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1、第3章 重金属造锍熔炼的生产实践,3.1 简介,30MJ/Kg, 0.50.7 Kw/m3O2,2.1 熔池熔炼,2.1.1反射炉熔炼 A)反射炉的构造:图1-22,规格为:长33m, 宽10m, 高4m的反射炉,每天可生产500-800吨冰铜。冰铜层厚0.6-0.8 m;渣层厚0.5 m, 炉温1423-1523 K;用燃料燃烧加热,烟气离炉温度1523-1573K。 B)反射炉熔炼过程:间断加料,连续熔炼,间断放冰铜和炉渣。,C)反射炉熔炼的燃料燃烧及热平衡,燃料:粉煤、重油、天然气。粉煤最经济,我国基本采用此燃料 燃料热效率= (燃料总发热量+空气显热-燃烧气带走的显热)/燃料总发热量
2、= 31%,D)反射炉生产率:生精矿:3.5-4.5 t/m2.d;焙烧矿:4-7.5 t/m2.d.,E)反射炉生产数据,F)反射炉的发展,优点:对原料适应性强;炉子结构简单,对耐火材料要求不高;对自控水平,操作水平要求较低;渣含铜低,不需处理可直接弃去。 缺点:烟气SO2浓度低;仅0.5-2%难于回收利用,环境污染严重;热效率低,能耗高;冰铜品位低,吹炼负荷大;生产率低。 反射炉的发展趋势:改良;新技术取代。,2.1.2 Noranda法 A)炉子结构:为一可转动的圆筒形炉,目前最大炉子直径为5.2m,长21.3m。炉子外壳用50-75mm厚低合金钢板焊接,内衬结合铬镁砖、熔铸铬镁砖或熔粒
3、铬镁砖,传动装置用直流电机。,Noranda炉有关数据:,B)生产过程,炉料:,生产过程,配料(控制炉渣Fe/SiO2为1.4-1.8)-连续加料、鼓风熔炼-间断放冰铜和炉渣。冰铜液面:970-1200 mm; 渣厚:200-300 mm;熔体温度:1523K左右。 产物: 冰铜:品位65-73%。可由风/料比调节;高品位冰铜,不利于As,Sb,Bi等杂质的去除。 炉渣:渣含铁高,渣中Fe/SiO2比一般为1.6-1.8. 霍恩厂炉渣成分为(%):Cu5.7; Fe 38.1; SiO2 22.3; S 1.5; Fe3O4 18; Al2O3 4; Pb 1.3; Zn 3.9, Fe/ S
4、i O2 1.7.,烟气与烟尘(采用30%富氧空气数据;此法烟尘率较低,一般为干炉料量的2.3-4.8%),熔炼过程热平衡,C)Noranda法优缺点,对原料适应性强,备料过程简单,烟尘率低,可产高品位冰铜; 辅助燃料适应性大。富氧熔炼基本为自热过程,一般补充燃料率仅为2-3%。 炉子无水冷设施,炉体散热小,但炉子寿命较短,现经改进,修炉一次可连续生产400天以上; 炉体可转动,导致炉口与烟罩密封不好,漏风大,烟气量大。 直收率低,渣含铜高,要选矿处理以渣精矿返回熔炼。,D) 生产数据,References: 1.JOM, December 1992, p30: Designing a Nor
5、anda Reactor for the Southern Copper Smelter 2. JOM. January 1996, p14: Oxygen Pyrome-tallurgy at Copper Cliff- A Half Century of Progress,AUSMELT (ISA)法,2.1.3三菱法,A)炉子结构,由三台结构上分立,功能上连续的炉子组成的连续炼铜法,过程由计算机自动控制。,三台炉子:熔炼炉(S炉);炉渣贫化炉(SH炉);吹炼炉(C炉),三台炉子之间用溜槽连接。 B)生产过程及特点 a)用喷枪将炉料和富氧空气喷射进熔池,熔池内主要为冰铜,上面覆盖有一薄层炉
6、渣,空气富氧浓度4050%,喷射出口速度150300m/s, 熔炼反应主要在冰铜层发生,熔炼强度高。 b)熔炼炉渣采用电炉贫化后(在电炉中停留时间1小时),渣含铜降至0.6%,渣成分为:SiO2 34%;CaO 6%,可直接水淬堆存。,c)连续吹炼,采用CaOCu2OFe3O4渣系,渣中CaO15%, Cu 1520%,其余为Fe3O4,熔点1160C, 对Fe3O4溶解度大,流动性好,吹炼渣水淬干燥后返熔炼配料。由于冰铜品位高,渣量少,循环的铜量仅为炉料含铜量的6%。,C)生产数据,D)三菱法应用情况,Reference: JOM 1991 September p20,Top-Blown I
7、njection Smelting and Converting: The Mitsubishi Process,22 闪速熔炼,2.2.1 outokumpo闪速熔炼 A)应用情况: 1949年在芬兰得到工业应用,1956年日本引进,日本为完善该技术做了大量工作。1978年,我国花费1.2亿美元从日本和芬兰引进该技术,1985年建成贵溪冶炼厂投产。目前,有40余座炉子(铜、镍)在运转,产铜量占40左右,最成熟的先进炼铜技术,适宜于大型工厂应用。但对原料要求高,备料系统复杂,投资大,近年来其发展受到ISASMELT等技术的挑战。 B)工艺流程:,C)炉子结构:由反应塔、沉淀池、直升烟道三部分组
8、成。,合成炉闪速炉炉渣贫化电炉,美国马格马铜业公司圣曼努埃炼铜厂闪速炉尺寸为:,反应塔:外6477mm/内5977mm, 塔高:6680mm, 沉淀池(长:宽:高)23999mm内/25197mm外:7429.6mm内/8636外:3412mm, 上升烟道高9195mm, 内4061mm/外5029mm,上升烟道与反应塔中心距16459mm。日处理含铜30%铜精矿2724吨,产铜量784吨/日(272400吨/年),富氧浓度43%,冰铜品位63%,反应塔热强度1617MJ/m3.h。 四高熔炼技术:高投料量;高富氧浓度;高冰铜品位;高热强度。,“四高熔炼”技术:高冰铜品位、高富氧浓度、高热强度
9、、高处理量。 1988年,美国圣曼努埃尔1台闪速炉日处理精矿达到3400吨,年产铜30万吨,日本佐贺关冶炼厂,2000年1台闪速炉产铜达到45万吨/年。 目前,闪速熔炼均采用富氧熔炼,3m3氧气可节省1kg重油,采用低压分馏技术,每m3氧气仅耗电0.42kwh。O2浓度3080。,圣.马诺尔厂主要生产参数,技术的演进 鼓风温度:热风(2001100)常温 喷嘴:文丘里型,多个配置中央喷射扩散型精矿喷嘴,单喷嘴配置。 1971年,奥托昆普闪速炉开始采用富氧熔炼,风量减少,原有喷嘴不能适应这一变化,精矿颗粒分散不均匀,在此背景下,开始了喷嘴结构和配置的改进。 反应塔规格:趋向于小型化。研究表明,反
10、应塔内的精矿颗粒密度越高,反应越迅速、越完全,烟尘率也越低。目前,反应塔内衬已能得到较好保护,可以承受较高的热强度。,喷嘴设置于反应塔顶,一般为1-4个。,金隆公司精矿喷嘴,中央扩散型喷嘴的优点:(1)处理精矿量大,接近4000t/d;(2)处理精矿量允许大范围波动,在25100,而文丘里只能波动在70100;(3)富氧浓度可高达85;(4)烟尘率小于6,而文丘里型为9;(5)单喷嘴配置于反应塔中央,可使熔炼过程产生的雨状铜锍和炉渣熔融物下落时冲刷和腐蚀炉壁减轻,相对提高炉体寿命;(6)文丘里靠改变中心油管的重油量来控制塔内氧势和温度,而中央扩散型喷嘴是以调节中心纯氧管的供氧量来控制和调节炉内
11、氧势和温度,节省了能量。 金隆与中南大学合作,提出“三集中”理论:高温集中,氧量集中,粒子群集中”。按此理论,根据过程计算机仿真结果,对工艺风氧浓、中央氧量、工艺风量等工艺参数进行优化控制。,D)生产过程与过程控制,炉料(细粒,水分小于0.3%)及空气(富氧或预 热)由喷嘴喷入反应塔,塔内温度1673K,炉料 细粒在13秒内完成熔炼的物理化学变化,落 入熔池沉清分离。冰铜和炉渣定期从炉内排出, 冰铜送转炉吹炼,炉渣含铜1-2%,需进一步处 理回收铜。除放冰铜和放渣外,整个过程由计 算机自动控制。,冰铜品位控制:衡定加料量,调节风量控制。实 质是控制料/O2。 渣成分控制:控制Fe/SiO2为1
12、.1-1.2;通过调节熔剂量控制。 温度:控制在1500K50K,冰铜温度大约比渣温低50K。通过调节燃油量控制。,D)热平衡:可实现自热熔炼 自热熔炼应采取的措施:1、提高冰铜品位;2、富氧;3、提高热风温度。,E)炉渣的贫化:熔炼渣含铜1-2%,要回收处理,方法为:a、磨浮法;b、电炉贫化。,浮选法:炉渣缓慢冷却-磨细-浮选-渣精矿,电炉贫化:,参考文献:有色冶炼,1997年第二期P1-P7:闪速熔炼的现状与进展。,2.3 速率过程理论 2.3.1 闪速熔炼过程 精矿颗粒在高温气相中的反应: 颗粒裂解反应: 5CuFeS2 Cu5FeS4 4FeS 2S 气相燃烧反应: S + O2 SO
13、2 气固、气液界面反应 2Cu5FeS4 + O2 5Cu2S + 2FeS + 2SO2 3FeS + 5O2 2FeO + 2SO2,3FeS +5O2 Fe3O4 + 3SO2 2Cu2S + 3O2 2Cu2O +2SO2 颗粒间反应: Fe3O4 + FeS 10FeO + SO2 FeS +Cu2O FeO + Cu2S Cu2S Cu2O 6Cu SO2 颗粒间造渣反应 2FeO SiO2 2FeO.SiO2,快反应颗粒:粒度较小的颗粒,反应速度快,消耗了大部分氧,形成高温熔融的过氧化颗粒。 慢反应颗粒:较大的颗粒,反应速度慢,氧化不充分,形成欠氧化颗粒。 颗粒间由于湍流脉动,碰撞聚集。发生颗粒间反应和聚并长大。 为提高反应速度,要求“三集中”,高温区、高氧浓度区、高颗粒浓度区。所以,现在反应塔趋向于紧凑。,实际应用效果: 在金隆公司应用后,闪速炉重油单耗从22kg/t干矿降低至13.7kg/t干矿,烟尘率降低至5.5%以下。,
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