氧氣底吹煉銅技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用

杜新玲, 趙高峰, 王紅偉

(1.濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 河南 濟源 459000； 2.河南豫光金鉛股份有限公司， 河南 濟源 459000)

1 氧氣底吹煉銅工藝概況

氧氣底吹煉銅工藝也稱水口山煉銅法(SKS法)是由中國有色工程設(shè)計研究總院與水口山有色金屬集團公司共同研發(fā)的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的一種先進的銅冶煉技術(shù)。該技術(shù)經(jīng)歷了兩代創(chuàng)新，第一代為氧氣底吹熔煉-PS轉(zhuǎn)爐吹煉(1992～2008年)。該技術(shù)最早應(yīng)用于越南生權(quán)老街大龍冶煉廠，規(guī)模為年產(chǎn)1萬t陰極銅[1]，其后在山東東營、山東恒邦、包頭華鼎、山西垣曲等冶煉廠采用，我國目前已有10余條生產(chǎn)線[2]。第二代為氧氣底吹熔煉-氧氣底吹連續(xù)吹煉(2008年起)，即雙底吹連續(xù)煉銅技術(shù)。指在造锍熔煉和銅锍吹煉兩個銅冶煉重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)上，用氧氣底吹爐取代傳統(tǒng)的冶煉設(shè)備。該技術(shù)高效、節(jié)能、環(huán)保，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)代化清潔生產(chǎn)，并能有效降低粗銅的加工成本。雙底吹連續(xù)煉銅技術(shù)于2014年3月在河南豫光首次應(yīng)用，采用該技術(shù)的山東東營二期工程于2016年10月投產(chǎn)，河南靈寶市金城冶煉股份有限公司計劃于今年8月投產(chǎn)。

雙底吹連續(xù)煉銅工藝流程如圖1所示。

2 富氣底吹技術(shù)在造锍熔煉上的工業(yè)化應(yīng)用

2.1 造锍熔煉技術(shù)的發(fā)展

世界銅產(chǎn)量的80%是采用火法工藝生產(chǎn)的，火法煉銅的標(biāo)準(zhǔn)工藝流程是：銅精礦→造锍熔煉→銅锍吹煉→粗銅精煉→陰極銅。整個工藝過程中最重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)是造锍熔煉。我國目前已基本淘汰了落后的鼓風(fēng)爐、反射爐和電爐熔煉技術(shù)，取而代之的是現(xiàn)代化強化熔煉技術(shù)。

現(xiàn)代造锍熔煉工藝主要有諾蘭達(dá)/特尼恩特?zé)掋~法(回轉(zhuǎn)式側(cè)吹熔煉法)、澳斯麥特/艾薩法(頂吹熔煉法)、閃速熔煉法、三菱連續(xù)煉銅法以及富氧底吹煉銅法等。 諾蘭達(dá)工藝起源于上世紀(jì)50年代，后推廣至美國、中國、澳大利亞與智利。特尼恩特工藝在智利、秘魯、墨西哥、泰國、贊比亞等國有十多臺爐子在運行。這兩種工藝均屬于回轉(zhuǎn)式側(cè)吹爐熔煉，具有熔煉強度大、對原料適應(yīng)性強的特點，但采用的富氧濃度低，需要捅風(fēng)眼操作，爐壽較短。

圖1 雙底吹連續(xù)煉銅工藝流程圖

澳斯麥特/艾薩法是浸沒式富氧頂吹熔煉技術(shù)，具有原料適應(yīng)性強，備料簡單，可以直接處理濕料、塊料和垃圾等，熔煉強度高等優(yōu)點，但其工藝控制較為困難，氧槍壽命短。

閃速熔煉是目前應(yīng)用最廣泛的造锍熔煉技術(shù)，世界上有49座用于煉銅的閃速爐，占銅造锍熔煉總產(chǎn)能的50%以上。閃速煉銅法熔煉強度很高，單系列產(chǎn)能可達(dá)40萬t/a陽極銅，且環(huán)保條件好，自動化程度高。但其原料適應(yīng)性差，備料復(fù)雜，原料需干燥至含水<0.3%，且需磨礦至0.5 mm以下，設(shè)備投資也大。

三菱連續(xù)煉銅設(shè)備世界上有7套，分別在日本直島冶煉廠、加拿大梯明斯冶煉廠、韓國溫山冶煉廠、印尼格雷西冶煉廠、澳大利亞肯布拉港銅業(yè)公司、印度比拉冶煉廠、日本小名濱冶煉廠。該工藝對硫的捕集率高達(dá)99%～99.5%，自動化程度高，但棄渣含銅較高，金屬回收率低。

各種造锍熔煉技術(shù)工藝參數(shù)比較列于表1。

2.2 富氧底吹造锍熔煉技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用

與上述幾種煉銅工藝相比，富氧底吹煉銅工藝具有對原料適應(yīng)性強，熔煉強度高，無須配煤，可實現(xiàn)自熱熔煉，能耗低，生產(chǎn)操作易于掌握，生產(chǎn)安全性高，不易產(chǎn)生泡沫渣等優(yōu)點，是我國銅工業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)之一，近年來在我國得到了較好的推廣應(yīng)用[3]。

我國目前采用底吹造锍熔煉煉銅技術(shù)的企業(yè)有山東東營、山東方圓、山東恒邦、包頭華鼎、河南豫光、靈寶金城、山西垣曲、青海銅業(yè)、中原黃金、梅州金雁銅業(yè)等，部分企業(yè)的工藝技術(shù)參數(shù)如表2所示。

3 富氧底吹技術(shù)在銅锍吹煉上的工業(yè)化應(yīng)用

吹煉過程是火法煉銅的第二道工序，其技術(shù)發(fā)展相對落后，主流工藝為PS轉(zhuǎn)爐吹煉，約有85%的銅锍采用PS轉(zhuǎn)爐吹煉，江西貴溪、安徽金隆、安徽銅陵、湖北大冶、甘肅金川、云南銅業(yè)、遼寧葫蘆島等大型冶煉廠都在采用[4]。

PS轉(zhuǎn)爐吹煉雖然成熟可靠，但也存在①制酸問題：轉(zhuǎn)爐屬間斷操作，SO2濃度波動大，不利于制酸；②SO2低空污染問題：吹煉過程中進料操作、放渣操作以及銅锍包在車間內(nèi)轉(zhuǎn)運煙氣外溢，造成SO2煙氣低空污染，惡化車間操作環(huán)境。

隨著國家環(huán)保政策的嚴(yán)格，我國新建的銅冶煉廠先后引進了頂吹浸沒吹煉和閃速連續(xù)吹煉技術(shù)取代傳統(tǒng)的PS轉(zhuǎn)爐[5]。

山西華銅銅業(yè)有限公司是我國首家引進頂吹浸沒熔煉和吹煉的企業(yè)[5]。頂吹浸沒熔煉技術(shù)煙氣SO2濃度高，有利于制酸，同時也解決了SO2煙氣低空污染問題，但頂吹吹煉爐存在噴槍壽命較短、棄渣含銅較高等問題。山東祥光銅業(yè)公司引進了閃速吹煉技術(shù)，該技術(shù)具有建設(shè)成本低、生產(chǎn)成本低、效率高、爐齡長、環(huán)保好、硫捕集率高等優(yōu)點，但生產(chǎn)過程中銅锍需經(jīng)水淬、干燥、磨細(xì)后才能進行吹煉，復(fù)雜的工序造成物料的損失。同時，銅锍的物理熱不能充分利用，水淬需用大量的水，加上干燥、破碎等工序，增加了人力和動力消耗，致使吹煉成本增加。

表1 幾種造锍熔煉技術(shù)的工藝參數(shù)比較

表2 氧氣底吹熔煉生產(chǎn)數(shù)據(jù)

河南豫光金鉛股份有限公司是國內(nèi)首家采用富氧底吹技術(shù)進行銅锍連續(xù)吹煉的企業(yè)[6]。該技術(shù)具有原料適應(yīng)性強、連續(xù)冶煉、能耗低、金屬回收率高、環(huán)保好、投資少和自動化程度高等優(yōu)點，具備處理再生銅、銅精礦能力，解決了PS轉(zhuǎn)爐不能連續(xù)吹煉、低空污染的世界性難題。

表3列出了幾種主要吹煉技術(shù)的工藝參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)。

4 結(jié)語

雙底吹連續(xù)煉銅工藝在造锍熔煉和銅锍吹煉兩個重要的冶煉過程中用底吹爐替代傳統(tǒng)的冶煉設(shè)備，實現(xiàn)了強化冶煉，具有節(jié)能環(huán)保、SO2回收率高、高溫?zé)煔饫寐矢叩忍攸c，是一種環(huán)保高效的銅冶煉方式，其技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)先進，技術(shù)重現(xiàn)性好，成熟度高，經(jīng)濟、社會效益顯著，節(jié)能減排效果明顯，工業(yè)化生產(chǎn)運行穩(wěn)定，對銅冶煉技術(shù)的發(fā)展具有重要的引領(lǐng)作用，具有極高的推廣應(yīng)用價值。

表3 幾種銅锍吹煉技術(shù)的工藝參數(shù)比較