中國銅冶煉技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展趨勢

周松林， 葛哲令

(陽谷祥光銅業(yè)有限公司， 山東 聊城 252327)

重金屬

中國銅冶煉技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展趨勢

周松林， 葛哲令

(陽谷祥光銅業(yè)有限公司， 山東 聊城 252327)

我國銅產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)“兩頭小、中間大”結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，必須加快科技創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐，使我國銅工業(yè)向著良性、健康方向發(fā)展。本文針對火法銅冶煉中熔煉、吹煉、精煉和電解等四個(gè)生產(chǎn)流程，簡要敘述了國內(nèi)外銅冶煉技術(shù)現(xiàn)狀及國內(nèi)銅冶煉工藝的技術(shù)進(jìn)步，展望了銅冶煉技術(shù)的發(fā)展方向。

銅冶煉； 技術(shù)進(jìn)步； 發(fā)展趨勢

0 前言

工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展使得我國對銅原料的需求日益增加，也促使我國轉(zhuǎn)變?yōu)殂~冶煉產(chǎn)業(yè)大國。但從總體上看，我國的銅工業(yè)發(fā)展仍處于產(chǎn)業(yè)鏈的中低端環(huán)節(jié)，工藝落后、高污染、高能耗等問題，嚴(yán)重困擾著大中小型銅冶煉企業(yè)。我國當(dāng)前有色金屬產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不盡合理，呈現(xiàn)“兩頭小、中間大”，銅冶煉產(chǎn)能過剩，但精礦資源保障能力不足，高附加值的加工產(chǎn)品生產(chǎn)能力不足，主要依賴進(jìn)口。同時(shí)，受到電價(jià)上漲、陰極銅價(jià)下跌等因素影響，市場低迷，需求增速放緩，產(chǎn)能過剩后果顯現(xiàn)，部分行業(yè)面臨嚴(yán)重虧損局面，而且國際貿(mào)易爭端加劇，有色金屬產(chǎn)品出口難度加大。目前，我國銅工業(yè)正進(jìn)入轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時(shí)刻，今后一個(gè)時(shí)期，我國的銅冶煉工業(yè)將向著控制總量、淘汰落后產(chǎn)能、先進(jìn)工藝研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用、推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級、促進(jìn)有色金屬工業(yè)可持續(xù)發(fā)展方向前進(jìn)。

近年來，世界銅冶煉技術(shù)工藝有了長足的發(fā)展，火法銅冶煉技術(shù)仍然占主導(dǎo)地位，火法煉銅的比例達(dá)到總產(chǎn)量的90%以上。這是基于火法冶金的特點(diǎn)：硫化精礦在反應(yīng)過程可以充當(dāng)燃料；在高溫下反應(yīng)過程的效率高；能夠通過反應(yīng)溫度的變化改變化學(xué)平衡移動的方向達(dá)到銅冶煉的目的；貴金屬回收率和富集比高；產(chǎn)能高，生產(chǎn)過程中金屬富集程度高，適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)要求；銅锍或粗銅與熔煉渣或吹煉渣分離比較簡單；爐渣在自然環(huán)境下較為穩(wěn)定，不會造成二次污染等。

本文針對火法銅冶煉中的熔煉、吹煉、精煉和電解等四個(gè)生產(chǎn)流程，簡要介紹了國內(nèi)外銅冶煉技術(shù)現(xiàn)狀及國內(nèi)銅冶煉工藝的技術(shù)進(jìn)步。

1 熔煉技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展

1.1 熔煉技術(shù)的現(xiàn)狀

銅熔煉的方法比較多，傳統(tǒng)的銅冶煉廠都是采用反射爐或密閉鼓風(fēng)爐等傳統(tǒng)熔煉工藝，由于其采用空氣作為氧化劑，生成的冰銅品位低，且需要補(bǔ)充大量的外部燃料加熱，產(chǎn)生的二氧化硫濃度低，不適合后期的制酸，尾氣含硫高，環(huán)境污染嚴(yán)重。近幾十年來，國內(nèi)外紛紛開展熔煉新工藝研究開發(fā)，涌現(xiàn)出十幾種強(qiáng)化熔煉工藝，主要分兩大類，第一類為空間熔煉，如芬蘭奧托昆普閃速熔煉，加拿大因科閃速熔煉，祥光旋浮熔煉；第二類是熔池熔煉，如白銀法、艾薩熔煉、澳斯麥特熔煉、諾蘭達(dá)熔煉等。

改革開放以來，我國大多數(shù)銅冶煉企業(yè)通過技術(shù)引進(jìn)和自主開發(fā)，基本淘汰了鼓風(fēng)爐和反射爐等傳統(tǒng)熔煉工藝。

江銅貴溪冶煉廠和銅陵金隆公司分別在1985年和1996年引進(jìn)了閃速熔煉爐進(jìn)行銅精礦的冶煉，經(jīng)過改造，技術(shù)水平有了更大的提高。江銅貴溪冶煉廠二期擴(kuò)建工程，原方案是再建一臺閃速爐，使產(chǎn)能提高到20萬t/a。由于建造成本高，貴溪冶煉廠調(diào)整了實(shí)施方案，分兩步進(jìn)行：通過對現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)一步挖潛改造，于1998年實(shí)現(xiàn)了15萬t/a的生產(chǎn)能力；通過對轉(zhuǎn)爐和制酸系統(tǒng)及精礦干燥機(jī)等輔助設(shè)備能力的提升，在2000年形成20萬t/a的生產(chǎn)能力[1]。

浸沒頂吹煉銅工藝——艾薩熔煉和澳斯麥特熔煉同樣被國內(nèi)銅冶煉廠應(yīng)用。山西華銅銅業(yè)有限公司是典型的澳斯麥特工藝冶煉廠，熔煉和吹煉都是采用澳斯麥特爐，投產(chǎn)初期曾出現(xiàn)耐火材料壽命短、渣含銅高等問題，經(jīng)過摸索和改進(jìn)已正常生產(chǎn)。艾薩熔煉和澳斯麥特熔煉原理基本相似，最大差別在噴槍和爐體結(jié)構(gòu)上。云南銅業(yè)股份公司引進(jìn)艾薩熔煉技術(shù)取代了傳統(tǒng)的電爐熔煉，2002年5月完成改造工程，并順利投產(chǎn)運(yùn)行。銅陵有色金屬公司金昌冶煉廠為根治環(huán)境污染，于2003年采用澳斯麥特熔煉工藝取代了原有的密閉鼓風(fēng)爐熔煉工藝。

1.2 國內(nèi)銅熔煉技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展

近年來，伴隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，國內(nèi)銅的需求量和產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一，能源和環(huán)境問題日益突出，同時(shí)國家連續(xù)出臺政策要求發(fā)展資源節(jié)約型和環(huán)境友好型工業(yè)，嚴(yán)格管控企業(yè)能耗及三廢排放等問題，積極鼓勵(lì)企業(yè)自主創(chuàng)新，淘汰落后產(chǎn)能。國內(nèi)銅冶煉企業(yè)意識到原有工藝已無法滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，因此加快了科技創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐，在熔池熔煉和空間熔煉方面都取得了很多創(chuàng)新成果。

(1)白銀爐經(jīng)過30多年的生產(chǎn)實(shí)踐，雖然優(yōu)點(diǎn)諸多，但也逐漸暴露出不符合目前現(xiàn)代化生產(chǎn)要求的問題：單臺產(chǎn)能低、能耗高、爐齡短、自動化程度低、操作環(huán)境差等。為此進(jìn)行了改造，新建了一臺能力為10萬t/a粗銅的新型白銀爐，并相應(yīng)對原有的配套設(shè)施進(jìn)行升級改進(jìn)。2009年10月，由白銀公司自主研發(fā)的新型白銀爐順利投料生產(chǎn)，經(jīng)過近一年的生產(chǎn)實(shí)踐，新白銀爐各項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)不斷優(yōu)化，真正實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定、均衡生產(chǎn)，除了受制氧能力制約產(chǎn)能沒有達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)外，其它經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)基本都達(dá)到了設(shè)計(jì)值[1]。

(2)中國有色工程設(shè)計(jì)研究院與山東東營方圓有色金屬公司共同研發(fā)的“氧氣底吹熔煉多金屬捕集技術(shù)”項(xiàng)目于2008年12月順利投產(chǎn)，年產(chǎn)陰極銅10萬t。該工藝類似于PS轉(zhuǎn)爐，氧氣從爐體底部吹入，不再需要捅風(fēng)眼機(jī)，省人省力，且物料準(zhǔn)備簡單，煙塵率低[2]。

(3)內(nèi)蒙古金峰銅業(yè)和山西垣曲華盛冶金公司合作自主研發(fā)出年產(chǎn)10萬t銅的冶煉爐(金峰爐)，該爐型已在內(nèi)蒙古赤峰及富春江冶煉有限公司成功應(yīng)用，為雙側(cè)多風(fēng)道側(cè)吹，反應(yīng)迅速、均勻，減少了局部過氧化現(xiàn)象，降低了渣含銅，棄渣含銅平均值在0.45%[3-4]。

(4)山東祥光銅業(yè)公司一期20萬t工程引進(jìn)世界先進(jìn)的雙閃(閃速熔煉+閃速吹煉)銅冶煉工藝，2005年9月正式開工建設(shè)，通過引進(jìn)、消化和再創(chuàng)新，2007年11月順利產(chǎn)出首批高純陰極銅。2009年5月，祥光二期40萬t工程開工建設(shè)，原計(jì)劃在一期基礎(chǔ)上再引進(jìn)一套20萬t雙閃系統(tǒng)，但考慮到當(dāng)時(shí)世界上單系統(tǒng)產(chǎn)能還沒有40萬t的業(yè)績，以及根據(jù)祥光豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，決定二期工程不再引進(jìn)，通過理論研究、計(jì)算機(jī)仿真、關(guān)鍵設(shè)備研制、工業(yè)試驗(yàn)等，自主開發(fā)出一套完整的超強(qiáng)化、低能耗、環(huán)保好的旋浮熔煉、旋浮吹煉、無氧化精煉新工藝體系及核心設(shè)備旋浮噴嘴，實(shí)現(xiàn)了銅冶煉理論、工藝、裝備的重大創(chuàng)新。2011年4月二期工程正式投產(chǎn)，生產(chǎn)實(shí)踐表明，工藝先進(jìn)成熟，生產(chǎn)穩(wěn)定可靠，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)能超過設(shè)計(jì)值，達(dá)到50萬t，工廠成為目前世界單系統(tǒng)產(chǎn)能最大，最節(jié)能環(huán)保的現(xiàn)代化銅冶煉廠[5-6]。

2 吹煉技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展

2.1 吹煉技術(shù)的現(xiàn)狀

吹煉過程是火法煉銅的第二道工序，一方面在于脫除鐵和硫，通過造锍和揮發(fā)進(jìn)一步降低銅锍中的多種有害雜質(zhì)，使之產(chǎn)出合格的粗銅；另一方面使金、銀等有價(jià)金屬盡量富集在粗銅中，便于在銅的電解精煉過程中回收，提高經(jīng)濟(jì)效益。

自1905年Smith和Peirce成功在臥式吹煉轉(zhuǎn)爐應(yīng)用堿性耐火材料作為內(nèi)襯，使得PS轉(zhuǎn)爐成功應(yīng)用于銅锍的吹煉以來，PS轉(zhuǎn)爐已成為近百年來世界上普遍采用的成熟工藝。目前，國內(nèi)外吹煉主流工藝仍為PS轉(zhuǎn)爐工藝，PS轉(zhuǎn)爐的操作相對簡單和經(jīng)濟(jì)，對于那些有價(jià)值但是不容易處理的物料比如外購廢銅和殘陽極等具有無與倫比的優(yōu)勢。但是，PS轉(zhuǎn)爐也存在著如下的一些問題：吹煉過程為間歇式周期性作業(yè)，產(chǎn)出的煙氣量和二氧化硫濃度波動范圍大，給制酸過程帶來很大的麻煩；吹煉過程的進(jìn)料和放渣作業(yè)，二氧化硫煙氣四處逸散，惡化了車間的操作環(huán)境，造成低空污染的問題。近年來由于銅原料市場全球化，原料市場的競爭更加激烈，各冶煉廠為了適應(yīng)全球化的市場經(jīng)濟(jì)，努力降低生產(chǎn)成本，逐步開發(fā)出了一批新的吹煉工藝及設(shè)備，如：閃速吹煉爐、澳斯麥特頂吹浸沒吹煉、三菱法連續(xù)吹煉爐、諾蘭達(dá)吹煉爐等[7-10]。

2.2 國內(nèi)吹煉技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展

目前，國內(nèi)冰銅吹煉主流工藝同樣為PS轉(zhuǎn)爐吹煉工藝，江銅、銅陵、大冶、金川、云銅等大型銅冶煉廠都在采用。近年來由于世界銅冶煉大環(huán)境以及國家政策的要求，國內(nèi)老冶煉廠及新建銅冶煉企業(yè)紛紛通過工藝技術(shù)引進(jìn)或自主研發(fā)取代PS轉(zhuǎn)爐。

山西華銅公司是我國首家引進(jìn)頂吹浸沒熔煉和吹煉的企業(yè)，設(shè)計(jì)規(guī)模3.5萬t粗銅，建有兩個(gè)澳斯麥特爐，一臺用于銅精礦的熔煉，另一臺用于銅锍的吹煉。澳斯麥特吹煉工藝屬于半連續(xù)工藝，單臺爐子進(jìn)行半連續(xù)吹煉可以直接取代幾臺PS轉(zhuǎn)爐，單臺產(chǎn)能在10萬t左右。為了滿足粗銅產(chǎn)量不斷提高的要求，企業(yè)在沒有進(jìn)行大的技術(shù)改造的前提下，充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備潛能，采用富氧吹煉工藝。富氧吹煉工藝的實(shí)施，提高了粗銅產(chǎn)能；煙氣二氧化硫濃度由4%～5%提高到了7%～12%，有利于煙氣制酸；降低了燃料率。但從總體情況看，不甚理想，尚未達(dá)到設(shè)計(jì)能力和要求。與澳斯麥特熔煉爐比較，吹煉爐由于冰銅導(dǎo)電性能好，吹煉溫度較熔煉高，存在噴槍壽命短等問題。

澳斯麥特連續(xù)銅吹煉工藝潛在的優(yōu)勢為：①生產(chǎn)效率大大提高，產(chǎn)出的高品位粗銅中硫和其他有害雜質(zhì)含量低；②可以處理固態(tài)或液態(tài)冰銅物料；熔煉過程在強(qiáng)烈的攪拌作用下，保證了較高的能量傳遞和氧利用率；可以不間斷地生產(chǎn)粗銅，不用停爐加入熔劑或排放爐渣，作業(yè)率大大較高，意味著生產(chǎn)噸銅所需的維修成本更小而能量效率更高；③爐子和煙氣系統(tǒng)得到了更好的密封，硫捕集率、二氧化硫濃度更高[11-13]。

山東祥光銅業(yè)公司采用閃速吹煉爐取代常規(guī)的PS轉(zhuǎn)爐，是整個(gè)工程最大的技術(shù)亮點(diǎn)。閃速吹煉與閃速熔煉非常類似，也是一種密閉的工藝，取消了露天運(yùn)輸熔融冰銅物料，可以有效控制煙氣的逸出，滿足環(huán)境嚴(yán)格要求。閃速吹煉的基本流程是各種不同的熔煉爐，如閃速爐、澳斯麥特爐、諾蘭達(dá)爐等產(chǎn)出的冰銅水淬，再進(jìn)行干燥、磨碎，然后在閃速吹煉爐中用高濃度富氧空氣吹煉成粗銅。祥光的富氧濃度控制在80%～90%之間。

閃速吹煉的優(yōu)點(diǎn)：①建設(shè)成本低，一臺閃速吹煉爐可以替代4～6臺PS轉(zhuǎn)爐，大大降低了吹煉主設(shè)備及附屬設(shè)備的投資；其次閃速吹煉爐富氧濃度高，煙氣量明顯減少，大大降低了制酸設(shè)備的尺寸，可節(jié)約三分之一的投資。②生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高，閃速爐爐齡長，維修費(fèi)用低；閃速吹煉的連續(xù)穩(wěn)定作業(yè)取代了轉(zhuǎn)爐的周期性作業(yè)，處理能力大大增加，提高了勞動生產(chǎn)效率；閃速吹煉煙氣二氧化硫濃度高且穩(wěn)定，降低了制酸系統(tǒng)的負(fù)荷，降低了生產(chǎn)成本。③環(huán)保好，閃速吹煉為密閉作業(yè)，硫的回收率在98%以上，捕集率在99.9%以上，二氧化硫排放量比國家標(biāo)準(zhǔn)低了36%，消除了轉(zhuǎn)爐煙氣泄漏等造成低空污染、勞動環(huán)境差等問題。④對熔煉爐沒有特別的要求，閃速吹煉爐處理的冰銅物料，可以來自閃速爐、澳斯麥特爐、諾蘭達(dá)爐和艾薩爐等各種熔煉爐，不像三菱法吹煉爐那樣，對冰銅的流入要求流量連續(xù)穩(wěn)定[5-6]。

近年來，經(jīng)過不斷鉆研和探索，中國恩菲公司的冶金工作者通過技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)出了一套全新的雙底吹連續(xù)煉銅新工藝，已進(jìn)行了半工業(yè)試驗(yàn)和工業(yè)試驗(yàn)，并且2012年開始設(shè)計(jì)第一座氧氣底吹連續(xù)吹煉的銅冶煉廠，預(yù)計(jì)2014年在河南豫光金鉛公司建設(shè)年產(chǎn)陰極銅8～10萬t的冶煉廢渣料多金屬綜合回收工程項(xiàng)目，如果投產(chǎn)成功，將使我國銅冶煉技術(shù)翻開新的篇章[14]。

3 火法精煉技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展

3.1 火法精煉技術(shù)現(xiàn)狀

PS轉(zhuǎn)爐、閃速吹煉爐等吹煉出來的粗銅，除了含有較高的硫及氧之外，還含有鉛、鋅、砷、銻、鉍等少量有害元素，這些元素會對后期陰極銅的電解精煉工藝產(chǎn)生不利影響，嚴(yán)重時(shí)影響陰極銅質(zhì)量。所以國內(nèi)外大都先火法精煉，再進(jìn)行電解以生產(chǎn)出合格的高純陰極銅。

目前火法精煉的過程大致分為四個(gè)階段，第一階段為加料期；第二階段為氧化期；第三階段為還原期；第四階段為澆鑄期，江銅、云銅、大冶等均采用此流程。

傳統(tǒng)粗銅火法精煉流程的最大缺點(diǎn)是作業(yè)為周期性，即吹煉銅液裝入陽極爐后，先鼓入空氣進(jìn)行氧化作業(yè)，雜質(zhì)氧化除去后再用還原劑進(jìn)行還原作業(yè)，以除去銅液中過多的氧。該方法氧化和還原是兩個(gè)相反對立的作業(yè)過程，因而作業(yè)時(shí)間長，燃料消耗多，黑煙污染大、設(shè)備生產(chǎn)效率低，且不易精確控制金屬熔體溫度和爐內(nèi)氣氛。

3.2 國內(nèi)火法精煉技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展

為了解決上述問題，國內(nèi)銅冶煉行業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行了理論研究，新工藝研發(fā)，獲得了重大的技術(shù)突破。

(1)山東祥光銅業(yè)公司通過理論研究與工業(yè)試驗(yàn)，創(chuàng)造性提出了新的火法精煉原理，自主研發(fā)出自氧化還原火法精煉銅新工藝[15]。

吹煉的銅液中，氧主要以氧化亞銅形式存在，硫主要以硫化亞銅形式存在，其他的鉛、鋅、砷等雜質(zhì)與銅互溶或者形成化合物溶解在銅溶液中。經(jīng)過熱力學(xué)分析，在工業(yè)生產(chǎn)溫度下，銅的化合物及雜質(zhì)化學(xué)反應(yīng)熵負(fù)值都較大，說明只要具備動力學(xué)條件，這些反應(yīng)都能自發(fā)激烈進(jìn)行。同時(shí)通過公司技術(shù)人員自主研發(fā)的生產(chǎn)在線控制系統(tǒng)對吹煉粗銅中氧和硫含量的精確控制，粗銅液中的氧完全達(dá)到脫硫、脫雜的要求?？梢姡灰獮殂~液中自身的氧和雜質(zhì)提供接觸的機(jī)會，工藝直接采用鼓入惰性氣體對粗銅液進(jìn)行攪拌，就可以達(dá)到一步脫硫、脫雜的目的。

新工藝縮短了作業(yè)流程，提高了生產(chǎn)效率，不需要還原劑，不僅節(jié)約了能源、減少了碳排放，而且從根本上解決了傳統(tǒng)火法精煉還原時(shí)普遍存在的黑煙污染問題。

(2)傳統(tǒng)的粗銅火法精煉爐燃燒系統(tǒng)基本采用常溫大風(fēng)量助燃燃料，存在工藝水平低、能耗高、污染嚴(yán)重等問題，金隆公司和美國普萊克斯公司聯(lián)合進(jìn)行了科研攻關(guān)，采用純氧取代常溫助燃風(fēng)機(jī)，開發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的稀氧卷吸性能結(jié)構(gòu)燃燒設(shè)備，應(yīng)用于陽極爐，成功實(shí)現(xiàn)了全自動安全在線控制，具有明顯的節(jié)能減排效果。該系統(tǒng)于2009年8月在金隆3號陽極爐使用成功，經(jīng)濟(jì)效益顯著。2011年該技術(shù)應(yīng)用于金川集團(tuán)公司的兩臺銅熔煉爐；2013年該技術(shù)成功應(yīng)用于陽谷祥光銅業(yè)630 t陽極爐，投產(chǎn)以來生產(chǎn)指標(biāo)正常，節(jié)能效果顯著[16]。

4 電解技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展

目前，銅電解生產(chǎn)工藝大體分為兩類：第一類為傳統(tǒng)電解工藝；第二類為永久性陰極銅電解工藝。傳統(tǒng)工藝適合產(chǎn)量較小，年產(chǎn)陰極銅10萬t以下的企業(yè)。第二類工藝適合于生產(chǎn)規(guī)模較大、年產(chǎn)陰極銅在15萬t以上的企業(yè)。

傳統(tǒng)始極片電解工藝相對于永久不銹鋼陰極板電解工藝具有很大的劣勢，主要表現(xiàn)在：①廢片率高，經(jīng)常造成始極片供應(yīng)短缺。②外觀質(zhì)量不穩(wěn)定，影響陰極銅的物理規(guī)格。③始極片單重、厚薄不均勻，影響機(jī)組加工速度和質(zhì)量。④生產(chǎn)成本高，作業(yè)效率低。所以新建和改造企業(yè)都選用永久性不銹鋼陰極板工藝。

隨著銅冶煉產(chǎn)能的提高，對電解精煉產(chǎn)能要求也越來越高，世界各國銅冶煉企業(yè)在擴(kuò)大電解銅生產(chǎn)規(guī)模、改進(jìn)銅電解精煉技術(shù)、提高機(jī)械化和自動化程度、提高勞動生產(chǎn)率、降低能耗等方面取得了顯著的進(jìn)展。

目前，要提高產(chǎn)能同時(shí)又考慮建設(shè)成本，唯一的途徑就是提高電流密度，但生產(chǎn)實(shí)踐中，當(dāng)電解電流密度升高時(shí)，在陰極上容易造成濃差極化，使主要的金屬不能在陰極上優(yōu)先析出，導(dǎo)致雜質(zhì)金屬的析出，影響了陰極銅質(zhì)量。因此，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，如何提高電流密度、強(qiáng)化電解生產(chǎn)、提高電解生產(chǎn)效率，一直是有色金屬電解領(lǐng)域致力于解決的問題。

(1)山東祥光銅業(yè)公司同奧地利Mettop公司合作研發(fā)出節(jié)能、高效、強(qiáng)化電解平行流技術(shù)，2011年6月二期平行流電解新工藝通電生產(chǎn)，7月份電流密度達(dá)到設(shè)計(jì)值385 A/m2，10月份電流密度提高到420 A/m2，并一直連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)至今。通過采用平行流電解技術(shù)提高電流密度，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，在同等設(shè)備情況下產(chǎn)能提高50%。電解產(chǎn)能由設(shè)計(jì)的40萬t/a提高到60萬t/a，銅電解綜合能耗下降10%[17]。

(2)國內(nèi)某公司自主研發(fā)出一種新型旋流電解技術(shù)，該工藝從廢液中選擇性提取高純金屬，流程短、成本低；項(xiàng)目投資小、建設(shè)周期短、風(fēng)險(xiǎn)小，與當(dāng)前國內(nèi)推行的循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目主體緊密銜接，社會和經(jīng)濟(jì)效益顯著。該技術(shù)可運(yùn)用于：從低品位浸出液中直接電解高品位銅(99.99%)；從低品位浸出液里直接電解鋅和鎳；各種金屬的高電流電解，包括銅、鎳、鈷；鎳、鋅、鈷浸出液的電解凈化；從氰化物溶液中回收銀；從精煉廠排放廢液里生產(chǎn)高品位銅；從低品位酸性礦排水里單步回收銅金屬，完全自動化的生產(chǎn)和金屬粉末的采集等。

5 一步煉銅工藝的發(fā)展

在有色火法銅冶煉行業(yè)，硫化銅精礦一般要經(jīng)過精礦熔煉和冰銅吹煉兩個(gè)步驟得到粗銅，但其要在不同的設(shè)備中進(jìn)行操作，工藝復(fù)雜。有技術(shù)人員提出在單一設(shè)備中進(jìn)行連續(xù)煉銅的方法，行業(yè)內(nèi)稱之為一步煉銅。此種工藝優(yōu)點(diǎn)頗多，但是難度很大，如：渣含銅高；粗銅質(zhì)量不理想；渣中Fe3O4含量高，排渣困難；爐渣處理困難等。諾蘭達(dá)法初期也在一個(gè)爐內(nèi)直接生產(chǎn)粗銅，因粗銅雜質(zhì)多，渣含銅高，渣的處理難度大，最終放棄了一步產(chǎn)粗銅。但一步煉銅法一般在原有冶煉設(shè)備基礎(chǔ)上不會增加其他設(shè)備，是一種很有價(jià)值的煉銅方法。

2012年，山東祥光銅業(yè)公司利用吹煉爐和旋浮噴嘴進(jìn)行了一步煉銅大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)性試驗(yàn)，共處理普通高鐵銅精礦近萬噸，生產(chǎn)出含Cu大于98.5%的優(yōu)質(zhì)粗銅2 000多噸，工業(yè)化生產(chǎn)性試驗(yàn)的成功為今后一步煉銅大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。一步煉銅技術(shù)推動了世界銅冶煉技術(shù)躍升到了一個(gè)更高的臺階[18-19]。

6 銅冶煉技術(shù)發(fā)展展望

近年來，由于市場經(jīng)濟(jì)全球化、銅精礦競爭日趨國際化、高品位銅精礦資源日益貧乏、國家能源環(huán)保政策相繼出臺等因素，全球銅冶煉工業(yè)進(jìn)入了轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時(shí)期，要跟上銅冶煉發(fā)展趨勢，國內(nèi)新老冶煉廠必須加快科技創(chuàng)新，加快產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐，使得我國銅工業(yè)良性循環(huán)健康發(fā)展。

(1)發(fā)展資源節(jié)約型和環(huán)境友好型企業(yè)。努力研發(fā)更加高效、節(jié)能、環(huán)保的銅冶煉新工藝，取代現(xiàn)有低端、落后的冶煉工藝，特別是一步煉銅工藝技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用，努力降低生產(chǎn)成本，提高國內(nèi)銅冶煉行業(yè)的技術(shù)水平，提高中國在世界銅行業(yè)的競爭力。

(2)銅冶煉企業(yè)應(yīng)延長產(chǎn)業(yè)鏈條，發(fā)展銅的深加工，進(jìn)一步提高銅產(chǎn)品質(zhì)量和檔次，如：銅基復(fù)合材料、納米銅等高精尖材料，提高產(chǎn)品附加值，增大企業(yè)效益。

(3)進(jìn)一步加強(qiáng)宏觀調(diào)控力度，嚴(yán)格控制銅冶煉行業(yè)產(chǎn)能的過快增長。前幾年，由于銅冶煉行業(yè)形勢一片大好，銅精礦資源豐富，銅加工費(fèi)用不斷提高。在利益的驅(qū)使下，國內(nèi)銅冶煉廠遍地開花，造成生產(chǎn)規(guī)模急劇增加。近年來由于銅冶煉加工成本不斷攀升，銅市場價(jià)格低迷，國內(nèi)銅產(chǎn)品需求放緩，銅精礦資源緊缺，加上銅冶煉行業(yè)本身利潤低的特性，部分國內(nèi)銅冶煉企業(yè)出現(xiàn)虧損現(xiàn)象。所以，建議國家、省部委要加強(qiáng)銅冶煉行業(yè)的宏觀調(diào)控，加大新建企業(yè)的審核力度。

(4)大力開發(fā)銅精礦資源。我國雖是銅產(chǎn)品生產(chǎn)和消費(fèi)大國，但國內(nèi)銅精礦資源匱乏，加之近年來經(jīng)濟(jì)全球化加強(qiáng)，銅精礦資源競爭日益增加，嚴(yán)重限制了國內(nèi)銅冶煉行業(yè)的發(fā)展。為此我國應(yīng)該加大國內(nèi)銅精礦資源的勘探和開發(fā)力度，努力提高銅精礦的自給率；其次加大投資國外礦產(chǎn)，通過購買礦山開采權(quán)或參股等方式拓展銅精礦供應(yīng)渠道。

(5)開發(fā)復(fù)雜銅精礦處理工藝。隨著銅冶煉工業(yè)的發(fā)展，銅精礦品位日益降低，銅冶煉加工成本不斷攀升，新建冶煉廠和老冶煉廠紛紛擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，銅精礦資源競爭日益加劇。在這種環(huán)境下，對于買礦冶煉廠來說，采購干凈的銅精礦比采購含雜相對較高的臟銅精礦成本要高，所以從冶煉廠效益出發(fā)，應(yīng)該開發(fā)復(fù)雜銅精礦處理工藝來應(yīng)對日益激烈的行業(yè)競爭。

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TechnologyadvanceanddevelopmenttrendsofcoppersmeltinginChina

ZHOU Song-lin, GE Zhe-ling

Based on the situations of “small in both ends and large in medium” in China copper industry, it is necessary to accelerate the scientific and technological innovation and speed up the industrial restructuring to ensure the healthy development of copper industry in China. On the basis of the four production processes of copper pyrometallurgy including melting, converting, refining and electrolysis, the status of copper smelting technology at home and abroad and the technological advance of copper smelting in China were briefly introduced in this paper, and the development direction and trends of copper smelting technology were prospected.

copper smelting; technological advance; development trends

周松林(1961—)，男，安徽祁門人，教授級高工，副總裁。

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