有色金属冶金闪-速-熔-炼

1、第 3 章 闪 速 熔 炼3.1概述 闪速熔炼是现代火法炼铜的主要方法。它克服了传统方法未能充分利用粉状精矿的巨大表面积,将焙烧和熔炼分阶段进行的缺点，大大减少了能源消耗,提高了硫利用率，改善了环境。 闪速熔炼是将经过深度脱水（含水小于0.3%）的粉状精矿，在喷嘴中与空气或氧气混合后，以高速度（6070m/s）从反应塔顶部喷入高温（14501550）的反应塔内。 精矿颗粒被气体包围，处于悬浮状态，在23s内就基本上完成了硫化物的分解、氧化和熔化等过程。 熔融硫化物和氧化物的混合熔体落下到反应塔底部的沉淀池中汇集起来，继续完成与炉渣最终形成过程，并进行沉清分离。 炉渣在单独贫化炉或闪速炉内贫化区

2、处理后再弃去。 闪速熔炼有以下的特点：1.焙烧与熔炼结合成一个过程；2.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；3.FeS与Fe3O4、FeS与Cu2O(NiO)、以及其它硫化物与氧化物的交互反应主要在沉淀池中以液液接触的方式进行。 闪速熔炼有两种基本形式：1.精矿从反应塔顶垂直喷入炉内的奥托昆普闪速炉（图3.1）；2.精矿从炉子端墙上的喷嘴水平喷入炉内的因科闪速炉（图3.2）。图图3.1奥托昆普闪速炉图3.2 INCO闪速炉图 3.3 反应塔内的气体-精矿流散布示意图（中央喷嘴） 图3.9 加拿大国际镍公司工业氧气闪速炉炉型 图3.10日本玉野冶炼厂闪速炉炉型 图3.11 澳大

3、利亚卡尔古利与金川冶炼厂闪速炉炉型3.4.2 闪速炉的炉体结构 奥托昆普型的闪速炉由反应塔、沉淀池和上升烟道三部分组成。 反应塔呈圆筒。沉淀池是由铬镁砖砌成的矩形池子，用于暂存铜锍及熔炼渣，以使铜锍沉清分离。上升烟道是烟气导入废热锅炉的通道。 闪速炉本体主要由钢结构元件、耐火材料内衬和水冷元件构成。根据反应塔、沉淀池和上升烟道的功能不同，各部分的钢结构、耐火材料和水冷元件各有特点。3.4.3 闪速炉喷嘴 在闪速炉熔炼中，干燥的浮选硫化铜精矿与熔剂、燃料以及预热空气（或富氧空气）是通过设置在反应塔上部的精矿喷嘴喷入炉内并进行混合的。 在反应塔中，精矿在距喷嘴一定距离处着火，被氧化形成炉渣和锍，精

4、矿粉与反应用空气混合的均匀程度对精矿氧化反应起着决定作用。若混合不好，就会有局部未反应物料落入沉淀池，影响锍温度和品位，烟尘量也增大。 精矿喷嘴的型式会影响精矿粉的着火点、反应塔内的回流量、死区的位置、结瘤、灰渣生成以及Fe3O4生成等，即精矿喷嘴的好坏实际上会影响整个熔炼炉的运行。故闪速熔炼从1949年发展至今，喷嘴也在不断地发展完善。 二十世纪七十年代以前，精矿喷嘴都是文丘里型喷嘴，结构如图3.12所示。图3.12文丘里型精矿喷嘴1.重油喷嘴；2.精矿溜管；3.送风管；4.精矿喷嘴本体；5.文丘里状收缩部；6.精矿分散锥；7.精矿喷嘴圆锥 中央扩散型精矿喷嘴是芬兰奥托昆普公司研制成功的，该

5、喷嘴不是文氏管型而是倒锥型，由壳体、料管、风管、混合室等组成。 炉料从中央料管流入混合室，富氧空气则从空气管以一定的速度喷入混合室内，精矿与空气在此处进行充分的混合。 混合室呈圆筒型，其底部在喷嘴的最下端与闪速炉顶相接。在精矿喷嘴中心安装一根小管，其端部设有锥形喷头，喷头周围分布有直径3.5mm的许多小孔。 压缩空气由中间小管通入，尔后从小孔沿水平方向喷出，将精矿粉迅速吹散到整个反应塔内。中央扩散型精矿喷嘴示意图 图3.13 是典型的奥托昆普闪速熔炼工艺流程。 3.5闪速熔炼工艺3.5.1闪速熔炼工艺流程3.5.2 精矿的干燥 铜冶炼厂进厂铜精矿含水一般为8%15%。冶炼前的配料作业、冶炼过程

6、中及冶炼烟气制酸都对精矿含水有一定要求。 在配料过程中，若含水高，精矿易粘结，会影响配料精度。因此，配料前的精矿含水一般控制在10%以下，必要时可增加预干燥设备。 在闪速熔炼过程中，反应速度很快，精矿在反应塔只停1s左右。进入反应塔后，在塔内高温作用下，精矿中的水分会在精矿颗粒表面形成一汽膜，既影响热量传递，又会阻碍氧气与精矿粒子的接触，使之尚未反应完全就落入沉淀池内形成生料堆积，导致炉况恶化。 因此，必须对配好的精矿进行干燥，使精矿含水满足闪速炉所需。 一般闪速熔炼要求精矿含水0.1%0.3%。铜精矿的干燥方式有多种： 1.回转窑干燥法; 2.气流干燥法; 3.旋转干燥法; 4.喷射干燥法;

7、 5.蒸汽干燥法.其中常用的是气流干燥法，最新的方法是蒸汽干燥法。3.5.3 闪速熔炼的计算机控制 闪速炉反应塔内的冶金化学反应迅速、激烈，影响其产出物和温度等重要输出变量的因素很多，这些因素之间又互相影响，变化频繁。必需使用计算机控制。 使用计算机对闪速炉熔炼生产过程进行在线控制，能够快速、准确和适时地检测生产过程的工艺参数，并利用所收集到的工艺参数作为输入条件，按照事先引入的数学模型自动地进行精确的计算，迅速而准确地改变控制变量。 当闪速炉处理料量不变时，闪速炉产出的铜锍品位、铜锍温度、渣中铁硅比这三大参数是闪速炉熔炼过程的综合判断指标。 只要稳定这三大参数就可以基本实现熔炼、吹炼以至硫酸

8、生产的稳定。 计算机对闪速炉熔炼过程进行控制的关键就在于对品位、温度和铁硅比这三大参数进行在线控制。 计算机在线控制采用前馈反馈的控制方式，最终使控制变量稳定在目标值。 计算机在线控制的具体过程由用户软件的控制系统实现，它共有3个控制变量和3个操作变量，其对应关系如表.5列出，控制概念如图3.14所示。表3.5 在线控制变量的对应关系工序控制变量操作变量配料渣中Fe/SiO2石英比Rf熔炼铜锍温度tm反应塔重油量Foil铜锍品位Cu%反应塔工艺氧量Opr反应塔工艺风量Vs图3.14 计算机在线控制示意图 从图.14中可以看到，每个控制变量的控制均由前馈和反馈两个控制环节实现，因此系统中共有6个

9、控制回路，即熔炼渣中Fe/SiO2比前馈与反馈控制回路、铜锍温度前馈与反馈控制回路、铜锍品位前馈与反馈控制回路 3.5.4 闪速熔炼技术经济指标 注 一吨干矿所需电耗表 3.6 一些铜厂技术经济指标指标名称单位贵溪冶炼厂金隆公司佐贺关冶炼厂东予冶炼厂精矿处理量t/d331472t/h38402303鼓风中含氧量%40-6052-5770-8540-50铜锍品位%58-63586560-64入炉干矿水分%0.30.30.20.2烟尘率%6.564-54.5渣含铜%1-20.8-1.40.80.8-1.5烟气SO2含量%1111.5电耗（干矿）kWh/t4530一些铜厂技术经济指标见表 3.6 3.6闪速熔炼的发展 闪速熔炼已成为当今炼铜行业中最有竞争力的技术。已应用到硫化镍精矿与黄铁矿元素硫的生产中，还用于硫化铅精矿的处理。 铜闪速炉处理的铜精矿品位可以从12%到56