銅冶煉的創新與發展過程概述

王萬軍，陳志剛

（1.安徽省銅陵市銅陵有色，安徽 銅陵 244000；2.赤峰金劍銅業有限責任公司，內蒙古 赤峰 024000）

1 火法煉銅創新發展的過程

1.1 熔煉發展過程

在銅冶煉過程中，熔煉是最為關鍵的一步。對于銅精礦的熔煉操作其實質是指以熔煉爐為載體，通過加熱的方式，使銅精礦經過高溫的熔煉進而促使雜質、爐渣等進行分離，最終得到銅锍產品。最早這一過程是借由反射爐、鼓風爐等一些加熱的設備，借助燃料來進行燃燒供熱，達到熔煉所需要的溫度。

隨著冶煉行業技術的不斷發展及適應當前節能環保的理念，大部分冶煉廠在原有的冶煉設備基礎上，對設備進行了改造，例如近些年的閃速熔煉和熔池熔煉。閃速熔煉典型的設備為閃速熔煉爐，閃速熔煉是利用細小顆粒的銅精礦表面活性，其經過干燥后與溶劑一起進入反應塔，由于反應塔中反應體系連續相是氣相，所以精礦顆粒在1秒～3秒內，與高溫強氧化性氣流迅速發生氧化反應，同時放出大量的熱，最后的產物墜落到沉淀池內沉降，使銅锍和渣分離，再通過不同的排放口流出沉淀池。熔池熔煉是將細小的精礦顆粒加入熔體，熔池中反應連續相是液相[1]，向熔體內鼓入強氧化性氣體，在劇烈攪拌的過程中進行熔煉，其爐型比閃速熔煉多，有臥式、立式，回轉式或者固定式，鼓風口的位置不同還分為側吹、頂吹和底吹。由于熔池熔煉的熱量和質量傳遞效果好，可以提高生產率和降低冶煉過程的能耗[2，3]。最重要的是其對銅精礦品位的要求不高，所以這幾年新上的銅冶煉項目當中被運用的較多。熔池熔煉相對于閃速熔煉也有不足，比如壽命短、二氧化硫的補集率低、氧濃低、冰銅品位范圍小，見表1[1]。

表1 閃速熔煉與熔池熔煉對比

1.2 吹煉發展過程

在熔煉之后，通過吹煉進一步將冰銅中的部分雜質脫除，最后得到含銅98.5%左右的粗銅[4]。吹煉技術的實施，主要包括以下特點，利用反應過程中所產生的熱量來維持吹煉技術即可，不需要額外的燃料來支持。傳統的吹煉工藝以P-S轉爐居多，主要依靠鼓風作業形式來對液態锍在氧化的基礎上，進行去除去部分硫與鐵。一般來說，吹煉過程分為兩個周期，其一為利用氧化造渣，分離出白銅硫；其二就是再對所得到的白銅硫再次進行氧化作用，最終得到粗銅，這兩個階段簡稱為造渣期與造銅期。近幾年來，隨著對技術的不斷升級，我國的大部分企業對所有的吹煉技術進行深一層的創新與改進，將傳統工藝進一步創新，在此期間，許多有意義的創新技術得以出現，比如熔池吹煉以及閃速吹煉等等。目前我國的銅冶煉行業發展過程中，對閃速吹煉技術的應用甚為廣泛，特別是近年在陽谷、銅陵、防城港建設的“雙閃”工藝，就是比較典型的閃速熔煉與閃速吹煉相結合，固體銅锍吹煉將熔煉和吹煉在時間和空間上分開，不再相互制約，為高作業率創造了條件[5]，但也有熔池熔煉和閃速吹煉或者熔池熔煉和熔池吹煉相配合的設計。相比較傳統的P-S轉爐，對閃速吹煉爐的使用根本不需要受環境以及時間的約束，可以進行持續作業[6]。

1.3 陽極精煉發展過程

吹煉得到的粗銅，根據不同的作業方式，經過行車或者溜槽進入傾轉式陽極精煉爐，單從爐型來說，有固定式和回轉式陽極爐，相對熔煉和吹煉來說比較單一，且隨著產能的加大，回轉式陽極爐被廣泛應用。

陽極精煉爐主要分為氧化和還原、澆鑄三個過程，且占據了大部分的操作時間，氧化過程通過風口通入壓縮空氣，主要是除硫和少量的揮發性金屬，比如鉛、砷等，而還原過程通過風口通入的是還原介質，主要是除去多余的氧，還原介質有粉煤或者天然氣等。隨著銅含硫的減少，自熱反應所提供的熱量就少，所以在陽極精煉爐上，還要設置燒嘴進行補熱，燃燒介質用的比較多的是天然氣、重油和輕柴油。以前助燃介質選用的基本都是由燃燒風機供給的燃燒風，近年慢慢被稀氧燃燒技術所取代，除了節能外，還減少了煙氣量，收塵系統的負荷也相對要小[7]。與陽極精煉爐相結合的是陽極板澆鑄機，有單圓盤澆鑄機和雙圓盤澆鑄機，根據產能的大小來選擇澆鑄機能力，目前110t/h的雙圓盤澆鑄機用的比較多。

2 再生銅冶煉創新發展過程

目前國內逐步建設了一些小產能的再生銅冶煉廠，但從銅的總產量來說，近30%來源于再生銅冶煉工藝。再生銅根據主要原料的不同，選擇性就比較大。有從如銅精礦一樣，熔煉開始、經吹煉到精煉這種三段法冶煉工藝，也有吹煉到精煉的二段法冶煉工藝，還有直接加入精煉爐熔化澆鑄成陽極板的一段法冶煉工藝。在國外比較典型的有北德凱撒冶煉廠的ISA爐，熔煉和吹煉在同一個ISA爐中進行，之后到精煉爐。

由波立登公司開發的富氧頂吹旋轉工藝（TBRC）在處理再生銅中也得到很好的運用，取名為卡爾多爐[8]，該爐2008年在貴溪冶煉廠被引進，主要處理外購的冷銅和廠區內的渣。由陽極精煉爐和反射爐兩者上經過改造后得到的一種傾動爐型，及由瑞林公司結合了傾動爐和陽極精煉爐優點而開發的新一代NGL爐型[9]，在處理再生銅工藝上用的也比較廣泛。

3 濕法煉銅工藝簡介

濕法煉銅占銅產量的20%左右，它的工藝特點是設備簡單，無煙氣排放和污染，主要是用溶劑浸出銅精礦石，使銅溶解到溶液中，然后經過凈化含銅的溶液，從而得到銅產品。但是濕法煉銅的周期長、效率低、產能小，特別是稀貴金屬不易回收，銅本身的回收率也不高，所以目前傳統的濕法煉銅不能形成規模化生產。

但是隨著生物浸出工藝的出現，逐步取締了傳統的浸出工藝[10]。根據濕法煉銅的特性，其可以處理低品位的，特別是雜質復雜的銅精礦，所以隨著資源的慢慢枯竭，濕法煉銅將來可成為有效的煉銅工藝。

4 總結

銅冶煉的工藝相對比較成熟，但是面對現有的環保形勢，許多在冶煉過程中所產生的廢氣、廢水、廢渣等的指標和處理還是存在問題，另外各種復雜的銅原料對各大冶煉廠無疑是更新的挑戰，這就要更先進的模型仿真技術來輔助或者指導未來的生產[11，12]，各種節能減排、降本增效、回收利用等的激勵，科研研發、技術改造、國產化等的舉措，無疑是讓企業去創新和更好的適應發展。