朱云娥，王冬冬

（黑龍江紫金銅業(yè)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

銅的冶金分為火法煉銅和濕法煉銅，目前以火法煉銅為主[1-2]。由于能耗高、硫利用率低、環(huán)境污染大等問題，傳統(tǒng)的冶煉工藝已被新的冶煉技術(shù)所取代，特別是近二十年來(lái)，各種冶煉技術(shù)的涌現(xiàn)為銅冶煉技術(shù)的發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)。目前，銅的熔煉技術(shù)主要分為兩大類：一類是閃速熔煉，一類是熔池熔煉[3-4]。閃速熔煉是精礦顆粒被氣體包圍，在隨氣流從上部噴嘴落下的過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因反應(yīng)速度很快，閃速完成了氧化及熔化過程；熔池熔煉則是精礦顆粒不僅與氣相接觸，還有液體熔渣相，精礦顆粒處于強(qiáng)烈攪動(dòng)的三相流體的熔池中，進(jìn)行強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)熔煉目的，如側(cè)吹爐熔煉、底吹爐熔煉、諾蘭達(dá)熔煉、三菱法熔煉、特尼恩特熔煉、艾薩熔煉、水口山法和白銀法等。這兩類工藝都能有效地解決能耗高、污染嚴(yán)重的問題，代表了今后的銅冶煉技術(shù)發(fā)展方向。

1 冶煉工藝的選擇

黑龍江紫金銅業(yè)有限公司是黑龍江多寶山銅業(yè)股份有限公司投資興建銅冶煉項(xiàng)目而設(shè)立的，黑龍江多寶山銅業(yè)股份有限公司成立于2006年1月，2016年，紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司通過股權(quán)收購(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)黑龍江多寶山銅業(yè)股份有限公司100%控股。黑龍江紫金銅業(yè)有限公司銅冶煉項(xiàng)目是黑龍江省規(guī)劃建設(shè)的百大項(xiàng)目，是紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司力圖主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)布局、做大做強(qiáng)銅板塊的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃。項(xiàng)目總投資為40億元，從設(shè)計(jì)產(chǎn)能來(lái)看，年產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)陰極銅15萬(wàn)t、硫酸60萬(wàn)t。

1.1 工藝比較

銅冶煉的火法系統(tǒng)包括熔煉、吹煉和精煉三道工序，其中，熔煉包括閃速熔煉和熔池熔煉兩大類，可選擇的工藝有閃速熔煉、側(cè)吹爐熔煉、底吹爐熔煉等；目前使用很成熟的吹煉工藝有閃速吹煉、Peirce-Smith（PS）轉(zhuǎn)爐吹煉、底吹爐、火精爐等；精煉以回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐為主，少量采用傾動(dòng)爐、反射爐工藝。不同的工藝有各自的特點(diǎn)，如何根據(jù)不同工藝的優(yōu)缺點(diǎn)并結(jié)合企業(yè)的實(shí)際，揚(yáng)長(zhǎng)避短，選擇合適的工藝來(lái)進(jìn)行配置是十分關(guān)鍵的。國(guó)內(nèi)外主要銅冶煉企業(yè)所采用的工藝配置、作業(yè)方式、工藝特點(diǎn)如表1所示。

從表1可以看出，PS轉(zhuǎn)爐吹煉雖然簡(jiǎn)單、成熟、易操作、易掌握，但吹煉效率低，低空污染嚴(yán)重，需要配備行車吊運(yùn)包子，車間勞動(dòng)條件差，不符合日益嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)要求。此外，因進(jìn)料、排渣、排銅作業(yè)，爐體必須頻繁轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出，且爐內(nèi)排銅后空爐、進(jìn)料后滿爐，這種作業(yè)制度帶來(lái)的爐內(nèi)溫度高低轉(zhuǎn)換頻繁，嚴(yán)重影響耐火材料的使用壽命。而底吹連續(xù)吹煉以它特有的優(yōu)勢(shì)在吹煉工藝中具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，可以采用熱態(tài)進(jìn)料、部分熱態(tài)部分冷態(tài)或全冷態(tài)等形式的冰銅入爐，運(yùn)行指標(biāo)明顯優(yōu)于頂吹連續(xù)吹煉、諾蘭達(dá)連續(xù)吹煉，和閃速吹煉相比，其具有工藝流程短、操作靈活性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

表1 國(guó)內(nèi)外主要銅冶煉企業(yè)的火法工藝特點(diǎn)

1.2 工藝的選擇與布置

黑龍江紫金銅業(yè)有限公司選擇了“側(cè)吹爐熔煉+底吹爐吹煉+回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐精煉”的三連爐配置工藝，側(cè)吹爐產(chǎn)出的冰銅以虹吸方式通過溜槽連續(xù)自流至底吹爐吹煉，底吹爐吹煉產(chǎn)出的粗銅自流至陽(yáng)極爐進(jìn)行精煉，從而實(shí)現(xiàn)全熱態(tài)連續(xù)煉銅。在設(shè)計(jì)上，對(duì)爐體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，例如，將底吹爐由上部進(jìn)料方式改為端頭中部進(jìn)料，不僅使?fàn)t體之間配合更緊湊，而且大幅度降低了廠房高度。三大爐的規(guī)格分別為：側(cè)吹爐28 m2、底吹爐Φ4.4 m×23 m、陽(yáng)極爐Φ4.2 m×13.5 m。其平面配置如圖1所示。

圖1 熔煉系統(tǒng)三大爐平面配置

2 全熱態(tài)連續(xù)爐體的實(shí)踐

黑龍江紫金銅業(yè)有限公司的15萬(wàn)t銅冶煉項(xiàng)目于2017年5月開工，2019年8月18日點(diǎn)火，2019年9月3日投料試生產(chǎn)，試生產(chǎn)一次性成功。生產(chǎn)實(shí)踐表明，全熱態(tài)連續(xù)煉銅工藝運(yùn)行穩(wěn)定的關(guān)鍵在于側(cè)吹爐與底吹爐的協(xié)調(diào)和控制。側(cè)吹爐最佳工藝控制條件為：氧濃度70%～80%，產(chǎn)出冰銅溫度1 270～1 280 ℃，爐渣溫度1 300～1 330 ℃，冰銅品位70%～76%，床能力（干基）75～80 t/（d·m2）。此條件下產(chǎn)出的冰銅有利于底吹爐的平穩(wěn)控制，通過控制底吹爐的氧濃度和爐內(nèi)熔體液面的高度在規(guī)定范圍內(nèi)，著重保持薄冰銅層操作，這樣的近兩相操作模式可以在銅過吹時(shí)始終確保有薄層冰銅作為爐內(nèi)還原劑，避免銅過吹嚴(yán)重，同時(shí)保證粗銅品位達(dá)標(biāo)。爐內(nèi)熱平衡的有效控制既保證了爐內(nèi)溫度的相對(duì)穩(wěn)定，又保證了冷料（殘極、包底銅、外購(gòu)粗銅等）的加入。根據(jù)工藝要求和處理能力，陽(yáng)極爐實(shí)現(xiàn)二次進(jìn)料，第一次多進(jìn)料，使陽(yáng)極爐進(jìn)行較深的預(yù)氧化，既縮短陽(yáng)極爐的單爐作業(yè)周期，還保持了底吹爐爐內(nèi)的液面相對(duì)穩(wěn)定。

經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐，全熱態(tài)連續(xù)煉銅工藝實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)之初提出的目標(biāo)：連續(xù)、穩(wěn)定、安全、可控、環(huán)境友好。底吹爐吹煉取得了很好的效果，與同行企業(yè)相比，本項(xiàng)目的相關(guān)指標(biāo)達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，如表2所示。

表2 底吹爐吹煉與國(guó)內(nèi)底吹爐型的指標(biāo)比較

3 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目采用“側(cè)吹爐熔煉+底吹爐吹煉+回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐精煉”的三連爐配置工藝，實(shí)現(xiàn)了全熱態(tài)連續(xù)煉銅，熱冰銅連續(xù)進(jìn)爐，底吹爐間斷性排放粗銅，作業(yè)方式靈活性強(qiáng)。黑龍江紫金銅業(yè)有限公司現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)第一家真正實(shí)現(xiàn)全熱態(tài)連續(xù)煉銅的企業(yè)。該工藝屬世界首創(chuàng)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。其解決了底吹爐過吹的問題，使底吹爐吹煉爐渣含銅率穩(wěn)定控制在15%以下，同時(shí)大大降低了底吹爐帶出的包底銅量，每月帶出的包底銅控制在100 t左右。工藝運(yùn)行安全、穩(wěn)定，解決了同類廠家吹煉過程中易出現(xiàn)噴爐事故的難題。根據(jù)陽(yáng)極爐的粗銅需求量，該工藝可靈活、連續(xù)地進(jìn)行10～200 t/次的高品質(zhì)粗銅排銅操作，滿足了陽(yáng)極爐的各種作業(yè)需求。底吹爐產(chǎn)出的粗銅品位可穩(wěn)定控制在98%左右，氧槍磚的使用壽命大大延長(zhǎng)，目前已達(dá)到半年。