铜冶炼技术对比.ppt.ppt
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1、,铜冶炼技术的进展与中国铜冶炼业的发展趋势,铜陵有色金属集团控股有限公司周 俊,一、炼铜原料与炼铜工艺,炼 铜 原 料,硫化矿:铜或铜铁硫化物,由原生硫化矿如黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)等和次生硫化矿如辉铜矿(Cu2S)、铜蓝等氧化矿:碳酸盐、氧化物、硅酸盐、硫酸盐废铜、铜合金、含铜废料等二次物料,炼铜工艺技术,火法工艺(选矿-熔炼-精炼工艺):传统炼铜工艺,适合处理硫化矿,占矿铜产量的75%80%湿法工艺(浸出-萃取-电积):上世纪70年代中期后兴起,适合处理氧化矿和次生硫化矿,还用于处理浮选尾矿、废矿、旧矿和断裂的矿体;硫化矿采用细菌浸出。占矿铜产量的25%再生铜:1/
2、3熔炼-精炼,2/3直接生产铜产品。不同的原料采用不同的熔炼工艺,炼铜工艺的比较,火法工艺:受到环境和成本的压力,传统工艺逐步为现代强化熔炼工艺所取代,生产规模不断扩大,成本优势明显,硫的捕集率超过99%,改变了高能耗、高污染的形象湿法工艺:火法难以利用的铜原料,包括低品位废石的利用;尾矿处理;难选硫化矿;难熔矿;废弃的矿山;开采成本很高的深矿井;高杂质(As、Sb、Bi)原料,多金属(Ni、Co、Zn)原料。小规模生产的投资低,生产成本低成本低,不生产硫酸,无SO2污染。操作简单,在矿山附近就近生产。贵金属回收困难,回收率不确定。处理黄铜矿精矿的湿法工艺还没有工业应用,存在技术障碍。再生铜:
3、单位能耗为矿产铜的20%,每利用1吨废杂铜,可少开采矿石130吨,少产生2吨SO2 和100多吨工业废渣,节约用水535立方米,二、火法炼铜工艺的进展,硫化铜精矿火法冶炼的特点,精矿中的S和Fe与氧反应,大量放热,过程可以自热进行,无需燃料。精矿的S氧化产生的SO2生产硫酸副产品;SO2必须有效捕集,否则将造成环境污染铜精矿80%小于200目(-74),通过工业氧可以实现强化熔炼,产能大。铜精矿中的金、银、铂、钯等稀贵金属在铜冶炼中随铜富集,回收率可以达到98%,传统炼铜工艺,精矿预处理:焙烧烧结混捏制团,熔炼:反射炉鼓风炉、电炉,冰铜吹炼:PS转炉,阳极精炼、浇铸,电解精炼:常规始极片工艺,
4、烟气制酸,传统熔炼工艺的问题,传统熔炼工艺:反射炉、电炉、鼓风炉,以反射炉为主;熔炼强度低:送风氧浓低,冰铜品位低,生产效率低,能耗高,成本高生产能力低:单炉年产铜几千吨到几万吨 环境污染严重:SO2回收率低自动化程度低,劳动强度大 60年代后期世界各地纷纷研究强化熔炼工艺,阳极浇铸,现代强化熔炼工艺,铜精矿熔炼:Outokumpu闪速炉Inco闪速炉,三菱炉诺兰达炉,Isa/Ausmelt炉Teniente转炉,瓦钮可夫炉Contop炉,白银炉,水口山炉,冰铜吹炼:PS转炉Ausmelt炉,电解精炼:常规始极片工艺PC工艺,烟气制酸,现代强化熔炼工艺的特点,产能大:单套系统最大铜产能超过40
5、万吨/年送风氧浓高:闪速熔炼氧浓达90%,ISA、三菱、诺兰达熔炼氧浓达到65%,55%和45%自热或半自热熔炼:有效利用硫化矿物燃烧所产生的热量;冰铜品位高:均超过60%,可以高达75%,现代强化熔炼工艺的特点,高熔炼强度:闪速熔炼单炉铜精矿处理量首先突破100万吨/年以上;Isa炉单炉铜精矿处理量达到130万吨/年;三菱炉精矿处理量将超过100万吨/年(温山)。硫捕集率高,环保好:一般均超过95%。闪速熔炼和三菱熔炼超过了99%,吨铜S的排放量不到2kg,是最清洁的铜冶炼工艺工艺控制自动化程度高:闪速炉实现了计算机在线控制。,主要强化熔炼工艺的应用情况,主要强化熔炼工艺的比较,业内认可的先
6、进熔炼工艺,闪速熔炼和熔池熔炼:Outokumpu闪速熔炼 浸没喷枪式熔炼(ISA/Ausmelt)三菱熔炼,闪速熔炼技术的进展,闪速炼铜工艺,第一座炼铜闪速炉于1949年在芬兰哈里亚瓦尔塔冶炼厂投入工业生产;目前还用于镍精矿的熔炼;1978年开始进行铜精矿的一步炼铜;1995年开始进行冰铜的吹炼。至今已有40台炼铜闪速炉建成投产,目前在运行的有37台(其中有3台一步炼铜闪速炉,2台冰铜吹炼闪速炉),6台炼镍闪速炉在生产。炉体冷却结构的改进、冷却强度的提高,闪速炉的单炉产能提高,最大达到原设计的3.65倍;闪速炉的炉寿命延长,最长达到15年,一般10年左右,闪速熔炼的技术进展,生产能力连续提高
7、:贵溪、金隆、玉野、东予、佐贺关等单个精矿喷嘴取代原有的4个喷嘴,喷嘴结构连续改进炉体结构连续改进和冷却的强化关键设备的技术逐步成熟:大型蒸汽干燥机,干矿浓相输送,失重计量加料系统(LIW和Air-slide),废热锅炉工艺控制数学模型的开发和应用;计算机仿真技术的应用富氧代替预热鼓风,送风氧浓提高,烟气SO2浓度提高冰铜品位提高贫化电炉能耗降低,冰铜品位提高,渣含铜控制,闪速炉扩产实例,日本东予冶炼厂能力的提高,同样的闪速炉由于喷嘴的连续改进,炉体冷却结构强化,送风氧浓提高,产能提高到最初的4倍以上;由于冰铜品位的提高,转炉生产效率提高。,浸没喷枪顶吹技术(TSL)的进展,-艾萨/奥斯麦特熔
8、炼,Ausmelt工艺炼铜业绩,ISA工艺炼铜业绩,ISA/Ausmelt熔炼的特点,原料的适应性很强:铜、铅、镍、锡精矿,铜、铅废杂料等再生冶炼,精矿成分和性质要求不如闪速炉严格备料简单:可以处理湿料、块料、垃圾等,不需要特别的备料,湿料、块料可以直接入炉。多种操作方式:通过控制炉内不同的气氛和温度,可以自由地进行氧化,还原,烟化(挥发分离特定的元素)。单台炉子可以进行熔炼,也可以以进行吹炼,直接生产粗金属熔炼强度高,设备单位产能(床能力)高,最新的Isa炉设计精矿处理量达到了130万吨烟尘率低环境指标、自动化水平、作业率、炉寿命等不如闪速熔炼,全球艾萨铜冶炼厂的处理量,年处理物料量增长很快
9、,是成长很快的新技术,三菱连续炼铜工艺的进展,三菱连续炼铜工艺,由熔炼炉(S炉)、炉渣贫化电炉(SH炉)、吹炼炉(C炉)组成。S炉SH炉C炉及其后的阳极炉均通过溜槽连接,连续熔炼和吹炼。1974年在日本直岛冶炼厂首次投产。1981年Kidd Creek三菱炉投产,设计能力5.9万吨/年。1998年印尼的Gresik精炼厂(三菱公司控股)和韩国温山冶炼厂(日矿控股)三菱熔炼工艺投产,设计能力均为20万吨/年阴极铜。温山冶炼厂三菱炉生产能力2005年达到26.2万吨矿铜,计划扩产到30万吨/年矿铜,精矿处理量超过100万吨2000年澳大利亚的Port Kembla铜业公司(古河矿业控股)引进一台C
10、炉与Noranda炉配合的工艺投产,但因故障不断而停产。印度的Birla冶炼厂2005年投产了一套三菱连续炼铜系统,PS转炉吹炼的进展,PS转炉吹炼的进展,P-S吹炼是强度最高的火法冶金工艺之一,一个世纪以来一直是矿产粗铜生产的标准工艺路线,目前仍然是主要的铜吹炼技术。过去几十年,PS转炉越来越大,大部分冶炼厂都采用了机械化捅风眼机,富氧吹炼广泛采用,使用了更好的耐火材料,炉寿命提高。采用了吹炼计算机模型,工艺控制技术更有效,操作技术改善。现代强化熔池熔炼工艺产出高品位的冰铜,使转炉吹炼的生产率大大提高。环境的改善:排放口通风,熔体运输通道通风,增设二次、三次烟罩,改善吹炼操作 逸散烟气大大减
11、少富氧吹炼,吹炼周期错开,使进酸厂的烟气浓度提高,烟气稳定。东予厂吨粗铜排放量达1kgSO2。PS转炉目前还不是冶炼厂满足环境标准的障碍,北德精炼、Boliden采用PS转炉工艺仍然能够满足环境要求。在可预见的将来,PS转炉工艺在铜冶炼厂仍然有一定的位置,PS转炉吹炼的优势,工艺成熟可靠,设备和操作简单,投资低自热吹炼,能够利用剩余热量处理工厂中的含铜中间物料(粗铜壳、残阳极、烟尘、冷冰铜等),还能够处理外购的冷杂铜,生产成本低,PS转炉吹炼工艺的问题,熔体在炉子之间的倒运,周期性的开停风作业,周期性的进料、放渣作业等均导致SO2的逸散,环境控制困难烟气量、SO2浓度、温度的大范围波动,制酸操
12、作不稳定,制酸能耗较高;送风氧气浓度无法提高(一般仅26%以下),烟气量大,SO2浓度低,制酸设备的投资和操作成本高;设备的生产能力低,提高产量只能靠增加转炉的数量,受场地和制酸能力的制约厂房的强度要求高,增加了投资 开发冰铜连续吹炼工艺,取代P-S转炉工艺,冰铜连续吹炼技术的进展,粗铜,强化熔炼连续吹炼工艺,铜精矿熔炼,产出高品位冰铜,水淬或者用溜槽(或包子、行车)进连续吹炼炉,连续吹炼三菱吹炼,K-O闪速吹炼诺兰达吹炼,Teniente吹炼Codelco连续吹炼ISACONVERTTM吹炼Ausmelt吹炼,连续吹炼技术,三菱连续吹炼:成熟技术Kennecott-Outokumpu连续吹炼
13、:成熟技术Noranda连续吹炼:仅在Horne冶炼厂应用Codelco连续吹炼工艺:半工业试验Ausmelt连续吹炼工艺(C3):半工业和工业试验ISACONVERTTM工艺:半工业试验,成熟的冰铜连续吹炼工艺,三菱连续炼铜工艺:第一个工业化的冰铜连续炼铜工艺,并首次采用铁酸钙渣型进行冰铜的吹炼。闪速吹炼工艺:上世纪70年代末美国Kennecott公司提出了冰铜连续吹炼的“固体冰铜氧气吹炼法”,取代P-S转炉的工艺,1995年实现工业化。2007年8月第二台闪速吹炼炉在中国阳谷祥光冶炼厂投产,2008年10月开始达到设计能力。,工业化的连续吹炼工艺的比较,Kennecott-Outokump
14、u闪速吹炼,闪速熔炼+闪速吹炼工艺流程,Kennecott冶炼厂闪速吹炼工艺逸散量的变化/t.a-1,不但满足眼前的环境标准,还能满足未来可能更严厉的环境标准。SO2的允许逸散量仅为改造前允许限值的5%。Kennecott冶炼厂按照世界最清洁的冶炼厂的标准建造,硫的捕集率超过99.8%,闪速吹炼的优势,没有熔体在熔炼炉和吹炼炉之间的输送,没有周期性的开风、停风、进料、出渣作业,几乎消除了SO2的逸散烟气量、SO2浓度稳定;送风氧浓高(50%以上),烟气SO2浓度高(30%40%),因而烟气量很小,制酸作业稳定,制酸成本低;单炉产量高,可达年产铜30万吨以上,甚至可能达到100万吨;环境污染小,
15、SO2、粉尘、NOx等的排放量远低于目前世界上最严厉的环境标准,若干年内使铜冶炼厂完全摆脱环境的压力;能够适应未来铜原料市场的变化和冶炼技术的发展,进行高品位精矿甚至一般品位精矿的闪速炉一步直接炼铜。生产和增产的灵活性很大。,闪速吹炼连续作业,将熔炼和吹炼生产在时间和空间上完全分开,互不关联。,一步炼铜技术的进展,一步炼铜技术,铜精矿一步炼铜一直是冶金工作者的梦想,但目前只有Cu品位和Cu/Fe高的精矿适合一步炼铜。目前闪速熔炼是唯一的工业化一步炼铜技术:波兰的Glogow冶炼厂、澳大利亚的Olympic Dam冶炼厂、赞比亚的Chingola冶炼厂随着精矿装料系统、精矿喷嘴和闪速工艺的进一步
16、改进,渣含铜及铜进入炉渣贫化系统的循环量减少,Cu/Fe更低的铜精矿也可以实现经济合理的直接炼铜生产。,闪速炉一步炼铜工艺流程,三、再生铜冶炼技术的进展,再生铜冶炼技术,再生铜处理工艺取决于原料的特点,约2/3的高品位铜废料不需要熔炼处理而直接用于铜产品生产,1/3的废杂铜需要熔炼处理近10年来世界再生铜产量已占原生铜产量的40-55%,其中美国约占60%,日本约占45%,德国约占80%。再生铜冶炼工艺根据原料品位的不同,有所谓“一段法”、“二段法”、“三段法”流程。一段法:铜品位98%的紫杂铜、黄杂铜、电解残极等直接加入精炼炉内精炼成阳极,在电解生产阴极铜二段法:废杂铜在熔炼炉内先熔化,吹炼
17、成粗铜,再经过精炼炉电解精炼,产出阴极铜三段法:废杂铜及含铜废料经鼓风炉(或ISA炉、TBRC炉、卡尔多炉等)熔炼转炉吹炼阳极精炼电解,产出阴极铜。原料品位可以低至含铜1%。,比利时霍博肯冶炼厂再生铜生产,原是矿铜、铅冶炼厂,由于环保和效益原因,放弃矿铜、铅冶炼,1997年转而从事铜、铅、贵金属等再生物料的处理,目前是世界最大的贵金属再生冶炼公司。与Mount Isa公司合作,用1台ISA炉熔炼、吹炼含铜二次混合物料。年处理二次物料30万吨,回收17种有价元素,产铜3万吨/年,金100t/年及其它稀贵金属。铜产量不高,但产值和利润很高。,霍博肯冶炼厂工艺流程,北德精炼的再生铜冶炼技术,北德精炼
18、凯撒冶炼厂用1台ISA炉取代3台鼓风炉和1台PS转炉,处理含铜1%80%的残渣和杂铜,开发了所谓的“凯撒回收再生系统”(KRS)再生铜工艺。一台ISA炉间断地进行熔炼和吹炼,含铜残渣和杂铜,先在ISA炉中进行还原熔炼,产出黑铜和硅酸盐炉渣,黑铜继续吹炼,产出含铜95%的粗铜。富集Sn-Pb的吹炼渣单独处理。KRS中ISA熔炼的优势:熔炼渣含铜低,工厂铜的总回收率高;运行的炉子台数少;烟气量大大降低;生产能力超过原设计40%;能耗降低50%以上;CO2排放减少64%以上;总的排放减少90%。-先进的技术,优良的工艺和环保性能,北德精炼的KRS流程,奥地利Montanwerke Brixlegg冶
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