氧氣底吹煉銅技術的工業化應用

杜新玲, 趙高峰, 王紅偉

(1.濟源職業技術學院， 河南 濟源 459000； 2.河南豫光金鉛股份有限公司， 河南 濟源 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計研究總院與水口山有色金屬集團公司共同研發的、具有自主知識產權的一種先進的銅冶煉技術。該技術經歷了兩代創新，第一代為氧氣底吹熔煉-PS轉爐吹煉(1992～2008年)。該技術最早應用于越南生權老街大龍冶煉廠，規模為年產1萬t陰極銅[1]，其后在山東東營、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余條生產線[2]。第二代為氧氣底吹熔煉-氧氣底吹連續吹煉(2008年起)，即雙底吹連續煉銅技術。指在造锍熔煉和銅锍吹煉兩個銅冶煉重要的生產環節上，用氧氣底吹爐取代傳統的冶煉設備。該技術高效、節能、環保，能夠實現現代化清潔生產，并能有效降低粗銅的加工成本。雙底吹連續煉銅技術于2014年3月在河南豫光首次應用，采用該技術的山東東營二期工程于2016年10月投產，河南靈寶市金城冶煉股份有限公司計劃于今年8月投產。

雙底吹連續煉銅工藝流程如圖1所示。

2 富氣底吹技術在造锍熔煉上的工業化應用

2.1 造锍熔煉技術的發展

世界銅產量的80%是采用火法工藝生產的，火法煉銅的標準工藝流程是：銅精礦→造锍熔煉→銅锍吹煉→粗銅精煉→陰極銅。整個工藝過程中最重要的生產環節是造锍熔煉。我國目前已基本淘汰了落后的鼓風爐、反射爐和電爐熔煉技術，取而代之的是現代化強化熔煉技術。

現代造锍熔煉工藝主要有諾蘭達/特尼恩特煉銅法(回轉式側吹熔煉法)、澳斯麥特/艾薩法(頂吹熔煉法)、閃速熔煉法、三菱連續煉銅法以及富氧底吹煉銅法等。 諾蘭達工藝起源于上世紀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爐子在運行。這兩種工藝均屬于回轉式側吹爐熔煉，具有熔煉強度大、對原料適應性強的特點，但采用的富氧濃度低，需要捅風眼操作，爐壽較短。

圖1 雙底吹連續煉銅工藝流程圖

澳斯麥特/艾薩法是浸沒式富氧頂吹熔煉技術，具有原料適應性強，備料簡單，可以直接處理濕料、塊料和垃圾等，熔煉強度高等優點，但其工藝控制較為困難，氧槍壽命短。

閃速熔煉是目前應用最廣泛的造锍熔煉技術，世界上有49座用于煉銅的閃速爐，占銅造锍熔煉總產能的50%以上。閃速煉銅法熔煉強度很高，單系列產能可達40萬t/a陽極銅，且環保條件好，自動化程度高。但其原料適應性差，備料復雜，原料需干燥至含水<0.3%，且需磨礦至0.5 mm以下，設備投資也大。

三菱連續煉銅設備世界上有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公司、印度比拉冶煉廠、日本小名濱冶煉廠。該工藝對硫的捕集率高達99%～99.5%，自動化程度高，但棄渣含銅較高，金屬回收率低。

各種造锍熔煉技術工藝參數比較列于表1。

2.2 富氧底吹造锍熔煉技術的工業應用

與上述幾種煉銅工藝相比，富氧底吹煉銅工藝具有對原料適應性強，熔煉強度高，無須配煤，可實現自熱熔煉，能耗低，生產操作易于掌握，生產安全性高，不易產生泡沫渣等優點，是我國銅工業發展的前沿技術之一，近年來在我國得到了較好的推廣應用[3]。

我國目前采用底吹造锍熔煉煉銅技術的企業有山東東營、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、中原黃金、梅州金雁銅業等，部分企業的工藝技術參數如表2所示。

3 富氧底吹技術在銅锍吹煉上的工業化應用

吹煉過程是火法煉銅的第二道工序，其技術發展相對落后，主流工藝為PS轉爐吹煉，約有85%的銅锍采用PS轉爐吹煉，江西貴溪、安徽金隆、安徽銅陵、湖北大冶、甘肅金川、云南銅業、遼寧葫蘆島等大型冶煉廠都在采用[4]。

PS轉爐吹煉雖然成熟可靠，但也存在①制酸問題：轉爐屬間斷操作，SO2濃度波動大，不利于制酸；②SO2低空污染問題：吹煉過程中進料操作、放渣操作以及銅锍包在車間內轉運煙氣外溢，造成SO2煙氣低空污染，惡化車間操作環境。

隨著國家環保政策的嚴格，我國新建的銅冶煉廠先后引進了頂吹浸沒吹煉和閃速連續吹煉技術取代傳統的PS轉爐[5]。

山西華銅銅業有限公司是我國首家引進頂吹浸沒熔煉和吹煉的企業[5]。頂吹浸沒熔煉技術煙氣SO2濃度高，有利于制酸，同時也解決了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。山東祥光銅業公司引進了閃速吹煉技術，該技術具有建設成本低、生產成本低、效率高、爐齡長、環保好、硫捕集率高等優點，但生產過程中銅锍需經水淬、干燥、磨細后才能進行吹煉，復雜的工序造成物料的損失。同時，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，增加了人力和動力消耗，致使吹煉成本增加。

表1 幾種造锍熔煉技術的工藝參數比較

表2 氧氣底吹熔煉生產數據

河南豫光金鉛股份有限公司是國內首家采用富氧底吹技術進行銅锍連續吹煉的企業[6]。該技術具有原料適應性強、連續冶煉、能耗低、金屬回收率高、環保好、投資少和自動化程度高等優點，具備處理再生銅、銅精礦能力，解決了PS轉爐不能連續吹煉、低空污染的世界性難題。

表3列出了幾種主要吹煉技術的工藝參數及技術指標。

4 結語

雙底吹連續煉銅工藝在造锍熔煉和銅锍吹煉兩個重要的冶煉過程中用底吹爐替代傳統的冶煉設備，實現了強化冶煉，具有節能環保、SO2回收率高、高溫煙氣利用率高等特點，是一種環保高效的銅冶煉方式，其技術經濟指標先進，技術重現性好，成熟度高，經濟、社會效益顯著，節能減排效果明顯，工業化生產運行穩定，對銅冶煉技術的發展具有重要的引領作用，具有極高的推廣應用價值。

表3 幾種銅锍吹煉技術的工藝參數比較