富氧熔炼

利用工业氧气部分或全部取代空气以强化冶金过程的熔炼方法

富氧熔炼是利用工业氧气部分或全部取代空气以强化冶金过程的熔炼方法。20世纪50年代，由于高效价廉的制氧方法和设备的开发，工业氧气炼钢和高炉富氧炼铁获得广泛应用。与此同时，在有色金属熔炼中，也开始用提高鼓风中空气含氧量的办法，开发新的熔炼方法和改造落后的传统工艺。

基本原理

有色金属冶炼过程主要发生硫化矿的氧化和氧化矿或氧化物料的还原两种类型的反应。

硫化矿熔炼发生的主要反应是：

式中Me代表欲提取的金属， FeS代表硫化物或金属熔体，SO2代表氧化物炉渣溶体。炉渣中的氧化物MeO，实际上起着传递气相中的氧的作用。可见，从硫化矿熔炼获得金属的过程自始至终是氧化过程。当熔炼鼓风中氧浓度愈大，炉内氧的分压愈高，氧的扩散速度也愈快，硫化物的氧化速度也随之增加。

氧化矿或氧化物料的还原熔炼(包括炉渣烟化)大多使用固体碳质燃料作发热剂兼还原剂，燃料燃烧提供还原反应和炉料熔化所需的热量和CO还原剂。其主要反应是：

采用富氧鼓风时，燃料燃烧的理论最高温度随鼓风中氧含量的增加而升高，燃烧速度加快，气相中一氧化碳的分压和炉内的温度增加，从而加速了还原反应和炉料的熔化。

方法应用

1952年加拿大国际镍公司(Inco)首先采用工业氧气(含氧95%)闪速熔炼铜精矿，熔炼过程不需要任何燃料，烟气中SO2浓度高达80%，这是富氧熔炼最早的一例。1971年，奥托昆普(Outokumpu)型闪速炉开始用预热的富氧空气代替原来的预热空气鼓风熔炼铜(镍)精矿，使这种闪速炉的优点得到更好的发挥，硫的回收率可达95%。只要采用氧浓度较高的富氧鼓风，生产较高品位的铜锍，也可以实现不用燃料的自热熔炼。目前世界上30多台炼铜闪速炉，几乎都采用富氧(或工业氧气)熔炼。随着富氧浓度的提高，闪速熔炼正向直接炼铜和闪速吹炼的方向发展，并被用于硫化铅精矿直接熔炼生产粗铅，前苏联的基夫赛特炼铅法就是直接炼铅的一例。

工业氧气的应用也推动了熔池熔炼方法的开发和推广。自20世纪70年代以来，先后出现的诺兰达法、三菱法、白银炼铜法、氧气底吹炼铅法等，也都离不开富氧(或工业氧气)鼓风。

此外，工业氧气也被用来强化和改造老厂的反射炉熔炼和鼓风炉熔炼。氧气喷撒熔炼(OSS)法(见闪速熔炼)、氧焰反射炉熔炼法和白银炼铜法都采用工业氧气(或富氧)强化铜反射炉造锍熔炼，使生产率提高一倍以上。

加拿大的特雷尔(Trail)铅厂是最早(1954年)在炼铅鼓风炉采用富氧熔炼的工厂。目前世界上有10多家炼铅厂采用富氧鼓风炉熔炼，氧浓度为23%～27%，炉子熔炼量提高15%～25%。焦炭消耗下降5%～15%。此外，富氧鼓风用于炉渣烟化炉也取得了缩短吹炼时间、提高处理量和降低燃料消耗的显著效果。

中国的炼铜工业已经开始采用富氧造锍熔炼。1977年邵武铜厂密闭鼓风炉最早采用富氧熔炼，接着又被铜陵冶炼厂采用。1987年白银炼铜法开始用含氧31.6%的富氧鼓风炼铜。1990年贵溪冶炼厂铜闪速炉开始用预热富氧鼓风代替预热空气熔炼铜精矿。

经济评价

利用工业氧气代替部分或全部空气，中的氮量所带来的明显好处是：(1)减少炉内须加热的氮量，降低了能耗;(2)参加反应气体的分压相应增加，提高了反应速度，强化了熔炼过程;(3)硫化矿富氧熔炼(吹炼)烟气中二氧化硫浓度升高，烟尘量减少，有利于烟气的综合利用，减少污染;(4)减少了通过炉子的气体量以及鼓风、排烟的设备负荷。制取富氧熔炼所需的工业氧气要耗用电能，一般电费占单位氧气生产成本的60%～70%，建设制氧站的一次性投资也比较大。闪速熔炼生产实践表明，只要(单位质量)油的价格/(单位质量)氧气价格≥4时，用氧气代替油在经济上就是可行的，再加上富氧鼓风能提高炉子的熔炼强度以及提高硫和金属的回收率等效果，其经济效益更是可观。

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