4 旋浮铜冶炼节能减碳技术
一、技术名称:旋浮铜冶炼节能减碳技术
二、技术类别:减碳技术
三、所属领域及适用范围:有色金属行业 铜冶炼
四、该技术应用现状及产业化情况
目前,全世界火法炼铜的工厂约 110 家,其中采用闪速熔炼的工 厂约 40 多家,产铜量占总产量的 60%以上。闪速冶炼以其节能高效环 保的技术特点,成为世界先进、主流的铜冶炼工艺。随着铜冶炼向着更 加节能、环保、低碳的方向发展,闪速冶炼的反应偏析、脱杂差、能耗 高、强化冶炼困难等问题也暴露出来,并制约着冶炼产业可持续发展。 我国铜冶炼综合能耗额一般在 280~350kgce/t 之间。
旋浮冶炼技术于 2009 年 5 月应用于铜冶炼项目,与闪速冶炼技术 相比,该技术具有生产能力大、反应充分、烟尘率低、自热冶炼(可处 理大量吸热原料如氧化矿等)、原料适应性强(可处理高杂质铜精矿) 等优点,已被纳入我国《铜冶炼行业规范条件》,目前已在国内外 7 家 大型铜冶炼企业得到推广应用。该技术适用于铜、镍、铅、金等有色金 属冶炼工艺,在新建生产线和旧有生产线技改均可进行推广应用,有 较大的市场前景和节能减碳潜力。
五、技术内容
1. 技术原理
闪速冶炼反应机理为反应塔内氧气和物料颗粒间发生反应,以熔炼为例 , 主要反应 :CuFeS2→FeS+Cu2S ;FeS+O2→FeO+SO2 ;FeO+O2→Fe3O4(过氧化反应);Cu2S+O2→Cu2O+SO2(过氧化反应)。
闪速冶炼对物料的分散采取的是用水平方向的分布风打散垂直下落的物料,当投料量大时,易出现反应偏析、下生料、烟尘率高、炉况波动 等问题。
旋浮冶炼除了具有同闪速冶炼相同的反应塔上部反应机理外,还 独创了反应塔下部过氧化物料颗粒和次氧化物料颗粒间的碰撞反应机理 。 以熔炼为例,反应塔下部的主要反应:Fe3O4+FeS→FeO+SO2; Cu2O+FeS→FeO+Cu2S;FeO+SiO2→Fe2OSiO4。旋浮冶炼采用“风内料 外”的供料方式,对物料的分散模拟了自然界龙卷风高速旋转时具有极 强扩散和卷吸能力的原理,物料颗粒呈倒龙卷风的旋流状态分布在反 应塔中央,在龙卷风旋流体中间增加中央脉动氧气,改变物料颗粒的 运动,实现物料颗粒间脉动碰撞、传热传质以及化学反应的强化,使整 个熔炼和吹炼过程的化学反应能够更加充分地进行。
2. 关键技术
(1)超强化旋浮熔炼和旋浮吹炼技术;
(2)新型脉动旋流型喷嘴;
(3)旋浮冶炼数值仿真模拟在线控制技术。
3. 工艺流程
旋浮铜冶炼工艺及装置示意图见图1,脉动旋流喷嘴原理示意图见图2。
六、主要技术指标
1.投料量:由 200t/h 提高到 350t/h;
2.单台炉的年产能最大可提高到 50 万 t;
3.反应塔热负荷:2600-2900MJ/m3·h;
4.熔炼炉作业率 98%,吹炼炉作业率 97%;
5.粗铜综合能耗:150kgce/t;
6.铜锍品位可达 70%;
7.渣尾矿含铜 0.21%。
七、技术鉴定及获奖情况
该技术获得国家发明专利 11 项、实用新型专利 7 项,PCT 国际发 明专利 13 项。该技术 2011 年通过山东省科技厅组织的科技成果鉴定;2012 年获得中国有色金属工业协会科学技术一等奖、二等奖各 1 项;2013 年获得国家科学技术进步二等奖;2014 年获得中国专利金奖。2016 年入选国家发改委《国家重点节能技术推广目录》。
八、典型用户及投资效益
典型用户:阳谷祥光铜业有限公司、中国黄金集团—河南中原黄 金冶炼厂有限责任公司、紫金铜业有限公司等。
典型案例 1
案例名称:阳谷祥光铜业有限公司年产 20 万 t 阴极铜节能改造项目
建设规模:年产 20 万 t 阴极铜工程。建设条件:闪速炉铜冶炼工艺改造。
主要技改内容:用旋风脉动型精矿喷嘴和冰铜喷嘴替代了旧 有的中央扩散型精矿喷嘴和冰铜喷嘴。主要设备:包括旋风脉动型精矿 喷嘴和旋风脉动型冰铜喷嘴各一台、冰铜干法粒化装置和吹炼渣干法 粒化装置各 1 套。项目技改投资 3000 万元,建设期 12 个月。年碳减 排量 155000tCO2,碳减排成本为 10~20 元/tCO2。项目改造后单炉产能 由原来的 20 万 t/a 提升为 50 万 t/a,项目形成的年经济效益为 18572 万 元,投资回收期约 2 个月。
典型案例 2
案例名称:河南中原黄金冶炼厂有限责任公司年产 10 万 t 阴极铜改造项目
建设规模:年产阴极铜 10 万 t,建设条件:吹炼工艺采用旋浮闪 速吹炼炉。
主要技改内容:建造旋浮闪速吹炼炉及配套设施,采用旋浮 吹炼工艺进行改造。主要设备:旋浮闪速吹炼炉 2 台;冰铜干法粒化装 置和吹炼渣干法粒化装置各 1 套。项目技改投资 3000 万元,建设期 24 个月。项目实施后,年碳减排量 30970tCO2,碳减排成本为 35~55 元/tCO2。项目形成的年经济效益 3700 万元,投资回收期约 1 年。
九、推广前景及减排潜力
预计未来 5 年,按照中国年铜产量 1100 万 t 计算,该技术在我国 铜冶炼行业内推广比例将达到 60%,预计总投入近 10 亿元,可形成的 年碳减排能力约为 204 万 tCO2。
由武汉节能协会办公室整理