024火法精炼工艺Word文档格式.docx

1、1100，溶解的Cu2O=5%，相应的O2=0.56%1150，溶解的Cu2O=8.3%，相应的O2=0.92%1200，溶解的Cu2O=12.4%，相应的O2=1.38%1250，溶解的Cu2O=13.1%，相应的O2=1.53%当Cu2O含量超过该温度下的溶解度时，则熔体分为两层，下层是饱和了Cu2O的铜液相，上层是饱和了铜的Cu2O液相。溶解在铜熔体中的Cu2O，均匀地分布于铜熔体中，能较好地与铜熔体中的杂质接触，那些对氧亲和力大于铜对氧亲和力的杂质（Me），便被Cu2O所氧化：Cu2O + （Me）=2Cu + MeO。这样在氧化精炼中一部分发生CuCu2OCu的变化而起到氧的传递剂作

2、用。铜熔体中杂质氧化主要是以这个方式进行的。当然，也有少部分杂质，直接被炉气或空气中的氧所氧化，其反应为：2（Me）+ O2=2 MeO。这种反应，在氧化精炼中不占主导地位。为了使空气中的氧尽量与铜反应生成Cu2O，且使Cu2O与杂质良好接触，进而氧化杂质。就必须把空气鼓入铜熔体中，使空气形成无数小气泡，使铜熔体翻腾，以增大气液相接触面，加快Cu2O和杂质间的扩散，强化氧化精炼过程。铜液中Cu2S和其它金属硫化物，它在精炼初期氧化的较缓慢，但在氧化后期时，温度达1175时，硫在铜液中溶解度可达9%，开始按Cu2S+2Cu2O=6Cu+SO2反应激烈地放出SO2，使铜水沸腾，有小铜液滴喷溅射出，

3、形成所谓“铜雨”而将硫脱除,也标志着氧化将结束。1.2阳极炉氧化过程杂质行为杂质的氧化顺序，从理论上说，可按杂质对氧的亲合力的大小来粗略地判断，其排列顺序为铝、硅、锰、锌、铁、镍、砷、锑、硫、铋、铜、银、金。然而，在实际精炼过程中，杂质氧化的明显顺序是不存在的，而是许多杂质同时发生氧化，只是在某一个时刻氧化程度不同而已杂质的氧化顺序和除去程度，与下列因素有关：（1） 杂质在铜中的浓度和对氧的亲合力；（2） 杂质氧化后所生成的氧化物在铜中的溶解度；（3） 杂质及其氧化物的挥发性、杂质氧化物的造渣性。上述因素中，杂质的浓度、对氧的亲合力和杂质氧化物在铜中的溶解度是主要因素，杂质及其氧化物在铜中的溶

4、解度愈大，则该杂质愈难除去，杂质对氧的亲合力愈小，则该杂质愈难氧化，因而也难以除去。因此在阳极炉精炼过程中，杂质按其易难除去程度可分为三类：易除去的、难除去的和不能除去的。（1）易除去杂质：包括铁、锌、铅、锡、硫等A、铁：铁是易于除去的杂质，它在铜的熔体中是有限溶解，不与铜生成化合物，在火法精炼中，能迅速而完全地除去，它在炉料的熔化和氧化阶段初期即被氧化成FeO并与石英熔剂作用生成硅酸盐炉渣，或进一步氧化成Fe2O3，与其它金属氧化物生成铁酸盐即MeO. Fe2O3炉渣。如精炼作业在碱性炉衬的炉子中进行，过程又不加入石英熔剂，则全部的铁几乎都氧化成Fe2O3而呈铁酸盐炉渣。B、锌：锌和铜在液态

5、时互溶，固态时形成一系列固溶体。精炼过程中，锌可直接蒸发，熔体中的ZnO在有还原剂覆盖铜熔体的情况下，也能被还原成金属锌而蒸发，并在炉气中被氧化成ZnO ，随炉气排出。此外，还有一部分ZnO与SiO2作用生成硅酸锌即ZnOSiO2,与Fe2O3生成铁酸锌即ZnOFe2O3炉渣。当精炼含锌高的铜料时，为加速锌的蒸发，在熔化期和氧化期均应提高炉内温度，并在熔体表面覆盖一层木碳或不含硫的焦炭颗粒，使还原成金属锌蒸发，以免生成结块而妨碍蒸锌过程的正常进行。C、铅：铅和铜在固态时互不溶解，在铜熔体中溶解度很小，但铅对电解的危害较大，须将其控制在所允许的范围内，铅的氧化是在铜熔化时就开始，一直延续到开始还

6、原时为止，通常采用的除铅方法是向炉内加入石英熔剂，使PbO成硅酸盐的形态除去，因PbO浓度较大，固用压缩空气强制将细粉状熔剂吹入熔体内效果较好。然而用硅酸盐造渣脱铅的方法操作时间长，铜的损失大，炉渣酸性化，对碱性炉衬腐蚀严重，尤其是要使铅的含量降低到0.005%以下更是如此。此外用氧化硼作剂，使铅呈硼酸盐形态除去，亦有显著效果，但其成本较高。D、锡：锡是比较难以除去的杂质，但从处理矿石或精矿得到的粗铜中，含锡很少，一般只有万分之几，不会给精炼作业带来较大困难。锡在氧化成，其可用加入碱性熔剂如Na2CO3和CaO等方法除去。E、硫：硫在粗铜中，主要以Cu2S和其它金属硫化物形式存在，它在精炼初期

7、氧化的较缓慢，但在氧化后期时，便开始按Cu2S+2Cu2O=6Cu+SO2反应激烈地放出SO2，使铜水沸腾，有小铜液滴喷溅射出，形成所谓“铜雨”。要使硫降至0.008%以下，在1200时铜水含氧在0.1%即可。然而为了加速反应，实践中常将氧的浓度提高到0.91%，保持熔体中Cu2O为饱和状态。同时采用低硫的重油供热，炉气中SO2浓度应低于0.1%，防止SO2溶解于铜熔体中，温度应控制在1200，并使炉内为中性或微氧化性气氛。（2）难除去的杂质：包括镍、砷、锑A、镍：镍在氧化阶段氧化缓慢，而氧化生成的分布在炉渣和铜水中，镍之所以难除去，一方面由于镍对氧的亲合力接近于铜，另一方面在有砷、锑存在时，

8、镍、砷、锑的氧化物形成易深于铜熔体中的三元氧化物，阻碍镍进入炉渣。镍氧化生成的NiO.Cu2O和As2O5.Sb2O5生成镍和铜的砷酸盐和锑酸盐，即6 Cu2O.8 NiO. As2O5和6 Cu2O.8 NiO. Sb2O5，所谓“镍云母”它们部分溶于铜中，使除去镍、砷、锑困难，部分沉积炉底易形成炉结，为了除镍，除添加使生成的造渣外，还可加入分解和破坏镍云母，减少这些化合物在铜熔体中的溶解。B、砷、锑 砷、锑在精炼时，如形成 As2O3和Sb2O3，易于挥发而除去，如形成As2O5和Sb2O5，则不能挥发，与铜的氧化物生成砷酸盐和锑酸盐，溶解于铜熔体中，难以除去。在精炼的氧化期，砷和锑生成具

9、有挥发性的三氧化物，即As2O3和Sb2O3，一部分随炉气逸出，其余部分与铜生成可溶于铜熔体的亚砷酸铜和亚锑酸铜，如熔体中始终饱和以Cu2O时，砷、金北的三氧化物将继续氧化成不挥发的五氧化物，即As2O5和As2O5 ，并生成砷酸铜和锑酸铜溶解于铜熔体中。当精炼含砷、锑相当高的粗铜时，根据砷、锑化合物的性质，可采取重复氧化和还原数次，将其从铜中除去，可向铜熔体中加入Na2CO3或CaO等碱性溶剂，使砷、锑生成不溶于铜的砷酸钠、砷酸钙、锑酸钠、锑酸钙，组成炉渣，上升到熔体表面而被除去。（3）不能除去杂质：包括金、银、硒、碲、铋等A、金和银：金、银在火法精炼中不被氧化而留在精炼铜中，只有银部分地被

10、挥发性杂质如锌、砷、锑等带走，因此银损失可达2.5%。B、硒、碲：硒和碲在粗铜中的含量很少，通常只是十万分之几，硒、碲在氧化精炼时，有少量被氧化成SeO2、TeO2，随炉气排出，但大部分的硒、碲仍留在铜液中，在电解精炼时，从阳极泥回收。C、铋：铋与铜在熔体中完全互溶，对氧的亲合力与铜差不多，沸点又高，因此，既不能氧化，又不能挥发除去，基本进入铜液中。对于我们处理的二次铜精矿，其主要杂质成份为铁、镍、硫、金银贵金属及稀有金属，所以进入火法精炼炉中的粗铜液它可能存在的杂质也不外乎这几种。1.3阳极炉还原精炼原理及生产控制（1）阳极炉还原精炼原理：在氧化精炼过程中，为了有效地除杂脱硫，必须使Cu2O

11、在熔体中达到饱和的程度，这样在氧化精炼结束时，铜熔体中仍残留着8%10%相对数量的Cu2O。为了满足阳极铜的要求，必须把这部分Cu2O还原成金属铜。还原的目的就是脱氧。铜火法精炼中常用的还原剂有：木炭或焦粉、粉煤以及插木法、重油、天然气、甲烷或液氨。其中使用气体还原剂是最简便的但受区域影响无法普及，近年来国内各工厂大都采用重油作还原剂，虽然还原效果好，也比较经济，但油烟污染严重。随着目前环保趋势要求，使用粉煤为原料的固体还原剂开始普及。熔炼老系统采用重油为还原剂和燃料，新系统则采用碳质固体还原剂，燃料为重油。无论采用哪种还原剂，其还原过程均为还原性物质对氧化亚铜的还原。A、以重油作还原剂 重油

12、主要成份为各种碳氢化合物，高温下分解才成氢和碳，而碳燃烧成CO。所以重油还原实际上是氢、碳、一氧化碳及碳氢化合物对氧化亚铜的还原：Cu2O+H2=2Cu+H2O Cu2O+C=2Cu+COCu2O+CO=2Cu+CO2 4Cu2O+CH4=8Cu+CO2+2H24Cu2O+CxHy=8Cx+0.5（y-2）H2+H2O+CO2+CO在用重油做还原剂时，铜熔体中出现的气体有CO、CO2、H2O、N2、H2、和SO2。前四种气体基本上不溶解于铜熔体中，而后两种气体则易溶解于铜熔体中。采用重油还原时，铜样断面不如插木还原的铜样光亮，其原因是插木时分解放出大量水蒸汽、氢气和甲烷等，水蒸汽的存在稀释了氢

13、气的浓度，降低了氢的分压。而用重油还原时，分解出来的水蒸汽很少，故氢气浓度大、氢的分压较大。而氢在铜水中的溶解度与其分压的平方根成正比，与温度成正比，温度越高其溶解度越大。所以用重油还原时吸收的氢比插木还原多，当铜凝固时，部分氢析出，铜样断面出现许多微观小孔，使其外观金属光泽不亮。铜中含氧过多会使铜变脆，延展性和导电性都变坏；铜中含氢过多，在著称的阳极板内会有气孔，对电解精炼非常不利，若制成铜线锭，则在加热时铜中的氢与氧化亚铜作用产生水蒸汽，使铜变脆，发生龟裂（也称氢病），导致机械性能变坏。 B、用碳质固体还原剂还原 先是碳先与铜液作用燃烧生成一定量的CO，再将Cu2O还原成金属铜，其反应原理

14、如下：C+O2=CO C+O2=CO2Cu2O+C=2Cu+CO Cu2O+CO=2Cu+CO2 随着还原过程的进行，由于Cu2O被还原，铜熔体中含氧量逐渐降低，当其减少至0.03%0.05%时熔体有从炉气中强烈吸收SO2的可能，故还原过程应以铜熔体含氧降低至0.030.05%为极限。还原程度应严加控制，尽可能使铜熔体中的Cu2O完全还原，又不让SO2溶解于其中，否则SO2在浇铸阳极板时重新排出而留下气孔，降低质量。SO2在铜中的溶解度随温度而变化，温度越高溶解度越大，为了防止SO2溶解于铜熔体中，要求还原剂含硫不宜超过0.5%，控制铜液温度不高于11701200。试样表面微凸起细皱褶，断面结

15、晶致密颗粒细小散布有金属星点,颜色带丝绸金属光泽呈砖红色。（2）还原终点温度对阳极板浇铸的影响：浇铸时，铜熔体温度过高，一是吸气性强，吸进的气体在铜熔体冷凝时排出，在阳极板上留有气孔；二是阳极板面不致密，冷凝所需时间长，影响浇铸速度；三是使铸模涂料变质，产生粘模现象。（3）还原终点判断对阳极板浇铸的影响：如果还原过老，当铜熔体中含氧低于0.05%时，H2和SO2含量急剧上升，溶解度会急剧增加，H2和SO2含量急剧上升，使H2和SO2易熔于铜液中，浇铸时气体析出，阳极板会出现氢气孔或氧气孔。还原后期应经常取样判断其进行程度，随着氧化亚铜的不断还原，试样断面开始是丝状粗粒结晶结构逐渐转变为细粒放射

16、状，最后变为细粒致密结晶，还原初期试样断面呈砖红色，后来转为玫瑰色。从无光泽变为最后的丝绸光泽、金属亮色最初集中最后散开，试样表面开始时中心带有凹槽，到还原结束时成为微带皱纹的平整表面。此时，铜液中的残氧量约为0.03%-0.05%（终点控制含氧0.1-0.2%）。综合上述，铜的火法精炼主要是氧化精炼和还原精炼两个重要过程组成，氧化使金属中的杂质发生氧化而除去；还原脱除铜熔体中溶解的氧，并获得组织致密、延展性能良好的铜。这两个过程是相继地在同一个炉中进行，有时还反复操作，以达到预期的精炼效果。2阳极精炼炉的结构及特点阳极精炼炉是20世纪50年代开发的一种火法精炼设备，据统计，目前世界上有40多

17、家冶铜厂采用，每年精炼铜量达4000kt。其炉形与圆筒形相似，由以下部分组成：筒体、炉体支撑系统、炉体驱动系统。工艺配置包括：排烟系统、水冷系统、透气砖系、燃烧系统、还原系统、供风系统、供氧系统、液压炉盖系统、仪表系统。回转式阳极精炼炉炉口（作用：进料、倒渣、调节炉膛负压）处在炉体中心位置，通常规格为1200mm1800mm，炉口备有炉口盖和炉口启闭装置。炉口启闭装置分液压和卷扬两种。炉口盖与炉口启闭装置相连。炉口装有四块冷却水套。两个氧化还原风口开设在筒体两侧，离筒体两端约3001000mm，它与炉口约呈45夹角。燃烧系统安装在筒体两端。筒体有3060mm厚锅炉钢板焊接而成。筒体内砌4005

18、50mm厚耐火材料。燃烧器固定在出烟口的相对端盖上，而重油燃烧装置和燃烧空气管一起连接在燃烧器上。燃烧器可随炉体一起倾转。炉体支撑系统由四个托轮构成，托轮均采用复式托轮组传动带轮缘，另一端为光面托轮。回转炉的滚圈为二挡，其中一个与大齿轮做成一体，构成炉体传动系统的一部分。回转炉是火法精炼的主体设备，其关键部位是氧化还原风口，出铜口，加料口，燃烧器，对耐火材料的选用有严格的要求。出铜口为特制异形镁铬砖，而筒体两端墙的保温层为65mm厚镁质砖，内层为为镁铬砖，风口区则采用特制的Cr2O3含量高的电熔再结合镁铬砖以强化耐高温，抗冲刷，抗侵蚀作用。燃烧室是回转炉的辅助设备，它不装熔融铜，只是利用稀释风

19、继续燃烧回转式精炼炉出来的烟气，烟气温度虽在1200，但不起冲刷作用。它选用的耐火材料是粘土砖，高铝砖和不定型耐火捣打料。金川公司铜熔炼采用的精炼炉，容量为120160t铜，外径尺寸：368010000mm，加料口即炉口尺寸为18001000mm，出烟口尺寸为7001000mm。设备总重为297t，其中金属结构重约144t，耐火材料重约153t。2.1炉体筒体内径为3600mm，钢板厚度40mm，材质为20g。筒体内衬380mm厚的铬镁砖和65mm厚的粘土质耐火砖，粘土砖外用15mm厚的镁质填料，铬镁砖和粘土砖之间也有10mm厚的镁质填料。采用上出烟的结构形式，出烟口外接水冷式烟罩。炉口及出烟

20、口内侧各装有四块水冷护板，出烟口水套采用单进单出，炉口水套采用双进双出，将水套分为上下两部分，采用此结构可延长水套使用寿命，避免因水套下部漏水后造成整块水套断水而烧损水套，对生产造成影响。炉口上有一个活动炉口盖，当加料或倒渣时将炉盖打开。筒体上装有两个可拆卸的氧化及还原时插管的弧形钢板及一个可拆卸的出铜口，均有楔子固定在筒体上。筒体端盖为球缺式封头。2.2驱动系统炉体可以正反转，可以快速旋转，也可以慢速旋转，主电机用于正常操作时的快速旋转，主电机是变频调速电机，也可以实现炉体的慢速转动。可以满足浇铸时的转速。也就是说，一台电机即可满足回转阳极炉的运转，如果交流电源发生事故，备用的电源即可投入使

21、用。2.3支撑系统炉体上装有滚圈和齿圈，分别支撑在装有两对托轮的底座上，每对托轮位置可调整，一确定炉体的正确位置。滚圈和齿圈设计为整体铸造加工，如受到制造厂铸造能力或运输条件限制，则滚圈和齿圈可以按剖分式铸造加工，部分的结构要精心设计。2.4回转精炼炉的特点（1） 炉子结构紧凑，散热面积小，油耗为80260kg/h。（2） 回转阳极炉密闭性好，炉体散热损失小，燃料消耗低。炉体密闭性好，漏烟少，减少了环境污染。（3） 炉子设有倾动装置，能以快慢不同的速度转动，能从炉口用吊车将冷料加入，避免了人工加料的劳动。（4） 精炼和浇铸自动化程度相比反射炉强，阳极精炼炉和浇铸机各设一个控制室，配置较完善的监

22、测与控制电气仪表，从而大大改善了工作条件，减少劳动定员，提高产品质量。（5） 炉子容量从100t变化到550t，处理能力大，技术经济指标好，劳动生产率高。3阳极精炼炉工艺配置3.1排烟系统阳极炉排烟系统的任务，就是把阳极炉生产中产生的烟气，通过排烟设施排放到空气中。阳极炉排烟系统有主排烟和环保排烟两条线路。排烟主线：阳极炉顶排烟出口水冷烟罩热交换器对冷风阀变频高温排烟机排空。环保排烟线：炉口旋转烟罩环保烟罩排烟管排空。阳极炉出口烟气温度800-1200。高温风机进口烟气温度450。兑冷风阀作用：调节烟气温度，保证高温风机进口烟气温度符合要求条件，保护高温排烟机,兑冷风阀开、关是通过操作电脑完成

23、。3.2水冷系统阳极炉水冷系统主要是水套，其安装部位的不同作用也不同，出烟口水套和炉口水套的设置是为了延长其衬砖寿命，用螺栓与炉口法兰连接，每块水套有单独的进、出水口，为便于炉体旋转炉体一端与回水箱采用软连接。水压为0.3-0.4MPa，循环水消耗量30-40t/h。水冷烟罩的作用就是导流烟气通道，能降低烟气温度。3.3燃烧系统面对当前燃料成本的不断上升，国家对企业的环境排放要求日益严格，金川公司希望从降低能源消耗和减少环境排放，在部分能源消耗大、排放严重的工序进行技术改造；普莱克斯根据其在欧美有色金属冶金炉上的用氧经验，从节能减排出发，建议其去除阳极炉上原有的空气-燃料燃烧系统，改造为氧气-

24、燃料燃烧系统，以达到降低燃料消耗和减少排放的目的。普莱克斯基于稀氧燃烧技术开发的JL型氧气-燃料燃烧系统是，将燃料射流在高速纯氧射流下，充分混合燃烧，能节约大量燃料和减少烟气排放；同时又具有火焰长度和强度调节功能，避免热点产生。（1）稀氧燃烧原理氧气和燃料由不同喷嘴射入炉内，高速氧气和燃料射流因为和炉内气体发生卷吸作用而被稀释，然后再彼此混合燃烧。燃料和经过稀释的热氧化剂进行反应，从而产生低火焰峰值温度的“反应区域”。稀氧燃烧原理图（2）燃烧效果A、燃料充分燃烧，节约燃料。B、燃料的节约，同时减少了CO2的排放。C、采用了分级燃烧设计，具有低的火焰峰值温度和极低的NOx排放。D、燃烧稳定，温度

25、均匀，火焰形状可以调节。（3）燃烧系统该系统主要包含：控制阀架、电控箱、烧嘴砖和JL烧嘴及配套附件。（4）安全保证A、氧气、燃料压力高/低联锁；B、氧气、燃料比列失调安全联锁；C、火焰探测器实时监测；D、炉温和点火安全联锁；E、任何条件下的紧急停止。所有安全联锁一旦触发，系统将自动转入低流量安全模式或自动关断系统，仅当修复、确认后，燃烧系统才能恢复正常运行状态。3.4透气砖装置回转阳极炉采用透气砖技术，可使炉内铜液温度均可，可以缩短氧化还原时间，提高铜水质量，降低能耗，是一项行之有效的新技术。阳极炉透气砖系统由氮气输送管线和PLC氮气机柜、透气砖组成。透气砖的作用：搅拌熔体、加快反应过程、防止

26、炉腹粘结等。6块透气砖对着炉口呈形分布安装在炉底，有利于将炉渣从炉口排出。氮气总压力0.60.8MPa，根据阳极炉生产特点流量设定是：进料作业设定为100NL/min，氧化作业设定为80NL/min，扒渣作业设定为80150NL/min，还原、保温作业设定为50NL/min。生产中各作业期透气砖流量控制是通过操作PlC显示面板来完成。3.5还原系统阳极炉还原系统按所使用还原剂分为两套系统：重油还原和碳质固体还原剂还原。固体还原剂吹送系统中使用的气动阀门和振动筛的动力气源为氮气压力0.50.8MPa ，作业过程主吹送使用的气源为空压风，风压0.450.6MPa。生产中还原剂吹送控制要点：（1）

27、仓泵料加入量控制在90%（2） 确认仓泵无泄气点（3） 仓泵顶部压力始终高于主吹压力0.05MPa，混料风控制20%。（4） 吹送正常再缓慢下炉子，观察氧化还原枪浸没熔体由浅到深。还原半小时后再往深下炉子。（5） 还原结束要先停料后停风，保证吹送管畅通。3.6供风系统新阳极炉二次风，是把常温空气经热交换器，加热到80300后，鼓入阳极炉中，二次风的温度，随阳极炉各作业期烟气温度变化而变化，二次风量大小，通过调整变频风机的频率来调控。阳极炉一次风作用：雾化重油阳极炉二次风作用：阳极炉燃烧作业雾化重油补充氧量，调节炉膛负压。阳极炉供风系统组成：变频离心风机型号：9-1914D 鼓风量Q=30040

28、m3/h、 600mm供风管道、热交换器、切断阀和排空阀（DN700电动蝶阀）燃烧器。切断阀和排空阀作用：防止高温烟气倒灌，烧坏燃烧器，热交换器中换热管和离心风机，调整炉膛负压。3.7供氧系统阳极炉用氧主要有两部分组成，一是阳极炉烧眼用氧，压力为0.81.2Mpa；另一个是多氧燃烧用氧，压力为0.40.6Mpa。两路用氧主线全部由熔炼车间氧气调压间供给，多氧燃烧用氧压力调节为远程控制，控制在7转炉电脑上完成，调整调节阀开度值控制氧气压力。3.8仪表控制系统阳极炉生产主要工艺参数及附属设施开、关在线控制等数据信号全部进入到阳极炉DCS仪控系统，生产中工艺参数的调整及附属设施的开、关都是通过操纵电脑来完成。3.9炉口液压系统阳极炉液压系统由液压站、输、回油管线、液压缸、炉口盖组成，阳极炉液压系统的任务是保证炉口盖根据生产需要正常开、关控制。液压站由两台油泵（一开一备）、油箱、输、回油管线、电磁阀组、组成，两台阳极炉合用一个液压站，生产中只需开一台油泵，就能满足炉口盖开、关需要，要求两台炉不能同时进行炉口盖开关工作。液压站工作油压6-10MPa。