[科普中國(guó)]-富氧熔煉

基本原理

有色金屬冶煉過(guò)程主要發(fā)生硫化礦的氧化和氧化礦或氧化物料的還原兩種類型的反應(yīng)。

硫化礦熔煉發(fā)生的主要反應(yīng)是：

式中Me代表欲提取的金屬， FeS代表硫化物或金屬熔體，SO2代表氧化物爐渣溶體。爐渣中的氧化物MeO，實(shí)際上起著傳遞氣相中的氧的作用?？梢?jiàn)，從硫化礦熔煉獲得金屬的過(guò)程自始至終是氧化過(guò)程。當(dāng)熔煉鼓風(fēng)中氧濃度愈大，爐內(nèi)氧的分壓愈高，氧的擴(kuò)散速度也愈快，硫化物的氧化速度也隨之增加。

氧化礦或氧化物料的還原熔煉(包括爐渣煙化)大多使用固體碳質(zhì)燃料作發(fā)熱劑兼還原劑，燃料燃燒提供還原反應(yīng)和爐料熔化所需的熱量和CO還原劑。其主要反應(yīng)是：

采用富氧鼓風(fēng)時(shí)，燃料燃燒的理論最高溫度隨鼓風(fēng)中氧含量的增加而升高，燃燒速度加快，氣相中一氧化碳的分壓和爐內(nèi)的溫度增加，從而加速了還原反應(yīng)和爐料的熔化。2

方法應(yīng)用1952年加拿大國(guó)際鎳公司(Inco)首先采用工業(yè)氧氣(含氧95%)閃速熔煉銅精礦，熔煉過(guò)程不需要任何燃料，煙氣中SO2濃度高達(dá)80%，這是富氧熔煉最早的一例。1971年，奧托昆普(Outokumpu)型閃速爐開(kāi)始用預(yù)熱的富氧空氣代替原來(lái)的預(yù)熱空氣鼓風(fēng)熔煉銅(鎳)精礦，使這種閃速爐的優(yōu)點(diǎn)得到更好的發(fā)揮，硫的回收率可達(dá)95%。只要采用氧濃度較高的富氧鼓風(fēng)，生產(chǎn)較高品位的銅锍，也可以實(shí)現(xiàn)不用燃料的自熱熔煉。目前世界上30多臺(tái)煉銅閃速爐，幾乎都采用富氧(或工業(yè)氧氣)熔煉。隨著富氧濃度的提高，閃速熔煉正向直接煉銅和閃速吹煉的方向發(fā)展，并被用于硫化鉛精礦直接熔煉生產(chǎn)粗鉛，前蘇聯(lián)的基夫賽特?zé)掋U法就是直接煉鉛的一例。

工業(yè)氧氣的應(yīng)用也推動(dòng)了熔池熔煉方法的開(kāi)發(fā)和推廣。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，先后出現(xiàn)的諾蘭達(dá)法、三菱法、白銀煉銅法、氧氣底吹煉鉛法等，也都離不開(kāi)富氧(或工業(yè)氧氣)鼓風(fēng)。

此外，工業(yè)氧氣也被用來(lái)強(qiáng)化和改造老廠的反射爐熔煉和鼓風(fēng)爐熔煉。氧氣噴撒熔煉(OSS)法(見(jiàn)閃速熔煉)、氧焰反射爐熔煉法和白銀煉銅法都采用工業(yè)氧氣(或富氧)強(qiáng)化銅反射爐造锍熔煉，使生產(chǎn)率提高一倍以上。

加拿大的特雷爾(Trail)鉛廠是最早(1954年)在煉鉛鼓風(fēng)爐采用富氧熔煉的工廠。目前世界上有10多家煉鉛廠采用富氧鼓風(fēng)爐熔煉，氧濃度為23%～27%，爐子熔煉量提高15%～25%。焦炭消耗下降5%～15%。此外，富氧鼓風(fēng)用于爐渣煙化爐也取得了縮短吹煉時(shí)間、提高處理量和降低燃料消耗的顯著效果。

中國(guó)的煉銅工業(yè)已經(jīng)開(kāi)始采用富氧造锍熔煉。1977年邵武銅廠密閉鼓風(fēng)爐最早采用富氧熔煉，接著又被銅陵冶煉廠采用。1987年白銀煉銅法開(kāi)始用含氧31.6%的富氧鼓風(fēng)煉銅。1990年貴溪冶煉廠銅閃速爐開(kāi)始用預(yù)熱富氧鼓風(fēng)代替預(yù)熱空氣熔煉銅精礦。1

經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)利用工業(yè)氧氣代替部分或全部空氣，中的氮量所帶來(lái)的明顯好處是：(1)減少爐內(nèi)須加熱的氮量，降低了能耗;(2)參加反應(yīng)氣體的分壓相應(yīng)增加，提高了反應(yīng)速度，強(qiáng)化了熔煉過(guò)程;(3)硫化礦富氧熔煉(吹煉)煙氣中二氧化硫濃度升高，煙塵量減少，有利于煙氣的綜合利用，減少污染;(4)減少了通過(guò)爐子的氣體量以及鼓風(fēng)、排煙的設(shè)備負(fù)荷。制取富氧熔煉所需的工業(yè)氧氣要耗用電能，一般電費(fèi)占單位氧氣生產(chǎn)成本的60%～70%，建設(shè)制氧站的一次性投資也比較大。閃速熔煉生產(chǎn)實(shí)踐表明，只要(單位質(zhì)量)油的價(jià)格/(單位質(zhì)量)氧氣價(jià)格≥4時(shí)，用氧氣代替油在經(jīng)濟(jì)上就是可行的，再加上富氧鼓風(fēng)能提高爐子的熔煉強(qiáng)度以及提高硫和金屬的回收率等效果，其經(jīng)濟(jì)效益更是可觀。