□文/歐陽(yáng)暉 汪榮彪

江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠

卡爾多爐處理廢雜銅技術(shù)

□文/歐陽(yáng)暉 汪榮彪

江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠

Trea Ting Copper Scrap with Kaldo Furnace

介紹江銅貴冶年產(chǎn)30萬(wàn)噸銅冶煉項(xiàng)目引進(jìn)卡爾多爐處理廢雜銅冶煉工藝的情況及相關(guān)設(shè)備的技術(shù)，并介紹了卡爾多爐處理廢雜銅的優(yōu)缺點(diǎn)。

我國(guó)是一個(gè)銅資源匱乏的國(guó)家，目前自有礦山開(kāi)采提供的銅精礦遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足陰極銅的需求，所以國(guó)家需要靠進(jìn)口銅精礦和廢雜銅來(lái)彌補(bǔ)不足。由于廢雜銅不含硫及大量易造成環(huán)境污染的重金屬，對(duì)環(huán)境污染少，而且精煉簡(jiǎn)單，所以國(guó)家出臺(tái)了相關(guān)的政策，從廢料進(jìn)口、稅收、融資、技術(shù)等方面給予政策扶植，并鼓勵(lì)大中型企業(yè)拓展再生金屬處理的領(lǐng)域。

江西銅業(yè)公司貴溪冶煉廠(簡(jiǎn)稱(chēng)江銅貴冶)年產(chǎn)30萬(wàn)噸銅冶煉工程中的廢雜銅冶煉工藝流程采用卡爾多爐熔煉一回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐精煉一永久不銹鋼陰極精煉。其中廢雜銅冶煉年產(chǎn)5萬(wàn)噸粗銅工藝是引進(jìn)瑞典奧圖泰公司(OUTOTEC)的卡爾多爐冶煉廢雜銅工藝。

一、卡爾多爐處理廢雜銅的工藝過(guò)程

以廢雜銅為原料生產(chǎn)陽(yáng)極銅依據(jù)品位的高低可采用一段法、二段法或三段法工藝流程。 卡爾多爐處理廢雜銅工藝是國(guó)外二段法處理廢雜銅的一種先進(jìn)技術(shù)。

江銅貴冶卡爾多爐處理廢雜銅的原料為含銅品位>70%的廢雜銅，其主要工藝過(guò)程可分為6個(gè)步驟：原料預(yù)處理、加料、熔煉、出渣、吹煉、出銅。

1. 原料的預(yù)處理

卡爾多爐熔煉不需要大量的廢料預(yù)處理工作。它可以容納的單塊最大廢料尺寸為0.5 m，爐子里沒(méi)有未熔化的原料時(shí)也可以使用潮濕的原料。

2. 加料

首先將雜銅混合料用加料翻斗車(chē)加入爐內(nèi)，加料翻斗車(chē)配備有稱(chēng)重裝置。加人的爐料必須經(jīng)過(guò)計(jì)算，從而使得氧化銅與金屬鐵及其他還原劑平衡。不同的廢料和石英依次加入并計(jì)量，以保證爐料在爐內(nèi)的均勻分布。由于卡爾多爐是被環(huán)保煙罩全部密閉的，加料時(shí)，翻斗車(chē)的料斗首先通過(guò)一個(gè)打開(kāi)的料斗門(mén)進(jìn)人爐子密閉區(qū)域內(nèi)，當(dāng)料斗停留在等待位置時(shí)，料斗門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)確認(rèn)爐子處于加料位置時(shí)(豎直位置)，料斗可繼續(xù)前進(jìn)到倒空位置。一旦料斗倒空，爐子回到正常的操作位置后，料斗門(mén)又再次打開(kāi)，以便料斗返回裝料位置。由于料斗門(mén)在料斗向爐內(nèi)加料時(shí)是關(guān)閉的，所以它避免了通常加料過(guò)程引起的濃煙和灰塵的大量逸出。這也是卡爾多爐之所以可滿(mǎn)足最苛刻的環(huán)保要求的重要原因之一。

3. 熔煉

第一次加料后，燃燒器噴槍開(kāi)始工作。噴槍以重油、天然氣為燃料來(lái)熔化爐料。如果原料中含有大量有機(jī)物，則需調(diào)整燃料量，工藝操作上應(yīng)使煙氣進(jìn)人收塵系統(tǒng)之前達(dá)到最高溫度，以使得煙塵中有毒的化合物分解。熔化過(guò)程要一直持續(xù)到爐內(nèi)料的比重增加。但在爐料完全熔化前停止加熱，然后開(kāi)始第二次加料。如此循環(huán)直到加料結(jié)束。當(dāng)物料全部熔化后正式進(jìn)入熔煉階段。使用燃燒器噴槍進(jìn)行熔煉，熔煉過(guò)程的長(zhǎng)短取決于原料品位。在熔煉階段，原料中的鉛、鋅等揮發(fā)性雜質(zhì)進(jìn)入煙塵中，而鐵及其它雜質(zhì)元素與石英反應(yīng)形成熔煉渣，爐渣含銅一般小于0.5%。熔煉結(jié)束后傾轉(zhuǎn)爐體，從爐口將渣倒入渣包。

4. 吹煉

熔煉結(jié)束后轉(zhuǎn)入吹煉階段。吹煉使用富氧空氣，開(kāi)始時(shí)加一些冷料，以保證合適的溫度。在吹煉過(guò)程中不加熔劑，因此形成固態(tài)吹煉渣。這使得可以在固態(tài)吹煉渣的下面出粗銅，而吹煉渣繼續(xù)保留在爐內(nèi)，在下個(gè)爐期的熔煉階段再處理。吹煉產(chǎn)生的物料銅熔體放入銅包，用吊車(chē)加入精煉爐。

二、卡爾多爐處理廢雜銅的主要設(shè)備

江銅貴冶卡爾多爐處理廢雜銅的主要設(shè)備有：卡爾多爐爐體、加料系統(tǒng)、水冷煙道、噴槍裝置、抬包車(chē)、環(huán)保煙罩、噴霧冷卻器及其他輔助設(shè)備。主要設(shè)備鏈接示意圖如圖1所示。

1. 卡爾多爐爐體

卡爾多爐爐體是本工藝的關(guān)鍵設(shè)備。爐體規(guī)格為3.7m×6.6m。當(dāng)爐子的耐火材料處于全新的狀態(tài)時(shí)，本文敘述的卡爾多爐可處理容積大約是13m3的熔融物料。設(shè)備本身主要由外層鋼殼、內(nèi)層砌體和驅(qū)動(dòng)裝置等組成。爐體具有旋轉(zhuǎn)與傾轉(zhuǎn)兩大功能，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，爐體可以<28r／min的速度繞中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，還可以進(jìn)行360°的傾轉(zhuǎn)。爐子的頂部只有一個(gè)開(kāi)口，在正常生產(chǎn)情況下，爐口轉(zhuǎn)到與水平位置夾角成28°，可伸縮的噴槍由此插入。爐子的加料和排料也都經(jīng)過(guò)這個(gè)爐口，工藝煙氣也從這個(gè)爐口排出。

2. 加料系統(tǒng)

加料提升斗內(nèi)備有加料混合器，它具有稱(chēng)重元件。

不同的廢料層疊混裝在一起，需記錄好每一種物料的重量。每一批物料是否充分混合不是很重要，重要的是物料在爐內(nèi)的均勻分布及層與層的均勻分布，并且含有機(jī)物的量均勻。

3. 水冷煙道

水冷煙道主要用于排出爐內(nèi)煙氣。為了減少外部空氣的吸入，煙道安裝在盡可能接近爐口的位置上，僅留有小小的一個(gè)間隙。在煙道的頂部，裝有一個(gè)帶蓋子的事故緊急煙氣出口。當(dāng)發(fā)生停電或風(fēng)機(jī)故障時(shí)，這個(gè)蓋子打開(kāi)，煙氣從這個(gè)事故排煙口排出。當(dāng)煙氣壓力超過(guò)極限值時(shí)，這個(gè)蓋子也會(huì)被打開(kāi)，以使煙氣排出，使設(shè)備不致于被損壞。煙道除配有冷卻水系統(tǒng)以外，煙道內(nèi)還澆鑄有耐火材料保護(hù)層。以保證煙道的冷卻水系統(tǒng)不會(huì)受到損壞。

4. 噴槍裝置

卡爾多爐配備有兩個(gè)噴槍?zhuān)粋€(gè)是熔煉期使用的燒嘴槍。另一個(gè)是吹煉期使用的吹煉槍。通過(guò)一個(gè)液壓裝置，噴槍本體可以移出和移入。為了防止事故停電，液壓裝置中安裝了蓄能器，一旦發(fā)生停電等事故時(shí)，蓄能器的動(dòng)力可以使槍體撤出爐腔。由于噴槍是在高溫環(huán)境中工作，因此，槍本體通常有冷卻水進(jìn)行冷卻。為了防備萬(wàn)一噴槍內(nèi)的冷卻水泄漏，配備的安全系統(tǒng)上考慮了應(yīng)對(duì)措施：一旦發(fā)生這種情況可以使水泵立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，以防止冷卻水的進(jìn)一步泄漏。

5. 抬包車(chē)

抬包車(chē)負(fù)責(zé)托運(yùn)渣包和銅包，它是由一臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)帶動(dòng)鋼絲繩所拉動(dòng)的。當(dāng)熔煉結(jié)束和吹煉結(jié)束時(shí)，熔煉所得的銅渣和吹煉所得的物料放人抬包車(chē)所托運(yùn)的渣包和銅包內(nèi)。

6. 環(huán)保煙罩

整個(gè)卡爾多爐都被不銹鋼板焊制的環(huán)保煙罩罩住。在冶煉時(shí)，加料過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵都通過(guò)此環(huán)保煙罩被風(fēng)機(jī)抽出送到布袋收塵囂中除塵凈化，然后才排出。因此，卡爾多爐冶煉時(shí)的工作環(huán)境(如煙氣、煙塵等)均能滿(mǎn)足國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

7. 噴霧冷卻器

從水冷煙道出來(lái)的煙氣進(jìn)入噴霧冷卻器后，其溫度降低至150°然后進(jìn)入除塵系統(tǒng)。

三、卡爾多爐處理廢雜銅的主要原料

卡爾多爐理論上可以處理任意品位的雜銅。為使生產(chǎn)均衡而且易操作，各種物料需均勻搭配，同時(shí)加入一些廢電機(jī)等含鐵高的原料用于造渣。以下是卡爾多爐常見(jiàn)的原料：

1. 高品位的銅物料，這種銅的來(lái)源主要為銅線和銅管，主要雜質(zhì)是絕緣材料燃燒后的殘?jiān)?，或是一些機(jī)械夾雜。

2. 銅合金。比如黃銅或青銅。這種銅合金的銅含量一般為50% ～95% 。

3. 其它廢雜銅。這類(lèi)銅來(lái)自廢舊電機(jī)、汽車(chē)的散熱器等。這種廢雜銅是銅、銅合金和一些其他金屬的混合物，這種銅合金的銅含量一般為15% ～80%。

四、卡爾多爐處理廢雜銅的優(yōu)缺點(diǎn)

卡爾多爐冶煉作為一種強(qiáng)化熔煉方法有其獨(dú)到之處：（1）由于使用工業(yè)純氧以及運(yùn)用氧油槍?zhuān)蚨鵂t內(nèi)的溫度容易調(diào)節(jié)，而且范圍大；（2）具有良好的傳熱和傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)，有利于加快物料的熔化和氣一固一液各相間反應(yīng)速率；（3）借助油槍氧槍容易控制熔煉過(guò)程中爐氣的氧勢(shì)。根據(jù)不同熔煉階段的需要，可以有不同的氧勢(shì)或還原勢(shì)；（4）由于爐子的煙氣量少、爐體容積緊湊，因而散熱量少，熱效率高。在使用純氧吹煉的條件下，熱效率可達(dá)60%或更高。

卡爾多爐爐型適宜處理含雜質(zhì)高的復(fù)雜原料，過(guò)程簡(jiǎn)單。對(duì)用于處理廢雜銅更是有很多優(yōu)點(diǎn)：（1）熔煉、還原和吹煉可在同一個(gè)熔煉爐內(nèi)完成，無(wú)需外加熔煉爐；（2）既可處理高品位廢雜銅，又可處理低品位廢雜銅。而處理低品位廢雜銅經(jīng)濟(jì)效益更好；（3）可以一次產(chǎn)出可棄渣，一般渣含銅<0．5% ；（4）爐子結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備簡(jiǎn)單，能完全密閉，因而可防止排放物溢散。操作環(huán)境良好，對(duì)外無(wú)污染，可滿(mǎn)足比較嚴(yán)格的環(huán)境要求；（5）生產(chǎn)靈活，適于處理各種物料，并可在不同金屬間轉(zhuǎn)換，不必對(duì)設(shè)備作任何改造。其缺點(diǎn)是間歇作業(yè)，操作頻繁。煙氣量和煙氣成分呈周期性交化，爐子壽命較短，造價(jià)較高。

表1 江銅貴冶卡爾多爐原料

五、結(jié)束語(yǔ)

卡爾多爐熔煉過(guò)程是間斷操作的，具有對(duì)原料變化適應(yīng)快的特點(diǎn)，特別是能處理復(fù)雜銅精礦、氧化礦、各種品位的二次原料、煙灰、廢舊金屬等各種原料。低品位廢雜銅來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉。實(shí)踐也證明，冶煉各種低品位廢雜銅的利潤(rùn)確實(shí)比處理銅精礦和高品位廢雜銅都高。同時(shí)，在處理廢雜銅過(guò)程中，還能得到很多貴金屬，使利潤(rùn)進(jìn)一步提高。

綜上所述，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)廢雜銅的處理將越來(lái)越顯得重要和迫切，由于卡爾多爐的諸多優(yōu)點(diǎn)，今后將勢(shì)必得到越來(lái)越多的應(yīng)用。

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