摇炉精炼废杂铜的生产实践.pdf

1 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y t ．b g r i m m ．o n 2 0 1 3 年第8 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．0 8 ．0 0 5 摇炉精炼废杂铜的生产实践 欧福文 广西有色再生金属有限公司，广西梧州5 4 3 1 0 3 摘要借助国内外传统高品位废杂铜精炼的经验，采用摇炉精炼废杂铜。阐述了摇炉的生产实践，分析 了加工成本以及摇炉需要改进的地方。 关键词废杂铜；精炼；摇炉；天然气；生产实践 中图分类号T F 8 1 1文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 3J 0 8 0 0 1 4 0 3 P l a n tP r a c t i c eo fR e f i n i n go fS c r a pC o p p e ri nR o c k i n gF u r n a c e O UF u w e n G u a n g x iN o n f e r r o u sM e t a l sR e c y c l i n gC o ．，L t d ．，W u z h o u5 4 3 1 0 3 ，G u a n g x i ，C h i n a A b s t r a c t S c r a pc o p p e rw a sr e f i n e di nr o c k i n gf u r n a c ew i t hr e f e r e n c et ot h er e f i n i n gp r a c t i c e so fh i g hg r a d e s c r a pc o p p e rh o m ea n da b r o a d ．T h ep l a n tp r a c t i c eo fr e f i n i n gw a se l a b o r a t e d ，t h ep r o c e s s i n gc o s tw a sa n a l y z e d ，a n dt h ei m p r o v e m e n tw a sp u tf o r w a r d ． K e yw o r d s s c r a pc o p p e r ；r e f i n i n g ；r o c k i n gf u r n a c e ；n a t u r a lg a s ；p l a n tp r a c t i c e 废杂铜是我国有色领域中最大的再生资源。目 前国内近百家废杂铜冶炼和加工企业采用传统奥斯 麦特炉、竖炉、鼓风炉或反射炉[ 1 。4 ] ，工艺采用“二段 法”或“三段法”。原料的适应性较差，只能处理含铜 9 4 ％甚至9 6 ％以上的废杂铜。使用的燃料及还原 剂基本为重油或还原煤粉，生产效率低，低空污染严 重，还原剂消耗大；同时需要人工插管进行氧化还原 操作，劳动强度大。 广西有色再生金属有限公司年产3 0 万t 再生 铜冶炼工程项目总投资2 3 ．2 亿元，年产3 0 万t 高 纯阴极铜及副产硫酸铜、硫酸镍等。根据废杂铜原 料含铜品位的不同，采用两种不同的火法冶炼工艺， 含铜品位2 0 ％～9 0 ％的杂铜采用顶吹转炉精炼，含 铜品位9 0 ％以上的杂铜采用摇炉精炼。 1 工艺设计方案 1 ．1 设计依据 收稿日期2 0 1 3 - 0 1 1 8 作者简介欧福文 1 9 6 9 一 ，男，广西岑溪市人，工程师 与国外的倾动炉相比，精炼摇炉与其技术水平 相当，但造价比倾动炉低；与国内的奥斯麦特炉、反 射炉相比，又可以完全克服奥斯麦特炉、反射炉无法 处理冷料的不足，同时生产规模、技术水平和装备水 平大幅提高。该炉处理含铜9 0 ％以上的物料，利用 天然气为燃料及还原剂，经过熔化、氧化、出渣、还 原，产出纯度9 9 ．3 ％以上的阳极铜，实现在一个设 备中完成熔炼和吹炼的短流程高效冶金过程。每台 精炼摇炉年产阳极铜1 0 万t 。 精炼摇炉主要由精炼摇炉本体、余热锅炉、烟气 收尘等系统组成。摇炉本体为一个卧式异形水平筒 体，主要由炉体、驱动装置及富氧烧嘴、透气装置组 成。驱动装置由含液压油缸、液压站及其控制系统 的支撑部分和液压驱动部分组成。富氧烧嘴从摇炉 前端插入，透气装置由安装在摇炉底板的透气砖本 体及控制系统组成。烟气收尘由板式烟气冷却器、 布袋收尘器、排烟风机、烟囱及环集排烟系统组成。 万方数据 2 0 1 3 年第8 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 5 1 ．2 工艺流程 精炼摇炉系统工艺流程图见图1 。 高品位废杂铜 c u ≥9 0 ％ 图1 精炼摇炉系统工艺流程图 F i g ．1 P r o c e s sf l o wd i a g r a mo fr o c k i n gf u r n a c e r e f i n i n gs y s t e m 2工业实践 2 ．1 工作原理 工艺过程分为加料熔化、氧化、还原、浇铸4 个 作业阶段。废杂铜、石英石、石灰通过摇炉的两个加 料门投入炉体，在高效富氧烧嘴供热下，炉内物体快 速熔化并升温。由中控室转动操作角度后，通过位 于炉头的6 根垂2 2m m 的不锈钢管吹入压力0 ．6 5 M P a 、流量30 0 0m 3 ／h 标态，下同 的压缩空气进行 氧化作业，使杂铜内的杂质形成炉渣，摇炉转至排渣 角度后从出渣门排出。摇炉转至精炼角度时，从这 6 根不锈钢管中吹入压力0 ．3 5M P a 、流量15 0 0 m 3 ／h 甲烷含量大于9 2 ．5 ％的天然气进行还原作 业，还原至阳极铜含氧量小于0 ．2 0 ％后浇铸成阳极 板。精炼渣送低品位熔炼系统，烟气进入余热锅炉 回收余热后，经板式冷却器、布袋收尘后排空。在这 4 个阶段，透气砖系统根据不同作业状态，分别控制 8 块透气砖中通过的氮气流量在3 0 ～1 2 0L ／m i n 。 高品位废杂铜除含铜外，还含锌、铁、铅、锡、锑、 镍、氯和有机物等杂质，在12 5 0 ～13 0 0 ℃下，经熔 化、氧化、出渣、还原阶段后，炉料中锌、铅、锑等低沸 点杂质，在还原过程中优先挥发进入收尘系统回收； 铁等杂质在氧化阶段造渣除去，几乎全部进入精炼 渣，少量废纸、塑料等有机物，高温燃烧挥发。 2 ．2 生产数据 高品位废杂铜的品种繁多，加料期除了投入废 杂铜外，同时需加人生铁、铜熔剂、石灰、石英石等辅 助材料用于造渣，辅料用量取决于废杂铜中的杂质 含量。 加料和熔化结束温度分别控制在11 0 0 ～11 3 0 ℃和11 3 0 ℃，氧化和还原温度分别控制在11 3 0 ～ 13 0 0 ℃和12 0 0l3 0 0 ℃。氧化和还原时炉子倾 转角度为1 7 。 。加料时间控制在1 0h 左右，物料 尺寸不超过1 ．3m 0 ．8m ；熔化时间、氧化时间、放 渣时间和还原时间分别控制在≤1h 、≤7h 、≤1h 和≤3h 。关键在于加料时间和氧化时间，只要加料 控制在1 0h 以内，氧化时间控制在6h 以内 不需 要进行二次氧化 ，每炉熔炼周期控制在2 4h 以内。 6 月2 1 2 6 日的数据见表1 。 表1 精炼摇炉指标 T a b l e1I n d e xo fr e f i n i n gr o c k i n gf u r n a c e 在加料阶段、熔化阶段和氧化阶段，两支烧嘴 天然气总量分别控制在6 0 0 ～14 0 0m 3 ／h 、8 0 0 ～ 16 0 0m 3 ／h 和6 0 0 ～12 0 0m 3 ／h 。两支天然气烧嘴 调整幅度每次不允许超过1 0 0m 3 ，2 次天然气调整 间隔必须大于1 0m i n ，压缩空气流量控制在28 0 0 31 0 0m 3 ／h ，压力控制在0 ．5 ～o ．7 5M P a ，天然气 氧气助燃风一1 1 ～1 ．8 7 。还原阶段天然气 流量控制在12 0 0 13 0 0m 3 ／h ，两支烧嘴的燃烧风 各控制在30 0 0m 3 ／h 。 甲罴 万方数据 1 6 有色金属 冶炼部分 h t t p [ ／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年第8 期 例如F 6 2 3 炉的生产数据为加料熔化时间 1 1 ．4 6h ，氧化时间4 ．2 5h ，还原时间2 ．0 7h ，浇铸时 间5 ．3 5h ，冶炼周期2 3 ．1h ，优于设计值的2 4h 。 浇铸阳极铜9 1 7 块，共3 5 5t ，合格率9 7 ％，产生精炼 渣4 9t 。每吨阳极铜天燃气和氧气单耗分别为 7 4 ．9 2m 3 和8 7 ．7 9m 3 。石英石投料量5t ，石灰0 ．5 t ，造渣剂0 ．2 5t 。 3效果分析 从产品阳极板的化学成分看，摇炉前6 炉处于 试验阶段，未产出正式产品，从第7 炉开始，含铜量 基本在9 9 ．3 ％以上，试产前期偶尔出现部分炉次 氧、铅、锡、镍等个别元素超标现象，其他元素砷、铋、 镍、硅、硫等元素均在合格阳极板标准范围内。2 0 1 2 年3 月以后阳极板化学成分全部达到要求，试产前 期渣含铜均值3 9 ％，近期渣含铜量均值降低为 3 2 ％，有些炉次已降到2 5 ％左右。2 0 1 2 年9 月及 1 0 月摇炉阳极铜成分均值见表2 。 表22 0 1 2 年9 月及1 0 月阳极铜成分均值 T a b l e2M e a nv a l u e so fa n o d ec o p p e ra tS e p t e m b e ra n dO c t o b e r2 0 1 2／％ 其中F 5 1 4 2 、F 5 1 4 9 炉铜品位9 9 ．7 8 ％，为最 高值；F 6 1 2 9 炉铜品位9 9 ．5 1 ％，为最低值。 2 0 1 2 年1 0 月阳极铜主要杂质含量分布为 ％ o3 6 ．3 6 、P b1 8 ．4 8 、S n1 4 ．2 4 、N i9 ．7 0 、A s 4 ．2 4 、Z n3 ．0 3 、F e2 ．5 2 、S b2 ．4 2 、B i1 ．0 9 、S0 ．3 0 、S i 0 ．0 6 、其他7 ．5 5 。 摇炉的车间加工成本主要为天然气、厂房及设 备折旧费、维修及车间管理费、耐火材料、人工、电、 硫酸钡、石英石等，分别占车间成本的比例为4 7 ％、 2 0 ％、1 3 ％、9 ％、3 ．5 ％、3 ．5 ％、2 ．6 ％、1 ％。可见，降 低天然气的消耗将会直接降低摇炉阳极板的车间加 工成本。目前，摇炉单炉作业周期比试产期已大大 缩短，加料时间也缩短了一半，还原和燃烧的天然气 单耗由原来的每吨阳极铜1 6 0m 3 降至7 5 ～1 1 0 m 3 ，为摇炉车间成本的控制提供了很大的便利。 摇炉的除杂能力超强，我们曾冶炼过水箱铜 含 铜8 0 ％～8 2 ％、铅1 3 ％～1 7 ％ 等废杂铜原料，而其 他工艺是很难处理的。 由于使用天然气为燃气和还原剂，摇炉烟气的 水分比其他工艺产生的烟气水分要高很多，烟尘在 板式冷却器及布袋收尘系统容易黏结，给烟气收尘 系统带来更高的要求。 4结论 控制精炼摇炉作业周期的关键在于缩短加料时 间和氧化时间。天然气占精炼摇炉车间加工成本的 4 7 ％。摇炉可以处理杂质含量比较高的废杂铜。 参考文献 [ 1 3 姚素平．N G L 炉精炼废杂铜工艺及其应用[ J ] ．有色金 属 冶炼部分 ，2 0 1 0 6 1 3 1 5 ． [ 2 3 乐颂光，鲁君乐．再生有色金属生产[ M 3 ．长沙中南工 业大学出版社，1 9 9 0 ． [ 3 3 朱祖泽，贺家齐．现代铜冶金学[ M 3 ．北京科学出版 社，2 0 0 3 ． [ 4 3 卢斗江．低品位废杂铜火法熔炼技术述评[ J ] ．资源再 生，2 0 1 1 7 5 8 6 2 ． 万方数据