氧氣斜吹旋轉轉爐應用現狀和開發展望

葛遵利，胡憲利

（1.蘭州華冶技術工程股份有限公司；2.濟寧萬寶礦冶技術服務有限公司）

1 概述

氧氣斜吹旋轉轉爐是相當靈活的冶金裝置，其工藝在國外稱做卡爾多爐（TBRC）法，該爐由瑞典博卡林（Bokalling）教授發明，多姆納維特（Domnaryet)開發用于處理高磷高硫生鐵和廢鋼冶煉的設備。1959年首先被加拿大國際鎳公司移植于有色金屬冶煉上，成功的把鎳高硫浮選的硫化鎳精礦吹煉成金屬鎳。1965年比利時在處理二次銅原料方面發展了該技術。1973年國際鎳公司用該工藝熔煉銅精礦并成功直接一步生產粗銅。1974年澳大利亞建成了兩座25噸氧氣斜吹旋轉轉爐，用于吹煉含鉍、鋅高的高品位銅硫。1976年瑞典成功處理鉛鋅煙塵和鉛精礦，并建設了相應規模的冶煉廠。1992年伊朗建立了處理氧化鉛精礦直接生產粗鉛的工廠。1993年波蘭銅業公司選用2m3的卡爾多爐建立了處理銅陽極泥的貴金屬廠，年產1000噸白銀。俄羅斯利用該技術處理廢雜舊軍工器材和電子原件，以回收有色金屬和貴金屬。此外還有廠家用該裝備煉錫和回收貴金屬。

我國金川集團公司于1973年在1.5噸卡爾多爐內進行銅鎳二次精礦的半工業試驗，成功并與1986年建成了容量為8T的卡爾多爐取代了原來的反射爐，生產的粗銅各項指標都遠優于原反射爐，并至今一直承擔著粗銅的脫鎳生產任務。

2 氧氣斜吹旋轉轉爐的特點

和其它熔池熔煉新工藝相比，氧氣斜吹旋轉轉爐的優點有：

（1）操作溫度可控制的范圍大，尤其需要高或低的反應溫度時，更顯出它的優越性，當吹煉金屬硫化物時可以輕易地吹到1700℃或更高的溫度，在吹煉鎳銅精礦時，能在較低的溫度（1150℃～1200℃）下進行，有效地脫除銅中的鎳。

（2）由于爐體自身的旋轉運動，不斷地更新著熔體——爐氣——固體的表面接觸，加之氧、油（天然氣）噴槍連續噴吹，熔體攪拌良好，因而具有相當良好傳質傳熱條件，對加快物料多相反應特別有利，能夠獲得遠比固定式熔池熔煉爐范圍更寬的作業溫度和交互反應速度。

（3）借助油氧噴槍，能如意調節油氧比例，容易控制熔煉過程中的反應氣氛，從強氧化性到強原性氣氛，都易于形成，因而氧氣斜吹旋轉轉爐具有熔化、氧化，還原和煙化的冶煉功能，因而能更加廣泛的冶煉不同性質的有色金屬原料。

（4）熱效率高，由于爐子的爐氣量少，爐體結構容積緊湊，散熱量小，在純氧吹煉下，熱效率可達60%或更高，這是其它熔池熔煉爐都很難達到的。

（5）作業率高，雖然有復雜的傳動機構，在高溫下工作的機電裝置，依然有較高的作業率，因爐體積小，拆卸容易，更換方便，（一般設有備用爐體，需更換爐襯時用吊車更換一個經過烘烤的備用爐體即可，）作業率可高達95%左右。

（6）氧氣斜吹旋轉轉爐處理復雜原料適應強、工藝過程簡單、投資比較低，特別適用于小型冶煉廠。

氧氣斜吹旋轉轉爐的缺點是間歇作業、操作頻繁、煙氣量和煙氣成份成周期性變化；爐子壽命較短；設備較復雜。

3 氧氣斜吹旋轉轉爐結構與工藝

3.1 爐子主要結構

氧氣斜吹旋轉轉爐由一個爐體，兩個傾倒輪組成，夾持機構和裝有四個托輪的底座等部件組成：夾持機構可夾持爐體裝有托輪的底座上以0-1.0r/min的速度作360°傾翻；當爐體傾斜至與水平夾角為28°的工作角度時，摩擦環機構由32個彈性元件與爐體柔性地連接在一起，通過與固定在夾持機構上回轉驅動系統的摩擦，使爐體應冶煉工藝的要求繞縱向軸以一定的速度旋轉，旋轉速度的變化范圍為0.5-15r/min。按其功能分類有如下系統 ：1、傾斜驅動系統（主驅動系統）；2、夾持機構；3、爐體總成；4、回轉系統。

旋轉轉爐是一個中間是圓柱形，兩端為截圓錐形的筒式爐體，外殼為鋼板，內襯鉻鎂磚。爐體傾斜可繞長軸旋轉，并可向不同方位傾斜。

氧氣斜吹旋轉轉爐結構如圖（1）所示、氧氣斜吹旋轉轉爐系統示意圖（2）所示：

3.2 工藝技術特點：

氧氣斜吹旋轉轉爐有三種方式加料，粉料通常由料槍伸入爐口內加入，較濕的爐料采用水冷料槍內螺旋給料，液體爐料或大塊冷料，由移開煙罩傾動爐體至爐口進料位置由鋼包或吊斗從爐口倒入爐內。

氧槍并從爐口插入往熔池吹氧或富氧空氣進行吹煉。化料和還原時從爐口插入油（天燃氣）氧噴槍調整油氧比，燃燒加熱或產生還原性氣體進行還原，冶煉過程中可邊吹煉邊加料以實現自熱熔煉。氧槍噴頭距熔體面的距離可根據工藝要求進行調整。

吹煉作業可將精礦一直吹煉成白硫和粗銅，當冶煉產品選擇為白硫時，氧氣斜吹旋轉轉爐可連續作業，即爐內加入底料，利用油氧槍燃油將其熔化，開始造熔池作業、當吹煉熔池造好，進入吹煉造渣作業，啟動爐子旋轉至5-10min，爐溫控制1150-1250℃，選用氧槍一邊吹氧，一邊通過料槍連續均勻的加入精礦和熔劑。當爐渣造好，間斷排渣，并根據爐內產出的冰銅量定期部分放出白硫。循環往復重復著連續加料——造渣排渣——放白硫作業。

當產品選擇為粗金屬，氧氣斜吹旋轉轉爐間斷作業，即爐子在一個操作周期完成后，全部物料排空，然后加入新料進行下一操作周期。在一個周期可以分階段連續進行兩個或三個反應，包括熔化、氧化，還原階段，爐體可根據氣氛反應不同調整旋轉速度。

氧氣斜吹旋轉轉爐結構圖（1）

氧氣斜吹旋轉轉爐系統示意圖（2）

反應產生的煙氣從爐口通過移動式密封煙罩排出，送往收塵和制酸系統。氧氣斜吹旋轉轉爐，由一個通風罩全部封閉，包括裝料，放渣出銅和包子房部位。在內的操作由中央控制室控制，收集逸散煙氣，集中進行環保除塵，其作業環境能滿足最嚴格的環保法要求。

氧氣斜吹旋轉轉爐工藝需要一個制氧車間，但選用變壓吸附工藝制氧投資是相當低的。通過減少氮量的方法，大大縮小煙氣處理設備的尺寸（煙道、收塵器、風機、制酸），從而減少基建投資。

氧氣斜吹旋轉轉爐工藝及車間的配置如圖（3）所示

氧氣斜吹旋轉轉爐工藝及車間的配置圖（3）

4 氧氣斜吹旋轉轉爐應用及業績

4.1 目前，氧氣斜吹旋轉轉爐在我國應用主要有以下四種類型：

4.1.1 二次銅精礦煉銅脫鎳

金川集團公司冶煉廠二次銅精礦（%）Cu66-68、Ni4、Fe4、S20-22。這種銅精礦含鎳高，含鐵、硫低，用常規冶煉裝備工藝生產粗銅銅品位94%，含鎳高達4%，產出的電銅只能作民用銅。于84年采用8噸氧氣斜吹旋轉轉爐煉銅車間新建，88年投產煉銅脫鎳效果好，粗銅品位98.5-99%，N1＜1%，電銅達到A級標準，實現了金川電銅高質量的飛躍，從此改寫了金川電銅不能作工業用銅的歷史。

4.1.2 氧氣斜吹旋轉轉爐煉鉛

西部礦業公司選定卡爾多爐煉鉛方法，于2005年11月底投料試生產，經過半年多的生產實踐，從處理鉛精礦和鉛返料（濾餅、煙道灰、富鉛渣和鉛冰銅）直接產出合格的粗鉛，主要技術經濟指標已達到設計要求。生產實踐證明采用該工藝技術煉鉛對原料適應性廣、設備簡單易操作、生產成本低，是一種環境友好型、能源節約型 的清潔生產工藝。

4.1.3 氧氣斜吹旋轉轉爐冶煉廢雜銅

以江銅集團貴溪冶煉廠和金川集團銅冶公司都選用13立方米氧氣斜吹旋轉轉爐工藝裝備冶煉廢雜銅。廢雜銅原料含銅80%左右，傳統處理工藝為二段法，現采用氧氣斜吹旋轉轉爐處理廢雜銅、熔煉和吹煉都可在同一個爐內完成，集代鼓風爐熔煉和轉爐吹煉功能于一體的特點，并可處理銅品位從3-95%的原料和一些工業廢料直接入爐，產出98.5%以上品位的粗銅、渣含銅低、工藝流程短、能耗低、環保條件好。為我國銅基再生資源冶煉回收開發了先河。

4.1.4 氧氣斜吹旋轉轉爐處理銅陽極泥

采用氧氣斜吹旋轉轉爐處理銅陽極泥的技術具有獨特之處，以山東祥光銅業，中原黃金，赤峰云銅等多家企業分別都采用了該工藝處理銅陽極泥進行貴金屬火法冶煉，技術、設備、工藝可靠，具有流程短，金銀回收率高，產品合格率達100%，實屬清潔生產工藝。

4.2 氧氣斜吹旋轉轉爐應用業績

氧氣斜吹旋轉轉爐應用業績示于表1

序號爐熔規格m3 爐數 用戶單位 時間 驅動方式 用途1 2 1 金川公司 1986 摩擦驅動 脫鎳煉銅2 11 1 西部礦業 2004 摩擦驅動 鉛冶煉3 13 1 江西銅業 2008 摩擦驅動 廢雜銅冶煉4 13 1 金川公司 2011 液壓驅動 廢雜銅冶煉5 13 1 廣西有色 2012 摩擦驅動 廢雜銅冶煉6 2 1 山東祥光銅業 2012 液壓驅動 陽極泥冶煉7 2 1 金川公司 2014 液壓驅動 陽極泥、鎳渣8 1 1 中原黃金 2015 液壓驅動 陽極泥、鎳渣9 1 1 青海西豫 2015 邊緣驅動 鉛浮渣冶煉10 2 1 華環保 2016 邊緣驅動 廢舊電子元件11 2 1 赤峰云銅 2019 液壓驅動 陽極泥冶煉

5 對今后開發氧氣斜吹旋轉轉爐冶煉的設想

5.1 開發思路

充分利用氧氣斜吹旋轉轉爐的性能、特點和技術優勢開發市場需求。利用礦冶國際國內兩個市場，有色金屬礦產和再生兩種資源，開發多產品，處理原料多品種項目的冶煉。以期實現小冶煉規模，生產流程最短，實現高效、節能、環保、綜合回收有色金屬冶煉的發展方向和目標。

5.2 開發項目內容

5.2.1 開發富含原生金礦的火法冶煉

在一帶一路礦冶開發中，在境外利用銅原生氧化礦、硫化礦（CU≥3%），和原生富金礦，含金石英石、復雜成分的金精礦，鍗金銀礦、硒金銀礦、鉍金礦、銻金礦、硫金銀礦等采用氧氣斜吹旋轉轉爐工藝建設金、銅冶煉廠。銅、鍗、硒、鉍、銻、硫是金銀良好的捕收劑，采用造硫捕金技術，合理搭配金精礦和銅礦，以吹煉造渣作業為主線，以煉銅和其他金屬作載體，以捕金為目的，以生產白冰銅為產品，最大程度的滿足處理金精礦的要求，將金、銅和其他金屬同時富集和回收。煙氣處理遵循東道國對環保要求，視金、銅其它原料含硫和煙氣SO2濃度的高低、采用凈化法或配套制酸處理。在境外建煉金、銅冶煉廠，節省原料運費；富金銅礦直接入爐、節省金、銅選礦建廠投資和生產成本；在連續吹煉造渣作業配入的金精礦和含金石英石、免省了熔劑成本和富集提金生產成本；產品運回國內，富集的合金產品國家免征黃金入關增值稅，此類項目經濟效益十分厚重。

5.2.2 開發多金屬復雜銅精礦冶煉

在國際礦業開發中，對多金屬礦山含有鉛、鋅、錫、銻、鉍的復雜銅精礦，這種銅原料，復雜的成分在銷售中往往作為有害元素扣減銅的計價系數，銅原料便宜。但在常規冶煉廠難以處理，采用氧氣斜吹旋轉轉爐工藝處理是最適宜的，通過控制轉爐的旋轉速度，保持預期的溫度和控制氣相中的氧勢，以使Bi、zn、sn、pb、sb等雜質的高度揮發脫除，然后用常規吹煉方法造渣，一直吹煉至白冰銅或粗銅。吹煉揮發的金屬通過煙氣收塵設施進入煙塵系統回收，煙塵再送濕法車間分別提取pb、zn、sn、sb、Bi各金屬，這類項目的經濟效益在于原料中有害元素潛在經濟價值利用，由負變正、變害為寶、綜合回收、全部利用。

5.2.3 開發國內電鍍污泥資源冶煉

電鍍污泥是危廢，也是一種廉價的二次可再生資源，其電鍍污泥主要成分:Ni1～1.5%,CU2～3.5%,已遠超其在金屬礦中的含量，是一種可回收的寶貴資源。目前我國大多污泥環保廠處理多采用豎窯脫水焙燒——鼓風爐還原熔煉。采用氧氣斜吹旋轉轉爐工藝改造進行綠色處置，高值化利用。在弱還原氣氛下，吹煉造渣。產品可選擇銅鎳90%以上的合金出售，也可繼續進行氧化脫鎳造渣除去，將余冰銅吹煉成98%以上的粗銅，為電銅提供原料。脫鎳渣集中堆存，作為煉鎳原料，集中再用斜吹旋轉轉爐吹煉成高冰鎳作產品出售，或將高冰鎳鑄成陽極板送鎳電解生產電鎳板。

5.2.4 開發國內酸洗污泥的冶煉

不銹鋼酸洗污泥主要成分為Ni3%～4.5%、Cr2%～3%、Fe15%～20%、Cao18%～20%、p1%～1.2%、S2.5%～3.5%。其中Ni、Cr屬于危險廢棄物，但在少鎳缺鉻的我國，鎳鉻又是昂貴的二次資源。采用氧氣斜吹旋轉轉爐脫除酸洗污泥中的S、P是最有效的裝備，造渣除鐵、鈣將鎳品位富集到25%～30%鎳、鉻、鐵合金產品。直接出售，供生產300系不銹鋼作原料。將危廢無害化處置資源化利用。

5.2.5 開發濕法煉鋅浸出渣的冶煉

采用氧氣斜吹旋轉轉爐處理濕法煉鋅的各種浸出渣，以控制預期爐溫和還原熔煉氣氛，利用爐體的快速旋轉，強化爐料攪拌，以使以鋅為主的鉛、錫、鉍、鎘、鍺、砷揮發進入氣相以煙塵形態加以回收出售或濕法提取；控制氧化氣氛吹煉造渣除鐵、硅、鈣、鎂，繼續氧化吹煉硫化銅氧化為氧化銅，再由氧化銅和硫化銅交互反應得到粗銅。高浸渣和沉礬渣富含稀貴金屬銦銀，以氧化氣氛吹煉鐵、硅、鈣、鎂造渣除去，銦、銀以合金加以富集，再將銦、銀合金液體粒化送濕法萃取提取銦、銀。

6 結語

國際礦冶開發中采用氧氣斜吹旋轉轉爐技術建設火法提金冶煉項目，以銅和其它金屬捕金技術經濟效益好。通過發展火法煉金技術并會逐漸取代單一的提金工藝。

氧氣斜吹旋轉轉爐工藝對原料處理適應性能強，開發再生金屬銅、鎳、鉛、鋅、錫貴金屬二次原料的冶煉，采用先進、高效、節能、環保裝備，工藝組織生產，將有力的提升有色冶煉整體技術的新水平。