銅冶煉閃速熔煉及熔池熔煉技術(shù)探討

尹維其

摘 要：當(dāng)前世界上廣泛采用的銅火法冶煉方法主要有三種，包括傳統(tǒng)熔煉、閃速熔煉以及熔池熔煉。技術(shù)成熟、簡(jiǎn)易靈活、生產(chǎn)可靠、設(shè)備簡(jiǎn)單等是傳統(tǒng)熔煉方法的優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是較低的生產(chǎn)效率，較差的硫回收率，煙氣含SO2濃度比較低，煙氣處理費(fèi)用高。因此，本文主要對(duì)閃速熔煉、熔池熔煉技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，并進(jìn)一步探討了銅的火法精煉、電解精煉等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，希望能夠通過不斷的分析和研究，切實(shí)的提升銅冶煉技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：銅冶煉；閃速熔煉；熔池熔煉

中圖分類號(hào)： TF703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）25-238-2

1 冶煉工藝選擇的基本原則

1.1 適應(yīng)能力

在冶煉中，主要有著能夠?qū)Ω鞣N化學(xué)成分、粒度的原料進(jìn)行處理，能夠適應(yīng)處理能力有較大波動(dòng)等要求，因此所采用的工藝流程必須要適應(yīng)這些要求。

1.2 高效節(jié)能

企業(yè)要想取得更高的經(jīng)濟(jì)效益，生產(chǎn)作業(yè)必須要有著較高的效率，能源消耗較少，因此工藝工藝流程的選擇必須要滿足高效節(jié)能的要求。

1.3 技術(shù)先進(jìn)、成熟、可靠，環(huán)境友好，排放達(dá)標(biāo)

技術(shù)的先進(jìn)性與實(shí)用性是工藝流程必須具備的，同時(shí)技術(shù)的可靠性也至關(guān)重要，因此選擇的工藝流程必須成熟可靠，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較低。此外，還需要遵循“以人為本”的原則，工藝系統(tǒng)必須密閉性強(qiáng)、有害煙氣泄露少，能夠滿足清潔工廠的要求。

2 兩種冶煉工藝分析

2.1 閃速熔煉

2.1.1 工藝配置

圖1為直接煉粗銅工藝的典型流程圖。其與閃速吹煉流程相比有著差異較為明顯，主要體現(xiàn)在把閃速吹煉渣返回至之前的閃速熔煉爐中，而不是在單獨(dú)的爐渣貧化系統(tǒng)中處理。備料主要是對(duì)物料進(jìn)行干燥和混合。物料的干燥能夠使工藝的總熱量實(shí)現(xiàn)平衡，此外，還能夠更好的控制煙氣管路的腐蝕。然后閃速爐中輸送干燥物料。在反應(yīng)塔中，物料和氧氣進(jìn)行混合，反應(yīng)以懸浮物的形式進(jìn)行，在沉降室中進(jìn)行熔融相收集，分離出爐渣與粗銅。

在余熱鍋爐中進(jìn)行爐子煙氣的冷卻。部分煙塵也會(huì)被余熱鍋爐收集，在電收塵器中收集剩余的顆粒，通常所有煙塵都返回爐子中。

視所選擇的渣型和氧勢(shì)而定，在粗銅閃速熔煉爐渣中，銅的含量為15%-25%。在直接煉粗銅工藝當(dāng)中，爐渣貧化的標(biāo)準(zhǔn)方法是電爐。若是還原爐渣采用一步法，在所獲得的粗銅中鐵的含量將達(dá)到百分之幾。也可以分兩步進(jìn)行電爐貧化爐渣。例如諸如鈷或鎳之類的有價(jià)金屬必須要從爐渣中回收時(shí)，就非常有必要采用兩步法。另外兩步方法就是在電爐中部分還原后進(jìn)行浮選。根據(jù)原料的情況來選擇爐渣貧化工藝。

在酸廠硫通過高濃度SO2煙氣回收。煙氣流連續(xù)、SO2含量穩(wěn)定且濃度高是粗銅閃速熔煉的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。在使用包子進(jìn)行的熔體輸送時(shí)，陽(yáng)極爐可以減少操作，因?yàn)榇禑挷僮鞑恍枰獑为?dú)進(jìn)行。

2.1.2 加料和物料燃燒

在冰銅閃速熔煉時(shí)，在閃速熔煉爐內(nèi)，精礦中大約三分之二的硫和大部分的鐵氧化。而在粗銅閃速熔煉時(shí)，物料中鐵和硫會(huì)被全部氧化，從而銅也會(huì)被氧化。不能“在線控制” 懸浮物的氧化程度，并且物料流量與化學(xué)成分會(huì)存在波動(dòng)。由于煙氣流的控制較為困難，必須最大程度上符合穩(wěn)定條件，控制需要在備料開始時(shí)進(jìn)行，尤其在直接煉粗銅的閃速熔煉中，精礦倉(cāng)最好建成，從而使得物料的均勻性得到保障，從而正確的氧化程度能夠更好地維持。若是在閃速吹煉時(shí)能夠有效地控制物料（冰銅）質(zhì)量，則不需要考慮這個(gè)方面。由于所需的蒸氣由余熱爐提供，蒸氣干燥機(jī)在干燥時(shí)的最好選擇，主要是由于其有著對(duì)干燥時(shí)易燃的精礦，顆粒和硫的排放量低，良好的控制水分等優(yōu)點(diǎn)。

在閃速爐操作中，加料設(shè)備也是影響成功的關(guān)鍵因素。加料與稱重設(shè)備所提供的質(zhì)量流量必須要均勻、可靠。物料在精礦燒嘴出口仍需要均勻地分布燃燒空氣。這些因素決定著總的燃燒效率。在各冶煉廠的操作中配有螺旋的失重加料機(jī)在控制物料流量時(shí)其可靠性已經(jīng)得到了良好的驗(yàn)證。

2.1.3 熔體化學(xué)

為了保證在經(jīng)濟(jì)上工藝的可行性，，閃速爐物料中的銅/鐵比及銅/硫比必須足夠高。爐渣的形成與第一個(gè)條件有關(guān)，必須氧化所有的鐵，為此爐渣中的鐵量與閃速爐物料中的鐵量成正比。

物料中的硫量越高則需要更多的氧氣進(jìn)行硫的氧化，從而獲得粗銅，并且也會(huì)氧化更多的銅。若是爐渣大量形成，銅也會(huì)大量以氧化物的形態(tài)進(jìn)入到爐渣中。物料中的硫含量，更為準(zhǔn)確的是物料當(dāng)中硫和鐵的含量是反應(yīng)塔氧化時(shí)釋放的熱量確定的主要因素。應(yīng)當(dāng)控制物料潛熱在一定范圍內(nèi)，從而硫和鐵燃燒所需的氧氣達(dá)到最佳。若是富氧濃度較低，煙氣總量較高，將會(huì)加大余熱鍋爐、煙氣管道、電收塵器、風(fēng)機(jī)、管路、酸廠等的投資成本。若是富氧濃度高，煙氣流量較低，將會(huì)降低這些方面的投資成本。

2.2 熔池熔煉技術(shù)

2.2.1 三菱連續(xù)熔煉法

三菱連續(xù)熔煉法可成功地把銅精礦熔煉、爐渣和銅锍分離、銅锍吹煉、粗銅精煉4臺(tái)爐子用流槽連接起來，消除了間斷作業(yè)和傳統(tǒng)的用包子裝銅锍、爐渣、粗銅，用吊車吊運(yùn)的模式，是唯一實(shí)現(xiàn)從精礦到陽(yáng)極銅真正意義上的連續(xù)熔煉工藝。該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是：①生產(chǎn)效率很高，占地面積少。②熱效率高、能耗低。③漏風(fēng)量少，生產(chǎn)環(huán)境好、噪音小，④冶煉直收率高。三菱連續(xù)熔煉的主要缺點(diǎn)，多臺(tái)爐子之間用流槽連接起來，機(jī)械化和自動(dòng)化程度很高，要求生產(chǎn)工人有較高的操作水平，故精礦要深度干燥，工藝流程比富氧頂吹熔池熔煉復(fù)雜。

2.2.2 富氧頂吹熔池熔煉

富氧頂吹浸沒噴槍熔池熔煉技術(shù)，近十年來熔池熔煉技術(shù)在銅冶煉技術(shù)中發(fā)展最快。富氧頂吹浸沒噴槍熔煉技術(shù)廣泛地應(yīng)用在鉛、錫、鎳熔煉以及鋅浸出渣、鉛渣處理等方面。下面通過其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行分析，第一、富氧頂吹熔煉工藝的主要優(yōu)點(diǎn)：①過程簡(jiǎn)單、流程短，生產(chǎn)效率高；②對(duì)原料適應(yīng)性強(qiáng)；③燃料的種類、質(zhì)量要求不嚴(yán)格，燃料容易獲得；④有利于保護(hù)環(huán)境。⑤爐壽命長(zhǎng)。第二、富氧頂吹浸沒噴槍熔池熔煉的主要缺點(diǎn)：①作業(yè)率偏低；②噴槍風(fēng)壓較高，動(dòng)力消耗較大；③存在泡沫渣風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.3 氧氣底吹熔煉

氧氣底吹熔池熔煉屬?gòu)?qiáng)化熔煉技術(shù)，是中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司與水口山有色金屬公司等合作開發(fā)的煉銅工藝，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外已有多家以銅锍為載體的貴金屬捕集底吹熔煉或者銅熔煉爐在生產(chǎn)，并有多家采用底吹熔煉工藝的冶煉廠正在建設(shè)中。它采用一個(gè)臥式的回轉(zhuǎn)爐，通過底部的氧槍將富氧空氣吹入爐內(nèi)，進(jìn)行強(qiáng)化熔煉，富氧濃度達(dá)73%，實(shí)現(xiàn)完全自熱熔煉，不用配煤。

①氧氣底吹熔煉屬于熔池熔煉，除具有熔池熔煉共有的特點(diǎn)外，還具有如下優(yōu)點(diǎn)：第一，可降低燃料消耗量，減少煙氣量；第二，爐型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作控制靈活；第三，對(duì)原料適應(yīng)性好。②氧氣底吹熔煉缺點(diǎn)：第一，渣含金銀及銅比較高，要經(jīng)過爐渣選礦進(jìn)一步處理之后，才可獲得含金銀及銅比較低的棄渣。第二，工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)間較短，目前還存在爐口漏風(fēng)偏高、加料口有黏結(jié)現(xiàn)象需要定期清理等不足，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

2.2.4 側(cè)吹爐熔煉

側(cè)吹爐熔煉分固定式側(cè)吹爐法和回轉(zhuǎn)式側(cè)吹爐法。瓦紐科夫側(cè)吹熔煉爐，受爐型結(jié)構(gòu)限制，適合中小規(guī)模銅冶煉，一般棄渣含Cu0.8～1.2%。且由于熔煉爐的熱損失大、爐子穩(wěn)定性差，逸散的SO2煙氣多，因而該工藝一直沒有得到廣泛的推廣。諾蘭達(dá)煉銅法由于風(fēng)壓低，需要捅風(fēng)眼作業(yè)，噪音大，風(fēng)口壽命短，富氧濃度低，煙氣量大，燃料率高，處理規(guī)模有限的缺點(diǎn)而沒被推廣。

特尼恩特?zé)掋~法屬智利國(guó)家銅公司，除南美某些國(guó)家和泰國(guó)以外其他國(guó)家沒有得到有效的推廣，爐體結(jié)構(gòu)形式與諾蘭達(dá)爐類似，不同點(diǎn)主要是采用精礦干燥及噴吹技術(shù)，煙塵率低，富氧濃度40%就實(shí)現(xiàn)了自熱，配煤率低，但諾蘭達(dá)爐的其他缺點(diǎn)它都具備。諾蘭達(dá)法與特尼恩特法的最大優(yōu)點(diǎn)是熔煉渣采用高Fe/SiO2，渣量少，經(jīng)渣選礦，銅回收率高。

3 結(jié)語(yǔ)

銅作為現(xiàn)代工業(yè)的重要金屬材料，隨著國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)不斷加強(qiáng)，對(duì)銅精礦不僅在質(zhì)量上要求提高，還對(duì)環(huán)境保護(hù)方面做出保障。因此，合理開發(fā)利用銅礦資料具有重要的戰(zhàn)略意義，要跟上國(guó)際銅冶煉技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，我們要不斷開發(fā)新型的冶煉技術(shù)，進(jìn)一步完善冶煉工藝，不斷降低成本，提高自我的競(jìng)爭(zhēng)力，從而推動(dòng)我國(guó)銅冶煉技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 陳淑萍，伍贈(zèng)玲，藍(lán)碧波，郭其章.火法煉銅技術(shù)綜述[J].銅業(yè)工程，2010（04）：44-49.

[2] 謝鍇.現(xiàn)代銅閃速熔煉爐發(fā)展中若干理論與操控優(yōu)化問題[D].中南大學(xué)，2006.

[3] 劉建軍.銅閃速熔煉工藝[J].銅業(yè)工程，2011（03）：25-28.