东营方圆有色金属有限公司成立于1998年，以废铜为原料生产电解铜，生产规模为20万吨/年，新建的10万吨粗铜冶炼厂于2008年投产。采用的工艺是高氧底吹熔池熔炼冰铜，PS转炉吹炼，阳极炉精炼。熔炼炉和吹炼炉的烟气分别回收余热，电除尘后送至硫酸厂，回收SO2生产硫酸。回收余热产生的蒸汽发电。底吹氧气由自建的10000m3/h低温制氧站提供。富氧底吹冰铜熔炼是我国自主开发的铜熔炼新工艺，具有我国自主知识产权。其他吹炼、精炼、烟气制酸和氧气生产都是常规工艺。本文主要介绍高氧底吹熔池熔炼冰铜新工艺的原理和一年来的生产实践。

1.富氧底吹熔池炼铜新工艺简介

(1)底吹炉的主要设备

主要设备为φ4.4m×16.5m卧式旋转反应炉(见图1)，内衬铬镁砖。其外观与智利的诺兰达炉和特尼恩特熔炼炉相似。不同的是，智利的诺兰达炉和特尼恩特炉是通过风口送氧，底吹炉是通过氧枪送氧。底吹炉共有9支氧枪，分两排排列:下排角度为7()，5支氧枪，上排角度为22()，4支氧枪。上下氧枪之间的角度为15()，交错排列；与之配套的是10000 m3/h的深冷法制氧站；烟气处理能力12万立方米/小时，与硫酸生产系列配套；3套(φ3.8m×8.1m转炉系统；还有相应的余热锅炉、电除尘器、炉渣缓冷、炉渣选矿系统。

图1底吹炉示意图

(2)生产工艺流程

混合后的矿物原料无需干燥和研磨，配料后由皮带输送，从炉顶的加料口连续加入炉内的高温熔体中。氧气空气体通过底部氧枪连续送入炉中的铜锍层。烟气进入余热锅炉，经电除尘后进入制酸厂处理。炉渣定期从末端排出，由渣包提升至缓冷场，缓冷后进行炉渣选矿。铜锍定期从侧锍口排出，由铜锍袋吊至P-S转炉吹炼。

二。富氧底吹熔池炼铜新工艺的生产指标

氧气底吹炉主要生产指标见表1。

表1主要生产指标

三。富氧底吹熔池炼铜工艺的特点和优势

(1)原料适应性强

公司处理过的矿石有:高硫铜精矿、低硫铜精矿、氧化矿、金精矿、银精矿、高砷矿、高硅矿、块矿等。实践证明，用其它铜冶炼工艺难以处理的其它复杂矿物，可以用底吹炉处理。不仅铜的回收率达到97.98%，金银等贵金属的回收率也超过97%。

(2)高氧浓度和高冶炼强度的生产

各种方法的熔炼强度和富氧浓度见表2。

表2各种熔炼方法的床容量和富氧浓度

由于入炉富氧浓度高达75%，烟气体积小，二氧化硫浓度高，炉膛负压控制在高(-50 ~-200 Pa)，保证了炉内烟气和粉尘不外溢。

(4)高氧气压力、高氧气浓度、高氧枪寿命和高作业率

我们已经做了一系列氧压实验。炉前氧气压力为2.5kg/m2时，仍会出现不补枪的情况，但冶金反应过程并不理想。当氧气压力达到4.5 kg/m2左右时，会在氧枪出口处形成Fe3O4“蘑菇头”，可以起到很好的保护氧枪的作用。

由于氧枪使用寿命长，一般不需要更换，在其他辅助设备没有出现会影响正常生产的问题时，基本不需要停炉。因此，采用方圆氧气底吹熔炼多金属捕集技术可以保证主体设备——底吹炉系统的高运转率，一般可达95%以上。

(5)自热熔炼程度高

“氧气底吹熔炼”工艺，由于其独特的炉体设计和结构，使其成为一种完全实现自热熔炼的熔炼工艺。实际上，当加料量达到30 t/h时，炉子已经达到了能维持自热熔化的热平衡。

(6)低能耗

由于氧浓度高，烟气量少，热损失少，配料中不需要额外配煤。目前，各种主要铜冶炼工艺的冶炼过程中燃料的燃烧热在热平衡中所占的比例和从炉内烟气中带走的热量比例见表3。

表3燃料燃烧热和烟气热在热平衡中的比例

吹炼炉

(7)无碳冰铜熔炼

在现有的冶炼工艺中，无论是闪速熔炼还是其他熔池熔炼工艺，都需要配入一定量的碳质燃料，配煤率约为；3% ~ 6%，而燃料燃烧的热量约占热量收入的23% ~ 40%。“氧气底吹熔炼”工艺可以做到无煤冶炼冰铜。每吨矿物原料可减少二氧化碳排放110 ~ 220公斤，每吨粗铜可减少二氧化碳排放约800公斤。如果粗铜年产量为20万吨，每年可减少二氧化碳排放量约16万吨。

(8)耗氧量低

冰铜冶炼中化学反应的耗氧量在各种工艺方法中是相同的。不匹配煤减少了燃料燃烧消耗的氧气，这也是相当可观的。

(9)生产操作容易掌握。

“氧气底吹熔炼”工艺操作简单易行。关键在于控制氧料比、熔体温度、冰铜品位、渣铁硅比等参数。整个系统由DCS控制，自动化程度高，易于掌握。

(10)容易控制冰铜的品位，不易产生“泡沫渣”

(十一)生产能力调整幅度大。

在炉型规格一定的情况下，“氧气底吹熔炼”的主要设备——底吹炉的容量可以在设计值上下浮动50%。

四。分析和讨论

未经预干燥、细磨、造粒的炉料直接加入炉内剧烈运动的气液固三相高温“乳液”中。炉料被迅速吞噬熔化，迅速氧化还原。造渣和造锍反应，锍和炉渣颗粒相互碰撞，分别形成渣相和锍相。

作者计算了它的旋流速度、循环速度、雷诺数、努谢尔数和修正弗劳德数，数据表明它们都具有良好的反应条件。

底吹是锍层的完全吹炼，锍的流动性比渣好50 ~ 125倍。在其他条件相同的情况下，底吹时熔体中的雷诺数要高得多，许多相应的参数也优于其他熔喷方式。

在吹炼的底部，气体随着熔体的趋势上升。在上升过程中，气体很容易被流动性好的冰铜分割成许多小气泡。当气量相同时，具有更大的气液界面面积和更好的反应动力学条件，因此反应迅速，熔体过热，渣冰分离加快。在气泡漂浮的过程中，还起到了“气泵”的作用。随着气泡的漂浮，能量逐渐消失，因此没有明显的噪声。

氧枪送入熔体的气流直径是风口送入气流直径的1/10，所以气泡体积小，停留时间长，形成的“乳液”体积大。底吹过程中残留气泡的体积是熔体体积的三分之一，而诺兰达侧吹过程中残留气泡的体积仅为19%。

因为吹锍时FeS一直存在，所以生成Fe3O4的机会很小。而且富氧气体先经过冰铜层反应，进入渣层时其氧势已明显下降，气相中SO2浓度明显升高，不具备生成大量Fe3O4的条件。

(一)氧枪结构的优化

结构最好的氧枪输送炉的气体要有较高的速度，许多细小的气流分裂成许多小气泡，这样熔体才能搅拌均匀，没有“死区”，耐火炉衬也不会被猛烈冲刷。现有氧枪的搅动太剧烈，需要进一步改进。

(2)合理的氧枪布局和合理的枪间距

目前7 (0)排和22 (0)排都有波动叠加的问题，所以布最好单排布置。根据冷态实验给出的回归方程，有效搅拌直径Deff/W随着修正弗劳德数Fr’、液面深度H和氧枪直径的增大而增大，随着炉膛内径Db和氧枪间距W的增大而减小。为了消除熔池底部的死区和氧气的吸收，实验者建议将DEFF/W = 1.2 ~ 1.5m设计为合理间距。

在作者看来，从二维平面看，这个距离太大了，有相当一部分没有被搅动。建议将该距离乘以0.62。

(3)炉渣的沉降和分离

智利的底吹炉、诺兰达炉、特尼恩特熔炼炉都是炉内分隔。在反应区，要求熔体处于强烈搅拌状态，以利于化学反应，而在沉降区，要求熔体平静，以利于渣相和冰铜相的分离。一个炉内动与静的矛盾很难解决。合理的炉型结构，根据炉型大小计算的同类炉的长径比，列于表4。

表4各种卧式炉的尺寸

(4)选择合理的渣型

当精矿含铜20.3%，Fe/SiO2比分别为1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8和1.9时，每吨铜的炉渣产率(t)分别为:4.10、3.64、3.33、3.06和2.84。

不同的工艺和技术条件有合适的Fe/SiO2渣型。由于工艺方法和原料不同，不同的生产企业采用不同的Fe/SiO2渣型，如Vanyukov炉。Norilk厂的Fe/SiO2比值为1.47 ~ 1.5，Barkhash为1.27 ~ 1.30，乌拉尔中部为1.30 ~ 1.40。

Fe/SiO2的选择应综合考虑渣收率和熔剂消耗。渣中含铜，铜的绝对损失和铜的最小周转量应该是最好的。

(5)炉渣稀释路线的选择

目前诺兰达工艺做高铁渣→炉渣选矿，弃渣含铜量低，直收率低；特尼恩特炉采用高品位铁渣进行沉降分离，弃渣含铜量高，直收率高。选择最佳的Fe/SiO2渣进行沉降还原分离，废渣含铜量低，直收率高；

另一种方案是加入FeS制成低品位冰铜(如30%Cu ),经沉降分离后进行二次稀释，如Teniente。该废渣含铜量低，直接回收率高，总回收率高。

炉渣选矿、炉渣缓冷、占地面积大、直收率低等问题要求我们尽快研究出合理的炉渣贫化解决方案。

动词 （verb的缩写）结论

富氧底吹熔池炼铜新工艺具有投资少、运行费用低、能耗低、操作和劳动条件好、工人操作方便等优点。是一项比较成熟完善的先进技术。

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