连续炼铜基础理论及工艺优化研究

第1章 绪论

1.1 连续炼铜技术现状及发展

1.1.1 双闪炼铜法

1.1.2 双顶吹炼铜法

1.1.3 侧吹-多枪顶吹连续炼铜法

1.1.4 富氧底吹连续炼铜法

1.2 铜高温冶金相平衡研究现状

1.2.1 相平衡研究方法

1.2.2 Cu-Fe-O-S-Si体系相平衡

1.2.3 铜冶金过程元素多相分配

1.3 计算机模拟在冶金中的应用

1.3.1 多相平衡建模原理

1.3.2 多相平衡模型求解算法

1.3.3 元素多相分配热力学模拟

1.4 研究意义及研究内容

1.4.1 研究意义

1.4.2 研究内容

1.4.3 研究思路

第2章 研究方法

2.1 富氧底吹连续炼铜生产数据

2.1.1 大型化底吹铜熔炼

2.1.2 铜锍连续吹炼

2.2 多相平衡研究方法

2.2.1 多相平衡模型

2.2.2 模型求解算法

第3章 并行粒子群算法开发与应用

3.1 多线程并行粒子群算法

3.1.1 并行粒子群算法开发

3.1.2 并行粒子群算法测试

3.2 算法在底吹熔炼过程中的应用

3.2.1 熔炼多相平衡模型计算

3.2.2 模拟结果验证

3.3 算法在连续吹炼过程中的应用

3.3.1 连续吹炼多相平衡模型计算

3.3.2 模拟计算结果验证

3.4 本章小结

第4章 大型化底吹熔炼过程元素定向分离富集

4.1 贵金属元素铜锍定向富集

4.1.1 炉渣中贵金属损失形式

4.1.2 原料成分对贵金属富集的影响

4.1.3 工艺参数对贵金属富集的影响

4.2 杂质元素氧化造渣定向脱除

4.2.1 杂质元素造渣反应热力学

4.2.2 原料成分对杂质脱除的影响

4.2.3 工艺参数对杂质脱除的影响

4.3 杂质元素气相挥发定向脱除

4.3.1 伴生元素热力学行为

4.3.2 原料成分变化对杂质脱除的影响

4.3.3 工艺参数对杂质脱除的影响

4.4 造锍熔炼工艺优化

4.5 本章小结

第5章 富氧底吹铜锍连续吹炼过程机理

5.1 连续吹炼反应热力学

5.2 连续吹炼氧化期反应机理

5.2.1 平衡铜相

5.2.2 平衡铜锍相

5.2.3 平衡气相

5.2.4 平衡渣相

5.3 连续吹炼还原期机理

5.3.1 主金属热力学行为

5.3.2 伴生元素热力学行为

5.4 本章小结

第6章 底吹铜锍连续吹炼过程元素定向分离富集

6.1 贵金属元素定向富集

6.1.1 贵金属损失形式

6.1.2 原料成分对贵金属富集的影响

6.1.3 工艺参数对贵金属富集的影响

6.2 造渣元素定向脱除

6.2.1 原料成分对杂质脱除的影响

6.2.2 工艺参数对杂质脱除的影响

6.3 第V主族元素定向脱除

6.3.1 原料成分变化对杂质脱除的影响

6.3.2 工艺参数对杂质脱除的影响

6.4 连续吹炼工艺优化

6.5 本章小结

第7章 连续炼铜杂质元素脱除影响因素分析

7.1 大型化底吹熔炼工艺

7.1.1 杂质熔炼过程反应热力学

7.1.2 不同熔炼工艺锑分配差异

7.1.3 富氧底吹熔炼锑分配行为

7.2 底吹连续吹炼工艺

7.2.1 杂质吹炼过程反应热力学

7.2.2 不同吹炼工艺砷分配差异

7.2.3 底吹连续吹炼砷分配行为

7.3 本章小结

第8章 结论与展望

8.1 结论

8.2 创新点

8.3 展望

参考文献

第1章绪论

1.1连续炼铜技术现状及发展

铜是一种重要的工业基础原材料和战略物资，因其良好的导电、导热和延展性能，被广泛应用于电力电子、交通运输、国防军工等行业。据世界金属统计局(WBMS)、工信部统计，2021年全球精炼铜产量2466万1，消费量2506万1，其中我国精炼铜产量1049万1，消费量1389万1。碳中和是应对全球气候变化、实现可持续发展目标的必然选择，新能源技术是实现碳达峰碳中和的必然路径。新能源产业蓬勃发展，将成为铜消费增长的新驱动力。预计2025年、2030年，风电、光伏发电、储能和新能源汽车铜需求量合计分别为318万し、609万(4,5]，约占2021年全球精炼铜消费量的12.69%、24.30%。

火法冶金是金属铜生产的主要工艺，铜精矿经过“造铳熔炼一铜铳吹炼一粗铜精炼”等工序生产阳极铜。常规铜冶炼工艺上述工序在多个炉子内间断完成，冶炼中间产品需经吊车在多个车间内倒运，存在生产效率低、环境污染大等问题。随着优质铜精矿资源枯竭，复杂原生资源、二次资源成为主要处理对象，以及全球环境保护意识不断增强，亟须开发原料适应性强、冶炼强度高、处理能力大的新型连续炼铜方法。

连续炼铜，目前没有准确一致的定义。最初设想的连续炼铜，是利用一台炉子将铜精矿一步氧化直接生产粗铜，工艺流程短、生产效率高，适用于处理辉铜矿、斑铜矿等低铁优质资源，处理黄铜矿等高铁资源时，渣量大、有价金属直收率低,代表性工艺为诺兰达连续炼铜法、闪速一步炼铜法[6]。随着铜冶炼技术发展，将熔炼(渣贫化)一吹炼(精炼)设备通过溜槽连接，实现冶炼过程连续化技术被称为连续炼铜，其避免了热态物料在车间内转运，生产效率高、作业环境好代表性工艺为三菱法连续炼铜、富氧底吹连续炼铜、侧吹熔炼-多枪顶吹连续炼铜(。铜锍吹炼呈现连续化发展趋势，传统PS转炉间断吹炼正逐步被取代，连续炼铜的定义进一步拓展为强化熔炼-铜铳连续吹炼，以双闪炼铜工艺、双顶吹炼铜工艺为代表。目前我国工业化应用的连续炼铜工艺包括:双闪炼铜法、双顶吹炼铜法、侧吹-多枪顶吹连续炼铜法和富氧底吹连续炼铜法等。

……

本书采用理论研究、模拟仿真和生产实践相结合的研究方法, 针对富氧底吹连续炼铜开展了热力学模拟研究, 优化了大型化底吹熔炼和底吹连续吹炼多相平衡模型, 开发了并行粒子群高效求解算法 ; 明晰了大型化和连续化生产对熔炼温度、氧分压、硫分压和渣含铜等参数的影响 ; 计算了大型化底吹铜熔炼过程伴生有价金属和杂质元素分配行为, 形成了元素定向分离富集调控措施 ; 揭示了富氧底吹铜锍连续吹炼过程机理, 明晰了连续吹炼过程多相演变和体系氧分压、硫分压变化规律 ; 明确了连续吹炼原料成分和工艺参数, 对伴生元素多相分配规律影响, 优化了合理原料成分和工艺参数, 强化了连续吹炼过程 ; 对比典型铜熔炼I艺和铜锍吹炼工艺, 明晰了富氧底吹连续炼铜工艺特性, 明确了影响伴生杂质元素定向分离富集关键因素, 为富氧底吹炼铜大型化连续化生产实践提供理论指导。