金川铜合成炉生产实践.pdf

2 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年2 期 金川铜合成炉生产实践 陆金忠1 ，岳占斌2 1 ．金川I 镍钻研究设计院，金昌7 3 7 1 0 0 ；2 ．金J I f 集团有限公司冶炼厂，金昌7 3 7 1 0 0 摘要金川铜合成炉是世界上首次用于炼铜工艺的合成熔炼炉，投产后经过近丽年的运行，随着控制技 术的逐渐成熟和运行工艺参数的优化调节，暴露出来的问题得到逐步解决，铜合成炉的各项技术经济指 标趋于稳定，实现了较高负荷连续稳定运行。 关键词铜合成炉；生产 实践． 中图分类号T F 8 1 1 ；X 7 0 3文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 9 0 2 一o 0 0 2 一0 3 T h eP l a n tP r a c t i c eo fJ i n c h u a nC o p p e rS y n t h e s i z e d F l a s hS m e l t i n gF u r n a c e L UJi n z h o n 9 1 ．Y U EZ h a n b i n 2 1 ．J i n c h u a nN i c k e la n dC o b a l tR e s e a r c ha n dD e s i g nI n s t i t u t e ，J i n c h a n g7 3 7 1 0 0 ，C h i n a I 2 ．S m e l t e ro fJ i n c h u a nG r o u pL t d ．。J i n c h a n g7 3 7 1 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t Ji n c h u a nC o p p e rS y n t h e s i z e dF l a s hS m e l t i n gF u r n a c e C S F S F i st h ef i r s ts y n t h e s i z e ds m e l t i n g f u r n a c ec o m p l i e di nc o p p e rs m e l t i n gp r o c e s si nt h ew o r l d ，a f t e ri t sh a v i n gb e e np u t t e di n t op r o d u c t i o nf o l l o w e db yt w oy e a r sr u n n i n g ，t h ep r o b l e m sr e v e a l e dd u r i n gt h ep a s tt w oy e a r sf r o mp r e p r o d u c t i o nh a v e b e e ng r a d u a l l ys o l v e d ，t h er e s p e c t i v et e c h n i c a la n de c o n o m i ci n d e x e so fC S F S Ft r e n dt os t a b i l i z a t i o na n d r e a l i z i n gt h eh i g h e rc a p a c i t ys t e a d i l yr u n n i n go fC S F S F ． K e y w o r d s C o p p e rS y n t h e s i z e dF l a s hS m e l t i n gF u r n a c e C S F S F ；P r o d u c t i o n ；P r a c t i c e 由金川集团有限公司和中国有色工程设计研究 总院联合开发的、具有自主知识产权的金川I 铜合成 炉于2 0 0 5 年8 月8 日点火烤炉，9 月1 2 日投料，经 过了投产、试生产调试和达产达标3 个阶段，已经具 备了高负荷连续稳定生产的条件。截至2 0 0 7 年6 月，系统累计处理了铜精矿8 7 万t ，生产优质阳极板 3 7 万t 。 1 铜合成熔炼炉简介 铜合成炉是我公司依靠自身技术力量，将镍冶 炼技术开发应用于铜冶炼工艺，该炉型是将闪速炉 与电炉熔炼技术融合为一体，在富氧熔炼技术发展 的今天，该技术是唯一的直接生产弃渣的熔炼工艺， 是目前世界上第一座用于炼铜的合成熔炼炉，具有 作者简介陆金忠 1 9 6 9 一 ．男。甘肃省永昌县人．教授级高工 劳动定员少、控制简单、能耗低、回收率高、环保效果 好的优势。 铜合成熔炼炉由反应塔、上升烟道、沉淀池和贫 化区组成，设计反应塔尺寸①6mX 7m 、渣线 3 2 ．4m X7 ．0 5m ，是目前世界上首座用于炼铜的合 成炉。在具体结构设计上沉淀池和贫化区炉体采 用了一体化设计，整体采用“弹性捆绑式”骨架结构； 反应塔和上升烟道采用悬挂式结构，与炉顶采用“齿 形”水套连接，形成各自独立的受力体系，炉体上所 有冷却水套炉体上所有冷却水套均采用了三段密封 技术。炉型结构见图1 。 2铜合成炉生产回顾 2 ．1 投产后出现的问题 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年2 期 3 。 程度上得以减弱。 2 ．3 达产达标 铜合成熔炼炉设计精矿处理量为1 0 6t ／h 精矿 处理量，2 0 0 6 年8 月份，组织了铜合成熔炼系统的 达产达标调试工作。按照设计处理能力组织生产， 炉子处于自热状态，通过调整反应塔鼓风量来控制 冶炼温度，鼓风量为3 45 0 0 ～3 90 0 0m 3 ／h ，产出冰 铜品位5 6 ％～5 8 ％，炉渣含铜0 ．6 ％～0 ．8 ％，平均 0 ．7 4 ％，烟尘成份稳定。 图1 铜合成熔炼炉示意图 3 铜合成熔炼炉的生产实践 F i g 1 S k e ‘c hm a po fC S F S F 铜合成熔炼炉投产以来，经过了投产、试生产和 铜合成炉系统自投产后，出现了_ 些问题，造成 达产达标阶段，在对出现的问题进行总结和分析的 合成炉的炉膛负压不能提高，炉膛过剩热量不能及 基础上，形成了一套比较成熟的铜合成熔炼炉工艺 时排出等，严重制约着系统的安全、高效运行，主要 粹制转术 表现在 1 余热锅炉进入对流区的烟气温度高、烟 3 ．1 反应塔控制技术 尘发红，引起烟尘粘结、输送不畅； 2 受余热锅炉振 1 反应塔理论燃烧温度和炉子热平衡 动的制约，炉膛负压不能提高，炉膛过剩热量不能及 首先确定塔下冰铜放出温度12 0 0 ～I2 2 0 U ， 时排出，造成炉内温度高； 3 烟尘含硫很不稳定，返 沉淀池炉底冻结层2 0 0 ～3 0 0m m ，根据大量的试生 回反应塔后，使精矿的氧化熔炼过程控制较为困难， 产数据统计整理，进行物料平衡和热平衡验算。来确 冰铜品位、渣含铜指标波动大； 4 炉壁挂渣困难，耐 定反应塔理论燃烧温度，计算温度为14 5 0 ～ 火材料侵蚀速度快。 14 8 0 。C ，以此作为反应塔热平衡计算的依据。通过 2 2 铜合成炉试生产工艺调试 调节反应塔鼓风量、燃油量和贫化区电极用电来控 2 ．2 ．1 问题研究分析 制温度和炉内总热平衡。 通过技术分析认为合成炉排烟收尘系统的黏 2 精矿喷嘴调节 结是由于合成炉烟灰中的铜、铅、锌等金属氧化物在 铜合成炉熔炼部分核心技术是反应塔的精矿喷 高温下形成的，需要进行工艺参数调试解决以下问 嘴，精矿喷嘴是将精矿、富氧空气进行充分混合并合 题 1 合理补充过量的氧和减少还原剂量，解决燃 理分布的一种设施。铜合成熔炼炉精矿喷嘴是依据 料和还原剂产生 C O 在排烟系统燃烧消耗氧和烟尘 涡混动力学原理进行模拟计算设计的。利用了精矿 硫酸盐化氧不足的矛盾；同时可以解决炉壁挂渣困 喷嘴产生的漩涡状气流的动能，与同时喷入的物料进 难的问题； 2 调整排烟系统气流速度，以解决余热 行混合，在此过程中将气流的动能消耗，精矿喷嘴的 炉与电收尘烟尘分配不合理的问题； 3 查清余热锅 气流速度为无级手动调节。反应塔鼓风量的下限是 炉振动原因，解决炉膛负压低而不能满足合成炉生 产出的烟气速度足以克服热烟气上浮的力。 产的问题。 实践表明控制反应塔内气流速度大于2 ．5m ／s 2 ．2 ．2 技术措施 鼓风量为2 80 0 0m 3 ／h 以克服热烟气产生的悬浮 1 控制反应塔和贫化区总还原剂量，沉淀池和 力，保证反应塔内烟气排出；精矿喷嘴风速9 0 ～i 0 0 贫化区鼓入空气来补充C O 燃烧和烟尘硫酸盐化需 m ／s ，通过微调气流速度来控制反应塔内温度分布、物 要的氧气； 料着火点高度及喷嘴的结渣状况。适当提高风速可 2 提高反应塔鼓风量，使出炉烟气量达到 以提高物料在反应塔内的着火点位置、使反应塔高温 5 50 0 0I T l 3 ／h 以上来提高烟气速度，使烟尘在余热炉 区域上移并减少喷嘴结渣状况；控制适当的风速可以 与电收尘的分配接近设计要求；形成少量的结渣保护炉衬同时保证反应塔内物料得 3 提高反应塔精矿喷嘴的风速，强化风和料的到充分的反应。 混合效果，改善反应塔内的反应状况，悬浮在烟气中3 ．2 贫化区控制 未完全参与反应的烟尘在后段二次反应的状况很大反应塔和贫化区之间有节奏的协调控制是合成 万方数据 4 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年2 期 炉工艺控制重要环节。反应塔温度的变化、冰铜品 位的变化以及炉渣硅酸度的控制，直接影响到贫化 区的电气制度和配加料控制。适时合理的从贫化区 补充热能、石英石和还原剂，是控制炉渣渣型、保证 合成炉渣含铜的重要手段，也能够增强合成炉对炉 况、原料的适应性。 3 ．3 烟尘硫酸盐化控制 铜合成熔炼炉产出12 5 0 ℃的高温烟气带走的 烟尘，在排烟系统需经过6 5 0 - - - - 7 2 0 ℃硫酸盐化过程 的转变，氧化铜的比热容只有2 0 4 ．8k J ／t o o l ，而硫 酸铜的比热容为4 2 2 ．2k J ／m o l E l 。，在同样烟气条件 下，氧化铜为熔融状，易在锅炉管束上黏结；而硫酸 铜为粉末状，不会在锅炉管束上黏结。 1 依据硫酸化焙烧的原理，温度应控制在6 5 0 - - - 7 2 0 ℃[ 2 ] ，投产初期由于余热锅炉换热能力存在问 题，烟气温度在7 3 0 ～7 8 0 ℃，烟尘在排烟系统黏结 严重，多次造成停产；2 0 0 6 年1 0 月，余热锅炉辐射 区增加了两组管屏，烟气温度才控制在7 0 0 ℃以下， 烟尘性质得以稳定。 2 铜合成熔炼炉产出烟气S 0 z 在2 0 ％以上， 根据热力学计算出P 2 0 ．0 1P a ，就能使铜烟尘硫 酸盐化正常进行【3 1 ；根据烟尘产出量，控制从贫化区 鼓入的空气量就能使烟尘硫酸盐化进行完全。实践 中控制贫化区空气量吨矿投料量为1 0 0m 3 ，使烟尘 含S 在稳定在9 ％～1 l ％，能够有效的保证合成炉 烟尘的硫酸盐化率8 0 ％以上，避免了由于余热锅炉 内出现二次反应造成烟尘的黏结。 3 ．4 合成炉渣含铜的控制 研究表明铜在渣中的损失主要由三种途径一 是C u 。S 在炉渣中溶解损失，二是渣中F e 。O 。升高 引起C u 。O 在炉渣中化学损失，三是机械夹带损 失[ 4 ] 。目前铜合成熔炼炉在设计能力运行条件下， 弃渣含铜已经达到了设计0 ．7 ％的指标，已经形成 了从反应塔、沉淀池到贫化区的炉渣控制技术，建立 了过程控制指标体系，能够稳定的控制合成炉渣含 铜。 3 ．4 ．1 与炉渣F e ／S i O 的关系 C u z S 在炉渣中溶解损失与炉渣的F e ／S i o 。有 关，F e ／S i O 。降低，利于减少F e 。0 4 的生成，还可提 高冰铜和炉渣之间的界面张力，利于炉渣沉降，虽然 过量的S i O 。又使渣量增大和炉渣排放温度升高，但 就锍微粒的聚集来看，却是非常有利的；所以，选择 控制合理的炉渣F e ／S i O z ，要综合考虑回收率、炉体 安全和节约能耗等因素[ 4 ] 。 金川铜合成熔炼炉F e ／S i O z 的工艺调试和生产 实践表明，在反应塔加入足量S i O z ，能够满足 F e ／S i O 。的控制；由于该炉型设计有贫化区，可以通 过贫化区补充适量的S i O z 对渣型微调，对降低炉渣 含铜更有利。 3 ．4 ．2 与冰铜品位、还原剂加入量的关系 冰铜品位降低，F e O 活度降低，炉渣中F e 。0 。 的含量也相应降低。但是现代闪速熔炼技术向强氧 化熔炼、高品位和高处理量的方向发展，控制较高的 冰铜品位以减少中间产物，可以弥补火法精炼设备 能力不足，提高闪速炉产量，所以不能采取降低冰铜 品位的方式来降低炉渣含铜。 铜合成熔炼炉反应塔和贫化区加入块煤作为还 原剂就是为了解决这一矛盾，经理论计算，加入渣量 0 ．6 ％的块煤就可以完全破坏炉渣中F e 。0 ．。 1 块煤在反应塔加入 由于铜精矿在反应塔内，若氧气足量时可以产 出白冰铜甚至是粗铜，在该气氛下，反应塔加入的块 煤主要生成C o ；所以，在反应塔若加入过量的块煤 产生大量的C O ，会破坏炉壁已经形成的挂渣，而且 在沉淀池和排烟系统二次燃烧引起烟气温度急剧升 高。 2 块煤在贫化区加入 由于贫化区鼓人硫酸盐化空气，块煤还原产生 的C O 在贫化区内二次燃烧，贫化区炉膛温度 9 0 0 ℃，燃烧不会对炉体造成危害。 3 ．4 ．3 温度的影响 温度对渣含铜的影响总体上来说，温度过高溶 解损失增大；温度过低，炉渣黏度增大，不利于有价 金属液滴的沉降；合理的炉渣温度范围是l2 6 0 ～ 12 8 0 ℃。 3 ．5 主要技术经济指标 铜合成炉熔炼系统主要指标见表1 。 4结论 金川I 铜合成熔炼炉投产后经历了试生产、调试 和达产达标，出现了不少问题，在生产过程中逐步得 到解决，形成了其特有的控制技术，也充分证明了采 用该工艺炼铜尤其先进性、合理性和独特性。提高 了我国铜的火法冶炼工艺技术和装备水平，相信也 会拓宽国内有色冶金工作者思路，在冶炼技术上有 更大更多的创新，来推动我国的有色冶炼事业。 下转第1 0 页 万方数据 1 0 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年2 期 能力，但从目前的运行情况看，装入量提高、送风氧 浓提高后的3 5 万t 操作反应塔可能会出现一定程 度的过热，需要进行配料、烟尘处理、氧浓控制、冰铜 品位等优化。沉淀池的热流量加大，渣线区的腐蚀 可能加剧，顶部H 形梁的冷却强度不足、放铜口放 铜频度提高后砖体寿命缩短等问题，都可能成为生 产的“瓶颈”。熔炼强度提高后，对工艺控制的要求 更高，控制不当对上升烟道、锅炉、电收尘、电炉等作 业的影响更大，因此操作、维护水平匾待提高。 2 电炉渣含铜 电炉渣含铜与熔体在熔池中的停留时间有一定 的关系，因此多数冶炼厂在扩产时都相应扩大了电 炉的容积。然而金隆3 5 万t 扩产没有扩大电炉容 积，这对操作、管理提出了更高的要求。 3 转炉炉寿命 由于月吹炼炉数提高，为维持转炉的周转，炉寿 命必须提高至2 5 0 炉左右 2 9 天修炉时间 。目前 的炉寿命仅达到2 0 0 炉，而且还存在突发性的炉衬 故障。要达到2 5 0 炉的炉寿命、完全避免突发性的 炉衬故障目前还存在一定的困难。 4 阳极铜的杂质控制 随着铜精矿供应的日趋紧张，处理杂质较高的 铜精矿是必然的趋势；转炉每年将处理5 万t 外购 杂铜，而处理高杂质的杂铜也是必然的趋势，因此， 为了保证电铜质量的稳定，需要在工艺、操作上进行 改善，将阳极铜杂质控制在要求的范围内，这将是一 个较难的课题。 参考文献 [ 1 ] 周俊．铜闪速熔炼贫化电炉渣含铜的线性回归分析E J ] ． 矿冶，2 0 0 3 2 5 8 6 2 ． I - 接第4 页 表1 铜合成炉熔炼系统主要指标 T a b l e1M a i ni n d e x e so fC S F S F 序号指标设计值实际值 备注 ‘参考文献 E a 3 j t 京有色冶金设计研究总院．重有色金属冶炼设计手册 冶炼烟气收尘、通用工程、常用数据卷 [ M 3 ．北京冶 金工业出版社，1 9 9 6 7 1 6 7 1 7 ． [ 2 ] 彭容秋．重金属冶金学[ M 3 ．长沙中南工业大学出版 社，1 9 9 1 1 6 0 一1 6 3 ． E 3 ] 傅崇说．有色冶金原理[ M ] ．北京冶金工业出版社， 1 9 8 4 1 0 8 1 1 6 ． E 4 ] 朱祖泽，马克毅．铜冶金学[ M ] ．昆明云南科技出版 社，1 9 9 5 2 6 2 7 ． 万方数据