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硫化銅礦與硫化鉛礦閃速熔煉的差異分析

文檔作者：唐斌王志剛文檔來源：中國瑞林工程技術(shù)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月06日
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第 346卷期 有 色 冶 金 設(shè) 計 與 研 究 2015焦
8 月
硫化銅礦與硫化鉛礦閃速熔煉的差異分析
唐斌．王志剛
(中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌330031)
[摘要]對硫化銅礦與硫化鉛礦閃速熔煉過程的差異進行了，包括化合物物理化學(xué)性質(zhì)、原料性質(zhì)、冶
煉原理與工藝、爐體結(jié)構(gòu)方面的差異。研究表明，銅、鉛精礦成分的差異決定了“兩步煉銅”和“一步煉鉛”的工
藝差異，爐體結(jié)構(gòu)也有所不同，但是二者采用閃速熔煉工藝均能取得較好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。
[關(guān)鍵詞]硫化銅礦；硫化鉛礦；閃速熔煉；原料性質(zhì)；爐體結(jié)構(gòu)
中圖分類號：TF81 1；TF812 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004—4345(2015)02—0020—04
Diferential Analysis of Flash Smelting of Sulfide Copper Ore and Sulfide Lead Ore
TANG Bin．WANG Zhigang
(China Nerin Engineering Co．，Ltd．，Nanchang，Jiangxi 33003 1，China)
Abstract The paper analyzes the diference of sulfide copper ore and sulfide lead ore during the period of flash smelting，
including the diference of chemical and physical properties of compounds，raw properties，smelting principle and process and furnace
structure．The research shows that component difference of copper concentrate and lead concentrate determines process difference of
two-step copper smelting and one-step lead smelting，there has difference in furnace structure，but flash smelting process can be
adopted for them to achieve good economic benefit and environmental benefit．
Keywords sulfide copper ore；sulfide lead ore；flash smelting；property of raw materials；furnace structure
閃速熔煉是有色重金屬火法冶煉中主要的冶煉
方法。它的主要優(yōu)點在于：1)懸浮熔煉的反應(yīng)模式具
有良好的冶金反應(yīng)動力學(xué)條件，能充分利用粉狀物
料巨大的比表面積，充分利用冶金反應(yīng)過程熱，使反
應(yīng)過程得到極大加速和強化，從而易于實現(xiàn)高效能
的大規(guī)模生產(chǎn)；21鼓風(fēng)壓力低，動力消耗少；原料預(yù)
先深度干燥，煙氣量低，煙氣帶走熱量少，節(jié)能減排
效果好；3)過程全密閉，無有害污染物泄漏，煙氣中
SO：濃度波動小，易于制酸，硫的控制率可達99％，
環(huán)保優(yōu)勢明顯。
我國開始于20世紀(jì)80年代中期開始采用閃速
熔煉工藝煉銅，先后經(jīng)歷了引進、消化和創(chuàng)新幾個階
段，在國內(nèi)獨立完成設(shè)計和建設(shè)了100 kt級銅冶煉
廠，并成功地將閃速熔煉技術(shù)輸出到國外。如果將我
國近30年閃速煉銅的技術(shù)積累合理地運用到閃速
煉鉛領(lǐng)域．將對我國鉛冶金技術(shù)帶來大幅度提升。本
文試圖對硫化銅礦和硫化鉛礦在應(yīng)用閃速熔煉技術(shù)
的差異性上進行綜合分析。從銅與鉛閃速熔煉的流
程來看，其系統(tǒng)構(gòu)成單元基本上是由：配料一干燥一
熔煉一爐渣貧化幾個部分構(gòu)成，總體是相同的，但由
于主金屬及其化合物的物理化學(xué)性質(zhì)上的差異，在
冶煉過程機理以及爐型結(jié)構(gòu)上都存在差別，下面將
一一進行闡述。
1 化合物物理化學(xué)性質(zhì)的差異
1．1 熔點、沸點、蒸氣壓
表1為銅和鉛及其主要化合物的熔點與沸點 。
表1銅與鉛及其主要化合物的熔點和沸點 K
收稿日期：2014—09—01
基金項目：國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)課題(編號：2013AA064001)。
作者簡介：唐斌(1983一)，男，工程師，主要從事有色冶金的設(shè)計和研究工作。

． 22． 有 色 冶 金 設(shè) 計 與 研 究 第36卷
Fe30 。3)造锍反應(yīng)和造渣反應(yīng)，即FeS+Cu2O FeO+
Cu2S(造锍反應(yīng))，F(xiàn)e304+SiO廠 e30 SiOz(造渣反應(yīng))。
造锍反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說明反應(yīng)很容易向
右進行，即在FeS存在的條件下，Cu O很難存在，而
銅精礦中鐵的含量比較大，使得造锍反應(yīng)容易進行，
則銅易于形成Cu2S而進入銅锍。鐵對氧的親和力強
于銅．鐵易于氧化造渣除去，但閃速熔煉過程中不能
使鐵徹底除去，因為除鐵需要在強氧化條件下，而在
強氧化條件下容易生成Fe O 。Fe30 在沉淀池中易
形成爐結(jié)．縮小熔池有效面積，存在于渣中會增加渣
的粘度，一方面使渣含銅上升，加劇銅的損失 1(如圖
4所示)，另一方面容易造成排渣困難。這是銅冶煉
過程一般分為造锍熔煉和吹煉兩步進行的主要原因。
鑲中Cu，％
圖4锍品位與渣含F(xiàn)e O 或銅關(guān)系
銅的閃速熔煉不同，鉛精礦由于含鉛品位較高，
鐵的含量又比較低。因此在閃速爐中可以實現(xiàn)一步
獲得粗鉛．其主要的反應(yīng)如下：1)硫化物氧化。PbS+
O2_PbO+SO2，F(xiàn)eS+O2---*FeO+SO2；2)氧化物還原。
PbO+CO--~Pb+CO2，PbO+C---*Pb+CO2；3)布多爾反應(yīng)。
CO2+C—÷C0。
但鉛的直接熔煉熱力學(xué)表明，直接熔煉硫化鉛
礦要么產(chǎn)出高硫鉛。要么得到高鉛渣。而鉛在直接熔
煉過程產(chǎn)物粗鉛、爐渣和煙塵中的分配率與粗鉛中
含硫量有關(guān)(如圖5所示)[2,41。當(dāng)粗鉛含硫量低于
1．0％時．鉛進入粗鉛的分配率隨著粗鉛含硫量的增
加而增加：當(dāng)粗鉛含硫量高于1．O％之后金屬鉛進入
粗鉛的分配率呈逐漸降低的趨勢。隨著粗鉛含硫量
的增加．金屬鉛分配進入初渣的比率降低，而進入煙
塵的比率升高。鉛在直接熔煉過程中所表現(xiàn)出來的
這種分布特征是鉛以及其化合物的化學(xué)特性所決定
的。依據(jù)鉛直接冶煉的這種特點，綜合考慮直收率和
初渣處理的便利性等因素，應(yīng)盡可能地進行低硫粗
鉛熔煉，最大限度地首先獲得粗鉛，盡可能少的產(chǎn)出
煙塵，并盡量完成脫硫。
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圖5鉛在直接熔煉產(chǎn)物中的分配
3．2 冶煉工藝
銅與鉛的閃速熔煉在冶煉工藝上的主要差別如
下：11精礦成分的差異決定了“兩步煉銅”和“一步煉
鉛”，銅精礦經(jīng)閃速熔煉產(chǎn)出冰銅，再經(jīng)吹煉得粗銅，
鉛精礦經(jīng)閃速熔煉直接得到粗鉛；21鉛及其化合物
的熔點、沸點更低，蒸氣壓更大，熔煉過程中揮發(fā)更
多，煙塵率更高；3)鉛精礦品位高，含硫量低，反應(yīng)過
程不能完全自熱，需添加更多的燃料；4)鉛精礦著火
溫度更高，分解溫度也更高，需要更高的傳熱強度，
以避免反應(yīng)塔“下生料”。
4 爐體結(jié)構(gòu)差異
銅閃速冶煉過程采用較多的是奧托昆普閃速
爐，如圖6所示；鉛閃速冶煉采用較多的是基夫賽特
爐．如圖7所示。
預(yù)熱
圖6奧托昆普閃速爐結(jié)構(gòu)示意
煙道
爐渣
∞ 的 衡 ∞ 辯 ∞ 於 m O
第4期 硫化銅礦與硫化鉛礦閃速熔煉的差異分析 ．23．
反應(yīng)塔煙氣出口
反
貧化段，用來降低終點爐渣含鉛：41基輔賽特爐由于
將氧化和還原過程集中在一個反應(yīng)器中．所以為避
免兩種不同化學(xué)勢下的煙氣和熔體的回流混合．設(shè)
置了水冷隔墻，同時熔池側(cè)壁因直接與熔渣接觸．是
受熔渣沖刷和侵蝕最嚴(yán)重的部位。因此，其熔池側(cè)壁
也采用了銅水套加嵌磚的結(jié)構(gòu)形式．達到節(jié)能增效
的效果。銅閃速爐中不設(shè)置水冷隔墻；5)為減少收塵
出口 負(fù)荷和煙塵量．鉛閃速爐設(shè)置了由膜式水冷壁構(gòu)成
的直升煙道和與其連接的豎式輻射部余熱鍋爐，銅
閃速爐由于煙塵率較低，余熱鍋爐大多為臥式鍋爐。
圖7基夫賽特爐結(jié)構(gòu)示惹
從圖6、圖7可以看出，銅閃速爐與鉛閃速爐爐
體結(jié)構(gòu)有很多相似之處，均包括反應(yīng)塔、沉淀池和上
升煙道，但由于原料及工藝等方面有所不同，仍然存
在一些差異，主要體現(xiàn)在：11銅閃速爐采用一個中央
擴散型精礦噴嘴．而鉛閃速爐一般不止一個精礦噴
嘴，噴嘴結(jié)構(gòu)上也有差別；2)銅閃速爐反應(yīng)塔為圓
形，鉛閃速爐反應(yīng)塔為方型；3)銅閃速爐爐渣選礦技
術(shù)已很成熟且相對能耗更低，所以一般不接電爐，閃
速爐渣直接送渣選礦處理；而基輔賽特爐設(shè)有電爐
(上接第16頁)
模型缺陷，優(yōu)化了后處理結(jié)果。4)利用VRML模型的
交互能力，實現(xiàn)了模型中對象的顯示及隱藏，方便了
用戶觀測爐體結(jié)構(gòu)、煙氣速度場及流場分布。
參考文獻
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5 結(jié)語
閃速熔煉具有其他工藝無法比擬的技術(shù)優(yōu)點．
是非常有競爭力的火法冶煉方法。通過上文對銅閃
速熔煉和鉛閃速熔煉在化合物物理化學(xué)性質(zhì)、原料
性質(zhì)、冶煉原理與工藝、爐體結(jié)構(gòu)等方面的差異分析，
可為以后銅和鉛生產(chǎn)過程設(shè)計提供更直觀的借鑒。
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