TSL（艾薩、奧圖泰-澳斯麥特）法
1)方法簡介
TSL是Top Submerged Lance 的簡稱，意為頂置浸沒噴槍。該技術(shù)起源于澳大利亞聯(lián)邦工業(yè)與科學(xué)發(fā)展組織(CSIRO)，因此在早期的中文譯文中，稱其為“悉羅法”。在該技術(shù)工業(yè)化初步成功后，澳大利亞政府分別授權(quán)艾薩、澳斯麥特兩家公司獨立推廣應(yīng)用該技術(shù)，所以，在工業(yè)應(yīng)用中，又分別稱為艾薩法和澳斯麥特法。兩種方法原理、設(shè)備等基本相同，但在爐體與噴槍結(jié)構(gòu)、技術(shù)細(xì)節(jié)上有所區(qū)別。近年來，澳斯麥特公司已被奧圖泰公司控股經(jīng)營，因此澳斯麥特法現(xiàn)改稱奧圖泰-澳斯麥特法。
圖3-27為TSL爐示意圖。TSL法屬浸沒式頂吹熔池熔煉技術(shù)。其爐體為豎式圓柱體固定爐，爐體直徑3.5~5m，高12~16m，熔體深度1~2m。爐體為耐火磚砌筑，部分爐子在渣線附近裝有銅水套保護(hù)爐襯。奧圖泰-澳斯麥特爐和艾薩爐熔體排出方式不同，奧圖泰-澳斯麥特爐采用堰壩結(jié)構(gòu)連續(xù)排出，而艾薩爐設(shè)有2個排出口，間斷排出。
圖3-27 TSL爐示意圖
早期TSL爐體壽命較短，目前由于爐體結(jié)構(gòu)、冷卻方式、操作水平的改進(jìn)，爐體壽命已達(dá)2年以上。TSL爐采用單根頂置鋼制噴槍，工作狀態(tài)下噴槍前端插入熔體深度約為0.3m，可根據(jù)爐子工作狀況調(diào)節(jié)。
圖3-28為奧圖泰-澳斯麥特法噴槍結(jié)構(gòu)示意圖。
奧圖泰-澳斯麥特噴槍為套筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)管材質(zhì)為中碳鋼，用來輸送燃料，底端距熔體面1m，外管材質(zhì)為不銹鋼，直徑為300~500mm，富氧空氣通過內(nèi)外管間夾套噴入爐內(nèi)熔體中;為使富氧空氣與內(nèi)管加入的燃料良好混合燃燒，同時改變噴入熔體氣流的流形，噴槍中上部夾套內(nèi)置螺旋導(dǎo)流葉片。噴槍插入熔體部分，在旋流氣體冷卻下掛渣得到保護(hù)。浸入熔體外管壽命為1 周或更長。損壞后提出更換。更換時間小于1h。噴槍總長15～25m，當(dāng)其需要修理或更換時，設(shè)于爐頂?shù)奶嵘龣C構(gòu)將其從爐內(nèi)完全提出。因此，TSL要求廠房高度大于爐體及噴槍高度之和，高達(dá)50m左右。
圖3-29為艾薩法工藝流程圖
圖3-29為艾薩法工藝流程圖。TSL法原則工藝流程均與其大致相同。含水約8%的爐料混合造粒后，通過加料皮帶從爐頂加料口連續(xù)加入爐內(nèi)熔體中，富氧空氣、燃料經(jīng)浸沒于熔體中的鋼制噴槍噴入熔體中，強烈攪動熔體，熔煉的物理化學(xué)過程在氣、液、固三相乳狀體中劇烈發(fā)生，生成的銅锍和爐渣間斷(艾薩法)或連續(xù)(奧圖泰-澳斯麥特法)排入燃料加熱的臥式爐(艾薩爐)或電爐中分離。品位為60%的銅锍送P-S轉(zhuǎn)爐吹煉;爐渣含銅0.6%~0.8%，水淬棄掉。SO濃度25%的煙氣經(jīng)回收余熱、收塵后送制酸。爐膛上部通入少量O，以消除元素S的不利影響。噴槍頭部掛渣保護(hù)。噴槍損壞后提出將損壞部分割掉，焊接上新槍頭，重新使用。
艾薩銅廠曾對爐內(nèi)攪拌混合效果進(jìn)行研究，結(jié)果為爐內(nèi)混合時間小于1min，反應(yīng)時間小于2min，爐料平均停留時間35min，氧利用率100%;體系氧勢10~°MPa，熔池內(nèi)最大溫度梯度小于20℃，由此可見，TSL爐動力學(xué)條件很好，屬于較為高效的高溫冶金反應(yīng)器，此外，熔體強烈攪拌可避免Fe，O沉積，因此適應(yīng)爐渣m(Fe)/m(SiO)較大的條件。
2)技術(shù)特點
①原料適應(yīng)性強，備料系統(tǒng)簡單。這點與側(cè)吹、底吹相同，但TSL不能大量處理塊狀冷料。
②熔煉強度高，50~100t/(dm2)，濺起的熔體將上部空間熱量帶回熔池。
③FeO起到傳遞氧的作用，熔體中一般應(yīng)含有5%的FeO，因此適宜在較高的m(Fe)/m(SiO)和較低溫度(1150~1200℃)條件下操作。
④煙塵率較低，一般為1%～1.5%。
⑤脫雜能力強。91% As、85% Cd、76% Bi、68% Zn、61% Sb、60% T1、44% Pb，及29% Te進(jìn)入爐渣或煙塵，特別適應(yīng)高砷礦的處理。
⑥富氧濃度一般僅為50%~60%，過高會導(dǎo)致噴槍頭壽命縮短。
⑦噴槍壽命有待進(jìn)一步延長。噴槍需提出修復(fù)，廠房高，降低運轉(zhuǎn)率。
⑧爐料含水8%~10%(過低制粒時需補水)，煙氣露點高，400℃進(jìn)電收塵。從能耗角度考慮，進(jìn)爐前干燥反而有利。
3)主要技術(shù)指標(biāo)
①富氧濃度：45%～90%;
②銅锍品位：50%～65%;
③爐渣m(Fe)/m(SiO)：1.17～1.54;
④熔池溫度：1150～1200℃;
⑤渣含銅(電爐貧化后)：0.6%～0.8%;
⑦煙氣SO濃度(爐出口)：30%～35%;
⑧煙塵率：1%～1.5%。
4)國內(nèi)外應(yīng)用情況
TSL屬浸沒式頂吹熔池熔煉技術(shù)。在銅、鎳、鉛、鋅、錫、電子廢料冶煉及工業(yè)垃圾處理等領(lǐng)域，得到廣泛應(yīng)用。1971年，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織(CSIRO)的弗洛伊德教授提出浸沒式噴槍燃燒技術(shù)概念，并開始研發(fā)與推廣。
我國目前有10座該類爐子用于煉銅。分別為北方銅公司(奧圖泰-澳斯麥特)熔煉及吹煉爐各1座、銅陵金昌(奧圖泰-澳斯麥特)1座、云銅(艾薩)2座、內(nèi)蒙古金劍(奧圖泰-澳斯麥特)1座、葫蘆島(奧圖泰-澳斯麥特)1座、大冶(奧圖泰-澳斯麥特)1座、云錫(奧圖泰-澳斯麥特)1座、新疆五星(奧圖泰-澳斯麥特，在建)1座。此外，中國有色礦業(yè)公司下屬中色非礦公司，在贊比亞銅帶省基特維市建有一座艾薩法煉銅廠。
TSL法煉銅在國外應(yīng)用也非常廣泛，采用奧圖泰-澳斯麥特法煉銅的有俄羅斯RCC公司、納米比亞NCS公司等，相對而言，艾薩法在國外應(yīng)用更為廣泛，如澳大利亞蒙特艾薩公司、美國邁阿密煉銅廠、秘魯IIO公司、印度Sterlite公司、贊比亞Mufulira公司、哈薩克斯坦Ust-Kmenorisk公司等。此外，艾薩爐還廣泛用于廢雜銅及電子廢料處理，如優(yōu)美科公司比利時霍布肯廠、德國凱撒廠等。
5)總體評價
TSL爐是一種高效的高溫冶金反應(yīng)器，既可用于造锍熔煉，也適宜于還原熔煉。盡管其問世較晚，20世紀(jì)90年代才逐步推向工業(yè)應(yīng)用，但其發(fā)展勢頭之強勁、應(yīng)用之廣泛，已超過許多問世較早的熔池熔煉方法。究其原因，TSL除具有一般熔池熔煉共有的優(yōu)點外，還有以下主要特點：①爐體為固定式圓柱形爐，占地面積較小，雖然廠房高度較高，但相對而言仍具有簡單、投資較低的優(yōu)點;②噴槍為碳鋼和一般不銹鋼制，雖然槍頭壽命較短，但提升修理較為簡便，成本不會太高;③爐內(nèi)功能單一(僅熔煉功能，渣與銅锍在另一爐內(nèi)沉淀分離)，動力學(xué)條件好，氧利用率及熔煉效率高;④爐內(nèi)熔體強烈攪動，F(xiàn)e，O么不易沉積，且可起到傳遞氧的作用，因此適宜在較高m(Fe)/m(SiO)，較低溫度(1150℃)條件下操作;⑤在廣泛應(yīng)用基礎(chǔ)上，技術(shù)及裝備已趨于成熟。TSL噴槍壽命仍然不是很穩(wěn)定，在高富氧濃度下，噴槍燒損較快，影響富氧濃度的進(jìn)一步提升，這些仍是需要改進(jìn)的方面。
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