洛陽(yáng)銅加工集團(tuán)有限責(zé)任公司 黃天增
〖摘要〗銅火法精煉的還原以重油為主，還原時(shí)產(chǎn)生大量黑煙污染環(huán)境，本文詳細(xì)探討了利用城市煤氣進(jìn)行還原，在技術(shù)上的可行性，在操作上的安全性，及在實(shí)際運(yùn)用方面如何控制氫在銅中的溶解度，取得優(yōu)于重油還原結(jié)果的方法?！ ?BR> 〖關(guān)鍵詞〗銅火法精煉 黑煙污染 煤氣還原 銅中氫含量
1、概述
洛陽(yáng)銅加工集團(tuán)冶煉廠的兩臺(tái)150t銅精煉爐是該公司的關(guān)鍵設(shè)備之一，同時(shí)也是洛陽(yáng)市的重點(diǎn)污染源之一。其正常生產(chǎn)時(shí)，每天每臺(tái)爐子消耗重油量為15-20噸。由于當(dāng)前原油提煉技術(shù)水平日臻完善，使得提煉后的重油成分也越來(lái)越渣型化而不利于燃燒，故燃燒不完全的黑煙（殘?zhí)迹﹪?yán)重污染市區(qū)的環(huán)境。更為嚴(yán)重的是用重油還原銅時(shí)需將重油通入銅水中，讓其碳?xì)浠衔锱c銅水中的氧起反應(yīng)以脫去銅水中的氧。為了提高還原效率，需通入過(guò)量的重油以利于還原的進(jìn)行。這就造成大量的碳在高溫缺氧的情況下凝聚成不宜燃燒的碳粒，彌漫在車(chē)間的周?chē)蜕峡?，?yán)重污染了企業(yè)和城市的環(huán)境。
前些年在省市環(huán)保部門(mén)的支持下，也曾進(jìn)行過(guò)治理，但由于重油還原沒(méi)有更好的替代產(chǎn)品，即使增加了二次供風(fēng)燃燒系統(tǒng)，凝聚的碳粒仍不能較好燃燒，黑煙污染依舊。
自2003年元月省市政府為改變城市的環(huán)境，大力推進(jìn)清潔能源的使用，將城市管網(wǎng)煤氣引入企業(yè)，使得銅精煉反射爐的燃料結(jié)構(gòu)得以改變，最終以氣體燃料替代了液體燃料，消除了重油燃燒不徹底所產(chǎn)生的黑煙。但對(duì)于煤氣能否替代重油用于還原，還有許多問(wèn)題困擾著大家而不能過(guò)關(guān)；經(jīng)資料檢索、網(wǎng)上查詢(xún)和對(duì)數(shù)批國(guó)外專(zhuān)家的咨詢(xún)證實(shí)：此前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有將煤氣用于銅還原的先例。
2.對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題的分析：
我們針對(duì)煤氣用于還原可能遇到的問(wèn)題分別進(jìn)行研究，其探討情況如下：
2.1煤氣替代重油用于還原在技術(shù)上的可行性
用木頭、木炭、重油作還原劑進(jìn)行銅的還原是大家熟悉的工藝，也是大家所接受的工藝。但經(jīng)仔細(xì)分析，這三種還原劑的實(shí)際還原機(jī)理并不完全一致。其中木頭、木炭的還原應(yīng)視為：
Cu2O + C = 2Cu + CO ①
生成的CO又與氧化亞銅起反應(yīng)
Cu2O + CO = 2Cu + CO2 ?、?BR>當(dāng)①式和②式合并后可視為：
2Cu2O + C = 4Cu + CO2
以上應(yīng)為典型的碳還原反應(yīng)。
表1 國(guó)內(nèi)重油成份一覽表
成份
產(chǎn)地 C , % H , % O , % N , % S , % 灰份,% H2O,% 發(fā)熱量, KJ/kg
大慶重油 86.47 12.74 0.29 0.28 0.21 0.01 0.20 39848
勝利重油 85.97 11.97 0.62 0.34 1.00 0.04 1.30 41248
錦西重油 86.85 11.54 0.96 0.57 0.16 40776
南京重油 86.56 12.70 0.50 0.50 0.40 41257
撫順重油 84.00 10.20 0.20 0.60 0.70 0.30 4.00 38623
平 均 85.97 11.83 0.514 0.458 0.494 0.12 1.83 40350
表2 城市煤氣成份一覽表
成份
產(chǎn)地 CO，% H2，% CH4，% CmHn，% N2，% CO2，% 發(fā)熱量，KJ/m3
城市煤氣 17.49 51.138 27.898 1.251 1.321 0.98 18810
實(shí)測(cè)值 2.94 47.334 45.97 0.106 0.454 3.5 21845
然而重油的還原反應(yīng)就不那么簡(jiǎn)單了，我們從表1可知重油的主成分為C： 86%±，H2：12%±。無(wú)論重油是什么樣的CmHn，最終經(jīng)加熱分解后生成物均為C和H2。
對(duì)于碳的還原在上面已闡述，對(duì)于氫的還原反應(yīng)見(jiàn)下式：
Cu2O + H2 = 2Cu + H2O
對(duì)于這兩個(gè)反應(yīng)如按含量看，C含量為H2含量的7倍多，應(yīng)以C的還原反。應(yīng)為主，H2的還原反應(yīng)為輔。然而經(jīng)熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算，其結(jié)果則不然：
Cu2O（l）+ H2（g）= 2Cu（l）+ H2O（g） ③
Cu2O（l）+ CO（g）= 2Cu（l）+ CO2（g） ④
兩式的標(biāo)準(zhǔn)自由焓分別為：△G0H = －128742 + 16.4T（J）
△G0CO = －162213 + 45.77T（J）
當(dāng)以上兩式的反應(yīng)速度相等時(shí)：即△G0H = △G0CO，
T=1139.6K，t =T－273 = 866.63℃
即在866.6℃時(shí)兩反應(yīng)相等。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
在866.6℃以下CO的還原反應(yīng)速度高<
