銅冶煉的創(chuàng)新與發(fā)展過程概述

王萬軍，陳志剛

（1.安徽省銅陵市銅陵有色，安徽 銅陵 244000；2.赤峰金劍銅業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

1 火法煉銅創(chuàng)新發(fā)展的過程

1.1 熔煉發(fā)展過程

在銅冶煉過程中，熔煉是最為關(guān)鍵的一步。對(duì)于銅精礦的熔煉操作其實(shí)質(zhì)是指以熔煉爐為載體，通過加熱的方式，使銅精礦經(jīng)過高溫的熔煉進(jìn)而促使雜質(zhì)、爐渣等進(jìn)行分離，最終得到銅锍產(chǎn)品。最早這一過程是借由反射爐、鼓風(fēng)爐等一些加熱的設(shè)備，借助燃料來進(jìn)行燃燒供熱，達(dá)到熔煉所需要的溫度。

隨著冶煉行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展及適應(yīng)當(dāng)前節(jié)能環(huán)保的理念，大部分冶煉廠在原有的冶煉設(shè)備基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了改造，例如近些年的閃速熔煉和熔池熔煉。閃速熔煉典型的設(shè)備為閃速熔煉爐，閃速熔煉是利用細(xì)小顆粒的銅精礦表面活性，其經(jīng)過干燥后與溶劑一起進(jìn)入反應(yīng)塔，由于反應(yīng)塔中反應(yīng)體系連續(xù)相是氣相，所以精礦顆粒在1秒～3秒內(nèi)，與高溫強(qiáng)氧化性氣流迅速發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)放出大量的熱，最后的產(chǎn)物墜落到沉淀池內(nèi)沉降，使銅锍和渣分離，再通過不同的排放口流出沉淀池。熔池熔煉是將細(xì)小的精礦顆粒加入熔體，熔池中反應(yīng)連續(xù)相是液相[1]，向熔體內(nèi)鼓入強(qiáng)氧化性氣體，在劇烈攪拌的過程中進(jìn)行熔煉，其爐型比閃速熔煉多，有臥式、立式，回轉(zhuǎn)式或者固定式，鼓風(fēng)口的位置不同還分為側(cè)吹、頂吹和底吹。由于熔池熔煉的熱量和質(zhì)量傳遞效果好，可以提高生產(chǎn)率和降低冶煉過程的能耗[2，3]。最重要的是其對(duì)銅精礦品位的要求不高，所以這幾年新上的銅冶煉項(xiàng)目當(dāng)中被運(yùn)用的較多。熔池熔煉相對(duì)于閃速熔煉也有不足，比如壽命短、二氧化硫的補(bǔ)集率低、氧濃低、冰銅品位范圍小，見表1[1]。

表1 閃速熔煉與熔池熔煉對(duì)比

1.2 吹煉發(fā)展過程

在熔煉之后，通過吹煉進(jìn)一步將冰銅中的部分雜質(zhì)脫除，最后得到含銅98.5%左右的粗銅[4]。吹煉技術(shù)的實(shí)施，主要包括以下特點(diǎn)，利用反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的熱量來維持吹煉技術(shù)即可，不需要額外的燃料來支持。傳統(tǒng)的吹煉工藝以P-S轉(zhuǎn)爐居多，主要依靠鼓風(fēng)作業(yè)形式來對(duì)液態(tài)锍在氧化的基礎(chǔ)上，進(jìn)行去除去部分硫與鐵。一般來說，吹煉過程分為兩個(gè)周期，其一為利用氧化造渣，分離出白銅硫；其二就是再對(duì)所得到的白銅硫再次進(jìn)行氧化作用，最終得到粗銅，這兩個(gè)階段簡(jiǎn)稱為造渣期與造銅期。近幾年來，隨著對(duì)技術(shù)的不斷升級(jí)，我國(guó)的大部分企業(yè)對(duì)所有的吹煉技術(shù)進(jìn)行深一層的創(chuàng)新與改進(jìn)，將傳統(tǒng)工藝進(jìn)一步創(chuàng)新，在此期間，許多有意義的創(chuàng)新技術(shù)得以出現(xiàn)，比如熔池吹煉以及閃速吹煉等等。目前我國(guó)的銅冶煉行業(yè)發(fā)展過程中，對(duì)閃速吹煉技術(shù)的應(yīng)用甚為廣泛，特別是近年在陽谷、銅陵、防城港建設(shè)的“雙閃”工藝，就是比較典型的閃速熔煉與閃速吹煉相結(jié)合，固體銅锍吹煉將熔煉和吹煉在時(shí)間和空間上分開，不再相互制約，為高作業(yè)率創(chuàng)造了條件[5]，但也有熔池熔煉和閃速吹煉或者熔池熔煉和熔池吹煉相配合的設(shè)計(jì)。相比較傳統(tǒng)的P-S轉(zhuǎn)爐，對(duì)閃速吹煉爐的使用根本不需要受環(huán)境以及時(shí)間的約束，可以進(jìn)行持續(xù)作業(yè)[6]。

1.3 陽極精煉發(fā)展過程

吹煉得到的粗銅，根據(jù)不同的作業(yè)方式，經(jīng)過行車或者溜槽進(jìn)入傾轉(zhuǎn)式陽極精煉爐，單從爐型來說，有固定式和回轉(zhuǎn)式陽極爐，相對(duì)熔煉和吹煉來說比較單一，且隨著產(chǎn)能的加大，回轉(zhuǎn)式陽極爐被廣泛應(yīng)用。

陽極精煉爐主要分為氧化和還原、澆鑄三個(gè)過程，且占據(jù)了大部分的操作時(shí)間，氧化過程通過風(fēng)口通入壓縮空氣，主要是除硫和少量的揮發(fā)性金屬，比如鉛、砷等，而還原過程通過風(fēng)口通入的是還原介質(zhì)，主要是除去多余的氧，還原介質(zhì)有粉煤或者天然氣等。隨著銅含硫的減少，自熱反應(yīng)所提供的熱量就少，所以在陽極精煉爐上，還要設(shè)置燒嘴進(jìn)行補(bǔ)熱，燃燒介質(zhì)用的比較多的是天然氣、重油和輕柴油。以前助燃介質(zhì)選用的基本都是由燃燒風(fēng)機(jī)供給的燃燒風(fēng)，近年慢慢被稀氧燃燒技術(shù)所取代，除了節(jié)能外，還減少了煙氣量，收塵系統(tǒng)的負(fù)荷也相對(duì)要小[7]。與陽極精煉爐相結(jié)合的是陽極板澆鑄機(jī)，有單圓盤澆鑄機(jī)和雙圓盤澆鑄機(jī)，根據(jù)產(chǎn)能的大小來選擇澆鑄機(jī)能力，目前110t/h的雙圓盤澆鑄機(jī)用的比較多。

2 再生銅冶煉創(chuàng)新發(fā)展過程

目前國(guó)內(nèi)逐步建設(shè)了一些小產(chǎn)能的再生銅冶煉廠，但從銅的總產(chǎn)量來說，近30%來源于再生銅冶煉工藝。再生銅根據(jù)主要原料的不同，選擇性就比較大。有從如銅精礦一樣，熔煉開始、經(jīng)吹煉到精煉這種三段法冶煉工藝，也有吹煉到精煉的二段法冶煉工藝，還有直接加入精煉爐熔化澆鑄成陽極板的一段法冶煉工藝。在國(guó)外比較典型的有北德凱撒冶煉廠的ISA爐，熔煉和吹煉在同一個(gè)ISA爐中進(jìn)行，之后到精煉爐。

由波立登公司開發(fā)的富氧頂吹旋轉(zhuǎn)工藝（TBRC）在處理再生銅中也得到很好的運(yùn)用，取名為卡爾多爐[8]，該爐2008年在貴溪冶煉廠被引進(jìn)，主要處理外購的冷銅和廠區(qū)內(nèi)的渣。由陽極精煉爐和反射爐兩者上經(jīng)過改造后得到的一種傾動(dòng)爐型，及由瑞林公司結(jié)合了傾動(dòng)爐和陽極精煉爐優(yōu)點(diǎn)而開發(fā)的新一代NGL爐型[9]，在處理再生銅工藝上用的也比較廣泛。

3 濕法煉銅工藝簡(jiǎn)介

濕法煉銅占銅產(chǎn)量的20%左右，它的工藝特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，無煙氣排放和污染，主要是用溶劑浸出銅精礦石，使銅溶解到溶液中，然后經(jīng)過凈化含銅的溶液，從而得到銅產(chǎn)品。但是濕法煉銅的周期長(zhǎng)、效率低、產(chǎn)能小，特別是稀貴金屬不易回收，銅本身的回收率也不高，所以目前傳統(tǒng)的濕法煉銅不能形成規(guī)模化生產(chǎn)。

但是隨著生物浸出工藝的出現(xiàn)，逐步取締了傳統(tǒng)的浸出工藝[10]。根據(jù)濕法煉銅的特性，其可以處理低品位的，特別是雜質(zhì)復(fù)雜的銅精礦，所以隨著資源的慢慢枯竭，濕法煉銅將來可成為有效的煉銅工藝。

4 總結(jié)

銅冶煉的工藝相對(duì)比較成熟，但是面對(duì)現(xiàn)有的環(huán)保形勢(shì)，許多在冶煉過程中所產(chǎn)生的廢氣、廢水、廢渣等的指標(biāo)和處理還是存在問題，另外各種復(fù)雜的銅原料對(duì)各大冶煉廠無疑是更新的挑戰(zhàn)，這就要更先進(jìn)的模型仿真技術(shù)來輔助或者指導(dǎo)未來的生產(chǎn)[11，12]，各種節(jié)能減排、降本增效、回收利用等的激勵(lì)，科研研發(fā)、技術(shù)改造、國(guó)產(chǎn)化等的舉措，無疑是讓企業(yè)去創(chuàng)新和更好的適應(yīng)發(fā)展。