“白銀煉銅法”雙側吹富氧熔池熔煉工藝發展綜述

馮治兵，潘小龍

（白銀有色集團股份有限公司銅業公司，甘肅 白銀 730900）

“白銀煉銅法”是我國唯一原創具有自主知識產權的雙側吹熔池熔煉工藝，1972年開始研發，1980年投入工業生產，已完成從空氣熔煉到富氧熔煉、富氧自熱熔煉的過渡；爐型結構由單室爐發展為雙室爐；結粗銅產能由原設計32.1kt/a持續提升至150kt/a，并具備200kt/a生產能力及技術條件；通過不斷探索、改進，“白銀煉銅法”具有指標先進、節能環保、經濟適用等優點。

1 “白銀煉銅法”工藝發展歷程

“白銀煉銅法”工藝發展主要歷程詳見表1。

表1 “白銀煉銅法”工藝發展歷程

2 “白銀煉銅法”技術創新

2.1 開發白銀熔煉爐爐體新結構

白銀熔煉爐爐體新結構見圖1。

圖1 白銀熔煉爐爐體新結構

2.1.1 爐體本體結構

構建熔池熔煉傾斜式爐型結構，取代原上下同寬垂直L型結構，提高爐體的穩定性、減輕爐內氣流對爐墻的沖刷，增大爐內氣體與熔體的傳熱面積。

2.1.2 爐體鋼結構

運用計算機模擬技術和有限元分析方法模擬構建白銀爐整體框架、柔性連接爐體結構，取代原整體剛性框架結構，使爐體具有自動調節膨脹伸縮變形的能力，避免因爐膛溫度波動產生不均勻膨脹而造成的變形坍塌，消除了爐體安全隱患。

2.1.3 熔池爐墻結構

自主創新開發出與白銀熔池熔煉高富氧濃度生產熱工負荷相匹配，具有特殊結構水冷掛渣冷卻保護的白銀爐熔池側墻，取代原水套+內襯耐火材料爐墻結構，克服高富氧濃度技術開發及應用后，因熔體溫度升高，熔池側墻耐火材料蝕損加劇，影響爐體安全運行的問題。

2.1.4 水冷風口裝置

自主研發設計水冷風口裝置及專用鎖風口工具，取代原紫銅管+外包耐火磚風口結構，目的強化冷卻效果，克服高溫熔體對風口紫銅管的侵蝕，提高氣體利用率，以及頻繁清風口作業，降低員工勞動強度。

2.2 調整、優化爐體結構關鍵工藝參數，提高熔煉效率

與高等院校、科研院所合作，應用數值模擬和物理模擬技術，如圖2所示，調整、優化風口角度、高度、間距及爐寬，強化熔體側吹的“乳化”效果，為熔煉過程氣、液、固三相間的反應創造良好的動力學條件，促使物料的加熱、分解、熔化、氧化、造渣與造锍速度加快，提升熔煉效率。

圖2 數值模擬和物理模擬試驗

2.3 開發余熱鍋爐高效運行新技術

白銀爐配套余熱鍋爐是按100kt/a生產能力設計，隨著白銀爐產能提升，因余熱鍋爐實際生產負荷高于設計負荷，鍋爐粘結頻繁，影響白銀爐長周期、穩定運行。白銀爐產能與作業率關系曲線，如圖3所示。

圖3 白銀爐產能與作業率關系曲線

為有效解決余熱鍋爐頻繁粘結，以計算機模擬仿真試驗為依據，通過合理調整爐拱高度優化爐內氣流條件，在爐膛適當位置加裝煙氣集塵擋板，如圖4所示，以及余熱鍋爐設置鹽化氣封，增強了大顆粒煙塵捕集效果，煙塵率降低，解決了余熱鍋爐頻繁粘結而影響生產的問題。

圖4 煙氣集塵擋板布置圖

2.4 構建白銀熔池熔煉煉銅機理理論模型，完善工藝理論

在深入分析白銀熔煉爐內流體動力學特性和熔煉體系中不同空間位點多相多組分在界面間傳質行為的基礎上，結合銅冶金過程熱力學，構建了白銀熔池熔煉反應理論機理模型，完善了煉銅機理，使工藝過程控制更趨于合理，從而實現強化造渣、造锍熔煉過程，有效控制銅锍品位，降低渣含銅，提高熔煉能力。

2.4.1 白銀爐熔池熔煉縱向機理模型及多相界面傳質行為

在模型中，爐體反應區橫截面由上到下分為四個主級層，分別為煙氣層、礦料分解過渡層、造渣過渡層、造硫過渡層，氧化反應界相分為弱氧化區、強氧化區，如圖5所示。

圖5 白銀熔池熔煉機理模型橫截面示意圖

2.4.2 白銀爐熔池熔煉橫向機理模型及多相界面傳質行為

按照熔煉反應進程，在模型中沿橫向將白銀爐原有吹煉區、沉淀區結構優化為反應區、緩沖區和沉淀區，如圖6所示。

圖6 白銀熔池熔煉機理模型縱截面示意圖

2.5 研發粉煤—純氧分級卷吸燃燒新技術

白銀爐外供熱燃燒系統原采用粉煤富氧燃燒，存在粉煤燃燒不充分、熱利用率低，熔體不能有效加熱等問題，鑒于此，研發出粉煤—純氧分級卷吸燃燒新技術，如圖7所示。該技術燃燒火焰均勻，穩定性高，燃料燃燒充分，可有效控制、調節火焰長度、形狀和熱量分布。

圖7 粉煤—純氧分級卷吸燃燒技術示意圖

相比富氧燃燒，該技術燃料消耗降低60%，燃燒系統成本降低576.1元/h。兩種燃燒系統成本對比見表2。

表2 燃燒系統生產成本對比

2.6 開發高鐵渣生產技術，控制爐渣Fe/SiO2在1.5～1.7

為易于操作，控制白銀爐渣Fe/SiO2在1.0～1.1，因爐渣Fe/SiO2低，渣量大，能耗高，同時影響有價金屬回收率。為此，開發出白銀熔池熔煉高鐵渣生產技術。

圖8 白銀熔煉Cu-Fe-S-SiO2系氧勢-硫勢圖

在分析1250℃下白銀熔煉爐內氧勢-硫勢在不同空間位點的梯度變化，如圖8所示；構建爐渣（SiO2）%、（Fe）%、（Cu）%組分復合因素關系圖，如圖9所示；找出白銀熔池熔煉高鐵渣生產理論依據，指導生產；同時發揮白銀熔煉爐風口位于銅硫-爐渣-物料混合層，強烈攪動熔體的動態熔煉優勢，確保熔體中的FeS、SiO2及配入爐料中的煤與Fe3O4充分接觸，改善爐渣特性，從而實現控制爐渣Fe/SiO2在1.5～1.7、渣含銅0.8%以下。

圖9 爐渣（SiO2）%、（Fe）%、（Cu）%組分復合因素關系圖

表3 技術指標對比

3 “白銀煉銅法”的生產實踐

現100m2白銀爐于2015年11月投入運行，2018年3月停爐檢修，累計穩定運行27個月，經停爐測繪，除爐拱受火焰沖刷局部蝕損，其它部位情況良好，評估爐體運行情況，可穩定運行30個月以上。

3.1 爐壽命

通過使用自主研發、設計熔池側墻吹風水套、水冷風口裝置及關鍵易損部位加裝水冷元件，白銀爐爐壽命達30個月以上，實現長周期穩定安全運行。

3.2 產能

“白銀煉銅法”經多年理論完善、技術創新，物料處理量達到2750t/d以上，礦產粗銅產能穩定實現150kt/a，有效床能力提高至68.92t/m2·d，達到側吹熔池熔煉爐先進水平。

3.3 煙塵率

通過合理調整爐拱高度，加裝煙氣集塵擋板以及鹽化風的合理使用，使白銀爐煙塵率由4.65%降至1.06%，達到行業先進水平。

3.4 粗銅能耗

高富氧濃度、粉煤純氧燃燒等技術的開發及應用，使白銀煉銅法粗銅能耗由169kgce/t逐步降至114kgce/t。

3.5 經濟技術指標

白銀煉銅法與其它煉銅法經濟技術指標對比見表3。

3.6 現場環境

通過粉煤純氧燃燒等節能環保新技術的應用，及安裝加料環型氣封、完善環境集煙罩，從根本上杜絕了SO2煙氣外溢的現象，達到“清潔生產”的要求。

4 結語

“白銀煉銅法”經多年不斷創新和生產實踐，工藝日趨完善，具有熔煉效率高、能耗低、原料適應強、燃料適用范圍廣、操作簡單易行、投資少等優點，已發展成為一套較為成熟的、具有獨特優點的、很有發展前途的煉銅方法，目前白銀公司新建200kt/a白銀爐項目正處于設計、施工階段，計劃于2019年10月份投入運行，預計200kt/a產能白銀爐投產后，“白銀煉銅法”整體技術水平將邁進當今世界煉銅技術的先進行列。