铜闪速熔炼的发展1104

铜精矿闪速熔炼工艺进展一、闪速熔炼的发展概述二、闪速炼铜的工艺过程三、闪速熔炼的发展成就四、主要熔炼工艺的技术对比六、贵冶闪速炼铜的发展历程五、闪速熔炼的未来发展前景闪速熔炼的发源地芬兰奥托昆普公司（奥图泰）奥托昆普研究中心所取得的主要成果历程如下：1949年，在芬兰Harjavalta建成第一座铜闪速炉工厂；1954年，第一次向日本古河矿业公司转让闪速熔炼许可证；1959年，在芬兰Harjavalta建成第一台镍闪速炉；1962年，在芬兰Kokkola建成处理黄铁矿生产元素硫的闪速炉；1969年，向博茨瓦纳转让闪速熔炼许可证，用于镍熔炼，同时回收元素硫；1971年，富氧技术用于芬兰Harjavalta铜熔炼闪速炉和镍熔炼闪速炉；1978年，在波兰Glogow建成用于直接生产粗铜的闪速炉；1982年，研究成功铅熔炼闪速炉；1984年，研究成功闪速吹炼技术；1995年，在美国KennecottUtah冶炼厂建成第一座闪速吹炼炉。自从1949年芬兰第一座奥托昆普闪速炉诞生以来，闪速熔炼已经历60多年的历史，至今得到了巨大的发展，已成为铜和镍冶炼最有发展前景的生产工艺。据统计：目前全世界火法炼铜的工厂约110家，其中采用闪速熔炼的工厂占40多家，产铜量占总量的50%以上，在近代铜冶炼中，闪速熔炼法占主导地位。2011年世界铜冶炼产能前18位冶炼厂排名冶炼厂名称国家所属公司采用工艺产能/kt1贵溪冶炼厂中国江西铜业公司闪速熔炼9002比拉铜业印度比拉集团闪速熔炼/三菱法5003北方铜业智利智利国家铜业公司闪速熔炼4504佐贺关/大分日本泛太平洋铜业公司闪速熔炼4505汉堡德国阿鲁比斯闪速熔炼4506别子/东予日本住友金属矿山有限公司闪速熔炼4507卡伦图奈斯智利智利国家铜业公司反射炉4008金川冶炼厂中国金川有色金属公司闪速炉（合成炉）4009若里尔斯克俄罗斯NorilskG-M反射炉40010斯特里特印度VedantaISA工艺38011伊洛冶炼厂秘鲁南方铜业公司ISA工艺36012阿尔托诺提智利斯特拉塔公司诺兰达连续炼铜法35013金隆中国铜陵有色金属集团/住友闪速熔炼35014云南冶炼厂中国云南铜业公司ISA工艺35015福岛日本三菱/同和金属/古河反射炉32216温山二厂韩国LS-日光铜业公司三菱连续法32017维尔瓦西班牙大西洋铜业S.A闪速熔炼32018加菲尔德美国肯尼科特肯尼科特/闪速熔炼320一、闪速熔炼的发展概述二、闪速炼铜的工艺过程三、闪速熔炼的发展成就四、主要熔炼工艺的技术对比六、贵冶闪速炼铜的发展历程五、闪速熔炼的未来发展前景目前世界上80%的铜是用火法冶炼生产出来的，特别是硫化铜矿，基本上全用火法处理。火法炼铜工艺流程主要包括熔炼、吹炼、火法精炼和电解精炼等工序。熔炼主要是造冰铜熔炼，目的是使铜精矿部分铁氧化，造渣除去，产出含铜较高的冰铜。吹炼进一步氧化、造渣脱除冰铜中的铁和硫，生产粗铜。精炼分火法精炼和电解精炼，火法精炼是通过氧化造渣进一步脱除杂质元素，生产阳极铜。电解精炼是通过引入直流电，阳极铜溶解，在阴极析出纯铜，杂质进入阳极泥或电解液，从而实现铜和杂质的分离，产出阴极铜。火法炼铜的主要工艺流程硫化铜矿（含Cu：0.5%-2%）浮选铜精矿（含Cu：18%-30%）熔炼铜锍(含Cu：30%-65%)吹炼粗铜(含Cu：98.5%)火法精炼阳极铜(含Cu：99.3%)电解精炼阴极铜(含Cu：99.99%)闪速熔炼将焙烧、熔炼和部分吹炼过程在一个设备内结合进行，其炉体由反应塔、沉淀池和上升烟道三部分组成。闪速熔炼工艺是将干燥后的原料（含水≤0.3%）经精矿喷嘴与富氧空气充分混合后喷入闪速炉，在高温反应塔内进行热离解和氧化反应，生成的冰铜和炉渣在沉淀池内分离，烟气经余热回收和电收尘收尘后送硫酸制酸。一、闪速熔炼的发展概述二、闪速炼铜的工艺过程三、闪速熔炼的发展成就四、主要熔炼工艺的技术对比六、贵冶闪速炼铜的发展历程五、闪速熔炼的未来发展前景20世纪80年代以后新建的闪速炉及旧闪速炉的改造，基本上走着一条共同的道路，即高生产能力，高铜锍品位，高富氧浓度及高热负荷。3.1闪速熔炼的“四高”发展高生产能力即更大的生产规模，并不意味着炉体尺寸的扩大，而基本是取决于精矿喷嘴的优化，也就是入炉精矿燃烧的更有效化。富氧技术无论现在和将来都是闪速炉熔炼中最重要的特点。几乎所有的闪速炉都使用富氧，而且使用富氧的浓度无一例外地逐年上升。关于铜锍品位，理论上讲，闪速炉可生产任意品位的铜锍。由于使用了富氧，在高投料量和高铜锍品位作业条件下，大幅地提升了反应塔的热负荷，这在客观上将对提高炉子寿命不利。解决这一问题的应对措施有：改善精矿喷嘴性能，提高操作技术水平，提高炉体冷却元件的功能。传统闪速炉是采用回转窑、鼠笼和气流干燥管来完成精矿的干燥。芬兰的奥托昆普公司成功地将挪威食品公司的蒸汽干燥设备移植到铜精矿的干燥。目前贵冶一系统回旋式蒸汽干燥机处理能力为220t/h，为目前国际上能力最大的蒸汽干燥机，该蒸汽干燥机将余热锅炉产生的高压饱和蒸汽（4.2Mpa）直接用于透平发电，然后将背压排出的1.3Mpa饱和蒸气用于铜精矿干燥，多余的蒸气减压后并入低压管网，用于生产、生活。3.2闪速炉熔炼发展的新技术新设备精矿蒸汽干燥蒸汽干燥机系统取代了传统的三段气流干燥法，使用低品位级的冶炼余热蒸汽，大幅减轻了环境污染，节能减排，实现能源利用的最大化，该设备堪称为环保节能的绿色设备。当前干矿输送普遍采用正压仓泵输送，其输送压力达到了500KPa±，因铜精矿中混有熔剂石英沙，对管道和设备磨损非常严重，精矿容量出现泄漏现象，带来环境污染和铜精矿的流失。干矿的气流输送贵冶一系统把空气提升机与风动溜槽系统组合起来，用于输送干矿，在铜冶炼行业为首创。空气提升机系统的输送压力为40KPa±，用于垂直输送干矿，输送高度达51米，风动溜槽内的风压为8.5KPa±，用于水平输送干矿，输送距离约50米，这样的组合输送物料方式虽然投资大，但由于输送压力特别小，磨损程度低，设备使用寿命非常长，日常维护和检修成本极低，不容量出现铜精矿泄漏现象。闪速炉的给料速率是稳定闪速炉生产的重要参数。过去曾采用控制下料刮板机或下料螺旋机转速的手段来控制闪速炉的给料速率。但这种方法相当粗糙。后来采用风根秤或核子秤进行计量下料，但干扰因素也很多，造成给料不准。闪速给料计量装置芬兰奥托昆普公司将食品工业的失重计量装置移植到闪速炉给料速率计量上。该方法计量准确可靠，误差小于1%。1995年至2005年期间，新建或改造的闪速熔炼给料计量系统都采用了单螺旋给料器，其配套的都是相对较小的失重仓，失重给料螺旋最大的问题是失重仓在加料后，给料量会大幅波动，出现峰值。如今采用双螺旋给料器，其输送能力更大，配套的失重仓容积相应加大，失重仓排料时间更长，最小化了螺旋给料失控量（流态化）。闪速熔炼是一种强化熔炼工艺，其精矿喷嘴的性能直接左右着闪速熔炼的发展和进程。在闪速炉精矿喷嘴的研制发展方面，经历了革命性的变化，对于基本同一大小的炉体，仅仅由于精矿喷嘴的优化，已可使闪速炉的生产能力提高为原来的3~4倍！新型精矿喷嘴贵冶闪速熔炼精矿喷嘴的应用，一直走在世界的前沿，其精矿喷嘴的革新历程基本上可代表精矿喷嘴的发展史。贵冶精矿喷嘴革新历程与参数对比名称单位一期二期三期新30万吨铜工程精矿喷嘴类型文丘里型双环形中央扩散型带调风锥的中央扩散型带中央油枪和调风锥的中央扩散型精矿喷嘴个数个4111投料能力t/h25×4160200160日处理精矿量t/d1457258633932585矿产铜能力万吨/年9203020贵冶一期工程使用的四个文丘里型精矿喷嘴文丘里型精矿喷嘴1998年，贵冶二期工程对精矿喷嘴进行了更新，双环式中央精矿喷嘴取代了原来的4支文丘里型精矿喷嘴，精矿处理能力达到了160t/h。贵冶双环形精矿喷嘴1992年西班牙韦尔瓦冶炼厂开发出来了一种带调风锥的中央喷射扩散型精矿喷嘴，1995年同奥托昆普公司一起申请了该项专利，最早的工业应用是在1998年。2002年，贵冶在闪速炉三期改造中，采用了这种无级调速带调风锥的中央喷嘴，设计精矿处理能力为200t/h。带调风锥的中央喷射精矿喷嘴分散角最新的中央喷射扩散型喷嘴是带中央油枪和调风锥的精矿喷嘴。2005年夏，波立登哈亚瓦尔塔冶炼厂安装了这种新型的精矿喷嘴，2007年贵冶新30万吨铜工程也采用这种精矿喷嘴，设计处理精矿能力160t/h。金属软管中央油枪CJD空气室调风锥水套底式水套带中央油枪的中央喷射型精矿喷嘴近年来，奥图泰对精矿喷咀参数和外型结构又进行了一些优化，其中一些技术仍在调研阶段或在初步测试之中，但有一些已应用于生产。1）新精矿喷咀给料能力提升到350t/h。2）外围的座式水套：采用连续浇铸技术取代传统砂模浇铸，冷却效果更好，安装更简单。座式水套由4个清理孔更新为8个更大的清理孔，使精矿喷咀粘结清理更容易。3）涡流工艺风：工艺风在空气室内形成涡流，使精矿燃烧反应更稳定，同时延长了精矿在反应塔内的下落滞留时间。4）自动清理粘结系统：配套了自动清理座式水套粘结的机械装置。5）优化了精矿喷咀入料：为确保干矿在精矿喷咀分散锥周围分布均匀，从设计方面对物料分流系统作了许多改进。近年来，奥图泰建立了炉体冷却水系统的智能监控系统，能自动跟踪监视冷却水回路温度，建立成交互式、图像化的监控界面一、闪速熔炼的发展概述二、闪速炼铜的工艺过程三、闪速熔炼的发展成就四、主要熔炼工艺的技术对比六、贵冶闪速炼铜的发展历程五、闪速熔炼的未来发展前景据统计：目前全世界有各类闪速熔炼炉60多座，其产铜量占总量的50%以上。中国目前采用闪速熔炼的工厂有贵溪冶炼厂、金隆公司、祥光铜业、紫金矿业、铜陵金冠铜业、金川防尘港镍铜冶炼项目。火法炼铜过程中的第一步造锍熔炼过程是最重要的，造锍熔炼分为二大类：闪速熔炼和熔池熔炼。闪速熔炼能充分利用原料中硫化物的反应热，富氧浓度高达80%，可实现自热熔炼；能充分利用精矿的反应表面积，强化熔炼过程，生产效率高，单台闪速炉最大铜产量已超过40万t/a；可一步脱硫到任意程度，总硫利用率高，烟气中SO2浓度高，利于制酸，对环境污染少；炉寿命长，冷修周期达到了十年以上，同时实现了计算机在线控制，劳动条件较好。因为要设置精矿深度干燥装置、闪速炉需安装大量铜水套等原因，当设计规模低于20万t时，吨铜建设投资偏高，同时烟尘率较高，约7%左右，排烟系统的设备易粘结烟灰。熔池熔炼是通过喷枪将参与反应的富氧空气吹入或吹向熔体，根据喷嘴吹入富氧空气的方位，熔池熔炼分为侧吹、顶吹和底吹。侧吹技术如60年代加拿大诺兰达公司开发的诺兰达炉，智利的特尼恩特炉和中国的富氧双侧吹炉。顶吹技术如70年代日本三菱公司开发的三菱连续炼铜法，80年代澳大利亚艾萨和奥氏麦特炼铜法。底吹技术如湖南水口山炼铜法。诺兰达侧吹炉是一个可转动的水平圆筒形反应炉，首台诺兰达炉于1973年在霍恩冶炼厂建成投产。采用富氧熔炼，日处理精矿量目前达到了2000t/d以上。缺点：炉衬寿命不及有水冷的砌体长，修炉一次，仅连续生产400d左右，需要高压风机，动力消耗大，同时由于炉体是可转动时，炉口和烟罩的接口处难以密合，系统漏风较大，烟气量较大。优点：对原料的适应性比较大，既可以处理高硫精矿，也可以处理低硫含铜物料，甚至氧化矿；既可以处理粉矿，又可以处理块料；流程简单。铜锍渣渣铜精矿与熔剂烟气铜锍风眼（鼓入干精矿）空气和氧气Interface(WM)鼓风管Garr-Gun炉口特尼恩特侧吹炉缺点：富氧双侧吹炉比较适宜于中小规模的工厂，目前国内设计规模最大的为浙江和鼎铜业的金峰炉，其设计年产阴极铜为10万，同时炉衬寿命远远不及闪速炉（闪速炉冷修周期一般为10年），仅连续生产二年左右，需要高压风机，动力消耗大。优点：原料适应性强，含水小于10%的物料可直接入炉，烟尘发生率低（1.0%~2.0%），炉子构造简单，建设投资省，10万吨富氧侧吹炉系统设备投资（1台富氧侧吹炉和1台沉降电炉）约4000万元。富氧双侧吹炉双侧吹炉为固定式长方形炉