有色金属冶炼主要工艺设备及用途分析

2019-02-09李永

世界有色金属 2019年20期

李永

（中陕核工业集团二二大队有限公司，陕西西安 710024）

随着国家经济建设和城市化发展，对有色金属冶炼质量有了更高的要求，不同的有色金属需要不同的工艺和反应炉进行冶炼。有色金属冶炼主要目的提纯所需要的元素，通过高温熔炼、化学反应精练、电解含杂有色金属等方法从有色金属矿物、废弃金属原料中得到目标有色金属[1]。经有色金属冶炼工艺发展以及国家绿色环保号召下，现今有色金属冶炼工艺主要有：沉淀池工艺、INBA工艺、明特工艺、DCS控制工艺等；有色金属冶炼设备主要有：反射炉设备、中频炉设备、卧式转炉设备等。下面将对有色金属冶炼工艺设备及用途展开分析。

1 有色金属冶炼设备简介

（1）沉淀池工艺。沉淀池工艺是出现较早的有色金属冶炼一种工艺，其工作原理是依靠重力作用实现固液分离，金属冶炼废渣经水流的冲刷和萃取作用后到达沉淀池进行有色金属分离。按照节约能源的思想，冲刷所使用的水流可循环使用，使用过的萃取液可转向其它方面的应用，沉淀池工艺主要环节是最后的有色金属成品质量评测，严格把控沉淀环节的监控就不会出现问题[2]。沉淀池工艺是较早出现的一种有色金属提炼技术，同时其拥有广阔的市场空间，是一种比较完善的金属冶炼技术。但是最近几年出现经济负担过高、易受外界气候影响等不足之处，沉淀池工艺市场应用量逐年减少。

（2）INBA工艺。INBA工艺主要原理是经高温熔炼后的金属碎渣沿管槽流动，在高压水枪压力和高温萃取技术下得到有色金属颗粒状物质，该物质即为目标有色金属。现今的INBA工艺较为完善，其可不间断作业和产品高效的特点拥有广泛的市场，另外有新的技术和施工理念不断加入革新，优化了以往人工管理操作的复杂性，未来的发展方向必定是自动化和绿色环保化。

（3）明特工艺。明特工艺与INBA工艺有部分相似之处，其主要原理是炉渣通过管槽进入粉碎粒化装置，输出的混合物质再经过洗刷作用实现萃取和粒化的目的。明特工艺在市场中有很多优点，例如整体设备易转移、能耗低、占用面积少等。另外明特工艺是我国拥有完全自主知识产权的技术，对我们社会有着极大的意义和价值[3]。例如柳钢股份公司下的柳钢1号高炉处理高炉水渣就采用明特法，该工艺处理能力强，操作员对渣水比进行调整操作简便，即便出现大渣流，也能保证水渣质量，设备牢固且符合长期发展战略的要求，是我国处理水渣问题的一大革命性技术突破。

（4）DCS控制工艺。DCS控制工艺主要目的是精准掌控熔炼温度，通过该工艺对温度进行实时控制，在适宜的温度范围内对有色金属进行熔炼，保障金属的光泽。掌控温度的实现是在冶炼过程中加入压缩机设备，确保温度自始至终在适宜的范围内。另外DCS控制工艺中的蒸发设施可快速将热水降温，降低反应炉内的温度。现代冶炼技术，主要包括镍铁冶炼配料工艺PLC控制系统，钼焙烧DCS控制系统。其中钼冶炼配料过程需严格控制，要求整体表现为配料精准，减少差错，整体上节约企业成本，提高原辅料利用率，从根本上减轻企业经济负担，是当今金属冶炼的一种重要控制工艺。

2 有色金属冶炼设备及用途

（1）反射炉设备。反射炉装置不仅用于有色金属冶炼这一工序中，后期的有色金属结块干燥、高温煅烧、回炉精炼、再熔融并恒温等工序中也有广泛应用，反射炉是一套系统性金属冶炼设备。在当今金属冶炼行业中，反射炉冶炼的有色金属一般是铜。最新冶炼铜炉的内壁材料采用性能极佳的耐高温物质，减少反射炉的更替损失。另外反射炉内壁产生的热能不仅来自火焰的热辐射，反射炉顶热气辐射也是一个重要因素。反射炉设备在完全混合细料方面作用突出，多种有色金属矿物原料或一些燃料都能很好地冶炼出目标物质，现今的反射炉有诸多优点，例如规模系统化生产的成本不高、能快速提供高质量的有色金属。但在进行散料方面作业的成效不太令人满意，主要表现在供能需求大、排放废气量多、以及废气中含二氧化硫等危害大气的气体。反射炉经科学地分析和改造后，上述大部分问题得到解决，新工艺是在鼓风炉中吹入更多氧气，同时尽可能减少风量损失，还有一种方法是直接将精矿投到反射炉中，以上方法均提高了反射炉生产质量和减少二氧化硫使用及排放量，保护了大气环境。

（2）中频炉设备。中频电炉的结构简单，主要由开关电源、电磁感应线圈及感应线圈中耐高温物质制造的氦构成。中频电炉自身带有金属电荷，相效是变压器中次级绕组结构。交流电通过感应线圈，感应线圈周边形成交变磁场，由于线圈中磁通量降低，金属电荷定向移动形成感应电动势。另外电荷是一种闭环结构，再加上次级绕组匝数为一，而且也是闭合结构，就导致在充电过程中形成感应电流，感应电流经过电荷，电荷因电流的热效应使其熔化，达到了熔炼有色金属目的。中频电炉工作原理是使用中频电源产生中频磁场，同时中频磁场产生感应涡流，金属材料内部由于热效应产生大量热能，从而提纯有色金属。中频电炉工作频率在200Hz～2500Hz中，除了提纯和熔炼有色金属外，中频电炉还可进行感应加热和恒温等方面作业。中频电炉的市场面较广，可用于碳钢、合金钢、特钢等钢性材料冶炼，还可用在加热铜、铝等有色金属中。中频电炉设备具备易转移、产品质量高、能耗低、温度稳定、易操作等优点。

（3）卧式转炉设备。卧式转炉也是一种重要的有色金属设备，和反射炉设备一样主要用在铜的冶炼中。但卧式转炉有个极大的优势：不用燃料维持生产，能量来自铜和水中的铁和硫形成的氧化反应所放出热量中，这些热量足够维持卧式转炉所需的所有热能。现今卧式转炉外壳径直为4m，炉身长为9m。壳体材料为钢，内外厚度在4cm～5cm，炉身中部设有炉口，作用是往炉内送原料、排放空气、取出内壁的金属渣；另外炉内壁上装有石英枪，目的是往炉内加石英熔剂，若内壁没设置石英枪可直接在炉口人工加入。卧式转炉整体放在支撑辊上，带动装置可在水平轴向前和反向旋转，保证炉口处于添加原料、鼓吹空气、排渣和铜收集的最佳位置。