（铜绿）CuCO3.Cu（OH）2 ，它可保护铜不再被腐蚀，但铜绿有毒，故纯铜不宜做食用器具。,铜的化合物,铜的氧化物：有两种即CuO和Cu2O CuO：低温稳定化合物，在空气中加热到1060，即开始分解：4CO=2C2O+O2 Cu2O：熔点为1253，只有加热到1060以上时才稳定，低于此温度部分氧化成氧化铜，氧化亚铜与某些金属硫化物共热时，发生交互反应： C2O+FSC2S+FO(铜锍熔炼的基本反应）

6、2 C2O+ C2S6C+SO2（铜锍吹炼的主要反应） 铜的硫化物：有两种即CuS、Cu2S CuS：是不稳定化合物，加热时分解 Cu2S：高温下不稳定，且易氧化 在有足够硫（硫化亚铁）存在下，铜均以硫化亚铜存在,什么是火法冶炼,所谓火法冶炼：即是在较高的温度下，从各种有色金属的矿物中提炼出各种有色金属的过程。简单的说，就是不断的从各种有色金属的矿物中富集金属，又不断的从各种有色金属的矿物中除去金属的过程。,金川集团公司镍火法冶炼工艺,分为三期工程： 一.选矿精矿焙烧焙砂电炉熔炼低镍锍转炉吹炼高镍锍地坑缓冷72小时送精炼厂 二.选矿精矿物料制备干精矿镍闪速炉低镍锍转炉吹炼高镍锍地坑缓冷72小时

7、送精炼厂 三.选矿精矿物料制备澳斯麦特炉,金川集团公司铜火法冶炼生产工艺,分为三个系统： 1.选矿精矿焙烧焙砂电炉熔炼冰铜转炉吹炼粗铜阳极炉铜阳极板 2.选矿精矿物料制备铜合成炉冰铜转炉吹炼粗铜阳极炉铜阳极板 3.二次铜精矿铜自热炉冰铜卡尔多转炉吹炼粗铜阳极炉铜阳极板,电炉原料的制备过程焙烧,焙烧：是在适宜的气氛中将矿石或精矿加热到一定的温度而 不熔融的冶金过程，使矿石和精矿的组成发生物理化学变化，以符合下一步冶金处理的工艺要求，或提高下一步冶金处理的技术经济指标。 焙烧可以分为氧化焙烧、硫酸化焙烧、氯化焙烧。,焙烧的设备,回转窑是对散状或浆状物料进行热处理的热工设备。回转窑为中空的卧式圆筒形

8、设备，窑体外壳用钢板卷成，略倾斜于水平面（斜度为26）,形成尾高头低，物料沿轴向借坡度的作用，随工艺要求选定 回转窑的优点：具有操作简便、对原料的适应性强、产能高等优点。窑的回转和推力向前运动。回转窑的长度、直径无严格限制，,回转窑规格,焙烧车间现有的两台回转窑规格为3.652m，筒体为28mm厚的锅炉钢板卷制而成，窑体倾斜度为5。窑内衬为粘土质耐火砖和不定型耐火材料（即窑内衬），起保护筒体和减少散热的作用。 按照物料的变化过程，筒体内可以分为干燥区、成球区和焙烧区三个工作区，工作区的长度可以随物料的化学反应及处理方法而异。,回转窑焙烧的基本原理,回转窑焙烧的基本原理是： 精矿从窑尾加入，窑头

9、排出，在窑内精矿与重油燃烧所喷射的热气流进行充分的逆流热交换，达到干燥脱水、进而部分氧化脱硫的目的。,电炉,按照电能转换为热能的方式不同，可分为： A.电阻炉：电能通过与电路相连的固体和液体物料时转变为热能； B.电弧炉：电能通过 气体介质中的电弧转变为电能； C.感应炉：电能通过处在快速转换的磁场或电场中的固体和液体物料时转变为热能； D.电弧电阻炉（因为此炉多用于处理熔炼矿石和精矿，故又称为矿热电炉）：一部分电能通过气体介质中的电弧转变为热能；一部分通过在固体或液体物料中的电阻转变为热能,电炉熔炼的原理,电炉熔炼的原理实质上可分为两个过程： 一为热工过程（如电能转换、热能分布）； 一为冶炼

10、过程（如炉料熔化、化学反应、锍渣分离等）,电炉熔炼的冶炼过程, 电能转换为热能：如果向熔融的炉渣通以电流，由于电阻的 作用，电能转变为热能； 物料的熔化：物料靠以电能为主要来源的热量进行熔化，电 能通过六根电极送入炉内，电极插入渣层，在渣层发生电能转 变为热能，故将炉渣熔化； 熔炼反应及产物：电炉熔炼的物理化学反应主要发生在炉渣 和炉料的接触面上，气体几乎不参与反应，因此电炉熔炼以液 相和固相的相互反应为主，可以一次完成造渣和造镍锍的反应.,电炉熔炼反应及产物,(1)加入电炉的物料为：焙砂、烟尘、返回炉料及液体转炉 渣、熔剂和炭质还原剂等。 (2)反应主要为复杂硫化物、某些硫酸盐、碳酸盐、和氢

11、氧 化物的热分解反应；以及硫化物与氧化物之间的相互反应。 (3)产物主要是：Ni3S2、Cu2S、FeS、CoS的液态混合物即 低镍锍，并溶解由少量的Fe3O4及贵金属。还有2FeOSiO2、 CaO SiO2、MgOSiO2以及Fe3O4熔融混合物即炉渣。 熔融状态的低镍锍和炉渣在熔池中因比重不同而分开。,电炉炉料熔化的原理,由于熔池内温度分布不均，使接近电极表面的炉渣得到强烈的过热，炉渣比重降低，从而上浮至熔池表面，并沿着熔池的上层向四方流动，在流动的过程中与料堆下部相遇时，便将热量传给物料，使之熔化。,故可以简单的说：电炉熔炼过程是实际上是一个通过造锍和造渣过程，除去物料中的脉石和金属氧

12、化物的过程。,矿热电炉的结构,矿热电炉有圆形炉和矩形炉两种 目前金川集团公司所用的炉型为矩形炉，有六根电极，由三台单相变压器供电。 故：矿热电炉的使用的供电系统的主要组成部分是：电极,电极,电极的特点：高的导电性和导热性，在高温下有足够的机械强度，并有稳定的化学性，不易氧化。 电极的分类：通常电极有炭素电极、石墨电极、连续自焙电极。前两种由于成本高、直径受限制，应用较少。连续自焙电极被广泛使用。,自焙电极,自焙电极：用1.53mm厚的薄钢板焊接成圆筒，圆筒内充 填电极糊。 电极糊：由煅烧过的无烟煤、冶金焦、焦油或沥青按一定 比例混捏制成。 电极糊的作用：电极下放过程中，因受炉膛内的辐射热及 炉

13、气热传导和电极本身通电的焦耳热，而逐渐软化、烧结成 为良好的导电体。,低镍锍的成份,闪速熔炼出现的原因,由于粉状精矿的表面积大，铜镍精矿中FeS含量高，冶炼过程的燃烧热没有得到充分的利用，能耗高，硫的回收率低，环境污染严重，故人们研究开发了闪速炉熔炼技术，它可以充分利用了精矿的上述性能，达到了产量大、能耗低、硫的回收率高，减少污染环境的目的。,镍闪速熔炼的发展史,自从1949年第一座奥托昆普闪速炉诞生和1953年加拿大 国际镍公司因科闪速炉投产至今，闪速熔炼经历了50余年的 历程，得到了很大的发展，椐不完全统计，全世界27个国家 已建成闪速炉共57座，其中奥托昆普炼铜闪速炉41座，奥托 昆普炼

14、镍闪速炉7座，处理黄铁矿奥托昆普闪速炉一座、因科 炼铜闪速炉7座。我国有4座奥托昆普闪速炉，其中江西铜 业公司贵溪冶炼厂一座炼铜闪速炉、铜陵金隆公司一座炼铜 闪速炉、甘肃金昌一座炼镍闪速炉及铜合成炉。,镍的闪速熔炼首先始于1959年芬兰哈贾伐尔塔冶炼厂 投产世界上第一座工业规模的镍闪速炉，相继又有博茨 瓦纳皮克威冶炼厂、澳大利亚西方矿业公司卡尔古力冶 炼厂、俄罗斯诺里尔斯克镍公司和我国金川有色金属公 司建成镍闪速炉。这五家的炼镍闪速炉均属于奥托昆普 型，但又分为两种类型，一种是闪速炉沉淀池与炉渣贫 化区连为一体的二合一炉型；另一种是闪速炉与贫化区 分开的炉型。,闪速熔炼有两种基本形式： 奥托昆

15、普闪速炉：精矿从反应塔顶垂 直喷入炉内的。（芬兰） 因科闪速炉：精矿从炉子端墙上水平 喷入炉内（加拿大）,闪速炉与其它炉型的不同,闪速熔炼与其它传统的鼓风炉、反射炉和电炉熔炼的重要不同之处： 在于它能充分利用粉状精矿巨大的表面能和硫化物的氧化反应热，而获得能耗低、产量大、回收率高、环境污染小的多种利益。,金川闪速炉,金川闪速炉炼镍是从20世纪60年代开始至80年代末，在先后经历了鼓风炉熔炼、矿热电炉熔炼近30年的生产实践的基础上，引进了澳大利亚卡尔古里冶炼厂的技术，由我国自行设计和建设起来的。自1992年投产经10几年的生产运行，在节能、环保、提高生产效率等方面已显示出明显的优越性。,闪速熔炼

16、的基本原理,当含水小于0.3的干精矿及石英粉、烟灰、粉煤、重油（后二者主要作为补充燃料），在精矿喷嘴中与低温热空气（200）和氧气充分混合，并以6070m/s的高速喷入1550 左右的反应塔内，在悬浮状态下仅需23s即可在反应塔空间迅速完成炉料的分解、氧化脱硫和熔化过程，而形成氧化物和硫化物的混合熔融液滴，汇集落入反应塔下部的沉淀池，最终形成锍层和炉渣层，然后澄清分离。,物料的制备,包括两部分： 一是合理、精确的配料 二是使配好的原料经干燥达到含水不大于0.3的入炉要 求。,配料的意义：均匀稳定的配料能确保闪速 炉炉况稳定，生产正常。 配料时：应根据精矿的种类、成分、数量 和品质，确定合理的比

17、例进行配料。 一般配料方式有： 料仓式； 堆混法 中继仓式,采用三段气流干燥： a、短窑（对流、顺流） b、鼠笼打散机（负压） c、气流管,气流干燥与其他干燥方法相比具有以下 的特点： a、气流干燥是一种低温快速干燥，它可广泛利 用各种冶炼废气，因此燃料消耗少； b、气流干燥速度快，干燥强度大，处理量大； c、由于采用负压操作，环保条件好，自动化程度 高； d、干燥的同时将物料提升到炉顶，省去提升设 备，投资少； 气流干燥的缺点： 设备磨损快，设备庞大、动力消耗大。,气流干燥分为： 精矿上料； 精矿干燥；,闪速炉熔炼的物料准备,1、精矿干燥：将含水分810的硫化铜镍精矿经短窑、鼠笼打散机和气流

18、管三段低温气流快速干燥，得到含水小于0.3、粒度为200目（0.074mm)大于80的干精矿，并同时提升通过沉尘室、一级漩涡收尘器、二级漩涡收尘器供三段收尘，然后进入闪速炉炉顶的干精矿仓，烟气以正压送入低温电收尘器，进一步净化回收含精矿烟尘后排入150m高烟囱。,2、粉煤制备：将含水小于5、粒度小于12mm的原煤进行加热、干燥至含水低于1，并磨细至粒度200目（0.074mm）大于90的粉煤，送入容量50t的粉煤仓，供闪速炉使用，同时还供应精矿干燥和熔剂加工。 3、熔剂加工：将含水小于5、粒度小于12mm的石英石与粉煤加热炉产生的热烟气一起通入烘干式球磨机，在磨制石英粉的同时进行干燥，得到含水

19、小于1、粒度60目（0.246）大于90的石英粉供闪速炉使用。,4、返料破碎：主要为闪速炉、贫化电炉和转炉提供合格的返料石英石、块煤、块矿等物料，其中粒径大于及等于50mm的返料径破碎后送往各工序的返料仓备用，粒径小于50mm的石英石、块煤则直接输送至各自的配料仓。 5、制备好并已输送至闪速炉炉顶各料仓的物料干精矿、石英粉、烟灰、粉煤，分别通过计量装置称量后配料，然后经埋刮板运输机混合后加入闪速炉反应塔。,在气流干燥过程中，通常用： 控制沉尘室温度来控制最终精矿含水； 控制鼠笼负压来控制精矿粒度； 用燃烧室叶轮给粉机给煤量来调节沉尘室温度； 用排烟机转速来调节鼠笼负压；,金川镍闪速炉的主要特点

20、,设计上的特点： 设计上采用澳大利亚西方矿业公司卡尔古力镍冶炼厂的炉型，其特点是将奥托昆普闪速炉与贫化电炉合二为一，加强了热能的利用并简化了操作。,金川闪速炉的主要特点,技术上特点： A.使用的镍精矿采用气流干燥，这种低温快速干燥过程是在负 压下操作的，劳动条件好，无粉尘污染，精矿脱硫少，能耗 低，精矿在干燥的同时即被提升到闪速炉的炉顶料仓中，省去 了干精矿的提升运输设备。 B.带电热贫化区的闪速炉是引进澳大利亚技术的核心，但在设 计上并未完全照搬。在砖体的冷却方式、沉淀池炉顶结构、沉 淀池与上升烟道连接部结构、贫化区炉顶和钢骨架的设计等方 面作了一系列改进，而贫化区炉顶的电极系统包括导电、压

21、 放、密封等则完全应用了金川矿热电炉的技术，比卡尔古里冶 炼厂的同类设备更加完善。,C.采用了低温富氧鼓风制度。既可满足设计能力的生产，还为扩大生产留有余地。鼓风温度200完全可以利用闪速炉余热锅炉产出的饱和蒸汽加热达到，不需要消耗其他能源。 D.生产过程采用了先进的MOD300集散控制系统和信息处理系统，具有计算、数据采集、数据传递、报表打印、报警、事故自动切换、离线指导、在线控制等功能。,金川镍闪速炉的主要特点,熔炼上的特点：焙烧与熔炼结合在一个过程， 炉料与气体密切接触，在悬浮状态下与气相进行 传热和传质，故可以在较大范围内调节镍锍品位。,闪速炉与贫化电炉合并的原因,利用闪速炉产出的镍锍

22、作为炉渣贫化的硫化剂，而金川闪速炉炉渣贫化不用加硫化剂，它克服了炉渣贫化过程所产出的低硫镍锍排放的困难。同时由于不加硫化剂，因此炉渣贫化所用的电就较电炉少多了。,闪速熔炼过程,（1）闪速炉的组成： 反应塔、沉淀池、上升烟道和贫化区； 另外为了利用余热，上升烟道出口安装有 余热锅炉。 A、反应塔、沉淀池属于闪速炉部分，它遵守闪速熔炼的特定规律。 特点：渣中金属和四氧化三铁含量高，镍锍中镍、铜、四氧化三铁含量也较高。,B、贫化区属于电炉部分，它遵守电炉熔炼的特定规律 作用：使渣中有价金属更多的还原、沉集在镍锍中，同时处理一部分含有价金属较高的冷料。 特点：还原性较强，渣、镍锍中的NiO、Cu2O、

23、CoO、Fe3O4被还原，渣含Ni、Cu、Fe3O4都很低，镍锍中有金属镍和金属铁存在。 在镍锍中Fe、Ni和S含量之和在95以上。,（2）加入物料：干精矿、熔剂等 （3）化学反应：闪速熔炼过程的化学变化一般取决于起主要反应的铁的硫化物，它占精矿总量的5585，大部分在反应塔氧化造渣。 一、高价硫化物在反应塔的分解： （NiFe）9S8 =2Ni3S2+3FeS+1/2S2 2CuFeS2=Cu 2S+2FeS+1/2S2 Fe7S8=7FeS+1/2S2 FeS2=FeS+1/2S2 所得的FeS与元素S进一步氧化为FeO和SO2，在与SiO2发 生造渣反应。 2FeS+3O2+SiO2=2

24、FeO.SiO2+2SO2,二、铁的硫化物在反应塔内也可以依下列反应直接氧化： 2FeS2+7O2=Fe2O3+4SO2 3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2 生成的Fe2O3当FeS存在时容易转变为Fe3O4 10Fe2O3+FeS=7Fe3O4+SO2 16Fe2O3+FeS2=11Fe3O4 +2SO2,Fe3O4熔点高、比重大，使炉渣与冰镍分离不好，造成金 属损失增加，析出易长炉底使生产空间减少,使炉子处理 能力降低。 Fe3O4就是 FeO+Fe2O3它是Fe2O3到FeO的中间型 Fe2O3铁与氧原子比2/3=0.66 Fe3O4铁与氧原子比3/4=0.75 FeO铁与氧原子比

25、1/1=1 含铁越来越多，也就是越来越趋于还原一点，增加还原 气氛如； 3Fe3O4+FeS=10FeO+SO2 生成的Fe3O4及时造渣； 3Fe3O4+FeS+5SiO2=5（2FeOSiO2）+ SO2 在炉子中有适量的石英石是防止生成Fe3O4的主要手 段。 当Fe3O4过高时可加生铁还原； Fe3O4 + Fe = 4FeO,三、脉石矿物在反应塔高温下分解为CaO、MgO在沉淀池发生反应： MgO + SiO2 = MgOSiO2 CaO + SiO2 = CaOSiO2,（4）产物： 低镍锍（因熔解有金属也可称为金属化镍锍） 闪速炉渣水淬废弃烟气,闪速炉排烟系统的的烟气路线共有三条

26、。 a、闪速炉闪速炉余热锅炉电收尘闪速炉排烟机制酸。(正常生产) b、闪速炉闪速炉余热锅炉电收尘闪速炉排烟机干燥烟囱。（制酸系统发生故障时） c、闪速炉闪速炉副烟道喷雾室环保排烟机环保烟囱。（闪速炉检修时）,闪速炉入炉物料化学成份,闪速炉产物的化学成份,闪速熔炼生产的目的是； （1）按合适的冰镍品位产出冰镍。 （2）按合适的铁硅比产出炉渣。 （3）产出的冰镍和炉渣具有合适的温度。,金川铜合成炉炼铜的前提及背景,为了适应国内外市场竞争的需要，金川集团有限公司不失时机地抓住全球经济结构调整和国家实施西部大开发的历史时机，变挑战为机遇，在对世界有色金属市场进行深入研究的基础上，提出了“将镍的文章做深

27、、铜的文章做大、钴的文章做强、稀、贵文章做精、化工产品做活”的发展战略。依靠公司在中国西部和中亚具有的技术优势和规模优势，利用中西部矿产资源，在短期内把铜的生产规模做大，使铜产品与镍产品并驾齐驱、优势互补，是实施公司把“铜的文章做大”战略部署的重大举措。,随着生产的发展，科学技术的进步，生产规模的扩大，镍闪速炉已成为金川集团有限公司主要的镍熔炼设备，原有的电炉熔炼镍设施只有小部分用于镍生产，大部分闲置。近几年来，金川公司利用部分闲置的矿热电炉和焙烧窑处理铜精矿，边生产边进行了局部改造,目前已使铜的生产能力扩大到10万t/a。然而利用电炉熔炼系统生产粗铜，电能消耗大，烟气难于处理，加工费高，扩大

28、规模受到严重制约。为了充分、合理地利用现有闲置设备与厂房，实现公司可持续发展，金川公司按铜冶炼节能降耗综合技术改造，决定在原熔炼厂房东侧新建一座合成炉炼铜系统。该系统设计规模要与200000t/a阴极铜相匹配，以形成铜、镍两个生产系统，使铜、镍两种产品同步发展，优势互补，增强企业竞争力。,合成炉熔炼,合成炉熔炼是在铜闪速熔炼的基础上，吸收了金川公司镍合成式闪速熔炼炉的经验，经过总结、改进、完善、创新，形成了比较完整的合成炉熔炼技术。 该技术采用富氧强化熔炼，燃料消耗少，具有炉子热效率高，烟气含二氧化硫浓度高，炉子采用立体冷却系统，寿命长，特别是环保条件好等诸优点，同时该技术采用了以煤代油的新技

29、术，降低了成本，提高了经济效益。 合成炉熔炼是富氧悬浮熔炼，硫化铜矿熔炼的速度取决于炉料与炉气间的传热和传质速度，而传热和传质速度又随两相接触表面积的增大而增高。,合成炉熔炼便是基于这种原理，将预热富氧空气和干燥的精矿、石英熔剂和返回的烟尘以一定的比例加入反应塔顶部的喷嘴中，气体与精矿强烈混合后以很大的速度喷入反应塔内，由于气体受热发生体积膨胀，产生一个上升力使物料呈悬浮状态，布满整个反应塔截面，并发生强烈的氧化放热反应，使精矿的焙烧、熔炼和部分吹炼在一个设备中进行，从而大大强化了熔炼过程，显著提高了炉子生产能力，降低了燃料消耗。在反应塔熔化和过热的熔体落入沉淀池，在贫化区电极补充部分热量、还

30、原剂和熔剂熔体向贫化区流动的过程澄清分离；然后分别由冰铜放出口和炉渣放出口放出。含SO2较高的高温炉气通过上升烟道进入余热锅炉。,干精矿制备,合成炉熔炼要求入炉铜精矿含水低于0.3%，否则颗粒表面会形成一层水气膜，妨碍反应的进行。因此，精矿在入炉前必须进行干燥处理。目前铜精矿的干燥方法有气流干燥、蒸汽干燥、喷雾干燥和回转窑干燥等，以上三种干燥工艺都能把精矿水份干燥到0.3%以下，在铜闪速熔炼中均得到比较广泛的运用。但喷雾干燥适合于精矿含水在25%左右的矿浆干燥，而铜合成炉的原料主要依靠外购，含水量在9%左右，不宜采用。 气流干燥与回转窑干燥工艺存在着以下不足之处： 1)能耗高； 2)设备磨损快

31、，设备多，维护工作量大，有效作业率低； 3)高温烟气与精矿直接接触，有时出现精矿脱硫现象； 4)使用燃煤的热烟气作为热源，烟气量大，烟气温度控制要求严等。,经过研究比较，蒸汽干燥工艺具有以下优势： 1）脱水的能耗与三段气流干燥相比降低约17（三段1.3kwh/水；蒸汽1.08kwh/水）； 2）配置简单紧凑； 3）由于尾气流量小，尾气含尘可使用布袋收尘器回收，因而投资省； 4）低温干燥，脱硫率几乎为零； 5）使用蒸汽作为热源，操作简单，且冷凝水可循环使用； 6)设备少，维护工作量小，有效作业率高。 因此，合成炉熔炼工程采用蒸汽干燥工艺。,干燥工艺原理,蒸汽干燥是指利用饱和（或过热）蒸汽通过蒸汽

32、排管，蒸汽排管与被干燥物料接触而去除水分的一种干燥方式。 按一定配比混合好后的湿铜精矿通过喂料螺旋器送入低速旋转的密闭型蒸汽管回转干燥机内，干燥机筒体设有一定的倾角，物料随着筒体的转动不停翻动，在向前移动的同时，通过筒体内的蒸汽管与饱和（或过热）蒸汽进行间接换热。 干燥后的铜精矿由叶片导料装置从回转干燥机中心出料管排入干精矿分配仓。,干燥尾气采用逆流排气，少量的热载气从蒸汽干燥机的出料口进入，携带干燥过程中蒸发的湿气体由设于干燥机进料端的载气出口排出，进入布袋收尘器净化后排空。其中，物料的进料量大小通过变频调节喂料螺旋器的螺旋转速来实现，物料在干燥机中的停留时间由变频调节回转圆筒的转速来控制。

33、,低镍锍转炉吹炼,火法炼镍流程中电炉、闪速炉等冶炼设备产生的低冰镍，由于 其成份组成不能满足精炼工序的处理要求，因此必须进行低冰 镍的进一步处理，这一过程大都在卧式转炉中进行。 低冰镍吹炼的目的 低冰镍转炉吹炼的目的是除去几乎占低冰镍量50的铁和与 之化合的硫以及其它少量杂质，得到以镍为主金属，铜、钴、 贵金属等为副金属的高冰镍。 不管是从电炉、闪速炉产生的熔融低冰镍，都必须进行吹炼 处理。,任务：向转炉内熔体低冰镍中鼓入空气和加入适量的石 英熔剂，将低冰镍中的铁以及与之化合的硫和其它杂质 被氧化后与石英造渣，部分硫和其它一些挥发性杂质氧 化后随烟尘排出，从而得到含有价金属（Ni、Cu、Co

34、等）较高的高冰镍和含有价金属较低的转炉渣。高冰 镍和转炉渣由于它们各自的比重不同而进行分层，比重 小的转炉渣浮于上层被排除。高冰镍中的Ni、Cu大部分 仍然以金属硫化物状态存在，少部分金属以合金状态存 在，低冰镍中的贵金属和部分钴也进入高冰镍中。,转炉吹炼是一个强烈的自热过程，所需要的热量全靠吹 炼低冰镍过程中铁、硫及其它杂质的氧化放热和造渣反 应放热来供给。 金川公司冶炼厂电炉产生的低冰镍成份为： Ni：1116；Cu：79；Fe：4649； Co：0.40.46；S：2628； 转炉产生的高冰镍成份为： Ni：4550；Cu：2527；Fe：24； Co：0.650.75；S：2123。

35、转炉吹炼工艺流程如下图11：,烟 气,固体高冰镍,送下道工序,制 酸,转 炉 渣,烟尘喷溅物,返矿热电炉、贫化炉,返冷料堆,转 炉,高 压 风,浇铸缓冷成型,余热锅炉,高冰镍,高镍锍和转炉渣由于它们各自的比重不同而进行分层，比重小的转炉渣浮于上层被排除。 高镍锍中的Ni、Cu、大部分仍然以金属硫化物状态存在，少部分金属以合金状态存在，低镍锍中的贵金属和钴液进入高镍锍中。,低镍锍吹炼的特点,低冰镍的吹炼与低冰铜的吹炼不同，只有第一周期，没有明显的第二周期，当低冰镍吹炼到含铁24时就作为转炉的产出物而倒出，也即是说低冰镍的吹炼只有造渣期，没有造镍期，造渣中分期、分批加入低冰镍和石英、冷料，保持炉内

36、一定的液面，保证操作的正常运行。,造镍不能进行的原因：应为金属镍的熔点较高，而氧 化镍的熔点更高。在一般的转炉内不能完成，只有在立 式卡尔多转炉进行氧气吹炼和充分混合的条件下，才能 使硫化镍直接氧化成液化金属镍。 当镍锍吹炼到含Fe 24时就作为吹炼的产物放出后 运至缓冷铸坑冷却。,吹炼的设备,转炉，即可以转动的炉子，其回转角度为360度。 可分为立式和卧式，因立式转炉有很多缺点，故我公司吹炼低冰镍所选用的是卧式P-S转炉。转炉的规格是以产出物产量进行计算的。 卧式转炉由炉基、炉体、送风系统、排烟系统、传动系 统及石英、冷料加入系统等组成。,高冰镍缓冷操作,高冰镍缓冷操作的目的是使高冰镍中的硫

37、化镍和硫化亚 铜以及合金分相凝固析出。 分相析出的根据是由于它们彼此间的凝固点温度不同。 当高冰镍从出炉温度1280降温至720时，首先结晶析 出的是硫化亚铜，降温至700时合金析出，继续降温至 575时，硫化镍结晶析出。缓慢降温促使它们各自的结晶 颗粒不断长大，缓慢冷却长大的晶粒在破裂时沿晶粒界面 破裂而不是在晶体中间破裂，因此，经过缓慢冷却的高冰 镍适合于用破碎和浮选的方法进行铜镍及合金的分离，从 而满足高冰镍进一步处理的技术要求。,高冰镍的缓冷过程是在铸钢模中进行的。钢模水平卧 放在地平面以下，不能高出地面，四周用土夯实。新模 子要用木柴烘烤，等全部均预热后，用大泥堵好模子缺 口，模子用

38、黄泥浆刷，干燥后方可浇铸高冰镍，模内不 得有杂物，浇铸时要缓慢注入，防止升温过快造成铸模 迸裂。,转炉产出的高冰镍倒入挂了渣的冰铜包中， 用吊车吊至高锍坑进行浇铸。浇铸要缓慢注入， 以防喷溅。浇铸后及时盖好保温盖，保温盖必须 放平盖严，铸块缓冷72小时温度降至580后起 出，在自然冷却至200，不得浇水冷却，清除 表面浮渣送交磨浮工序。,转炉渣的贫化,在铜镍的生产过程中，产出的炉渣的成份主要是铁和二氧化硅，有价金属除钴外尚含有大量的镍、铜等。 镍主要呈造渣氧化物和机械夹杂的硫化物形态存在，铜主要以硫化物存在，而转炉渣中的铁主要以铁橄榄石和Fe3O4形态存在。 转炉渣中的磁性氧化铁含量的增大将导

39、致炉渣的含铜量的增大。因此，设法破坏磁性氧化铁，使镍钴的氧化物还原硫化是从转炉渣中回收镍钴等方法的基础。,转炉渣的处理方法,液态转炉渣的处理：在有硫化剂和还原剂存在时，温度为 1325的液体转炉渣中镍和钴等将转入冰铜中。,液体转炉渣的贫化方法,电炉贫化法：用电炉贫化转炉渣时，电炉的电极中的碳参与 还原反应，可充分的破坏磁性氧化铁，并能在相当大的范围内 调整冰铜金属化的程度，钴可以控制镍、钴的回收率。 贫化电炉有圆形、矩形，结构与矿热电炉相似。流程可以采 用一段、二段或多段。,转炉渣电炉贫化就是降低氧势、提高硫势、还原Fe3O4 的过程。也就是说首先在炉内加入碳质还原剂(焦炭或块 煤)，在电能的

40、作用下，将转炉渣中的Fe3O4还原。反应如 下： 2Fe3O4 + C = 6FeO + CO2 反应生成的FeO再和加入炉内的石英熔剂（SiO2）反应造 渣 2FeO + SiO2 = 2FeOSiO2,贫化电炉,贫化电炉也是电炉的一种，与矿热电炉相 比，其不同之处是： 1.处理的物料不同； 2.生产的产品不同； 3.工艺过程和工艺参数不同。,阳极炉精炼,阳极炉精炼的基本原理： 为除去粗铜中的杂质和回收贵金属等有价元素，应将粗铜进行火法精炼。火法精炼只能将对氧亲合力较大的杂质除到一定程度，而贵金属仍留在精炼铜中。故在火法精炼之后再进行电解精炼以进一步除去杂质，然后从电解阳极泥中提取贵金属和其

41、它元素。,回转阳极炉精炼是将转炉产出的粗铜加入回转阳极炉，通过重油、压缩空气使粗铜分阶段进行氧化、还原反应，产出阳极铜，再用园盘浇铸机浇铸成阳极板。该过程产生的炉渣返回转炉，烟气通过空气换热器回收部分热量后排空。,粗铜火法精炼的目的是为电解精炼提供合乎要求的阳极铜，并浇铸成表面平整、厚度均匀、致密的阳极板，以保证电解铜的质量和降低电解精炼的成本。,阳极炉精炼主要是将粗铜进行氧化除杂，还原成铜， 浇铸阳极板。,铜自热熔炼,氧气顶吹自热熔炼技术是熔池熔炼技术的一种方式， 是前苏联国家镍工业企业研究设计院和北镍公司的技术 人员于70年代共同研究出来的。 自热熔炼炉是固定式圆柱形炉，炉床面积和炉高根据

42、 生产能力不同而有变化。炉内不同部位用不同材质的耐 火砖砌筑。在温度较高区域的炉衬内埋置铜质冷却器， 以延长炉衬的寿命。,自热熔炼的基本理论,自热熔炼是向炉内熔体连续吹入高压工业氧气的冶炼过程。炉内流体的流动特性是由通过氧枪喷嘴喷射的气流来控制的。当高速气流喷入熔体时，立即在熔体内形成一个流股，熔体被气流击散而分成若干小流股和气泡；同时，由于气流的存在，在流股四周造成压力差，喷流区形成负压，熔池中其余部分均为正压，熔体由正压区流向负压区，使熔体翻腾、搅动以及造成喷溅，熔体向四周和上下循环流动，气泡从熔体中逸出形成烟气。,自热熔炼的特点： 1、入炉物料加入到强烈搅动和翻腾的熔体熔池内，主要反应如

43、物料的熔化、硫化物的氧化反应、造渣反应在熔体和气体包围的涡流中进行； 2、炉料的熔化使通过熔体熔解和侵蚀； 3、熔体内的硫化物氧化作用是借助于液气相质量传递； 4、熔剂的造渣作用是靠固液相反应来完成的； 5、由于熔体流股被击散，硫化物的燃烧点大为分散，为富氧熔炼创造了条件； 6、由于强氧化性气体的作用，锍熔体在放出之前已经被分开，渣与锍熔体之间达到了成份平衡。,金川铜自热熔炼,金川铜自热熔炼炉是世界上第一座用于生产铜 的自热炉，处理的矿物是二次铜精矿。 二次铜精矿是高镍锍经过磨浮选矿，镍和铜分 离得到的铜精矿。含水810，Cu 68.5，Ni 4.0%，Fe 4.0，S 21.5，精矿不经干燥

44、直接入 炉。 二次铜精矿的特点决定了金川铜自热熔炼的特 点。,二次铜精矿的特点,二次铜精矿实际为高品位冰铜，故自热熔炼 实际是冰铜吹炼的一部分。 二次铜精矿中含有4以上的镍，镍以Ni3S2 形态存在，若要使自热熔炼产出的粗铜品位达到 98以上，必须使Ni3S2 氧化成NiO进入渣中。 由于二次铜精矿含硫相对较低，而水分较 高，在熔炼时为了保证正常的熔炼温度，必须补 充一定量的热量。,金川铜自热熔炼系统,本系统包括：备料系统、自热系统、卡尔多转 炉吹炼、阳极精炼等铸系统和供氧、供电、供 水、供风、供油、排烟除尘、炉渣处理等配套系 统。 金川铜自热炉采用竖式圆柱形炉型，筒体外径 4.0米，炉膛内径

45、1.8米。炉体的主要组成部分 位：炉基和炉底、炉墙、炉顶、熔体放出口、氧 枪机、钢骨架、汽化冷却系统等。,卡尔多炉吹炼,吹炼的目的：将冰铜转变为粗铜。 吹炼是周期性作业：分为两个阶段即造渣期和造 粗铜期。 造渣期为冰铜中的杂质硫化物氧化成氧化物和 SO2 ，杂质氧化物与加入的石英熔剂造渣，而冰 铜逐渐被铜所富集。冰铜和炉渣由于比重不同及 相互溶解度有限，当炉子停风或停氧时分成两 层。炉渣定期排出。 造渣期的产物为：白冰铜、炉渣、炉气和烟尘。,白冰铜在不加熔剂的情况下继续吹炼，使部分硫化亚铜氧化成氧化亚铜，然后氧化亚铜与未氧化的硫化亚铜交互反应而得到金属铜，这就是吹炼的第二阶段吹铜期。 吹炼得到

46、的粗铜，送去火法精炼。,冰铜吹炼的设备,由于我公司原料即二次铜精矿含镍较高，而镍及镍的氧化物熔点较高，在一般的卧式转炉中不能达到除镍的效果，所以采用的是氧气顶吹立式转炉卡尔多炉。 卡尔多炉由炉体、送氧系统、燃油系统、旋转系统、倾动系统、供料系统、水冷系统及排烟系统等组成。,吹炼的产物,有粗铜、炉渣、烟尘和烟气、 粗铜是卡尔多炉吹炼的主要产物。含Cu为9899.0，含Ni小于1，此外尚含有少量的铁、硫、氧、钴、金、银、铂等杂质。转炉粗铜直接倒入回转阳极炉和反射炉进行精炼。 转炉渣中渣含铜较高，约在2025左右，渣中的铜大都以硫化物状态存在，少量以氧化物及金属形态存在。所以炉渣一般返回熔炼炉处理，

47、以回收其中的铜。,烟尘：转炉烟尘大部分是从炉口喷出的石英粉末、冰铜、炉渣、铜的颗粒，还有一些易挥发的金属化合物。这些烟尘由于含铜较高，一般返回铜系统处理。 炉气：卡尔多炉富氧顶吹，炉气中含有SO2浓度较高，需回收制酸，这样既综合利用了资源，又有利于环境保护。,粗铜精炼,从卡尔多炉吹炼出来的粗铜，除含有9899.5的铜 外，还含有0.52的杂质，这些杂质对铜的使用性能有 影响。 粗铜火法精炼的任务就是除去一部分杂质，为铜电解 提供优质的阳极板，其化学成份中含铜98.599.5，杂 质含量仅为0.51.5，并浇铸成表面平整、厚薄均匀、 无飞边毛刺、无附着物、致密、比重可达8.8以上的阳极 板。否则

48、不仅会降低电解铜的质量，而且还会增加电解 精炼的成本。,粗铜火法精炼的原理,在于铜中存在的大多数杂质对氧的亲和力都大于铜对 氧的亲和力，且多数杂质氧化物在铜水中的溶解度很 小，当空气中的氧通入铜熔体中便优先将杂质氧化除去。,粗铜火法精炼的设备,粗铜火法精炼的炉子有固定式反射炉、回转式精炼炉和旋转式精炼炉。 我公司采用的是回转式精炼炉。由炉体、驱动装置、支撑装置等组成，此外还包括排烟系统、排渣系统、浇铸系统等。,澳斯麦特熔炼与艾萨熔炼,澳斯麦特熔炼法与艾萨熔炼法是20世纪70年代由澳大利亚的工程技术人员研制而成。 这种方法的特点是： 原料不需经过特别准备。含水量7的精矿颗粒或精矿混捏后直接入炉。

49、当精矿含水7时，先经过干燥窑干燥后，在制粒或混捏，然后通过炉顶加料口加入炉内，炉料呈自由落体落到熔池面上，被气流搅动卷起的熔体混合消融。,这种方法的优点是：1）熔炼速度快，生产率高。2）建设投资少，生产费用低。建设一座澳斯麦特/艾萨炉的投资一般只有相同规模的闪速炉的6070%左右。3）原料的适应性强。不仅能处理“纯净”精矿，也能处理“垃圾”精矿，甚至能处理其它方法都不处理的精矿。4）澳斯麦特/艾萨炉的占地面积较小，可与其它的熔炼工艺设备配套使用。尤其对于反射炉和电炉的搭配灵活、方便，特别适合老厂的旧工艺的更新改造。5）操作简便，自动化程度高。6）燃料的适用范围广。喷枪可以使用粉煤、油和天然气。7）良好的劳动卫生条件。除喷枪口和上料口外，澳斯麦特/艾萨炉为全封闭式生产，烟气逸散少。,这种方法的不足点为：1）炉寿命较短，最好水平只达到18个月，短的只有 几个月。2）喷枪保温要用柴油或天然气，价格较贵。,铜镍混合精矿经预干燥后，按比例配入外购精矿，混合精矿通过皮带运至圆盘制粒机上方