铜氧化矿的鼓风炉还原熔炼

1、銅氧化礦的鼓風爐還原熔煉Smelting Reduction of Copper Oxide Ore Blast Furnace文/邊瑞民 申殿邦 劉俊江東營方圓有色金屬有限公司摘要:本文系統介紹了銅氧化礦採用鼓風爐還原熔煉的基本原理、生產過程、常見故障及其處理方法、合理渣型的探討與建議等。銅氧化礦還原熔煉工藝原是一項老技術,而現代銅冶煉工藝幾乎都將處理硫化礦生產技術作為研究重點。因而銅氧化礦的鼓風爐還原熔煉有數十年無人研究與應用,很少有相關資料。近年來,由於非洲礦產的開發,處理銅氧化礦問題又提上新的議事日程。為此,東營方圓有色金屬有限公司(以下簡稱方圓公司於2006年建設了依台處理銅氧化礦的

2、舉行全水套鼓風爐(見圖1,爐體分別有上下水套組成,底部設有固定式本床。爐料經計量後有加料小車通過提升機運送到加料平台人工上料,打鋼釬或燒氧間斷放渣放銅,爐渣經水碎後出售。冷卻水循環使用,採用羅茨鼓風機供風。煙氣依次經沉降冷卻室、漩渦收塵器、U型管冷卻器,使煙氣溫度降低到100以下,並使用其中的粗塵分離,再通過離心式引風機進入布袋室收塵後達標排空,其工藝流程(見圖2。爐子系負壓操作,車兼內外基本無煙塵,清潔環保,勞動環境優越。 圖1 銅氧化礦還原熔煉鼓風爐圖2 銅氧化礦還原熔煉流程圖方圓公司當時尚未建設銅的粗煉系統,而陽極爐產生的精煉渣無適當的設備進行處理,只能廉價出售。銅氧化礦還原熔煉鼓風爐建

3、成投產後,將精煉渣以適當的比例配入氧化礦中處理,效果很好。該鼓風爐的原料主要有兩種,從南非等地進口的銅氧化礦以及自產的銅陽極爐精煉渣,屬連續作業,年開爐時間330天,處理料量50,000噸,其中銅氧化礦40,000噸,銅精煉渣10,000噸,生產粗銅10,000噸。經多年的反覆生產實踐,技術條件不斷優化,工藝操作日趨成熟。目前,爐子生產運行穩定,並實現了連續生產,大幅提升了爐子的作業率及處理能力,有效降低了生產成本。其主要經濟指標見表1。表1 鼓風爐主要技術經濟指標床能力t/m 2.d54 總回收率% 98.70 粗銅品位% 92%8% 焦率%2025 煙塵率% 2.77 電單耗kwh/t.渣

4、 40 熔劑率%1933 水碎渣含銅%0.26-0.60 水單耗m 3/t.Cu 4.60 銅直收率% 95.20 加工成本 元t.Cu / 2765.06銅精爐渣 銅氧化礦 熔 劑 焦 炭 鼓風機羅茨風機 沉降冷卻室漩渦除塵器 U 型管冷卻器引風機 布袋室 粗 銅水粹渣出 售 精煉爐 陽極版 電解 陰極銅 出 售精煉渣供風 煙氣 煙氣達標排空 煙塵出售一、還原熔煉的基本原理熔煉時鼓風爐中的爐料逐漸自加料口下降到風口帶。含有大量CO的上升氣流與爐料相對運動,自150時開始,他將銅的氧化物CuO和Cu2O還原成銅。爐料下降時,還原的銅顆粒首先熔化,往下就是渣熔化。在風口帶全部熔融物都與鼓風爐的空

5、氣相遇。部分已還原的銅又被氧化為Cu2O,並以硅酸鹽的型態轉入渣中。在這種情況下獲得的兩種產物,即粗銅和爐渣。銅氧化礦中除銅的氧化物中,尚有其他金屬(如鐵、鉛、砷、銻等的氧化物,還原熔煉時,后者不可避免的會有部分還原,被還原的其他金屬與銅熔合在一起並使銅的品位降低,謂之粗銅。在鼓風爐的熔煉過程中,對銅氧化物的還原而言,焦炭是較好的還原劑。由於他對氧的親和勢大,且其親和勢隨溫度的升高而增加,從而除CuO等少數金屬氧化物外,都能被碳還原。由此可知,Cu2O、CaO、PbO、NiO、CoO、SnO、As2O3等屬於易還原氧化物,而Cu2O最終被還原成金屬Cu。某些金屬的氧勢RT ln(po2/p(或

6、fG O(Meo與溫度的關係見圖3。 圖3 某些金屬的氧勢RT ln(po2/p(或fGO(Meo與溫度的關係圖二、生產過程1.開爐:烘爐:開爐前通過檢查鼓風爐及其附屬裝置等配套系統符合開爐要求後,即可按照工藝要求開始點火烘爐。首先用小木柴文火烘烤爐缸32小時使其烘透。清除積灰後,第二次點火加入中木柴,並按照小中大控制火勢,繼續烘烤12小時。從風口觀察爐缸磚體顏色發紅,即可投入大木柴迅速提高爐溫,最後一批木柴必須加至風口區0.5m以上,並要求木柴平均分布,不准有高低不平現象。約2小時後,發現風口木柴基本充分燃燒時,即可加入底焦,底焦共加2,000kg,分四批加入,待第一批焦炭從風口內觀察發紅時

7、,開始送風1015分鐘,風壓100mmHg,接著停風悶燒515分鐘,再送風,等到最後一批焦炭加完後停風悶燒10分鐘,再持續送風,風壓為150mmHg,並觀察風口焦炭燃燒至發白,從加料口觀察焦碳燃燒至發紅,火苗全部上齊,便開始投返渣料,即烘爐宣告結束。投返渣料:一般投入返渣料的數量為7-10批,每批返渣料的組成為:焦炭200kg,鼓風爐旱渣800kg,石灰石45kg,螢石15kg,焦率23%。加返渣料的過程中,嚴禁隨意調動風閥,應使風壓隨料註布斷的提高而自然上升。同時注意觀察銅口是否有渣子流出,若發現渣子流出,應立即塞入黃泥打進鋼釬。當從風口底不發現有 火苗跳動時蘭火苗跳動時,立即從渣口打入鋼釬

8、放渣。返渣料加畢,隨即加入正規爐料,待正歸爐料加入10批後,開始第一次放銅,至此開爐宣告結束,即可轉入正常生產。2.正常生產:鼓風爐的正常作業主要包括加料、排渣與放銅,其工藝操作包括原料、焦炭、熔劑、風口、銅口、渣口、料口、料柱、水套等項內容。其主要工藝配方與技術條件見表2。表2 主要工藝配方與技術條件配料名稱 數量(公斤/批 技術條件 數值氧化礦 600 風壓(mmHg 550900精煉渣 150 風量(m3/min 70110焦炭 250 料口負壓(pa 50150石灰石 200 水套溫度( 4555石英石 80 布袋進口溫度( 50100螢石 5 料柱高度(m 3.55.0煙灰 10落地

9、銅 5加料:物料入爐前首先嚴格按照原料、焦炭、熔劑的質量標準精心選料,然後依據工藝配方要求準確計算後,分層均勻加入爐內,其裝料順序為焦炭熔劑爐料。粉料入爐前應加適量的水並拌勻。料面要裝成平整的形狀,絕不允許有七高八低的現象。料柱的高低與爐料的透氣性有關,塊率高、粉料少,則透氣性強,料柱就高一些,反之就低一些。但無論哪一種情況,爐子的風壓宇風量必須保持穩定。原料、焦炭、熔劑的質量標準如表3所示。風口:風口就是鼓風爐的眼睛,在生產過程中,他的狀況優劣在一定程度上可標誌著爐況的好壞。爐況正常時,打開風口蓋板向裡窺視,可觀查到風口底部有一層均勻的黑色網狀渣殼,殼面上布有發出白色亮光的小孔。當爐況惡化時

10、,風口內網狀渣殼厚薄不均,殼面上的小孔發紅,甚至發黑,有時風口內網狀渣殼消失並出現深棚現象,甚至風口結死,風送不進去。因此,對風口的管理要時刻認真觀察,發現病態應即時處理。渣口:渣口的操作開始階段是間斷放渣,用黃泥配合鋼釬堵塞。每次放渣時間一班持續30分鐘左右,間隔時間一般控制在1520分鐘。目前已經做到連續放渣。排出的渣(含銅0.26%0.60%經水碎後至渣斗,再用叉車運送到渣場存放,然後售給水泥廠作原料。銅口:銅口的管理也室件段操作,打出鋼釬放銅,個別時候也需燒氧放銅,用黃泥配合鋼釬堵塞。放銅的頻率與數量,是跟據爐料含銅的高低及爐缸盛銅的多少進行掌握,每班(8小時一般控制在25次,其數量為

11、38塊(每塊550kg左右。圖4為現場放銅的圖片。料柱:對於鼓風爐的還原熔煉來說,料柱是熔煉制度的一項重要內容,他的高低主要依據爐料的物理規格及化學成分等狀況來進行調整,確保風壓穩定,並使爐料在爐內有一定的停留時間。由於我公司爐身較高,可根據爐料粉料的多少和塊率的高低進行靈活掌握。在實際生產中,料柱一般控制在3.25.0m。水套:水套是鼓風爐最關鍵的結構部件,方圓公司鼓風爐水套是用鍋爐鋼板冷壓焊接製成的。其使用壽命與冷卻水的水質及溫度關係密切,冷卻水的水質好,溫度控制得當(一般控制在4555,水套的使用壽命就長,否則易於損壞,甚至發生安全事故。因此,在實際生產中要密切觀察水套的進出水情況,確保

12、合格的水質與合理的水溫,研進超壓或缺水。如遇停泵,必須立即打開備用高為水箱冷卻,並相應調低風量,防止回水管蒸氣噴射傷人。此外還要定期排污,以防水套結垢。表 3  原料、焦炭、熔劑的質量標準  銅氧化礦  Cu15%  S0.8%  MgO2%  Al2O30.5%  ZnO2%  粒度120  銅精煉渣  15%Cu20%  Al2O30.5%        粒度 30150  石灰石  CaO50%  MgO<

13、;1%  H2O<3%      粒度 3060  石英石  SiO295%  H2O<3%        粒度 5080  螢石  CaF285%  H2O<3%        粒度 50120  焦炭  固定碳83% 揮發份<1.5% 灰份<15%  S<0.5%    粒度 4012  圖 4  放銅現場圖

14、 3.停爐： 短期停爐：方圓公司根據實際生產經驗，規定在兩個班即 16 小時以內視 為短期停爐。首先將料柱提高 0.5m 左右，並適當提高焦率，然 後再停風(先停鼓風機、後停引風機。同時用黃泥堵嚴風口， 並放進爐內的液態產物，以待恢復生產。 長期停爐：首先停止正規加料，然後加入 912 批返渣料，並適當提高焦 率進行洗爐。此時應繼續供風，直至銅口液態產物及少並伴有 焦炭吹出時即可停風。 三、常見故障及其處理 1.上燃 上燃是氧化礦與精煉渣還原熔煉的常見故障，特別是單煉精煉渣或其比例 過高時 由於廖住的透氣性太強產生上燃 再就是布料的不均勻 型成料柱空洞， ， ； ， 也易產生上燃。通常防止和處

15、理的方法是：粉料與塊料合理搭配；加料前對爐料 噴上適量的水份 布料一定要做到均勻 一旦發生上燃 應採取先大幅降低料柱， ； 。 ， 在快速連續加到原有高度的措施來處理。 2.棚料 棚料現象實際上是高熔點物質在風口區上方半熔狀物質的堆積與凝結，從 而破壞了正常的爐料下降制度，嚴重時可被迫停爐。產生的主要原因有：爐料中 MgO、Al2O3、ZnO 難熔組分過多時生成的鎂尖晶石或鋅尖晶石以固體狀態析出， 使渣的熔點升高 黏度增大 粉料過多及布料不均 容易引起辦熔狀物質的凝結； 、 ； ， 銅精煉渣中耐火料過多，使渣的熔點升高等。通常處理的方法是：嚴把進料關， 使爐料中 MgO、ZnO 含量均控制在

16、1%以下， Al2O3 控制在 0.5%以下，減少鎂尖 晶石或鋅尖晶石等高熔點物質的產生 塊礦與粉料合理搭配 提高布料的均勻性 ； ， ， 防止爐料半熔狀物質的凝結；對各分廠所產銅精煉渣提出質量標準，出廠前必須 進行徹底分撿，絕不允許有耐火料混入。一般棚料故障的發生是有預兆的，主要 表現在風口溫度偏低、網狀渣殼亮點變暗、焦點區上移、渣流動性變差以及風壓 升高等。當發生這種現象時，應立即組織人員用鋼釬打料棚，適當降低料柱，適 當提高焦率，適當提高渣硅酸度。將溫度低的風口調低風量，焦點區上移的風口 停止供風，必要時可適當加入部分熔點滴的返渣料洗爐。經過以上處理，可使棚 料消除，並恢復正常生產。 3

17、.風口結塊、深棚 這種故障產生的主要原因有：渣的熔點過高、黏度較大、液面過高、溫度 偏低等。通常防止和處理的方法是：選擇熔點和黏度何裡的渣型，保持適當的渣 面，再就是調整風口的進風量，將結塊、深棚較重的風口減少風量甚至停風，加 大對側風口的供風量，使結塊熔化、深棚消失。要特別注意當剛發現風口結塊或 深棚時，即時用鋼釬搗碎，便能保證正常生產。 4.爐結 爐結是在水套內俾上產生的結塊，特別是爐膛的四角更容易凝結。它主要 是由粉料過多、布料不均、爐料的水分過高等因素引起。一般隨著生產的不斷進 行，長爐結是不可避免的，問題是在於不能讓其堆積增長，以免引起爐子局布下 料截面減小，甚至引起彭料等較大故障的

18、發生。通常防止及處理的辦法是：爐料 的水份控制適當，降低粉料的配比，做到均勻布料。若爐結產生較重時，應及時 用鋼釬搗打，在操作上適當降低料柱、適當提高焦率、必要時加返渣料洗爐，升 高爐溫使其逐步熔化，從而恢復正常生產。 5.爐鋼結小 產生爐鋼結小的主要原因有 爐料中含鐵過高 還原氧氛過強 MgO Al2O3、 ： 、 、 、 ZnO 等難熔組分過多等。防止與處理的辦法是：嚴格控制金屬鐵和高熔點成份的 入爐，適當降低料柱或焦率，適當提高渣的硅酸度，在熔劑內加入部分螢石等措 施。一旦發現放銅數量減少，說明爐鋼已經結小，應立即採取周期性燒氧強化互 鋼的辦法來處理。 四、渣型的探討 在鼓風爐的還原熔煉生產中，渣型好壞直接影響到爐子生產的正常進行， 它決定了爐子床能力的大小，焦率、熔劑率和銅直收率等主要技術經濟指標的好 壞。因此，要想搞好鼓風爐銅氧化礦與銅精煉渣的還原熔煉，必須控制好爐渣渣 型。正如有色行業的經驗之談“煉銅如煉渣”。 鼓風爐還原熔煉爐渣，是爐料中金屬與非金屬氧化物在熔煉過程中型成的 複雜共熔體，其狀態 FeOCaOSiO2 是爐渣的基本