銅硫化礦熔池冶煉技術(shù)的發(fā)展與展望

李 鋒

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

銅硫化礦火法冶煉通常由精礦熔煉、銅锍吹煉和粗銅精煉三部分組成，其中熔煉和吹煉按工藝方法可分為空間冶煉和熔池冶煉?？臻g冶煉主要有閃速冶煉和旋浮冶煉；熔池冶煉從爐體結(jié)構(gòu)形式主要分回轉(zhuǎn)式爐體和固定式爐體，從富氧空氣在爐體上噴入的方向不同分為底吹、頂吹和側(cè)吹?；剞D(zhuǎn)式爐體采用的富氧空氣噴入方式主要為底吹和側(cè)吹，固定式爐體采用的富氧空氣噴入方式主要有側(cè)吹和頂吹?；剞D(zhuǎn)式爐體側(cè)吹主要有諾蘭達法和特尼恩特法，固定式頂吹主要有三菱(多槍頂吹)法、奧斯麥特(艾薩)頂吹(單槍)法等，固定式側(cè)吹有富氧側(cè)吹熔煉法(風氧吹在渣(混合)層)和白銀法(風氧吹在銅锍層)。

近十幾年來，銅火法冶煉技術(shù)取得長足進步。

空間冶煉的先進代表技術(shù)是陽谷祥光銅業(yè)有限公司于2009年開發(fā)的旋浮冶煉工藝[1]，分旋浮熔煉和旋浮吹煉，該技術(shù)的創(chuàng)新核心是旋浮噴嘴，其利用工藝風旋流脈動的特性改變了氣、粒在反應塔中運行軌跡，改善了反應動力學條件，是閃速冶煉的升級版。

熔池冶煉中的諾蘭達、特尼恩特工藝因風口區(qū)壽命短、富氧濃度(40%)低等缺點，沒有被更多廠家采用[2]；三菱法未大范圍在全世界推廣；奧斯麥特(艾薩)頂吹工藝的標準配置為頂吹爐配沉降電爐，存在Fe/SiO2低(1.1～1.3)、渣量大、銅回收率低、能耗高等問題，自2012年云南錫業(yè)集團(控股)有限責任公司銅冶煉規(guī)模100 kt/a雙頂吹項目投產(chǎn)以后，僅有銅陵有色金屬集團股份有限公司銅冶煉工藝技術(shù)升級改造項目奧爐改造工程于2018年投產(chǎn)。

熔池冶煉的快速發(fā)展主要集中在底吹煉銅和側(cè)吹煉銅。從2008年至今，國內(nèi)采用底吹煉銅技術(shù)和側(cè)吹煉銅技術(shù)各有十幾條生產(chǎn)線在穩(wěn)定運行生產(chǎn)，其中精礦處理量最大規(guī)模已達1 500 kt/a以上。隨著國家環(huán)保政策的日益嚴格，替代傳統(tǒng)PS轉(zhuǎn)爐吹煉的銅锍連續(xù)吹煉技術(shù)取得重大突破，底吹連續(xù)吹煉技術(shù)和多槍頂吹連續(xù)吹煉技術(shù)獲得普遍使用，各種組合的連續(xù)煉銅技術(shù)已成為冶煉廠新建或改造項目的優(yōu)選。

本文對富氧底吹熔煉、富氧側(cè)吹熔煉、底吹連續(xù)吹煉和多槍頂吹連續(xù)吹煉技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、存在問題及改進思路和方案進行重點論述，對各種組合的連續(xù)煉銅技術(shù)及短流程工藝也進行匯總和展望。

1 熔池熔煉技術(shù)

1.1 富氧底吹熔煉技術(shù)

自2008年第一個底吹煉銅廠投產(chǎn)以來，底吹煉銅技術(shù)得到快速發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1.1 冶煉規(guī)模及爐體大型化

隨著年處理精礦量的不斷增大，銅產(chǎn)能不斷提高，熔煉強度逐漸增加，爐體規(guī)格尺寸也在不斷擴大，不同冶煉規(guī)模及爐體規(guī)格見表1。

表1 不同冶煉規(guī)模及爐體規(guī)格

1.1.2 氧槍規(guī)格與加料口數(shù)量

氧槍直徑有各種規(guī)格，每個廠家的氧槍規(guī)格并不相同。小規(guī)格氧槍直徑有Ф48 mm及Ф55 mm，這類氧槍通氣量小，當精礦處理量大、爐體長度不能繼續(xù)延長時，就需要雙排槍布置和單座雙槍結(jié)構(gòu)，使得氧槍個數(shù)增多，換槍或維護槍的工作量增大；若采用大規(guī)格氧槍，通氣量大，氧槍個數(shù)少，可以減少氧槍的維護工作量。小規(guī)格氧槍和大規(guī)格氧槍的選擇與加料口數(shù)量有重要關(guān)系，加料口數(shù)量多(3個)時，受爐子長度限制，有時加料口下也要考慮布槍，此時氧槍規(guī)格不能大，否則熔體噴濺嚴重，加料口清理工作量大；當加料口數(shù)量少時，氧槍遠離加料口布置，可以采用大規(guī)格氧槍。目前，包頭華鼎銅業(yè)發(fā)展有限公司(以下簡稱包頭華鼎)銅冶煉規(guī)模為120 kt/a，底吹熔煉爐爐體規(guī)格為Ф4.4 m×18 m，設計2個加料口，實際使用1個，選用大規(guī)格氧槍Ф75 mm，后期銅冶煉規(guī)模擴產(chǎn)到200 kt/a，仍使用2個加料口，把氧槍直徑加大到Ф90 mm。各類氧槍規(guī)格和通氣量見表2。

表2 各典型廠家采用的氧槍規(guī)格和通氣量

早期項目規(guī)格直徑Ф4.4 m及以上的底吹爐加料口通常設計3個，規(guī)格直徑Ф3.8 m及以下的底吹爐加料口設計2個；后來規(guī)格直徑Ф4.4 m和Ф4.8 m的底吹爐加料口設計減為2個，規(guī)格直徑Ф3.6 m底吹爐加料口設計減為1個。底吹爐加料口多，利于爐內(nèi)精礦物料的分散，在清理1個加料口時，其他加料口還可以繼續(xù)進料，不影響生產(chǎn)；但爐體加料口多對氧槍的布置帶來難度，由于噴槍區(qū)熔體噴濺對加料口有影響，通常加料口下一定范圍內(nèi)不會布置大規(guī)格氧槍，這樣爐體就需加長。實際生產(chǎn)中，底吹爐爐內(nèi)噴槍噴入的富氧空氣動能大，熔體攪動強烈，即使混合料量達到300 t/h時，從1個加料口加至爐內(nèi)，也不會形成料堆及出現(xiàn)生料；并且一個加料口時，氧槍布置靈活性大，可以在離加料口較遠位置進行布置，噴槍區(qū)熔體噴濺也不會對加料口造成不利影響；采用大規(guī)格氧槍，爐體長度也可適當縮短。因此，建議后續(xù)項目的底吹爐只設計1個加料口，同時取消爐頂?shù)闹虚g料倉，物料從原料倉及配料廠房計量配好的混合爐料經(jīng)膠帶輸送機(皮帶托輥可隨時更換不是爐頂設中間緩沖料倉的必然理由)運送到爐頂后，再經(jīng)移動膠帶輸送機直接加入底吹爐內(nèi)，輸送流暢簡潔，減少中間停留環(huán)節(jié)。

1.1.3 風氧壓力的合理確定

富氧底吹熔煉的特點是風氧壓頭高，為了克服噴槍阻力及熔體的靜壓，一般熔煉噴槍前壓力為0.40～0.65 MPa，加上管路和閥門的阻力，氧壓機和空壓機出口壓力為0.8 MPa。中原黃金冶煉廠有限責任公司(以下簡稱中原黃金)整體搬遷升級改造項目底吹爐直徑大(Ф5.8 m)，熔池相對深一些，安全起見，氧壓機和空壓機出口設計壓力選擇1.0 MPa。生產(chǎn)實踐表明，出口壓力1.0 MPa偏高，0.8 MPa已滿足生產(chǎn)需要。

1.1.4 爐內(nèi)熔體液面的控制

通常精礦處理量大，爐體直徑也會增大，熔池的液面相對會高一些，但增加非常有限，應該控制一個合適的渣層和銅锍層厚度及波動范圍，來滿足放渣和放銅锍操作。爐殼外徑Ф5.8 m(內(nèi)襯直徑Ф4.8 m)的底吹熔煉爐，靜態(tài)液面總高度不宜超過1 600 mm，此時動態(tài)液面波動高點已到2 100 mm。應盡量增加熔體液面以上的爐膛高度，一方面可防止熔體噴濺到加料口，另一方面還可降低爐膛內(nèi)的煙氣流速；還要加大出煙口在爐體直徑方向上的開口度，以增加出煙口截面積，降低出煙口煙氣流速，減少煙塵率。若液面設置過高，一則影響反應動力學條件，精礦易反應不徹底，渣中夾帶生料，影響渣含銅；二則不利于在爐體直徑方向上開大出煙口尺寸，因為高液面+大尺寸出煙口易導致爐體轉(zhuǎn)動過程中熔體從出煙口溢出，造成安全事故。

1.1.5 降低渣含銅的措施

因底吹爐為臥式轉(zhuǎn)動爐體，渣線不宜設銅水套，熔體溫度1 150～1 200 ℃，屬低溫熔煉，對渣銅分離不利，同時底吹爐富氧空氣壓力大，進爐氣體流速高，動能大，熔體攪動強烈，而底吹爐沒有一個平靜的沉降區(qū)，一般渣含Cu 3.5%左右，甚至更高。為了降低渣含銅，中國恩菲工程技術(shù)有限公司(以下簡稱中國恩菲)開發(fā)了一種帶隔墻的新型底吹爐(已申請專利)，有一段較為平靜的沉降區(qū)，同時隔墻可以防止生料進入沉降區(qū)，渣含Cu有望降至1.0%～2.0%。

1.1.6 渣排放方式

目前底吹爐均采用間斷排渣方式，精礦處理量大時，設2個排渣口，幾乎同時作業(yè)，若采用有隔墻帶沉降區(qū)的新型底吹爐，沉降區(qū)渣層很平穩(wěn)，設1個渣口可連續(xù)溢流排放，不用堵口，渣口外設翻轉(zhuǎn)流槽，2個渣包位交替作業(yè)。

1.1.7 銅锍排放方式

目前除東營方圓有色金屬有限公司(以下簡稱東營方圓)二期底吹熔煉爐采用銅锍虹吸連續(xù)排放外，其他底吹爐銅锍還是打眼間斷排放。若采用連續(xù)煉銅工藝，底吹熔煉爐應采用銅锍虹吸連續(xù)排放方式，可保障熔煉爐及吹煉爐爐況穩(wěn)定，減輕勞動強度。

1.1.8 事故渣口的設置

放渣端設事故渣口，當?shù)状禒t停爐時間較長時，可把大部分渣放出，維持薄渣層，以克服渣導熱性差的缺點，利于爐內(nèi)熔體的傳熱保溫。

1.1.9 開停爐出煙口冒煙問題

有些項目在試生產(chǎn)期間，底吹爐開停爐時出煙口冒煙嚴重，經(jīng)現(xiàn)場不斷操作改進，此問題已得到有效解決。采取的措施包括：轉(zhuǎn)動爐體過程中逐漸降低噴槍鼓風量；將上升煙道主煙氣的高溫風機和副煙道環(huán)集煙氣的風機開到最大，同時降低或關(guān)閉銅、渣放出口等環(huán)集收集口處管道閥門開度，可在DCS設置自動開停程序，一鍵操作。

1.2 富氧側(cè)吹熔煉技術(shù)

富氧側(cè)吹熔煉技術(shù)起源于蘇聯(lián)的瓦紐科夫工藝，自2008年赤峰云銅有色金屬有限公司(以下簡稱赤峰云銅)采用富氧側(cè)吹煉銅技術(shù)(金峰爐)以來，富氧側(cè)吹熔煉技術(shù)得到迅猛發(fā)展，特別是近幾年，采用該技術(shù)的廠家越來越多，其技術(shù)發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾點。

1.2.1 冶煉規(guī)模及爐體大型化

采用富氧側(cè)吹熔煉的銅冶煉規(guī)模不斷擴大，單系列規(guī)模有60 kt/a、100 kt/a、150 kt/a、200 kt/a、300～350 kt/a，一般情況下爐體橫斷面變化不大，只是爐體加長。廣西南國銅業(yè)有限責任公司(以下簡稱南國銅業(yè))銅冶煉產(chǎn)能單系列規(guī)模300 kt/a，爐體出煙口位置由端頭改為爐體中間，出煙口兩側(cè)各設3個加料口，相當于2個側(cè)吹爐“背靠背”組合而成[3]，風口區(qū)寬度仍然是2.5 m，爐膛高度及橫斷面積并未增加。此方案的優(yōu)點是當精礦處理量大時，煙氣從爐體兩側(cè)向爐體中間的出煙口匯集，爐內(nèi)煙氣分流，煙氣流速相對會降低；缺點是爐體過長，細長條爐體結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定性差，易被擠成S形，另外，廠房占地大，加料口布置在出煙口兩側(cè)，加料口多，加料系統(tǒng)復雜。

中國恩菲提出了寬爐體(風口區(qū)寬度2.5～4.5 m)側(cè)吹熔煉爐理念，已獲國家專利(專利號ZL2018 2 1552734.0)，并在侯馬北銅銅業(yè)有限公司(以下簡稱侯馬北銅)、廣西金川有色金屬有限公司(以下簡稱廣西金川)二期項目中得到采用。寬爐體側(cè)吹熔煉爐的出煙口仍在爐體端部，風口區(qū)寬度增加至2.8 m，爐膛高度和寬度也相應增加，提高了爐膛橫斷面積；同時增加了出煙口截面積，降低了爐膛和出煙口煙氣流速，減少了煙塵率。由于爐體寬度增加、長度相應縮短，長寬比更加合理，爐體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，后續(xù)項目風口區(qū)寬度及爐膛橫斷面積還可以繼續(xù)增加，進一步優(yōu)化。

1.2.2 渣中Fe/SiO2與渣處理方案

早期側(cè)吹熔煉爐熔煉渣含Cu 0.8%左右，進貧化電爐進一步處理冶煉渣后，最終棄渣含Cu 0.5%左右。當精礦雜質(zhì)含量高或精礦處理量增加時，棄渣含Cu有所上升，電爐貧化一般要求渣中Fe/SiO2低(1.1～1.3)，因而渣率大，銅損失率增加。為了提高銅的回收率，2013年底，富邦銅業(yè)有限責任公司和赤峰云銅相繼開始將電爐貧化水碎改為渣緩冷浮選工藝[4-5]，渣尾礦含Cu<0.25%；另外，為了降低渣率，將渣中Fe/SiO2提高到1.5～1.7，目前側(cè)吹熔煉渣中Fe/SiO2已提高到1.8～2.0，與底吹熔煉渣中Fe/SiO2基本持平。

1.2.3 銅锍品位變化

早期富氧側(cè)吹熔煉銅锍品位為55%～60%，配合轉(zhuǎn)爐吹煉工藝。2014年赤峰云銅開發(fā)了雙爐側(cè)頂吹粗銅連續(xù)吹煉代替PS轉(zhuǎn)爐吹煉工藝[6]，第一臺富氧側(cè)吹熔煉爐產(chǎn)出含Cu 55%～57%的銅锍，銅锍通過流槽流到另一臺側(cè)吹爐(造渣爐)內(nèi)進行連續(xù)造渣作業(yè)，吹煉成含Cu 77%的白銅锍再通過流槽流到多槍頂吹爐(造銅爐)內(nèi)開始連續(xù)吹煉造銅作業(yè)，產(chǎn)出含Cu 98.5%的粗銅送陽極爐精煉。

中國恩菲與煙臺國潤銅業(yè)有限公司(以下簡稱煙臺國潤)聯(lián)合開發(fā)的“富氧側(cè)吹熔煉+多槍頂吹連續(xù)吹煉+陽極爐精煉”全熱態(tài)三連爐連續(xù)煉銅工藝成功應用于煙臺國潤節(jié)能技術(shù)改造項目，并于2017年投入運行。側(cè)吹熔煉爐直接產(chǎn)出Cu 72%～75%的銅锍[7]，銅锍再通過流槽流到多槍頂吹爐進行連續(xù)吹煉，吹煉爐產(chǎn)的粗銅通過流槽流入陽極爐進行火法精煉。

1.2.4 上升煙道結(jié)構(gòu)形式

富氧側(cè)吹熔煉爐是固定式爐體，若上升煙道采用鍋爐膜式壁結(jié)構(gòu)，一旦上升煙道爆管漏水，水就有可能進入到爐內(nèi)，水量少可汽化，水量大且處理不及時，容易導致爐內(nèi)熔池凝固或爆炸，引起生產(chǎn)安全事故。另外，鍋爐檢修在爐體保溫下操作時，出煙口需用水冷閘板進行密封，爐口面積大使得操作復雜，爐體上需設有副煙道口排出保溫煙氣，否則需要放空爐內(nèi)熔體，重新造熔池。因此，上升煙道采用耐火磚砌結(jié)構(gòu)(有少量銅水套)較為安全。

1.2.5 煙塵直接返爐技術(shù)

中國恩菲開發(fā)了一種熔煉及吹煉工藝中電收塵器所產(chǎn)含Cu相對較高的煙塵直接進側(cè)吹熔煉爐熔體的技術(shù)，其采用氣流輸送方式，將煙塵連續(xù)或間斷從風口區(qū)噴入熔體內(nèi)(已申請專利)。該技術(shù)投入使用后，熔煉機械塵大幅減少，煙氣帶走的主要是揮發(fā)塵，總煙塵率大幅降低。熔煉電收塵器產(chǎn)出含Cu低的高質(zhì)量白煙塵，開路煙塵會使得銅損失率降低，銅直收率及回收率提高。

1.2.6 配煤率

側(cè)吹熔煉富氧空氣吹在渣層，易生成磁性鐵，增加渣黏度，有形成泡沫渣的風險。安全起見，一般要配入一定比例的焦(煤)(早期3%左右，現(xiàn)在1%左右)，用于磁性鐵的還原，因此側(cè)吹爐加煤主要是滿足渣還原，而不是熱平衡。

側(cè)吹爐銅水套多，散熱大，若原料含S偏低，需要進一步提爐溫，完全可以把一次風富氧濃度提高到85%～95%，或?qū)Χ物L配氧。在高爐溫下，渣黏度會降低，合理控制好爐溫與配煤率是不形成泡沫渣的關(guān)鍵。

2 銅锍連續(xù)吹煉技術(shù)

轉(zhuǎn)爐吹煉間斷作業(yè)，送風時率低，短期釋放熱量大，在相同銅锍品位和相同氧氣濃度情況下，較連續(xù)吹煉爐處理冷銅料能力強，加之加冷料方式簡單方便靈活，因此受到希望多處理冷銅料企業(yè)的青睞。

近期來自瀟湘晨報轉(zhuǎn)自云南網(wǎng)報道稱，西南銅業(yè)開發(fā)出了高密封性自抑結(jié)渣裝置，實現(xiàn)了密閉式轉(zhuǎn)爐銅锍吹煉，有效解決了轉(zhuǎn)爐頻繁轉(zhuǎn)進轉(zhuǎn)出(搖爐)過程中的煙氣逸散問題。有的企業(yè)如赤峰金劍銅業(yè)有限責任公司還設有專門的空銅锍包子存儲區(qū)，集中收集空銅锍包子還在逸散的煙氣，但銅锍包子吊運過程中的煙氣逸散問題很難解決，特別是剛倒完銅锍的空包子狀態(tài)，為此不得不把整個熔煉主廠房屋頂密封，設多個抽氣點集中抽氣，抽氣量大，環(huán)集煙氣脫硫運行成本高。熔煉主廠房高空冶金吊駕駛室周邊及轉(zhuǎn)爐副跨熔劑膠帶輸送機區(qū)域環(huán)境很難得到完全徹底改觀，難以滿足職業(yè)衛(wèi)生要求，同時長期高空熔體吊包作業(yè)存在安全隱患。

開發(fā)并采用先進的銅锍連續(xù)吹煉技術(shù)替代PS轉(zhuǎn)爐是必然的趨勢和要求，銅锍連續(xù)吹煉爐完全可以通過增加富氧濃度來提高冷銅料的處理能力。

2.1 底吹連續(xù)吹煉技術(shù)

中國恩菲聯(lián)合河南豫光金鉛集團有限責任公司等開發(fā)的銅锍底吹連續(xù)吹煉技術(shù)在豫光玉川冶煉廠于2014年成功投入運行。目前采用底吹連續(xù)吹煉技術(shù)且已投產(chǎn)的企業(yè)共有6家，該技術(shù)特點及存在的問題主要有以下幾點。

2.1.1 冷、熱銅锍連續(xù)吹煉

底吹連續(xù)吹煉技術(shù)分冷銅锍連續(xù)吹煉、熱銅锍連續(xù)吹煉和冷、熱銅锍兼顧連續(xù)吹煉3種。青海銅業(yè)有限責任公司(以下簡稱青海銅業(yè))采用完全冷銅锍連續(xù)吹煉，豫光玉川冶煉廠采用冷、熱銅锍兼顧連續(xù)吹煉，包頭華鼎等其他廠均采用熱銅锍連續(xù)吹煉方式。從生產(chǎn)運行效果來看，熱銅锍連續(xù)吹煉技術(shù)更合理，沒有銅锍冷卻、破碎和上料等環(huán)節(jié)，更節(jié)能、環(huán)保。在銅殘極完全返回底吹吹煉爐的情況下，為了減少煙氣量，應維持較高的富氧濃度(如O235%～40%)；用專門自產(chǎn)冷銅锍來調(diào)節(jié)爐溫并不理想，通過調(diào)節(jié)富氧濃度或加廢雜銅來調(diào)節(jié)爐溫更合理一些。

2.1.2 吹煉規(guī)模及爐體規(guī)格

目前已規(guī)?；瘧玫牡状颠B續(xù)吹煉銅冶煉規(guī)模有100 kt/a、150 kt/a和200～250 kt/a，爐體規(guī)格主要有Ф3.8 m×15 m、Ф4.1 m×18 m、Ф4.4 m×20 m、Ф4.8 m×23 m和Ф5.2 m×23 m。

2.1.3 氧槍規(guī)格

吹煉氧槍規(guī)格主要有Ф48 mm、Ф50 mm、Ф55 mm(國投金城單支槍通氣量2 000 m3/h)和Ф75 mm(包頭華鼎單支槍通氣量大于4 000 m3/h)。包頭華鼎銅冶煉規(guī)模120 kt/a，吹煉采用3支Ф75 mm大規(guī)格氧槍，可減少氧槍數(shù)量。

2.1.4 加料口數(shù)量及位置

早期項目底吹連續(xù)吹煉爐爐頂一般設1個出煙口和1個熔劑加料口，殘極從出煙口加入。一般加料口設在遠離噴槍區(qū)，不會黏結(jié)，不用清理；若加料口設在噴槍區(qū)，熔體噴濺到加料口形成的含粗銅黏結(jié)物不易清理。最新項目爐體上不再單設加料口，熔劑與殘極一同從出煙口加入爐，爐頂操作環(huán)境大為改善。

2.1.5 氧槍及氧槍磚壽命

底吹吹煉發(fā)展的最大瓶頸之一是氧槍和氧槍磚壽命偏短，氧槍壽命1～2個月，氧槍磚前半年不用換，后期2～3個月就要更換一次，過于頻繁。

2.2 多槍頂吹連續(xù)吹煉技術(shù)

多槍頂吹連續(xù)吹煉主要是借鑒三菱法發(fā)展起來的一種吹煉技術(shù)，其采用固定式爐體，爐頂設有多個噴槍，一定壓力的富氧空氣通過噴槍口高速噴到熔體內(nèi)，噴入熔體的氧氣與加至爐內(nèi)的銅锍進行氧化反應，生成粗銅；造渣使用鈣鐵渣系，不易生成泡沫渣。該技術(shù)近幾年得到廣泛推廣采用，技術(shù)特點及改進主要有以下幾個方面。

2.2.1 冶煉規(guī)模

已投產(chǎn)的多槍頂吹連續(xù)吹煉爐最大銅產(chǎn)能約300 kt/a，與三菱法C爐持平，正在設計和在建的多槍頂吹連續(xù)吹煉爐銅產(chǎn)能擬達到350 kt/a。

2.2.2 爐體結(jié)構(gòu)形式

多槍頂吹連續(xù)吹煉爐主要有橢圓形[3]、圓形和矩形3種爐型。橢圓形爐體異形磚多，砌筑難度大，拱腳難做，爐體受力變形時，爐底磚易漂??；圓形爐熔體攪動無死角，但爐體受力調(diào)節(jié)難度大，爐體易變形；彈性結(jié)構(gòu)的矩形爐體，受力好調(diào)節(jié)，爐體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全性高。

2.2.3 上升煙道結(jié)構(gòu)形式

采用多槍頂吹連續(xù)吹煉爐生產(chǎn)粗銅，若上升煙道采用膜式壁結(jié)構(gòu)，爆管后水進爐內(nèi)易引起爆炸，為安全起見和減少對生產(chǎn)的影響，上升煙道宜采用耐火磚砌筑的磚煙道結(jié)構(gòu)形式。

2.2.4 爐頂開口數(shù)量

目前多槍頂吹連續(xù)吹煉爐爐頂主要設有出煙口、殘極加入口、熔劑口和多個噴槍口，開口數(shù)較多，應盡量減少開口數(shù)，如殘極口和熔劑口可以合并到出煙口，以改善爐頂操作環(huán)境。

2.2.5 渣層厚度及粗銅排放方式

目前有2種操作方式：煙臺國潤采用薄渣層(50～150 mm)，粗銅含S 0.05%～0.3%，粗銅虹吸連續(xù)排放[7]；南國銅業(yè)和赤峰云銅采用厚渣層(400～600 mm)，粗銅含S 0.03%，粗銅間斷排放[8-9]。

理想的操作方式應是粗銅含S低、粗銅虹吸連續(xù)排放，渣層控制一定厚度，生產(chǎn)能穩(wěn)定操作即可。

3 火法精煉

粗銅精煉通常采用回轉(zhuǎn)式陽極爐，反射爐已被逐步淘汰。針對包頭華鼎底吹吹煉爐產(chǎn)的粗銅含S 0.5%～0.8%偏高的情況，中國恩菲聯(lián)合包頭華鼎開發(fā)了底吹精煉技術(shù)。新型底吹精煉爐由原轉(zhuǎn)爐改造而成，爐口與出煙口合并成一個口，采用固定和移動式煙罩，取消爐口液壓密封裝置；設2支底吹氧化還原槍，單支槍送氣量1 250～1 500 Nm3/h[10]，是傳統(tǒng)氧化還原槍的2～3倍。該新型底吹精煉爐大幅縮短了氧化還原時間，脫雜能力也得到明顯提高；由于其采用底部送氣，熔體攪動好，取消了透氣磚裝置。2019年世界首條“底吹熔煉+底吹吹煉+底吹精煉”全底吹全熱態(tài)三連爐連續(xù)煉銅生產(chǎn)線于包頭華鼎成功運行。

4 各種組合的連續(xù)煉銅及短流程工藝

目前國內(nèi)已建成和正在設計建設的各種組合連續(xù)煉銅及短流程工藝見表3。由于奧斯麥特頂吹吹煉是周期性作業(yè)，非真正的連續(xù)吹煉工藝，未列出；三菱法國內(nèi)未引進，也未列出。

表3 國內(nèi)已建成和正在建設的各種連續(xù)煉銅技術(shù)及短流程組合方案

目前國內(nèi)采用各種組合連續(xù)煉銅或短流程工藝的冶煉規(guī)模及生產(chǎn)廠家見表4。

表4 國內(nèi)采用各種組合連續(xù)煉銅或短流程工藝的冶煉規(guī)模及生產(chǎn)廠家

葫蘆島宏躍北方銅業(yè)有限責任公司受環(huán)保壓力影響，擬取消轉(zhuǎn)爐吹煉，采用“奧斯麥特頂吹熔煉+多槍頂吹連續(xù)吹煉+回轉(zhuǎn)式陽極爐精煉”連續(xù)煉銅工藝。奧斯麥特熔煉爐經(jīng)適當改造后，熔煉爐所產(chǎn)高品位銅锍可直接進入多槍頂吹爐連續(xù)吹煉，熔煉渣進入沉降電爐后排放或直接從奧爐排放緩冷后送渣選系統(tǒng)。試生產(chǎn)期間，熔煉爐所產(chǎn)混合爐料也可先進沉降電爐，電爐產(chǎn)的銅锍進多槍頂吹爐連續(xù)吹煉，電爐渣送渣選，多槍頂吹吹煉爐產(chǎn)的粗銅進回轉(zhuǎn)式陽極爐精煉。此方案為其他采用“奧斯麥特(艾薩)頂吹熔煉+轉(zhuǎn)爐吹煉”工藝的廠家提供一種改造思路，另外，“奧斯麥特頂吹熔煉+底吹連續(xù)吹煉+回轉(zhuǎn)式陽極爐精煉”連續(xù)煉銅工藝也是可采用的方案。

文獻[11]提出“閃速熔煉+底吹連續(xù)吹煉”連續(xù)煉銅工藝方案，其實“閃速(旋浮)熔煉+多槍頂吹連續(xù)吹煉”連續(xù)煉銅工藝也是可選擇方案之一。

東營方圓二期“年處理100萬t多金屬礦項目”采用“富氧底吹爐熔煉(多元爐)+底吹爐吹煉精煉(火精爐)”兩步煉銅工藝，于2015年投產(chǎn)。其他各種熔煉工藝也可與底吹爐吹煉精煉工藝相結(jié)合直接產(chǎn)陽極銅，實現(xiàn)兩步煉銅，形成如“富氧側(cè)吹爐熔煉+底吹爐吹煉精煉”和“閃速(旋浮)熔煉+底吹爐吹煉精煉”短流程工藝?！皧W斯麥特(艾薩)頂吹熔煉+底吹爐吹煉精煉”工藝也可作為已采用“奧斯麥特(艾薩)頂吹熔煉+轉(zhuǎn)爐吹煉”工藝改造的可選方案。

5 結(jié)語

從冶煉規(guī)模上來說，富氧底吹熔煉和富氧側(cè)吹熔煉的精礦處理能力均可達到1 500 kt/a以上，與閃速熔煉和奧斯麥特頂吹熔煉處理精礦量相當，多槍頂吹連續(xù)吹煉銅冶煉規(guī)模已達300 kt/a，有望到達300～400 kt/a，底吹吹煉銅冶煉規(guī)模已達200 kt/a，也有望達到300～400 kt/a?？傮w來看，這些技術(shù)均取得較快發(fā)展，已達到世界先進水平，但仍是發(fā)展中的技術(shù)，還有許多待改進和完善的地方。

連續(xù)煉銅技術(shù)及短流程工藝是未來銅冶煉的發(fā)展方向，新建冶煉廠或改造項目可根據(jù)精礦原料成分、冶煉規(guī)模、技術(shù)成熟度及特點等，選擇不同的組合工藝。