淺談某銅冶煉廠技改過程中的冶煉工藝選擇與創(chuàng)新

廖愛民（沈陽有色冶金設(shè)計研究院，遼寧沈陽110003）

淺談某銅冶煉廠技改過程中的冶煉工藝選擇與創(chuàng)新

廖愛民（沈陽有色冶金設(shè)計研究院，遼寧沈陽110003）

針對某銅冶煉廠的生產(chǎn)規(guī)模及現(xiàn)狀，選擇最適合企業(yè)的生產(chǎn)工藝，并吸納目前國內(nèi)外銅冶煉工藝的優(yōu)點，設(shè)計過程中進(jìn)行創(chuàng)新，以達(dá)到節(jié)能減排及充分利用資源的目的，為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

技術(shù)改造；工藝選擇與創(chuàng)新；節(jié)能減排；資源利用最大化

1 前言

某銅冶煉廠原生產(chǎn)工藝系統(tǒng)采用富氧鼓風(fēng)爐煉銅、半連續(xù)吹煉工藝生產(chǎn)粗銅，冶煉煙氣經(jīng)電收塵、濕法凈化后轉(zhuǎn)化吸收制酸。粗銅產(chǎn)能為15000t/a，硫酸產(chǎn)能為62000t/a。

由于鼓風(fēng)爐煉銅工藝屬于國家重點淘汰的工藝設(shè)備。該工藝生產(chǎn)粗銅能耗高、SO2濃度低，導(dǎo)致企業(yè)在發(fā)展過程中陷入困境：①落后的生產(chǎn)工藝面臨淘汰；②設(shè)備能耗高，面臨更新?lián)Q代；③環(huán)境的承載能力越來越弱。另外，企業(yè)位于某水庫上游，如不進(jìn)行技術(shù)改造，不僅直接影響下游兩千余萬人的飲水問題，而且企業(yè)將面臨停產(chǎn)關(guān)閉的危險。因此，環(huán)境保護(hù)至關(guān)重要，企業(yè)的技術(shù)改造勢在必行。

某銅冶煉廠于2011年6月進(jìn)行技改，經(jīng)過幾年的生產(chǎn)實踐，各項生產(chǎn)指標(biāo)先進(jìn)，生產(chǎn)規(guī)模已擴(kuò)至年產(chǎn)粗銅30000t，硫酸124000t。

2 煉銅工藝

2.1 工藝選擇的難點

2011年，國家出臺明令淘汰密閉鼓風(fēng)爐煉銅工藝及設(shè)備的政策，需采用先進(jìn)的熔池熔煉技術(shù)。規(guī)模在年產(chǎn)3～10萬t粗銅的鼓風(fēng)爐煉銅企業(yè)都要面臨技術(shù)改造，對于規(guī)模較小的冶煉企業(yè)，技術(shù)改造的難點就是工藝流程的選擇。從目前煉銅工藝來看，雙閃、奧斯麥特、艾薩等工藝冶煉規(guī)模都在10萬t以上，而且冶煉爐渣的處理也是問題。如選擇渣選礦，需要很大的場地進(jìn)行渣緩冷，對于改造企業(yè)很難有這么大的緩冷場地；再者就是渣選一次性投資較大，選完的渣精礦由于含硫較低，很難返回熔煉系統(tǒng)進(jìn)行熔煉，且會增加一定的冶煉成本。

根據(jù)某銅冶煉廠生產(chǎn)規(guī)模的特點，只有另辟蹊徑，對工藝設(shè)計進(jìn)行創(chuàng)新，才能為企業(yè)謀求一條可持續(xù)發(fā)展的道路。

2.2 工藝設(shè)計創(chuàng)新

某銅冶煉廠技術(shù)改造的特點：①要利用現(xiàn)有的場地和配套設(shè)施；②生產(chǎn)規(guī)模小。目前國內(nèi)外的工藝及設(shè)備均達(dá)不到技術(shù)改造的目的。因此，經(jīng)過與國內(nèi)銅冶煉專家共同研究，博取眾銅冶煉工藝之長，共同開發(fā)了爐外分離-臥式熔池熔煉技術(shù)。

爐外分離-臥式熔煉爐是熔池熔煉爐的一種，爐內(nèi)襯耐火磚，爐體可根據(jù)需要轉(zhuǎn)動，爐子底部設(shè)置氧槍，將氧氣和保護(hù)空氣鼓入銅锍層，使熔池形成劇烈攪拌，爐料在熔池中完成造銅锍和造渣熔煉過程，反應(yīng)產(chǎn)出的銅锍和渣進(jìn)行爐外分離。

爐外分離就是在臥式熔煉爐的出料端設(shè)置溜槽，銅锍及渣經(jīng)溜槽進(jìn)入電熱前床進(jìn)行銅锍與渣分離，分離后銅锍經(jīng)溜槽進(jìn)入連吹爐中，渣經(jīng)水淬后外售。

電熱前床的加熱方式也進(jìn)行了改進(jìn)，采用特殊的加熱裝置，可以將棄渣含銅降至0.5%以下甚至更低。

2.3 工藝比較

爐外分離臥式熔煉爐與其他煉銅工藝主要技術(shù)指標(biāo)比較如表1所示。

2.4 創(chuàng)新工藝的優(yōu)點

表1 銅熔煉工藝比較

爐外分離-臥式熔煉爐工藝主要有以下優(yōu)點：

（1）處理規(guī)模靈活

目前的煉銅工藝處理規(guī)模都在10萬t/a以上，對于規(guī)模較小的企業(yè)不太適合，而臥式熔煉工藝處理規(guī)模在1～20萬t/ a，不僅適合規(guī)模較大的企業(yè)，同時也能夠滿足規(guī)模較小企業(yè)的要求。

（2）原料適應(yīng)性強(qiáng)，不需要制?；蛏疃雀稍锏忍厥馓幚怼?/p>

（3）爐體無水套，熱損失少，熱效率高，反應(yīng)過程完全自熱熔煉，節(jié)能低碳。

（4）實現(xiàn)銅锍爐外分離，熔煉爐尺寸小，棄渣含銅低，不用進(jìn)行渣選礦，節(jié)省投資及占地。

（5）從熔煉到吹煉用溜槽進(jìn)行熔體的轉(zhuǎn)運，充分利用了熱能，克服了其它工藝中銅锍轉(zhuǎn)運過程SO2排放帶來低空污染的缺點，實現(xiàn)了銅的綠色冶煉。

（6）高氧濃、煙塵率低，煙氣二氧化硫濃度高、制酸條件好，有利于環(huán)境保護(hù)。

（7）氧從爐底送入，造渣氧勢低，F(xiàn)e3O4生成量少，可采用高鐵硅比（1.6～2.0），渣量少。

（8）操作簡單，更容易控制，而且氧槍設(shè)置在底部，處于低溫區(qū)，壽命較長，不需頻繁換槍，生產(chǎn)效率高。

（9）操作安全性高。頂吹或是側(cè)吹爐，富氧空氣直接接觸渣層，容易形成泡沫渣，而臥式熔煉爐氧槍設(shè)在底部，先與銅锍層接觸，渣層穩(wěn)定，不易形成泡沫渣。

（10）銅回收率高，而且捕集金、銀等稀貴金屬效果很好，有價金屬綜合回收率高。

2.5 工藝流程圖

某銅冶煉廠技術(shù)改造工藝流程圖詳見圖1。

圖1 爐外分離-臥式熔煉爐工藝流程圖

2.6 設(shè)計指標(biāo)及生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)

針對某銅冶煉廠的原料情況，采用爐外分離臥式熔煉爐工藝的設(shè)計操作指標(biāo)及中試生產(chǎn)實踐中收集的數(shù)據(jù)如表2～3所示。

表2 設(shè)計操作指標(biāo)

表3 中試生產(chǎn)數(shù)據(jù)

從以表2～3中可以看出，設(shè)計指標(biāo)與中試生產(chǎn)數(shù)據(jù)基本吻合，達(dá)到設(shè)計要求。

3 節(jié)能減排

某銅冶煉廠積極響應(yīng)國家號召，進(jìn)行技術(shù)改造的目的就是要節(jié)能減排，實現(xiàn)企業(yè)的創(chuàng)本增效。改造后，企業(yè)的冶煉能耗從662kgce/t粗Cu降至209kgce/t粗Cu；二氧化硫排放濃度從733mg/m3降至192mg/m3；廠區(qū)污水實現(xiàn)了零排放。

4 資源利用最大化

我國的銅資源還是很有限的，如何充分利用資源是各大企業(yè)值得研究的問題。某銅冶煉廠技術(shù)改造的重點之一也是研究如何實現(xiàn)資源的合理化、最大化利用。臥式熔煉爐能夠很好的捕集金、銀等稀貴金屬，提高資源的綜合利用率。電熱前床特殊加熱裝置的設(shè)計，能夠?qū)壴~降至0.5%甚至更低。因此，爐外分離-臥式熔煉工藝能更進(jìn)一步充分回收棄渣中的有價金屬，為企業(yè)創(chuàng)造效益。

5 結(jié)語

2006年6月30號，國家發(fā)改委發(fā)布了《銅冶煉行業(yè)準(zhǔn)入條件》，單系統(tǒng)銅熔煉能力在10萬t/a及以上，要求采用先進(jìn)的閃速熔煉、頂吹熔煉、諾蘭達(dá)熔煉以及具有自主知識產(chǎn)權(quán)的白銀爐熔煉、合成爐熔煉、底吹爐熔煉等生產(chǎn)效率高、工藝先進(jìn)、能耗低、環(huán)保達(dá)標(biāo)、資源綜合利用效果好的富氧熔池熔煉或者富氧漂浮熔煉工藝。

現(xiàn)有很多中小企業(yè)其實達(dá)不到這個條件：①產(chǎn)能很多達(dá)不到銅熔煉10萬t/a的要求。要想擴(kuò)產(chǎn)，把產(chǎn)能提高3萬～5萬t，沒有8～10年的積累是不行的。②準(zhǔn)入條件要求采用的工藝都適合10萬t/a及以上規(guī)模。③現(xiàn)有小規(guī)模煉銅企業(yè)的廠區(qū)都比較老，占地面積受限，如采用渣選工藝，投資和廠地都是很實際的問題。因此，采用爐外分離-臥式熔煉工藝，企業(yè)在不需要更換爐子的情況下可以靈活調(diào)整生產(chǎn)規(guī)模，既能滿足前期產(chǎn)能低的要求，又符合國家節(jié)能、環(huán)保的政策，這將為中小型企業(yè)的技術(shù)升級改造提供一定的指導(dǎo)作用。

[1]李春堂.銅冶煉行業(yè)準(zhǔn)入條件.中國銅業(yè)，2006（9）.

[2]銅冶煉行業(yè)準(zhǔn)入條件.國家發(fā)改委，2006，6.

[3]蔣繼穆.中國有色建設(shè).2009（01）.

[4]王 平，等.一種貧化銅鎳精礦熔煉渣的貧化電爐.實用新型專利，授權(quán)公告號：CN201697459U.

[5]劉英杰，逯明強(qiáng).爐外分離熔池?zé)掋~工藝設(shè)計論證及中試結(jié)果有色礦冶.2013，12，29（6）.

TF811

A

2095-2066（2016）32-0089-02

2016-11-1

廖愛民（1983-），男，冶金工程師，畢業(yè)于江西理工大學(xué)，主要從事有色冶金設(shè)計與研究工作。