杜新玲, 趙高峰, 王紅偉

(1.濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 河南 濟(jì)源 459000； 2.河南豫光金鉛股份有限公司， 河南 濟(jì)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(jì)研究總院與水口山有色金屬集團(tuán)公司共同研發(fā)的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一種先進(jìn)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(yíng)、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(gè)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(yíng)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(jì)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(gè)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(qiáng)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(tái)爐子在運(yùn)行。這兩種工藝均屬于回轉(zhuǎn)式側(cè)吹爐熔煉，具有熔煉強(qiáng)度大、對(duì)原料適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，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(qiáng)，備料簡(jiǎn)單，可以直接處理濕料、塊料和垃圾等，熔煉強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，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(qiáng)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(dòng)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(duì)硫的捕集率高達(dá)99%～99.5%，自動(dòng)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(duì)原料適應(yīng)性強(qiáng)，熔煉強(qiáng)度高，無須配煤，可實(shí)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(diǎn)，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(yíng)、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(duì)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(dòng)大，不利于制酸；②SO2低空污染問題：吹煉過程中進(jìn)料操作、放渣操作以及銅锍包在車間內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)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(jìn)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(jìn)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(shí)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(jìn)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(zhǎng)、環(huán)保好、硫捕集率高等優(yōu)點(diǎn)，但生產(chǎn)過程中銅锍需經(jīng)水淬、干燥、磨細(xì)后才能進(jìn)行吹煉，復(fù)雜的工序造成物料的損失。同時(shí)，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(dòng)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(jìn)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(qiáng)、連續(xù)冶煉、能耗低、金屬回收率高、環(huán)保好、投資少和自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，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(gè)重要的冶煉過程中用底吹爐替代傳統(tǒng)的冶煉設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)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(diǎn)，是一種環(huán)保高效的銅冶煉方式，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)，技術(shù)重現(xiàn)性好，成熟度高，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著，節(jié)能減排效果明顯，工業(yè)化生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)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(jià)值。

表3 幾種銅锍吹煉技術(shù)的工藝參數(shù)比較