煉銅吹煉爐渣選礦效益分析

□文/王舉良 陳 剛柳慶康煙臺鵬暉銅業有限公司

煉銅吹煉爐渣選礦效益分析

□文/王舉良 陳 剛
柳慶康煙臺鵬暉銅業有限公司

Copper Blowing Slag Benefi ciation Benefit Analysis

火法煉銅包括熔煉、吹煉、精煉等過程。在吹煉過程中，將產生一定數量的吹煉爐渣，傳統的方法是把吹煉爐渣返到熔煉爐，現在一部分煉銅企業將吹煉爐渣選礦，選出的吹煉爐渣精礦再返到熔煉爐。本文分析了吹煉爐渣經過選礦后再返到熔煉爐與吹煉爐渣直接返到熔煉爐的投入和產出的差額數值，從而得出經濟效益分析數據。

煉銅，吹煉爐渣，選礦，效益分析

目前，世界上原生銅產量中80%是用火法冶煉生產的。火法煉銅包括熔煉、吹煉、精煉等過程。熔煉過程是通過熔煉爐把銅原料熔煉成含銅40%～70%的冰銅；吹煉過程是通過吹煉爐把冰銅吹煉成含銅98%～99.5%的粗銅。在吹煉過程中，將產生一定數量的吹煉爐渣，傳統的方法是把吹煉爐渣直接返到熔煉爐，吹煉爐渣直接返到熔煉爐工藝流程圖見圖1；現在一部分煉銅企業將吹煉爐渣選礦，選出的吹煉爐渣精礦再返到熔煉爐，吹煉爐渣經過選礦后再返到熔煉爐工藝流程圖見圖2。以下把吹煉爐渣經過選礦后再返到熔煉爐與吹煉爐渣直接返到熔煉爐的投入和產出進行比較。

1 基本數據

1.1 物料含水

熔煉爐部分入爐和產出物料含水見表1。

1.2 干量物料化學成分

熔煉爐部分入爐和產出物料干量化學成分見表2。

1.3 價格

熔煉爐部分入爐和產出物料含稅濕量價格見表3，熔煉爐部分入爐和產出物料稅率見表4。

不含稅干量價格：

熔煉爐渣 25÷1.17÷（100%－4.2%）＝22.30元/t

石灰石 125÷1.06÷（100%－3%）＝121.57元/t

石英石 120÷1.17÷（100%－3%）＝105.74元/t

煤 990÷1.17÷（100%－9%）＝929.84元/t

吹煉爐渣選礦費 60元/t

不含稅實物量價格：

電0.58元/kWh；吹煉爐渣破碎費用（設備折舊、維修、耗電、人工費）16元/t；吹煉爐至選廠距離50km；運費0.35元/t.km；99.6%O2價格0.54元/Nm3；20℃，空氣相對濕度70% ，含O220.61%，H2O1.62%，N277.77%；熔煉爐鼓風機風量 24000Nm3/h，熔煉爐用壓縮空氣價格(設備折舊、維修、耗電、耗水、人工費)0.04元/Nm3；制氧機生產99.6%O2能力3700Nm3/h。

濕空氣用量 24000－3700＝20300 Nm3/h

富氧空氣：O2(20300×20.61%＋3700×99.6%) ÷24000＝32.79%

H2O20300×1.62%÷24000＝1.37%

N2100%－32.79%－1.37%＝65.84%

32.79%O2價格0.54×3 700÷24000＋0.04＝0.12元/ Nm3

1.4 計算依據

熔煉爐直收率: Fe 99%；CaO 99%；SiO299%。

處理物料量：精煉爐年產干量精煉爐渣7500t；熔煉爐年生產330天，每天處理干量銅精礦500t，每100kg干量銅精礦配干量精煉爐渣7500000÷330÷5000＝4.55kg，以下按處理100kg干量銅精礦進行計算。

表1 熔煉爐部分入爐和產出物料含水 單位：%

表2 熔煉爐部分入爐和產出物料干量化學成分

表3 熔煉爐部分入爐和產出物料含稅濕量價格 單位：元/t

表4 熔煉爐部分入爐和產出物料稅率 單位：%

2 吹煉爐渣直接返到熔煉爐

熔煉爐: 脫S率63.84%；S直收率98.5%；Cu直收率98.3%。

冰銅量

（100×30%＋19.65×1.50%）×98.5%×（100%－63.84%）÷22.7%＝47.53kg

吹煉爐渣量

47.53×18.6%÷45%＝19.65kg

冰銅品位

(1 0 0×2 4%＋1 9.6 5×6.8 5%＋4.55×22%)×98.3%÷47.53＝54.5%

熔煉爐渣量

(100×28%＋4.55×25%)×99%÷39%＝73.96kg

需石灰石

(73.96×4%÷99%－100×1%－4.55×2%)÷48%＝3.95kg

需石英石

(73.96×33%÷99%－100×4%－4.55×20%－19.65×27%)÷95%＝15.20kg

3 吹煉爐渣選礦后再返到熔煉爐

熔煉爐: 脫S率63.84%；S直收率98.6%；Cu直收率98.6%。

吹煉爐渣選礦，100kg干量吹煉爐渣產出34.01kg干量吹煉爐渣精礦，銅回收率為92.5%。

冰銅量

（100×30%＋6.68×3.80%）×98.6%×（100%－63.84%）÷22.7%＝47.52kg

吹煉爐渣量 47.52×18.6%÷45%＝19.64kg

吹煉爐渣精礦量 19.64×34.01%＝6.68kg

冰銅品位 (100×24%＋6.68×18.63%＋4.55×22%)×98.6%÷47.52＝54.5%

熔煉爐渣量

(100×28%＋4.55×25%－19.64×45%＋6.68×36%)×99%÷39%＝57.63kg

需石灰石

(57.63×4%÷99%－100×1%－4.55×2%)÷48%＝2.58kg

需石英石

(57.63×33%÷99%－100×4%－4.55×20%－6.68×23%)÷95%＝13.44kg

4 需要增加的物料量和熱量

吹煉爐渣直接返到熔煉爐和吹煉爐渣選礦后再返到熔煉爐相比，物料量和熱量都會相應增加，具體如下。

4.1 增加物料量

增加吹煉爐渣量 19.65－6.68＝12.97kg

增加熔煉爐渣量 73.96－57.63＝16.33kg

增加石灰石用量 3.95－2.58＝1.37kg

增加石英石用量 15.20－13.44＝1.76kg

增加冰銅量 47.53－47.52＝0.01kg

4.2 需要增加熱量

入爐物料熱量：入爐物料按20℃計算，熱焓值12.6kJ/kg[1]

12.6×（12.97＋1.37＋1.76）＝203kJ

熔煉爐渣和冰銅帶走熱量：冰銅熱焓值942kJ/kg[1]，熔煉爐渣熱焓值1 465kJ/kg[1]

942×0.01＋1465×16.33＝23933kJ

石灰石分解吸熱量：CaCO3＝CaO＋CO2

分解吸熱1583kJ/kg[1]

1583×1.37×48%÷56.08×100.08＝1 858kJ

石灰石分解出CO2加熱至1100℃帶走熱量：CaCO2＝CaO＋CO220℃加熱到1100℃ CO2熱焓值54261kJ/kmol[2]

54261×1.37×48%÷56.08＝636kJ

入爐物料帶入的水量加熱至1100℃所需熱量：20℃水加熱成1100℃水蒸汽吸熱4804kJ/kg[2],[3]

4 804×[19.65÷(100%－3%)×3%－6.68÷(100%－12%)×12%＋1.37÷(100%－3%)×3%＋1.76÷(100%－3%)×3%]＝-991kJ

氧化鐵造渣產生熱量：2FeO＋SiO2＝2FeO·SiO2

按SiO2計算發熱值為762kJ/kg[1]

762×(19.65×45%－

6.68×36%)÷55.85÷2×60.08×99%＝2612kJ

氧化鈣造渣產生熱量：CaO＋SiO2＝CaO·SiO2按SiO2計算發熱值為1436kJ/kg[1]

1436×1.37×48%÷56.08×60.08×99%＝1002kJ

以上共需熱量23933＋1858＋636－203－991－2 612－1002＝21619kJ

5 需要熱量由煤燃燒供給需要的干量煤數量

5.1 1kg干量煤燃燒至1100℃能給物料提供熱量

1kg干量煤含水量加熱至1100℃需要熱量為255kJ，即

1kg干量煤含水1÷（100%－5%）×5%＝0.053kg

20℃水加熱成1100℃水蒸汽吸熱4 804kJ/kg

4804×0.053＝255kJ

1kg干量煤燃燒生成的CO2加熱至1100℃需要熱量為3628kJ，即

C＋O2＝CO2C2H2＋2.5O2＝2CO2＋H2O

CO2從20℃加熱至1100℃需熱量54261kJ/kmol[2]

54261×(1×59%÷12＋1×23%÷26×2)＝3628kJ

1kg干量煤燃燒后剩余富氧空氣加熱至1100℃需要熱量為5208kJ，即

1kg干量煤燃燒需要O2C＋O2＝CO2C2H2＋2.5O2＝2CO2＋H2O

1×59%÷12＋1×23%÷26×2.5＝0.0713kmol

需用O2按1.1系數并折成32.79%O2

0.0713×1.1÷32.79%＝0.2392kmol

燃燒后，剩余O20.0713×1.1－0.0713＝0.0071kmol

剩余N20.2392×65.84%＝0.1575kmol

剩余H2O 0.2392×1.37%＝0.0033kmol

入爐富氧空氣按100℃計算，剩余O2、N2、H2O 加熱至1100℃需要的熱量減去參加反應O2從100℃降至20℃放出的熱量。

剩余O2從100℃加熱至1100℃需要熱量33521kJ/kmol[2]

剩余N2從100℃加熱至1100℃需要熱量31801kJ/kmol[2]

剩余H2O從100℃加熱至1100℃需要熱量39633kJ/ kmol[2]

參加反應O2從100℃降至20℃放出熱量2374kJ/kmol[2]

33521×0.0071＋31801×0.1575＋39 633×0.0033－2374×0.0713＝5208kJ

1kg干量煤燃燒生成H2O加熱至1100℃需要熱量為374kJ，即

C2H2＋2.5O2＝2CO2＋H2O

H2O蒸汽從20℃加熱至1100℃需要熱量42294kJ/ kmol[2]

42294×1×23%÷26＝374kJ

1kg干量煤燃燒到100℃可提供給需要加熱物料的熱量為17535kJ，即

27000－255－3628－5208－374＝17535kJ

5.2 加熱所處理的物料量需要干量煤數量

21619÷17535＝1.233kg

6 投入產出比較

吹煉爐渣直接返到熔煉爐比吹煉爐渣選礦后再返到熔煉爐增加石灰石、石英石、煤的費用

121.57÷1000×1.37＋105.74÷1000×1.76＋929.84÷1000×1.233＝1.499元

吹煉爐渣直接返到熔煉爐比吹煉爐渣選礦后再返到熔煉爐減少銅損失的費用（原料中的銅按56000元/t計算）

56000÷1000×（19.64×6.85%－6.68×18.63%－16.33×0.57%）＝0.435元

富氧空氣增加的費用

0.12×22.4×0.2392×1.233＝0.793元

吹煉爐渣破碎的費用

16÷1000×19.65÷（100%－2%）＝0.321元

熔煉爐渣出售增加的效益

22.30÷1000×16.33＝0.364元

吹煉爐渣外出選礦增加的選礦費

60÷1000×19.64＝1.178元

吹煉爐渣外出選礦增加的運費

0.35×50×[19.64÷（100%－2%）＋6.68÷（100%－12%）] ÷1000＝0.484元

吹煉爐渣直接返到熔煉爐比吹煉爐渣選礦后再返到熔煉爐增加費用

1.499－0.435＋0.793＋0.321－0.364－1.178－0.484＝0.152元

每處理1t干量銅精礦，吹煉爐渣直接返到熔煉爐比吹煉爐渣選礦后再返到熔煉爐增加費用

0.152÷100×1000＝1.52元

7 結語

從以上分析可以看出，吹煉爐渣選礦后再返到熔煉爐比吹煉爐渣直接返到熔煉爐，按處理1t干量銅精礦計算，可節約1.52元，從經濟效益看是合算的。但是由于每個企業的情況不同，并且煤、石英石、石灰石及銅價也在不斷波動，所以本文的結果僅供參考。

[1]北京有色冶金設計研究總院，長沙有色冶金設計研究院，南昌有色冶金設計研究院，昆明有色冶金設計研究院.重有色金屬冶煉設計手冊(銅鎳卷)［M］.北京:冶金工業出版社,1996.

[2]角仕云.氣體分子熱焓的溫度函數［J］.硫酸工業，1991（4）：23-25.

[3]孫佩極 .冶金化工過程及設備［M］.北京：冶金工業出版社，1980.

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