1、1第一 章 总论1 . 1 概述有色冶金厂设计的目的 ， 在于根据原材料的特点和研究成果以及国内外工业生产实践 ， 设计合理的工艺流程 ， 选择合适的工艺设备并进行合理的配置 ，根据工艺要求设计适宜的厂房结构和辅助设施 ， 配备必要的劳动定员 ， 确保生产正常进行 。 不论新厂还是老厂 ， 都必须做到技术上先进可靠 ， 经济上合理 ，既要为生产获得较好的技术经济指标创造条件 ， 又要为生产工人提供良好的劳动场所 ， 使建设投资能最大限度的发挥效果。为实现上述目的 ， 有色冶金厂设计应该满足的基本要求是 ： 工艺流程完善 ； 先进而可靠 ； 原材料 、 动力资源廉价而充分 ， 交通运输方便 ；
2、设备性能稳定 、 高效 、 易于 加工和安装 ； 设备配置力求紧凑合理 ； 并为扩建留有余地 。 鉴于有色冶金的生产特点 ， 有色冶金厂设计还必须满足以下要求 ：( 1 ) 有色 冶金生 产所用 的矿物 原料 ， 除含 有 1 至 2 种主 要有价 元素外 ， 常伴 有若干 种其他有价元素 ， 必须经济的加以综合利用。( 2)必须有完善的三废治理工程。( 3)有色冶金工厂生产作业 ， 多在高温 、 高压 、 有毒 、 腐蚀等环境下进行 ，为确保 操作人员和设备的安全 ， 必须特别注意安全防护措施的设计 ， 努力提高机械化和自动 化的水平 ， 积极采用计算机控制。( 4)有色冶金生产需要消耗大量
3、的原材料、电力、燃料、工业水 ， 须具备较大的交通运输能力 ， 应充分利用建厂地区的自然经济条件 ， 尽可能与当地其他企业合作 ，共同投资解决某些公共设施。 本设 计根据 设计任 务书 ， 设计 年产 1 5 万吨 富氧顶 吹铜熔 炼车间 ， 通过 火法流 程与 湿法流程的综合比较 ， 选择用火法流程。在火法冶炼的诸多方法中确定用顶吹熔炼 ， P S 转炉吹炼 ， 电炉保温沉降 ， 还原贫化炉的方法。经过工艺流程论证及冶金计算、环 境保护、投资概算、公用辅助设施及土建工程论证等 ， 比较系统的完成设计任务。1 . 1.1 设计依据本设计是依据昆明理工大学冶金与能源工程学院冶金系本科毕业设计任务
4、书完成的 ， 设计任务为 ： 年产 1 0 万吨粗铜富氧顶吹铜熔炼车间设计。1 . 1.2 厂址选择厂址选择的一般原则是 ： 应符合工业布局及区域性总体规划和城市规划建设的要求 ； 要尽可能利用城镇设施 ， 节约投资 ； 要靠近原材料、水、电供应充足和产品销售便2利的地方 ， 有良好的交通运输条件 ； 要注意节约用地 ， 少占或不占农田 ，留有发展 余地 ； 注意环保和保护名胜古迹 ； 要有适当的自然地形和适宜的工程地质 、 水文 、 地 震等级条件及较好的协作条件等。其次厂址的选择还应注意 ： 不能选在不通风盆地以及山坡西晒的地方 ； 不能选在矿床之上 ； 应具有良好的工程地质条件 ； 不能
5、选在城市和居民住宅区主导风向上风向 ；厂区附近有足够面积废渣堆场 ； 要尽可能利用城镇设施 ， 节约投资 ； 要靠近原材料 、 水 、电供应充足和产品销售便利的地方 ， 有良好的交通运输条件 ； 要注意节约用地 ， 少占或不占农田 ； 厂址的有效面积应该能满足工艺流程或功能上的需要以及留有发展余地 ； 要有适当的自然地形和适宜的工程地质、水文、地震等级条件及较好的协作条件等。正确选择建厂地址是建设任何一个新厂的首要问题 ， 因为设计中许多基本的原始资料是由厂址的具体条件决定的 。 例如 ， 没有当地的地质 、 水文 ， 气象的具体资料 ， 设计就不可能进行 ， 从而影响到设计的主体部分 ( 工
6、艺设计 ) 的进行 。 同时厂址选择不 合理 ， 会给建厂和以后带来重大损失 ， 如地质条件不好 ， 就会增加建厂投资 。 所以在 设计前我们就应认真细致地进行厂址选择工作。（ 1 ） 铜陵市的地理条件铜陵市 位于 安徽省 南部 、 长江下游南岸 ， 东距 芜湖市 80 公里左右 ， 东南与接壤 ，西距 安庆市 90 公里左右 ， 南与 青阳县 、 南陵县 交界 ， 西南与 池 州贵池区毗邻 ， 西北一江之隔是无为县 、 枞阳县 ， 距省会 合肥市 120 公里 ， 徐( 州 ) 黄 ( 山 ) 公路线在 铜陵长江大桥 过江 。面积 1113 平方公里 ( 其中市区面积 237 平方 公里 )
7、 。 南北最长约 42.5 公里 ， 东西最宽约 40.6 公里 ， 市区地势由东南向西北 倾斜 ， 形成宽约 5 公里、长 20 公里的带状地形。（ 2 ） 气候、地质条件铜陵地区属于北亚热带湿润季风气候 ， 其特点是季风明显 ， 四季分明 ， 全年气候 温暖湿润 ， 雨量丰沛 ， 湿度较大 ， 日照充足 ， 雨热同季 ， 无霜期长。 ） 平均气温 16 2 ， 在省内属于气温较高的地区。气温的年内变化特征是 ： 冬寒夏热 ， 春秋暖和 ， 且秋温明显高于春温 , 最高气温为 37 6 , 最低气温为零下 7 8 , 平均无霜期为 258天 , 平均日照时数为 2064 7 小时 ， 占全年
8、可照时数的 46 ， ， 历年平均降水量 1364. 4毫米 ， 雨日较多 ， 历年平均雨日 136日 ， 属于湿润地区 。 相对湿度较大 ， 多年平均值为77， 工程地质与水文地质良好 ， 适合建立大型冶炼工厂。（ 3 ） 交通运输条件铜陵含湖临江通海 ， 处在国家沪榕和京台交通大动脉的 “ 十 ” 字交汇点。随着宁安城际、京福高铁、庐铜铁路暨长江公铁二桥的建设 ， 加上现有的铜九铁路、沪铜铁3路 ， 使铜陵市在华东铁路网中的枢纽地位日益凸显 。 铜陵港作为顺江而下第一个可停靠万吨轮的港口和国家一类开放口岸 ， 已开通对台海上直航 ， 加之已开通运行的京台高速、沿江高速以及即将开工建设的铜宣
9、高速、铜无巢高速和九华山机场 ， 将进一步提升铜陵市在全国交通网中的枢纽地位 ， 实现与长三角无缝对接 ， 大大缩小与珠三角、环渤海、海峡西岸等经济区的距离。(4) 资源优势铜陵境内探明的铜 、 金 、 银 、 硫 、 铁 、 石灰石及与之伴生的各类稀有金属矿种 30多种。其中 ， 铜的储量占全省 70%以上 ， 硫铁矿储量位居华东第一、全国第二 ， 石灰石、黄金和白银的储量均居全省之首。水资源丰富 ， 长江铜陵段干流水质良好。 （ 5 ）经济、科技优势铜陵市作为中国的铜都 ， 有色产业链的发展必然积聚了行业所必须的经济、科技优势。 目前正在着力打造 “ 千亿铜产业和企业 ” 的铜陵不仅是中国
10、最大的电解铜生产基地。再加上铜陵有色企业对于炼铜工艺十分成熟 ， 很多技术可以借鉴学习和应用。综合以上因素 ， 铜陵市的地理位置 、 气候及地质条件 、 交通运输条件 、 资源优势 、经济及科技优势等都表明 ， 本设计厂址选择是合理的。综上所述 ， 建厂条件符合厂址选择的基本原则以及上述各个要求。厂址拟定为安徽省铜陵市。1 . 1.3 设计规模及产品方案根据设计任务书 ， 设计年产 10 万吨粗铜的冶炼厂 ， 属中小型企业。合理确定企业规模 ， 除探索完善的数学计算方法外 ， 还必须对现有企业的规模进行调查研究分析 ，总结国内外确定企业规模的经验 ， 从实践中找出企业的最优规模。根据有色冶金生
11、产的特点 ， 在确定有色冶金厂的规模时 ， 应充分考虑以下问 ：（ 1 ） 市场供需条件 ， 矿产资源及主要原材料 、 水 、 电等的供应 ， 技术及资金条件 。（ 2 ） 中小型冶金厂可以一次建成投产 ， 大型冶金厂可以考虑分批分期建设分系列建成投产 ， 在短期内形成生产能力。（ 3 ） 有色冶金厂一般具有高温 、 高压 、 有毒的特点 ， 要充分考虑环保要求 。 这些问题在厂址选择和后面的章节中有论述。1 . 1.4 综合技术指标表 1.1 为综合技术指标。表 1. 1 综合技术指标4序 号 名 称 单 位 数 量 备 注综合部分1 铜精矿处理量 t/a 408000 熔炼用2 黄杂铜 t
12、/a 5000 转炉冷料3 二次铜精矿 t/a 64000 还原炉冷料4 粗铜锭产量 t/a 1000005 粗铜锭含铜 % 99.006 粗铜锭含金量 kg/a 1743.55 铜精矿所产粗铜 含 金 20 至序 号 名 称 单 位 数 量 备 注25g/t， 取 23g/t铜精矿所产粗7 粗铜锭含银量 kg/a 22741.92 铜含银 300 至20 00 g/ 取 30 0g / t8 铜冶炼回收率 % 97.109 金冶炼回收率 % 9010 银冶炼回收率 % 9011 工厂年操作日 d/a 300主要的原材料消耗铜精矿量 t/a 408000Cu % 20.40包括熔炼用和1 S
13、% 21.70做硫化剂用Au g/ tAg g/ t2石英石 t/a 948.00SiO2 含量 % 92.003石灰石 t/aCaO 含量 % 54.004块煤 t/a 19584.00熔炼炉用C 含量 % 54.005煤粉 t/a 15334.66还原炉用C 含量 % 77.0056 柴油 t/a 3000 包括烤炉用7 石墨电极 t/a 3158 耐火材料 t/a 20009 富氧空气量 m 3 /a 155935.03 纯度 651 . 1.5 设计内容根据设计任务书 ， 设计内容包括 ： 确定设计依据、设计原则及车间建设方案 ， 富氧顶 吹铜熔炼工艺流程选择论证 ； 富氧顶吹铜熔炼技
14、术条件及经济指标的选择论证 ；冶金 计算 ； 主要及附属设备的计算与选择 ； 车间组织管理与冰铜制造成本概算 ； 车间环境 保护 ； 车间主体设备立体图 、 设备连接图 、 车间平面布置图 、 因分特炉主体设备图等 图纸四张。第二 章 铜资 源现 状及发 展前 景2 . 1 铜矿 物原料特 点铜是一种典型的亲硫元素 ， 在自然界中主要形成硫化物 ， 只有在强氧化条件下形成氧化物 ， 在还原条件下可形成自然铜。目前 ， 在地壳上已发现铜矿物和含铜矿物约计 250多种 ， 主要是硫化物及其类似的化合物和铜的氧化物、自然铜以及铜的硫酸盐 、碳酸盐、硅酸盐类等矿物。其中 ， 能够适合目前选冶条件可作为
15、工业矿物原料的有 16种。即自然元素 ： 自然铜 ( 含铜近 100 ) ； 铜的硫化物 ： 黄铜矿 ( 含铜 34.6， 括号指铜含量 ， 下同 ) 、斑铜矿 (63.3 ) 、辉铜矿 (79.9 ) 、铜蓝 (66.5 ) 、方黄铜矿 (23.4 ) 、 黝铜矿 (46.7 ) 、 砷黝铜矿 (52.7 ) 、 硫砷铜矿 (48.4 ) ； 铜的氧化物 ： 赤铜矿(88.8 ) 、黑铜矿 (79.9 ) ； 铜的硫酸盐、碳酸盐和硅酸盐矿物 ： 孔雀石 (57.5 ) 、蓝铜矿 (55.3 ) 、硅孔雀石 (36.2 ) 、水胆矾 (56.2 ) 、氯铜矿 (59.5 ) 。当前 ， 我国选
16、冶铜矿物原料主要是黄铜矿 、 辉铜矿 、 斑铜矿 、 孔雀石等 。 按选冶 技术条件 ， 将铜矿石以氧化铜和硫化铜的比例划出三个自然类型 。 即硫化矿石 ， 含氧 化铜小于 10： 氧化矿石 ， 含氧化铜大于 30； 混合矿石 ， 含氧化铜 10 -30 。我国铜矿物原料具有以下特点 ：1)适合选冶生产的铜矿物原料 ， 赋存于多种矿床类型。其中 ， 具有重要开采价值的矿床类型 ： 岩浆型铜镍硫化物矿床 、 斑岩型铜矿床 、 夕卡岩型铜和多金属矿床 、 热 液脉型铜矿床、火山一沉积块状硫化物型铜矿床、沉积型层状矿床等等。62)矿石结构构造复杂 ， 嵌布粒度不均 ， 多为不均匀浸染粒度矿石 ， 甚
17、至有不少矿物组合、组构嵌布细微 ， 成分复杂 ， 难选矿石较多。3)矿石化学成分多样 ， 伴生 、 共生多种有益有害组分 ， 选冶工艺条件复杂 。 目前 ，开发的矿区多数是综合性的铜矿床 ， 共伴生多种有益有害元素。通过综合开采 ， 综合利用 ， 可变害为益 ， 变废为宝。2 . 2 矿石 工业要求从铜矿石中提炼的铜金属 ， 根据采 、 选 、 冶技术工艺水平 ， 对铜矿物原料提出一定的工业要求。见表 2-1。2-1 铜矿石开采要求当铜矿床的伴生组分达到下表所列的含量要求时 ， 则要求取样分析做出综合评价 。铜矿床伴生组分见表 2-2。2-2 铜矿床伴生组分对于铜品位低于 5 的矿石要用选矿方
18、法富集成铜精矿。 1997年国家颁布的有色金属行业标准 (YS T318 1997)将铜精矿产品分为四个品级 ：一级品 Cu含量不小于 30， 杂质含量 ( 不大于 ) ： As 0.05， Pb+Zn2 ， Mg 0.1， Bi 0.05 。二级品 Cu含量不小于 25， 杂质含量 ( 不大于 ) ： As O 2 ， Pb+Zn5 ， Mg 0.3， Bi 0.2 。三级品 Cu含量不小于 20 ， 杂质含量 ( 不大于 ) ： As O.3 ， Pb+Zn8 ， Mg O.4 ，Bi 0.3 。7四级品 Cu含量不小于 13 ， 杂质含量 ( 不大于 ) ： As O.4 ， Pb+Zn
19、12 ， Mg 0.5， Bi O.5 。目前 ， 国内外许多铜矿床开采晶位为 0.5 O.4 ， 个别大型露采矿山的边界品位降到 0.2， 预计本世纪末或下个世纪初 ， 世界铜矿开采品位可能降到 0.25， 边界品位下降到 0.1 时 ， 则一些含铜高的岩石也就可能成为工业矿石了 ， 从而使铜的储量大大增加。2 . 3 铜资 源地理分 布中国铜矿分布广泛 ， 在已查明的矿产地除天津以外的所有省、自治区、直辖市 ，均有不同程度的分布 。 其中 ， 江西 、 西藏和云南等 3 个省区的储量占全国铜矿储量的 47.1 ( 以 1996年底保有储量统计 ， 下同 ) 。 铜储量较多的还有甘肃 、 安
20、徽 、 内蒙古 、 山西 、湖北 、 黑龙江等 6 省区 ， 储量合计 2019.8万 t ， 占全国铜矿储量的 32.3 。 以上 9 省区的储量合计占全国铜矿总储量的 80 。从六大行政区分布来看 ， 铜矿储量分布最多的是华东区、西南区 ， 两大行政区的储量占全国铜矿总储量的 60.9， 各大行政区的铜矿储量分布的比例 ： 华北区 11.4 、东北区 6 、华东区 31.4 、中南区 9.8 、西南区29.5 、西北区 11.9 。从三大经济地带来看中国铜矿分布具有明显地域差异。三大经济地带按中国大百科全书 中国地理卷 (1993)划分 ： 东部沿海地带包括辽宁、河北 、 北京 、 天津
21、、 山东 、 江苏 、 上海 、 浙江 、 福建 、 广东 、 广西 、 海南等 12个省区 市( 未包括台湾省 ) ； 中部地带包括黑龙江 、 吉林 、 内蒙古 、 山西 、 河南 、 安徽 、 江西 、 湖北 、 湖南等 9 省区 ； 西部地带包括西北地区的陕西 、 甘肃 、 宁夏 、 青海和新疆 ， 西南 地区的四川 、 贵州 、 云南和西藏 ， 共 9 个省区 。 三大经济地带的储量分布比例 ： 东部沿 海地带 9 1 ， 中部地带 49.6， 西部地带 41.3 。中国铜矿经过大规模地质勘查工作 ， 截至 1996年底累计探明储量 7300万 t(铜金属 ，下同 ) ， 截至 199
22、6年底保有储量 6243.6万 t ， 其中 A+B+C级储量 2671.2万 t 。查明矿产地910处 ， 其中大中型矿产地 100多处 ， 已开发和近期待开发的矿床有 90多个。中国铜矿主要产地见表 2-3。82-3 中国铜矿主要产地92 . 4 国内 外铜市场 现状1. 国内铜精矿产量创新高 ， 精炼铜生产、消费继续增长据中国有色金属工业协会统计 ， 2010 年我国主要铜产品产量跃上新的台阶 ， 其中铜精矿产量为 115.6万吨 ， 同比增长 20.2%,创历史新高 ； 精炼铜产量继续保持增长 ，达到 457.3万吨 ， 同比增长 11.3%； 铜材产量达 1009.3万吨 ， 同比增
23、长 13.6%。由于国内外市场铜价震荡上行 ， 进口铜精矿加工费剧烈波动 ， 刺激了国内铜矿山的生产积极性 ， 这是促使我国铜精矿产量大幅度增长的主要原因。另外 ， 内蒙古、云南等地区新建矿山陆续达产等因素 ， 也是 2010年国内铜精矿产量出现较大幅度增长的重要原因。2010 年国内精炼铜生产在需求继续稳步增长的带动下 ， 产能扩张势头不减 ， 当年新增铜冶炼和精炼产能分别为 23 万吨 / 年和 59 万吨 / 年 ， 年底总产能分别达到 347万吨 / 年和 588 万吨 / 年 ， 支撑了我国精炼铜产量的持续增加。2010 年尽管国内电力行业投资出现下降 ， 但 2009 年大幅增加的
24、投资在 2010 年仍产生效果 ， 继续对铜需求增长提供支撑。空调制冷行业 2010 年也超预期增长 ， 内需和 出口都有不俗的表现 ， 尤其是出口强劲 ， 带动了铜产品的间接出口 。 国家统计局数据 显示 ， 2010 年我国主要用铜产品如汽车、交流电动机、冰箱冷柜、空调、电力电缆等 产品产量均有较大增幅。这表明国内铜需求态势良好。102 . 铜精矿、废铜进口增长 ， 精炼铜进口仍维持在高水平据海关统计数据显示 ， 2010 年我国精炼铜进口量为 292.2万吨 ， 同比下滑 8.3%，但仍是历史第二进口高峰年 。 进口下降的主要原因是去年进口量过大 ， 社会库存充裕 ，市场供应过剩 。 此
25、外 ， 2010 年下半年以来 ， 国内铜价始终弱于国际市场 ， 导致进口亏损较为严重。但是国内铜供应虽然过剩 ， 很多是民间库存或停留在保税仓库 ， 并没有直接反映到现货市场中来 。 另外 ， 2010 年下半年国内外市场铜价持续向好 ， 在国内实体经济投资渠道有限、国家调控房地产投资、股票市场表现一般、通货膨胀预期强烈的背景下 ， 投资者出于对后市继续看好的因素 ， 趁铜价相对低买入 ， 也是推动精炼铜大量进口的重要因素。2010 年我国铜原料进口继续稳定增长 ， 其中废铜进口 436.4万实物吨 ， 同比增长 9.2%； 铜精矿进口 646.8万实物吨 ， 同比增长 5.5%。 2010
26、 年第三季度后 ， 进口铜精矿现货加工费的大幅反弹 ， 对支持铜精矿进口起到重要支撑作用。结合国内铜精矿产量综合分析 ， 2010 年国内铜精矿供应出现小幅过剩局面。2 . 5 铜价 格状况国际市场铜价创历史新高 。 2010 年上半年国际市场铜价呈冲高回落局面 ， 在 8000美元 / 吨附近有较大压力 ； 下半年除 8 月 、 11 月出现一定波动外 ， 其余时间几乎表现为单边上扬态势 ， 年底接连刷新纪录高位 ， 年末报收 9660 美元 / 吨 ， 与 2009 年 12 月31 日收盘价相比 ， 上涨 31%。 2010 年伦敦金属交易所 （ LME） 三个月期货铜价最低点是 6 月
27、 7 日的 6038 美元 / 吨 ， 最高点是 12月 31日创下的 9687 美元 / 吨 。 2010 年伦敦 金属交易所当月和三个月期货铜平均价为 7534 美元 / 吨和 7550 美元 / 吨 ， 同比分别上涨 46.3 和 46 。国内铜价走势弱于国际市场。 2010 年国内市场铜价走势整体基本与国际市场一致 ， 但下半年在国际市场铜价连创新高的背景下 ， 国内价格滞涨明显。虽然这与人民币升 值有关 ， 但也表明市场信心明显不如国际市场 。 年底上海期货交易所三个月期货铜收 盘价为 71850元 / 吨 ， 与 2009年 12月 31日收盘价相比 ， 上涨 19.9%。上海金属
28、交易 所三个月期铜价最低点是 6 月 8 日的 48800元 / 吨 ， 最高点是 12月 31日的 71970元/ 吨。 2010 年上海金属交易所当月和三个月期铜平均价为 59225元 / 吨和 59296元 /吨 ， 同比分别上涨 41.4 和 4 3.3%。2 . 6 铜消 费及应用 领域铜是与人类关系非常密切的有色金属 ， 被广泛地应用于电气 、 轻工 、 机械制造 、 建筑工业、国防工业等领域 ， 在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。11铜在电气 、 电子工业中应用最广 、 用量最大 ， 占总消费量一半以上 。 用于各种电 缆和导线 ， 电机和变压器的绕阻 ， 开关以及印刷线路板等
29、。在机械和运输车辆制造中 ， 用于制造工业阀门和配件 、 仪表 、 滑动轴承 、 模具 、 热交换器和泵等 。 在化学工业中广泛应用于制造真空器 、 蒸馏锅 、 酿造锅等 。 在国防 工业中用以制造子弹、炮弹、枪炮零件等 ， 每生产 100 万发子弹 ， 需用铜 13-14吨 。在建筑工业中 ， 用做各种管道 、 管道配件 、 装饰器件等 。 铜能与其它许多金属形成合 金 。例如 ， 铜与锌的合金称为黄铜 ， 铜与镍的合金称为白铜 ， 铜与铝 、 锡等元素形成 的合金称为青铜等等 。 铜中加入合金元素 ， 可以提高其强度 、 硬度 、 弹性 、 易切削性 、 耐磨性以及抗腐蚀等方面的性能 ，
30、用以满足不同的使用要求。精铜主要以阴极板、坯料、饼坯或铸锭的形式 , 由冶炼厂送到加工厂。通过锻造 、轧制 、 挤压 、 拉拔 、 熔化 、 电解或粉化等工艺 ， 生产出丝 、 棒 、 管 、 薄板 、 厚板 、 带 材 、铸件、粉末以及其它型材 ， 销售出去以满足社会需要 。除了上述常规应用 ， 在火箭 、 卫星和航天飞机中也有应用 。 例如 ： 火箭发动机的 燃烧室和推力室的内村 ， 可以利用钢的优良导热性来进行冷却 ， 以保持温度在允许的 范围内 。 亚里安那 5 号火箭的燃烧室内村 ， 用的是铜一银一结合金 ， 在这个村简内加 工出 360 个冷却通道 ， 火箭发射时通入液态氢进行冷却
31、。2008-2010年中国铜半成品及精铜表观消费量增速趋势图第三 章 工艺 流程 的选择 及论 证3 . 1 概述冶金工艺流程是指从单一的矿物原料或复杂的矿物原料经过若干工序加工成产品的过程 。 冶金工艺流程由于矿物原料成分 、 性能及储量等的不同 ， 各个国家技术水平 和技术政策的差别 ， 乃至同一国家不同地区自然条件 、 环保要求等的不同 ， 所选择的 工艺流程也不同 。 工艺流程的选择与论证是一项综合性的技术经济工作 。 其所选的工 艺流程在技术上是否先进可靠 ， 经济上是否合理 ， 将直接关系到企业的投资水平和建 成12后的生产水平 、 经济效益乃至工厂的前途 。 因此 ， 工艺流程的
32、选择是一项十分重要的工作。铜的冶炼方法较多 ， 概括起来有湿法和火法两大类 ， 湿法炼铜通常用于处理氧化铜矿、低品位废矿、坑内残矿和难选复合矿。火法炼铜用于处理硫化铜矿的各种铜精矿 、 废杂铜 。 两种冶炼方法各有优缺点 。 火法还是湿法的选择 ， 都是围绕以下几个方 面进行抉择 ： 能否节约能源 ， 采用自然熔热的方法是能耗最低的 ； 能否防止公害 ； 能否利用低品位矿物以及综合回收有价元素 ； 金属实收率 、 生产率以及产品质量 。 总的 来说就是 ： 经济效益与社会效益的问题。下面就对湿法和火法进行简单的比较。见表 3.1 所示。表 3.1 湿法和火法的比较方 法 优 点 缺点火 法 炼
33、 铜生产率高 ， 能耗低 ， 电铜质 对大气污染严重 ； 不能直接量好 ， 稀贵金属回收利用好。 处理低品位矿。可 减少 或是 消 除对 大气 的 生产规模小 ； 产品质量不如湿 法 炼 铜 污染 ； 可直 接处理低品位矿或 火法好。是废矿坑3 . 1.1 湿法冶炼工艺我国是世界上最早采用湿法冶金的提取铜的国家之一 ， 目前世界上有 20%的左右的铜是用湿法提取的。湿法炼铜是利用溶剂将铜矿、精矿或焙砂中的铜溶解出来 ， 再进一步分离 ， 直接浸出 ， 富集提取的方法。铜的湿法冶金可分为低品位 （ 难选的 ） 硫化矿和氧化矿的处理以及硫化精矿的处理两大类。氧化铜矿物可被酸或氨溶液直接溶解 ， 现
34、在普遍应用的是用稀硫酸 （ 或电积提铜后的废液 ） 浸出。当矿石中含有硫化铜时 ， 可在稀硫酸溶液中配入硫酸高铁进行浸出。对于含铁和钙、镁碳酸盐高的矿石 ，为了选择性地浸出铜和减少溶剂消耗 ， 可用氨液进行浸出 。 根据含铜物料的矿物形态 、铜品位、脉石分的不同 ， 主要分以下三种 ：（ 1 ） 焙烧一浸出净化一电积法、氯化浸出法、细菌浸出法用于处理硫化铜精矿 。（ 2 ） 硫酸浸出一萃取一电积法 ， 用于处理氧化矿、尾矿、含铜废石、复合石 。（ 3 ） 氨浸一萃取一电积法 ， 用于处理高钙 、 镁氧化铜矿或硫化矿的氧化砂 ， 用于处理高钙、镁氧化铜矿或硫化矿的氧化砂。3 . 1.2 火法冶炼
35、工艺13目前世界上有 80%的铜是用火法生产的 ， 特别是硫化铜矿 ， 基本上都是用火法处理的 ， 火法处理的主要优点是 ： 适应性强 ， 冶炼速度快 ， 能充分利用硫化矿中的硫 ，能耗低 ， 特别适于处理硫化铜矿和富氧化矿。火法生产铜的原则工艺流程如图 3-1 所示。3-1 火法生产铜的原则工艺流程火法炼铜过程实际上是一个氧化富集的作业过程 ， 它主要用于处理硫化铜矿石或精矿 ， 其具体过程大致可以分为三个步骤 ： 造硫熔炼 - 冰铜吹炼 - 火法精炼和电解精炼 ，其最终产品电解铜含铜纯度可达 99.95%以上。而铜的湿法冶金过程主要以浸出 - 溶剂 萃取 - 富铜液电积法为主 ， 可处理火
36、法炼铜不便处理的低品位原料。虽然湿法炼铜工艺 的投资与生产费用均低于传统火法炼铜过程 ， 但仍只是现代铜火法冶炼的补充手段 。 鉴于我国高品位硫化铜矿及含贵金属硫化铜矿的特点 ， 采用浮选 、 熔炼 、 精炼技术提 取铜与金银是经济合理 、 行之有效的强化生产方法 。 我国铜冶炼生产普遍采用火法冶 金技术 ， 可分为三大类 ： 传统熔炼、熔池熔炼和闪速熔炼。传统熔炼方法是在鼓风炉、反射炉和电炉内进行的 ， 这种工艺的主要缺点是不能充分利用炉料中硫化物氧化的化学反应热作为能量 ， 矿物燃料量或电能消耗大 ； 现已被产出低浓度烟气、节能和低污染的强化熔炼新工艺所取代。现代生产铜的方法多种多样 ，
37、概括起来有闪速熔炼和熔池熔炼两种。（ 1 ） 闪速熔炼有奥托昆普闪速熔炼 、 因科闪速熔炼 ， 氧气闪速熔炼 、 漩涡顶吹熔炼等 ；14（ 2 ） 熔池熔炼有诺兰达熔炼 、 三菱法熔炼 、 特尼恩特转炉熔炼 、 澳斯麦特 / 艾萨熔 炼、瓦纽柯夫法、特尼恩特法、白银炼铜法和水口山炼铜法等。这些方法的共同特点是 ： 运用富氧技术强化熔炼过程 ， 充分利用精矿氧化反应热量 ， 在自然熔热或是接近自然熔热的条件下进行熔炼 ， 产出高浓度 SO2 烟气以便有效地回收硫 ， 制造硫酸或是其他产品 ， 消除污染 ， 保护环境 ， 节约能源 ， 达到用最少投 入最大收入的目的。3 . 2 精矿 的熔炼3 .
38、 2.1 传统熔炼按照我国同行的习惯 ， 把密闭鼓风炉熔炼、反射炉熔炼、电炉熔炼三种工艺简称为传统熔炼 ， 传统的熔炼工艺指造硫熔炼获得品位 30%50%的冰铜 ， 接着在卧式转炉中吹炼成粗铜。（ 1 ） 密闭鼓风炉熔炼密闭鼓风炉熔炼是一种历史悠久的熔炼方法。这种方法适应性强 ， 能处理大多数硫化矿和氧化矿 ， 产能率高 ， 热利用率高。密闭鼓风炉炼铜工艺流程如图 3-2 所示 。3-2 密闭鼓风炉炼铜工艺流程早期的鼓风炉熔炼炉顶是敞开的 ， 只能处理块矿或烧结块 ， 所产烟气 SO2 浓度低 ，不宜有效回收 ， 污染严重 。 20 世纪 50 年代以后 ， 国外冶炼厂相继开发了料封式密闭鼓风
39、炉直接处理铜精矿。密闭鼓风炉如图 3-3 所示。153-3 密闭鼓风炉改进后的密闭鼓风炉不但可以直接处理细粒铜精矿 ， 而且提高了烟气中 SO2 浓度 ， 简化了流程 ， 省去了庞杂的烧结设备。但是 ， 由于直接处理铜精矿 ， 密闭鼓风炉床能力降低 ， 一般为 4050t/(m 2 d)， 且铜锍品位低 ， 仅为 22%30%。（ 2 ） 反射炉熔炼铜精矿的反射炉熔炼曾经是世界铜工业的标准工艺 ， 第一台炼铜反射炉始于 1879年 ， 此后 ， 反射炉炼铜迅速发展 ， 在 20 世纪 60 年代达到顶峰 ， 其产量占世界铜总产量的 70%。其工艺流程如图 3-4 所示。163-4 反射炉工艺流
40、程图到 20 世纪 70 年代 ， 以闪速熔炼为代表的的低能耗、环境污染低、高效率的现代熔炼方法迅速崛起 ， 致使反射炉熔炼渐渐被新的熔炼方法所取代。反射炉熔炼具有如下的优点 ：适于处理粒径小于 35mm的粉状物料 ， 能使用各种燃料 ， 无需复杂的焙烧系统 、工艺流程大大简化 ， 渣含铜低 ， 炉子寿命长 ， 易于实现机械化和自动化 。 但是环境污 染严重 ， 能耗高 ， 耐火材料单耗高 ， 而生产能力不高 。 所以近三十年来逐渐为新的熔 炼方法所取代。反射炉如图 3-5 所示。3-5 反射(3) 电炉熔炼电炉熔炼是一种灵活性大的熔炼过程 ， 特别适合处理高熔点的物料 。 使用电炉熔炼 ，
41、常用的电炉是矿热电炉 ， 其加入熔剂量少 ， 渣量少 ， 产出烟气量也小 。 电炉熔炼的金属回收率高达 98.5%， 烟气中 SO2 浓度 4% 8%， 有利于制酸和减少环境污染 ，能耗仅为反射炉熔炼的 40%50%， 当电价低于碳氢燃料价格一半时 ， 采用电炉熔炼是经济的 。 但在近年造锍熔炼新方法的发展中 ， 电炉熔炼仅在电力特别丰富的地区才占有一定地位。173 . 2.2 闪速熔炼闪速熔炼是现代火法炼铜的主要方法。它克服了传统方法未能充分利用粉状精矿的巨大表面积 ， 将焙烧和熔炼分阶段进行的缺点 。 从而 ， 大大减少了能源消耗 , 提高了硫利用率 ， 改善了环境 。 闪速熔炼炼铜的生产
42、能力约占粗铜冶炼能力的 50%。 闪速炉 不仅作为主要的熔炼设备 ， 而且已开始取代传统的 P-S 转炉作为连续吹炼的设备。闪速熔炼是将经过深度脱水 （ 含水小于 0.3%） 的粉状精矿 ， 在喷嘴中与空气或氧气混合后 ， 以高速度 （ 60 70m/s） 从反应塔顶部喷入高温 （ 1450 1550 ） 的反应塔内 。 此时 ， 精矿颗粒被气体包围 ， 处于悬浮状态 ， 在 2 3s 内就基本上完成了硫化物的分解、氧化和熔化等过程。熔融硫化物和氧化物的混合熔体落下到反应塔底部的沉淀池中汇集起来 ， 继续完成冰铜与炉渣最终形成过程 ， 并进行沉清分离。炉渣在单独贫化炉或闪速炉内贫化区处理后再弃
43、去。闪速熔炼工艺如图 3-6 所示。3-6 闪速熔炼工艺流程图18闪速熔炼有以下的特点 ： 焙烧与熔炼结合成一个过程 ； 炉料与气体密切接触 ， 在悬浮状态下与气相进行传热和传质 ； FeS 与 Fe3 O4、 FeS 与 Cu2 O(NiO)以及其它硫化物与氧化物的交互反应主要在沉淀池中以液 液接触的方式进行。(1) 奥拓昆普闪速熔炼精矿从反应塔顶垂直喷入炉内的奥拓昆普闪速炉是由反应塔 、 沉淀池和上升烟道组成 。 干燥的铜精矿 （ 水分低于 0.3%） 石英熔剂 、 返料 ( 烟尘 、 渣精矿等 ) 向富氧空气一起经过反应塔的精矿喷嘴喷入反应塔的高温反应区内 ( 烟气温度高达 135014
44、50 ) 在反应塔中处于悬浮状态下完成冶金反应过程 ； 生成的炉渣 、 冰铜在沉淀池中澄清分离 ； 夹带烟尘的高浓度 SO2 、高温烟气经上升烟道进入冷却、收尘系统、净化后生产硫酸 ； 含铜 1%3%的炉渣经过电炉贫化以后产出弃渣 ， 或者是经缓冷后浮选磨矿 ， 产出渣精矿返回闪速炉 ； 冰铜送往闪速炉 ， 奥托昆普闪速炉如图 3-7 所示 。图 3-7 奥托昆普闪速炉(2) 因科闪速熔炼精矿从 炉子端墙上 的喷嘴水平 喷入炉内的 因科闪 速熔炼是由 加拿大国际 镍公司(IntenationalNickelCo .Lt d. )Inco开发的一种铜精矿熔炼工艺。它在有色冶金工艺中首次应用了使用
45、氧气进行熔炼的过程 。 因科闪速炉不同于奥拓昆普闪速炉 ， Inco闪速炉是通过装于端墙的喷嘴将工业氧气和干燥铜精矿、返料等从水平方向喷入高温炉内 ， 使精矿在水平方向的氧气流中燃烧 ， 生成冰铜、炉渣和烟气。由于因科闪速熔炼过程 应用工业氧鼓风、自热熔炼 ， 所以又称之为氧焰闪速熔炼或氧气自热熔炼 。 区别于奥 托昆普闪速炉的直立式反应塔 ， Inco 闪速炉也被称为卧式闪速炉。19Incos闪速炉如图 2.2 所示。图 2.2 Inco 闪速炉Inco 闪速炉技术特点 ：1 ) 采用氧气鼓风、烟气量小、烟气处理设备小 ， 建设投资低 ；2)烟气含 SO2 70% 80%， 可以生产液体 S
46、O2， 元素硫或硫酸 ；3 ) 过程自热 ， 熔炼的氧气消耗每吨铜 800 1000M3 。4 ) 炉渣含铜较低 ， 弃去前可以不做处理。3 . 2.3 熔池熔炼熔池熔炼是在细小的硫化矿精矿加入熔体的同时 ， 向熔体鼓入空气或者工业氧气进行熔炼。供气的方式有顶吹喷枪或者通过埋入熔池的风口完成。鼓风是向熔池中压入了气泡 ， 当气泡通过熔池上升时。呈 “ 熔体柱 ” 运动 ， 这样便给熔体注入了很大的动能。由于熔池熔炼过程的传热与传质效果好 ， 可大大强化冶金过程 ， 达到了提高设备产率和降低冶炼过程能耗的目的 ， 因此 20 世纪 70 年代后熔池熔炼得到了迅速发展。工业上己采用的新的熔池熔炼方
47、法有诺兰达法、白银法、瓦纽科夫法、特尼恩特法、三菱法、水口山法和艾萨法等 。熔池熔炼的炉型大多在熔池炉型或转炉炉型的基础上改造而成。鼓入富氧空气是现代熔池熔炼的共同特点 ， 而鼓风的部位和方式则各有不同。如果把熔池熔炼炉分为转动式和固定式炉型 ， 属于转动式的则有诺兰达炉 、 特尼恩特炉和水口山炉 ， 属于固 定式的则有澳斯麦特 / 艾萨炉、三菱炉、瓦纽科夫炉和白银路等。(1) 诺兰达法诺兰达熔炼工艺系加拿大诺兰达矿业公司所发明 ， 1973 年 ， 第一台日理 726t 精矿的诺兰达反应器在加拿大霍恩炼铜厂投入工业生产 ， 直接熔炼铜精矿生产粗铜。到2020 世纪 90 年代初 ， 诺兰达生
48、产能力达到 2930t/d， 全年产铜 180200kt。现他己成为一种成熟可靠的炼铜方法。其生产工艺流程如图 3-7 所示。3-7 大冶冶炼厂诺兰达熔炼工艺流程诺兰达熔炼炉的优点是 ： （ 1 ） 能够有效地进行富氧强化热损失小 ， 自热程度高 ，炉床能力高 ， 精矿处理最高达 90t/h； 流程简单 ， 对原料燃料适应性强 ， 能处理粉矿 ，也可以处理废杂铜等 ； （ 2 ） 脱硫率高 ， 可达到 96%， 铜品位高 ， 一般在 72%左右 。 但是也有其缺点 ： (1)燃料率低 ， 仅 3%左右 ； 鼓风时率低仅为 80.7%； 烟罩漏风率大 ，造成工艺作业率低 、 炉寿短 ， 炉子处理
49、量降低 、 氧气浪费大 、 直收率低 ( 不到 80%)； (2)其次诺兰达熔炼炉周围环境污染较大 ， 包括 ： 捅风口机嗓声 ， 抛料机周围的粉尘 ； 放锍放渣时段散逸出来的烟尘和烟气较大。诺兰达生产过程示意图如图 3-8 所示。213-8 诺兰达反应炉示意图（ 2 ） 白银法白银炼铜法系 1979 年白银有色金属公司铜冶炼厂与有关单位研制成功的强化炼铜工艺。是在反射炉的基础上发展起来一种新的粗铜冶炼工艺。白银炼铜法有单室炉和双室炉两种工艺流程 ， 分别如图 3-9（ 单室炉 ） 和图 3-10（ 双室炉 ） 所示 ， 两者在烟道系统上略有差异。223-9 单室白银炉工艺流程昆明 理工大 学 设计 （论文 ）专用 纸233-10 双室白银炉工艺流程昆明 理工大 学 设计 （论文 ）专用 纸24白银炼铜法具有如下优点 (1)熔炼效率高 ， 炉子结构简单 ， 检修方便 ； (2)入炉水分为 6%8%。 混有少量粗粒的炉料可直接加入炉内处理 ， 免去了庞大的炉料制备和干燥 系统 ； (2)备料系统简单 ， 对原料的适应性强 ， 有利于共生复合矿的综合利用 ； (
