云铜艾萨熔炼技术应用浅析.pdf

第3 l 卷第6 期 2 0 1 1 年1 2 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 l _ 3 l №6 D e c e m b e r2 0 l1 云铜艾萨熔炼技术应用浅析① 华宏全 云南铜业股份有限公司冶炼加上总J 。，云南昆明6 5 0 1 0 2 摘要介绍了云南铜业股份公司采用艾萨炉工艺熔炼铜精矿的_ 亡业实践情况，并与原有电阻熔炼工艺进行f x C t g 。由于艾萨炉 工艺的引进消化，熔炼能力、硫的捕集能力、杂质的脱除能力得到大幅提高，并大幅降低r 生产能耗。 关键词熔炼；铜；艾萨炉；烟尘；喷枪；烟道 中围分类号T F 8 1 1文献标识码A 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 1 0 6 0 0 8 8 0 4 A n a l y s i so ft h eA p p l i c a t i o no fI s aS m e l t i n gT e c h n o l o g y i nY u n n a nC o p p e rC o r p o r a t i o n ．HUA H o n g q u a n M e t a l l u r g i c a lP r o c e s s i n gP l a n t ，Y u n n a nC o p p e rC oL t d ，K u n m i n g6 5 0 1 0 2 ，Y u n n a n ，C h i n a A b s t r a c t T h ei n d u s t r i a lp r a c t i c e so fs m e l t i n gc o p p e rc o n c e n t r a t e sb yl s af u m a c ep r o c e s si ny u n n a nC o p p e rC oL T D w e r ei n t r o d u c e d ．a n dc o m p a r i s o nw a sm a d ew i t ho r i g i n a lr e s i s t a n c em e l t i n gp r o c e s s ．U s i n gI s af u r n a c ep r o c e s s ．t h e s m e l t i n gc a p a c i t y ，c a p t u r ea b i l i t yo fs u l f u ra n dr e m o v a la b i l i t yo fi m p u r i t i e sw e r eg r e a t l yi m p r o v e d ，a n dt h ee n e r g y c o n s u m p t i o nw a sd e c r e a s e d ． K e yw o r d s s m e l t i n g ；c o p p e r ；I s af u r n a c e ；s m o k e d u s t ；l a n c e ；f l u e 云南铜业股份有限公司 以下简称云铜 作为我 国唯一一个电炉熔炼铜精矿的企业，在几十年的应用 和发展过程中，充分发挥了电炉对高熔点高氧化性原 料适应性强的优点，处理了大量高熔点高氧化的铜精 矿。但也发现电炉工艺存在能耗高、烟气浓度低、脱杂 能力低等致命缺点。因此，从2 0 0 2 年5 月起云铜采用 艾萨熔炉工艺取代原有电炉工艺，取得了显著成果，大 幅降低了电能消耗、提高了烟气s O 浓度、增强了硫的 捕集率和脱杂能力。 艾萨熔炼技术作为一种浸没喷枪熔炼技术，具有 良好的强化反应能力，已在澳大利亚、美国、比利时、印 度、德国、马来西亚、中国等多个国家冶炼厂得到推广 和应用。本文从脱杂能力、烟尘成分、烟气、喷枪、烟道 结渣等方面分析了云铜采用艾萨工艺后所产生的变化 及取得的成果。 1 艾萨炉脱杂能力分析 在云铜采用艾萨熔炼工艺后，原有的电炉改为贫化 电炉，对艾萨炉产出的冰铜和炉渣进行贫化。由于艾萨 工艺是将喷枪插入渣层3 0 0 4 0 0m i l l ，通过压缩风对渣 层的强烈搅动实现了强化冶炼的目的，这与电炉工艺基 本处于静止状态反应存在较大的差异，在反应机理、反 应强度、脱杂能力等方面也存在明显差异。1 S A 炉的工 艺设备连接见图1 。 牲～。 实验用混合铜精矿化学成分见表1 ，经电炉、I S A 炉处理后所得电炉渣成分见表2 ，冰铜成分见表3 。 从表1 可看出，由于采用不同的熔炼工艺，使其入 炉物料的成分控制发生了明显变化。首先，精矿中氧 化铜的含量明显降低，而提高了硫化铜的含量，这使熔 ①收稿1 3 期2 0 1 1 - 0 5 1 9 作者简介华宏全 1 9 7 3 一 ，男，云南宣威人，工程师，主要从事铜冶炼技术工作。 万方数据 第6 期 华宏全云铜艾萨熔炼技术应用浅析 表l混合矿化学成分 质量分数 ／％ 炉型 c t l C a O C l l sF eS S i 0 5C a o 卿A 1 2 0 3 山 电炉乃．醴8 ．4 41 5 ．鹤2 2 ．0 61 5 ．4 l1 6 ．7 32 ．4 7 1 ．3 2 2 ．0 6O ．2 9 艾萨炉2 4 ．0 54 ．4 1 1 9 ．6 42 4 ．6 6 2 3 ．9 4l O ．6 61 ．5 0 0 ．6 31 ．6 40 ．2 5 1 单位为e , ／t 。 表2 电炉渣化学成分 质量分数 ／％ 1 单位为e ／t 。 表3 冰铜化学成分f 质量分数I ／％ 炉型 c uF eSP bZ nA sS b 电炉 4 5 ．3 92 3 ．3 72 3 ．5 52 ．2 30 ．9 60 ．2 90 ．0 6 贫化炉5 3 ．8 0 1 7 ．8 l2 2 ．5 41 ．5 10 ．8 60 ．1 40 ．0 4 炉型 B iN iC dC oA u ” A g 电炉0 ．1 3 0 ．1 50 ．0 30 ．1 S8 ．0 55 7 2 ．1 5 贫化炉0 ．0 5 0 ．1 20 ．0 20 ．1 22 0 ．5 55 9 9 ．6 2 1 单位为g ／t 。 炼过程既可以提高烟气中S O 的浓度，又充分利用硫 精矿的热量，从而降低了能耗。再是减少了矿物中硅 的补入量，或减少了高硅矿物的使用，降低了渣量。另 外，还注意了钙、镁、铝的控制，降低了它们的含量，以 降低高熔点物质对冶炼过程的影响。 从表2 和表3 可看出，由于艾萨炉强烈的传热传 质能力，使其具有了显著的脱杂能力，从而使冰铜中的 铅、锌、砷、锑、铋、镍、镉、钴明显比电炉工艺的低，明显 提高了冰铜的铜品位。而且从电炉渣中杂质的变化来 看，铅、锑、铋、砷出现了减少的现象，这说明在艾萨炉 的强氧化气氛下，这些元素大量进入了烟气或烟尘中， 而在烟尘中得到了富集。电炉渣含金、银、镉、钴、铜增 加，说明由于艾萨炉强烈的搅拌作用，使这些元素进入 渣中的机械夹带量和化学溶解量明显增加，而现有的 贫化电炉尚不能使其得到充分的分离和澄清，从而导 致这些元素的损失明显增加。另外，需要特别指出的 是锌在艾萨炉中没有出现显著挥发的现象，所以进入 电炉渣的量并没有大幅减少。这说明锌的挥发性与 铅、砷、锑、铋存在明显的差异。根据生产实践，在艾萨 熔炼法炼铜过程中，砷脱除率在9 0 ％以上，铅为5 0 ％ 一7 5 ％，锌为7 0 ％一8 0 ％，铋为8 0 ％- 9 0 ％，锑为6 0 ％ 。8 0 ％【1 | 。 2 0 0 2 2 0 0 9 年冰铜成分变化曲线见图2 ，2 0 0 2 2 0 0 9 年冰铜杂质成分变化曲线见图3 。 兽 ＼ 栅 缸 整 谣 年份 图32 0 0 2 ～2 0 0 9 年冰铜杂质成分变化曲线 I S A 炉强大的脱杂能力，为后序阳极铜质量的控 制提供了较大的空间，尤其是大幅减少了精矿中砷、 锑、铋、铅进入冰铜，这为转炉大量消化杂铜，并保证阳 极质量提供了良好的条件。因此，在艾萨炉投产后阳 极铜主品位得到了提高，而砷、镍得到了降低；由于大 量消化废杂铜，铅、锑、铋、锡略有上升。两种炉型熔炼 所得阳极铜化学成分见表4 。 裹4 阳极铜化学成分 质量分数 ／％ 炉型 “A sP bs bⅨN iS n A u l A g ” 电炉9 9 ．1 30 ．2 3 0 70 ．0 9 0 30 ．0 6 4 20 ．0 1 7 90 ．1 1 2 10 ．∞1 61 7 ．鹋l 斯．5 3 艾萨炉9 9 ．2 00 ．1 3 2 70 ．0 9 5 10 ．0 4 7 40 ．0 2 4 10 ．0 9 3 90 ．0 2 4 83 6 ．3 711 4 4 ．4 5 1 单位为g ／t 。 2 烟尘成分 云铜艾萨熔炼工艺中配置有圆盘制粒机，使精矿 通过圆盘制粒后再进入艾萨炉。因此，在强烈的搅拌 和鼓人大量富氧空气的条件下，精矿没有大量随烟气 万方数据 矿冶工程 第3 l 卷 进入烟道，从而显著降低了熔炼过程的烟尘率，一般其 烟尘率控制在1 ．0 ％一1 ．5 ％之间，明显低于闪速炉的 5 ％一l O ％和三菱炉的2 ．5 ％。 由于避免了闪速炉大量精矿进入烟尘的情况，从 而使烟尘含铜量显著降低，而其它杂质含量明显升高。 艾萨工艺的烟尘主要以铅、锌、砷为主，而铜含量较低。 因此，这为艾萨烟尘的开路处理提供了良好条件，减少 了铅、砷、锑、铋、镉等杂质在熔炼流程中反复循环和积 累。为此云铜开发了具有自身特点的烟尘处理流程， 用电积法分离回收烟尘浸出液中的铜，用还原法分离 浸出液的砷，用结晶法产出粗制硫酸锌，再用火法和电 解分离回收了浸出渣中的铅及其它元素。不同炉型的 电炉烟尘成分见表5 。 表5 电炉烟尘成分 质量分数 ／％ 炉型 C uF eA sP bZ I IS bB iN i h a l l ’A 9 1 ’ 闪速工艺[ 2 11 8 ．鼹1 5 ．2 95 ．4 9 3 ．8 7 1 ．2 4 O ．4 5O ．8 14 ．6 91 0 8 ．0 1 单位为g t 。 3 烟气 云铜艾萨炉密封好，漏风率低，且采用浓度为6 0 ％ 的富氧空气进行熔炼，从而使烟气s O 浓度得到了明显 提高，一般烟气中S O 浓度达1 3 ．9 3 ％一2 5 ．3 3 ％。因 此，使硫的捕集率由原来的8 0 ％提高到9 5 ％以上。另 外，由于在流程中配置了圆盘制粒过程，从而使烟气含 尘量较低，一般在2 0g ／m 3 以下[ 3 】。 但在制粒过程中为达到制粒效果，要求向精矿中 补入水，从而使入炉物料含水量在1 0 ％左右，进而导 致烟气中含水量大，达1 0 ％。因此，使烟气露点高，腐 蚀性强。为避免烟气的露点腐蚀，通常将进入电收尘 之前的烟气温度控制在4 0 0 ℃，这使大量热量由高温 水蒸汽带走，并进入硫酸净化系统，给硫酸净化系统带 来了污酸量增加、冷却水量增大等一系列问题。这相 对于闪速炉、三菱炉采用蒸汽干燥入炉精矿来说，明显 增加了热量的消耗。以下料量11 0t ／h ，入炉精矿含水 1 0 ％计算，则从烟气中每小时带走1 1t4 0 0 ℃的高温 蒸汽。 4 嘧枪 喷枪作为艾萨熔炼过程的重要设备，它承担着向 炉内鼓入富氧空气、对渣层进行强烈搅拌、强化熔炼过 程的传质传热能力的作用。艾萨炉喷枪与闪速炉、三 菱炉、瓦纽科夫炉的喷枪／喷嘴相比存在显著的差异， 它具有喷枪长、内径大，必须进行炉外更换等特点。这 些特点既为其带来控制简单、操作方便的优势，也给它 带来了设备标高过高、渣的喷溅较大的缺点。简要对 比一下这4 种工艺中喷枪／喷嘴的特点，如表6 所示。 表6 不同铜熔炼炉喷枪／喷嘴及其它参数的对比 艾萨炉喷枪浸没于渣层3 0 0 4 0 0n u l l ，且空气从 一个喷枪喷出，因此，它对渣的喷溅明显高于瓦纽科夫 炉。由于瓦纽科夫炉有多支喷嘴，使其对渣的喷溅明 显降低，同时也使其烟尘率明显低于艾萨炉。而闪速 炉和三菱炉是通过喷嘴／喷枪将干精矿喷入炉内，其烟 尘率明显高于艾萨炉和瓦纽科夫炉。 艾萨炉的喷枪必须定期从炉内提出，进行校正或 更换，这就需要停产对其进行处理。这种炉外校正或 更换喷枪的操作方式使艾萨炉的厂房标高明显高于三 菱炉，达5 0m 以上。而三菱炉不将喷枪提出炉外进行 校正或更换，是在炉外焊接喷枪管，喷枪管在炉内不断 消耗。因此，周期性停产的操作方式使炉内的气氛、温 度等工艺技术参数出现周期性的变化和波动，这使其 整体的稳定性明显低于其它3 种炉型。 万方数据 第6 期华宏全云铜艾萨熔炼技术应用浅析9 1 5 烟道结渣 艾萨炉采用一支大口径喷枪供风，并浸没于渣层 进行搅拌，使其具有反应强度大，生产能力高，床能力 大，脱除铅、锌等杂质的能力强等优点；但存在渣层喷 溅大，厂房标高过高等缺点。当然，厂房标高过高也带 来了有效利用空间位置的优点。因此，通过设置上升 烟道和下降烟道，为烟气的余热回收提供了空间位置； 同样上升烟道也具有沉积烟气中喷溅物的作用。 但由于渣的喷溅、粉末状精矿和铅、锌的化合物在 上升烟道的粘结，使烟道大量结渣。当校正和更换喷 枪时，或其它需要停产时，由于炉内温度的降低，使烟 道表面附着的渣层大量脱落而进人熔池。这将导致艾 萨炉熔池冻结，熔池温度大幅波动，而对耐火砖的寿命 影响严重，特别是熔池以上3 ～7m 区域的电熔再结合 镁铬砖，抗渣性强而抗热震性差，更容易受到损害哺J 。 因此，必须通过合理控制喷枪插入深度和供风压力，减 少渣的喷溅；控制精矿中铅锌含量，使烟道渣层有适当 的粘附能力，以便于渣层的均匀脱落；提高制粒过程的 效率，降低粉末状物料的产生，来降低烟道的结垢速度 和脱落速度，以保证生产的正常运行。 6 结语 云铜通过对艾萨炉的引进与消化，使其熔炼能力、 硫的捕集能力、杂质的脱除能力得到大幅提高，并大幅 降低了生产能耗。由于其强大的脱杂能力和很低的烟 尘率，使杂质在烟尘中能得到良好的富集，从而为烟尘 的开路处理提供了良好的条件。因此，烟尘能通过独 立的回收处理流程，对其中的铅、锌、砷等元素进行了 有效的分离和回收，避免了它们在流程的反复循环和 积累。由于采用补水制粒，以及大口径长喷枪，也带来 了烟气含水量大、露点高、渣喷溅大、上升烟道结渣以 及渣层反复脱落等问题，解决这些问题将提高艾萨炉 控制技术水平。 参考文献 [ 1 ] 杨毓和．控制艾萨炉余热锅炉结渣探讨[ J 】．中国有色冶金，2 0 0 7 5 1 9 - 2 2 ． [ 2 ] 张荣良，丘克强．铜冶炼闪速炉烟尘氧化浸出与中和脱砷[ J ] ． 中南大学学报 自然科学版 ，2 0 0 6 1 7 3 7 8 ． [ 3 ] 道云宝．艾萨炉电除尘器的运行实践[ J ] ．中国有色冶金。2 0 0 7 5 6 6 6 8 ． [ 4 ] 姚素平．“双闪”铜冶炼工艺在环保、节能和资源利用方面的优势 [ C ] ／／第五届全国闪速熔炼技术研讨会论文集，2 0 0 6 ． [ 5 ] 李春棠．世界上最好的三菱炉连续炼铜法[ J ] ．资源再生，2 0 0 7 7 5 l 一5 4 ． [ 6 ] 杨晋国．瓦纽科夫熔池熔炼技术综述[ J ] ．新疆有色金属，2 0 0 9 4 4 2 一“． [ 7 ] 朱祖泽，贺家齐．现代铜冶金学[ M ] ．北京科学出版社，2 0 0 3 ． [ 8 ] 杨伟．艾萨炉生产指标优化探讨[ J ] ．中国有色冶金，2 0 0 7 5 2 3 2 5 ． 2 0 1 2 年杭州化工征订启事 杭州化工杂志是经国家科技部和国家新闻出版总署批准在国内公开发行的化工科技类学术期 刊，由杭州市化工研究所和杭州市化工学会联合主办。国内统一刊号C N 3 3 1 1 9 9 ／T Q ；国际标准刊号 I S S N l 0 0 7 2 2 1 7 。现已加入万方数据数字化期刊群和中国学术期刊网络出版总库。 杭州化工设专题综述、科学研究、技术应用及国内外化工信息等栏目。主要报导全国化工领域 最新科研成果，探讨化工行业新产品、新工艺、新技术的研究及应用动态，并选登部分译文。读者对象为 化工及相关领域从事科研、设计、生产及技术管理等相关人员。热诚欢迎全国化工领域从事教学、科研、 开发、生产和应用的各界人士订阅。 本刊为季刊，每期7 ．5 元，全年订价3 0 ．0 0 元，需订购者可直接汇款至本刊编辑部，订购时请说明订 夺．◆．夺．夺．夺．夺．夺．． 万方数据