李鴻巖LI Hong-yan；牛海山NIU Hai-shan

（①撫順市政府投資評審中心，撫順 113001；②遼寧石油化工大學礦業(yè)工程學院，撫順 113001）

（①Fushun Government Investment Review Center，F(xiàn)ushun 113001，China；②Liaoning Shihua University School of Mining Engineering，F(xiàn)ushun 113001，China）

0 引言

紅透山銅礦粗銅冶煉廠，1995 年7 月建成投產。原設計生產工藝為富氧密閉鼓風爐熔煉、連續(xù)吹煉爐吹煉；凈化工序采用絕熱蒸發(fā)、封閉酸洗、部分排放的工藝流程；轉化采用四段一次轉化工藝；干吸采用一級干燥一級吸收工藝，采用亞鈉法處理制酸尾氣。設計粗銅產量為6309 噸，硫酸產量為32410 噸。由于分子篩制氧技術不過關，原設計富氧熔煉工藝一直無法實施，生產至今一直采用的是空氣熔煉工藝，造成燃料消耗高，鼓風爐床能力低，冰銅品位低，煙氣二氧化硫濃度低。無法提高粗銅、硫酸產量。為增加粗銅、硫酸產量，增加企業(yè)的經濟效益，降低燃料單耗，提高冰銅品位，提高連吹爐爐壽，紅透山礦冶煉廠在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎上，新建富氧系統(tǒng)，通過提高熔煉強度，增加產量，降低消耗。以滿足鼓風爐混氧后的濃度達到30%為目的，新上一座純氧量達2000m3/h 變壓吸附分子篩系統(tǒng)。

1 富氧熔煉的原理與制氧技術的選擇

1.1 富氧熔煉的原理 在有色冶煉過程中，硫化礦物的焙燒、熔煉、吹煉以及氧化礦物的還原熔煉，都是在氧與物料、燃料的直接作用下進行的。普通空氣中幾乎有四倍于氧的氮氣存在，利用純氧進行富氧熔煉，就必然減少煙氣量，由煙氣帶走的熱量亦相應減少，從而降低燃料率[1-2]。

采用富氧熔煉加快了燃料燃燒速度，使爐溫增高、傳熱增強，且由于鼓風中氧濃度提高，大大加速熔煉過程，提高爐子生產能力，從而使單位產品的熱損失減少。在硫化銅精礦的熔煉過程中，燃料率降低，脫硫率就必然提高，脫硫率提高了，使爐料的反應熱能夠更充分地得到利用，而氧化、造渣反應的放熱，又給降低燃料率創(chuàng)造條件[3-4]。

1.2 制氧技術的選擇 目前用于銅冶煉行業(yè)的制氧技術一般分為深冷法和變壓吸附分子篩制氧兩種[5]。深冷法和變壓吸附分子篩制氧相比見表1。

目前應用變壓吸附分子篩制技術的煉銅行業(yè)有富春江冶煉廠、赤峰金劍銅冶煉廠、赤峰金峰冶煉廠、壽王墳冶煉廠等。從金劍、金峰兩冶煉廠變壓吸附制氧的運轉記錄上可以看出，金劍冶煉廠制氧設備的運轉率達到100%。兩廠制氧系統(tǒng)開車后，只需要一名工人監(jiān)視系統(tǒng)軟件的運行情況，記錄設備運轉情況，在不停車的情況下，定期對換向閥密封處理。當系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，軟件進行報警，同時對出現(xiàn)的問題，軟件具有幫助系統(tǒng)，因此設備自動化程度高。同時系統(tǒng)各種相關技術指標運行穩(wěn)定，都達到了設計要求。該裝置的技術特點是：

表1 變壓吸附分子篩制氧與深冷法制氧（1500m3/h）的比較

①VPSA 流程具有開停車速度快（小于20 分鐘）、操作簡單、維護費用低。②可實現(xiàn)兩塔同時連續(xù)吸附，抽真空過程仍能連續(xù)進行，比傳統(tǒng)流程大大地提高了風機和真空泵效率，節(jié)能效果明顯，產品氧氣波動小。③采用預處理槽脫二氧化硫、除塵技術和復合吸附劑床（3 種吸附劑）技術，充分保證了主體吸附劑的長期使用壽命（大于10 年）。④采用全金屬密封自補償式三偏心液壓程控蝶閥，該閥具有體積小，重量輕，運行準確、平穩(wěn)，開關速度快（小于2 秒），開啟速度可調、閥門密封性能好，壽命長（大于200 萬次），自帶閥位檢測等特點。⑤鼓風機和真空泵全部采用離心式結構，不設備機，但可靠性比傳統(tǒng)羅茨設備高10 倍以上。⑥采用全自動控制，操作簡便。

經過比較，綜合考慮多種因素，初步認為變壓吸附分子篩制氧優(yōu)點較為突出。

通過系統(tǒng)的匹配計算，經過連吹爐、前床等局部改進，又有同行業(yè)成熟廠家的生產經驗和冶煉廠近十年的生產經驗，采用變壓吸附分子篩制氧技術在技術上是完全可行的。

2 改造技術方案

①以現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎上，新建富氧系統(tǒng)，將13000m3/h的空氣鼓風爐熔煉，改為11500m3/h（富氧濃度為30%）的富氧鼓風爐熔煉，通過提高熔煉強度，增加產量，降低消耗。②為滿足鼓風爐混氧后的濃度達到30%，新上一座純氧量達到2000m3/h 變壓吸附分子篩系統(tǒng)。③為保證連吹爐與鼓風爐匹配，連吹爐需擴容3.2m2。

3 改造內容

①鼓風爐前床加長250mm，虹吸溜往南移1m，前床爐底重新砌筑，立柱重新部置。護板新加工4 塊。②連吹爐進料口端加長2m，擴大連吹爐面積（原10m2）到13.2m2，每側增加兩個明水套，每側增加6 個風眼，使連吹爐風眼支眼增加到34 個，滿足增產的需要。③新增變電所一處，滿足分子篩制氧增容的需要。④利用原設計分子篩場房（房空間夠用），新增吸附缶兩臺，真空泵兩臺，風機一臺，以及相應的電控部分，相應輔屬部件。

富氧熔煉改造工程項目內容見表2。

表2 工程改造項目內容匯總表

4 改造數(shù)據(jù)及計算

冶煉物料平衡計算見表3，轉化工序換熱器的計算見表4，煙氣量及煙氣成份計算略。

5 工程結語

本次冶煉系統(tǒng)技術改造工程總投資800 萬元，其中分子篩520 萬元，設備投資150 萬元，材料費用130 萬元；項目建設期4 個月；達產期1 個月；經營費用329.60 萬元。通過工藝改造后一年的生產運行情況看，取得了明顯的效果：其中銅增產2500 噸，硫酸11000 噸，年增收入額為6774.74 萬元，焦碳單耗下降減支94.28 萬元，年增利潤為280.54 萬元。

表3 連吹爐吹煉物料平衡表

表4 轉化工序換熱器的計算結果匯總表

[1]劉清漓.密閉鼓風爐富氧熔煉生產實踐探討[J].新疆有色金屬，2007（1）：26-27.

[2]帥虹林.密閉鼓風爐富氧熔煉渣含金屬控制[J].新疆有色金屬，2012（3）：57-58.

[3]單正忠.12.5m2密閉鼓風爐富氧熔煉實踐[J].新疆有色金屬，2012（3）：71-72.

[4]蘇曉亮，廖廣東，秦慶偉.銅冶煉高品位轉爐渣選礦試驗研究[J].有色金屬，2014（2）：41-42.