DOC《摇炉精炼废杂铜的生产实践》

摇炉精炼废杂铜的生产实践 欧福文 (广西有色再生金属有限公司,广西梧州 543103) 摘要:借助国内外传统高品位废杂铜精炼的经验,采用摇炉精炼废杂铜.

阐述了摇炉的生产实践,分析了加工成本以及摇炉需要改进的地方. 关键词:废杂铜;

精炼;

摇炉;

天然气;

生产实践 中图分类号:TF811 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2013)08-0000-00 Plant Practice of Refining of Scrap Copper in Rocking Furnace OU Fu-wen (Guangxi Nonferrous Metals Recycling Co., Ltd., Wuzhou 543103, Guangxi, China) Abstract: Scrap copper was refined in rocking furnace with reference to the refining practices of high grade scrap copper home and abroad. The plant practice of refining was elaborated, the processing cost was analyzed, and the improvement was put forward. Key words: scrap copper;

refining;

rocking furnace;

natural gas;

plant practice 废杂铜是我国有色领域中最大的再生资源.目前国内近百家废杂铜冶炼和加工企业采用传统奥斯麦特炉、竖炉、鼓风炉或反射炉[1-4],工艺采用"二段法"或"三段法".原料的适应性较差,只能处理含铜94%甚至96%以上的废杂铜.使用的燃料及还原剂基本为重油或还原煤粉,生产效率低,低空污染严重,还原剂消耗大;

同时需要人工插管进行氧化还原操作,劳动强度大. 广西有色再生金属有限公司年产30万t再生铜冶炼工程项目总投资23.2亿元,年产30万t高纯阴极铜及副产硫酸铜、硫酸镍等.根据废杂铜原料含铜品位的不同,采用两种不同的火法冶炼工艺,含铜品位20%~90%的杂铜采用顶吹转炉精炼,含铜品位90%以上的杂铜采用摇炉精炼.

1 工艺设计方案 1.1 设计依据 与国外的倾动炉相比,精炼摇炉与其技术水平相当,但造价比倾动炉低;

与国内的奥斯麦特炉、反射炉相比,又可以完全克服奥斯麦特炉、反射炉无法处理冷料的不足,同时生产规模、技术水平和装备水平大幅提高.该炉处理含铜90%以上的物料,利用天然气为燃料及还原剂,经过熔化、氧化、出渣、还原,产出纯度99.3%以上的阳极铜,实现在一个设备中完成熔炼和吹炼的短流程高效冶金过程.每台精炼摇炉年产阳极铜10万t. 精炼摇炉主要由精炼摇炉本体、余热锅炉、烟气收尘等系统组成.摇炉本体为一个卧式异形水平筒体,主要由炉体、驱动装置及富氧烧嘴、透气装置组成.驱动装置由含液压油缸、液压站及其控制系统的支撑部分和液压驱动部分组成.富氧烧嘴从摇炉前端插入,透气装置由安装在摇炉底板的透气砖本体及控制系统组成.烟气收尘由板式烟气冷却器、布袋收尘器、排烟风机、烟囱及环集排烟系统组成. 1.2 工艺流程 精炼摇炉系统工艺流程图见图1. 图1 精炼摇炉系统工艺流程图 Fig.1 Process flow diagram of rocking furnace refining system 收稿日期:2013-01-18 作者简介:欧福文(1969-),男,广西岑溪市人,工程师.

2 工业实践 2.1 工作原理 工艺过程分为加料熔化、氧化、还原、浇铸4个作业阶段.废杂铜、石英石、石灰通过摇炉的两个加料门投入炉体,在高效富氧烧嘴供热下,炉内物体快速熔化并升温.由中控室转动操作角度后,通过位于炉头的6根Φ22 mm的不锈钢管吹入压力0.65 MPa、流量3

000 m3/h(标态,下同)的压缩空气进行氧化作业,使杂铜内的杂质形成炉渣,摇炉转至排渣角度后从出渣门排出.摇炉转至精炼角度时,从这6根不锈钢管中吹入压力0.35 MPa、流量1

500 m3/h甲烷含量大于92.5%的天然气进行还原作业,还原至阳极铜含氧量小于0.20%后浇铸成阳极板.精炼渣送低品位熔炼系统,烟气进入余热锅炉回收余热后,经板式冷却器、布袋收尘后排空.在这4个阶段,透气砖系统根据不同作业状态,分别控制8块透气砖中通过的氮气流量在30~120 L/min. 高品位废杂铜除含铜外,还含锌、铁、铅、锡、锑、镍、氯和有机物等杂质,在1 250~1

300 ℃下,经熔化、氧化、出渣、还原阶段后,炉料中锌、铅、锑等低沸点杂质,在还原过程中优先挥发进入收尘系统回收;

铁等杂质在氧化阶段造渣除去,几乎全部进入精炼渣,少量废纸、塑料等有机物,高温燃烧挥发. 2.2 生产数据 高品位废杂铜的品种繁多,加料期除了投入废杂铜外,同时需加入生铁、铜熔剂、石灰、石英石等辅助材料用于造渣,辅料用量取决于废杂铜中的杂质含量. 加料和熔化结束温度分别控制在1 100~1

130 ℃和1

130 ℃,氧化和还原温度分别控制在1 130~1

300 ℃和1 200~1

300 ℃.氧化和还原时炉子倾转角度为17(°).加料时间控制在10 h左右,物料尺寸不超过1.3 m*0.8 m;

熔化时间、氧化时间、放渣时间和还原时间分别控制在≤1 h、≤7 h、≤1 h和≤3 h.关键在于加料时间和氧化时间,只要加料控制在10 h以内,氧化时间控制在6 h以内(不需要进行二次氧化),每炉熔炼周期控制在24 h以内.6月21-26日的数据见表1. 表1 精炼摇炉指标 Table

1 Index of refining rocking furnace 日期 21-22 22-23 24-25 25-26 炉次 1-79 1-80 1-81 2-59 作业周期/h 加料 7.88 9.92 11.42 10.48 补料 0.7 0.48 0.42 0.57 熔化 1.17 1.68

2 1.08 氧化 3.55 5.8 5.42 7.72 倒渣 1.52 1.35 0.77 1.55 还原 2.53 1.8 2.8 3.28 浇铸 5.03 3.92 4.32 4.62 总计/h 23.63

24 26.92 27.65 投料量/t 紫杂铜 285.75 310.5 267.3 279.65 冷铜

0 3

0 2.5 铜米 16.05

0 0

0 粗铜块

44 30

70 50 废阳极 31.75 30.24 14.36 34.8 石英石 3.6

3 1.8 5.24 石灰 1.5

1 1 1.68 铜熔剂 0.5 0.5 0.5 0.5 合计 383.15 378.24 353.46

386 产出/t 产渣量

36 31 50.82 41.8 阳极铜 343.22 300.89 309.58 305.05 硫酸钡

16 32

25 32 天然气用量/m3

215 39.00

21 808.70

33 095.87

19 814.93 还原消耗/m3

3 937.20

2 154.70

3 642.80

4 470.60 烘烤天然气用量/m3 755.82 326.42 582.09 952.53 氧气用量/m3

33 494.50

35 132.20

51 697.44

33 857.67 在加料阶段、熔化阶段和氧化阶段,两支烧嘴天然气总量分别控制在600~1

400 m3/h、800~1

600 m3/h和600~1

200 m3/h.两支天然气烧嘴调整幅度每次不允许超过100 m3,2次天然气调整间隔必须大于10 min,压缩空气流量控制在2 800~3

100 m3/h,压力控制在0.5~0.75 MPa,天然气∶氧气∶助燃风=1∶(1~1.8)∶7.还原阶段天然气流量控制在1 200~1

300 m3/h,两支烧嘴的燃烧风各控制在3

000 m3/h. 例如F6-2-3炉的生产数据为:加料熔化时间11.46 h,氧化时间4.25 h,还原时间2.07 h,浇铸时间5.35 h,冶炼周期23.1 h,优于设计值的24 h.浇铸阳极铜917块,共355 t,合格率97%,产生精炼渣49 t.每吨阳极铜天燃气和氧气单耗分别为74.92 m3和87.79 m3.石英石投料量5 t,石灰0.5 t,造渣剂0.25 t.

3 效果分析 从产品阳极板的化学成分看,摇炉前6炉处于试验阶段,未产出正式产品,从第7炉开始,含铜量基本在99.3%以上,试产前期偶尔出现部分炉次氧、铅、锡、镍等个别元素超标现象,其他元素砷、铋、镍、硅、硫等元素均在合格阳极板标准范围内.2012年3月以后阳极板化学成分全部达到要求,试产前期渣含铜均值39%,近期渣含铜量均值降为为32%,有些炉次已降到25%左右.2012年9月及10月摇炉阳极铜成分均值见表2. 表2 2012年9月及10月阳极铜成分均值 Table

2 Mean values of anode copper at September and October

2012 /% 类别 Cu As Ni O Pb Sb Sn Fe 2012年9月99.66 0.003 0.045 0.12 0.065 0.012 0.063 0.005

2 2012年10月99.67 0.014 0.032 0.12 0.061 0.008 0.047 0.008

3 内控标准 99.20 0.080 0.150 0.20 0.150 0.050 0.130 0.008

0 其中F5-

142、F5-149炉铜品位99.78%,为最高值;

F6-129炉铜品位99.51%,为最低值. 2012年10月阳极铜主要杂质含量分布为(%):O 36.

36、Pb 18.

48、Sn 14.

24、Ni 9.

70、As 4.

24、Zn 3.

03、Fe 2.

52、Sb 2.

42、Bi 1.

09、S 0.

30、Si 0.

06、其他7.55. 摇炉的车间加工成本主要为天然气、厂房及设备折旧费、维修及车间管理费、耐火材料、人工、电、硫酸钡、石英石等,分别占车间成本的比例为47%、20%、13%、9%、3.5%、3.5%、2.6%、1%.可见,降低天然气的消耗将会直接降低摇炉阳极板的车间加工成本.目前,摇炉单炉作业周期比试产期已大大缩短,加料时间也缩短了一半,还原和燃烧的天然气单耗由原来的每吨阳极铜160 m3降至75~110 m3,为摇炉车间成本的控制提供了很大的便利. 摇炉的除杂能力超强,我们曾冶炼过水箱铜(含铜80%~82%、铅13%~17%)等废杂铜原料,而其他工艺是很难处理的. 由于使用天然气为燃气和还原剂,摇炉烟气的水分比其他工艺产生的烟气水分要高很多,烟尘在板式冷却器及布袋收尘系统容易黏结,给烟气收尘系统带来更高的要求.

4 结论 控制精炼摇炉作业周期的关键在于缩短加料时间和氧化时间.天然气占精炼摇炉车间加工成本的47%.摇炉可以处理杂质含量比较高的废杂铜. 参考文献 [1] 姚素平. NGL炉精炼废杂铜工艺及其应用[J]. 有色金属(冶炼部分),2010(6):13-15. [2] 乐颂光,鲁君乐. 再生有色金属生产[M]. 长沙:中南工业大学出版社,1990. [3] 朱祖泽,贺家齐. 现代铜冶金学[M]. 北京:科学出版社,2003. [4] 卢斗江. 低品位废杂铜火法熔炼技术述评[J]. 资源再生,2011(7):58-62.