铜闪速熔炼过程数值模拟研究现状与展望

数值模拟具有实施代价低、结果表达直观等优势,已成为铜闪速熔炼等工业过程的重要研究手段。基于近30年来公开发表的文献资料,对国内外学者在闪速熔炼过程数值模拟方面所做研究工作进行了分类介绍,重点讨论了这些研究工作的技术特色、应用价值以及适用性,进而分析和探讨了该领域的发展现状、存在的问题及发展方向。

闪速熔炼工艺中砷元素的分布及控制实践

通过探讨了贵溪冶炼厂闪速炼铜工艺中砷元素在生产中的分布规律以及砷元素不同走向和开路方式的特点,并详细介绍了通过提高闪速熔炼工艺中烟气氧含量的措施,有效提升砷元素进入冶炼炉渣的分布比例,大幅缩短铜冶炼过程中砷的处理流程,达到减少砷元素在闪速熔炼工艺流程中处理成本目的研究。

云南某闪速熔炼铜炉渣工艺矿物学研究及选矿影响因素分析

使用X射线衍射仪、MLA、偏光显微镜等对闪速熔炼铜炉渣开展工艺矿物学研究。结果表明:矿石中铜的品位为1.66%,主要赋存于砷铜矿/金属铜、辉铜矿中,可采用浮选法对铜进行回收利用。但矿石中主要铜矿物的共生关系较为复杂,嵌布粒度较细,会对选矿指标造成较大不利影响。同时矿石中伴生有价元素铁、锌等均难以通过物理选矿方法进行回收。

利用闪速熔炼工艺处理电子废弃物的技术探讨

介绍了合理处置和回收电子废弃物的重要性,为实现对电子废弃物这类宝贵的二次资源的绿色处理和高效回收,提出了一种新型的电子废弃物闪速熔炼工艺。介绍了该工艺运输与配料、闪速冶炼与还原、熔炼烟气处理等工艺流程,并针对熔池侧吹、渣中铁氧化物的还原控制、二次燃烧、渣型选择等关键技术进行了探讨。

闪速熔炼在中国的进展与研究——冷风技术及“非接触冶金”

从环境保护角度阐述了世界铜、镍闪速熔炼的发展与现状,讨论了"冷风节能"及其工业应用技术。介绍了中国在"闪速炉扩产"、"闪速冶金事故监控"、"水套新材料"、"闪速炉连续炼铜"等方面的研究成果。为根本解决强化冶金对炉衬的腐蚀,提出了"非接触冶金"的思路,描述了中心旋涡柱闪速熔炼方法,并介绍了旋涡喷嘴基本设计及计算机仿真实验。

铅冶炼技术现状及我国第一台铅闪速熔炼炉试产情况

由北京矿冶研究总院提供主体工艺设备与设计、与灵宝市华宝产业有限责任公司合作开发的我国第一台具有完全自主知识产权的10万t／a炼铅闪速工程于2009年9月24日在河南省灵宝市投料试产。试产期间，弃渣含铅约2％、含锌小于3％、含银4～6g／t、含金0．1g／t、含铜约0．1％，粗铅品位大于98％，闪速熔炼烟尘含铅大于65％、含锌小于3％，烟尘率小于6％且全部闭路返回熔炼，铅回收率大于97％、金银回收率大于99．5％、铜锌回收率大于85％，总硫利用率大于98％，粗铅综合能耗小于300kg标煤／t。

基于Metcal的铜闪速熔炼-转炉吹炼工艺全流程模拟计算

以"闪速熔炼—PS转炉吹炼"铜冶炼主流工艺为设计计算对象,基于自主开发的"冶金工艺流程计算系统开发平台(Metcal)"软件,采用物料平衡、热平衡和化学平衡等原理建立各计算单元数学模型,并对铜冶炼全流程进行了设计模拟计算,得到了各冶金单元的详细物流信息和热平衡计算结果,为该工艺设计、放大提供了理论指导,提高了冶金工艺全流程设计计算效率。

闪速熔炼渣含铜的数值模拟

通过数值仿真的方法,分析闪速熔炼反应塔内Fe3O4含量的分布与变化规律,提出降低渣含铜的途径和措施。计算表明,精矿喷嘴操作参数的优化匹配,可以减少反应塔底部Fe3O4的生成量。氧浓或氧量分布为调控的主要参数;工艺风氧浓高,工艺风速低,有利于减少Fe3O4生成量;增加SiO2含量,颗粒中的Fe3O4含量明显降低,但需综合考虑此因素对渣含铜的影响。调整反应塔精矿喷嘴的工艺风氧量和氧浓,使反应塔内的氧势呈合理的梯度分布,将有助于渣含铜的降低。

基于正交试验闪速熔炼过程操作参数的优化

伴随着铜闪速炉产能与熔炼强度的不断提高,闪速炉反应塔内温度场、浓度场等物理场的微观信息分布特点发生了明显的变化,其反应配风之间的参数配比关系对炉内熔炼过程的影响作用更为突出。采用正交设计的方法,就闪速炉生产操作的3个主要配风参数(工艺风、分散风、中央氧)对炉内气、粒混合反应过程的影响关系进行系统仿真研究,得到基准工况条件下的操作参数优化配比方案。仿真结果表明:分散风速度对气、粒混合反应过程的影响占主导地位;在优化工况条件下,炉内熔炼过程效率进一步提高,其烟尘发生率可控制在3.2%左右,炉内氧气基本消耗完全。

铅富氧闪速熔炼的生产实践和指标

详细介绍了北京矿冶研究总院负责设计的我国第一座年产10万t粗铅的铅富氧闪速熔炼厂的试生产和技术指标。工业生产表明:该项目技术先进,投资省、流程短、工艺稳定,铅冶炼系统综合能耗低,整体工艺技术处于世界领先水平。

铅富氧闪速熔炼新技术

由北京矿冶研究总院提供主体工艺设备与设计、与灵宝市华宝产业有限责任公司合作开发的我国第一座具有完全自主知识产权的10万t/a铅富氧闪速熔炼厂于2011年5月10日在河南省灵宝市正式投料生产。入炉物料含铅约30%,闪速熔炼渣含铅8%～12%。经电炉贫化还原,电炉弃渣含铅小于2%、含锌小于2%、平均含银小于6g/t、含金小于0.1g/t、含铜小于0.1%。粗铅品位大于98%。闪速熔炼烟尘含铅大于65%、含锌小于3%,烟尘率8%～12%且全部闭路返回熔炼。铅回收率大于98%、金银回收率大于99.5%、总硫利用率大于98%。包括还原贫化电炉挥发锌的能耗在内,粗铅综合能耗213kgce/t。

铅富氧闪速熔炼法节能减排效果与分析

详细分析了铅富氧闪速熔炼工艺的技术参数、能耗、烟尘和SO2排放量等,阐述了铅富氧熔炼工艺在节能和环境保护上的优越性。

基于自适应模糊神经网络的铜闪速熔炼渣含Fe/SiO_2模型研究

基于Sugeno型自适应模糊神经网络系统(ANFIS)及利用某闪速炼铜厂生产实践的稳定数据,建立了网络结构为3输入、单输出、隶属度函数个数为[5 3 5]的闪速炼铜过程的渣含Fe/SiO2模型.结果显示其训练数据平均绝对误差为0.0055,相对误差为1.4%;仿真检验数据平均绝对误差为0.028,相对误差为2.9%,表明所建立的模型预测值与生产操作数据基本吻合,该模型对铜熔炼过程的最优化具有参考价值,可以代替现有的静态配料模型用于工业在线计算机控制.

闪速熔炼精矿喷嘴下料偏析仿真与试验研究

采用数值模拟和试验验证法对闪速炉精矿喷嘴下料情况进行了研究,分析了物料偏析现象,开发了全新的预分散型精矿喷嘴,并对其下料颗粒运动情况进行了仿真与分析,通过试验验证了精矿喷嘴无偏析预分散技术的先进性。结果表明:传统的奥拓昆普精矿喷嘴下料必然会产生偏析现象,且径向偏析>周向偏析>局部偏析;新预分散型精矿喷嘴中下料管出口颗粒粒度分布非常均匀,无物料偏析现象,很好地解决了下料偏析问题。新型喷嘴在冶炼厂应用中取得了很好效果,降低了烟灰发生率、渣含铜率,抑制了偏析现象的产生。

基于自适应模糊神经网络的铜闪速熔炼冰铜温度模型研究

基于自适应模糊神经网络系统(ANFIS)及利用某闪速炼铜厂生产实践的稳定数据,建立了网络结构为3输入、单输出、隶属度函数个数为(7,5,7)的闪速炼铜过程的冰铜温度模型。结果显示其训练数据平均绝对误差为5.0℃,相对误差为0.41%;仿真检验数据平均绝对误差为6.7℃,相对误差为0.55%,表明所建立的模型预测值与生产操作数据基本吻合,该模型对铜熔炼过程的最优化具有参考价值,可以代替现有的静态配料模型用于工业在线计算机控制。

基于Rand-MQC耦合算法的高强度铜闪速熔炼多相平衡热力学分析

基于最小自由能原理和修正准化学溶液理论,采用Rand-MQC耦合算法,建立了高强度铜闪速熔炼多相平衡热力学分析数学模型,依此模型对某典型高强度生产工况进行了实例计算,并考察了吨矿氧和熔剂率对平衡产物组元活度及其含量的影响。实例计算和热力学分析结果表明,铜锍和炉渣相组成模型计算误差均在2%以下,接近生产测量值;为获得高铜锍品位且能较好控制渣含铜和渣中铁硅比,建议吨矿氧和熔剂率分别控制在215m3/t和11%左右。

闪速熔炼精矿喷嘴预混结构的优化与数值仿真

通过中央扩散性精矿喷嘴工作特性分析,针对目前运行存在的问题,开展了喷嘴进料箱、工艺风旋向、环氧风偏斜和吹散风等预混结构优化、工艺配风参数调节以及气粒两相混合数值分析研究。结果表明,工艺风偏角管能够获得良好的旋流效果,增大工艺风的出口速度,促进精矿粉与工艺风的混合;吹散风-环氧风对精矿粉颗粒的分散效果影响显著,合理的配风风量可获得理想的精矿粉分布效果,更有利于气粒两相混合过程。

应用神经网络技术建立铜闪速熔炼温度模型

应用神经网络技术 ,并依据工业实践操作数据 ,建立了铜闪速熔炼过程的温度模型。其仿真计算结果与工业生产实际值基本吻合 ,表明了此建模方法是可行的 。

铜闪速熔炼中微量元素行为的计算机模拟

在热力学平衡的基础上，利用描述闪速熔炼中微量元素行为的数学模型，结合闪速熔炼整体平衡计算结果，对Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ在铜闪速熔炼中的行为进行了计算机模拟．计算结果与文献结果及工业观测数据吻合较好。同时，模拟计算了冰铜品位、氧气浓度、温度及精矿中微量元素含量等因素对微量元素行为的影响．

高强度铜闪速熔炼过程颗粒行为仿真研究

通过在Fluent中增加铜精矿颗粒燃烧模块,建立闪速熔炼仿真模型,对闪速熔炼炉冶金过程颗粒行为进行仿真研究。通过在给定工艺条件下对颗粒的运动速度及轨迹、存活时间、颗粒温度变化、氧化程度及颗粒在沉淀池分布状况进行模拟。研究表明,精矿颗粒在进入反应塔内平均存留时间较短,并不断偏离反应塔中央,闪速熔炼炉内颗粒温度受颗粒直径的影响,粒度越小,温度上升越快,20μm的颗粒受漩涡的影响程度比较大且易随烟气排出。