有色金屬冶煉主要工藝設備及用途分析

李 永

（中陜核工業集團二二大隊有限公司，陜西 西安 710024）

隨著國家經濟建設和城市化發展，對有色金屬冶煉質量有了更高的要求，不同的有色金屬需要不同的工藝和反應爐進行冶煉。有色金屬冶煉主要目的提純所需要的元素，通過高溫熔煉、化學反應精練、電解含雜有色金屬等方法從有色金屬礦物、廢棄金屬原料中得到目標有色金屬[1]。經有色金屬冶煉工藝發展以及國家綠色環保號召下，現今有色金屬冶煉工藝主要有：沉淀池工藝、INBA工藝、明特工藝、DCS控制工藝等；有色金屬冶煉設備主要有：反射爐設備、中頻爐設備、臥式轉爐設備等。下面將對有色金屬冶煉工藝設備及用途展開分析。

1 有色金屬冶煉設備簡介

（1）沉淀池工藝。沉淀池工藝是出現較早的有色金屬冶煉一種工藝，其工作原理是依靠重力作用實現固液分離，金屬冶煉廢渣經水流的沖刷和萃取作用后到達沉淀池進行有色金屬分離。按照節約能源的思想，沖刷所使用的水流可循環使用，使用過的萃取液可轉向其它方面的應用，沉淀池工藝主要環節是最后的有色金屬成品質量評測，嚴格把控沉淀環節的監控就不會出現問題[2]。沉淀池工藝是較早出現的一種有色金屬提煉技術，同時其擁有廣闊的市場空間，是一種比較完善的金屬冶煉技術。但是最近幾年出現經濟負擔過高、易受外界氣候影響等不足之處，沉淀池工藝市場應用量逐年減少。

（2）INBA工藝。INBA工藝主要原理是經高溫熔煉后的金屬碎渣沿管槽流動，在高壓水槍壓力和高溫萃取技術下得到有色金屬顆粒狀物質，該物質即為目標有色金屬。現今的INBA工藝較為完善，其可不間斷作業和產品高效的特點擁有廣泛的市場，另外有新的技術和施工理念不斷加入革新，優化了以往人工管理操作的復雜性，未來的發展方向必定是自動化和綠色環保化。

（3）明特工藝。明特工藝與INBA工藝有部分相似之處，其主要原理是爐渣通過管槽進入粉碎粒化裝置，輸出的混合物質再經過洗刷作用實現萃取和粒化的目的。明特工藝在市場中有很多優點，例如整體設備易轉移、能耗低、占用面積少等。另外明特工藝是我國擁有完全自主知識產權的技術，對我們社會有著極大的意義和價值[3]。例如柳鋼股份公司下的柳鋼1號高爐處理高爐水渣就采用明特法，該工藝處理能力強，操作員對渣水比進行調整操作簡便，即便出現大渣流，也能保證水渣質量，設備牢固且符合長期發展戰略的要求，是我國處理水渣問題的一大革命性技術突破。

（4）DCS控制工藝。DCS控制工藝主要目的是精準掌控熔煉溫度，通過該工藝對溫度進行實時控制，在適宜的溫度范圍內對有色金屬進行熔煉，保障金屬的光澤。掌控溫度的實現是在冶煉過程中加入壓縮機設備，確保溫度自始至終在適宜的范圍內。另外DCS控制工藝中的蒸發設施可快速將熱水降溫，降低反應爐內的溫度。現代冶煉技術，主要包括鎳鐵冶煉配料工藝PLC控制系統，鉬焙燒DCS控制系統。其中鉬冶煉配料過程需嚴格控制，要求整體表現為配料精準，減少差錯，整體上節約企業成本，提高原輔料利用率，從根本上減輕企業經濟負擔，是當今金屬冶煉的一種重要控制工藝。

2 有色金屬冶煉設備及用途

（1）反射爐設備。反射爐裝置不僅用于有色金屬冶煉這一工序中，后期的有色金屬結塊干燥、高溫煅燒、回爐精煉、再熔融并恒溫等工序中也有廣泛應用，反射爐是一套系統性金屬冶煉設備。在當今金屬冶煉行業中，反射爐冶煉的有色金屬一般是銅。最新冶煉銅爐的內壁材料采用性能極佳的耐高溫物質，減少反射爐的更替損失。另外反射爐內壁產生的熱能不僅來自火焰的熱輻射，反射爐頂熱氣輻射也是一個重要因素。反射爐設備在完全混合細料方面作用突出，多種有色金屬礦物原料或一些燃料都能很好地冶煉出目標物質，現今的反射爐有諸多優點，例如規模系統化生產的成本不高、能快速提供高質量的有色金屬。但在進行散料方面作業的成效不太令人滿意，主要表現在供能需求大、排放廢氣量多、以及廢氣中含二氧化硫等危害大氣的氣體。反射爐經科學地分析和改造后，上述大部分問題得到解決，新工藝是在鼓風爐中吹入更多氧氣，同時盡可能減少風量損失，還有一種方法是直接將精礦投到反射爐中，以上方法均提高了反射爐生產質量和減少二氧化硫使用及排放量，保護了大氣環境。

（2）中頻爐設備。中頻電爐的結構簡單，主要由開關電源、電磁感應線圈及感應線圈中耐高溫物質制造的氦構成。中頻電爐自身帶有金屬電荷，相效是變壓器中次級繞組結構。交流電通過感應線圈，感應線圈周邊形成交變磁場，由于線圈中磁通量降低，金屬電荷定向移動形成感應電動勢。另外電荷是一種閉環結構，再加上次級繞組匝數為一，而且也是閉合結構，就導致在充電過程中形成感應電流，感應電流經過電荷，電荷因電流的熱效應使其熔化，達到了熔煉有色金屬目的。中頻電爐工作原理是使用中頻電源產生中頻磁場，同時中頻磁場產生感應渦流，金屬材料內部由于熱效應產生大量熱能，從而提純有色金屬。中頻電爐工作頻率在200Hz～2500Hz中，除了提純和熔煉有色金屬外，中頻電爐還可進行感應加熱和恒溫等方面作業。中頻電爐的市場面較廣，可用于碳鋼、合金鋼、特鋼等鋼性材料冶煉，還可用在加熱銅、鋁等有色金屬中。中頻電爐設備具備易轉移、產品質量高、能耗低、溫度穩定、易操作等優點。

（3）臥式轉爐設備。臥式轉爐也是一種重要的有色金屬設備，和反射爐設備一樣主要用在銅的冶煉中。但臥式轉爐有個極大的優勢：不用燃料維持生產，能量來自銅和水中的鐵和硫形成的氧化反應所放出熱量中，這些熱量足夠維持臥式轉爐所需的所有熱能。現今臥式轉爐外殼徑直為4m，爐身長為9m。殼體材料為鋼，內外厚度在4cm～5cm，爐身中部設有爐口，作用是往爐內送原料、排放空氣、取出內壁的金屬渣；另外爐內壁上裝有石英槍，目的是往爐內加石英熔劑，若內壁沒設置石英槍可直接在爐口人工加入。臥式轉爐整體放在支撐輥上，帶動裝置可在水平軸向前和反向旋轉，保證爐口處于添加原料、鼓吹空氣、排渣和銅收集的最佳位置。

3 總結

由上所述我們得知了當今有色金屬冶煉的一些工藝和設備，分析的目的是對當前的工藝進行總結，研究如何使工藝進一步實現現代化發展。經過上述分析，我們可進行有色金屬冶煉新工藝或新技術的探討，對國內外有色金屬冶煉設備提高有一定的參考價值，對未來有色金屬冶煉有極大的現實意義。