稀氧燃烧技术在铜阳极精炼炉上的应用

2020-11-27布茂帅张庆朝张学敏

商品与质量 2020年27期

布茂帅张庆朝张学敏

阳谷祥光铜业有限公司山东阳谷 252300

在对铜阳极精炼技术进行升级改造后，我国出现了以稀氧燃烧技术为核心利用铜阳极精炼炉进行生产的新型工艺手段。自该工艺手段应用于铜的冶炼中，不仅在生产资金有很大程度的节约，同时废气排放量及能量损耗也得到优化，更为重要的是该工艺技术的改造符合国家对工业生产制作所提出的环保标准[1]。

1 稀氧燃烧技术简介及技术优势

1.1 传统粗铜精炼工艺及面临的问题

由于粗铜含有部分杂质较高，直接浇铸无法成为合格的阳极板，因此在提炼之前往往需要利用氧化还原反应降低粗铜中的杂质含量。此外，粗铜中硫的含量通常较少，要想确保氧化反应的顺利进行，同时维持浇铸期内炉内铜液温度还需要加入额外的燃料。传统阳极炉主要是在生产过程中利用燃烧风机空气助燃使天然气燃烧，从而保证炉内的保温效果。但在使用过程中，由于空气中能够参与助燃反应的氧气含量较低，天然气燃烧具有一定的保留性，即很难燃烧完全，且其燃烧过程中损耗能量较高，产生烟气含量较多。

1.2 稀氧燃烧技术简介与技术优势

就上述内容可以看出，传统粗铜精炼工艺之所以效果不佳与空气助燃有较大关系。因此，要对粗铜精炼工艺进行改善与优化首先要对空气助燃进行改良。但粗铜精炼工艺的真正升级并不只是空气助燃改良这么简单，还需要对炉内热量场的分布、燃气与燃料的反映情况等进行考虑。基于此，稀氧燃烧技术得以出现。该技术的核心部分主要是稀氧烧嘴。在生产过程中氧气和天然气的热量扩散十分均匀，这使得炉内铜液与炉膛温度的热交换效率大大加强。此时不需要无用氮气参加反应，即所稀氧烧嘴所喷射的氧气也得到了稀释。此后，已经稀释过的氧气再次与天然气相遇进行燃烧将会为粗铜精炼生产提供足够的热能。这样一来，不仅燃料使用效率得以增加，废气排放也得到了控制。

2 稀氧燃烧技术在铜阳极精炼炉上的应用

2.1 稀氧燃烧对精炼产生烟气量的影响

首先，稀氧燃料应用以后，粗铜精炼不再需要利用天然气和空气助燃，工作人员只需补充一定体积的富氧空气即可。其次，稀氧燃烧应用之前，天然气燃烧所需要的气体主要有一氧化碳、甲烷等，其中还或多或少的掺杂部分不可燃气体如氮气、二氧化碳等。工作人员需要根据热天然气燃烧过程中所使用的可燃气体的含量对最终氧气的消耗量进行计算，最后运用反推的方式计算出粗铜精炼所需要的助燃空气量。最终，富氧空气的剩余部分、其中所掺杂的不可燃气体及反应过程中产生的烟气均聚集在后端烟气中，此时所产生的烟气量较大。稀氧燃烧应用以后不仅烟气量大大减少，稀氧燃烧所带走的热量也大大减少，热量损失有效降低[2]。

2.2 稀氧燃烧对精炼能耗的影响

阳谷祥光铜业有限公司在稀氧燃烧技术最初使用过程中主要将天然气和空气助燃作为主要材料对后续生产提供热源，助燃风机在此过程中主要提供助燃空气。阳谷祥光铜业有限公司此后对稀氧燃烧技术在回转式阳极精炼炉中进行了升级与优化，以天然气和燃烧风机助燃共同燃烧的生产形式取消，仅将天然气和氧气作为燃烧原料。此外，升级后的稀氧燃烧技术对富氧燃气的浓度也有了要求，需要使用浓度为百分之九十五的氧气参与反应。本公司对稀氧燃烧技术应用一年后的精炼能耗进行了统计与分析，发现稀氧燃烧技术应用后，每吨阳极铜的能耗降低十分明显，且能够实现稳定保持。

其次，在使用稀氧燃烧技术之前冷粗铜及其他铜物料每小时能化较低。该技术应用以后，冷粗铜及其他铜物料的能化提高了整整两倍。造成此现象的主要原因是，稀氧燃烧技术所产生的热量扩散十分均匀，这使得炉内铜液与炉膛温度的热交换效率大大加强。受此影响，冷料的化料速度及物料处理能力也大幅提升，这为单位时间内产量的提高及烟气量的减少创造了条件。之前以天然气和空气助燃共同作为燃料的生产方式由于空气助燃环节的加入使得生产过程中产生了众多烟气，从而降低了热量的有效利用率。此外，稀氧燃烧技术应用以后，不仅将天然气作为单一原材料，也不再使用助燃风机，由此，炉况的可控性不断增加，工作人员只需要对参数进行简单的设置就能够实现。

2.3 稀氧燃烧对回转炉氧化还原精炼过程产生的影响

回转式精炼炉应用稀氧燃烧技术使得粗铜冶炼的脱硫速率明显增加。在稀氧燃烧技术应用以前，要想对炉内熔融粗铜液中的含硫进行氧化作业所需时间较长，而稀氧燃烧技术应用以后，炉内熔融粗铜液中含硫进行氧化作业在短时间内即可完成。之所以出现此种差距，主要是因为回转式精炼炉应用稀氧燃烧技术能够促进燃烧模式的改变，富氧含量与天然气的比例系数得到了提高，有助于炉内氧化气氛的调整。由于反应过程中炉内会保留部分富余氧气，此时对炉底的透气砖进行搅拌能够使得铜液中的硫与氧充分反应，反应速率自然有所增加，氧化作业时间也持续缩短。相关资料表明，粗铜精炼脱硫速率的高低会受到脱硫温度的影响。一般来说，最佳脱硫温度需要保持在1180℃～1210℃之间。回转式精炼炉在进行氧化反应之前，需要拥有足够的吹炼热粗铜，反应过程中需要根据不同反映情况对冷粗铜或其他杂铜进行适当补充，促进单炉处理量的增加[3]。