淺談某銅冶煉廠技改過程中的冶煉工藝選擇與創新

廖愛民（沈陽有色冶金設計研究院，遼寧沈陽110003）

淺談某銅冶煉廠技改過程中的冶煉工藝選擇與創新

廖愛民（沈陽有色冶金設計研究院，遼寧沈陽110003）

針對某銅冶煉廠的生產規模及現狀，選擇最適合企業的生產工藝，并吸納目前國內外銅冶煉工藝的優點，設計過程中進行創新，以達到節能減排及充分利用資源的目的，為企業創造良好的經濟效益和社會效益。

技術改造；工藝選擇與創新；節能減排；資源利用最大化

1 前言

某銅冶煉廠原生產工藝系統采用富氧鼓風爐煉銅、半連續吹煉工藝生產粗銅，冶煉煙氣經電收塵、濕法凈化后轉化吸收制酸。粗銅產能為15000t/a，硫酸產能為62000t/a。

由于鼓風爐煉銅工藝屬于國家重點淘汰的工藝設備。該工藝生產粗銅能耗高、SO2濃度低，導致企業在發展過程中陷入困境：①落后的生產工藝面臨淘汰；②設備能耗高，面臨更新換代；③環境的承載能力越來越弱。另外，企業位于某水庫上游，如不進行技術改造，不僅直接影響下游兩千余萬人的飲水問題，而且企業將面臨停產關閉的危險。因此，環境保護至關重要，企業的技術改造勢在必行。

某銅冶煉廠于2011年6月進行技改，經過幾年的生產實踐，各項生產指標先進，生產規模已擴至年產粗銅30000t，硫酸124000t。

2 煉銅工藝

2.1 工藝選擇的難點

2011年，國家出臺明令淘汰密閉鼓風爐煉銅工藝及設備的政策，需采用先進的熔池熔煉技術。規模在年產3～10萬t粗銅的鼓風爐煉銅企業都要面臨技術改造，對于規模較小的冶煉企業，技術改造的難點就是工藝流程的選擇。從目前煉銅工藝來看，雙閃、奧斯麥特、艾薩等工藝冶煉規模都在10萬t以上，而且冶煉爐渣的處理也是問題。如選擇渣選礦，需要很大的場地進行渣緩冷，對于改造企業很難有這么大的緩冷場地；再者就是渣選一次性投資較大，選完的渣精礦由于含硫較低，很難返回熔煉系統進行熔煉，且會增加一定的冶煉成本。

根據某銅冶煉廠生產規模的特點，只有另辟蹊徑，對工藝設計進行創新，才能為企業謀求一條可持續發展的道路。

2.2 工藝設計創新

某銅冶煉廠技術改造的特點：①要利用現有的場地和配套設施；②生產規模小。目前國內外的工藝及設備均達不到技術改造的目的。因此，經過與國內銅冶煉專家共同研究，博取眾銅冶煉工藝之長，共同開發了爐外分離-臥式熔池熔煉技術。

爐外分離-臥式熔煉爐是熔池熔煉爐的一種，爐內襯耐火磚，爐體可根據需要轉動，爐子底部設置氧槍，將氧氣和保護空氣鼓入銅锍層，使熔池形成劇烈攪拌，爐料在熔池中完成造銅锍和造渣熔煉過程，反應產出的銅锍和渣進行爐外分離。

爐外分離就是在臥式熔煉爐的出料端設置溜槽，銅锍及渣經溜槽進入電熱前床進行銅锍與渣分離，分離后銅锍經溜槽進入連吹爐中，渣經水淬后外售。

電熱前床的加熱方式也進行了改進，采用特殊的加熱裝置，可以將棄渣含銅降至0.5%以下甚至更低。

2.3 工藝比較

爐外分離臥式熔煉爐與其他煉銅工藝主要技術指標比較如表1所示。

2.4 創新工藝的優點

表1 銅熔煉工藝比較

爐外分離-臥式熔煉爐工藝主要有以下優點：

（1）處理規模靈活

目前的煉銅工藝處理規模都在10萬t/a以上，對于規模較小的企業不太適合，而臥式熔煉工藝處理規模在1～20萬t/ a，不僅適合規模較大的企業，同時也能夠滿足規模較小企業的要求。

（2）原料適應性強，不需要制粒或深度干燥等特殊處理。

（3）爐體無水套，熱損失少，熱效率高，反應過程完全自熱熔煉，節能低碳。

（4）實現銅锍爐外分離，熔煉爐尺寸小，棄渣含銅低，不用進行渣選礦，節省投資及占地。

（5）從熔煉到吹煉用溜槽進行熔體的轉運，充分利用了熱能，克服了其它工藝中銅锍轉運過程SO2排放帶來低空污染的缺點，實現了銅的綠色冶煉。

（6）高氧濃、煙塵率低，煙氣二氧化硫濃度高、制酸條件好，有利于環境保護。

（7）氧從爐底送入，造渣氧勢低，Fe3O4生成量少，可采用高鐵硅比（1.6～2.0），渣量少。

（8）操作簡單，更容易控制，而且氧槍設置在底部，處于低溫區，壽命較長，不需頻繁換槍，生產效率高。

（9）操作安全性高。頂吹或是側吹爐，富氧空氣直接接觸渣層，容易形成泡沫渣，而臥式熔煉爐氧槍設在底部，先與銅锍層接觸，渣層穩定，不易形成泡沫渣。

（10）銅回收率高，而且捕集金、銀等稀貴金屬效果很好，有價金屬綜合回收率高。

2.5 工藝流程圖

某銅冶煉廠技術改造工藝流程圖詳見圖1。

圖1 爐外分離-臥式熔煉爐工藝流程圖

2.6 設計指標及生產運行數據

針對某銅冶煉廠的原料情況，采用爐外分離臥式熔煉爐工藝的設計操作指標及中試生產實踐中收集的數據如表2～3所示。

表2 設計操作指標

表3 中試生產數據

從以表2～3中可以看出，設計指標與中試生產數據基本吻合，達到設計要求。

3 節能減排

某銅冶煉廠積極響應國家號召，進行技術改造的目的就是要節能減排，實現企業的創本增效。改造后，企業的冶煉能耗從662kgce/t粗Cu降至209kgce/t粗Cu；二氧化硫排放濃度從733mg/m3降至192mg/m3；廠區污水實現了零排放。

4 資源利用最大化

我國的銅資源還是很有限的，如何充分利用資源是各大企業值得研究的問題。某銅冶煉廠技術改造的重點之一也是研究如何實現資源的合理化、最大化利用。臥式熔煉爐能夠很好的捕集金、銀等稀貴金屬，提高資源的綜合利用率。電熱前床特殊加熱裝置的設計，能夠將棄渣含銅降至0.5%甚至更低。因此，爐外分離-臥式熔煉工藝能更進一步充分回收棄渣中的有價金屬，為企業創造效益。

5 結語

2006年6月30號，國家發改委發布了《銅冶煉行業準入條件》，單系統銅熔煉能力在10萬t/a及以上，要求采用先進的閃速熔煉、頂吹熔煉、諾蘭達熔煉以及具有自主知識產權的白銀爐熔煉、合成爐熔煉、底吹爐熔煉等生產效率高、工藝先進、能耗低、環保達標、資源綜合利用效果好的富氧熔池熔煉或者富氧漂浮熔煉工藝。

現有很多中小企業其實達不到這個條件：①產能很多達不到銅熔煉10萬t/a的要求。要想擴產，把產能提高3萬～5萬t，沒有8～10年的積累是不行的。②準入條件要求采用的工藝都適合10萬t/a及以上規模。③現有小規模煉銅企業的廠區都比較老，占地面積受限，如采用渣選工藝，投資和廠地都是很實際的問題。因此，采用爐外分離-臥式熔煉工藝，企業在不需要更換爐子的情況下可以靈活調整生產規模，既能滿足前期產能低的要求，又符合國家節能、環保的政策，這將為中小型企業的技術升級改造提供一定的指導作用。

[1]李春堂.銅冶煉行業準入條件.中國銅業，2006（9）.

[2]銅冶煉行業準入條件.國家發改委，2006，6.

[3]蔣繼穆.中國有色建設.2009（01）.

[4]王 平，等.一種貧化銅鎳精礦熔煉渣的貧化電爐.實用新型專利，授權公告號：CN201697459U.

[5]劉英杰，逯明強.爐外分離熔池煉銅工藝設計論證及中試結果有色礦冶.2013，12，29（6）.

TF811

A

2095-2066（2016）32-0089-02

2016-11-1

廖愛民（1983-），男，冶金工程師，畢業于江西理工大學，主要從事有色冶金設計與研究工作。