雙底吹連續煉銅技術在處理廢雜銅方面的應用實踐

（河南豫光金鉛股份有限公司，濟源 454000）

1 概述

1.1 豫光企業鉛鋅銅綜合冶煉和循環經濟發展情況

豫光金鉛是我國有色金屬行業鉛鋅領域大型骨干企業，有色行業首家上市企業、唯一一家通過鉛、鋅、銅、再生鉛規范準入企業。連續多年躋身中國企業500強，成為國家首批循環經濟試點單位、全國廢舊金屬再生利用領域試點企業、首批清潔生產化示范企業、首批河南省城市礦產示范試點單位、全國首批重點行業清潔生產試點單位。

豫光金鉛目前年產電鉛40萬噸、鋅30萬噸、銅10萬噸、白銀1000噸，是我國最大鉛鋅生產企業；2017年產值300億，利稅近10個億。

1.2 豫光用廢雜銅分類

公司根據最近幾年在廢雜銅使用方面的經驗，依據含銅品位不同將廢雜銅分為低品位雜銅、中品位雜銅和高品位雜銅。具體分類和用途如下表1：

2 豫光雙底吹連續煉銅技術

2.1 豫光雙底連續煉銅情況介紹：

“雙底吹”連續煉銅的關鍵技術裝備為氧氣底吹熔煉爐——氧氣底吹連續吹煉爐——回轉式陽極爐，氧氣底吹熔煉爐和氧氣底吹連續吹煉爐利用落差通過溜槽連接，吹煉爐產出的粗銅經過包子吊運至陽極爐，工藝流程如圖1所示：

2.2 底吹熔煉爐工藝介紹

底吹熔煉爐是一個臥式回轉熔池熔煉爐，用底吹套筒式氧槍將含氧70%～75%的富氧空氣從爐子底部吹入熔池進行造锍熔煉。銅精礦、渣精礦、吹煉渣、煙灰、低品位廢雜銅等混合物料配入石英溶劑后轉運至氧氣底吹熔煉爐頂部由加料口加入，底部氧槍高速噴入的氧氣、保護介質等流體有效攪動熔池，形成良好的傳質傳熱條件，有利于氧化熔煉充分進行。熔煉過程產出的熔融銅锍通過流槽直接流入氧氣底吹連續吹煉爐內，并設置開路的銅锍流槽可流入包子內，系統配置靈活。爐渣通過抱罐車送至緩冷場緩冷之后，進行浮選回收銅，尾渣含銅0.26%以下。

表1 廢雜銅分類和用途

圖1 工藝流程圖

2.3 底吹吹煉爐工藝介紹

底吹吹煉爐也是一個臥式回轉熔池熔煉爐，用底吹套筒式氧槍將含氧21%～60%的富氧空氣從爐子底部吹入熔池進行造銅吹煉。銅锍（部分冷銅锍）、鋅冶煉銅渣、中品位廢雜銅和石英溶劑從氧氣底吹連續吹煉爐爐頂的加料口內加入，殘極和塊狀廢雜銅從出煙口的殘極加料口加入，底部高速噴入的氧氣、保護介質等流體有效攪動熔池產出粗銅，粗銅經過包子吊運至陽極爐內進行火法精煉。產出的高溫煙氣經余熱回收及收塵后，煙氣送硫酸車間制酸，制酸尾氣脫硫排空。

2.4 雙底吹處理廢雜銅的優勢分析

2.4.1 原料適應性強：

底吹爐可以處理粉料，也可以處理塊料；對入爐物料粒度要求比較寬泛，一般粒度＜100mm的物料均可通過皮帶直接入爐，無需進行特殊處理。底吹爐對入爐物料水分要求也比較廣，即可處理不含水分的精煉渣和吹煉渣，也可以處理含水達到30%的鋅冶煉銅渣和含水達到45%的硫化銅渣，無需進行預干燥處理。

2.4.2 除雜能力強：

底吹爐，由于氧氣從爐子底部鼓入，對熔池形成較強的攪動作用，傳質傳熱條件好，所以對雜質元素有較強的脫除能力。熔池熔煉，噴槍對熔池攪動力見公式（1）：

Pm：攪動能量（W）

Q：噴入氣體的流量（m3/s）

T：熔體溫度（K）

ρm：熔體密度（g/cm3）

Pa：大氣壓力（×101.3kPa）

Z：風口浸沒深度（熔池面到噴槍出口的距離）（cm）

設大氣壓力為標準大氣壓，熔體平均密度為5000kg/m3，反應所需氧氣量為1m3/s，則Pm的值與冶煉富氧濃度、操作溫度T和風口浸沒深度Z相關，各參數取值見表2。

表2 參數取值

根據公式計算頂吹熔煉攪動能量為1248～1707W，而底吹爐熔煉攪動能量2983～3153W，遠遠大于頂吹熔池熔煉。

2.4.3 熱損失少、能耗低

與其它中低品位廢雜銅冶煉工藝相比，底吹熔煉爐和底吹吹煉爐均采用富氧熔煉，熱損失少，熱利用率高。由于底吹熔煉爐采用的是原生銅與再生銅混合冶煉，通過合理配料，配入適當的高硫銅精礦，目前豫光銅底吹熔煉爐在處理部分低品位廢雜銅時已經實現自熱熔煉，無需配入額外的燃料提供熱源。

底吹吹煉爐目前的富氧濃度在30%～50%，銅锍以熱態的形式通過流槽直接從底吹熔煉爐進入底吹吹煉爐，在吹煉時配入0.5%～1.0%的煤，以防止吹煉渣中磁性鐵的大量生成，也不需要配入額外的燃料。目前吹煉爐中配入的廢雜銅金屬量已占礦銅金屬量的60%～80%；根據現在的作業條件，底吹吹煉爐廢雜銅處理量仍有較大的提升空間。

由于雙底吹連續煉銅的固有特性，粗銅含硫較高，在陽極爐氧化精煉時，能夠提供部分熱量，加之回轉式陽極爐稀氧燃燒的高熱利用率，目前陽極爐在處理高品位廢雜銅時的噸陽極銅天然氣消耗為30m3左右。噸陽極銅天然氣消耗與國內其它陽極爐相比并無明顯增加。

3 廢雜銅使用分類

3.1 鉛冶煉中的銅資源

鉛精礦中含銅一般為0.04%～4%，屬于不計價值的伴生元素。鉛精礦中銅的硫化物經過氧化還原熔煉后，90%以上的銅進入粗鉛中，只有極少部分的銅進入渣中。粗鉛經過精煉除銅后，絕大部分銅進入銅浮渣中，只有極少數銅進入電鉛中。銅浮渣經實驗基地的底吹熔煉爐處理產出粗鉛和鉛冰銅（含銅35%～45%），粗鉛返回鉛系統使用，鉛冰銅經過實驗基的底吹吹煉爐吹煉后，產出含銅90%以上的高砷粗銅。

3.2 鋅冶煉中的銅資源

鋅精礦中含銅一般為0.09%～0.38%，也屬于不計價值的伴生元素。銅的硫化物隨鋅精礦一起經過氧化焙燒后，絕大部分銅以氧化物的形態進入焙砂中。焙砂經過中性浸出后，大部分銅進入中性浸出上清液中送入到凈化工序，在加入鋅粉凈化后，99%以上的銅以銅單質的形態富集到凈化渣中，凈化渣再經過硫酸溶液的浸出除鎘、鋅后，絕大部分銅仍然以銅單質的形態留在渣中，此時的渣稱為鋅冶煉銅渣，含銅一般為30%～60%、含水28%～35%，銅渣送往銅系統底吹連續吹煉爐回收銅。

3.3 銅冶煉中的含銅渣料

豫光銅廠生產過程中產生的含銅渣料主要有：底吹吹煉爐吹煉過程中產生的吹煉渣、回轉式陽極爐氧化除雜過程中產生的精煉渣、電解凈液除雜過程中產生的黑銅泥、污酸站對稀酸分步硫化時產生的硫化銅渣。這些渣料含銅在6%～40%不等，吹煉渣和精煉渣因含銅較高，選礦處理已不再適宜；黑銅泥和硫化銅渣因含砷較高，屬于危廢產品，外售不符合國家環保要求，利用底吹熔煉爐除雜能力強進行回收處理。

3.4 外購二次銅原料廢雜銅

目前公司外購的廢雜銅主要集中在中高品位的雜銅，如底吹吹煉爐使用的含銅40%～65%的冰銅、含銅80%～90%的線路板產銅粉和置換銅粉、含銅85%～95%的銅米、銅屑和銅錠。陽極爐使用含銅95%以上的銅錠和銅米、含銅99%左右的廢陽極板。

4 雙底連續煉銅在處理廢雜銅方面存在的問題

（1） 煙灰綜合回收系統尚未建立；

（2） 污酸分步硫化指標仍需優化；

（3） 鉛冶煉銅浮渣系統產粗銅含砷偏高；

（4） 熱態銅锍尚未全部使用、廢雜銅處理量尚未最大化

（5） 底吹熔煉爐處理低品位廢雜銅的優勢有待進一步挖掘；

（6） 廢雜銅中的部分有價小金屬尚未回收；

5 下一步優化方向

（1） 充分發揮雙底吹連續煉銅自熱熔煉的優勢、加大中低品位廢雜銅處理量，開創原生銅與再生銅聯合冶煉新模式；

（2） 對銅浮渣冶煉和污酸分步硫化等除砷工藝進行優化，回收有價金屬的同時，對砷進行無害化處理，滿足國家環保綠色冶煉新要求；

（3） 研發、建設新項目，及時對煙灰、吹煉渣、廢雜銅中的鉑、鈀、鉛、鋅、錫、銻、鉍等有價金屬進行綜合回收；

6 總結

豫光金鉛利用銅鉛鋅綜合冶煉的優勢，對礦粉中的有價金屬進行“吃干榨凈”方面嘗到甜頭的同時，發現在廢雜銅回收冶煉方面還有很多工作要做。下一步銅冶煉廠將進一步發揮雙底吹連續煉銅技術在處理廢雜銅方面的優勢，加大中低品位廢雜銅的處理量。同時繼續推進資源節約和循環利用，降低生產過程中能耗、物耗水平，實現銅、鉛、鋅資源的循環鏈接。