ELEGANT富氧底吹熔池炼铜工艺

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VPSA昆山锦沪制氧系统主要由鼓风机、真空泵、切换阀、吸附器和氧气缓冲罐组成。原料空气经吸入口过滤器除掉灰尘颗粒后,被罗茨鼓风机增压至0.45barg而进入其中一只吸附器内。吸附器内装填吸附剂,其中水分、二氧化碳、及少量其它气体组分在吸附器入口处被装填于底部的活性氧化铝所吸附,随后氮气被装填于活性氧化铝上部的沸石分子筛所吸附。而氧气(包括氩气)为非吸附组分从吸附器顶部出口处作为产品气排至氧气缓冲罐。
当该吸附器吸附到一定程度,其中的吸附剂将达到饱和状态, 此时通过切换阀,首先经过一均压降压过程,将吸附塔死空间内的部分氧气回收,同时将吸附塔压力降至微负压，再利用真空泵对之进行抽真空(与吸附方向相反),真空度为-0.50barg。已吸附的水分、二氧化碳、氮气及少量其它气体组分被抽出并排至大气,吸附剂得到再生。
VPSA的每个吸附器都交替执行以下步骤:---吸附---解吸---冲压

一、高富氧底吹熔池炼铜新工艺简介

（一）主体设备底吹炉

主体核心设备是1台φ4.4m×16.5m的卧式可回转的反应炉（见图1)，内衬铬镁砖，外形类似诺兰达炉和智利的特尼恩特熔炼炉。区别是诺兰达炉和智利特尼恩特炉通过风口送氧，而底吹炉是通过氧枪送氧。底吹炉共有9支氧枪，分两排布置：下排呈7（°）角，5支氧枪，上排呈22（°）角，4支氧枪。上下排的氧枪夹角为15（°），错开排列；采用深冷法、能力为10000 m3/h的制氧站与其相配套；烟气处理采用能力为每小时12万立米硫酸生产系列配套；3台(φ3.8m×8.1m的转炉系统；还有相应的余热锅炉、电收尘和渣缓冷、渣选矿系统。

图1 底吹炉示意图

（二）生产工艺流程

混合矿料不需要干燥、磨细，配料后由皮带传输，连续从炉顶加料口加入炉内的高温熔体中。氧气和空气通过底部氧枪连续送入炉内的铜锍层。烟气进入余热锅炉，经电收尘后进入酸厂处理。炉渣从端部定期放出，由渣包吊运至缓冷场，缓冷后进行渣选矿。铜锍从侧面放锍口定期放出，由铜锍包吊运至P－S转炉吹炼。

二、高富氧底吹熔池炼铜新工艺生产指标

氧气底吹炉的主要生产指标见表1。

表1 主要生产指标

三、高富氧底吹熔池炼铜工艺特点和优势

（一）原料适应性强

公司已经处理过的矿种有：高硫铜精矿、低硫铜精矿、氧化矿、金精矿、银精矿、高砷矿、高硅矿、块矿等。实践证明，其他炼铜工艺不好处理的复杂矿料，底吹炉都能处理，不仅铜的回收率达到97.98％，金、银等贵金属的回收率也都超过97％。

（二）高氧浓度生产，熔炼强度高

各种方法的熔炼强度及富氧浓度见表2。

表2 各种熔炼方法的床能力和富氧浓度

项目	ISA	瓦纽科夫	三菱法	奥斯麦特	方圆底吹炉
富氧浓度/%	52	55～80	42～48	40～45	75
面积床能力/（t·m－2·d－1）	65	40～70	19～21	49.5	41.7
溶积床能力/（t·m－2·d－1）	13.4	8.3～11.7	－	5.5～6.0	14.8

（三）高氧浓、高负压、无粉尘、无烟害

由于送入炉内的富氧浓度高达75％，烟气体积小，二氧化硫浓度高，控制炉子的负压较高（－50～－200Pa)，保证了炉子内的烟气与尘埃不外溢。

（四）高氧压、高氧浓、高氧枪寿命、高作业率

我们曾做过一系列关于氧压的实验。当炉前氧压为2.5kg/m2时，仍不会发生灌枪，但冶金反应过程不理想。当氧压达到4.5 kg/m2左右时，在氧枪出口处会形成Fe3O4“蘑菇头”，可以很好的起到保护氧枪的作用。

由于氧枪的寿命长，一般无需进行更换，在其它辅助设备不出现问题影响正常生产的情况下，基本不需要停炉，因此采用方圆氧气底吹熔炼多金属捕集技术，可保证主要装备—底吹炉系统有较高的作业率，一般情况下能达到95％以上。

（五）自热熔炼程度高

“氧气底吹熔炼”工艺，因其独特的炉体设计构造，使得它成为实现了完全自热熔炼的一项冶炼工艺。实际上，当投料量达到30 t/h时，炉内就已经达到了能够维持自热熔炼的热平衡。

（六）能源消耗低

由于氧浓高，烟气量小，热损失少，炉料中不需要另外配煤。目前，各种主要炼铜工艺在熔炼过程配入燃料的燃烧热在热平衡中占的比例与离炉烟气带走热量所占的比例见表3。

表3 燃料燃烧热与烟气带走热在热平衡中的比例

炉型		热平衡中燃料热的比例	配煤率	烟气带走的热所占比例	文献
三菱熔炼炉		23.29		32.24	［1］
		35.12	30.7	36.07	［2］
ISA炉		38.52	4.17	48.70
		34.93	3.12	49.23
		38.39	3.63	50.38
大冶诺兰达		38.53		46.38	［3］
水口山底吹炉		22.06	3.3	26.49	［2］
		36.59		48.84	［2］
白银炉		41.89		47.66
金昌澳斯麦特		47.18	7.07	37.98	［3］
方圆底 吹炉	设计	17.69	2.64	24.79
	生产实际			20.84
瓦纽科夫炉		31.57		31.71	［1］

由表3可见，随着燃料率的增加，燃料燃烧热在热平衡中占的比例也在升高，有的甚至高达40％，相应的，烟气带走的热也随之升高。“氧气底吹熔炼”工艺根本不配入其它燃料，因此烟气带走的热量，即热损失，在各种熔炼工艺中也最少。

（七）无碳造锍熔炼

在现有的熔炼工艺中，无论是闪速熔炼还是其它熔池熔炼工艺，都需要配入一定的碳质燃料，配煤率约为;3%～6％，燃料燃烧热在热收入中约占23％～40％。“氧气底吹熔炼”工艺在造锍熔炼过程中，却可以做到不配煤。以处理每吨矿料计，可减排CO2110～220 kg,或以生产每吨粗铜计，约减排CO2 800kg。若年产20万t粗铜，则可年减排CO2约16万t。

（八）耗氧量低

造锍熔炼的化学反应耗氧量各种工艺方法是相同的。不配煤减少了燃料燃烧消耗的氧气，这个氧量也是可观的。

（九）生产操作易于掌握

“氧气底吹熔炼”工艺操作简单易行，关键工艺在于控制氧料比、熔体温度、冰铜品位、炉渣铁硅比等参数，整套系统采用了DCS控制，自动化程度较高，易于掌握。

（十）容易调控铜锍品位、不易产生“泡沫渣”

（十一）生产能力调节范围大

当炉子规格一定时，“氧气底吹熔炼”主装备一一底吹炉实际处理料量的能力可在设计值基础上有上下50％的波动范围。

四、分析与讨论

未经预干燥、细磨和制粒的炉料直接加入炉内激烈运动着的气一液一固三相高温“乳化液”中，炉料很快被吞没熔化，并迅速氧化还原，造渣与造锍反应，冰铜与渣的微粒相互碰撞分别形成渣相与冰铜相。

作者曾计算过它的卷流速度、循环速度、雷诺准数、努歇尔准数和修正的弗劳德准数，数据表明均有很好的反应条件。

底吹是完全的吹冰铜层，而冰铜的流动性比渣的流动性要好50～125倍，当其它条件相同时，底吹时熔体中雷诺准数要高很多，相应的许多参数都优于其它吹熔体的的方法。

底吹时，气体在熔体中是顺势而上，在上升过程中，气体很容易被流动性很好的冰铜分割成许多小气泡，同样气体数量时它有较大的气一液相界面面积，有较好的反应动力学条件，所以反应迅速，熔体被过热，并加速了渣和冰铜的分离。在气泡上浮过程中，又具有“气泵”的作用，随着气泡上浮能量逐渐消失，所以无明显噪音。

氧枪送入熔体的气流直径是经风口送的气流直径的1/10，因此气泡体积小，停留时间长，形成“乳化液”体积大。底吹时滞留气泡体积为熔体的三分之一，而诺兰达侧吹仅为19％。

吹冰铜因总有FeS存在，生成Fe3O4的机会少。且富氧气体首先经过冰铜层的反应，进入渣层时它的氧势已显著降低，气相的SO2浓度显著升高，因而不具备大量生成Fe3O4的条件。

（一）氧枪结构的优化

最佳结构的氧枪送人炉中的气体应具有较高的速度，许多较细的气流分裂成许多小气泡，使熔体搅拌均匀，无“死区”且不激烈冲刷耐火材料衬里。现用的氧枪搅动过于激烈，有待进一步改进。

（二）合理的氧枪布局及合理的枪距

现7（°）和22（°）两排布置有波动叠加的问题，单排置布为好。根据冷态实验给出的回归方程，有效搅拌直径Deff/W随修正的弗劳德准数Fr'、液位深度H及氧枪直径的增加而增大，随炉子内径Db、氧枪间距W的增加而减小。为了消除熔池底部的死区和氧气的吸收，试验者建议设计取Deff/W＝1.2～1.5m为合理间距。

作者认为，从二维平面上看这个间距过大，有相当大的部分未被搅动。应在此间距的基础上乘以0.62为宜。

（三）渣的沉降分离

底吹炉、诺兰达炉和智利的特尼恩特熔炼炉一样都是炉内分离，反应区要求熔体处于较强的搅动状态以利于化学反应的进行，沉降区则希望熔体平静，以利于渣相与冰铜相的分离。在一个炉内动与静的矛盾难以解决，合理的炉体结构，按炉内尺寸计算类似炉子的长径比列于表4。

表4 各种卧式炉尺寸

公司	炉型	内部尺寸/m	长径比
中国方圆有色	底吹炉	3.5×15	4.29
中国大冶有色	诺兰达炉	3.94×17.06	4.33
加拿大霍恩	诺兰达炉	4.35×20.58	4.73
智利科泰科	特尼恩特炉	4.24×21.24	5.0

由表4可见，随着炉子直径加大，炉子长径比也有提高的趋势，但是一定范围内加大长径比，对于降低渣含铜并没有作用，智利科泰科公司特尼恩特炉的渣含铜为4%～8％。为了提高直收率，降低能源消耗，减少半成品周转，最好建电热贫化炉，将含铜4％左右的炉渣，放入贫化炉，进行沉降和还原，将渣含铜降至0.8％以下，再送去选矿弃渣含铜降至0.35％以下，以减少铜的绝对损失，这样直接提高了铜的直接回收率，也提高了铜的总回收率。

（四）合理渣型的选择

当精矿含铜20.3％时，Fe/SiO2分别为1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9时，吨铜产渣量分别为(t)：4.10、3.64、3.33、3.06、2.84、2.65、2.48、2.40、2.32。

不同的工艺和技术条件有相适应的Fe/SiO2渣型，各生产企业，由于工艺方法和原料的不同，采用不同的Fe/SiO2渣型，如同瓦纽科夫炉，诺里斯尔克厂的Fe/SiO2＝1.47～1.5，巴尔哈什为1.27～1.30，中乌拉尔则为1.30～1.40。

Fe/SiO2的选择要综合考虑产渣量、熔剂消耗，渣含铜，应以铜的绝对损失和铜的周转循环量最少为好。

（五）渣贫化路线的选择

现在诺兰达工艺造高铁渣→渣选矿，弃渣含铜低，直收率低；智利特尼恩特炉是造高铁渣沉降分离，弃渣含铜高，直收率高；选择最佳Fe/SiO2的炉渣沉降还原分离，弃渣含铜低，直收率高；

另一种方案是在特尼恩特那样沉降分离后再加FeS造低品位（如30%Cu)冰铜进行二次贫化，弃渣含铜低，直收率高，总回收率也高。

渣选矿、渣缓冷占地面积大和直收率低的问题，要求我们尽快研究解决渣贫化的合理方案。

五、结论

富氧底吹熔池炼铜新工艺，具有投资省、运行成本低、能耗低、操作与作业条件好、工人操作容易掌握等优点，是一个比较成熟和完善的先进工艺。

chenhaijunsjy

学习了 谢谢,非常感谢楼主！！！