淺談銅冶煉閃速熔煉技術(shù)

吳宇輝

（中鋁東南銅業(yè)有限公司，福建 寧德 352100）

銅是重要的金屬材料，具有重要的應(yīng)用，銅在自然界的儲(chǔ)量比較豐富，銅礦物主要以硫化礦和氧化礦為主，其中硫化礦的儲(chǔ)量最多，分布也最為廣泛，是當(dāng)前人們冶煉銅的最主要的原料。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，硫化礦先經(jīng)過選礦富集，然后再應(yīng)用火法工藝煉銅人，而在火法煉銅工藝中最為重要的步驟就是熔煉，當(dāng)前熔煉主要分為傳統(tǒng)熔煉和現(xiàn)代強(qiáng)化熔煉等，而由于傳統(tǒng)熔煉技術(shù)具有能耗高，熱效率低、對(duì)環(huán)境污染大以及銅硫品位低等缺點(diǎn)，逐漸將被淘汰?，F(xiàn)在在火法工藝煉銅中，高效、節(jié)能并且低污染的強(qiáng)化熔煉技術(shù)占主流。

閃速熔煉技術(shù)第一次應(yīng)用到銅冶煉工藝之中是1949年，芬蘭一家冶煉廠投產(chǎn)第一座銅閃速爐，經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，閃速熔煉技術(shù)不斷完善，尤其是在新型精礦噴嘴和爐體冷卻元件研發(fā)應(yīng)用之后，熔煉技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了高富氧、高銅锍品位、高處理量、高熱負(fù)荷的時(shí)代。當(dāng)前單臺(tái)閃速爐的產(chǎn)量可以達(dá)到40萬(wàn)噸，當(dāng)前應(yīng)用閃速熔煉法生產(chǎn)的銅可以占到全世界銅總產(chǎn)量的1/3以上，在未來(lái)還會(huì)有更加重要的應(yīng)用。

1 閃速熔煉技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

閃速熔煉技術(shù)不僅可以進(jìn)行銅的冶煉，也可以進(jìn)行鎳的冶煉，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前全世界一共有幾十臺(tái)銅閃速爐在運(yùn)轉(zhuǎn)。閃速熔煉技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要由以下幾方面：首先，閃速熔煉技術(shù)具有較高的生產(chǎn)效率，這主要是由于在熔煉過程中，爐料的化學(xué)反應(yīng)主要是在反應(yīng)塔內(nèi)部高溫空間的氣流中進(jìn)行的，使得其反應(yīng)溫度很高，反應(yīng)速度快，熔煉反應(yīng)強(qiáng)度高，進(jìn)而提高了生產(chǎn)的效率；其次，由于閃速熔煉技術(shù)是富氧強(qiáng)化熔煉，因此使其運(yùn)行過程中產(chǎn)生的冶煉煙氣穩(wěn)定，成份波動(dòng)比較小，而且其中的二氧化硫的濃度比較高，所以對(duì)其進(jìn)行制酸處理起來(lái)比較容易，并且經(jīng)濟(jì)；再次，由于其反應(yīng)塔應(yīng)用了水冷卻技術(shù)，使其反應(yīng)爐具有較長(zhǎng)的使用壽命，作業(yè)率大幅度提高，另外其能夠?qū)崿F(xiàn)較高的自動(dòng)化操作，可以降低人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；最后，由于其熔煉爐具有良好的密閉性，低壓供風(fēng)，從而降低了鼓風(fēng)動(dòng)力的消耗，節(jié)約能源。

閃速熔煉技術(shù)的缺陷主要表現(xiàn)在以下幾方面：首先，應(yīng)用閃速熔煉技術(shù)進(jìn)行冶煉時(shí)，對(duì)于原料的要求比較高，其要求爐料成分具有較好的穩(wěn)定性，并且不能夠處理塊料，因此需要設(shè)置破碎設(shè)備和精礦干燥裝置來(lái)對(duì)原料進(jìn)行處理；其次，利用這一技術(shù)時(shí)，煙塵率通常會(huì)超過6%，煙塵率高導(dǎo)致鍋爐的工作條件會(huì)比較差；再次，由于熔煉爐的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需要設(shè)置很多的冷卻點(diǎn)，因此應(yīng)用這一技術(shù)需要投入的資金比較大；最后，雖然說在其爐窯中設(shè)置了沉淀池，為冰銅和渣的分離創(chuàng)造了良好的條件，但是在熔煉渣中銅的含量還是比較高的，因此還需要對(duì)熔煉渣進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

2 閃速熔煉工藝分析

2.1 工藝配置

直接煉粗銅的工藝圖如圖1所示：

圖1 閃速煉銅工藝示意圖

圖1 中展示了閃速煉銅的工藝示意圖，其中，備料指的是對(duì)物料進(jìn)行干燥和混合的過程，通過對(duì)物料進(jìn)行干燥可以使工藝的總熱量實(shí)現(xiàn)平衡，而且對(duì)其自熱反應(yīng)具有重要的作用。在物料干燥完成之后將其輸入到閃速爐中，之后在反應(yīng)塔中，物料會(huì)充分的和氧氣混合，此反應(yīng)是以懸浮物的形式來(lái)進(jìn)行的，沉淀池內(nèi)會(huì)進(jìn)行熔融相的收集工作，將反應(yīng)產(chǎn)生的冰銅和熔渣分離開來(lái)。

爐子煙氣的冷卻會(huì)在余熱鍋爐中進(jìn)行，余熱鍋爐還會(huì)收集部分煙塵，電收塵器會(huì)將剩余的顆粒收集起來(lái)，在一般情況下能夠使所有的煙塵都返回爐內(nèi)。

在具體的生產(chǎn)過程中，根據(jù)不同的渣型選擇和氧勢(shì)，閃速熔煉爐所產(chǎn)生爐渣中銅的含量也有所區(qū)別，通常會(huì)在1.0%～4.0%之間，所產(chǎn)生的爐渣需要進(jìn)一步浮選。爐渣進(jìn)選廠后一部分成為渣精礦返回備料使用，剩下的尾礦通常含銅在0.3%以下，無(wú)進(jìn)一步浮選價(jià)值，可考慮煉鐵或外售。

2.2 加料和物料燃燒

在進(jìn)行冰銅的閃速熔煉時(shí)，閃速熔爐之內(nèi)，精礦中2/3的硫和鐵都會(huì)發(fā)生氧化，而當(dāng)進(jìn)行粗銅的閃速熔煉時(shí)，物料中全部的硫和鐵都會(huì)被氧化，此時(shí)銅也會(huì)被氧化。

由于無(wú)法對(duì)懸浮物的氧化程度進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，而且物料的流量以及化學(xué)成分并不穩(wěn)定，加之煙氣流難以進(jìn)行有效的控制，會(huì)導(dǎo)致熔煉過程中氧化程度難以得到有效的控制，為此應(yīng)建好精礦倉(cāng)儲(chǔ)存一定的干燥原料做緩沖用，從而保證物料的均勻性，這樣，才能夠保證氧化程度持續(xù)性的準(zhǔn)確。另外，需要注意的是熔煉過程中應(yīng)用到的蒸汽是由余熱爐提供的，因此在干燥物料時(shí)可以選用蒸汽干燥機(jī)，這樣不僅能夠節(jié)約資源，而且能夠?qū)⒕V干燥過程中產(chǎn)生的顆粒和硫降到最低，并且實(shí)現(xiàn)水分的良好控制。在應(yīng)用閃速爐時(shí)，為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，對(duì)加料設(shè)備進(jìn)行有效的控制是十分必要的，加熱和稱重需要提供均勻、可靠的物料流，并且使物料在精礦噴嘴出口仍需要均勻地分布在反應(yīng)塔里，這對(duì)于總的燃燒效率有著很大的影響。實(shí)踐表明，應(yīng)用失重螺旋加料機(jī)可以對(duì)物料流量的可靠性和穩(wěn)定性進(jìn)行有效的控制。

2.3 熔體化學(xué)

在通過閃速熔煉技術(shù)進(jìn)行銅的冶煉時(shí)，閃速爐中渣的鐵硅比和精礦的銅硫比是非常重要的。這是由于爐渣的形成和鐵硅比有關(guān)，在工藝流程中需要將所有的鐵氧化，因此爐渣中鐵的含量和物料中的鐵含量成正比。而物料中硫的含量越高，就需要越多的氧氣來(lái)氧化硫，這樣的情況下會(huì)有更多的銅被氧化。如果形成的爐渣比較多，那么就會(huì)有很多的銅以氧化物的形式進(jìn)入到爐渣之中。物料中所含有的硫和鐵的含量是確定反應(yīng)塔氧化過程中所釋放能量的主要因素，因此需要將物料的潛熱控制在一定的范圍內(nèi)，并且基于此確定最佳的氧氣量。在氧氣量較低的情況下，會(huì)導(dǎo)致煙氣總量較高，從而增大余熱鍋爐、電收塵器、煙氣管道、制酸等投資成本，反之雖然能夠減少上述方面的投資，但是會(huì)降低銅的生產(chǎn)效率，因此需要根據(jù)物料中的銅硫比，確定合理的氧氣量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率和成本的最優(yōu)化。

3 閃速煉銅的發(fā)展展望

閃速煉銅技術(shù)具有非常高的環(huán)保型，可以說是最為環(huán)保的工藝之一，加之其具有的規(guī)模經(jīng)濟(jì)性，能夠通過增加產(chǎn)量的方式來(lái)降低單位成本，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；倪\(yùn)行，使其成為最重要的煉銅工藝，受到閃速煉銅技術(shù)這一特點(diǎn)的影響，世界上很多的銅冶煉企業(yè)都在，擴(kuò)大生產(chǎn)的規(guī)模，希望通過擴(kuò)大規(guī)模來(lái)降低生產(chǎn)成本，從而獲得更高的利潤(rùn)和增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。但是很多企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了極限，這主要是受到PS轉(zhuǎn)爐吹煉、熔融物的吊車轉(zhuǎn)運(yùn)、煙氣處理及硫酸能力等方面因素的限制，因此現(xiàn)在已經(jīng)無(wú)法通過傳統(tǒng)的方式如增加PS轉(zhuǎn)爐來(lái)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)產(chǎn)，因?yàn)檫@種方式所投入的資金比較大，而且不能夠降低成本。但是新技術(shù)的出現(xiàn)能夠解決這一問題，通過利用閃速吹煉工藝能夠有效的提高生產(chǎn)效率，這主要是由于利用這一技術(shù)，使得風(fēng)中的富氧濃度比PS轉(zhuǎn)爐吹煉要高的多，而且不需要對(duì)設(shè)施進(jìn)行改造，能夠在不增加投資的同時(shí)，獲得更低的生產(chǎn)成本和更高的利潤(rùn)，這也是閃速煉銅技術(shù)的主要發(fā)展方向。