铜冶金节能减排、提高铜提高燃料燃烧效率的方法和途径

铜冶金节能减排、提高铜提高燃料燃烧效率的方法和途径 摘要:本文介绍了铜冶金过程中,炼铜系统中存在的主要问题以 及节能的工艺途径与措施, 以及生产过程中提高能源效率的一些经验 和方法。 关键词:节能减排、铜冶练、燃料燃烧效率

前言
铜是工业生产中重要的生产原料,对我国的经济发展有着至关重 要的影响。 铜在地壳中的相对丰度较低,但铜能形成比较富得矿床。 自然界产出的铜矿物有 240 种之多,多数并不常见,也不具有工业价 值。炼铜原料 90%来自硫化矿,约 10%来自氧化矿,少量来自自然铜。 铜的生产方法主要以火法冶金和湿法冶金为主。随着经济的发展,铜 生产和消费越来越重要。然而在铜的生产过程中,铜的成本,环保节 能技术与发达国家相比依然有着很大差距。 所以节能减排在实际生产 过程中有着积极的经济效益,对环境的危害也会大大减小。 1 铜冶金节能减排 铜是工业生产中重要的生产原料,对中国的经济发展有着至关重 要的影响。 铜在地壳中的相对丰度较低,但铜能形成比较富得矿床。 自然界产出的铜矿物有 240 种之多,多数并不常见,也不具有工业价 值。炼铜原料 90%来自硫化矿,约 10%来自氧化矿,少量来自自然铜。 铜的生产方法主要以火法冶金和湿法冶金为主。随着经济的发展,铜 生产和消费越来越重要。然而在铜的生产过程中,铜的成本,环保节

能技术与发达国家相比依然有着很大差距。 所以节能减排在实际生产 过程中有着积极的经济效益,对环境的危害也会大大减小。 1.1 炼铜系统存在的主要问题 炼铜系统存在的主要问题炼铜系统存在的主要问题炼铜系统存在 的主要问题 目前铜炼厂存在的主要问题有。 (1)硫化铜精矿含铜一般为 10%~30%,常伴有大量铁的硫化物, 其量超过主金属铜,用火法冶金有精矿直接练出粗精铜,在技术上仍 有一定困难, 子冶炼师金属的回收率和金属产品质量上也不容易达到 要求。 (2)在铜硫熔炼过程中,熔炼强度低,能耗高,硫回收率低,生产 成本高,环境污染严重等问题越来越突出。在铜硫吹炼时当温度过低 时,熔体有凝固的危险,当温度过高时,转炉炉衬容易破坏。并且在 吹炼低品位铜硫时温度通常容易过高, 而吹炼高品位铜硫则出现热量 不足。 (3)在铜电解精炼的过程中,从技术方面看,因为电解时溶解和沉 积速度总是超过铜离子迁移速度,电流密度大时,会因为浓度不同会 产生阳极钝化,而阴极则结晶粗糙,甚至出现粉状结晶。从经济方面 来看, 电流密度过大, 电压增大, 电耗增大, 同时由于提高电流密度, 电解液循环量增大,会增加阳极泥损失。 1.2 节能减排措施 1.2.1 采用废杂铜冶炼工艺 (1)废杂铜简介: 废杂铜可分为新废杂铜和旧废杂铜, 约各占一半。

新废杂铜是工业生产中产生的废料, 旧废杂铜是使用后被放弃的铜或 被放弃的物品或废料中的铜。目前国内回收废铜的方法很多,主要分 为两类。一种是直接利用,即将高质量的杂铜直接熔炼成精铜或铜合 金;另一种间接利用,即通过冶炼除去废杂铜中的贱金属杂质。废杂 铜冶炼工艺一般分为一段法,二断法,三段法。一段法处理铜品位> 90%的紫杂铜,黄杂铜等,直接将其加入到精炼炉中精炼成阳极,再 电解生成阴极铜。二段法处理含铜>70%的废杂铜,其在熔炼炉或吹 炼炉内先融化,还原吹成粗铜,再经过精炼炉,产出阴极铜。三段法 是将含铜低于 70%的废杂铜熔炼,转炉吹炼、阳极精炼、电解、产出 阴极铜。下面重点介绍介绍欧洲几个厂典型的废杂铜冶炼工艺。 (2)奥地利 brixleg 鼓风炉—转炉—反射炉废杂铜冶炼工艺。 生产 工艺由鼓风炉,ps 转炉,固定式阳极炉,电解组成,是典型的三段 法流程。该工艺流程的特点:不同品位的含铜残渣和紫杂铜用不同的 工艺流程生产不同的产品,即:含铜 20%~~50%的残渣原料进鼓风炉 熔炼,用焦炭还原生产出黒铜再经转炉生产出粗铜;含铜 50%~~80% 的铜杂铜、黒铜和铜合金直接进转炉,生产出含铜 96%以上的粗铜进 行阳极炉精炼;含铜>80%以上的杂铜、粗铜则直接进行阳极炉精炼; 铜品位更高的光亮铜则无需冶炼处理,直接加入感应电炉生产铜材。 (3)北德精炼凯撒冶炼厂艾萨炉废铜冶炼工艺。凯撒冶炼厂原有 3 台鼓风炉、2 台转炉、2 台固定式反射阳极炉、熔炼低品位的含铜残 渣废料和各种品位的废杂铜,是典型的三段法工艺。含铜 1%到 80% 的物料在一台艾萨炉中先进行还原熔炼,产出黒铜,硅酸盐炉渣和烟

尘。烟尘富集了 Zn,作为副产品出售;炉渣含铜很低,水淬后弃去。 将炉渣排出水淬后,炉内的黒铜继续吹炼,产出含铜 95%的粗铜,熔 体粗铜进入倾动炉精炼。艾萨炉产出的吹炼渣富集了锡、铅,在锡、 铅合金炉内熔炼成 70Pb30Sn 合金。 含铜 93 以上的废杂铜直接进倾动 炉处理,产出阳极板送艾撒电解精炼。KRS 中使用艾萨法熔炼和吹炼 的优势是:熔炼渣含铜低,铜的回收效率高;运行的炉子数量少,烟 气量大大降低,生产能力原设计 40%,能耗降低 50 以上。但是由于 KRS 得特点,艾萨炉在很大的氧压区间内运行,对耐火材料的要求较 高。 (4)瑞典波立顿隆斯卡尔冶炼厂卡尔多炉电子废料冶炼工艺。 一台 卡尔多炉铅精矿、电子废料和工业残渣。这一台卡尔多炉每年大约有 200d 熔炼电子废料和工业残渣回收铜及重金属,其余天数熔炼铅精 矿。电子废料、工业残渣通过提升机加入高位料仓,连续入炉。熔炼 电子废料的烟气需要骤冷(2、3s),以除去烟气中的二恶氤,骤冷后 进入旋风收尘除尘,再经过布袋除尘后排放。卡尔多炉处理电子废料 和工业残渣产出的粗铜倒入包子,用扎包车送到熔炼主厂房,由主行 车调运倒入转炉吹炼。 1.2.2 采用低碳铜冶炼工艺 低碳经济十一节能、减排、环保为核心的新型经济发展模式,是 铜冶金行业可持续发展的必然要求。长期以来,传统铜冶金行业一直 是效率低、高能耗、高污染的行业。近年来,今年来我国铜冶炼行业 取得了长足的发展,一批先进、高效的环保、节能的铜冶炼工艺相继

建成并顺利投产,如闪速熔炼、奥萨麦特熔炼、闪速吹炼等。下面重 点介绍“双闪” (闪速熔炼和闪速吹炼)工艺和粗铜无碳火法精炼工 艺。 “双闪”炉的研究与应用:闪速炉是一种高效强化的冶炼炉,其 最大的优点是充分利用炉料的巨大比表面。炉料进入炉内后,以高度 悬浮状态于氧接触,在 2s 内完成各种反应,这是闪速炉实现自然冶 炼的基础。影响“双闪”炉自然也练的主要因素有富氧浓度,冰铜品 位、烟尘率、炉料 S/Cu、投量等。富氧是实现“双闪”炉自然冶炼 的第一要素。冰铜品位是影响“双闪”炉自然冶炼的重要因素。冰铜 品位的选择是分配两炉热量的关键, 品位过高虽然对熔炼炉自然熔炼 有利,但会造成吹炼炉热量过少,无法满足吹炼炉自然需要;品位过 低会造成吹炼炉产生大量含铜 20%的高铜渣 造成铜的直回收率低。 烟尘率是影响“双闪”炉自然冶炼的关键因素。投料量越大,熔炼强 度越大,热效率越高,越容易实现自热。 无碳精炼工艺的研究与应用:传统氧化还原工艺的原理是,先通 入空气,进行深氧化将硫和其它杂质除尽,再利用碳氢还原剂还原氧 气。新工艺的核心是取消氧化还原作业,通过鼓入惰性气体搅拌铜液 达到一步处硫脱氧的目的,做到还原剂的灵消耗,真正做到铜的无碳 火法冶炼。 新工艺的成功运行为今后取消四大工序之一的阳极炉工序 奠定了基础。 1.3 节能减排对我们的启示 (1)通过与欧洲废杂铜冶炼厂相比, 目前我国的废杂铜冶炼企业

的冶炼工艺技术存在明显的差距。对原料的适应性差,现有工艺 只能处理高品位废杂铜。由于原料供应紧张等原因,废杂铜冶炼 企业的利润空间被压缩,效益普遍不佳。由于科研投入不足,现 有冶炼厂的原料的综合回收程度低,回收的有价金属品种单一, 不但增加了回收处理的难度和成本, 还造成有价金属资源的浪费, 难以获得好的效益。能耗高,环境差是目前国内废杂铜冶炼厂较 普遍的问题。欧洲几个厂的冶炼工艺各异,但环境控制均非常严 格。在工艺、生产规模的选择上突出“新”和“大” ,而忽略了效 益这个核心。欧洲冶炼厂的经营始终围绕着效益这个核心。生产 规模小,尤其是设备的单位质量小,设备数量多,生产成本高。 (2)低碳铜冶炼工艺是未来铜冶炼的方向和必然的趋势。 我国应 做好及时转型,并且迎接新的挑战。通过不断的创新和学习做到, 高效、环保、节能的铜冶炼工艺。 2 铜提高燃料燃烧效率的方法和途径 2.1 节能减排措施及效果 2.1.1 节能减排改造措施呤 针对上述存在的问题,白银公司对铜冶炼厂炼铜系统进行如下改 造,以达到预期节能减排目标。 (1)熔炼系统。改造现有 100m2 白银炉及其余热锅炉,淘汰现有 50m2 白银炉, 在现有 100m2 白银炉东侧新建厂房内新建一台 100m2 白 银炉及其沉淀区烟气换热器、 余热锅炉。 白银炉出渣系统改为水淬渣, 白银炉出铜口、出渣口、转炉返渣口、出铜包子、出渣包子设置烟罩

或集烟箱体,沉淀区烟气换热后并人集烟系统,并建脱硫除尘设施。 (2)吹炼系统。3 台转炉(2 用 1 备)设置炉前烟罩,左、右烟罩, 转炉增加密闭烟罩(目前没有) ,各配置一台余热锅炉,炉前烟罩收 集烟气并人集烟系统一并脱硫处理。 (3)阳极炉精炼。 新增 2 台回转式阳极炉替代现有 2 台反射阳极炉。 为配合大容量回转式阳极炉生产,选用了一台 28 模位、浇铸能力达 85~100t/h 圆盘定量浇铸机,阳极炉配置余热锅炉及喷雾干燥法脱硫 除尘系统。 (4)电解精炼。 电解精炼利用现有电解厂房及电解液循环系统进行 改扩建。电解工段工艺改为不锈钢阴极电解需增加阳极机组、剥片机 组、残极机组及电解专用吊车各一套,及相应的不锈钢极板,电解槽 全部更换,共计 384 个;净液工段脱铜电解全部利用,新增一套板式 蒸发器组、2 台浓缩器及硫酸铜、硫酸镍带式真空过滤机各一套。并 增设和完善电解、净液槽面酸雾净化处理设施,改善操作环境。 (5)氧压站。新增1套 6500Nm3/h,纯度 96.6%深冷制氧机组, 与原有 6500Nm3/h制氧机组协同为富氧熔炼提供辅助保证 (6)余热利用。2 台白银炉(包括原白银炉) 台转炉余热及 2 台 、3 回转式阳极炉余热锅炉产生的 4.5MPa中高压饱和蒸汽,全部进入 新增设的饱和蒸汽背压汽轮发电机组进行发电,额定发电量 2500k W,产生低压蒸汽 51t/h,其中本厂工艺使用 21t/h,剩余 30t/h 送 动力厂调配使用。发电用于本厂生产使用。 (7)环境集烟系统。主要针对白银炉、转炉进出料口、包子箱等收

集的无组织烟气,采用氧化镁法净化回收 SO2 用于硫酸生产。 (8)其他辅助。主要为熔炼及电解净液、制氧站、白银炉渣水淬循 环水设施制氧站循环水设施、精矿受料斗受料与排料口、配料仓排料 口、 精矿胶带运输机头部及两台白银炉炉顶料仓下料口等设置收尘系 统。 2.1.2 节能减排效果 (1) 能耗物耗指标。通过挖潜节能改造,阴极铜生产能力达到 10 万 t/a,采用具有自主知识产权的白银炉+Ps转炉粗铜冶炼工艺, 冶炼烟气采用稀酸净化、两转两吸制酸工艺制酸,冶炼综合能耗(精 矿——阴极铜)将从改造前的 1.590kg 标准:妙吨降到 852kg 标准彤 吨,电解铜直流电耗达到 235kg 标准:影吨,铜回收率达到 97.46%, 硫的捕集率达到 98%(通过环境集烟系统的安装,将大幅度削减无 组织排放量。提高硫的捕集效率) ,总硫回收率为 96%,污染物排放 符合《铜冶炼行业准入条件: 》要求。改造前后铜冶炼厂能耗物耗比 较见 (2) 废物资源回收利用措施。 ①白银炉炉渣采用水淬出渣方式,有利于最大限度的综合利用。

②转炉渣返回白银炉回收铜。 ③阳极炉产生的炉渣返回转炉回收铜等金属。 ④电解车间净液系统增加镍回收装置,回收电解液中的镍,同时 也避免电解液因为镍的富集而定期排放,造成有价金属资源的浪费。

⑤净液工段产生的黑铜板返回熔炼系统回收铜等金属,产生的黑 铜粉收集交有资质单位回收其中的贵金属, 产生的阳极泥送综合车间 回收金银硒。 (3) 主要节能措施及效果 ①取消用于处理残极的小鼓风炉。改造后铜产能由现 8 万 t/a 提 高到 10 万 t/a,转炉能力得到充分发挥。由于转炉处理能力增加, 转炉冷料率提高,根据热平衡计算,每年可节约标煤 7.271t。 ②回转式阳极炉取代固定式反射炉。阳极精炼采用了先进的回转 式阳极炉取代现有的固定式反射炉。反射炉虽然结构简单,易操作, 但热效率低、 炉口不密闭散热损失大, 而且操作环境差、 劳动强度高。 在国外精炼反射炉已被淘汰,取而代之的是回转式阳极炉。回转式阳 极炉机械化程度高,可实现自动化控制,操作安全、可靠;炉子的密 闭性强,操作环境好;炉体散热损失少。能耗低。白银公司铜冶炼厂 现反射炉燃料消耗指标为 50kg/t 阳极铜,采用回转式阳极炉燃料消 耗指标为 38kg/t 阳极铜,两者比较每年可节约标煤 2.096t。 ③电解减少蒸汽消耗。电解采用不锈钢阴极电解,由于不锈钢阴 极电解具有流程短、设备少、电流密度高、单位面积产量大的优点, 所以综合能耗指标低。据国外有关资料统计,不锈钢阴极电解的电耗 比传统小极板法高一些,但蒸汽耗量低。按本次改造的综合交流电耗 420 度/t阴极铜和蒸汽消耗 0.3t/t 阴极铜与现生产的指标(交流电 耗 320 度/t阴极铜和蒸汽消耗 1.0t/t 阴极铜)比较,每年可节约标 煤 8.047t。

④净液工艺完善减少蒸汽消耗。净液工段硫酸铜生产由现中和溶 铜常压蒸发改为热效率高的板式真空蒸发器组。由于采用了真空蒸 发,降低了蒸发温度。蒸发设备为高效的板式器,提高了蒸汽的利用 率, 大大地降低了蒸汽消耗。 现生产硫酸铜蒸汽单耗约 36L/t 硫酸铜, 真空蒸发工艺硫酸铜蒸汽单耗为 6t/t 硫酸铜,改造后净液工段可产 硫酸铜 4260t/a,每年可节标煤 15.336t。 ⑤辅助公用设施改造。将铜冶炼厂现各系统分散设置的十几个小 浴室合并集中设置一个大浴室, 以减少蒸汽管道多处布置产生的热损 失。同时对铜业公司所有热力管网进行改造。原热力管道均为地下敷 设,由于地下环境潮湿,管道保温材料腐蚀损坏严重,因地下布置设 备维护难度大,致使管道热损失大大增加。为此本次改造将热力管网 布置全部改为架空铺设,既便于管道维护且确保管道保温效果。通过 对以上两个系统的改造,将使蒸汽热损失消耗降低 20%~30%以上, 折合年节约标煤 1.555t。 3 结语 当前,我国实现节能减排目标面临的形势十分严峻。 “十一五”以 来,全国上下加强了节能减排工作,国务院发布了加强节能工作的决 定,制定了促进节能减排的一系列政策措施,各地区、各部门相继做 出了工作部署,节能减排工作取得了积极进展。但是,2006年全 国没有实现年初确定的节能降耗和污染减排的目标, 加大了 “十一五” 后4年节能减排工作的难度。与此同时,各方面工作仍存在认识不到 位、责任不明确、措施不配套、政策不完善、投入不落实、协调不得

力等问题。 中国经济快速增长,各项建设取得巨大成就,但也付出了巨大的 资源和环境代价,经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐,群众对环境 污染问题反应强烈。这种状况与经济结构不合理、增长方式粗放直接 相关。不加快调整经济结构、转变增长方式,资源支撑不住,环境容 纳不下,社会承受不起,经济发展难以为继。只有坚持节约发展、清 洁发展、安全发展,才能实现经济又好又快发展。同时,温室气体排 放引起全球气候变暖,备受国际社会广泛关注。进一步加强节能减排 工作,也是应对全球气候变化的迫切需要,是我们应该承担的责任。 参考文献
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