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冶金百科 | 铜冶金-火法炼铜小知识(二)

2023-08-21 09:47:44 来源:中冶有色技术网
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简介:炉渣渣型如何选择? 答:为尽可能减少渣中的含铜量,需要选择合理的炉渣渣型,渣型选择有如下要求:(1)炉渣的熔点要合适,太低不能保证熔炼温度,太高增加燃料消耗; (2)炉渣黏度要小,流动性好,易与冰铜分离; (3)炉渣的表面张力要大,使冰铜颗粒容易长大,减少其悬浮; (4)炉渣对冰铜的溶解度尽可能小,便于二者的分离; (5)尽量减少为造渣加入的熔剂量,熔剂量的增加会导致成本的升高和渣量的增加。
炉渣渣型如何选择?

答:为尽可能减少渣中的含铜量,需要选择合理的炉渣渣型,渣型选择有如下要求:

(1)炉渣的熔点要合适,太低不能保证熔炼温度,太高增加燃料消耗;

(2)炉渣黏度要小,流动性好,易与冰铜分离;

(3)炉渣的表面张力要大,使冰铜颗粒容易长大,减少其悬浮;

(4)炉渣对冰铜的溶解度尽可能小,便于二者的分离;

(5)尽量减少为造渣加入的熔剂量,熔剂量的增加会导致成本的升高和渣量的增加。

如何降低炉渣黏度?

答:生产上要求炉渣黏度低,流动性好,利于冰铜与渣的分离。为降低炉渣的黏度,可以采取以下措施:(1)适当提高二氧化硅的含量,防止FeO析出;

(2)适当提高炉温可降低黏度;(3)少量的CaO和AlO³可降低炉渣黏度。

什么叫熔炼烟气?

答:熔炼烟气包括熔炼炉反应产生的SO²,氧化精矿时空气带入的N₂以及少量CO₂、H₂O和其他易挥发的杂质化合物。烟气中SO₂的体积分数一般为10%~60%,取决于熔炉用的气体的氧含量,允许渗入到熔炉内的空气量以及生产冰铜的品位。近年来,烟气中的SO₂的体积分数在增大,这是由于熔炼过程氧量增加,导致N₂和碳氢化合物燃烧产生的气体量降低。

烟气中也有相当多的烟尘(高达0.3kg/m³),烟尘主要来自三个方面:

(1)未反应的精矿或造渣剂细小颗粒;

(2)熔炼炉中未沉降到渣层中的冰铜/渣滴;

(3)精矿中的挥发性元素,如锑、铋和铅等。这些挥发性元素既可以以体冷却凝固也可以反应产生非挥发性化合物。烟尘几乎全部返回到熔炼炉,但也可通过湿法冶金工艺回收铜并在熔炼过程中去除有害杂质。

什么是烟尘发生率?

答:烟尘发生率是指熔炼过程烟气经余热锅炉冷却后收集得到的烟尘质量占总投料量的比值。烟尘发生率是熔炼过程中的一个关键指标,是衡量整个熔炼过程好坏的一个依据。烟尘率上升,将使金属铜入烟尘量增加,造成铜直收率下降,从而增加返尘的处理量,占用产能,提高生产作业成本,降低经济效益。而且烟尘会使余热锅炉清灰更为复杂,从而影响闪速炉作业效率,增加收尘设备和洗涤系统的负荷。

不同熔炼工艺的烟尘发生率是多少?

答:由于闪速熔炼是利用精矿喷嘴将预热空气和干燥精矿以一定比例喷吹入反应塔内,在高速下落过程中快速完成各种物理化学反应,且闪速熔炼物料粒度小(小于1mm),炉内呈负压状态,因此物料容易随烟气进入余热锅炉,从而导致烟尘率较高,通常为3.5%~8%。

由于熔池熔炼是通过气体的搅拌作用,使得精矿、熔剂与烟灰或其他原料投入熔池后,即与被气流搅动卷起的熔体混合熔融,使熔池内熔体—炉料一气体之间进行强烈的搅拌与混合,从而完成造铜、造渣反应,且熔池熔炼的物料粒度较大(小于100mm),使得其烟尘发生率较低,通常为1.5%~3%。

熔炼烟尘的处理现状是怎样的?

答:熔炼烟尘通常含有铜、铅、锌、铁、铋、砷等元素,具有很高的经济价值。目前,大多数冶炼厂(如贵溪冶炼厂、金隆冶炼厂、金冠冶炼厂、珲春紫金冶炼厂等)将烟尘直接返熔炼系统进行处理。该方法简洁,且能有效回收烟尘中的有价金属,但存在着占用产能、砷的循环累计、阴极铜质量差等问题。

针对此,许多冶炼厂开展了烟尘开路处理的研究与运用。其中云南铜业采取酸浸—电积提铜工艺,祥光铜业采用烟尘水浸—常压酸浸—加压碱浸—中和沉砷—硫化沉砷的工艺,大冶有色采用酸浸脱锌—鼓风熔炼提铅、铋的工艺,都实现了烟尘中有价元素的回收。

什么叫锅炉积灰?

答:积灰指的是反应后的炉料熔融或半熔融液滴未进入熔炼炉的沉淀池,而是随着高温烟气一起运动进入余热锅炉,遇冷后在锅炉受热面上所形成的沉积物,是熔炼锅炉运行中比较普遍的问题。在余热锅炉辐射段的积灰沿受热面垂直方向大致分三层。

(1)第一层,积灰较薄,约5mm,为深褐色脆性积灰。产生这一层积灰的原理是熔融或半熔融的高温烟尘滴从熔炼炉上升烟道进入余热锅炉辐射段,一部分烟尘滴沉降到灰斗,一部分烟尘滴(温度约1200℃)遇到余热锅炉受热面余热锅炉受热面一般由水冷壁管组成,其管壁温度30℃左右),立即机械性黏结在受热面上并迅速被冷却成为固体积灰,此时由于积灰温度相对较低,不会发生二次化学反应,而且因冷却速度较快,这层积灰较脆。第一层积灰主要成分为硫化亚铜、磁性氧化铁以及玻璃体。

(2)第二层,积灰较厚,一般为5~10mm,有的达20mm以上。由于第一层积灰的热阻效应,使得二层烟尘滴在受热面上积灰表面温度逐渐升高,促使二次化学反应的发生,即烟尘中的氧化亚铁、磁性氧化铁,被氧化为三氧化二铁,硫化亚铜首先被氧化成氧化亚铜,氧化亚铜再与烟气中的氧气和二氧化硫反应生成碱性硫酸铜(CuO·CuSO⁴)。硫化亚铜也会直接与烟气中的二氧化硫和氧气反应生成硫酸铜。通常第二层积灰质地松散,容易清除,但若锅炉内氧势不足时,则容易生成黏性极强的氧化物。

(3)第三层,积灰是烟尘滴在第二层积灰上沉积生成的。当熔融或半熔融烟尘滴黏结在第二层积灰上时,由于热阻效应使得烟尘液滴冷却缓慢。在冷却过程中,铁橄榄石中的Fe₃O⁴溶解度也随之降低,使得Fe₃O⁴不断析出,形成多孔、致密且坚硬的颗粒。烟尘滴中的部分硫化亚铜,由熔融态逐渐冷却成固态的过程中与二氧化硅,以先析出的Fe₃O⁴颗粒为核心,交接连在一起,并渗入到孔隙处形成大块状的积灰。由于冷却速度慢这层积灰产生烧结就显得异常坚硬难以清除。
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