氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐應用現(xiàn)狀和開發(fā)展望

葛遵利，胡憲利

（1.蘭州華冶技術工程股份有限公司；2.濟寧萬寶礦冶技術服務有限公司）

1 概述

氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐是相當靈活的冶金裝置，其工藝在國外稱做卡爾多爐（TBRC）法，該爐由瑞典博卡林（Bokalling）教授發(fā)明，多姆納維特（Domnaryet)開發(fā)用于處理高磷高硫生鐵和廢鋼冶煉的設備。1959年首先被加拿大國際鎳公司移植于有色金屬冶煉上，成功的把鎳高硫浮選的硫化鎳精礦吹煉成金屬鎳。1965年比利時在處理二次銅原料方面發(fā)展了該技術。1973年國際鎳公司用該工藝熔煉銅精礦并成功直接一步生產(chǎn)粗銅。1974年澳大利亞建成了兩座25噸氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐，用于吹煉含鉍、鋅高的高品位銅硫。1976年瑞典成功處理鉛鋅煙塵和鉛精礦，并建設了相應規(guī)模的冶煉廠。1992年伊朗建立了處理氧化鉛精礦直接生產(chǎn)粗鉛的工廠。1993年波蘭銅業(yè)公司選用2m3的卡爾多爐建立了處理銅陽極泥的貴金屬廠，年產(chǎn)1000噸白銀。俄羅斯利用該技術處理廢雜舊軍工器材和電子原件，以回收有色金屬和貴金屬。此外還有廠家用該裝備煉錫和回收貴金屬。

我國金川集團公司于1973年在1.5噸卡爾多爐內(nèi)進行銅鎳二次精礦的半工業(yè)試驗，成功并與1986年建成了容量為8T的卡爾多爐取代了原來的反射爐，生產(chǎn)的粗銅各項指標都遠優(yōu)于原反射爐，并至今一直承擔著粗銅的脫鎳生產(chǎn)任務。

2 氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐的特點

和其它熔池熔煉新工藝相比，氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐的優(yōu)點有：

（1）操作溫度可控制的范圍大，尤其需要高或低的反應溫度時，更顯出它的優(yōu)越性，當吹煉金屬硫化物時可以輕易地吹到1700℃或更高的溫度，在吹煉鎳銅精礦時，能在較低的溫度（1150℃～1200℃）下進行，有效地脫除銅中的鎳。

（2）由于爐體自身的旋轉(zhuǎn)運動，不斷地更新著熔體——爐氣——固體的表面接觸，加之氧、油（天然氣）噴槍連續(xù)噴吹，熔體攪拌良好，因而具有相當良好傳質(zhì)傳熱條件，對加快物料多相反應特別有利，能夠獲得遠比固定式熔池熔煉爐范圍更寬的作業(yè)溫度和交互反應速度。

（3）借助油氧噴槍，能如意調(diào)節(jié)油氧比例，容易控制熔煉過程中的反應氣氛，從強氧化性到強原性氣氛，都易于形成，因而氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐具有熔化、氧化，還原和煙化的冶煉功能，因而能更加廣泛的冶煉不同性質(zhì)的有色金屬原料。

（4）熱效率高，由于爐子的爐氣量少，爐體結(jié)構(gòu)容積緊湊，散熱量小，在純氧吹煉下，熱效率可達60%或更高，這是其它熔池熔煉爐都很難達到的。

（5）作業(yè)率高，雖然有復雜的傳動機構(gòu)，在高溫下工作的機電裝置，依然有較高的作業(yè)率，因爐體積小，拆卸容易，更換方便，（一般設有備用爐體，需更換爐襯時用吊車更換一個經(jīng)過烘烤的備用爐體即可，）作業(yè)率可高達95%左右。

（6）氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐處理復雜原料適應強、工藝過程簡單、投資比較低，特別適用于小型冶煉廠。

氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐的缺點是間歇作業(yè)、操作頻繁、煙氣量和煙氣成份成周期性變化；爐子壽命較短；設備較復雜。

3 氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐結(jié)構(gòu)與工藝

3.1 爐子主要結(jié)構(gòu)

氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐由一個爐體，兩個傾倒輪組成，夾持機構(gòu)和裝有四個托輪的底座等部件組成：夾持機構(gòu)可夾持爐體裝有托輪的底座上以0-1.0r/min的速度作360°傾翻；當爐體傾斜至與水平夾角為28°的工作角度時，摩擦環(huán)機構(gòu)由32個彈性元件與爐體柔性地連接在一起，通過與固定在夾持機構(gòu)上回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)的摩擦，使爐體應冶煉工藝的要求繞縱向軸以一定的速度旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度的變化范圍為0.5-15r/min。按其功能分類有如下系統(tǒng) ：1、傾斜驅(qū)動系統(tǒng)（主驅(qū)動系統(tǒng)）；2、夾持機構(gòu)；3、爐體總成；4、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)。

旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐是一個中間是圓柱形，兩端為截圓錐形的筒式爐體，外殼為鋼板，內(nèi)襯鉻鎂磚。爐體傾斜可繞長軸旋轉(zhuǎn)，并可向不同方位傾斜。

氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐結(jié)構(gòu)如圖（1）所示、氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)示意圖（2）所示：

3.2 工藝技術特點：

氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐有三種方式加料，粉料通常由料槍伸入爐口內(nèi)加入，較濕的爐料采用水冷料槍內(nèi)螺旋給料，液體爐料或大塊冷料，由移開煙罩傾動爐體至爐口進料位置由鋼包或吊斗從爐口倒入爐內(nèi)。

氧槍并從爐口插入往熔池吹氧或富氧空氣進行吹煉?；虾瓦€原時從爐口插入油（天燃氣）氧噴槍調(diào)整油氧比，燃燒加熱或產(chǎn)生還原性氣體進行還原，冶煉過程中可邊吹煉邊加料以實現(xiàn)自熱熔煉。氧槍噴頭距熔體面的距離可根據(jù)工藝要求進行調(diào)整。

吹煉作業(yè)可將精礦一直吹煉成白硫和粗銅，當冶煉產(chǎn)品選擇為白硫時，氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐可連續(xù)作業(yè)，即爐內(nèi)加入底料，利用油氧槍燃油將其熔化，開始造熔池作業(yè)、當吹煉熔池造好，進入吹煉造渣作業(yè)，啟動爐子旋轉(zhuǎn)至5-10min，爐溫控制1150-1250℃，選用氧槍一邊吹氧，一邊通過料槍連續(xù)均勻的加入精礦和熔劑。當爐渣造好，間斷排渣，并根據(jù)爐內(nèi)產(chǎn)出的冰銅量定期部分放出白硫。循環(huán)往復重復著連續(xù)加料——造渣排渣——放白硫作業(yè)。

當產(chǎn)品選擇為粗金屬，氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐間斷作業(yè)，即爐子在一個操作周期完成后，全部物料排空，然后加入新料進行下一操作周期。在一個周期可以分階段連續(xù)進行兩個或三個反應，包括熔化、氧化，還原階段，爐體可根據(jù)氣氛反應不同調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度。

氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐結(jié)構(gòu)圖（1）

氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)示意圖（2）

反應產(chǎn)生的煙氣從爐口通過移動式密封煙罩排出，送往收塵和制酸系統(tǒng)。氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐，由一個通風罩全部封閉，包括裝料，放渣出銅和包子房部位。在內(nèi)的操作由中央控制室控制，收集逸散煙氣，集中進行環(huán)保除塵，其作業(yè)環(huán)境能滿足最嚴格的環(huán)保法要求。

氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝需要一個制氧車間，但選用變壓吸附工藝制氧投資是相當?shù)偷?。通過減少氮量的方法，大大縮小煙氣處理設備的尺寸（煙道、收塵器、風機、制酸），從而減少基建投資。

氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝及車間的配置如圖（3）所示

氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝及車間的配置圖（3）

4 氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐應用及業(yè)績

4.1 目前，氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐在我國應用主要有以下四種類型：

4.1.1 二次銅精礦煉銅脫鎳

金川集團公司冶煉廠二次銅精礦（%）Cu66-68、Ni4、Fe4、S20-22。這種銅精礦含鎳高，含鐵、硫低，用常規(guī)冶煉裝備工藝生產(chǎn)粗銅銅品位94%，含鎳高達4%，產(chǎn)出的電銅只能作民用銅。于84年采用8噸氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐煉銅車間新建，88年投產(chǎn)煉銅脫鎳效果好，粗銅品位98.5-99%，N1＜1%，電銅達到A級標準，實現(xiàn)了金川電銅高質(zhì)量的飛躍，從此改寫了金川電銅不能作工業(yè)用銅的歷史。

4.1.2 氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐煉鉛

西部礦業(yè)公司選定卡爾多爐煉鉛方法，于2005年11月底投料試生產(chǎn)，經(jīng)過半年多的生產(chǎn)實踐，從處理鉛精礦和鉛返料（濾餅、煙道灰、富鉛渣和鉛冰銅）直接產(chǎn)出合格的粗鉛，主要技術經(jīng)濟指標已達到設計要求。生產(chǎn)實踐證明采用該工藝技術煉鉛對原料適應性廣、設備簡單易操作、生產(chǎn)成本低，是一種環(huán)境友好型、能源節(jié)約型 的清潔生產(chǎn)工藝。

4.1.3 氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐冶煉廢雜銅

以江銅集團貴溪冶煉廠和金川集團銅冶公司都選用13立方米氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝裝備冶煉廢雜銅。廢雜銅原料含銅80%左右，傳統(tǒng)處理工藝為二段法，現(xiàn)采用氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐處理廢雜銅、熔煉和吹煉都可在同一個爐內(nèi)完成，集代鼓風爐熔煉和轉(zhuǎn)爐吹煉功能于一體的特點，并可處理銅品位從3-95%的原料和一些工業(yè)廢料直接入爐，產(chǎn)出98.5%以上品位的粗銅、渣含銅低、工藝流程短、能耗低、環(huán)保條件好。為我國銅基再生資源冶煉回收開發(fā)了先河。

4.1.4 氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐處理銅陽極泥

采用氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐處理銅陽極泥的技術具有獨特之處，以山東祥光銅業(yè)，中原黃金，赤峰云銅等多家企業(yè)分別都采用了該工藝處理銅陽極泥進行貴金屬火法冶煉，技術、設備、工藝可靠，具有流程短，金銀回收率高，產(chǎn)品合格率達100%，實屬清潔生產(chǎn)工藝。

4.2 氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐應用業(yè)績

氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐應用業(yè)績示于表1

序號爐熔規(guī)格m3 爐數(shù) 用戶單位 時間 驅(qū)動方式 用途1 2 1 金川公司 1986 摩擦驅(qū)動 脫鎳煉銅2 11 1 西部礦業(yè) 2004 摩擦驅(qū)動 鉛冶煉3 13 1 江西銅業(yè) 2008 摩擦驅(qū)動 廢雜銅冶煉4 13 1 金川公司 2011 液壓驅(qū)動 廢雜銅冶煉5 13 1 廣西有色 2012 摩擦驅(qū)動 廢雜銅冶煉6 2 1 山東祥光銅業(yè) 2012 液壓驅(qū)動 陽極泥冶煉7 2 1 金川公司 2014 液壓驅(qū)動 陽極泥、鎳渣8 1 1 中原黃金 2015 液壓驅(qū)動 陽極泥、鎳渣9 1 1 青海西豫 2015 邊緣驅(qū)動 鉛浮渣冶煉10 2 1 華環(huán)保 2016 邊緣驅(qū)動 廢舊電子元件11 2 1 赤峰云銅 2019 液壓驅(qū)動 陽極泥冶煉

5 對今后開發(fā)氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐冶煉的設想

5.1 開發(fā)思路

充分利用氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐的性能、特點和技術優(yōu)勢開發(fā)市場需求。利用礦冶國際國內(nèi)兩個市場，有色金屬礦產(chǎn)和再生兩種資源，開發(fā)多產(chǎn)品，處理原料多品種項目的冶煉。以期實現(xiàn)小冶煉規(guī)模，生產(chǎn)流程最短，實現(xiàn)高效、節(jié)能、環(huán)保、綜合回收有色金屬冶煉的發(fā)展方向和目標。

5.2 開發(fā)項目內(nèi)容

5.2.1 開發(fā)富含原生金礦的火法冶煉

在一帶一路礦冶開發(fā)中，在境外利用銅原生氧化礦、硫化礦（CU≥3%），和原生富金礦，含金石英石、復雜成分的金精礦，鍗金銀礦、硒金銀礦、鉍金礦、銻金礦、硫金銀礦等采用氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝建設金、銅冶煉廠。銅、鍗、硒、鉍、銻、硫是金銀良好的捕收劑，采用造硫捕金技術，合理搭配金精礦和銅礦，以吹煉造渣作業(yè)為主線，以煉銅和其他金屬作載體，以捕金為目的，以生產(chǎn)白冰銅為產(chǎn)品，最大程度的滿足處理金精礦的要求，將金、銅和其他金屬同時富集和回收。煙氣處理遵循東道國對環(huán)保要求，視金、銅其它原料含硫和煙氣SO2濃度的高低、采用凈化法或配套制酸處理。在境外建煉金、銅冶煉廠，節(jié)省原料運費；富金銅礦直接入爐、節(jié)省金、銅選礦建廠投資和生產(chǎn)成本；在連續(xù)吹煉造渣作業(yè)配入的金精礦和含金石英石、免省了熔劑成本和富集提金生產(chǎn)成本；產(chǎn)品運回國內(nèi)，富集的合金產(chǎn)品國家免征黃金入關增值稅，此類項目經(jīng)濟效益十分厚重。

5.2.2 開發(fā)多金屬復雜銅精礦冶煉

在國際礦業(yè)開發(fā)中，對多金屬礦山含有鉛、鋅、錫、銻、鉍的復雜銅精礦，這種銅原料，復雜的成分在銷售中往往作為有害元素扣減銅的計價系數(shù)，銅原料便宜。但在常規(guī)冶煉廠難以處理，采用氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝處理是最適宜的，通過控制轉(zhuǎn)爐的旋轉(zhuǎn)速度，保持預期的溫度和控制氣相中的氧勢，以使Bi、zn、sn、pb、sb等雜質(zhì)的高度揮發(fā)脫除，然后用常規(guī)吹煉方法造渣，一直吹煉至白冰銅或粗銅。吹煉揮發(fā)的金屬通過煙氣收塵設施進入煙塵系統(tǒng)回收，煙塵再送濕法車間分別提取pb、zn、sn、sb、Bi各金屬，這類項目的經(jīng)濟效益在于原料中有害元素潛在經(jīng)濟價值利用，由負變正、變害為寶、綜合回收、全部利用。

5.2.3 開發(fā)國內(nèi)電鍍污泥資源冶煉

電鍍污泥是危廢，也是一種廉價的二次可再生資源，其電鍍污泥主要成分:Ni1～1.5%,CU2～3.5%,已遠超其在金屬礦中的含量，是一種可回收的寶貴資源。目前我國大多污泥環(huán)保廠處理多采用豎窯脫水焙燒——鼓風爐還原熔煉。采用氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝改造進行綠色處置，高值化利用。在弱還原氣氛下，吹煉造渣。產(chǎn)品可選擇銅鎳90%以上的合金出售，也可繼續(xù)進行氧化脫鎳造渣除去，將余冰銅吹煉成98%以上的粗銅，為電銅提供原料。脫鎳渣集中堆存，作為煉鎳原料，集中再用斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐吹煉成高冰鎳作產(chǎn)品出售，或?qū)⒏弑囪T成陽極板送鎳電解生產(chǎn)電鎳板。

5.2.4 開發(fā)國內(nèi)酸洗污泥的冶煉

不銹鋼酸洗污泥主要成分為Ni3%～4.5%、Cr2%～3%、Fe15%～20%、Cao18%～20%、p1%～1.2%、S2.5%～3.5%。其中Ni、Cr屬于危險廢棄物，但在少鎳缺鉻的我國，鎳鉻又是昂貴的二次資源。采用氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐脫除酸洗污泥中的S、P是最有效的裝備，造渣除鐵、鈣將鎳品位富集到25%～30%鎳、鉻、鐵合金產(chǎn)品。直接出售，供生產(chǎn)300系不銹鋼作原料。將危廢無害化處置資源化利用。

5.2.5 開發(fā)濕法煉鋅浸出渣的冶煉

采用氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐處理濕法煉鋅的各種浸出渣，以控制預期爐溫和還原熔煉氣氛，利用爐體的快速旋轉(zhuǎn)，強化爐料攪拌，以使以鋅為主的鉛、錫、鉍、鎘、鍺、砷揮發(fā)進入氣相以煙塵形態(tài)加以回收出售或濕法提?。豢刂蒲趸瘹夥沾禑捲煸F、硅、鈣、鎂，繼續(xù)氧化吹煉硫化銅氧化為氧化銅，再由氧化銅和硫化銅交互反應得到粗銅。高浸渣和沉礬渣富含稀貴金屬銦銀，以氧化氣氛吹煉鐵、硅、鈣、鎂造渣除去，銦、銀以合金加以富集，再將銦、銀合金液體?；蜐穹ㄝ腿√崛°?、銀。

6 結(jié)語

國際礦冶開發(fā)中采用氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐技術建設火法提金冶煉項目，以銅和其它金屬捕金技術經(jīng)濟效益好。通過發(fā)展火法煉金技術并會逐漸取代單一的提金工藝。

氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝對原料處理適應性能強，開發(fā)再生金屬銅、鎳、鉛、鋅、錫貴金屬二次原料的冶煉，采用先進、高效、節(jié)能、環(huán)保裝備，工藝組織生產(chǎn)，將有力的提升有色冶煉整體技術的新水平。