陳淑萍,伍贈(zèng)玲,藍(lán)碧波,郭其章

(1.紫金礦冶設(shè)計(jì)研究院,福建上杭 364200;2.紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司,福建上杭 364200)

火法煉銅技術(shù)綜述

陳淑萍1,伍贈(zèng)玲1,藍(lán)碧波1,郭其章2

(1.紫金礦冶設(shè)計(jì)研究院,福建上杭 364200;2.紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司,福建上杭 364200)

目前火法熔煉技術(shù)發(fā)展迅速并得到廣泛的應(yīng)用,在銅工業(yè)生產(chǎn)中已明確提出“清潔生產(chǎn)”的目標(biāo)。環(huán)境意識(shí)要求清潔的生產(chǎn)工藝,即工藝過(guò)程中極少排放廢物,對(duì)火法煉銅技術(shù)的進(jìn)一步完善提出了更高的要求。本文敘述了目前世界火法煉銅的主要工藝、工業(yè)生產(chǎn)實(shí)例及進(jìn)展情況,對(duì)現(xiàn)代銅冶金新方法-閃速熔煉、熔池熔煉以及其它熔煉技術(shù)作了較為詳細(xì)的介紹,并指出了銅火法冶煉存在的問(wèn)題及今后的主要技術(shù)發(fā)展方向。

火法煉銅;閃速熔煉;熔池熔煉

目前世界上從硫化礦中提取銅,85%～90%是采用火法冶煉,因?yàn)樵摲ㄅc濕法冶煉相比,無(wú)論是原料的適應(yīng)性,還是在生產(chǎn)規(guī)模、貴、稀金屬富集回收方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此為了降低能耗,減少火法煉銅的環(huán)境污染,閃速熔煉、熔池熔煉以及其它熔煉技術(shù)都在不斷改進(jìn)和發(fā)展。

1 火法煉銅主要工藝

火法煉銅主要包括[1]:(1)銅精礦的造锍熔煉; (2)銅锍吹煉成粗銅;(3)粗銅火法精煉;(4)陽(yáng)極銅電解精煉。經(jīng)冶煉產(chǎn)出最終產(chǎn)品-電解銅(陰極銅)。

目前世界銅冶煉廠(chǎng)使用的主要熔煉工藝為閃速熔煉和熔池熔煉。在熔池熔煉工藝中,精礦被拋到熔體的表面或者被噴入熔體內(nèi),通常向熔池中噴入氧氣和氮?dú)馐谷鄢匕l(fā)生劇烈攪拌,精礦顆粒被液體包圍迅速融化,因此,吹煉反應(yīng)能夠產(chǎn)生維持熔煉作業(yè)所需的大部分熱量,使含有氧氣的氣泡和包裹硫化銅/鐵的溶液發(fā)生質(zhì)量傳遞。而閃速熔煉中的干精礦是散布在氧氣和氮?dú)獾臍饬髦械?精礦中所含的硫和鐵發(fā)生燃燒,在熔融顆粒進(jìn)入反應(yīng)空間時(shí)即產(chǎn)生熔煉和吹煉。當(dāng)這些顆粒與熔池融為一體時(shí),有些反應(yīng)還會(huì)繼續(xù)進(jìn)行,但大部分是在飛行過(guò)程中發(fā)生的。

吹煉工藝目前仍以P-S轉(zhuǎn)爐為主,90年代后連續(xù)吹煉技術(shù)成功商業(yè)化應(yīng)用,吹煉工藝實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。1995年閃速吹煉問(wèn)世并成功應(yīng)用于美國(guó)肯尼柯特冶煉廠(chǎng),將閃速煉銅整體工藝(閃速熔煉+閃速吹煉)硫的回收率由95%提高到99.9%以上,其基本流程是各種精礦在閃速爐熔煉產(chǎn)出冰銅,然后將冰銅水淬,磨粉并干燥,再在另一規(guī)格較小的閃速爐中用富氧空氣吹煉成粗銅,產(chǎn)出的粗銅通過(guò)溜槽加至陽(yáng)極爐。閃速吹煉具有生產(chǎn)能力大、工藝技術(shù)先進(jìn)、成熟可靠、環(huán)保好、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行費(fèi)用低、煙氣量小、二氧化硫濃度高且穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值,尤其適合于新建大型銅冶煉廠(chǎng)和對(duì)環(huán)保要求非常嚴(yán)格的煉銅廠(chǎng)改造。

粗銅火法精煉以回轉(zhuǎn)爐精煉為主,由于傳統(tǒng)固定式精煉爐主要依靠人工操作、勞動(dòng)強(qiáng)度大、環(huán)保效果差、易跑銅、難控制,已逐步被機(jī)械化程度高、爐體密閉易操作的回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐所替代。

電解精煉工藝主要分為傳統(tǒng)始極片工藝和不銹鋼永久性陰極工藝,永久陰極電解工藝是當(dāng)前電解工藝的發(fā)展趨勢(shì)。主要是因不銹鋼陰極法采用不銹鋼板做成陰極代替銅始極片,陰極銅產(chǎn)品再?gòu)牟讳P鋼陰極上剝?nèi)?不銹鋼陰極再返回電解槽中繼續(xù)使用。該方法無(wú)始極片生產(chǎn)系統(tǒng),簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過(guò)程。且由于不銹鋼陰極平直,生產(chǎn)過(guò)程中短路現(xiàn)象少,不但提高了產(chǎn)品質(zhì)量,而且可使用較高的電流密度和較小的極距。

表1列出了世界各國(guó)工廠(chǎng)采用火法冶煉工藝處理銅精礦的生產(chǎn)實(shí)例。

表1 世界各國(guó)火法冶煉工藝處理銅精礦生產(chǎn)示例[1～3]

對(duì)上述工藝的生產(chǎn)廠(chǎng)家所用礦石成分及工藝方法比較可知,銅精礦火法冶煉工藝流程的選擇,與精礦成分、工廠(chǎng)規(guī)模和當(dāng)?shù)鼐唧w條件等因素有關(guān)。一般而言,如果建廠(chǎng)規(guī)模大、原料成分穩(wěn)定,選用閃速爐熔煉較為有利,目前國(guó)內(nèi)外閃速爐煉銅廠(chǎng)規(guī)模已達(dá)到20～90萬(wàn)t/a。中等規(guī)模的冶煉廠(chǎng)適應(yīng)采用三菱法、諾蘭達(dá)法、澳斯麥特/艾薩法等。目前國(guó)內(nèi)外一般規(guī)模為10～20萬(wàn)t/a,除三菱法外,一般對(duì)原料要求不嚴(yán)格。年產(chǎn)粗銅10萬(wàn)t以下的,多采用瓦紐科夫法、白銀法、澳斯麥特/艾薩法等。

2 國(guó)內(nèi)外火法煉銅進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[4-7]

2.1 熔池熔煉

2.1.1 諾蘭達(dá)連續(xù)煉銅法

諾蘭達(dá)法于1967年在加拿大首次獲得專(zhuān)利,是歷經(jīng)30余年發(fā)展起來(lái)的自熱熔煉技術(shù)。世界上第一個(gè)連續(xù)熔煉和吹煉的反應(yīng)爐于1973年在霍恩冶煉廠(chǎng)投產(chǎn),經(jīng)過(guò)多次工藝改造,目前采用富氧熔煉,日處理精礦達(dá)2000t以上,該法很適于使用氧氣。在所有煉銅方法中,諾蘭達(dá)法能耗低,并隨著富氧濃度的增加而減少,且對(duì)原料適應(yīng)性強(qiáng),既可處理高硫銅精礦,也可處理低硫含銅物料。同時(shí)具有高的床能力,流程簡(jiǎn)單,不需要復(fù)雜的備料過(guò)程,爐料不需要深度干燥,操作簡(jiǎn)單,容易掌握。

美國(guó)肯尼科特礦物公司猶他冶煉廠(chǎng)于1977年引進(jìn)該技術(shù)并安裝了三臺(tái)反應(yīng)爐取代了反射爐; 1989年,霍恩冶煉廠(chǎng)關(guān)閉反射爐,諾蘭達(dá)反應(yīng)爐成為霍恩冶煉廠(chǎng)唯一的熔煉設(shè)備。1991年澳大利亞南方銅冶煉廠(chǎng)用諾蘭達(dá)法改造投產(chǎn)。另外,澳大利亞肯布拉港銅冶煉廠(chǎng)(PKC)是改建的銅熔煉和精煉廠(chǎng),1998～2000年改建,諾蘭達(dá)爐加長(zhǎng)了2m,陰極銅生產(chǎn)能力2002年初達(dá)到12萬(wàn)t/a。

諾蘭達(dá)煉銅爐既可以直接生產(chǎn)粗銅,也可以生產(chǎn)高品位冰銅。直接生產(chǎn)粗銅存在粗銅質(zhì)量較差、硫及稀散元素等雜質(zhì)含量較高、渣含銅高、爐子壽命短(約100d)等不足。而生產(chǎn)高品位冰銅爐子壽命較長(zhǎng)(超過(guò)1年)。但是,當(dāng)銅精礦中某些有害元素含量很低時(shí),特別是Sb和Bi,可利用諾蘭達(dá)煉銅爐產(chǎn)出用于電解的合格陽(yáng)極銅。

2.1.2 瓦紐科夫法

瓦紐科夫熔煉法是前蘇聯(lián)發(fā)明和發(fā)展的一種富氧側(cè)吹熔池熔煉法,是由莫斯科鋼鐵學(xué)院的瓦紐科夫教授于1949年創(chuàng)造出的熔池熔煉技術(shù),于1979年,在諾里爾斯克建造一臺(tái)20m2工業(yè)試驗(yàn)爐,1982年投產(chǎn),床能力75～100t/m2.日,采用富氧濃度為68%～70%,煙氣SO2濃度達(dá)40%,煙塵率降低80%～90%,標(biāo)準(zhǔn)燃料單耗比反射爐熔煉低71%～75%,粗銅成本下降2.4%。目前,前蘇聯(lián)共有六臺(tái)工業(yè)生產(chǎn)爐。

瓦紐科夫法具有原料適應(yīng)性強(qiáng),備料簡(jiǎn)單,節(jié)能,技術(shù)成熟可靠,煙氣二氧化硫濃度高,環(huán)保,貴金屬回收率高,投資少等特點(diǎn)。因此引起冶金工作者的注意,目前正在分析研究這種工藝的一些可能和有前景的應(yīng)用方向。為了進(jìn)一步完善和擴(kuò)大熔池熔煉技術(shù)及其使用范圍,正在積極推廣應(yīng)用到其他有色金屬生產(chǎn)、爐渣貧化及化工部門(mén)的硫酸生產(chǎn)中。

2.1.3 澳斯麥特熔煉法/艾薩熔煉法

澳斯麥特熔煉法/艾薩熔煉法是20世紀(jì)70年代由澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)工業(yè)研究組織礦業(yè)工業(yè)部J.M.Floyd博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)明的。隨后芒特·艾薩礦物控股有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)M IM)和澳大利亞國(guó)家科學(xué)院(簡(jiǎn)稱(chēng)CSIRO)在20世紀(jì)80年代聯(lián)合開(kāi)發(fā)了艾薩熔煉法,M IM于1987年在銅冶煉廠(chǎng)建起了一座示范工廠(chǎng),1996年M IM開(kāi)發(fā)了Enterprise和Ernent Henry礦,銅精礦產(chǎn)量增加,于是決定擴(kuò)建銅冶煉廠(chǎng),1997年經(jīng)兩次提高給料率和提高氧濃度試驗(yàn),現(xiàn)熔煉能力已擴(kuò)建到250kt/a銅。斯特萊特工業(yè)公司其第一臺(tái)艾薩熔煉爐于1996年在印度Tamil Nadu的Tuticorin新建冶煉廠(chǎng)投產(chǎn),現(xiàn)在銅的年產(chǎn)量超過(guò)150kt。莫帕尼銅礦(MCM)于2006年在贊比亞的Mufulira銅冶煉廠(chǎng)投入使用一臺(tái)年處理精礦850kt的艾薩熔煉爐。南秘魯銅業(yè)公司(SPCC)于2006年在秘魯?shù)腎lo銅冶煉廠(chǎng)也使用一臺(tái)新的年處理1200kt精礦的艾薩熔煉爐。

澳斯麥特熔煉法/艾薩銅法具有熔煉強(qiáng)度高,生產(chǎn)能力大;工藝流程短,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,占地面積小;投資少,一般只有相同規(guī)模閃速熔煉爐的60%～70%左右;原料適應(yīng)性較強(qiáng),精礦不需干燥;可用廉價(jià)的煤作為燃料直接隨爐料入爐,能耗較低;爐子密封性好,煙氣較穩(wěn)定,SO2濃度高;采用頂吹噴槍,操作簡(jiǎn)便;整個(gè)冶金過(guò)程計(jì)算機(jī)控制,金屬回收率高等優(yōu)點(diǎn)。但由于噴槍使用12～15d要更換其不銹鋼管頭,所以噴槍壽命還有待進(jìn)一步提高。在煉銅技術(shù)中,艾薩熔煉法的特點(diǎn)符合現(xiàn)代有色金屬冶煉簡(jiǎn)單、高效的發(fā)展方向,具有廣闊的發(fā)展前景,逐步得到了有色金屬領(lǐng)域的廣泛認(rèn)可。

2.2 閃速熔煉法

閃速熔煉是50年代冶金領(lǐng)域崛起的一項(xiàng)強(qiáng)化熔煉新技術(shù),自從1949年第一座芬蘭奧托昆普閃速爐誕生和1953年加拿大國(guó)際鎳公司因科閃速爐投產(chǎn)至今,閃速熔煉經(jīng)歷了60年的歷程,得到了很大的發(fā)展。

20世紀(jì)70年代,日本對(duì)閃速爐技術(shù)所作的改革及當(dāng)時(shí)5座閃速爐的興建,對(duì)把閃速熔煉技術(shù)推向世界起到了重要作用。另外,美國(guó)馬格馬銅廠(chǎng)于1988年建了外徑為6.48m,高為6.68m閃速爐,沉淀池(長(zhǎng)×寬×高)為L(zhǎng)內(nèi)23.99m/L外25.20m,中間有一個(gè)特殊加料噴咀,日處理銅精礦3700多t,年產(chǎn)粗銅30萬(wàn)t,是目前世界閃速爐之王。1995年4月,美國(guó)Kenncoctt公司Utah冶煉廠(chǎng)又建成更大規(guī)模的閃速爐,日處理銅精礦3000t以上。同時(shí)還建成世界上第一臺(tái)閃速吹煉爐,與之配套處理閃速熔煉爐產(chǎn)出并經(jīng)水淬與磨碎的冰銅。

與傳統(tǒng)煉銅方法相比,閃速煉銅具有生產(chǎn)能力大,燃料消耗少,熱利用高,硫利用高,環(huán)保好,容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn),但也存在爐渣需處理及煙塵率高的問(wèn)題。

閃速煉銅的發(fā)展趨勢(shì)主要有四方面:(1)富氧濃度的提高。從20世紀(jì)70年代起奧托昆普煉銅閃速爐就采用富氧熔煉,而且所用富氧的氧氣濃度逐步提高,有的已達(dá)到90%;富氧熔煉不僅提高了爐子的生產(chǎn)能力,而且使用高濃度富氧可以使反應(yīng)塔達(dá)到自熱熔煉。(2)大型化和計(jì)算機(jī)控制。大型閃速爐每天處理銅精礦在2500t以上,不少閃速爐采用計(jì)算機(jī)在線(xiàn)控制銅锍品位、銅锍溫度和爐渣的鐵硅比,以實(shí)施優(yōu)化生產(chǎn)。(3)簡(jiǎn)化流程、提高對(duì)原料適應(yīng)性。在閃速爐沉淀池插電極或增設(shè)電熱貧化區(qū),把爐渣貧化作業(yè)合并到閃速爐內(nèi)完成;這種閃速爐既簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程,又可處理含難熔物料較多的原料。(4)提高銅锍品位、實(shí)現(xiàn)直接煉銅。奧托昆普煉銅閃速爐銅锍品位已從20世紀(jì)70年代的45%～50%提高到20世紀(jì)80年代的50%～65%。在波蘭的格沃古夫煉銅廠(chǎng)和澳大利亞的奧林匹克壩冶煉廠(chǎng)采用閃速爐熔煉低鐵高品位銅精礦直接生產(chǎn)粗銅。

2.3 國(guó)外其它熔煉方法

三菱連續(xù)煉銅法是日本三菱金屬公司于20世紀(jì)60年代開(kāi)發(fā)的,1974年在直島冶煉廠(chǎng)一臺(tái)舊反射爐基礎(chǔ)上建立一套月產(chǎn)粗銅4000t的三菱法工業(yè)設(shè)備。1991年直島冶煉廠(chǎng)完成技術(shù)改造,生產(chǎn)能力達(dá)到年產(chǎn)銅23萬(wàn)t。韓國(guó)的翁山、印度尼西亞的Gresik和澳大利亞的Kembla港煉銅廠(chǎng)都采用三菱法工藝,并于1998年建成投產(chǎn)。

三菱法的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是逐漸提高噴槍鼓風(fēng)中的富氧濃度,使熔煉過(guò)程達(dá)到自熱的程度;應(yīng)用更有效的冷卻方式,進(jìn)一步提高爐子了的使用壽命。該法的特點(diǎn)是投資低,約相當(dāng)反射爐的60%,操作簡(jiǎn)單,爐壽命長(zhǎng),無(wú)出渣出銅操作,無(wú)需吊罐,電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制,可產(chǎn)冰銅品位65%,棄渣含銅0.5%。

2.4 國(guó)內(nèi)煉銅研究進(jìn)展

為提高中國(guó)銅冶煉技術(shù)裝備水平,治理污染、降低能耗,提高經(jīng)濟(jì)規(guī)模,自20世紀(jì)80年代以來(lái),貴冶、銅陵、云銅、大冶、中條山等主要大型銅冶煉企業(yè)加大了技術(shù)改造力度,先后引進(jìn)了閃速熔煉、諾蘭達(dá)熔煉、澳斯麥特頂吹熔煉、艾薩頂吹熔煉等一批具有當(dāng)今世界先進(jìn)水平的銅冶煉工藝技術(shù)和裝備,提升了中國(guó)銅冶煉整體水平。

白銀法是具有中國(guó)特色的熔池熔煉法。1976年白銀公司建成44m2白銀爐,日處理精礦達(dá)400t,經(jīng)過(guò)幾年連續(xù)生產(chǎn),證明新的煉銅法熔煉強(qiáng)度大,燃料消耗低,煙氣SO2濃度高,綜合利用好等優(yōu)點(diǎn),故于1980年下半年,用100m2白銀爐取代了210m2反射爐。1991年白銀爐進(jìn)行了富氧自熱熔煉工業(yè)試驗(yàn),并取得了成功,白銀爐床能率達(dá)到33t/m2.日,出爐SO2濃度提高到17%,銅熔煉回收率達(dá)到了97.82%。

為了使白銀法從整體技術(shù)上趕上當(dāng)今國(guó)際煉銅技術(shù)的先進(jìn)水平,需要進(jìn)一步強(qiáng)化熔煉,提高生產(chǎn)能力;提高鼓風(fēng)強(qiáng)度,增加鼓風(fēng)量,提高富氧濃度;進(jìn)一步強(qiáng)化爐體的冷卻,以此提高爐壽命,提高熔煉強(qiáng)度和爐溫;降低渣含銅,提高銅實(shí)收率。

山東陽(yáng)谷祥光銅業(yè)有限公司[4]是我國(guó)新建大型現(xiàn)代化有色金屬冶煉企業(yè),建設(shè)規(guī)模年產(chǎn)40萬(wàn)t陰極銅。采用的工藝流程為倉(cāng)式配料-銅精礦蒸汽干燥-閃速熔煉(余熱回收)-閃速熔煉渣選礦-閃速吹煉(余熱回收)-永久不銹鋼陰極電解-卡爾多爐回收貴金屬-煙氣動(dòng)力波洗滌-兩轉(zhuǎn)兩吸制酸(中溫余熱回收)工藝。祥光工藝的突出特點(diǎn)是節(jié)能、環(huán)保、高效,其成功應(yīng)用標(biāo)志著我國(guó)銅冶煉行業(yè)正在走向綠色環(huán)保,在帶動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步方面有著重要的意義。

3 銅火法冶煉存在的問(wèn)題及今后的主要技術(shù)發(fā)展方向

3.1 國(guó)外先進(jìn)煉銅技術(shù)尚需完善

近20年來(lái),我國(guó)雖引進(jìn)了國(guó)際上一些先進(jìn)的煉銅新工藝,如閃速熔煉法、艾薩法、澳斯麥特和諾蘭達(dá)等,但通過(guò)多年的實(shí)踐,這些先進(jìn)技術(shù)尚有不足之處。

3.1.1 雙閃速爐熔煉法

投資大,專(zhuān)利費(fèi)昂貴,銅精礦和熔劑要先進(jìn)行磨細(xì)和深度干燥,需消耗部分能源。熔爐產(chǎn)出的銅锍需要水淬再干燥細(xì)磨,工序繁雜。每道工序均難以保證100%回收率,總會(huì)產(chǎn)生機(jī)械損失;熱態(tài)高溫銅锍水淬物理熱幾乎全部損失,水淬后再干燥,再消耗熱能也不盡合理。銅锍水淬需要大量的水沖,增加成本。破碎、干燥要增加人力和動(dòng)力的消耗,煙塵率高,這些都是多年來(lái)該工藝沒(méi)有得到大量推廣的重要原因。

3.1.2 艾薩法和澳斯麥特法

頂吹都要建立高層廠(chǎng)房,噪音大、頂吹的氧槍12m長(zhǎng),使用周期短,一般3～7d要更換一次,消耗大、勞動(dòng)條件差、操作不方便。用電爐做貧化爐,電的能耗較高,渣含銅難以降到0.6%以下。

3.1.3 三菱法

四個(gè)爐子(熔煉爐、貧化電爐、吹煉爐、陽(yáng)極爐)自流配置,第一道工序的熔煉爐需要配置在較高的樓層位置,建筑成本相對(duì)較高,爐渣采用電爐貧化,棄渣含銅量達(dá)0.6%～0.7%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國(guó)多數(shù)大型銅礦開(kāi)采的礦石平均品位,資源沒(méi)有得到充分的利用。系統(tǒng)控制非常嚴(yán)格,只要某一個(gè)環(huán)節(jié)出問(wèn)題就無(wú)法正常生產(chǎn)。

3.1.4 諾蘭達(dá)連續(xù)吹煉法

諾蘭達(dá)連續(xù)吹煉法因采用側(cè)吹,需要人工打風(fēng)眼,勞動(dòng)強(qiáng)度大,噪音較大,操作條件不好,冶煉環(huán)境較差,如果掌握不好容易引起噴爐事故。

3.2 新型銅連續(xù)冶煉技術(shù)的開(kāi)發(fā)

半個(gè)多世紀(jì)以來(lái),世界銅冶煉技術(shù)發(fā)生了重大變化,出現(xiàn)了閃速熔煉、諾蘭達(dá)、艾薩/奧斯麥特法等優(yōu)秀的新工藝,但過(guò)程還都是分“熔煉-吹煉”2個(gè)階段,并在2個(gè)獨(dú)立的爐子中進(jìn)行?；玖鞒淌?

由于過(guò)程不連續(xù),造成了流程長(zhǎng)、能耗高、投資大等一系列問(wèn)題。

特別是常用的吹煉設(shè)備PS轉(zhuǎn)爐,由于它作業(yè)的周期性和回轉(zhuǎn)式操作,不可避免的存在以下3個(gè)問(wèn)題:

(1)SO2泄漏,低空污染嚴(yán)重;

(2)煙氣大幅度波動(dòng);

(3)設(shè)備投資高。

為此,淘汰已有100多年歷史的PS轉(zhuǎn)爐,連續(xù)冶煉是銅冶煉近年發(fā)展趨勢(shì)。目前,世界上Cu-Ni冶金的主要方法是閃速熔煉和熔池熔煉。閃速熔煉等“空間過(guò)程”的優(yōu)點(diǎn)是充分利用了銅精礦本身具備的巨大比表面積,能夠在較低的送風(fēng)壓力下(20kPa),迅速的完成硫和鐵的氧化,因此,效率高且節(jié)能,最適合用于“造渣過(guò)程”。它的缺點(diǎn)是:缺乏最后造銅階段的良好交互反應(yīng)條件。而“熔池熔煉”則由于能夠?yàn)槿廴阢~硫化物與銅氧化物組成的熔體創(chuàng)造極為良好的交互反應(yīng)條件,因此最適合用于“造銅過(guò)程”。但由于它要求高壓風(fēng)機(jī)(200 kPa),因此不宜用于承擔(dān)大量、長(zhǎng)時(shí)間的硫和鐵氧化“造渣過(guò)程”。

基于集成“空間過(guò)程”和“熔池過(guò)程”優(yōu)點(diǎn)的思想,創(chuàng)造出一個(gè)能“取長(zhǎng)補(bǔ)短”的短流程連續(xù)冶煉新工藝,是我國(guó)銅冶煉企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的必然選擇和技術(shù)研究方向。

3.3 爐渣的綜合回收利用技術(shù)

浮選柱技術(shù)在浮選領(lǐng)域已逐漸推廣,特別適于細(xì)粒級(jí)的浮選,對(duì)提高精礦品位尤顯突出。爐渣選礦必須細(xì)磨,在粗選和精選作業(yè)中,采用了浮選柱,而掃選作業(yè)為確?；厥章?仍采用浮選機(jī)。這樣,精礦品位在保證回收率不變的前提下從通常的Cu24%～25%提高到28%。我國(guó)大型火法銅冶煉企業(yè),產(chǎn)生大量的冶煉爐渣的堆存對(duì)環(huán)境帶來(lái)很大壓力,同時(shí)未能回收其中的有價(jià)元素,造成了資源的浪費(fèi)。如何將渣中所含有價(jià)元素提取回收利用,以及對(duì)爐渣提銅尾礦的綜合利用,已成為火法銅煉煉企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的主要研究方向。

3.4 銅火法精煉陽(yáng)極爐工藝完善技術(shù)

銅火法精煉設(shè)計(jì)的精煉陽(yáng)極爐目前仍采用傳統(tǒng)的氧化還原法,因氧化還原是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的作業(yè)過(guò)程,存在作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)率低、能耗高、黑煙污染嚴(yán)重等問(wèn)題。按照節(jié)能環(huán)保、清潔生產(chǎn)、資源綜合利用、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念,精煉陽(yáng)極爐將成為需要完善并解決的問(wèn)題。

3.5 鋨元素的綜合回收技術(shù)研究

盡管我國(guó)各冶煉企業(yè)在火法煉銅過(guò)程中對(duì)絕大多數(shù)有價(jià)元素進(jìn)行了回收,但對(duì)鋨元素的缺乏綜合回收研究,需要進(jìn)行相關(guān)方面的技術(shù)研發(fā)。

3.6 高砷銅精礦的處理技術(shù)

隨著礦產(chǎn)資源的日益枯竭,難處理銅精礦特別是高砷銅精礦在火法冶煉技術(shù)方面的開(kāi)發(fā)利用研究顯得越來(lái)越重要,雖然美國(guó)的孟山都動(dòng)力波洗滌技術(shù)取得了較好的應(yīng)用效果,但對(duì)砷含量達(dá)0.5%的銅精礦,其應(yīng)用受到一定的限制,為此迫切需要開(kāi)發(fā)適合處理高砷銅精礦的火法冶煉技術(shù)。

3.7 冶煉廠(chǎng)含砷廢水治理技術(shù)

采用動(dòng)力波洗滌技術(shù)減少了砷對(duì)制酸工藝的影響,但含砷廢水必須進(jìn)行無(wú)害化治理,以符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)零排放。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,閃速熔煉技術(shù)因具有生產(chǎn)能力大、工藝技術(shù)先進(jìn)、成熟可靠、環(huán)保好、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行費(fèi)用低、SO2濃度高等優(yōu)點(diǎn),可能成為未來(lái)煉銅發(fā)展的方向。而諾蘭達(dá)連續(xù)煉銅法具有原料適應(yīng)性強(qiáng),能熔煉任何數(shù)量的廢雜銅和返料,且該法的一個(gè)潛在優(yōu)勢(shì)是能夠直接生產(chǎn)出銅,而不需要轉(zhuǎn)爐,適用于礦產(chǎn)資源較緊缺、再生資源豐富、工廠(chǎng)面積不大的銅冶煉廠(chǎng)改擴(kuò)建。

但不管采用何種火法煉銅技術(shù),仍需不斷加大高效、節(jié)能、低污染的銅冶金工藝的研發(fā)力度,目前急需解決的的問(wèn)題主要有(1)火法冶煉設(shè)備的進(jìn)一步完善;(2)創(chuàng)造出短流程連續(xù)冶煉新工藝;(3)廢水、廢渣的綜合回收利用技術(shù);(4)高砷銅精礦處理技術(shù)。上面這些技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用必將推動(dòng)銅火法冶煉生產(chǎn)和技術(shù)的更進(jìn)一步發(fā)展。

[1] 北京有色冶金設(shè)計(jì)研究總院等編.重有色金屬冶煉設(shè)計(jì)手冊(cè)·銅鎳卷[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1996:1-2.

[2] 陳國(guó)發(fā),等.重金屬冶金學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2007.

[3] 朱祖澤,賀家齊.現(xiàn)代銅冶金學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2003.

[4] 全國(guó)重有色金屬冶煉含砷危廢處理及資源化綜合利用研討會(huì)論文集[C].北京:中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)重冶金委會(huì),2008:12 -20.

[5] 肖純.銅造琉熔煉工藝的選擇及發(fā)展方向[J].銅業(yè)工程, 2006,(4):32-35.

[6] 周松林.祥光“雙閃”銅冶煉工藝及生產(chǎn)實(shí)踐[J].有色金屬(冶煉部分),2009,(2):11-15.

[7] 周松林.閃速熔煉-清潔高效的煉銅工藝[J].中國(guó)工程科學(xué),2001,(10):86-89.

Summarize on the Technology of Copper Pyrometallurgy

CHEN Shu-ping1,WU Zeng-ling1,LAN Bi-bo1,GUO Qi-zhang2
(1.Zijin Research Institute ofMining andMetallurgy,Shanghang,Fujian,China 364200;
2.ZijinMining Group Co.,Ltd,Shanghang,Fujian,China 364200)

At present,technology of copper pyrometallurgy is developed rapidly and widely used in copper industry which point out"Clean Production".The environment consciousness require clean production process,itmeans few waste materialwas discharged during the process.Higher requirements are needed for perfecting copper pyrimetallurgy.In this article,the main process and production example and progress of copper pyrometallurgy are summarized,the new copper metallurgy technologies-flash smelting,bath smelting and others are introduced in detail.Some problemsof copper pyrometallurgy andmain technical developing direction for future are pointed out aswell.

copper pyrometallurgy;flash smelting;bath s melting

TF111.1

A

1009-3842(2010)04-0044-06

2010-07-23

陳淑萍(1965-),女,陜西富平人,高級(jí)工程師,本科,學(xué)士學(xué)位,主要從事黃金和其它有色金屬冶煉生產(chǎn)與研究,E-mail:shupingchen 2001@yahoo.com.cn