冰铜水淬与实践.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年2 期 3 3 冰铜水淬与实践 刘卫东 祥光铜业有限公司，山东阳谷2 5 2 3 2 7 摘要简要介绍了冰铜水淬“I N B A ”系统在祥光铜业的生产工艺，分析了冰铜在水淬过程中产生爆炸的 原因。阐述了冰铜性质、冰铜温度、水淬水压、相对水量等内外条件对沙状冰铜品质的影响，总结了“I N B A ”系统在生产实践中存在的问题和整改措施。 关键词熔融冰铜；砂状冰铜；冰铜粒度；爆炸 中图分类号T F 8 1 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 【2 0 0 9 0 2 0 0 3 3 - - 0 3 M a t t eG r a n u l a t i o na n dP r a c t i c e L I UW e i d o n g X i a n g g u a n gC o p p e rC o ．。L T D ，Y a n g g u2 5 2 3 2 7 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r o d u c t i o np r o c e s so fm a t t eg r a n u l a t i o n “I N B A ”s y s t e ma p p l i e db yX i a n g g u a n gC o p p e ri sd e s c r i b e da n dt h er e a s o no fe x p l o s i o ni nm a t t eg r a n u l a t i o np r o c e s si sa l s oa n a l y z e d ．T h ei m p a c t so fm a t t e c h e m i c a lp r o p e r t y ，m a t t e rt e m p e r a t u r e ，g r a n u l a t i o nw a t e rp r e s s u r ea n dc o m p a r a t i v ew a t e rq u a n t i t y ，e t c ． i n t e r i o ra n de x t e r i o rc o n d i t i o n so nt h eq u a l i t yo fs a n dm a t t ea r ee x p l a i n e da n dt h ep r o b l e ma n dc o r r e c t i o n m e a s u r e so f “I N B A ”s y s t e mi np r o d u c t i o np r a c t i c eares u m m a r i z e d ． K e y w o r d s M e l t i n gm a t t e ；S a n dm a t t e ；M a t t es i z e ；E x p l o s i o n 闪速吹炼和闪速熔炼一样，都要利用物料的巨 大表面积，为达到闪速吹炼入炉物料粒度 7 0 ％≤ 0 ．0 4 7m m 的要求，需要将闪速熔炼产出的熔融冰 铜转化为固态砂状冰铜，再细磨成冰铜粉，为此祥光 铜业引进了一套“I N B A ”水淬系统，其工艺过程的基 础是用带压的冷水对高温熔融冰铜进行水淬。 1 工艺流程简介 高温熔融冰铜由闪速熔炼炉放铜口排出后经出 铜溜槽导人粒化塔内，在粒化塔内由粒化水箱喷出 的带压水流进行水淬而得到砂状冰铜；再由渣浆泵 将水、砂混合物打到脱水转鼓内，在脱水转鼓内完成 水、砂分离；水淬过程中产生的蒸汽由烟囱排到大气 中；分离出的水由循环泵送到冷却塔进行降温处理 后，再通过粒化泵参于系统循环；砂状冰铜由转运皮 带连续运至脱水仓进一步脱水，以达到含水5 ％～ 作者简介刘卫东 1 9 7 0 - - ，男，熔炼车间副主任，大学． 8 ％的要求。 2影响砂状冰铜粒度的因素 砂状冰铜在脱水转鼓内是依靠细目 0 ．6m m x 0 ．8m m 的筛网和粗砂滤细沙的原理而达到水、砂 分离的；而且砂状冰铜还不能直接作为闪速吹炼的 入炉物料，要经过冰铜磨的细磨和干燥，这就对砂状 冰铜粒度提出要求粒度过大会影响冰铜磨的正常 运行，粒度过小会造成收集困难。一般要求砂状冰 铜粒度控制在1m m ～8m m ，理想状态3m m ～5 m m o 2 ．1 水淬过程中的化学反应 熔融冰铜在水淬的过程中会出现爆炸现象 习 惯叫做冰铜放炮 ，这是因为水与高温熔融冰铜接 触，在急速汽化膨胀的同时，还会发生化学反应【1 ] C u 2 S 2 H 2 0 C u S 0 2 g 2 H 2 B 1 万方数据 3 4 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年2 期 △G 3 5 4 3 4 3 3 1 5 ．0 6 T F e S H 2O F e O d - H 2S g 2 △G 9 1 2 1 1 ．2 1 2 3 ．6 T 3 F e S 4 H z O F e 3 0 4 3 H 2 S g H 2 g 3 △G 2 4 7 7 7 7 4 5 4 ．1 T 由于粒化塔与大气相通，且在粒化塔的顶部设 有排汽烟囱，粒化塔内的空气流动很快，有充足的氧 气，生成的可燃气体H 。S 和H z 还会和空气中的氧 气发生反应 2 H 2 0 2 2 H 2 0 4 △G 一5 0 3 9 2 1 d - 1 1 7 ．3 6 T H 2 S 0 2 2 H 2 0 S 0 2 g 5 △G 1 1 2 5 1 6 1 ．3 d - 3 8 9 ．5 T 以上为放热、增容反应，在高温状况下反应速度 极快，由于反应剧烈，释放热能的速度极快，体系不 能在有效的时间内将热量散发出去，就会产生剧烈 的局部升温；汽化膨胀和反应中瞬间产生的高压气 体来不及扩散，在压缩的过程中就会产生巨大的压 力，当这种压力使气体以极快的速度扩散时，就会产 生高温高压气流在瞬间释放能量的现象 爆炸 。爆 炸产生的冲击波对熔融冰铜和已经冷却固化的砂状 冰铜都有分散和破碎的作用，使之形成细目的颗粒。 在祥光铜业的生产实践中，由脱水转鼓收集到的颗 粒≤0 ．3m m 的细目冰铜就达到1 0 ％～2 0 ％，脱水 转鼓未收集到而沉降于中间水池的细目冰铜达到 6 ．9 ％，甚至有一0 ．0 4 7m m 的细目冰铜出现。 2 ．2 冰铜温度对砂状冰铜粒度的影响 由反应式 1 ～ 3 中的△G 可以看出，冰铜温 度对反应的方向和速率影响极大，随着温度的升高， △G 减小，从热力学的角度看，温度的升高有利于反 应的进行；从动力学角度看，温度升高反应会加快， 反应时间会缩短。冰铜温度越高，反应越剧烈，反应 的产物越多。产生的可燃气体就越多，反应式 4 、 5 的反应机率越高。爆炸的频率越高、威力越大， 产生的细目冰铜也就越多。同时冰铜温度越高，流 动性越好，流量也就越大，相对水量会减小。而且随 着冰铜温度的升高，黏度会降低，熔融冰铜更容易被 分散。在祥光铜业的生产实践中，当冰铜温度低于 12 2 0 ℃时，水淬现场只有间断、微弱的爆炸声，脱水 转鼓内的水位也很低；当冰铜温度高于12 7 0 ℃时， 水淬现场的爆炸声连续、剧烈，脱水转鼓内的水位上 升很快、很高，甚至会出现转鼓溢流的状况。脱水转 鼓的水位代表了水能否顺利的穿过脱水转鼓的细目 网孔，水位的高低反映出了筛网的堵塞程度，说明了 细目冰铜的多少。通过在粒化塔出口取样分析，在 水淬水压相同 3 5 0k P a ，冰铜品位相近的状况下， 当冰铜温度为12 1 0 。C 时，≤0 ．3 m m 的细目冰铜约 占6 ％～8 ％，当冰铜温度为12 8 0 ℃时，≤0 ．3m m 的细目冰铜约占1 6 ％～2 2 ％。在正常生产中，考虑 到闪速熔炼炉炉况的控制，冰铜温度控制在12 4 0 12 6 0 ℃比较合适。 2 ．3 水淬水压对砂状冰铜粒度的影响 熔融冰铜从出铜溜槽流人粒化塔，在落入粒化 塔水中前，受到安装在溜槽底部的粒化箱喷射出的 带压水流的冲击，分散为小液滴，同时快速冷却为固 态小颗粒。水压越高，分散的效果越好，颗粒数越 大，产生的细目冰铜就越多；但压力过小的水流不能 有效地将冰铜流分散，会造成相对水量减小，增加爆 炸的机率，爆炸的机率越高产生的细目冰铜就越多。 在同一次的冰铜排放当中，通过调整水淬水压，水淬 水压高时产生的细目冰铜比水淬水压低时产生的细 目冰铜要少。而且没有被分散的冰铜流落入水中， 会带人大量的热能，会使其周围的水迅速汽化，汽化 膨胀同样会引起爆炸，而且只要冰铜在熔融状态，同 样会发生化学反应引起爆炸。如果涌入水中的冰铜 过多，一旦爆发，会引起恶性爆炸事故。考虑到安全 生产，水淬水压一般控制在3 5 0 ～4 5 0k P a 比较合 适。 2 ．4 水淬水量对砂状冰铜粒度的影响 熔融冰铜小液滴固化的速度取决冰铜由过热温 度下降到熔点的时间，冰铜在水淬的过程中，水为主 要的换热介质。相对水量越大，换热的过程就越短， 固化的速度越快，小液滴相互间及小液滴与固态小 颗粒间再结合的机会就会大大降低；同时快速冷却 固化也阻止了化学反应的进行，水汽化膨胀引起爆 炸的机会同样会减小，一般水铜比控制在1 5 1 。 相对水量的大小取决于粒化喷头的形状、粒化喷头 分布状况、冰铜流量、冰铜流的分布状况以及水淬水 压。 2 ．5 出铜溜槽对砂状冰铜粒度的影响 冰铜流的分布状况受出铜溜槽形状的支配，“弧 形”底溜槽会造成冰铜流的分布不均，两侧的冰铜流 由于相对水压、水量较大，会形成较细的颗粒；而中 间的冰铜流由于相对水压、水量较小，不能有效的分 散和急速冷却，使爆炸的机率增高。为保证冰铜流 的均匀分布，一般采用“平形”底溜槽。同时冰铜在 出铜溜槽内是处于降温的状态，难免会形成粘结 习 惯叫做固铍 ，尤其是悬挂在溜槽出口粘结 习惯叫 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年2 期 3 5 做溜槽挂胡 ，会在冰铜流和水流间形成隔墙，阻碍 水淬的进行。大量的熔融冰铜未经粒化就涌入水 中，会引起恶性爆炸事故；产生的块状冰铜会损坏渣 浆泵，堵塞粒化塔；产生的固铍需经破碎处理方可使 用，增加了生产成本。为防止此类状况出现，要适当 提高冰铜温度，并通过保温的方式，使冰铜在流经出 铜溜槽后温降尽可能小。 3水淬系统的水质控制 反应 1 ～ 3 、 5 的产物中都含有S O 或 H 。S ，S O 与水反应的产物是亚硫酸，H 。S 的水溶液 为氢硫酸 弱酸 ，两种物质都会使水淬水质恶化。 随着水淬过程的进行，水淬水的p H 逐渐减小，酸性 增强，腐蚀设备，使设备的寿命缩短。为此需要在水 系统中连续补加碱性溶液以中和连续产生的酸性物 质，保证水的酸碱度，一般水中的p H 控制在7 ．5 ～ 8 ．5 。 4“I N B A “ 水淬系统在祥光的实践 综前所述，冰铜水淬与炉渣水淬不同，砂状冰铜 的粒度受冰铜遇水放炮的性质影响极大。“I N B A ” 水淬系统在祥光的生产初期主要问题集中在砂状冰 铜的两极分化和细目冰铜的收集上。 4 ．1 大块的产生与防治 在祥光的生产中。水淬过程中约有1 ．5 ％的大 块 ≥5 0m m 冰铜 固铍 产生，这部分固铍会堵塞 粒化塔和造成渣浆泵故障，并影响下道工序的生产 顺行，常常需要停产清理。究其原因主要是出铜溜 槽采用的是水冷铜溜槽，虽然在水冷铜溜槽上设有 保温烧嘴，但冰铜流与水冷铜槽接触部的冰铜仍然 会降温固化，尤其是在溜槽的出口部，溜槽的挂胡现 象非常严重，这一部分固铍被爆炸产生的冲击波击 落到粒化塔中形成大块；而且保温烧嘴燃烧的是天 然气，燃烧后的烟气会在水冷铜槽上形成冷凝水，引 起出铜溜槽放炮，严重威胁操作安全。根据这一状 况，祥光铜业将出铜溜槽改为由耐火材料制成的保 温溜槽，在合适的冰铜温度下，大块的产生机率非常 低，基本上不用停产清理；同时因为溜槽的保温效果 好，溜槽的保温天然气用量只有整改前的1 ／3 ，产生 的经济效益也相当可观。 4 ．2 细目冰铜的收集 如前所述，“I N B A ”水淬系统在生产中随着冰铜 温度的变化，产生的≤0 ．3m m 的细目冰铜约占冰 铜量的2 0 ％～3 0 ％。大量的细目冰铜不能被转鼓 收集，参与水系统的循环，对循环管道和水泵的磨损 极大，普通水泵叶轮的使用寿命只在生产三万吨冰 铜左右；同时大量的冰铜沉积于冷水池，造成水系统 无法正常循环，每生产三万吨冰铜必须停炉清理，每 次的清理时间需要3 5 天。为减少细目冰铜的产 生和有效的收集细目冰铜，祥光铜业在原有的工艺 条件下，对粒化头的几何形状、水流的喷射方向、水 淬水压、相对水量等作了一系列调整；同时在水系统 中增设沉降池，大大降低了循环水的含砂量，保证了 生产顺行。 5结语 冰铜水淬作为对熔融冰铜处理的新工艺，“I N B A ”水淬系统也是第一次用在熔融冰铜的粒化上， 也没有很好的成功经验，在生产实践中还会有很多 新问题出现，还会有很多技术难题需要探讨。 参考文献 [ 1 ] 傅崇说．有色冶金原理[ M ] ．北京冶金工业出版社， 】9 8 4 ． 万方数据