水口山煉銅法半工業試驗

水口山精煉銅法是上世紀末由水口山有色金屬學會和中國色譜設計研究學會聯合開發的一種新的銅精煉銅法。自出版以來，它引起了中國色澤學術界的高度關注。該方法1993年獲部級科技進步一等獎,1994年獲中國專利權,1997年獲中國專利局授予的中國專利優秀獎。由于眾多外部原因,該法近年才被國內外多家工廠選用。1工藝和主要設備1.1水口山熔煉爐水口山煉銅法屬熔池熔煉,物料投入爐內,同時完成加熱、熔化、氧化、造渣、造锍等過程,具有很高的傳質、傳熱功能;同時它采用了獨特而簡單、具有優越冶金動力學功能的設備——水口山熔煉爐。爐料從熔煉爐頂部加入,底部送入富氧空氣攪動熔池,入爐物料在熔池中完成熔煉過程,產出的冰銅、爐渣和煙氣分別從放锍口、放渣口、排煙口排出。其工藝流程見圖1。1.2鋼板遙遠磚的制備水口山熔煉爐是一個密閉的長圓筒型臥式轉爐(見圖2),鋼板外殼內襯鉻鎂磚,爐身有傳動裝置,可旋轉90°,設有加料口、排煙口、放渣口、放锍口,底部裝設氧槍,氧槍及其套磚可以更換,端墻燃油燒嘴開爐和保溫時使用。2半工業試驗結果1991年11月至1992年6月,在處理量為50t/d規模的半工業試驗裝置中進行了為期217d的試驗,下面的工藝參數和技術經濟指標等均取自其中的綜合數據。2.1氧料比、壓力和溫度爐料成分:Cu20%±,S25%～30%,冰銅含Cu50%±,爐渣Fe/SiO21.5～1.7,氧料比～220m3/t,熔池底部供氧系數0.85,底部供氧壓力0.5～0.7MPa,底部供空氣壓力0.6～0.8MPa,富氧濃度60%～70%,熔池溫度1200～1250℃,出口煙氣溫度1180～1200℃。2.2煤粉金融風壓混床銅熔煉直收率93%,銅熔煉回收率97.8%,金熔煉直收率93%,金熔煉回收率97%,設備處理能力4～6t/(m3·d),棄渣含銅0.3%,煙塵率2%(不包括揮發塵),煙氣SO2濃度>20%(爐出口),氧利用率100%,氧槍壽命>5000h,總硫利用率>94%,噸粗銅總能耗<700kg標準煤,粗銅加工費72%(相對密閉鼓風爐工藝,規模10000t/a)。2.3在精煉過程中，金屬平衡與熱平衡的平衡熔煉過程金屬平衡與熱平衡分別見表1和表2。3主要經濟指標的評論3.1在銅溶池中，主要參數參數的比較水口山煉銅法與其它銅熔池熔煉法的主要參數比較見表3。3.2水口山銅處理的主要經濟指標3.2.1水口山煉銅法氧化法水口山熔煉法采用底吹熔煉,富氧空氣鼓入熔體,首先與冰銅接觸,氧化冰銅,然后富冰銅和初渣作為氧的載體再氧化銅爐料。而其它方法多是富氧空氣直接插入熔渣中,在氧化爐料的同時,產生渣的過氧化。后者增加了渣中的高價氧化鐵,增加了渣的粘度,也必然增加隨渣帶走銅的損失。水口山煉銅法的富氧空氣在氧化冰銅的同時,產生大量的含SO2的氣泡,氣泡由底部上升的過程中,夾帶著細小的冰銅珠粒,實現冰銅粒徑長大和相分離,起到降低渣含銅量的作用。因此,這樣的爐渣含銅較低。由于爐渣含銅低,加上渣率也很低,因此,熔煉直收率較高。同時該法還有渣選礦作保證,所以銅的回收率也較高。這對目前較昂貴的金屬價格而言,無疑是非常有利的。3.2.2氧槍直接燃燒的方法銅法作業率高鼓風時率又稱作業率,在現代煉銅法中,閃速爐的達95%,高居榜首。水口山煉銅法扣除機械設備老化(包括制氧機、行車等)和SO2直接排空而引發的民事糾紛等因素造成的停風外,作業率也能達到95%。水口山煉銅法作業率高的主要原因:一是氧槍壽命長,由于氧槍具有良好的結構和制造工藝,加上有一套非常完善的工藝技術條件作保證,并且形成了能夠在爐底部氧氣出口處生成保護性蘑菇頭(mushroom)的操作方法。因此,壽命高達5000h/支以上。二是該方法的熔煉爐結構非常簡單,輔助設備很少,操作靈活方便,過程穩定,既沒有局部結瘤,也沒有捅風眼、捅煙氣口等頻繁作業。可以說除停電和定時清理渣口、進料口和冰銅口外,無其它特殊操作和故障。當然對于所有熔池熔煉方法,“噴渣”是一大隱患,水口山煉銅法也不例外,但由于該法底吹冰銅層,渣含四氧化三鐵很低,加上爐體能轉動的特點,產生泡沫渣的可能性較某些方法要小很多。3.2.3水口山煉銅法作者認為目前各方法中燃料率的計算不甚規范,故采用熱平衡中燃料的發熱值比作為比較依據。在傳統的煉銅方法中,由于沒有充分利用銅精礦自身的熱能,需要大量熱能來補充過程中熱的損失,即便現代煉銅法,當富氧濃度未超過50%,也需要補充相當多的熱能,這是因為對一定成分的爐料而言,其反應熱值可認為是一常數(一般銅精礦生產含銅為40%～60%的銅锍時,精礦反應的凈熱值為2500～3000kJ/kg),要減少外來補熱,就必須減少熱的支出,而最能大幅度降低熱支出的方法就是提高富氧度,減少廢氣量,降低煙氣帶走熱的損失。水口山煉銅法在10m3熔煉爐中進行,燃料比也達到22.1%,這是因為配套供氧量嚴重不足,處理量處于很低的水平,僅為5t/(m3·d),不得已采用高熱值的碳補充熱值,以滿足熱強度的需要。按照計算值,該爐供氧達到50m3/(m3·d),處理量大于7t/(m3·d),可完全達到燃料為零,實現全自熱熔煉。3.2.4口山煉銅法的氧壓高在富氧熔煉過程中,氧濃、氧壓是非常重要的指標,而提高氧濃,則是大幅度提高熔煉指標的重要途徑,在諸多銅熔煉方法中,都將使用富氧和逐步提高氧濃作為技術改進的首選措施,并被眾多事實所證明。但確有一些方法在提高氧濃方面受到限制,在提高氧濃的同時,帶來難以解決的問題。水口山煉銅法和諸多方法不同的是采用雙層套管氧槍,外層是空氣,內層是氧氣,而且氧槍直入熔體,既不會形成局部高溫,也不會觸及爐壁,當然,這也是底吹氣液相運動軌跡所決定的。而大多數方法,空氣氧氣是在外部混合后再送入熔體,由于運動軌跡不同,出現局部高溫甚至沖擊爐壁,導致爐體損傷影響爐齡。氧濃未達到一定值以前,必然會出現風口粘結渣,由此帶來頻繁的捅風眼操作,不但形成噪音,也導致氧的遺失。氧壓高,無疑動力消耗大,這是水口山煉銅法的一大弊病,水口山煉銅法的氧壓高達0.5～0.7MPa,是所有方法中最高的。氧壓高并非是底吹熔池深所造成的,因為即使2m深的熔池,全部熔體比重最高值為5,其靜壓頭也不過9.8×10-4Pa,僅耗0.1MPa。氧壓高的主要原因是為了讓高速氣流冷卻氧槍,動壓頭消耗過大。當然,由于該法實踐時間太短,在很多方面還未來得及探討和改進,應該說降低氧壓的可能性是存在的。4水口山煉銅法的優勢水口山煉銅法從獲得優秀專利獎至今已近10年,由于大型工業規模工廠遲遲未能問世,因此技術發展一直停滯不前,該法獨具的優點也未能體現。隨著水口山有色金屬集團公司水口山煉鉛法大型工業化設備的投產及達產達標,底吹熔煉法極大的優越性已經體現。目前采用水口山煉銅法的越南生權銅業有限公司1萬t/a銅廠和東營方園有色金屬有限公司5萬t/a銅廠正在施工建設中。完全有理由相信,在不久的未來,水口山煉銅法將出現異軍突起之勢,并將在以下幾個方面綻放異彩:(1)本法實現大型工業化后,底吹氣液相運動軌跡的特點將更顯威力,經濟技術指標有