淺談銅冶煉閃速熔煉技術

吳宇輝

（中鋁東南銅業有限公司，福建 寧德 352100）

銅是重要的金屬材料，具有重要的應用，銅在自然界的儲量比較豐富，銅礦物主要以硫化礦和氧化礦為主，其中硫化礦的儲量最多，分布也最為廣泛，是當前人們冶煉銅的最主要的原料。在實際生產過程中，硫化礦先經過選礦富集，然后再應用火法工藝煉銅人，而在火法煉銅工藝中最為重要的步驟就是熔煉，當前熔煉主要分為傳統熔煉和現代強化熔煉等，而由于傳統熔煉技術具有能耗高，熱效率低、對環境污染大以及銅硫品位低等缺點，逐漸將被淘汰。現在在火法工藝煉銅中，高效、節能并且低污染的強化熔煉技術占主流。

閃速熔煉技術第一次應用到銅冶煉工藝之中是1949年，芬蘭一家冶煉廠投產第一座銅閃速爐，經過了幾十年的發展，閃速熔煉技術不斷完善，尤其是在新型精礦噴嘴和爐體冷卻元件研發應用之后，熔煉技術已經進入了高富氧、高銅锍品位、高處理量、高熱負荷的時代。當前單臺閃速爐的產量可以達到40萬噸，當前應用閃速熔煉法生產的銅可以占到全世界銅總產量的1/3以上，在未來還會有更加重要的應用。

1 閃速熔煉技術的優缺點分析

閃速熔煉技術不僅可以進行銅的冶煉，也可以進行鎳的冶煉，據相關數據顯示，當前全世界一共有幾十臺銅閃速爐在運轉。閃速熔煉技術的優勢主要由以下幾方面：首先，閃速熔煉技術具有較高的生產效率，這主要是由于在熔煉過程中，爐料的化學反應主要是在反應塔內部高溫空間的氣流中進行的，使得其反應溫度很高，反應速度快，熔煉反應強度高，進而提高了生產的效率；其次，由于閃速熔煉技術是富氧強化熔煉，因此使其運行過程中產生的冶煉煙氣穩定，成份波動比較小，而且其中的二氧化硫的濃度比較高，所以對其進行制酸處理起來比較容易，并且經濟；再次，由于其反應塔應用了水冷卻技術，使其反應爐具有較長的使用壽命，作業率大幅度提高，另外其能夠實現較高的自動化操作，可以降低人員的勞動強度；最后，由于其熔煉爐具有良好的密閉性，低壓供風，從而降低了鼓風動力的消耗，節約能源。

閃速熔煉技術的缺陷主要表現在以下幾方面：首先，應用閃速熔煉技術進行冶煉時，對于原料的要求比較高，其要求爐料成分具有較好的穩定性，并且不能夠處理塊料，因此需要設置破碎設備和精礦干燥裝置來對原料進行處理；其次，利用這一技術時，煙塵率通常會超過6%，煙塵率高導致鍋爐的工作條件會比較差；再次，由于熔煉爐的結構比較復雜，需要設置很多的冷卻點，因此應用這一技術需要投入的資金比較大；最后，雖然說在其爐窯中設置了沉淀池，為冰銅和渣的分離創造了良好的條件，但是在熔煉渣中銅的含量還是比較高的，因此還需要對熔煉渣進行進一步的處理。

2 閃速熔煉工藝分析

2.1 工藝配置

直接煉粗銅的工藝圖如圖1所示：

圖1 閃速煉銅工藝示意圖

圖1 中展示了閃速煉銅的工藝示意圖，其中，備料指的是對物料進行干燥和混合的過程，通過對物料進行干燥可以使工藝的總熱量實現平衡，而且對其自熱反應具有重要的作用。在物料干燥完成之后將其輸入到閃速爐中，之后在反應塔中，物料會充分的和氧氣混合，此反應是以懸浮物的形式來進行的，沉淀池內會進行熔融相的收集工作，將反應產生的冰銅和熔渣分離開來。

爐子煙氣的冷卻會在余熱鍋爐中進行，余熱鍋爐還會收集部分煙塵，電收塵器會將剩余的顆粒收集起來，在一般情況下能夠使所有的煙塵都返回爐內。

在具體的生產過程中，根據不同的渣型選擇和氧勢，閃速熔煉爐所產生爐渣中銅的含量也有所區別，通常會在1.0%～4.0%之間，所產生的爐渣需要進一步浮選。爐渣進選廠后一部分成為渣精礦返回備料使用，剩下的尾礦通常含銅在0.3%以下，無進一步浮選價值，可考慮煉鐵或外售。

2.2 加料和物料燃燒

在進行冰銅的閃速熔煉時，閃速熔爐之內，精礦中2/3的硫和鐵都會發生氧化，而當進行粗銅的閃速熔煉時，物料中全部的硫和鐵都會被氧化，此時銅也會被氧化。

由于無法對懸浮物的氧化程度進行實時的控制，而且物料的流量以及化學成分并不穩定，加之煙氣流難以進行有效的控制，會導致熔煉過程中氧化程度難以得到有效的控制，為此應建好精礦倉儲存一定的干燥原料做緩沖用，從而保證物料的均勻性，這樣，才能夠保證氧化程度持續性的準確。另外，需要注意的是熔煉過程中應用到的蒸汽是由余熱爐提供的，因此在干燥物料時可以選用蒸汽干燥機，這樣不僅能夠節約資源，而且能夠將精礦干燥過程中產生的顆粒和硫降到最低，并且實現水分的良好控制。在應用閃速爐時，為了保證產品的質量，對加料設備進行有效的控制是十分必要的，加熱和稱重需要提供均勻、可靠的物料流，并且使物料在精礦噴嘴出口仍需要均勻地分布在反應塔里，這對于總的燃燒效率有著很大的影響。實踐表明，應用失重螺旋加料機可以對物料流量的可靠性和穩定性進行有效的控制。

2.3 熔體化學

在通過閃速熔煉技術進行銅的冶煉時，閃速爐中渣的鐵硅比和精礦的銅硫比是非常重要的。這是由于爐渣的形成和鐵硅比有關，在工藝流程中需要將所有的鐵氧化，因此爐渣中鐵的含量和物料中的鐵含量成正比。而物料中硫的含量越高，就需要越多的氧氣來氧化硫，這樣的情況下會有更多的銅被氧化。如果形成的爐渣比較多，那么就會有很多的銅以氧化物的形式進入到爐渣之中。物料中所含有的硫和鐵的含量是確定反應塔氧化過程中所釋放能量的主要因素，因此需要將物料的潛熱控制在一定的范圍內，并且基于此確定最佳的氧氣量。在氧氣量較低的情況下，會導致煙氣總量較高，從而增大余熱鍋爐、電收塵器、煙氣管道、制酸等投資成本，反之雖然能夠減少上述方面的投資，但是會降低銅的生產效率，因此需要根據物料中的銅硫比，確定合理的氧氣量，實現生產效率和成本的最優化。

3 閃速煉銅的發展展望

閃速煉銅技術具有非常高的環保型，可以說是最為環保的工藝之一，加之其具有的規模經濟性，能夠通過增加產量的方式來降低單位成本，實現規模化的運行，使其成為最重要的煉銅工藝，受到閃速煉銅技術這一特點的影響，世界上很多的銅冶煉企業都在，擴大生產的規模，希望通過擴大規模來降低生產成本，從而獲得更高的利潤和增強競爭力。但是很多企業的生產規模已經達到了極限，這主要是受到PS轉爐吹煉、熔融物的吊車轉運、煙氣處理及硫酸能力等方面因素的限制，因此現在已經無法通過傳統的方式如增加PS轉爐來實現擴產，因為這種方式所投入的資金比較大，而且不能夠降低成本。但是新技術的出現能夠解決這一問題，通過利用閃速吹煉工藝能夠有效的提高生產效率，這主要是由于利用這一技術，使得風中的富氧濃度比PS轉爐吹煉要高的多，而且不需要對設施進行改造，能夠在不增加投資的同時，獲得更低的生產成本和更高的利潤，這也是閃速煉銅技術的主要發展方向。