銅冶煉工藝研究的成果及應(yīng)用

銅冶煉工藝研究的成果及應(yīng)用摘要：簡單介紹了目前銅冶煉工藝研究的成果及應(yīng)用。關(guān)鍵詞：銅冶煉工藝優(yōu)點1概述隨著世界經(jīng)濟(jì)的全球化，銅冶煉廠面臨著更嚴(yán)峻的競爭和挑戰(zhàn)，其焦點仍然是產(chǎn)品的質(zhì)量和成本。各銅冶煉廠面對國際和國內(nèi)市場的競爭，都在努力尋求適合自己實情的技術(shù)改造方案，希望通過改擴(kuò)建，大幅度提高技術(shù)和裝備水平，環(huán)保達(dá)標(biāo)，能耗和成本大幅度降低。同時，各地的冶金機(jī)構(gòu)和有關(guān)企業(yè)都在進(jìn)行著深入的研究。2閃速爐熔煉閃速熔煉自1949年芬蘭奧托昆普問世以來．經(jīng)過不斷改進(jìn)、完善和發(fā)展，逐步取代了反射爐和鼓風(fēng)爐的地位。今天它已成為當(dāng)今銅冶金所采用最具有競爭力的熔煉技術(shù)．被普遍認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的清潔煉銅工藝。2閃速熔煉的特點及發(fā)展2．1生產(chǎn)能力大閃速熔煉是一種懸浮熔煉，氣一液一固三相在反應(yīng)塔內(nèi)1～2S就完成一系列反應(yīng)過程，富氧的應(yīng)用更加快了反應(yīng)的速度，所以閃速爐特點是生產(chǎn)能力大。目前，全世界有閃速爐36臺，平均每臺年生產(chǎn)能力約17×10t。美國的BHP公司單臺閃速爐能力已達(dá)30×10t／a，日本佐賀關(guān)冶煉廠單臺閃速爐能力1999年突破了45×10t。閃速爐問世至今，生產(chǎn)規(guī)?；臼敲?0年以5×10t的速度在增長，而且這種增長還在持續(xù)。預(yù)計未來5年，單臺閃速爐最大生產(chǎn)能力將達(dá)到50×10t。這種能力優(yōu)勢是任何其它冶煉爐無法比擬的。隨著不斷改進(jìn)和發(fā)展，閃速爐生產(chǎn)潛力到底有多大尚且無法估量?，F(xiàn)在，世界上已提出未來百萬噸閃速煉銅廠的設(shè)計構(gòu)想。2．2環(huán)境保護(hù)好閃速熔煉是一個連續(xù)穩(wěn)定的過程，SO2濃度高，煙氣成分平穩(wěn)，有利于制酸和S的回收。目前，閃速熔煉工藝S的回收率基本達(dá)到95％以上，優(yōu)于其它冶煉工藝，但尚有5％的潛力，不少閃速煉銅廠目前正在積極采取有效措施，進(jìn)一步提高S的回收率，以適應(yīng)未來更加嚴(yán)格的環(huán)保要求。閃速熔煉提高S的回收率關(guān)鍵不在于閃速爐本身，而在后續(xù)流程轉(zhuǎn)爐和硫酸系統(tǒng)，其主要進(jìn)展：一是PS轉(zhuǎn)爐吹煉一連續(xù)轉(zhuǎn)爐一閃速吹煉法；二是硫酸工序采用了動力波洗滌新技術(shù)；三是環(huán)集集煙系統(tǒng)完善和尾氣處理技術(shù)。2．3自熱熔煉閑速熔煉最大的優(yōu)點之一是充分利用了銅精礦的巨大表面能，即最大限度地利用了精礦的自身反應(yīng)熱。隨著閃速熔煉向高投料量、高球銅品位、高富氧濃度、高熱負(fù)荷的“四高”方向發(fā)展，閃速爐自熱熔煉已逐漸成為現(xiàn)實，這將大大減少能源消耗，目前世界上已有幾家閃速煉銅廠實現(xiàn)了自熱熔煉。此外，由于閃速爐富氧可以在21％～95％濃度范圍內(nèi)靈活方便的使用，不僅可以大大降低能源消耗和提高生產(chǎn)能力，而且減少了煙氣量。這樣，可以減少煙氣處理設(shè)備(廢熱鍋爐、電收塵、制酸等)的投資。有關(guān)資料表明l3J，對一個年產(chǎn)10×10t銅的新廠來說，富氧含量每增加l0％，則可節(jié)省投資200萬美元。2．4生產(chǎn)穩(wěn)爐齡長自動化程度高、生產(chǎn)穩(wěn)定是閃速熔煉特點之一。目前世界上所有閃速爐基本都實現(xiàn)了工藝過程計算機(jī)在線控制，從而保證了閃速爐生產(chǎn)高質(zhì)量穩(wěn)定運行所以，閃速爐作業(yè)率明顯高于其它工藝。此外，閃速爐的爐齡較長，一般立體冷卻的閃速爐爐齡至少都在l0年以上，即閃速爐在此期間內(nèi)不需進(jìn)行停爐冷修。同閃速熔煉相比，熔池熔煉(艾薩爐、諾蘭達(dá)爐、瓦紐可夫爐等)主要不足之一就是耐火磚損耗嚴(yán)重，爐壽命短，一般每年至少都需停爐大修一次；閃速爐爐齡目前正在朝15～20年方向前進(jìn)。2．5閃速吹煉火法煉銅一般分為三個過程：首先將銅精礦熔煉成冰銅，然后將冰銅吹煉成粗銅，最后將粗銅精煉成陽極銅。90年代前，煉銅技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展主要是在第一步，即熔煉過程；吹煉工藝并無實質(zhì)性進(jìn)展，基本上一直在采用PS轉(zhuǎn)爐吹煉。轉(zhuǎn)爐吹煉工藝煙氣量波動大，不利于制酸和S的回收，而且在熱冰銅包運輸過程中so2煙氣外逸，造成環(huán)境污染。9O年代后，吹煉工藝實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。1995年閃速吹煉閘世并成功應(yīng)用于美國肯尼柯特冶煉廠，將閃速煉銅整體工藝(閃速熔煉+閃速吹煉)S的回收率由95％提高到99．9％以上。2．6一步煉銅1999年澳大利亞奧林匹克壩閃速煉銅廠正式投產(chǎn)，實現(xiàn)了閃速爐高品位(Cu45％～50％)硫化銅精礦的一步煉銅，省去了吹煉工藝，這是銅冶煉史上新的里程碑。隨著一步煉銅和閃速吹煉工藝的出現(xiàn)，未來世界銅工業(yè)從礦山到冶煉將發(fā)生較大變化。首先，礦山可以實現(xiàn)生產(chǎn)最優(yōu)化，即利用浮選電位控制法同時生產(chǎn)高品位和低品位兩種精礦，高品位精礦進(jìn)人市場，低品位精礦可以就近冶煉成冰銅出售。其次，冶煉廠方面可以非常經(jīng)濟(jì)靈活地組織生產(chǎn)。即閃速煉銅廠可以用低品位精礦生產(chǎn)球銅或出售或繼續(xù)冶煉成粗銅；也可以用高品位精礦或來自廠內(nèi)外冰銅和精礦混合起來直接生產(chǎn)粗銅。3Comop工藝Comop工藝?yán)昧诵郎u熔煉和頂吹技術(shù)兩種技術(shù)．旋渦熔煉是一種強(qiáng)化熔煉，旋渦室內(nèi)溫度高．熱強(qiáng)度大．物料停留時同短，可以處理各種復(fù)雜原料。頂吹技術(shù)用于處理古銅爐渣，反應(yīng)氣氛易于控制．傳質(zhì)和傳熱速度快美國ElBas0情煉廠自1993年開始應(yīng)用該技術(shù)．生產(chǎn)實踐證明Contop工藝己經(jīng)成熟。3.1工藝特點Comop(CONtinuousTop—feedOxygenProcess)即爐料高速連續(xù)地熔煉和吹煉。Contop煉銅法是由德國KHDHumtboltWedag公司在80年代末開始研究開發(fā)的煉銅新工藝。Contop爐主要包括旋渦熔煉室和頂吹反應(yīng)室兩部份，第一臺旋渦爐安裝在智利國家銅公司楚基卡馬塔．1990年美國E1Paso冶煉廠通過多方面對比認(rèn)為．Contop工藝是一種低費用的快速熔煉方式，煙氣量少，能處理含鉍和鋅高的銅精礦因此計劃建一座Contop爐，以砍掉焙燒爐和反射爐。使其精礦處理量從280000t／8增加到361000da．陽極產(chǎn)量從100ooot／a增加到134000t／a。該項目1993年3月投產(chǎn)。在投產(chǎn)初期，ElPaso冶煉廠和A~Dco’s技術(shù)服務(wù)中心對旋渦爐進(jìn)行了許多改進(jìn)，使其在技術(shù)上更趨合理。目前世界上采用Contop工藝煉銅的工廠雖為數(shù)不多。但該工藝適合反射爐的改造，能充分利用了旋渦熔煉溫度高、熱強(qiáng)度大、爐料停留時間短和頂吹反應(yīng)易于控制的特點，必將成為在技術(shù)上更具競爭性的煉銅工藝。3.2優(yōu)點與閃速熔煉相比，Contop熔煉強(qiáng)度大。易于控制，可以處理復(fù)雜銅精礦并維持穩(wěn)定的銅鐃品位，機(jī)械夾帶煙塵很低，棄渣含銅較低。Contop技術(shù)在煉銅工業(yè)中的競爭能力正在不斷增長。4用碳酸鈉作助熔劑的粗銅精煉新方法礦產(chǎn)粗銅傳統(tǒng)火法精煉作業(yè)，是使用碳?xì)浠衔镒鲞€原劑。除去粗銅中的氧和硫。國外的銅冶煉技術(shù)研究單位。現(xiàn)在在研究取代使用碳?xì)浠衔镒鲞€原劑的新精煉方法4.1工業(yè)應(yīng)用潛力報道說．用碳酸鈉作反應(yīng)劑來精煉粗銅的新方法，可以處理氧含量超過1500ppm、硫含量在700～1000ppm之間的粗銅。那么，這個新方法用于熔煉轉(zhuǎn)爐粗銅應(yīng)該是可行的。因為在Peiree—Smith轉(zhuǎn)爐間歇作業(yè)周期末尾。熔體中的硫和氧的含量有一種典型的趨勢，由于噴人空氣。熔體中硫的含量幾乎是直線下降．其濃度達(dá)到500～1000ppm。而氧的含量卻隨著空氣的噴人而大量上升。通常。在將粗銅裝人陽極爐完全脫硫之前，轉(zhuǎn)爐操作一般可將銅熔體中的氧含量提升到3000～5000ppm。當(dāng)熔融銅中的氧含量達(dá)到這個水平時，其中的硫含量就只有幾百ppm了。但是在采用浸沒式噴管噴人碳酸鈉時，推薦使用氣體攪拌，以改善蘇打與銅的接觸，從而提高體系的質(zhì)量交換效率。4.2與傳統(tǒng)火法精煉比較報道說，這個新方法與傳統(tǒng)火法精煉相比，新方法具有以下幾個優(yōu)點：(1)使用新方法所得的銅熔體中殘留的氧量，比傳統(tǒng)火法精煉所得的銅熔體中的氧量差不多低一個數(shù)量級．這可以大大地降低銅被氧化而隨著熔渣流走的損失，若要回收渣中的銅，就要將這種爐渣放在生產(chǎn)流程中循環(huán)，這樣的回收方法是不經(jīng)濟(jì)的，而且這種熔融狀態(tài)下的氧化渣，通常在撇渣時會對耐火材料產(chǎn)生腐蝕.(2)雖然，冶煉廠將熔煉爐和轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的全部爐氣都送到硫酸廠去制造硫酸．可以將硫的固定率達(dá)到95％～97％，但是，現(xiàn)在歐洲、日本和美國的某些州制定的環(huán)保新標(biāo)準(zhǔn)，要求硫的固定率要達(dá)到97％-99．9％，要捕獲和固定這最后的幾個百分點的硫，是很費錢的，因為需要復(fù)雜的處理設(shè)備來處理體積很大的稀釋氣體，這就會產(chǎn)生基本建設(shè)費用問題，的確如此，對處理連續(xù)吹煉轉(zhuǎn)爐產(chǎn)出的粗銅來說更加必要，而新方法是以Na~so的形式將從粗銅中除去的硫收集起來，不像傳統(tǒng)的火法精煉那樣使其向空中散發(fā)；(3)傳統(tǒng)火法精煉需要鼓人空氣脫硫，再用碳?xì)浠衔镞€原，需要相當(dāng)長的時間(3h，對處理連續(xù)吹煉轉(zhuǎn)爐產(chǎn)出的粗銅來說．需要的時間更長)，而現(xiàn)在提出的新方法預(yù)計可以減少整個過程的時間，還可能減少所需要陽極爐的數(shù)量，預(yù)計可明顯地減少人力和降低礦物燃料的消耗量。4.3還需研究的問題報道說．除了質(zhì)量交換的局限性還沒有測定和其它雜質(zhì)對爐渣流動性的影響以外．另外還有一些其它需要考慮的問題，如何回收生成渣中的銅就是需要考慮的問題之一。雖然銅在渣中的溶解度預(yù)計是很低的，但是現(xiàn)有的回轉(zhuǎn)火法冶煉反應(yīng)器的撇渣作業(yè)還不成熟，撇渣時熔渣可能會帶走一些銅，這些含銅的渣，或者返回到熔煉爐或吹煉爐，或者采用其它方法將渣中的銅與碳酸鈉、硫酸鈉分開．將其收回。耐火材料的腐蝕也是一個問題．特別是以碳酸鈉作為主要成分的渣，問題更多，預(yù)計反應(yīng)過程生成的硫酸鈉對耐火材料的腐蝕性小一些，因為其中的Na20的化學(xué)活性低。在除去次要元素這方面．還需要將新方法與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐吹煉／'A法精煉作些比較研究．新方法使用的爐渣體系對除去次要元素被證明是有效的。另一方面，因為銅熔體中的氧含量保持在較低水平，雜質(zhì)的行為到底如何，還不太清楚。試驗人員認(rèn)為，這個新方法在熱力學(xué)上是可行的．雖然證明在較低溫度下更有利于除去硫和氧，建立起反應(yīng)動力學(xué)與渣的流動性之間的平衡。這兩者在高溫條件下更有利．三次試驗都探討了新方法的可行性，并確認(rèn)了新方法的潛力。新方法與現(xiàn)在使用陽極爐除硫脫氧的方法相比．縮短工藝過程，進(jìn)一步的試驗包括另外的實驗室試驗、中間試驗、或者工業(yè)規(guī)模試驗．來驗證反應(yīng)動力學(xué)。5不銹鋼陰極電解技術(shù)不銹鋼陰極電解技術(shù)有多方面的優(yōu)越性，但是目前要采用該工藝，不銹鋼陰極、極板作業(yè)機(jī)組以及專用吊車需從國外引進(jìn)，項目投資相對較高，一些老系統(tǒng)的改造，特別是資金有困難的企業(yè)難以實現(xiàn)。如何使國外先進(jìn)技術(shù)在中國得到應(yīng)用．，又可維持較低的投資是值得多方面探討的問題。云冶的電解技術(shù)改造經(jīng)過多方案的分析比較，最后推薦采用中極板的不銹鋼陰極電解工藝，也就是保持陽極板尺寸不變。優(yōu)點是新系統(tǒng)與現(xiàn)有老電解系統(tǒng)陽極板尺寸相同，方便管理，可利用現(xiàn)有的陽極澆鑄機(jī)和陽極加工機(jī)組。由于陽極板尺寸不變，新系統(tǒng)的有些操作可與現(xiàn)在一樣采用人工，僅需從國外引進(jìn)不銹鋼陰極板和陰極剝片機(jī)組，其余設(shè)備全部國產(chǎn)，還可利用一些現(xiàn)有設(shè)備。項目的投資比采用大極板的艾薩法節(jié)省三分之一，但工廠的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量卻有大幅度提高。云銅的電解方案就是設(shè)法使國外先進(jìn)技術(shù)在適合中國國情的情況下得到應(yīng)用，這一經(jīng)驗值得其他工廠借鑒。6因泰克煉銅工藝因泰克銅工藝使用高濃度氯化物電解質(zhì)，在常壓，溫度80～85℃條件下，生產(chǎn)高純銅顆粒(Cu99．99％)和元素硫。最近，澳大利亞一家公司對因泰克工藝作了詳盡的研究，結(jié)果表明年產(chǎn)20萬t銅的因泰克工廠投資大約是現(xiàn)行銅冶煉廠的一半，加工和投資費用是其年產(chǎn)5萬t銅廠的一半。并且表明因泰克銅工藝加工費用低于目前最好的浸出／溶劑萃取電積技術(shù)。該工藝采用多級逆流浸出，在常壓，溫度80～85~C條件下，鼓人空氣浸出，使鐵以針鐵礦復(fù)合物沉積，隨后，采用二段凈化工序分離雜質(zhì)，使之以金屬和其它形式產(chǎn)出。凈化后的氯化亞銅／氯化鈉溶液被送到隔膜電解槽，在電流密度1000～1500_A／條件下電積產(chǎn)出高純度銅顆粒產(chǎn)品，且無需常規(guī)電極的剝極片作業(yè)，其電耗約為二價銅工藝的一半。該產(chǎn)品適于用粉未冶金方法直接轉(zhuǎn)化為銅線和銅帶產(chǎn)品。其它所有濕法生產(chǎn)銅的方法，前人已有論述。該工藝可處理低品位和受污染的銅精礦，而無不良后果，并將給礦主帶來更高的利潤率．Ph、Zn和沁也可以金屬形式回收，其電積液具有較高的氧化電位，可高效地提取Au，并用活性碳選擇吸附沉積，僅含微量cu和雜質(zhì)。6.1工藝過程描述在多數(shù)電積工藝中，陽極(電解槽的正極)產(chǎn)生的氧氣被排到空氣中，造成陽極反應(yīng)能的損失。而因泰克技術(shù)可以儲存陽極能，溶解硫化物并產(chǎn)出元素硫，該工藝使用含陽極氧化物的高濃度氯化鈉溶液浸出硫化銅礦物產(chǎn)出高純銅產(chǎn)品，并附產(chǎn)Au、舡產(chǎn)品。原則的工藝流程，如圖1所示。電解槽陽極產(chǎn)生的氧化物主要是鹵素復(fù)合物(IL~LEX)和Cu2離子。該工藝在常壓，溫度80—85℃下，鼓人空氣，采用三段逆流浸出，使鐵以針鐵礦復(fù)合物(正方針鐵礦)形式沉淀。并可浸出Au，采用活性碳吸附，得到含少量cu和舷的高含量的_Au，也可以從浸出渣中回收金。在凈化工序分離出金屬銀產(chǎn)品和各種雜質(zhì)混合物。電積工序產(chǎn)出高純cu，并再生浸出液。如果原料中的Ph和zn含量高時，該工藝也可以調(diào)整為產(chǎn)出金屬Ph和Zn。6.2經(jīng)濟(jì)分析如前言所述，該工藝的主要的優(yōu)點是低投資、低成本。下述優(yōu)點闡明了礦主獲得的大量的收益：(1)冶煉廠的進(jìn)料品位無要求，可以是低品位受污染的原料，也可以在礦山就地生產(chǎn)，且回收較高。(2)由于該工藝具有處理低品位、受污染原料的能力，從而在相同的’情況下避免了礦