冶金百科 | 铜冶金工艺——底吹炉（水口山炼铜法）

2023-03-23 10:50:16 来源：中冶有色技术网

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简介：图3-20为底吹炉示意图。其为卧式转动圆筒形炉，外壳为16MnR钢板，两端采用封头形式，弧形，与筒体焊接，内衬优质铬镁砖。熔体及烟气出口有水套保护。氧枪砖结构及材质特殊。熔炼区下部配置2排共9根氧枪。加料口在炉子顶部与氧枪对应位置，其中心线在两排氧枪中心线中央。图3-20所示尺寸的底吹炉，年产能约10万t铜。

底吹炉（水口山炼铜法）

1)方法简介

图3-20为底吹炉示意图。其为卧式转动圆筒形炉，外壳为16MnR钢板，两端采用封头形式，弧形，与筒体焊接，内衬优质铬镁砖。熔体及烟气出口有水套保护。氧枪砖结构及材质特殊。熔炼区下部配置2排共9根氧枪。加料口在炉子顶部与氧枪对应位置，其中心线在两排氧枪中心线中央。图3-20所示尺寸的底吹炉，年产能约10万t铜。

图3- 20 底吹炉示意图

图3-21为山东方圆铜业公司底吹炉示意图。该炉共9支氧枪，直径分别为48 mm和60mm，安装在反应区下部，同时工作。分两排成15°夹角配置，下排成7°，5支氧枪，上排呈22°，4支氧枪。放渣层熔体高度1100mm，铜锍层高度650~800mm。底吹炉在氧枪结构、配置方式上，还有待进一步完善，配置不当，会导致熔体喷溅堵塞下料口、熔体冲刷损坏炉壁、氧枪蘑菇头异常生长，使熔体流向紊乱。

图3-21 山东方圆铜业公司底吹炉示意图

图3-22为山东恒邦铜业公司底吹炉示意图。该炉6支氧枪，直径75mm，5用1备，安装在反应区正下方，呈0°单排直线排列。放渣口熔体高度1250mm，铜锍面800~950mm。沉淀区的长度是底吹炉设计的关键之一。沉淀区过长，热平衡难以维持;过短，渣、锍分离条件差，渣含铜偏高。目前富氧底吹造锍熔炼渣含铜在3%~5%之间，采用选矿处理。氧枪为套筒式结构，外环通空气，内环通氧气，在生产中，氧枪会因Fe。OL沉淀形成“蘑菇头”，从而起到保护氧枪的作用。但由于其形状等不同，使得每支氧枪阻力变化，引起风量不均匀。底吹炉氧枪寿命约3000h，氧枪及氧枪砖可在热炉状态下更换，炉体寿命为500d。

混合矿料无需干燥、磨细，配料后直接由皮带传输，连续从炉顶加料口加入炉内高温熔体中。氧气和空气通过炉底氧枪连续喷射入炉内熔炼区铜锍层中。烟气经余热回收、收尘后净化制酸。炉渣定期从炉子端面排渣口排入渣包中，运输至渣处理厂缓冷后选矿处理。铜锍定期从炉子侧面或与渣口相对的另一端面铜镜口排入渣包中，吊运至P-S转炉吹炼。

图3-22 山东恒邦铜业公司底吹炉示意图

铜锍品位、炉渣成分采用XRF快速测定。熔体温度用人工观察或光学高温计测定。熔体深度用人工插钢钎测定。铜锍品位通过控制料/O，比调节;炉渣成分通过控制熔剂量调节。熔体温度通过控制富氧浓度、辅助燃料加入量等调节。熔体深度通过控制渣和铜锍的排放调节。

2)技术特点

①原料适应性强。复杂低品位铜精矿、金银精矿、氧化矿、高硅矿等，经合理配料后均能使用。

②备料过程简单。炉料可含水(8%~10%)和少量块矿(30mm)。

③富氧浓度70%~75%，烟气量较小，在炉料及其含S量适当的情况下，可实现自热熔炼。高负压(-50~-200 Pa)工作，烟气及烟尘污染较小。

④熔炼强度高。以反应区容积计算达到15 t/(m³ d)。

⑤渣含铜高，为2%~5%。采用选矿处理，占地面积及投资较大，系统中大量金属积存，但有价金属总回收率较高。

⑥电力消耗偏大。富氧底吹工艺鼓风压力较大，达0.5~0.7 MPa，动力消耗大。方圆公司报道数据为(未含制酸)871kWh/t阳极铜。

3)主要技术指标

①富氧浓度：70%～75%;

②铜锍品位：55%～60%;

③炉渣m(Fe)/m(SiO)：1.4～1.8;

④熔池温度：1180±20℃;

⑤氧枪出口气体压力：0.5~0.6MPa;

⑥渣含铜：2%~3%;

⑦选矿尾渣含铜：0.2%～0.3%;

⑧烟气SO浓度(炉出口)：20%～25%;

⑨烟尘率：2.5%;

⑩总回收率(%)：Cu 97.98、Au 98、Ag97。

4)技术发展及应用情况

1990——1993年，中国恩菲工程技术有限公司及水口山有色金属公司等单位，在氧气底吹炼铅试验装置上，开展了3000t铜/a富氧底吹造锍熔炼半工业化试验，取得初步成功。故该法又称为水口山(SKS)炼铜法。1994—1995年，中国恩菲工程技术有限公司、中国科学院过程工程研究所和中条山有色金属公司，联合开展了底吹炉炼铜放大冷态模型研究。2001年，中国恩菲工程技术有限公司采用富氧底吹法为越南建设1万t铜/a的大龙铜冶炼厂，标志着该技术得到工业应用。2005年，山东方圆公司采用富氧底吹技术，建设规模为5~10万t铜/a炼铜厂。2008年建成投产，标志着富氧底吹成为较为成熟的炼铜技术。随后，国内又采用该技术相继建成山东恒邦、内蒙古华鼎、山西垣曲等炼铜厂。山东方圆公司年处理100万t矿的富氧底吹工程正在建设中。

5)总体评价

底吹炉法是一种具有特色的先进炼铜工艺。其先进性体现在以下方面：适应处理各类复杂含铜及贵金属原料，备料系统简单;富氧浓度高，目前可达75%，加之炉体较少使用水冷元件，有利于炉子热平衡;投资少。这是由于备料系统简单，烟气量小、烟尘率低、采用卧式炉体且氧枪底吹配置占用较小空间等一系列因素决定的;资源回收率高，采用渣选矿处理熔炼渣，弃渣含铜可由电炉贫化的0.6%~0.8%降低至0.3%左右，提高了铜及贵金属回收率;技术较为成熟。自2000年以来，底吹炉在我国铅、铜冶炼中大量使用，已成为我国重金属火法冶炼的主流工艺之一。但目前底吹炉技术也还有一些方面需要改进。渣含铜高，如与瓦纽科夫法比较，在铜锍均为55%～60%的条件下，瓦纽科夫法渣含铜仅为1%~1.5%，而底吹炉达3%~4%(山东方圆公司2009年数据)、4%~5%(山东恒邦数据)。渣选矿的优点为弃渣含铜及贵金属低，资源回收率高，但其占地面积及投资较大，系统积存金属较多。