第五次课 火法炼铜的其它方法2

第七节

火法炼铜的其它方法一、概述现代铜熔炼的共同特点是：

提高铜锍品位，

加大过程的热强度，

增加炉子的单位熔炼能力。

这些方法可以分为两大类：

一、闪速熔炼

二、熔池熔炼。

1

熔池熔炼包括:

诺兰达法、

奥斯麦特/艾萨法、

三菱法、

瓦纽柯夫法、

特尼恩特法、

卡尔多炉熔炼法、

白银法、

水口山法

旋涡顶吹法等

2

熔池熔炼与闪速熔炼完全不同。后者是精矿颗粒在富氧气流中瞬间氧化后落入熔池完成冶金过程。熔池熔炼则是在气体-液体-固体三相形成的卷流运动中进行化学反应和熔化过程。1、熔池熔炼炉内的流体流动现象3

液-气流卷流运动裹携着从熔池面浸没下来的炉料，形成了液-气-固三相流，在三相流内发生剧烈的氧化脱硫与造渣反应，使三相流区成为热量集中的高温区域，高温与反应产生的气体又加剧了三相流的形成与搅动。

依靠三相卷流，实现熔池内的传质、传热与物理化学过程。在侧吹式和垂直吹炼熔池炉内的三相卷流的形成过程分别如图7.1中的（a）与图7.2中的（b）所示。4

（a）垂直吹炼

图7.1熔池熔炼炉内的三相卷流运动示意图5（b）

侧吹式吹炼图7.1熔池熔炼炉内的三相卷流运动示意图6

熔池的三相卷流区不但是热量集中，熔体混合能量很大。而且，是一个气泡充分发展和滞留的区域。

这个区域为炉料的物理化学变化、热量与质量传递创造了非常良好的条件。

72、熔池熔炼炉内强化过程的条件

在熔池熔炼炉熔内，完成强化传热与强化传质的条件是要建立起一个良好与合理的三相流动区。这个区域的形成条件主要是由以下的因素构成的：决定气体与熔体之间的界面面积的因素有单位熔体鼓风量，气泡在熔体内停留时间、气泡直径以及熔体温度等。

熔池熔炼炉内，液体与全部气泡在任何瞬间的的界面面积是在理想气体定律的基础上按球形气泡计算的：8

在尺寸为Φ4.35m×20.58m的诺兰达炉内，单个风口的平均气体流量为0.4m3/s，风口浸没熔体深度为1m，卷流速度为5.9m／s时，气泡在熔体中的滞留时间为0.17s。计算出不同直径的气泡的气—液界面面积为如下值：

气泡直径(cm)2.5

510

全部气泡—熔体界面面积(m2)38201910955

实际过程中，气泡直径为5cm。气体在熔体中停留仅0.17秒的时间内，就造成了大到1910m2的界面面积。9

气泡在熔体中的滞留体积Vhol可用下面公式表示：Vhol=Vtuy(Tm/273)(1/Pvc)

对上述的同一炉子，计算得到气体的滞留体积为15.9m3。

其体积占熔池总体积的19％。熔炼过程的炉气以如此大的体积从卷流中分离出来，无论从动量、能量和质量传递来说，都完全具备了强化熔炼的条件。10二、诺兰达熔炼

诺兰达熔炼炉炉的物料处理量大,按精矿量为9～10t／(m3·d)。热强度高，约为970～1100MJ/（m3·h），炉体能够转动，灵活便捷，是熔池熔炼炉中颇具特点的炉型。1、诺兰达熔炼炉11

诺兰达反应炉是一个卧式圆筒形可转动的炉子，钢壳内衬镁铬质高级耐火材料。炉体支承在托轮上，驱动装置使炉体可在一定范围内正、反向转动。整个炉子沿炉长分为反应区和沉淀区。

反应区一侧装设一排风眼。加料口设在炉头端墙上，并设有气封装置，此墙上还安装有燃烧器。沉淀区设有铜锍放出口、排烟用的炉口和熔体液面测量口。渣口开设在炉尾端墙上，此处一般还装有备用的渣端燃烧器。

在炉子外壁某些部位如炉口，放渣口等处装有局部冷却设施，一般采用外部送风冷却。反应炉炉体基本结构见图7.2。12图7.2诺兰达反应炉示意图132、工艺流程

大冶冶炼厂采用的诺兰达熔炼工艺流程如图7.3。图7.3大冶冶炼厂诺兰达熔炼工艺流程14

诺兰达熔炼对物料粒度和含水要求不严（含水一般为7～9%），不必深度干燥。来源不同的各种铜精矿，与返回的烟尘和炉炉渣浮选所得渣精矿用抓斗进行初步配料。

在炉前设有的多个料仓内精细配料，以保证入炉的混合炉料能满足反应炉顺利生产的要求。为了补充熔炼过程热量的不足，在炉料中加入了少量的固体燃料。

153、诺兰达熔炼操作数据与技术经济指标1617三、奥斯麦特熔炼与艾萨熔炼

奥斯麦特熔炼法（图7.4A）与艾萨熔炼法（图7.4B）是20世纪70年代由澳大利亚J·M·Floyd领导的研究小组发明，起初以赛洛（该组织的缩写CSIRO）命名的熔炼技术的发展。

奥斯麦特/艾萨技术在提取冶金中具有较广泛的应用。锡精矿熔炼、硫化铅精矿、铜精矿熔炼、炉渣烟化、阳极泥熔炼，铅锌渣、镍浸出渣的处理，炼铁以至垃圾焚烧等方面。

1、概

述18

奥斯麦特/艾萨法与其它熔池熔炼一样，都是使熔池内熔体-炉料-气体之间造成的强烈搅拌与混合，大大强化热量传递、质量传递和化学反应的速率。

奥斯麦特/艾萨法的喷枪是竖直浸没在熔渣层内，喷枪结构较为特殊；炉子尺寸比较紧凑，整体设备简单；工艺流程和操作不复杂；投资与操作费用相对低。

19图7.4A奥斯麦特熔炼炉示意图20图7.4B艾萨炉示意图21

三相卷流运动虽然给炉料的熔化，硫化物氧化和造渣反应创造了很好的动力学条件，但同时也给炉子寿命带来了很大的不利影响。高温和纵横断面同时剧烈搅动的熔体冲刷，加速了炉衬耐火材料损蚀。最短的炉衬寿命只有3～4个月。2、奥斯麦特熔炼炉与艾萨熔炼炉的炉寿命问题

22当在炉子内创造出合适的温度梯度与流动速度梯度时，就能够比较好地解决炉寿问题。影响炉寿命的关键因素有：1、炉子的内部直径2、影响流动的炉渣物理化学本性3、喷吹特性（风口气流速度、压力及其脉冲频率和喷枪插入深度）4、搅动能量场等。23

可以通过炉子的几何设计和喷吹过程参数的优化控制来实现减轻炉衬受到的熔体冲刷与腐蚀，从而达到强烈的搅动下获得高生产率与耐火材料寿命延长的统一。

2002年云南铜业公司创造了全球艾萨炉第1炉期炉寿命的最高纪录的实践表明了这一点。243、奥斯麦特/艾萨熔炼工艺流程

芒特.艾萨冶炼厂的工艺流程

芒特.艾萨冶炼厂的工艺流程如图7.5所示。精矿和大部份熔剂在配料车间混合后，用铲车运往中间储料仓。按需要控制从各中间料仓下来的精矿、熔剂、煤和返料的料流量。这些物料经过一个叶片混合器（搅拌机）混合后，送到制粒机中进行制粒，制好的粒料加入艾萨熔炼炉。粒料的优点是可以大幅度地降低烟尘量。25图7.5艾萨冶炼厂的工艺流程26

从艾萨熔炼炉上部出口出来的烟气经上升烟道通过余热锅炉后进入静电除尘器。从艾萨熔炼炉流出的铜锍和炉渣混合熔体，进入回转式沉清炉分离渣与锍，铜锍送转炉进行吹炼。

除尘后的艾萨熔炉烟气和转炉烟气混合在一起，SO2浓度为7.5％，送往酸厂制酸。酸厂尾气经过苏打灰洗涤器后排放。27四、瓦纽科夫法瓦纽科夫法是前苏联冶金学家A.B.瓦纽科夫发明的一种熔炼方法。自1982年投入生产以来，有了很大发展。到1987年在巴尔喀什、诺里尔斯克和乌拉尔炼铜厂分别建成了48m2的瓦纽科夫炉。瓦纽科夫法与其它熔池熔炼方法的最大差别是将富氧空气吹入渣层，从而保证炉料在渣层中迅速熔化，而且为炉渣与冰铜的分离创造了良好的条件。28图2-21瓦纽科夫炉简图29表2-7瓦纽科夫法的主要生产指标30

三菱法是由日本三菱公司发明的连续式炼铜工艺（图7.6），它成功地把熔炼、吹炼和炉渣贫化三台炉子结合在一起，消除了分批作业、来回倒包，实现了连续操作。三菱法在污染控制、能源效率、操作方便等方面的优越性已得到生产证实。因此，韩国的安三、印度尼西亚的格尼塞克和澳大利亚的堪伯拉港炼铜厂都采用了三菱法工艺。五、三菱熔炼法1、三菱设备及工艺31三菱法炼铜是目前世界上唯一在工业上应用的连续炼铜法，与一般炼铜法比较具有如下优点：（1）基建费用及阳极加工费低；（2）可以回收原料中98~99%的硫，回收费用只需一般炼铜法的1/5~1/3；（3）能量消耗低，较一般炼铜法节约20%~40%；（4）操作人员少。32图7.6三菱工艺流程33

三菱工艺使用了三种由溜槽按梯度连接的冶炼炉：

圆形熔炼炉(S)、

椭圆形炉渣贫化炉(CL)、

圆形吹炼炉（C)。

在熔炼炉内形成的铜锍与炉渣的混合熔体连续流到贫化炉内，进行铜锍与炉渣的分离。随后，铜锍在虹吸作用下流入吹炼炉内被连续地吹炼成粗铜和吹炼炉渣。吹炉渣经水淬、干燥后，又返回熔炼炉。粗铜在虹吸作用下连续从吹炼炉流到阳极炉。

34溜槽35

三菱法采用了熔炼、吹炼和贫化三个过程在单独的三台炉子中分开作业，为了使吹炼渣有较好的流动性，吹炼作业采用了铁酸钙渣型，对磁性氧化铁和杂质的行为能够有效控制。36

铜锍和炉渣通过溜槽溢流到贫化电炉中。贫化电炉设有三到六根碳质电极，炉顶装有焦粉仓和返料仓。往电炉加入还原剂和黄铁矿，使渣含铜降到0.5%~0.6%