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冶金百科 | 铜冶金科技进步发展方向

2023-05-19 10:24:52 来源:中冶有色技术网
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简介:富氧强化熔炼技术是指在熔炼中通入富氧(空气含氧量50%以上)或工业纯氧,强化熔炼过程,充分利用精矿中铁和硫在氧化过程中放出的热量,减少燃料消耗量,在自热或接近自热的条件下进行熔炼。

铜冶金科技进步发展方向

(1)富氧强化熔炼技术


富氧强化熔炼技术是指在熔炼中通入富氧(空气含氧量50%以上)或工业纯氧,强化熔炼过程,充分利用精矿中铁和硫在氧化过程中放出的热量,减少燃料消耗量,在自热或接近自热的条件下进行熔炼。采用富氧强化熔炼技术的工艺归纳为两大类:一类是闪速熔炼方法,如奥托昆普闪速熔炼、INCO氧气闪速熔炼等;另一类是熔池熔炼方法,如诺兰达熔炼、澳斯麦特/艾萨熔炼、氧气顶吹熔炼、白银法熔炼、氧气底吹熔炼等。由于入炉的氮气量减少,烟气体积降低,SO2 浓度提高,便于制造硫酸或其他硫产品,总硫利用率显著提高,同时SO排放量显著下降;烟气量减少使得烟气处理设施投资费用降低;烟气量减少也使热支出减少,进一步降低了能耗。


(2)连续吹炼技术


现行传统的鼓风炉、反射炉或电炉,以及先进的富氧强化熔炼的闪速炉、艾萨炉、白银炉等,都存在流程长、不连续和能耗高的问题。重点开发闪速熔炼与我国白银炉连续吹炼技术集成,形成连续强化冶炼——吹炼短流程炼铜新工艺,实现连续化;研究炉型连接方式,吹炼炉渣渣型,达到淘汰卧式(P-S)转炉,实现节能和解决SO的低空污染。并重视后续吹炼烟尘和精炼过程有价金属金、银、硒、碲和镉的综合回收利用。
铜冶炼减少SO排放的关键在于加强低浓度、特别是无组织排放SO烟气的收集。选用无组织排放较少的工艺,铜锍的连续吹炼对SO减排有积极作用。为适应高杂原料处理,提高资源利用率,减少砷等重金属污染,应着力研究从铜冶炼高砷物料中脱除砷,回收利用其他有价资源,并将砷安全固化堆存的最佳可行技术,成熟后推广应用。含重金属污水处理渣的利用,该类渣水分含量高,有价金属含量相对较低难以回收,含有毒重金属元素,安全堆存是一大难题,应研究将其资源化利用的途径。

连续吹炼取代P-S转炉是发展趋势。该技术通过溜槽加液态铜锍或通过皮带加水淬后的固态铜镜,取消了包子倒运过程,使得吹炼烟气低空污染得到彻底解决。采用连续吹炼技术的工艺有闪速连续吹炼、氧气顶吹浸没喷枪连续吹炼、侧吹连续吹炼、三菱连续吹炼等。连续吹炼技术过程连续进行,作业率高;炉子密闭性好,漏风小,冶炼烟气量少且稳定,SO浓度高,烟气处理成本低;作业环境好,可大幅提高硫的回收率,降低生产成本。该技术适用于铜锍吹炼生产系统。P-S转炉吹炼工艺及装备成熟,处理冷料较为便利,粗铜含硫低,目前仍是主要

的铜镜吹炼方法。但P-S转炉吹炼效率低、设备台数多、间断操作、SO泄漏及逸散问题难以彻底解决,已成为火法炼铜技术进一步向高效节能、环保清洁方向发展的制约环节。长期以来,冶金工作者致力于连续炼铜、连续吹炼技术的研发,截至目前,仅有三菱法和闪速吹炼得到推广应用。三菱法吹炼实现了铜锍连续吹炼,使得烟气SO浓度高,烟气量及浓度稳定,SO泄漏少,提高了环保及清洁生产水平,减少了烟气处理及制酸系统投资与运行费用。但三菱法吹炼也存在一些不足:①与P-S转炉吹炼比较,铜的直收率会有所减低;②前后工序相互影响大,自动控制要求高;③粗铜镜及其他杂质含量高,质量有所降低;④三菱法熔炼、吹炼、炉渣电炉贫化自成“硬连接”生产系统,已有实践证明,其吹炼炉难以单独与其他熔炼方法组成生产系统,加之三菱法富氧浓度难以提高,熔炼强度偏低,可以预期,其连续吹炼技术不可能在我国推广应用。

闪速吹炼自1995年在美国问世以来,目前已推广应用4家,形成粗铜产能150万t,其所推广的3家(祥光、金冠、广西金川)均在我国。实践证明,闪速吹炼已发展成为一种成熟的工艺,今后在大型铜厂将有可能逐步取代P-S转炉吹炼。但闪速吹炼生产能力偏大,对年产铜20万t以下的中小型铜厂并不适用。综上所述,利用我国已经掌握的富氧底吹技术,开发一种连续吹炼工艺,推广应用于国内广大采用熔池熔炼技术的火法炼铜厂,对铜冶炼绿色生产具有较大意义。

(3)粗铜高效、节能、低污染火法精炼技术

目前,不同炼铜方法熔炼和吹炼均基本自热进行,烟气余热也都进行了回收,能耗并无大的区别。而阳极炉的能耗则差别较大。近年来,阳极炉节能减排方面发展了余热回收、稀氧燃烧、透气砖通氮气搅拌、无氧化还原火法精炼等新技术,这些技术的应用,使吨阳极铜火法精炼能耗从50kgce降低至15kgce。

(4)熔炼炉渣选矿技术

目前,火法炼铜普遍在高铜锍品位、高富氧浓度条件下操作,熔炼炉渣含铜依工艺不同,波动在2%~8%之间,必须对其进行贫化处理。铜熔炼炉渣贫化有电炉(或燃料加热炉)贫化和炉渣缓冷-选矿两类方法,均属成熟技术,在我国得到广泛应用。研究表明,两类方法能耗大致相当。电炉贫化的优点在于投资较低,占地面积小,但其渣含铜最低只能达到0.6%,一般在0.6%~1%之间。而炉渣缓冷-选矿法,虽然一次投资及占地面积较大,但可使尾渣含铜降低至0.3%左右,使铜的总回收率提高0.8%~1%,针对我国铜资源严重短缺的状况,是一项值得推广的技术。

(5)熔炼炉渣余热回收技术

熔炼(贫化电炉)炉渣带出的热量达3.2316 GJ/t阳极铜,相当于110.3 kgce/t 阳极铜,占火法系统总余热量的35%,理论上讲,对其热量进行回收是火法炼铜节能应重点着力之处。以江西铜业公司贵溪冶炼厂为例,该厂每年产出初始温度

1250℃的炉渣370万t,所含热量相当于约6.7万t原煤,如能将这部分热量回收,回收率按60%计算,年节约原煤达4万t,社会经济效益十分可观。

目前,铜冶炼厂熔炼(贫化电炉)炉渣有下列2种处理方法:①直接水淬,产生的热水在北方地区冬季用于采暖,而在夏季或南方地区,用途很小,大多数将其排放或冷却后重复利用。采用干法风淬,是回收炉渣余热的发展方向。②缓冷后采用浮选进一步回收铜,由于冷却速度很慢,冷却过程中余热回收更为困难。从铜冶炼技术发展来看,缓冷-选矿已成为处理铜冶炼炉渣的主流技术,这使得铜熔炼炉渣余热回收可行性更低。

(6)烟气余热回收利用技术

火法冶金炉排烟温度均在800℃以上,在收尘处理前必先经过冷却。烟气冷却的目的是使烟气调节到某一低温范围,以适应收尘设备和排风机的要求。冷却系统除了使烟气降温外,还有一定的收尘作用,同时将余热加以利用。余热回收方式有利用离炉烟气预热空气(或煤气);使用余热锅炉或汽化冷却装置生产中、低压蒸汽和热水;利用废气循环调节炉温和改善燃烧;利用离炉烟气加热入炉冷料。该技术适用于铜锍熔炼、吹炼、精炼生产过程。

(7)永久性不锈钢阴极电解技术

永久性不锈钢阴极铜电解技术以不锈钢阴极取代传统电解法的始极片,且不锈钢阴极可重复使用,省去了生产始极片的种板电解槽系统以及由始极片、导电棒及吊攀组装成阴极的制作工艺,使整个生产流程大为简化。永久性不锈钢阴极铜电解技术还具有以下优点:电流密度高、极距小;阴极周期短、产品质量高;残极率低;蒸汽耗量低。该技术适用于现代大型铜冶炼企业。

(8)加压浸出—氧气顶吹熔炼阳极泥处理工艺

工艺流程为“阳极泥加压浸出一氧气顶吹熔炼——银电解—水溶液氯化分金——控制电位还原”,最终产品为金和银。该工艺用加压浸出代替传统的硫酸化焙烧-稀硫酸浸出、用氧气顶吹熔炼代替传统的还原熔炼加氧化精炼,缩短了生产工艺流程,提高了生产效率,减少了污染物排放。该技术适用于单系统铜熔炼能力在20万t/a及以上的项目。

(9)回转阳极炉固体还原剂喷吹技术

采用新型固体还原剂(利用褐煤半焦与无烟煤以一定比例进行配比,即得到新型固体还原剂)取代重油、柴油、液化石油气等传统还原剂。工艺设备主要包括还原剂制备系统及喷吹系统。采用该技术阳极精炼炉烟气黑度低于林格曼等级Ⅰ级,逸散烟气减少;降低了铜阳极板的生产成本,使用新型固体还原剂较使用重油可节约生产成本8.9~18.7元/t铜。该技术适用于铜回转阳极精炼系统。
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