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铜锍吹炼编辑本段回目录


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1基本内容编辑本段回目录

   铜锍吹炼(conveting of copper matte)

   熔融铜锍经氧化造渣脱除硫和铁产出粗铜的火法炼铜过程。通常在转炉内完成。

   工艺过程 吹炼所需热量全靠熔锍中硫、铁的氧化和造渣反应所放出的热量供给,为强自热过程。吹炼是周期性的间歇作业,熔融铜锍分批装入转炉内,要经历由装料、吹炼、排渣等操作组成的几个循环,直至产出粗铜才算完成一个完整的吹炼过程。然后重新加入铜锍开始下炉吹炼。一次吹炼作业分为造渣期和造铜期。

   造渣期 主要是除去熔锍中全部铁以及与铁化合的硫。氧化产生的FeO与加入的石英熔剂发生造渣反应而被除去。反应为:

   FeS(l)+3./2O2(g)==FeO(l)+SO2(g)+468kJ

   2FeO(l)+SiO2(s)==2FeO•SiO2(l)+92.88kJ

    在吹炼温度下,FeS的氧化属气、液间的反应,进行得很迅速;而FeO的造渣属固、液间的反应,进行得较缓慢。由于石英熔剂多以固体形式浮在熔池表面,FeO以熔融状态溶于铜锍中,SiO2与FeO接触不很充分,来不及造渣的FeO便随熔体循环并与空气再次相遇,进一步被氧化成磁性氧化铁:

   6FeO(l)+O2(g)==2Fe3O4(l)+635.97kJ

   形成的Fe3O4只能在有SiO2存在时才按下式被还原:

   3Fe3O4(l)+FeS(l)+5SiO2(s)==5(2FeO•SiO2)(l)+SO2(g)+19.92kJ

   由于三者接触不良,Fe3O4还原不彻底,在转炉渣中会含有Fe3O4,一般含量为12%~25%,有时高达40%。Fe3O4的存在提高了转炉渣的熔点、粘度和密度,使渣含铜增高。在早期生产实践中,利用含Fe3O4高的转炉渣熔点高的特性,让其粘附在炉衬上,用以保护炉衬,延长炉子的寿命,俗称挂炉,现已不多用。造渣期结束,倒尽转炉渣。此时炉内剩下的熔体几乎全是Cu2S,称为白金属。因此,准确判断造渣期的终点十分重要。

   造铜期 继续向造渣期产出的Cu2S熔体鼓风,进一步氧化脱除残存的硫生产金属铜的过程。鼓入空气中的氧首先与Cu。S熔体进行气、液反应生成Cu2O。Cu2O在液相中与Cu2S进行交互反应而得到粗铜,即

   Cu2S(l)+3/2O2(g)==Cu2O(l)+SO2(g)+389.12kJ

   Cu2S(l)+2Cu2O(l)==6Cu(l)+SO2(g)-52.82kJ

   由于铜和硫化亚铜相互有一定的溶解度,可以形成密度不同而组成一定的Cu2S-Cu(L2)和Cu-Cu2S(L1)互不相溶的两层溶液。这两层溶液的组成原则上取决于温度(图1)。于是造铜期熔池中组分和相的变化理论上按图中a→d的路线进行。即熔池从开始的单一L2(Cu2S-Cu)溶液相,经过L2(Cu2S-Cu)和L1(Cu-Cu2S)两溶液共存期,到最后得到单一的L1(Cu-Cu2S)溶液期。转炉吹炼最后脱硫和脱除杂质的精炼过程是在单一的L。相中完成的。为了确保粗铜质量、提高铜的直收率和延长转炉寿命,必须严格控制好吹炼的终点,防止过吹。
  

(图)铜硫吹炼铜硫吹炼

设备 主体设备铜锍吹炼转炉有卧式和立式两种,常用的是卧式转炉。1909年皮尔斯(Peirce)和史密斯(Smith)在波尔梯莫尔(Baltimore)首次用碱性或中性耐火材料炉衬的转炉吹炼铜锍成功,因此将卧式转炉通称Peilce-Smith(Ps)炉。卧式转炉由炉身、供风系统、熔剂供给系统、排烟系统和转动系统组成。其形状如图2所示。中国有8~100t不同容量的铜锍吹炼转炉,表中列出了中国几家主要炼铜厂转炉的一些特性参数。


炉身 由锅炉钢板焊接而成的炉壳、内砌镁砖或铬镁砖的炉衬、水冷炉口、风管、风口、大圈、大齿轮等部分组成。靠近炉壳两端各有一个大圈轮,它是转炉回转机构的从动轮,当传动系统的工作电机转动时,小齿轮带动大齿轮,从而使转炉作回转运动。中小型转炉可转动360。,大型转炉只能转动270。

  

(图)铜硫吹炼铜硫吹炼

炉口为长方形,是供装料、放渣、放铜、排烟和维修炉衬时用的工作门。正常吹炼时炉口轴线向后倾斜18。~30。,以保证烟气顺利通往烟道。炉口的大小一般选取熔池水平面积的0.17%~0.16%,也可由烟气通过的速度来确定,一般不大于8~10m/s。在中国,为了延长炉口寿命已成功地将活动炉口改为水套炉口,以减轻工人清理炉口炉结的劳动强度。

转炉风口数按炉壳单位长度选取,一般为2~6个/m,中国取2.8~4.2个/m。送风强度为0.75~1.1m3/(min•cm2),风管内径为38~55mm,风口风速为126~128m/s。为保证正常操作,风口倾角一般以6。~8。为宜。

送风系统 包括活动接头、三角风箱、u型风管、风口盒、风口管等部分。送来的压缩空气经总风管依次通过这套系统进入转炉内。送风压力一般为0.081~0.12MPa。为保证足够的送风量,需经常清理风口,过去靠人工清理风口的操作,已普遍为机械所代替。

  

(图)铜硫吹炼铜硫吹炼

熔剂供给系统 它的功能是将小块的石英熔剂定量均匀地送入炉内。一般采用具有计量装置的溜槽通过炉口直接加入,代替过去常用的特制石英枪。

排烟系统 主要是在炉口上方加一烟罩,烟气导入烟道,以防止烟害。

传动装置 由电动机和传动机构组成,可使转炉准确地向正反两个方向转动,以便于装料、排渣和放铜。为确保生产安全,要设有备用电源。

吹炼产物 有粗铜、转炉渣、烟气和烟尘,典型组成如表2。粗铜含杂质较多,需进一步精炼提纯。

转炉渣一般含铜1.5%~5.0%,必须回收处理。有的以熔体返回反射炉或电炉熔炼,有的冷却后成块料返回鼓风炉熔炼,有的采用浮选或者电炉贫化法单独处理。若原料中含钴较高,在造渣后期专门将钴富集在最后两批转炉渣中,以此渣作为提钴原料。

转炉烟尘大部分是从炉口喷出的喷溅物,主要为石英粉末、铜锍、炉渣和铜颗粒,还有一些挥发性金属氧化物。烟尘率一般为1%~2%。粗烟尘含铜较高,返回铜系统处理;细烟尘含铅、锌、砷、锑较高,送去单独处理。

转炉烟气中的二氧化硫浓度从造渣期到造铜期变化较大,分别为12%~13%和15%~17%。由于作业的周期性,炉口难于密封,加之从烟罩和烟道中吸入空气,实际上经收尘后的烟气通常只含SO22.5%~7.o%。多数工厂采取密闭烟罩和数台转炉配合使用等措旌,稳定烟气中的二氧化硫浓度,以利于制酸和环境保护。炼铜烟气制酸系统见彩图插页第4页。

发展趋势 随着铜熔炼炉的大型化,铜锍吹炼转炉也向大型化发展,20世纪80年代建有一个周期就能处理300t以上铜锍的大型转炉。美国的肯尼柯特(Kennecott)铜公司的纳瓦达(Navada)冶炼厂和马格马(Magma)铜公司的圣曼努埃尔(San Manual)冶炼厂有(d/m)4.57×(l/m)10.67(d15英尺×35英尺)转炉,日本佐贺关冶炼厂和美国的因斯皮雷欣(Inspiration)铜精炼厂有(d/m)4.27×(l/m)11.58(d14英尺×38英尺)的大型虹吸式转炉。

  

(图)铜硫吹炼铜硫吹炼

此外,针对转炉吹炼的周期性、烟气成分波动较大和不易密封的问题,世界上一些国家在炉体结构和吹炼工艺上作了改进和发展。在炉体结构改进和发展方面有虹吸式转炉、顶吹旋转转炉、“双炉口”转炉,采用新工艺有肯尼柯特一奥托昆普闪速吹炼。

虹吸式转炉也称霍波肯(Hoboken)转炉,它是通过设在转炉轴向的虹吸管道与烟道相接,并能随转炉一起转动,使炉口与烟道密封,减少冷风的吸入,提高了烟气的二氧化硫浓度,减少SO2对环境的污染。

顶吹旋转转炉(TBRC)最早是加拿大国际镍公司(Inco Led.)用来吹炼镍锍制取粗镍,后来也用于铜锍吹炼。这种旋转转炉是从顶部炉口插入喷枪,向熔池吹氧或富氧空气,炉子既可绕横轴转动又可绕纵轴旋转转动,从而大大强化了铜锍的吹炼过程。

“双炉口”转炉是美国的因斯皮雷欣冶炼厂采用的转炉,一个炉口用于进料,另一个炉口用烟罩盖住专门用于排烟气。炉渣和白金属分别从炉子两端放出口放出。此外,在智利的卡勒托内斯(Caletones)冶炼厂建有一种改良型的“双炉口”转炉,其尺寸为(d/m)9.5×(l/m)17,较大的炉口用于加铜锍和排烟气,另一个炉口加熔剂和精矿。此炉只产出白金属,随后送普通转炉吹炼产出粗铜。

肯尼柯特一奥托昆普(Kennecott-Outokunpu)闪速吹炼将初次熔炼产出的含铜70%~73%的铜锍磨碎至粒度小于0.147mm粒级达80%,干燥到含水低于0.8%,送入闪速吹炼炉内用工业纯氧或富氧炼成粗铜,产出低烟气量高二氧化硫浓度炉气和低渣量以减少烟气与渣处理费用,20世纪80年代末已完成半工业试验。


 

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