项目名称: 基于热力学与动力学计算的冰铜吹炼过程多尺度模拟研究

项目编号: No.51504018

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 矿业工程

项目作者: 赵洪亮

作者单位: 北京科技大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 冰铜吹炼是铜火法冶炼的关键工序之一,是一个涉及非均相化学反应、传质、传热的复杂流体流动过程。单一采用热力学或动力学方法对该问题进行研究均存在一定的局限性。据此,本项目应用界面物理化学和反应工程学的基本原理,提出了一种基于热力学和动力学联合计算的多相反应流体仿真新方法。针对PS转炉吹炼的造渣和造铜反应过程,首先利用热力学与动力学计算对炉内反应区进行划分,并基于“有效反应区”建立多相反应流体计算模型。然后,通过冷态的可视化实验从多相流场、气液分布、混合时间与传质速率多个角度对模型进行验证。最后,从化学反应(微观)、流体运动(介观)以及吹炼工艺条件(操作单元级)三个不同尺度探索冰铜PS转炉吹炼过程中多相反应与传输行为的影响因素及其作用规律,通过跨尺度操作,寻求工艺的优化方案,达到降低渣中的磁性铁含量,提高铜回收率和提高吹炼效率的目的,以期为工业上技术的更新和工艺的改进提供理论依据。

中文关键词: 冰铜吹炼;多相反应;数值模拟;冷模实验;多尺度

英文摘要: Copper matte converting is one of the key process for copper pyrometallurgy, which refer to a complex multiphase fluid flow problem involved heterogeneous chemical reaction, mass and heat transfer. Only thermodynamics or kinetics studies on this process have some limitations. Therefore, a new method on simulating such multiphase reaction flow is proposed by united calculation of thermodynamics and kinetics, in which basic principles of interfacial physical chemistry and reaction engineering are used. The slag-making and copper-making processes in PS converter will be studied. Firstly, the reaction zone in the converter is going to defined through thermodynamic and dynamic calculation. Thereby, the simulated model of multiphase reaction flow will be established based on the “effective reaction zone”. Then the multiphase flow field, gas-liquid distribution, mixing time and mass transfer rate will be investigated in the cold visualization experiment to certify the simulation model. Finally, the influence factors and the mechanisms of multiphase reaction and transfer of the PS copper converting process will be explored from multi-scale of chemical reaction (micro), fluid flow (mesoscopic), and blowing conditions (operating unit scale). The converting process is going to optimized by scale-crossing operation, which may reduce magnetic iron content in slag, improve copper recovery and enhance the blowing efficiency. This study will be conducted to provide theoretical basis for technology updating and process improving in industry.

英文关键词: copper matte converting;heterogeneous reaction;numerical simulation;cold model experiment;multi-scale

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