姚志超，孫彥文

（北京礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160）

銅被廣泛應(yīng)用于電力、家電、交通運輸、建筑、電子等領(lǐng)域，科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，擴(kuò)大了國內(nèi)外企業(yè)對銅產(chǎn)品的需求。中國已成為世界第一大銅生產(chǎn)國和消費國，全球精銅供需關(guān)系變化取決于世界經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇情況以及中國經(jīng)濟(jì)增長速度對銅的消費需求。根據(jù)國際銅研究組的最新預(yù)測，受各國經(jīng)濟(jì)政策影響，未來銅需求可能會受到一定提振，銅需求保持穩(wěn)定增長。我國銅冶煉火法占據(jù)主導(dǎo)地位，近年來銅冶煉技術(shù)不斷進(jìn)步和發(fā)展[1]。本文針對火法煉銅中的熔煉、吹煉、精煉和電解四個流程，結(jié)合我國銅產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，簡要介紹國內(nèi)銅冶煉技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢。

1 國內(nèi)銅冶煉現(xiàn)狀

改革開放前，中國處于計劃經(jīng)濟(jì)時代，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低，同時國內(nèi)銅冶煉也處于較低水平；改革開放后，通過技術(shù)引進(jìn)消化吸收，國內(nèi)銅冶煉及加工工業(yè)產(chǎn)能不斷增加，尤其2000年后平均增長速度在10%左右，占據(jù)全球銅消費增長中的主導(dǎo)地位。近年來，我國自主開發(fā)的多項煉銅技術(shù)取得了較大發(fā)展，但面臨國際金融危機和國內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長新常態(tài)的雙重影響。雖然銅冶煉產(chǎn)能不斷增加，但增速放緩，預(yù)計今后幾年達(dá)到精銅的消費平衡。

1.1 熔煉技術(shù)

火法熔煉中，傳統(tǒng)的造锍熔煉存在能源消耗高、冶煉效率低、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，近年來逐漸被富氧熔煉所取代[2]。目前，在國內(nèi)，閃速熔煉和熔池熔煉已經(jīng)發(fā)展成為相對成熟的熔煉工藝[3-4]。

20世紀(jì)80年代以來，閃速爐逐漸向著高強度、高富氧、高冰銅品位和高投料量的趨勢發(fā)展，閃速熔煉工藝因處理量大、反應(yīng)速度快、能源消耗低、環(huán)境污染少等優(yōu)點而得以廣泛推廣和應(yīng)用。但是，其在高強度熔煉下也存在一些問題。比如，由于爐體過熱容易被損壞，精礦反應(yīng)不夠充分，渣含銅量、煙塵率和SO3產(chǎn)生率上升等。國內(nèi)某企業(yè)年產(chǎn)20萬t陰極銅冶煉項目，采用“蒸汽干燥+閃速熔煉+PS-轉(zhuǎn)爐吹煉+陽極爐精煉+電解”以及煙氣制酸、爐渣選礦、卡爾多爐處理陽極泥等工藝流程，選用閃速熔煉、卡爾多爐等國際先進(jìn)的工藝技術(shù)裝備，成功使用了長期被國外壟斷的圓盤澆鑄及自動剝片裝備，實現(xiàn)部分關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化，運行效果好于同類進(jìn)口設(shè)備。

熔池熔煉工藝的優(yōu)勢主要包括原料制備簡單、投資成本低、煙塵率降低等。根據(jù)送風(fēng)方式不同,可分為三種冶煉方法：側(cè)吹、底吹和頂吹。國內(nèi)已經(jīng)有企業(yè)采用“雙側(cè)吹富氧熔池熔煉技術(shù)+PS轉(zhuǎn)爐吹煉+陽極爐火法精煉+不銹鋼陰極法電解精煉”工藝，相關(guān)項目于2015年10月順利投產(chǎn)，各項指標(biāo)均已超過設(shè)計值，實現(xiàn)了短流程熔煉和高效節(jié)能環(huán)保的要求。

上述兩者之間的區(qū)別在于閃速爐冶煉過程屬于空間反應(yīng)，氣相為連續(xù)反應(yīng)相；熔池熔煉主要反應(yīng)發(fā)生在熔池內(nèi)，液相為連續(xù)反應(yīng)相。工藝技術(shù)各有優(yōu)勢。熔煉工藝的選擇主要取決于生產(chǎn)規(guī)模、原料成分、企業(yè)資源情況等。

1.2 吹煉技術(shù)

轉(zhuǎn)爐吹煉具有工藝簡單、技術(shù)成熟等優(yōu)點，但缺點是間斷操作，爐口漏風(fēng)，煙氣量波動大、SO2濃度低等。近幾年來，隨著國家環(huán)保要求的提升，國內(nèi)新建銅冶煉廠先后引進(jìn)閃速連續(xù)吹煉、氧氣頂吹連續(xù)吹煉新技術(shù)[5-6]。其中，三菱法在吹煉時采用頂吹爐連續(xù)將銅梳吹煉至粗銅。其特點是投資少、成本低、可連續(xù)煉銅，其缺點是建筑成本高，渣含銅高。Kenencot煉銅工藝，即“雙閃”煉銅工藝，技術(shù)較為成熟，但其流程復(fù)雜，銅鋶需要水淬后干燥才能進(jìn)行吹煉作業(yè)、能耗高、勞動消耗大。

1997年11月，諾蘭達(dá)（Nornada）連續(xù)吹煉爐在加拿大諾蘭達(dá)投產(chǎn)，目前其存在爐子壽命短、硫回收率低等問題。特尼恩特爐的爐期短，煙氣量大，并且硫的回收率低。1999年奧斯麥特爐在中條山侯馬冶煉廠首次投入生產(chǎn)，存在的主要問題為送風(fēng)時率低、制酸尾氣硫含量超標(biāo)、煙氣排空后容易造成環(huán)境污染等。雙底吹連續(xù)煉銅工藝，解決了吹煉工序中存在的含硫煙氣無組織排放及難收集的問題，其優(yōu)點是煙氣量小，SO2濃度高且穩(wěn)定，煙氣連續(xù)穩(wěn)定，利于高溫?zé)煔庥酂岬幕厥绽肹7]。

1.3 精煉技術(shù)

回轉(zhuǎn)式陽極爐氧化還原精煉法的缺點是：氧化和還原是兩個對立的過程，作業(yè)時間長、生產(chǎn)效率低、還原劑消耗高、黑煙污染和碳污染嚴(yán)重。

國內(nèi)開發(fā)了一種新的精煉技術(shù)，采用鼓入惰性氣體攪拌銅液達(dá)到一步脫硫除氧的目的[8-9]。新工藝具有作業(yè)流程短、生產(chǎn)效率高、無需還原劑等優(yōu)點，不但可以節(jié)約能源，而且能夠減少碳的排放。

1.4 電解技術(shù)

隨著銅冶煉技術(shù)的發(fā)展，對電解精煉的要求也越來越高。目前，綜合產(chǎn)能和成本的考慮，最佳方式是提高電流密度。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，如何提高電流密度、強化電解生產(chǎn)效率成為關(guān)鍵。艾薩不銹鋼陰極電解工藝的成功應(yīng)用標(biāo)志著我國銅電解工藝技術(shù)已達(dá)到國際先進(jìn)水平，該工藝通過較大的電流密度和較小的極距，利用自動化程度較高的撥片機組將陰極銅從不銹鋼陰極片上剝離，所用的永久陰極板光滑平整，減少了生產(chǎn)過程中的短路現(xiàn)象，很大程度地提高了產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率[10]。近來，國內(nèi)開發(fā)了一種平行流電解技術(shù)，不僅能夠提高電流密度，還可以擴(kuò)大產(chǎn)能，降低電解能耗。國內(nèi)自主研發(fā)的新型旋流電解技術(shù)，可從廢液中選擇性提取高純金屬，流程短、成本低，投資小、建設(shè)期短、風(fēng)險小，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 國內(nèi)近年來銅冶煉擴(kuò)能情況

2.1 新增產(chǎn)能及工藝選擇

2017年及以后銅冶煉擴(kuò)能項目如表1所示。由表1和圖1可知，新增及擴(kuò)產(chǎn)產(chǎn)能中，采用頂吹工藝的僅有兩家，屬于搬遷或者擴(kuò)能改造項目，沿用了以前的頂吹熔煉技術(shù)；“雙閃”煉銅技術(shù)僅一家；“閃速爐+轉(zhuǎn)爐”工藝僅一家，其余均為國內(nèi)自主研發(fā)的側(cè)吹和底吹煉銅技術(shù)，新增銅冶煉產(chǎn)能工藝以側(cè)吹、底吹為主，分別達(dá)48.54%和22.30%，合計達(dá)70.84%，尤其側(cè)吹煉銅技術(shù)占比最高，這反映國內(nèi)開發(fā)的側(cè)吹及底吹技術(shù)獲得了用戶認(rèn)可，多項指標(biāo)達(dá)世界先進(jìn)水平。2019年以后，新增產(chǎn)能及原有冶煉廠擴(kuò)產(chǎn)技改，我國銅冶煉產(chǎn)能將會出現(xiàn)過剩局面。

2.2 國內(nèi)銅冶煉業(yè)面臨的挑戰(zhàn)與機遇

當(dāng)前，國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)形勢嚴(yán)峻，全球礦業(yè)已經(jīng)進(jìn)入全面調(diào)整新時期，主要金屬產(chǎn)品價格長期低位運行，礦業(yè)企業(yè)并購重組的步伐加快，機遇與挑戰(zhàn)共存。銅冶煉產(chǎn)能擴(kuò)張有限，但我國銅熔池熔煉技術(shù)取得了快速發(fā)展，已處于世界先進(jìn)水平，未來幾十年我國銅冶煉企業(yè)應(yīng)充分利用國內(nèi)銅冶煉技術(shù)和裝備優(yōu)勢，緊抓一帶一路的機遇，實施走出去戰(zhàn)略，通過兼并和新建，把中國的銅冶煉工業(yè)建到世界各地，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。同時，銅熔池熔煉技術(shù)還有很大的發(fā)展空間，尤其是在經(jīng)濟(jì)增長新常態(tài)下，完善產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、短流程、高收率、節(jié)能降耗、清潔環(huán)保、綜合利用及融入所在地協(xié)調(diào)發(fā)展等依然是銅熔池熔煉技術(shù)創(chuàng)新的主攻方向。

表1 2017年及以后銅冶煉擴(kuò)能項目

圖1 國內(nèi)新增及擴(kuò)產(chǎn)產(chǎn)能工藝選擇

2.3 銅冶煉未來前沿技術(shù)之一——梯級熔煉

由于國家對環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，推動我國煉銅技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，縮短冶煉流程，實現(xiàn)一步煉銅將是更高的目標(biāo)。梯級熔煉的目標(biāo)是實現(xiàn)一步煉銅，直接產(chǎn)出高品質(zhì)粗銅，梯級熔煉的顯著特點是通過梯級熔煉實現(xiàn)熔煉渣含銅小于1.0%。目前的銅熔煉加吹煉工藝是平行熔煉，若想產(chǎn)出高品位冰銅或粗銅，必然導(dǎo)致渣含銅高，這也是把銅熔煉分成熔煉和吹煉的主要原因，通過梯級熔煉技術(shù)，熔煉和吹煉就可以在同一冶煉爐中完成，同時熔煉渣含銅維持在較低水平，渣含磁性鐵控制在8%以內(nèi)。這是未來的發(fā)展趨勢和努力方向。

3 結(jié)語

我國銅冶煉工業(yè)在技術(shù)和裝備領(lǐng)域不斷取得創(chuàng)新和發(fā)展，基本代表了世界銅冶煉技術(shù)和裝備的發(fā)展趨勢。同時，實施銅冶煉技術(shù)創(chuàng)新仍然銅冶煉企業(yè)謀求效益提升的主要手段。實施走出去戰(zhàn)略是我國銅冶煉工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的必由之路，銅冶煉企業(yè)及裝備與設(shè)計單位應(yīng)提前布局謀劃。國內(nèi)企業(yè)應(yīng)聯(lián)合起來，以國家“一帶一路”戰(zhàn)略為依托實施走出去，將中國的工藝、裝備與當(dāng)?shù)刭Y源有機結(jié)合起來，實現(xiàn)共同發(fā)展。