第五次课 火法炼铜的其它方法2分解
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第七节 火法炼铜的其它方法
一、概述
现代铜熔炼的共同特点是： 提高铜锍品位， 加大过程的热强度， 增加炉子的单位熔炼能力。 这些方法可以分为两大类： 一、闪速熔炼 二、熔池熔炼。
1
熔池熔炼包括: 诺兰达法、 奥斯麦特/艾萨法、 三菱法、 瓦纽柯夫法、 特尼恩特法、 卡尔多炉熔炼法、 白银法、 水口山法 旋涡顶吹法等
19
图7.4A 奥斯麦特熔炼炉示意图
20
图7.4B 艾萨炉示意图
21
2、奥斯麦特熔炼炉与艾萨熔炼炉的炉寿命问题 三相卷流运动虽然给炉料的熔化，硫化物氧 化和造渣反应创造了很好的动力学条件，但同时 也给炉子寿命带来了很大的不利影响。高温和纵
横断面同时剧烈搅动的熔体冲刷，加速了炉衬耐
2
1、熔池熔炼炉内的流体流动现象 熔池熔炼与闪速熔炼完全不同。后者是精矿
颗粒在富氧气流中瞬间氧化后落入熔池完成冶金
过程。熔池熔炼则是在气体-液体-固体三相形成 的卷流运动中进行化学反应和熔化过程。
3
液-气流卷流运动裹携着从熔池面浸没下
来的炉料，形成了液-气-固三相流，在三相流
内发生剧烈的氧化脱硫与造渣反应，使三相流
炼铁以至垃圾焚wenku.baidu.com等方面。
18
奥斯麦特/艾萨法与其它熔池熔炼一样，
都是使熔池内熔体-炉料-气体之间造成的强烈搅 拌与混合，大大强化热量传递、质量传递和化学 反应的速率。 奥斯麦特/艾萨法的喷枪是竖直浸没在熔
渣层内，喷枪结构较为特殊；炉子尺寸比较紧凑，
整体设备简单；工艺流程和操作不复杂；投资与
操作费用相对低。
固体燃料。
15
3、诺兰达熔炼操作数据与技术经济指标
序号
1
项目名称
精矿处理 量 风口平均 鼓风量 平均富氧 浓度O2 风口鼓风 压力
单位 参数（均值） 序号
t/d 2494 9
项目名称
渣产量
单位 参数（均值）
t/d 16929（52包）
2
m3/h
76000
10
炉渣Fe/ SiO2 %
1.7～1.8
3
实际过程中，气泡直径为5cm。气体在熔体中 停留仅0.17秒的时间内，就造成了大到1910m2的界 面面积。
9
气泡在熔体中的滞留体积Vhol可用下面公 式表示： Vhol=Vtuy(Tm/273) (1/Pvc) 对上述的同一炉子，计算得到气体的滞留 体积为 15.9m3。 其体积占熔池总体积的19％。熔炼过程的 炉气以如此大的体积从卷流中分离出来，无论 从动量、能量和质量传递来说，都完全具备了 强化熔炼的条件。
6
熔池的三相卷流区不但是热量集中，熔体混 合能量很大。而且，是一个气泡充分发展和滞 留的区域。 这个区域为炉料的物理化学变化、热量与 质量传递创造了非常良好的条件。
7
2、熔池熔炼炉内强化过程的条件 在熔池熔炼炉熔内，完成强化传热与强化传 质的条件是要建立起一个良好与合理的三相流动区。 这个区域的形成条件主要是由以下的因素构成的： 决定气体与熔体之间的界面面积的因素有单位熔体 鼓风量，气泡在熔体内停留时间、气泡直径以及熔 体温度等。 熔池熔炼炉内，液体与全部气泡在任何瞬间 的的界面面积是在理想气体定律的基础上按球形气 泡计算的：
8
在尺寸为Φ4.35m×20.58m的诺兰达炉内，单 个风口的平均气体流量为0.4m3/s，风口浸没熔体深 度为 1m，卷流速度为 5.9m／s时，气泡在熔体中的 滞留时间为0.17s。计算出不同直径的气泡的气—液 界面面积为如下值：
气泡直径(cm) 全部气泡—熔体界面面积(m2) 2.5 5 3820 1910 10 955
12
图7.2 诺兰达反应炉示意图
13
2、工艺流程 大冶冶炼厂采用的诺兰达熔炼工艺流程如图7.3。
图7.3 大冶冶炼厂诺兰达熔炼工艺流程
14
诺兰达熔炼对物料粒度和含水要求不严（含水
一般为7～9%），不必深度干燥。来源不同的各种
铜精矿，与返回的烟尘和炉炉渣浮选所得渣精矿用
抓斗进行初步配料。 在炉前设有的多个料仓内精细配料，以保证入 炉的混合炉料能满足反应炉顺利生产的要求。为了 补充熔炼过程热量的不足，在炉料中加入了少量的
16
渣层厚度
mm
最低 200 最高 330
17
三、奥斯麦特熔炼与艾萨熔炼
1、概 述 奥斯麦特熔炼法（图7.4A）与艾萨熔炼法（图 7.4B）是20世纪70年代由澳大利亚J· M· Floyd领导的
研究小组发明，起初以赛洛（该组织的缩写 CSIRO）
命名的熔炼技术的发展。 奥斯麦特/艾萨技术在提取冶金中具有较广泛 的应用。锡精矿熔炼、硫化铅精矿、铜精矿熔炼、 炉渣烟化、阳极泥熔炼，铅锌渣、镍浸出渣的处理，
%
36.8
11
渣含SiO2
21～22
4
kPa
215
12
烟尘率
%
4～5①
16
5 6
加煤量 溶剂SiO2含量
t/d %
49 65～80
13 14
炉口烟气 速度 操作温度
m/s ℃
10～17 1230～1250
7
溶剂Al2O3含量
%
1～2
15
锍面高度
Mm
最低 970 最高 1170
8
铜锍产量
t/d 806（44包）
10
二、诺兰达熔炼
1、诺兰达熔炼炉
诺兰达熔炼炉炉的物料处理量大,按精矿
量为9～10t／(m3· d)。热强度高，约为970～
1100MJ/（m3· h），炉体能够转动，灵活便 捷，是熔池熔炼炉中颇具特点的炉型。
11
诺兰达反应炉是一个卧式圆筒形可转动的炉子， 钢壳内衬镁铬质高级耐火材料。炉体支承在托轮上， 驱动装置使炉体可在一定范围内正、反向转动。整 个炉子沿炉长分为反应区和沉淀区。 反应区一侧装设一排风眼。加料口设在炉头端 墙上，并设有气封装置，此墙上还安装有燃烧器。 沉淀区设有铜锍放出口、排烟用的炉口和熔体液面 测量口。渣口开设在炉尾端墙上，此处一般还装有 备用的渣端燃烧器。 在炉子外壁某些部位如炉口，放渣口等处装有 局部冷却设施，一般采用外部送风冷却。反应炉炉 体基本结构见图7.2。
区成为热量集中的高温区域，高温与反应产生 的气体又加剧了三相流的形成与搅动。 依靠三相卷流，实现熔池内的传质、传热 与物理化学过程。在侧吹式和垂直吹炼熔池炉
内的三相卷流的形成过程分别如图7.1中的（a）
与图7.2中的（b）所示。
4
（a）垂直吹炼 图7.1 熔池熔炼炉内的三相卷流运动示意图
5
（b） 侧吹式吹炼 图7.1 熔池熔炼炉内的三相卷流运动示意图
一、概述
现代铜熔炼的共同特点是： 提高铜锍品位， 加大过程的热强度， 增加炉子的单位熔炼能力。 这些方法可以分为两大类： 一、闪速熔炼 二、熔池熔炼。
1
熔池熔炼包括: 诺兰达法、 奥斯麦特/艾萨法、 三菱法、 瓦纽柯夫法、 特尼恩特法、 卡尔多炉熔炼法、 白银法、 水口山法 旋涡顶吹法等
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图7.4A 奥斯麦特熔炼炉示意图
20
图7.4B 艾萨炉示意图
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2、奥斯麦特熔炼炉与艾萨熔炼炉的炉寿命问题 三相卷流运动虽然给炉料的熔化，硫化物氧 化和造渣反应创造了很好的动力学条件，但同时 也给炉子寿命带来了很大的不利影响。高温和纵
横断面同时剧烈搅动的熔体冲刷，加速了炉衬耐
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1、熔池熔炼炉内的流体流动现象 熔池熔炼与闪速熔炼完全不同。后者是精矿
颗粒在富氧气流中瞬间氧化后落入熔池完成冶金
过程。熔池熔炼则是在气体-液体-固体三相形成 的卷流运动中进行化学反应和熔化过程。
3
液-气流卷流运动裹携着从熔池面浸没下
来的炉料，形成了液-气-固三相流，在三相流
内发生剧烈的氧化脱硫与造渣反应，使三相流
炼铁以至垃圾焚wenku.baidu.com等方面。
18
奥斯麦特/艾萨法与其它熔池熔炼一样，
都是使熔池内熔体-炉料-气体之间造成的强烈搅 拌与混合，大大强化热量传递、质量传递和化学 反应的速率。 奥斯麦特/艾萨法的喷枪是竖直浸没在熔
渣层内，喷枪结构较为特殊；炉子尺寸比较紧凑，
整体设备简单；工艺流程和操作不复杂；投资与
操作费用相对低。
固体燃料。
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3、诺兰达熔炼操作数据与技术经济指标
序号
1
项目名称
精矿处理 量 风口平均 鼓风量 平均富氧 浓度O2 风口鼓风 压力
单位 参数（均值） 序号
t/d 2494 9
项目名称
渣产量
单位 参数（均值）
t/d 16929（52包）
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m3/h
76000
10
炉渣Fe/ SiO2 %
1.7～1.8
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实际过程中，气泡直径为5cm。气体在熔体中 停留仅0.17秒的时间内，就造成了大到1910m2的界 面面积。
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气泡在熔体中的滞留体积Vhol可用下面公 式表示： Vhol=Vtuy(Tm/273) (1/Pvc) 对上述的同一炉子，计算得到气体的滞留 体积为 15.9m3。 其体积占熔池总体积的19％。熔炼过程的 炉气以如此大的体积从卷流中分离出来，无论 从动量、能量和质量传递来说，都完全具备了 强化熔炼的条件。
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熔池的三相卷流区不但是热量集中，熔体混 合能量很大。而且，是一个气泡充分发展和滞 留的区域。 这个区域为炉料的物理化学变化、热量与 质量传递创造了非常良好的条件。
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2、熔池熔炼炉内强化过程的条件 在熔池熔炼炉熔内，完成强化传热与强化传 质的条件是要建立起一个良好与合理的三相流动区。 这个区域的形成条件主要是由以下的因素构成的： 决定气体与熔体之间的界面面积的因素有单位熔体 鼓风量，气泡在熔体内停留时间、气泡直径以及熔 体温度等。 熔池熔炼炉内，液体与全部气泡在任何瞬间 的的界面面积是在理想气体定律的基础上按球形气 泡计算的：
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在尺寸为Φ4.35m×20.58m的诺兰达炉内，单 个风口的平均气体流量为0.4m3/s，风口浸没熔体深 度为 1m，卷流速度为 5.9m／s时，气泡在熔体中的 滞留时间为0.17s。计算出不同直径的气泡的气—液 界面面积为如下值：
气泡直径(cm) 全部气泡—熔体界面面积(m2) 2.5 5 3820 1910 10 955
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图7.2 诺兰达反应炉示意图
13
2、工艺流程 大冶冶炼厂采用的诺兰达熔炼工艺流程如图7.3。
图7.3 大冶冶炼厂诺兰达熔炼工艺流程
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诺兰达熔炼对物料粒度和含水要求不严（含水
一般为7～9%），不必深度干燥。来源不同的各种
铜精矿，与返回的烟尘和炉炉渣浮选所得渣精矿用
抓斗进行初步配料。 在炉前设有的多个料仓内精细配料，以保证入 炉的混合炉料能满足反应炉顺利生产的要求。为了 补充熔炼过程热量的不足，在炉料中加入了少量的
16
渣层厚度
mm
最低 200 最高 330
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三、奥斯麦特熔炼与艾萨熔炼
1、概 述 奥斯麦特熔炼法（图7.4A）与艾萨熔炼法（图 7.4B）是20世纪70年代由澳大利亚J· M· Floyd领导的
研究小组发明，起初以赛洛（该组织的缩写 CSIRO）
命名的熔炼技术的发展。 奥斯麦特/艾萨技术在提取冶金中具有较广泛 的应用。锡精矿熔炼、硫化铅精矿、铜精矿熔炼、 炉渣烟化、阳极泥熔炼，铅锌渣、镍浸出渣的处理，
%
36.8
11
渣含SiO2
21～22
4
kPa
215
12
烟尘率
%
4～5①
16
5 6
加煤量 溶剂SiO2含量
t/d %
49 65～80
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炉口烟气 速度 操作温度
m/s ℃
10～17 1230～1250
7
溶剂Al2O3含量
%
1～2
15
锍面高度
Mm
最低 970 最高 1170
8
铜锍产量
t/d 806（44包）
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二、诺兰达熔炼
1、诺兰达熔炼炉
诺兰达熔炼炉炉的物料处理量大,按精矿
量为9～10t／(m3· d)。热强度高，约为970～
1100MJ/（m3· h），炉体能够转动，灵活便 捷，是熔池熔炼炉中颇具特点的炉型。
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诺兰达反应炉是一个卧式圆筒形可转动的炉子， 钢壳内衬镁铬质高级耐火材料。炉体支承在托轮上， 驱动装置使炉体可在一定范围内正、反向转动。整 个炉子沿炉长分为反应区和沉淀区。 反应区一侧装设一排风眼。加料口设在炉头端 墙上，并设有气封装置，此墙上还安装有燃烧器。 沉淀区设有铜锍放出口、排烟用的炉口和熔体液面 测量口。渣口开设在炉尾端墙上，此处一般还装有 备用的渣端燃烧器。 在炉子外壁某些部位如炉口，放渣口等处装有 局部冷却设施，一般采用外部送风冷却。反应炉炉 体基本结构见图7.2。
区成为热量集中的高温区域，高温与反应产生 的气体又加剧了三相流的形成与搅动。 依靠三相卷流，实现熔池内的传质、传热 与物理化学过程。在侧吹式和垂直吹炼熔池炉
内的三相卷流的形成过程分别如图7.1中的（a）
与图7.2中的（b）所示。
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（a）垂直吹炼 图7.1 熔池熔炼炉内的三相卷流运动示意图
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（b） 侧吹式吹炼 图7.1 熔池熔炼炉内的三相卷流运动示意图