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冶金百科 | 銅冶金工藝——奧圖泰閃速熔煉
2023-03-15 11:19:20 來源:中冶有色技術網
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簡介:中國銅冶煉工業呈現廠家眾多、工藝紛繁的特色,如圖3-3所示。目前,我國應用較為廣泛的銅冶煉工藝主要有5種:奧圖泰閃速熔煉—P-S 轉爐吹煉、雙閃、TSL(澳斯麥特、艾薩)熔煉—P-S轉爐吹煉、富氧底吹熔煉——P-S轉爐吹煉、雙側吹—P-S轉爐吹煉??梢灶A期,今后新建或改建的煉銅廠也主要是采用這些技術。

熔煉


2013年,中國精煉銅產量達到684萬t。表3-3所列為中國主要銅冶煉企業冶煉工藝及產能等情況。

表3-3 中國主要銅冶煉廠及其冶煉技術與產能

中國主要銅冶煉廠及其冶煉技術與產能
中國主要銅冶煉廠及其冶煉技術與產能


中國銅冶煉工業呈現廠家眾多、工藝紛繁的特色,如圖3-3所示。目前,我國應用較為廣泛的銅冶煉工藝主要有5種:奧圖泰閃速熔煉—P-S 轉爐吹煉、雙閃、TSL(澳斯麥特、艾薩)熔煉—P-S轉爐吹煉、富氧底吹熔煉——P-S轉爐吹煉、雙側吹—P-S轉爐吹煉。可以預期,今后新建或改建的煉銅廠也主要是采用這些技術。

(1)奧圖泰閃速熔煉

1)方法簡介

奧圖泰閃速爐及其中央擴散型精礦噴嘴示意圖分別如圖3-4和圖3-5所示。其爐體分別由反應塔(φ7×8)、沉淀池(26×8×2)和直升煙道(d5×10)組成(2010年設計日處理4500 t銅精礦閃速爐內空尺寸,單位為m)。爐體大量使用銅水套以提高爐襯壽命。圖3-6為奧圖泰閃速熔煉系統示意圖。

我國主要銅冶煉廠區位圖
圖3-3 我國主要銅冶煉廠區位圖

奧圖泰閃速熔煉爐示意圖
圖3-4 奧圖泰閃速熔煉爐示意圖


圖3-5 奧圖泰閃速爐中央擴散型精礦噴嘴示意圖

精礦噴嘴余熱鍋爐品

失重計量給料系統

靜電收塵器

閃速熔煉爐

圖3-6 奧圖泰閃速熔煉系統示意圖

細粉狀爐料(精礦、溶劑、煙塵等)混勻干燥(水分小于0.3%)后儲備于爐頂料倉;爐料與富氧(含080%~90%)空氣,通過中央擴散噴嘴均勻噴灑進入反應塔內,在高溫(反應塔溫度1400℃,中央反應區最高1800~2000℃)、富氧條件下發生熔煉過程的物理化學變化,生成銅锍和爐渣熔體;熔體落入沉淀池中,進

奧圖泰閃速爐中央擴散型精礦噴嘴示意圖
圖3-5 奧圖泰閃速爐中央擴散型精礦噴嘴示意圖

奧圖泰閃速熔煉系統示意圖
圖3-6 奧圖泰閃速熔煉系統示意圖

細粉狀爐料(精礦、溶劑、煙塵等)混勻干燥(水分小于0.3%)后儲備于爐頂料倉;爐料與富氧(含080%~90%)空氣,通過中央擴散噴嘴均勻噴灑進入反應塔內,在高溫(反應塔溫度1400℃,中央反應區最高1800~2000℃)、富氧條件下發生熔煉過程的物理化學變化,生成銅锍和爐渣熔體;熔體落入沉淀池中,進一步完成造渣和造锍反應,并在此利用比重差沉淀分離,爐渣和銅锍間斷排出;爐渣含銅1%~2%,一般采用電爐貧化,也可采用選礦回收;煙氣和煙塵經直升煙道進入余熱鍋爐、電收塵及煙氣凈化制酸系統。

奧圖泰閃速熔煉過程控制系統示意圖

圖3-7 奧圖泰閃速熔煉過程控制系統示意圖

圖3-7為奧圖泰閃速熔煉過程控制系統示意圖。主要控制目標為銅锍品位、爐渣成分、渣溫和爐襯的掛渣保護。銅锍品位采用XRF離線快速分析,通過控制加入系統的0,量調節,其實質是控制料/0,比;爐渣成分也是采用XRF離線分析,通過控制熔劑加入量調節;渣溫采用光學高溫計測量,通過控制富氧濃度調節。爐壁耐火材料侵蝕狀況通過水套水溫監控通過控制爐渣成分和溫度實現掛渣。

近20年來,奧圖泰閃速熔煉技術朝著“四高”熔煉方向發展,即高銅锍品位(P-S轉爐吹煉:60%~65%;閃速吹煉:68%~74%);高氧濃度,最高可達88%;高投料量,日本佐賀關廠2000年1臺閃速爐產銅45萬t,美國肯尼科特銅公司Garfield煉銅廠日投料量高達5610 t,國內某公司閃速爐投料量曾短期達到產銅60萬t/a;高熱負荷,最高達2300MJ/(m3·h),從而實現高效、節能、低污染生產。

表3-4所列為奧圖泰閃速熔煉中元素的分配行為。
奧圖泰閃速熔煉中元素的分配行為

2)技術特點

技術成熟,裝備及控制水平高,生產能力大,是目前唯一經工業驗證單爐滿足年產40萬t銅生產的造锍熔煉技術。

爐子壽命長達10~15年。

爐體密封,煙氣量小,煙氣SO,濃度高。余熱及煙塵回收、煙氣凈化和制酸系統投資較小。

能在高富氧、高銅锍品位下操作,實現完全自熱(取決于富氧濃度及銅精礦成分)熔煉,能耗低。

渣、銅沉淀分離條件較好,渣含銅較低。

與熔池熔煉技術比較,煙塵率偏高。此外,也不能處理塊狀物料。只能處理干燥(含水小于0.3%)的細物料(75μm左右),與熔池熔煉技術比較,爐料需采用蒸汽干燥機等干燥。但從能耗角度而言,爐外干燥較爐內水分蒸發有利。

3)主要技術經濟指標

富氧空氣:常溫,含060%~90%;

銅锍品位:60%~74%;

爐渣m(Fe)/m(SiO):1~1.5;

爐渣含銅:閃速爐渣1%~2%,電爐貧化后0.5%~1.0%;

反應塔熱負荷:1600~1700MJ/(m3·h)【最高2300MJ/(m3·h)】;

煙氣SO濃度:30%~40%;

煙塵率:4%~8%。

4)國內應用廠家及產能

圖3-8為奧圖泰閃速熔煉技術發展情況。1946年,芬蘭奧托昆普公司開始研發閃速熔煉技術。1949年,該公司下屬哈賈瓦爾塔廠由于電力緊張,采用閃速爐取代電爐煉銅,標志著奧圖泰閃速熔煉技術工業應用的成功。1954年,日本古河公司獲得授權應用奧圖泰閃速熔煉技術煉銅,此后,日本東予、小坂、佐賀關、玉野等銅廠均采用該技術。1970年,哈賈瓦爾塔廠閃速爐開始應用富氧,自此,奧圖泰閃速熔煉開始由熱風常氧向冷風富氧轉變,相應的噴嘴也由文丘里型4個噴嘴改進為中央擴散型單一噴嘴。

奧圖泰閃速熔煉技術發展情況
圖3-8 奧圖泰閃速熔煉技術發展情況

1985年年底,我國以日本東予廠為樣板,全套引進該技術建成江西銅業公司貴溪冶煉廠,當時閃速爐產能為年產7萬t銅。1978年,閃速爐熔煉低鐵銅精礦直接生產粗銅技術在波蘭GlogowⅡ廠投入工業應用,此后,又相繼在澳大利亞和贊比亞建成兩座同類工廠。1988年,美國Magma公司銅廠首次實現單一噴嘴年處理100萬t銅精礦。1995年,美國肯尼科特銅公司Garfield煉銅廠,為適應當地嚴格的環保要求,采用雙閃法技術取代諾蘭達爐熔煉—P-S轉爐吹煉,肯尼科特-奧圖泰閃速吹煉技術問世。

目前,全球有30余座奧圖泰閃速爐用于銅造锍熔煉和吹煉,該技術生產的銅,約占總量的50%。圖3-9所示為奧圖泰閃速熔煉技術全球應用情況。

奧圖泰閃速熔煉技術在全球應用情況

圖3-9 奧圖泰閃速熔煉技術在全球應用情況

奧圖泰閃速熔煉技術在我國得到廣泛應用,如表3-5所示。目前,我國共有11座奧圖泰閃速爐用于煉銅,其中熔煉爐8座,吹煉爐3座,年產能達到約265萬t銅。此外,江西銅業公司規劃在山東煙臺建設一座大型雙閃法煉銅廠。

表3-5 奧圖泰閃速熔煉技術在中國的應用情況

奧圖泰閃速熔煉技術在中國的應用情況
奧圖泰閃速熔煉技術在中國的應用情況

5)總體評價

奧圖泰閃速熔煉技術自問世以來,歷經60余年發展,在造锍熔煉方面得到了最廣泛的應用,其產量占全球冶煉礦銅產量的50%,在中國年產能達265萬t銅。其單爐處理低鐵銅精礦一步煉銅、閃速爐連續吹煉,也已發展為較為成熟的技術,正在推廣應用中??傮w而言,奧圖泰閃速熔煉技術具有以下特點:技術成熟。是世界上唯一經工業應用證實,可用于建造單套系統年產40萬t銅煉銅廠的技術。裝備及控制水平高,爐體壽命長。在減少SO,排放方面,處于領先水平;在節能方面,也處于先進水平。對銅精礦要求較高,煙塵率偏高,投資稍大,是其不足的方面。
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