PDF《火 法炼 铜技术综述》

To t a l

1 06 No .

4 2

01 0 铜业工程C0PPER ENGI NEERI NG 总第

1 0 6期2010年第 4期火法炼 铜 技术综 述 陈淑萍 , 伍赠玲 , 蓝碧 波,郭其章 (

1 . 紫金矿冶设计研究院 , 福建上杭

3 6

4 2

0 0 ;

2 . 紫金矿业集团股份有限公 司, 福建 上杭

3 6

42 0

0 ) 摘要:目前火法熔炼技术发展迅速并得到广泛的应用 , 在铜工业生产 中已明确提出 清洁生产 的 目标.环 境意识要求清洁的生产工艺 , 即工艺过程 中极少排放废 物,对火法炼铜技 术的进一步完 善提出 了更 高的要求.本 文叙述了 目前世界火法炼铜 的主要工艺 、 工业 生产实例及进展情况 , 对现代铜冶金新方法 一闪速熔炼 、 熔池熔炼 以 及其它熔炼技术作 了较为详 细的介绍 , 并指出了铜火法冶炼存在的问题及今后的主要技术发展方向. 关键词 : 火法炼铜 ;

闪速熔炼 ;

熔池熔炼 中图分类号 : T F

1 1

1 .

1 文献标识码 : A 文章编 号:

1 0

0 9―

3 8

4 2 (

2 0

1 0 )

0 4―

0 O

4 4―

0 6 Su mm a r i z e o n t h e Te c h n o l o g y o f Co p pe r Py r o m e t a l l ur g y C HE N S h u― p i n g , WU Z e n g― l i n g , L A N B i ― b o ,G U O Q i ―z h a n g (

1 . Z i j i n R e s e a r c h I n s t i t u t e o f Mi n i n g a n d M e t a l l u r g y , S h a n g h a n g , F u j i a n , C h i n a

3 6

4 2

0 0 ;

2 , Z i j i n Mi n i n g G r o u p C o . , L t d , S h a n g h a n g , F u j i a n ,C h i n a

3 6

42 0

0 ) Ab s t r a c t:At p r e s e n t ,t e c hn o l o g y o f c o p p e r p y r o me t a l l u r g y i s de v e l o pe d r a p i d l y a n d wi de l y us e d i n c o pp e r i nd u s t r y whi c h p o i n t o u t Cl e a n Pr o d u c t i o n .T he e n v i r o n me n t c o n s c i o u s ne s s r e q u i r e c l e a n pr o du c t i o n p r o c e s s .i t me a n s f e w wa s t e ma t e r ia l wa s di s c h a r g e d d ur in g t h e p r o c e s s .Hi g h e r r e qu i r e me n t s a r e ne e d e d f o r pe r f e c t i n g c o p p e r p y r i me t a l l u r g y.I n t h i s a r t i c l e,t h e ma i n p r o c e s s a n d pr o du c ― t i o n e x a mp l e a n d p r o g r e s s o f c o p p e r p y r o me t a l l u r g y a r e s u mma r i z e d,t h e n e w c o p p e r me t a l l u r g y t e c h n o l o g i e s ― f l a s h s me l t i n g ,b a t h s me l t i ng a nd o t h e r s a r e i n t r o d u c e d i n d e t a i l .S o me pr o b l e ms o f c o p p e r p y r o me t a l l u r g y a n d ma i n t e c h ni c a l d e v e l o pi n g d i r e c t i o n f o r f u t u r e a r e p o i n t e d o u t a s we l

1 . Ke y wo r d s : c o p p e r p y r o me t a l l u r g y ;

f l a s h s me l t i n g;

b a t h s me l t i n g 目前世 界 上从硫 化矿中提取 铜,85%~9

0 %是 采用火法冶炼 , 因为该法与湿法冶炼相比, 无论是原 料的适应性 , 还是 在 生产 规模 、 贵、稀金属 富集 回收 方面都有明显的优势 .因此为了降低能耗 , 减少火 法炼铜的环境污染 , 闪速熔炼、 熔池熔炼以及其它熔 炼 技术都在 不断改进 和发展 .

1 火 法炼 铜主要工艺火法炼铜 主要包括 ¨ : (

1 ) 铜精 矿 的造锍 熔炼;

(2)铜锍吹炼成粗铜 ;

(

3 ) 粗铜火法精炼 ;

(

4 ) 阳极铜 电解 精炼.经 冶炼产出最 终产品一电 解铜(阴极 铜).目前世 界铜冶炼 厂使用 的主要熔炼 工艺为 闪速 熔炼 和熔池熔 炼 .在熔 池熔 炼 工艺 中,精矿被 抛到熔体的表面或者被喷入熔体 内, 通常向熔池中喷入 氧气 和氮气 使熔池 发生剧烈 搅拌 , 精矿颗粒 被 液体 包 围迅速融 化,因此 , 吹炼 反应能够 产生维持 熔炼作 业所需 的大部分热量 , 使含有氧气的气泡和包裹硫 化铜/ 铁的溶液发生质量传递.而闪速熔炼 中的干 精矿是散布在氧气和氮气 的气流 中的, 精矿 中所含 的硫 和铁发 生燃 烧,在熔融 颗 粒进 入 反应 空间时即产生熔炼和吹炼.当这些颗粒与熔池融为一体时, 有些 反应还会 继续 进行,但大部分是 在 飞行 过程 中 发生 的. 吹炼工艺 目前仍以 P―S转炉为主 ,9 O年代后 连续 吹炼技术成 功商业 化应用 ,吹炼 工艺实现 了质 的飞跃 .1

9 9 5年闪速吹炼 问世并成功 应用于美国肯尼柯特冶炼厂,将 闪速炼铜整体工 艺(闪速熔 炼 +闪速吹炼 ) 硫的回收 率由95%提 高到99.9%以上 ,其基 本流 程是各种 精矿在 闪速炉熔炼 产 出冰 铜 ,然后将 冰铜水 淬 ,磨 粉并 干燥 ,再在 另一规格 收稿 日期 :

2 0

1 0―

0 7―2

3 作者简介 : 陈淑萍 (

1 9

6 5一) , 女,陕西富平人 , 高级工程师 , 本科 , 学 士学位 , 主要从事黄金 和其 它有色金属 冶炼 生产与研究 , E―m a i l : s h u p - i n g c h e n

2 0

01 @ y a h o o . c o n

1 . c n 陈淑萍 , 等:火法炼铜技术综述

2 0

1 0年第 4期较小的闪速炉 中用 富氧空 气 吹炼成粗 铜 ,产 出 的粗 铜 通过 溜槽 加至阳极 炉.闪速 吹炼 具有生产能力大、'

工艺技术先进 、成熟可靠 、环保好 、自动化程 度高 、运行费用低 、烟气量小 、二氧化硫浓度高且 稳定等优点 ,具有 良好的推广应用价值 ,尤其适合 于 新建大 型铜 冶炼 厂和对 环保 要求非 常严 格 的炼铜 厂 改造 . 粗铜火法精炼 以回转炉精炼为主 , 由于传统 固 定式精炼炉主要依靠人工操作 、 劳动强度大 、 环保效 果差 、 易跑铜 、 难控制 , 已逐步被机械化程度高 、 炉体 密闭易操作的回转式 阳极炉所替代. 表1世界各 国火法冶炼工艺处理铜精矿生产示例 电解精炼工艺主要分为传统始极片工艺和不锈 钢永久 性 阴极工 艺,永久阴极 电解 工艺 是 当前 电解 工艺 的发展趋 势 .主 要是 因不锈 钢 阴极 法采用 不锈 钢板做成阴极代替铜始极片 , 阴极铜产 品再从不锈 钢 阴极 上剥 取,不锈钢阴极 再返回电解 槽 中继续 使用.该 方法无始极片生产系统 , 简化了生 产过程.且由于不锈钢阴极平直 , 生产过程 中短路现象少, 不 但提高了产品质量 , 而且可使用较高的电流密度和 较小的极距 . 表 1列 出 了世 界各 国工 厂采用 火法 冶炼工 艺处 理铜精 矿 的生产 实例 . 年产量 国家企业名 铜精矿主要化学成份 工艺方法及主要参 数/k t・a一 铜崖 C u

2 9 % ;

F e

3 2 % ;

I N C O氧气 闪速熔炼 , 炉规格 宽 *长 *高5.5加拿大

1 3

5 I nc o S

3 4% ;

Si O2

2 % *

2 2 *5m 霍恩冶炼厂 C u

2 1 .

9 % ;

F e

3 0 .

3 0 % ;

诺 兰达炼铜法 , 反应炉

5 .

2 0*2

1 .

3 m, 熔体加拿大 S

3 3 .

1 0% ;

S i O2 4.

4 0% ;

2【 x 】 H o r n e S m e l t e r 温度

1 2

5 0 ~ ( : P b

2 . O 0% : Zn 2. 70% 圣曼纽尔 C u

2 8 .

3 5 % ;

F e

2 8 .

4 6 % ;

奥托昆普闪速熔炼技术 , 反应塔 内径

5 .

9 7 m, 美国340SanMa n u e l S

3 3 .

6 1 % ;

S i O

2 5 .

9 6 % 铜琉温度1232'

12芒特艾萨 C u

2 4 .

5 0 % : F e

2 5 .

7 0 % : 澳大利亚

2 5

0 艾萨熔 炼法 , 艾萨炉 内径

3 .

6 6 m,高14.54mMo u nt I s o S 27. 60% ;

S i O2

1 6.

1 0% 诺里尔斯克冶炼厂 C u

2 1 .

5 % : F e

3 9 .

5 % : 瓦纽科 夫炼铜法,瓦纽科 夫炉,床能率6Or/俄罗斯

4 o

0 N o r i l s k S m e h e r S

3 3 .

5 % ;

C a O

0 .

6 % ;

S i O

2 0 .

7 % ( m . d ) ;

熔体温度

1 3

0 0 ~ C u

2 1 % ~

2 2 % ;

F e

2 8 % ~

2 9 %: 奥托昆普 闪速熔 炼法 , 反 应塔 内径

6 .

8 m, 铜 江铜集团 S

3 2 % ~

3 3 % ;

P b

0 .

4 % ~

0 .

5 % :

9 0

0 琉 温度

1 2

1 0 ~ C, 转 炉规 格04.0*1

1 .

7 m, 精 贵溪冶炼厂 Z n

0 .

6 % ~1 .

2 % ;

A s

0 .

2 5 % : 炼 回转 炉240t,规格

3 .

9 0*9 .

2 0 m, 铜 液温 S i O

2 6 % ~

6 .

5 % 度1300~C, 铜 阳极板

1 0

0 0*

9 6

0 x

4 5 mm 电炉熔炼法 改为艾 萨熔 炼法 , 云铜 艾 萨熔炼 炉 为圆筒 型 内衬耐 火材 料 的炉 子,内径

4 .

4 云铜铜业股份有 限Cu21.9% : Fe

21 .1 % :

2 5

0 m, 高14.7m, 转 炉规格

0 4 .

0 x

1 1 .

7 m, 精炼 公司 ( 云南冶炼厂 ) S

1 4 .

8 % ;

S i O

2 1

8 .

1 % 反射炉4.57*1

0 .

6 9 m(

3 5

0 t ) , 铜液温度ll80℃ C u

1 8 % ~2 l % ;

F e

2 6 % ~2

8 % ;

白银炼铜 法,白银 炉 床能 率33t/(m.d);

熔白银有 色金属 S>

2 6 % ;

P b+ Z n<

2 .

0 % ;

体温度

1 1

0 WC, 转 炉规格

3 .

6 6*

7 .

1 O m, 精中国80集团公 司铜 冶炼厂 C a O

3 % ~

6 % ;

A s

0 .

3 3 % ;

炼反射 炉120t,铜液温度

1 2

0 0 '

1 2 , 铜 阳极 板SiO2 8% ~

1 1% ;

H2 O 5% ~8%

8 5

0 *

81 0 *

3 5 mm 双闪技术 , 闪速熔炼炉规 格,.3*7 .

0 m, 池 阳谷祥光 C u

2 6 % ~

3 2 % :

4 0 o 中心距

1 7 .

6 m, 熔体温度

1 2

5 0 ~ C, 闪速 吹炼炉 铜业有 限公 司S28%~32%规格

0 4 . 3*6 . O m, 精炼阳极 炉 规格

4 .

8 8*

1 4 .

6 3 m, 铜液温度

1 2

5 0 '

t

2 大冶有色金属 C u

1 8 .

7 4 % : F e

2 6 .

5 1 % : 反射炉改为诺兰达炉熔炼 , 炉壳 内尺寸 .

7 S

2 7 .

5 8 % ;

P b

0 .

2 2 % ;

1 5 O *1

8 m, 熔体 温度

1 2

5 0 ~ C, 转炉规格

3 .

6 6* 公司冶炼厂

6 .

7 0 m, 精炼回转炉

1 4

0 t , 规格 .

6 0*8 .

0 0 A s

0 . 4% ;

Si O2 9. 77% m, 铜液 温度

1 2

8 0 ~ (

2 4

5 T o t a l

1 0

6 铜业工程总第

1 0 6期 对上述工 艺的生产 厂家所用矿 石成分及 工艺方 法比较可知, 铜精矿火法冶炼工艺流程的选择, 与精 矿成分 、 工厂规模和当地具体条件等因素有关.一 般而 言,如果建厂 规模 大、原料成 分 稳定 , 选用闪速 炉熔炼较为有利 , 目前 国内外闪速炉炼铜厂规模 已 达到

2 0~

9 0万t/a.中等规模 的冶炼厂适 应采用 三 菱法、 诺兰达法 、 澳斯麦特/ 艾萨法等. 目前国内外 一 般规模为

1 0~

2 0万t/a,除三菱 法外 , 一般 对原 料 要求不严格.年产粗铜

1 0万t以下的, 多采用瓦纽 科 夫法 、 白银 法、澳斯 麦特/ 艾 萨法等 .

2 国内外火法炼铜进展及发展趋势 -

7 1

2 .

1 熔池 熔炼

2 .

1 .

1 诺兰达连续炼铜法 诺兰 达法于

1 9

6 7年在加拿 大首次获 得专利 , 是 历经

3 O余年发展起来的 自热熔炼技术.世界上第 一 个连续熔炼和吹炼 的反应炉于

1 9

7 3年在霍恩冶 炼 厂投产 , 经过多 次工 艺 改造 , 目前采 用富氧熔 炼,日处理精矿 达2000t以上 , 该法很适 于使用 氧气. 在所有炼铜方法中, 诺兰达法能耗低 , 并随着富氧浓 度的增加而减少 , 且对原料适应性强, 既可处理高硫 铜精矿, 也可处理低硫含铜物料.同时具有高 的床 能力 , 流程简单 , 不需要复杂 的备料过程, 炉料不需 要深度干燥 , 操作简单 , 容易掌握. 美 国肯尼科 特矿 物公司犹 他 冶炼 厂于1977年 引进该技术 并安装 了三 台反 应炉取代 了反射炉 ;

1 9

8 9年, 霍恩冶炼厂关闭反射炉 , 诺兰达反应炉成 为霍恩冶 炼厂唯一 的熔炼设 备.1991年 澳 大利 亚 南方铜冶炼厂用诺兰达法改造投产.另外 , 澳大利 亚肯布拉港铜冶炼厂( P K C) 是改建的铜熔炼和精炼 厂,1998~2

0 0 0年改建,诺兰达炉加长了2m, 阴极铜生产能力

2 0

0 2年初达 到12万 t / a . 诺兰达炼铜炉既可以直接生产粗铜, 也可以生 产高品位冰铜.直接生产粗铜存在粗铜质量较差、 硫及稀散元素等杂质含量较高、 渣含铜高、 炉子寿命 短(约100d)等不足 .而 生产 高 品位 冰 铜炉 子寿命较长(超过

1 年).但是 , 当铜精 矿 中某些 有 害元 素含量很低时 , 特 别是 s b和Bi,可利用 诺 兰达炼 铜炉产出用 于 电解 的合格 阳极 铜.2.1.2瓦纽科 夫法 瓦纽科 夫熔 炼法是前 苏联发 明和发展 的一种 富 氧侧吹熔池熔炼法, 是 由莫斯科钢铁学院的瓦纽科

4 6 夫教授于

1 9

4 9年创造 出的熔池熔炼技术 , 于1979年,在诺里尔斯克建造一台

2 0 m 工业试验炉 ,

1 9

8 2 年投产 , 床能力

7 5~1

0 0 t / m . 日, 采用 富氧浓度为

6 8 % ~7

0 % , 烟气SO浓度达

4 0 %, 烟尘 率降低

8 0 % ~

9 0 %, 标准燃料单耗比反射炉熔炼低

7 1 % ~

7 5 % , 粗铜成本下降

2 .

4 %. 目前 , 前苏联共有六台 工业生 产炉 . 瓦纽科夫法具有原料适应性强, 备料简单 , 节能, 技术成熟可靠 , 烟气二氧化硫浓度高 , 环保, 贵金 属 回收率高, 投资少等特点.因此引起冶金工作者 的注意 , 目前正在 分 析研 究这 种 工艺 的一 些 可能 和有前景 的应 用方 向.为 了进 一步完 善和扩大熔 池熔 炼技术及其使用范围, 正在积极推广应用到其他有 色金属生产 、 炉渣贫化及化工部门的硫酸生产中.

2 .

1 .

3 澳斯麦特熔炼法/ 艾萨熔炼法 澳斯麦特熔炼法/ 艾萨熔炼法是

2 0世纪

7 0年 代由澳大利亚联邦科学工业研究组织矿业工业部 J . M. F l o y d 博士领导的研究小组发明的.随后芒特 ・ 艾萨矿 物控 股有限公 司(简称MI M) 和澳 大利亚国家科学院( 简称 C S I R O) 在2O世纪8 0年代联合开 发 了艾 萨熔炼法 , M I M 于1987年在铜冶炼厂建起 了一座示 范工厂 ,

1 9

9 6年MIM开发 了Enterprise和 E r n e n t H e n r y矿,铜精 矿产 量增 加,于是 决定 扩 建铜 冶炼厂 ,

1 9

9 7年经两次提高给料率和提高氧浓度试 验,现熔炼 能力 已扩 建到250kt/a铜 .斯 特莱 特工业公司其第一台艾萨熔炼炉于

1 9

9 6年在印度 T a m i l N a d u的Tuticorin新建 冶炼 厂投产 , 现 在铜 的年 产量 超过

1 5

0 k t .莫帕尼铜矿 ( MC M) 于2006年在........