中低品位廢雜銅冶煉工藝現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

李曉霞

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司, 北京 100038)

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中低品位廢雜銅冶煉工藝現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

李曉霞

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司, 北京 100038)

廢雜銅由于其品位不同，冶煉工藝也不盡相同。本文著重介紹中低品位廢雜銅的冶煉特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外冶煉工藝現(xiàn)狀，分析并闡述了中低品位廢雜銅冶煉工藝的發(fā)展趨勢(shì)。

廢雜銅； 中低品位； 冶煉工藝； 趨勢(shì)

0 概述

全球經(jīng)濟(jì)經(jīng)過(guò)幾十年甚至幾個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，產(chǎn)生了大量的廢舊物品，其中也包含大量的銅廢料。2013年全球廢銅產(chǎn)量為331.23萬(wàn)t，其中中國(guó)廢銅產(chǎn)量為192.12萬(wàn)t[1]。上世紀(jì)七八十年代，日本、德國(guó)、美國(guó)等國(guó)家開(kāi)始重視并大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，在這些國(guó)家的影響下，歐盟和北美國(guó)家也相繼制定相關(guān)法律，鼓勵(lì)二次產(chǎn)品的回收和利用，因此歐美和日本再生銅回收工藝發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于發(fā)展中國(guó)家。

我國(guó)近些年在高品位(含銅大于90%以上)廢雜銅的處理方面取得了一定成效，傾動(dòng)式陽(yáng)極爐、精煉搖爐(傾動(dòng)式陽(yáng)極爐類)、處理固態(tài)物料的回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐、NGL爐(回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐類)等一批先進(jìn)技術(shù)和裝備在一些大型廢雜銅冶煉項(xiàng)目中推廣應(yīng)用，并且大量采用自動(dòng)化控制技術(shù)。但目前中低品位廢雜銅的再生綜合利用能力依然較弱，主要原因是雜銅回收利用市場(chǎng)不規(guī)范，雜銅原料來(lái)源不確定，制約了中低品位雜銅冶煉企業(yè)的規(guī)?；l(fā)展和先進(jìn)技術(shù)與裝備的應(yīng)用，自動(dòng)化控制技術(shù)落后。

1 廢雜銅的分類及中低品位廢雜銅冶煉特點(diǎn)和難點(diǎn)

1.1 雜銅的分類及中低品位廢雜銅的特點(diǎn)

我國(guó)廢雜銅的分類較為簡(jiǎn)單粗略，還沒(méi)有較完善的雜銅分類標(biāo)準(zhǔn)。在《再生銅冶煉廠工藝設(shè)計(jì)規(guī)范》征求意見(jiàn)稿中，將含銅<40%稱為低品位雜銅，含銅40%～90%稱為中品位雜銅，含銅≥90%稱為高品位雜銅。

目前從國(guó)內(nèi)行業(yè)來(lái)講，含銅在90%以下的廢雜銅主要包括：電子工業(yè)產(chǎn)生的電子廢料、含銅的煙塵、爐渣和銅泥、報(bào)廢的電器零件和復(fù)雜的含銅碎料等[2]。其特點(diǎn)是成分復(fù)雜，很多屬于銅基合金，含有鐵、鉛、鋅、砷、銻、鉍、鎳等多種金屬元素，有些表面還夾雜著汞、鉻、鎘以及用于阻燃劑的鹵族元素，如氟、氯、溴等物質(zhì)。

1.2 中低品位廢雜銅的冶煉特點(diǎn)及難點(diǎn)

中低品位廢雜銅的冶煉過(guò)程與銅精礦生產(chǎn)在生產(chǎn)工藝、冶煉設(shè)備及控制方法上都存在較大的差異，主要表現(xiàn)在：

(1) 能耗高。廢雜銅原料基本是固體冷料，原料中沒(méi)有硫等可燃物，反應(yīng)過(guò)程不能自熱，需要外供熱，故燃料消耗多。

(2) 冶煉過(guò)程復(fù)雜。在廢雜銅火法處理過(guò)程中需添加不同的熔劑來(lái)除去雜質(zhì),如添加石英除Fe、Pb、Ni等，添加石灰石和NaCO3除砷、銻，用焦炭脫鋅、錫等[3]。

(3) 煙氣需要進(jìn)行特殊處理。廢雜銅中揮發(fā)物質(zhì)比較多，冶煉過(guò)程中有大量的可揮發(fā)物進(jìn)入煙氣，如Pb、Zn和未燃盡的有機(jī)物等，其控制不當(dāng)會(huì)嚴(yán)重粘結(jié)在爐子出口、煙道和余熱回收系統(tǒng)[4]，造成影響；同時(shí)，煙氣處理需避免二噁英的產(chǎn)生和鹵族元素的腐蝕。

(4) 綜合回收要求高。雖然中低品位廢雜銅所含雜質(zhì)多，但是大多數(shù)為有價(jià)金屬，綜合回收可獲取更高的經(jīng)濟(jì)效益。

2 中低品位廢雜銅冶煉工藝現(xiàn)狀

2.1 鼓風(fēng)爐工藝

低品位雜銅經(jīng)鼓風(fēng)爐熔煉成黑銅，黑銅進(jìn)轉(zhuǎn)爐吹煉產(chǎn)粗銅，粗銅火法精煉產(chǎn)出合格的陽(yáng)極銅。對(duì)于品位為60%～90%的雜銅，也可用鼓風(fēng)爐直接吹煉成粗銅，然后火法精煉產(chǎn)出合格粗銅。

我國(guó)主要采用鼓風(fēng)爐處理廢線路板、銅泥和陽(yáng)極爐渣等，用焦炭作為燃料和還原劑，產(chǎn)出次黑銅，(次)黑銅含銅在80%～85%之間，爐渣含銅2%左右，產(chǎn)出的次黑銅經(jīng)吹煉和精煉處理產(chǎn)出陽(yáng)極銅。也有企業(yè)直接用陽(yáng)極爐處理黑銅或者是含銅在85%以上的雜銅產(chǎn)出陽(yáng)極銅，該冶煉過(guò)程需要進(jìn)行反復(fù)氧化造渣、還原，因此能耗高、作業(yè)周期長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)上不合理[2]。國(guó)內(nèi)鼓風(fēng)爐處理低品位廢雜銅的主要問(wèn)題是環(huán)保不達(dá)標(biāo)，尤其處理電子線路板和含有機(jī)物的銅廢料時(shí)環(huán)保問(wèn)題難以解決。

圖2 凱撒冶煉廠廢雜銅冶煉工藝流程圖

比較先進(jìn)的低品位雜銅冶煉技術(shù)主要集中在歐美和日本，但傳統(tǒng)的鼓風(fēng)爐工藝也還有應(yīng)用，不過(guò)在環(huán)保方面做了很多改進(jìn)，如奧地利Montanwerke Brixleg工廠，以銅二次物料為主，其含銅15%～99%。生產(chǎn)工藝如圖1所示[5]。

圖1 Montanwerke Brixlegg冶煉廠工藝流程圖

Montanwerke Brixlegg冶煉廠嚴(yán)格控制原料含S小于1%；鼓風(fēng)爐煙氣經(jīng)驟冷、布袋除塵后再進(jìn)行二次燃燒，以減少有機(jī)物的排放量；轉(zhuǎn)爐煙氣用MgO吸收；精煉爐用天然氣作燃料，煙氣采用布袋收塵；工廠的環(huán)集系統(tǒng)煙氣用布袋除塵后排空。

2.2 頂吹工藝

頂吹熔煉技術(shù)是澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)工業(yè)研究組織于上世紀(jì)70年代發(fā)明的。目前，芒特艾薩公司(ISA法)和澳斯麥特公司(Ausmelt法)都擁有該技術(shù)。該技術(shù)在礦銅冶煉方面發(fā)展較快，在雜銅冶煉方面的應(yīng)用是在德國(guó)Arubis lünen冶煉廠(原北德凱撒精煉廠)和比利時(shí)Umicore霍伯肯冶煉廠。

凱撒冶煉廠于2002年3月建成1臺(tái)艾薩爐，簡(jiǎn)稱KRS工藝，處理復(fù)雜的廢雜銅物料，含銅1%～80%，年處理能力達(dá)到15萬(wàn)t，以銅為捕集劑，綜合回收貴金屬。KRS工藝流程見(jiàn)圖2[5]。

該工藝是在一臺(tái)ISA爐內(nèi)先后完成還原熔煉和氧化熔煉，產(chǎn)出粗銅，已連續(xù)生產(chǎn)了10年，并于2011年新建了一臺(tái)TBRC爐，處理ISA爐產(chǎn)出的黑銅，而ISA爐只進(jìn)行還原熔煉作業(yè)[6]。

比利時(shí)Umicore公司霍伯肯冶煉廠ISA爐每年處理各種含Pb、Cu、Ni及貴金屬等二次物料200多種約30萬(wàn)t，包括工業(yè)副產(chǎn)品、再生廢料、礦物原料，綜合回收多種有價(jià)元素，品種多達(dá)17種[5]。霍伯肯冶煉廠工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 霍伯肯冶煉廠工藝流程圖

Ausmelt頂吹雜銅處理工藝也分別于2008年和2011年先后在日本同和冶煉廠和韓國(guó)建成投產(chǎn)。

與國(guó)外先進(jìn)的雜銅處理工藝相比，我國(guó)低品位雜銅處理工藝相對(duì)落后，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一家采用頂吹工藝處理廢雜銅的工廠建成投產(chǎn)。

2.3 卡爾多工藝

卡爾多工藝是瑞典波利登金屬公司發(fā)明的，是一種富氧頂吹技術(shù)，它可處理各種品位的廢銅料，對(duì)物料性狀也無(wú)特殊要求。

波利登公司隆斯卡冶煉廠目前建有2臺(tái)卡爾多爐，一臺(tái)于20世紀(jì)50年代建成，60年代投產(chǎn)，年處理二次銅原料45 000 t和部分含鉛物料。第二臺(tái)于2012年建成并投產(chǎn)，年處理量75 000 t電子廢料?？柖酄t熔煉電子廢料產(chǎn)出的黑銅，返回冶煉廠銅冶煉主流程中進(jìn)一步精煉，并進(jìn)行銅及其它貴金屬的回收。

該技術(shù)在意大利玻特·瑪格赫拉冶煉廠和美國(guó)柯麥柯冶煉廠等多家再生銅冶煉廠得到應(yīng)用。意大利玻特·瑪格赫拉冶煉廠用卡爾多爐處理平均含Cu35%～80%的雜銅物料，產(chǎn)含Cu96%～97%粗銅，單爐處理能力50t，每爐作業(yè)時(shí)間24 h[7]。玻特·瑪格赫拉冶煉廠火法系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖4。

圖4 玻特·瑪格赫拉冶煉廠 雜銅冶煉工藝流程圖

2009年5月江西銅業(yè)引進(jìn)了一臺(tái)13 m3的卡爾多爐處理中品位廢雜銅及含銅物料，投產(chǎn)后年產(chǎn)銅5萬(wàn)t；入爐物料平均含銅70%～80%，每爐裝入量80 t，產(chǎn)粗銅約50 t，粗銅品位在98.5%左右[2]。2011年，金川集團(tuán)建成一臺(tái)氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐，用于處理中品位雜銅，入爐物料平均含Cu75%，年產(chǎn)粗銅5萬(wàn)t。氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐結(jié)構(gòu)與卡爾多爐略有不同，由我國(guó)自主設(shè)計(jì)。2012年廣西梧州建成2臺(tái)卡爾多爐，用于處理中品位雜銅，目前尚未投入使用。

3 中低品位廢雜銅冶煉工藝的發(fā)展趨勢(shì)

(1) 規(guī)模逐步擴(kuò)大。隨著雜銅冶煉技術(shù)的發(fā)展，雜銅處理設(shè)備不斷改進(jìn)，單體設(shè)備的處理能力加大；而且隨著低品位雜銅拆解、分揀、回收市場(chǎng)的規(guī)范，尤其是發(fā)展中國(guó)家開(kāi)始逐步重視和規(guī)范廢舊物品回收，低品位雜銅回收將呈現(xiàn)規(guī)模化趨勢(shì)，從而保證雜銅冶煉企業(yè)的原料來(lái)源，新建雜銅冶煉企業(yè)規(guī)模會(huì)逐漸擴(kuò)大。

(2) 產(chǎn)業(yè)聯(lián)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。大型的銅鉛鋅聯(lián)合企業(yè)，可以充分利用已有資源和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)，綜合回收各種有價(jià)元素，使之成為新的效益增長(zhǎng)點(diǎn)。

(3) 搭配處理。隨著礦銅冶煉技術(shù)的發(fā)展，礦銅冶煉規(guī)模在逐漸擴(kuò)大，精礦熔煉的多余熱也逐步引起重視。多余熱可用于熔化低品位雜銅(如各種含銅廢渣、低品位銅合金等)，從而降低能耗，這將是低品位廢雜銅處理的一個(gè)重要方向。

(4) 新工藝應(yīng)用。底吹爐熔煉具有爐體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗低、熱利用率高和除雜能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在處理雜質(zhì)含量高的原料方面優(yōu)勢(shì)明顯。中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司也在積極開(kāi)發(fā)底吹爐處理雜銅的工藝技術(shù)，相信在未來(lái)的一段時(shí)間底吹爐處理低品位雜銅工藝將會(huì)得到推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)中低品位雜銅的冶煉還處于起步階段，隨著國(guó)家對(duì)汽車、電子產(chǎn)品和電力等行業(yè)的規(guī)范，含銅二次原料會(huì)越來(lái)越多；同時(shí)，國(guó)家對(duì)二次資源綜合回收利用的產(chǎn)業(yè)政策越來(lái)越完善，中低品位雜銅冶煉工藝的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用在國(guó)內(nèi)將會(huì)有更廣闊的前景。

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[6] Gerardo Alvear. Application of ISASMELTTMTechnology for Recycling of Secondary Materials[Z]. 3rd Copper Recycling Conference,2014.

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Status of low-middle grade scrap copper smelting process and its development trend

LI Xiao-xia

According to the deference grade of scrap copper, the smelting processes are not same. This paper introduces the characteristic of low-middle grade scrap copper smelting process and status at home and abroad, analyzes and expounds its development trend.

scrap copper; low-middle grade; smelting process; trend

李曉霞(1980—)，女，河北張家口人，碩士，工程師，主要從事冶煉工藝設(shè)計(jì)工作。

2014-- 12-- 01

TF811

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1672-- 6103(2015)02-- 0026-- 04