火法炼铜是当今生产铜的主要方法,占铜产量的80%~90%。火法炼铜的优点是原料适应性强,能耗低,效率高,金属回收率高。火法炼铜工艺分为两类:一是传统工艺:如鼓风炉熔炼、反射炉熔炼、电炉熔炼;二是现代强化工艺:如闪速炉熔炼、熔池熔炼。火法工艺过程主要包括四个主要步骤:造锍熔炼、铜锍(冰铜)吹炼、粗铜火法精炼和阳极铜电解精炼。

火法冶炼工艺分类

(1)闪速熔炼

闪速熔炼(flash smelting)包括因科(Inco)闪速炉、奥托昆普(Outokumpu)闪速炉和旋涡顶吹熔炼(ConTop)3种。闪速熔炼是充分利用细磨物料巨大的活性表面,强化冶炼反应过程的熔炼方法。将精矿经过深度干燥后,与熔剂经干燥一起用富氧空气喷入反应塔内,精矿粒子在空间悬浮1-3s时间,与高温氧化性气流迅速发生硫化矿物的氧化反应,并放出大量的热,完成熔炼反应即造锍的过程。反应的产物落入闪速炉的沉淀池中进行沉降,使铜锍和渣得到进一步的分离。这种方法主要用于铜、镍等硫化矿的造锍熔炼。

(2)熔池熔炼

熔池熔炼包括特尼恩特炼铜法、三菱法、奥斯麦特法、瓦纽柯夫炼铜法、艾萨熔炼法、诺兰达法、顶吹旋转转炉法(TBRC)、白银炼铜法、水口山炼铜法和东营底吹富氧熔炼法等。熔池熔炼是在细小的硫化精矿加入熔体的同时,向熔体鼓入空气或工业氧气,在剧烈搅拌的熔池内进行强化熔炼。由于鼓风向溶池中压人了气泡,当气泡通过熔池上升时,造成“熔体柱”运动,这样便给熔体输入了很大的功能。它的炉型有卧、立式、回转式或固定式,鼓风方式有侧吹、顶吹、底吹三种。

闪速炉

芬兰奥托昆普型闪速炉主要由反应塔、沉淀池与上升烟道构成。热空气或富氧空气、干燥后的精矿与熔剂从反应塔顶喷入炽热的反应塔内,精矿中的硫和铁立即发生氧化反应,速度极快,生成冰铜或冰镍(铜锍或镍锍)并初步造渣,落入沉淀池后,进一步造渣并完成冰铜与炉渣的分离,冰铜定时放出送转炉吹炼,炉渣连续流入渣贫化电炉,烟气回收制硫酸。

【有色冶金】火法铜冶炼工艺及其热工设备介绍

塔的上部由于氧分压较高、温度较低,塔壁形成了Fe3O4保护层。塔的下部温度高并受熔体沿表面迅速流动与冲刷,炉衬易磨损、熔蚀;沉淀池池墙渣线区由于大量高温熔渣流动,墙衬也易熔损;因此在这些部位都砌熔铸镁铬砖并有水冷铜套加以保护。塔顶与沉淀池顶用烧成镁铬砖吊挂砌筑。为避免Fe3O4在炉底析出,炉底隔热要好,隔热层上砌粘土砖,上为镁铬捣打层,再砌镁铬砖。

诺兰达炉(ReactorNoranda)

诺兰达熔炼炉为卧式圆筒形熔池熔炼炉。大冶冶炼厂和沈阳冶炼厂建有此种炉,精矿与熔剂由抛料机经炉体一端的端墙抛入炉内。在这一端还设有燃烧器提供辅助热量。在靠加料端圆筒体下部一侧设有一排风口,以鼓入富氧空气。炉体的另一端,端墙下有放渣孔。靠放渣端沉淀区底部圆筒体一侧有冰铜放出口,定时放出冰铜。烟气从放渣端圆筒体顶部的炉口排出。

诺兰达炉易损部位是:风口、风口区和渣线区,此处耐火材料使用情况应定期检查,发现损毁应立即修补。

【有色冶金】火法铜冶炼工艺及其热工设备介绍

白银炉

白银炉是我国研制开发的。基本原理与加拿大诺兰达炉相近。采用富氧鼓风使精矿中的硫、铁氧化,放出的热达到自热熔炼。也是熔池熔炼。

白银炉为一固定式长方形炉,炉内熔池有一隔墙,将其分成为熔炼区和沉淀区两部分;实现了在一个炉内动态熔炼和静态的熔渣和冰铜分离。在熔炼区拱顶设有加料口,铜精矿与熔剂经加料口投入熔炼区。落入熔池的炉料立即散布于由风口鼓入富氧空气所激烈搅动的熔体之中,迅速完成氧化反应和造渣反应:

3Fe3O4+FeS+5SiO2→5(2FeO·SiO2)+SO2↑

并由于下面反应避免了Fe304的生成。熔炼区生成的高温熔体,通过隔墙下通道进入较平静的沉淀区,进行熔渣和冰铜的分离。熔渣和冰铜分别经渣口与虹吸口放出。

白银炉的炉衬易损部位是:熔炼区风口部位、熔炼区炉拱及中部隔墙附近的炉墙,以及沉淀区的渣线部位。

其他铜冶炼炉

熔炼炉:精矿从炉顶喷入,炉顶边侧设有燃烧器补充热量。产生的冰铜和熔渣通过溢流口,经流槽流进贫化电炉。流槽设有煤气喷嘴以保温。

炉渣贫化电炉:炉渣与冰铜在电炉内分层,冰铜由虹吸口经流槽流入吹炼炉,上层炉渣在加入的焦炭粉作用下还原贫化,成为弃渣。

吹炼炉:炉顶部设有喷枪,以喷入石英石与氧气,连续地吹炼成粗铜。由于吹炼炉为连续式生产,耐火材料无结构剥落问题,因此该吹炼炉炉衬寿命较长。 

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