冶金百科 | 铜冶金工艺——TSL（艾萨、奥图泰-澳斯麦特）法

2023-03-27 11:11:35 来源：中冶有色技术网

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简介：TSL是Top Submerged Lance 的简称，意为顶置浸没喷枪。该技术起源于澳大利亚联邦工业与科学发展组织(CSIRO)，因此在早期的中文译文中，称其为“悉罗法”。在该技术工业化初步成功后，澳大利亚政府分别授权艾萨、澳斯麦特两家公司独立推广应用该技术，所以，在工业应用中，又分别称为艾萨法和澳斯麦特法。两种方法原理、设备等基本相同，但在炉体与喷枪结构、技术细节上有所区别。近年来，澳斯麦特公司已被奥图泰公司控股经营，因此澳斯麦特法现改称奥图泰-澳斯麦特法。

TSL（艾萨、奥图泰-澳斯麦特）法

1)方法简介

TSL是Top Submerged Lance 的简称，意为顶置浸没喷枪。该技术起源于澳大利亚联邦工业与科学发展组织(CSIRO)，因此在早期的中文译文中，称其为“悉罗法”。在该技术工业化初步成功后，澳大利亚政府分别授权艾萨、澳斯麦特两家公司独立推广应用该技术，所以，在工业应用中，又分别称为艾萨法和澳斯麦特法。两种方法原理、设备等基本相同，但在炉体与喷枪结构、技术细节上有所区别。近年来，澳斯麦特公司已被奥图泰公司控股经营，因此澳斯麦特法现改称奥图泰-澳斯麦特法。

图3-27为TSL炉示意图。TSL法属浸没式顶吹熔池熔炼技术。其炉体为竖式圆柱体固定炉，炉体直径3.5~5m，高12~16m，熔体深度1~2m。炉体为耐火砖砌筑，部分炉子在渣线附近装有铜水套保护炉衬。奥图泰-澳斯麦特炉和艾萨炉熔体排出方式不同，奥图泰-澳斯麦特炉采用堰坝结构连续排出，而艾萨炉设有2个排出口，间断排出。

图3-27 TSL炉示意图

早期TSL炉体寿命较短，目前由于炉体结构、冷却方式、操作水平的改进，炉体寿命已达2年以上。TSL炉采用单根顶置钢制喷枪，工作状态下喷枪前端插入熔体深度约为0.3m，可根据炉子工作状况调节。

图3-28为奥图泰-澳斯麦特法喷枪结构示意图。

奥图泰-澳斯麦特喷枪为套筒结构，内管材质为中碳钢，用来输送燃料，底端距熔体面1m，外管材质为不锈钢，直径为300~500mm，富氧空气通过内外管间夹套喷入炉内熔体中;为使富氧空气与内管加入的燃料良好混合燃烧，同时改变喷入熔体气流的流形，喷枪中上部夹套内置螺旋导流叶片。喷枪插入熔体部分，在旋流气体冷却下挂渣得到保护。浸入熔体外管寿命为1 周或更长。损坏后提出更换。更换时间小于1h。喷枪总长15～25m，当其需要修理或更换时，设于炉顶的提升机构将其从炉内完全提出。因此，TSL要求厂房高度大于炉体及喷枪高度之和，高达50m左右。

图3-29为艾萨法工艺流程图

图3-29为艾萨法工艺流程图。TSL法原则工艺流程均与其大致相同。含水约8%的炉料混合造粒后，通过加料皮带从炉顶加料口连续加入炉内熔体中，富氧空气、燃料经浸没于熔体中的钢制喷枪喷入熔体中，强烈搅动熔体，熔炼的物理化学过程在气、液、固三相乳状体中剧烈发生，生成的铜锍和炉渣间断(艾萨法)或连续(奥图泰-澳斯麦特法)排入燃料加热的卧式炉(艾萨炉)或电炉中分离。品位为60%的铜锍送P-S转炉吹炼;炉渣含铜0.6%~0.8%，水淬弃掉。SO浓度25%的烟气经回收余热、收尘后送制酸。炉膛上部通入少量O，以消除元素S的不利影响。喷枪头部挂渣保护。喷枪损坏后提出将损坏部分割掉，焊接上新枪头，重新使用。

艾萨铜厂曾对炉内搅拌混合效果进行研究，结果为炉内混合时间小于1min，反应时间小于2min，炉料平均停留时间35min，氧利用率100%;体系氧势10~°MPa，熔池内最大温度梯度小于20℃，由此可见，TSL炉动力学条件很好，属于较为高效的高温冶金反应器，此外，熔体强烈搅拌可避免Fe，O沉积，因此适应炉渣m(Fe)/m(SiO)较大的条件。

2)技术特点

①原料适应性强，备料系统简单。这点与侧吹、底吹相同，但TSL不能大量处理块状冷料。

②熔炼强度高，50~100t/(dm²)，溅起的熔体将上部空间热量带回熔池。

③FeO起到传递氧的作用，熔体中一般应含有5%的FeO，因此适宜在较高的m(Fe)/m(SiO)和较低温度(1150~1200℃)条件下操作。

④烟尘率较低，一般为1%～1.5%。

⑤脱杂能力强。91% As、85% Cd、76% Bi、68% Zn、61% Sb、60% T1、44% Pb，及29% Te进入炉渣或烟尘，特别适应高砷矿的处理。

⑥富氧浓度一般仅为50%~60%，过高会导致喷枪头寿命缩短。

⑦喷枪寿命有待进一步延长。喷枪需提出修复，厂房高，降低运转率。

⑧炉料含水8%~10%(过低制粒时需补水)，烟气露点高，400℃进电收尘。从能耗角度考虑，进炉前干燥反而有利。

3)主要技术指标

①富氧浓度：45%～90%;

②铜锍品位：50%～65%;

③炉渣m(Fe)/m(SiO)：1.17～1.54;

④熔池温度：1150～1200℃;

⑤渣含铜(电炉贫化后)：0.6%～0.8%;

⑦烟气SO浓度(炉出口)：30%～35%;

⑧烟尘率：1%～1.5%。

4)国内外应用情况

TSL属浸没式顶吹熔池熔炼技术。在铜、镍、铅、锌、锡、电子废料冶炼及工业垃圾处理等领域，得到广泛应用。1971年，澳大利亚联邦科学和工业研究组织(CSIRO)的弗洛伊德教授提出浸没式喷枪燃烧技术概念，并开始研发与推广。

我国目前有10座该类炉子用于炼铜。分别为北方铜公司(奥图泰-澳斯麦特)熔炼及吹炼炉各1座、铜陵金昌(奥图泰-澳斯麦特)1座、云铜(艾萨)2座、内蒙古金剑(奥图泰-澳斯麦特)1座、葫芦岛(奥图泰-澳斯麦特)1座、大冶(奥图泰-澳斯麦特)1座、云锡(奥图泰-澳斯麦特)1座、新疆五星(奥图泰-澳斯麦特，在建)1座。此外，中国有色矿业公司下属中色非矿公司，在赞比亚铜带省基特维市建有一座艾萨法炼铜厂。

TSL法炼铜在国外应用也非常广泛，采用奥图泰-澳斯麦特法炼铜的有俄罗斯RCC公司、纳米比亚NCS公司等，相对而言，艾萨法在国外应用更为广泛，如澳大利亚蒙特艾萨公司、美国迈阿密炼铜厂、秘鲁IIO公司、印度Sterlite公司、赞比亚Mufulira公司、哈萨克斯坦Ust-Kmenorisk公司等。此外，艾萨炉还广泛用于废杂铜及电子废料处理，如优美科公司比利时霍布肯厂、德国凯撒厂等。

5)总体评价

TSL炉是一种高效的高温冶金反应器，既可用于造锍熔炼，也适宜于还原熔炼。尽管其问世较晚，20世纪90年代才逐步推向工业应用，但其发展势头之强劲、应用之广泛，已超过许多问世较早的熔池熔炼方法。究其原因，TSL除具有一般熔池熔炼共有的优点外，还有以下主要特点：①炉体为固定式圆柱形炉，占地面积较小，虽然厂房高度较高，但相对而言仍具有简单、投资较低的优点;②喷枪为碳钢和一般不锈钢制，虽然枪头寿命较短，但提升修理较为简便，成本不会太高;③炉内功能单一(仅熔炼功能，渣与铜锍在另一炉内沉淀分离)，动力学条件好，氧利用率及熔炼效率高;④炉内熔体强烈搅动，Fe，O么不易沉积，且可起到传递氧的作用，因此适宜在较高m(Fe)/m(SiO)，较低温度(1150℃)条件下操作;⑤在广泛应用基础上，技术及装备已趋于成熟。TSL喷枪寿命仍然不是很稳定，在高富氧浓度下，喷枪烧损较快，影响富氧浓度的进一步提升，这些仍是需要改进的方面。