炼铜厂扩建改造中吹炼方法的选择

中国重有色金属工业发展战略研讨会暨重冶学委会第四届学术年会论文集

炼铜厂扩建改造中吹炼方法的选择

金隆铜业有限公司黄辉荣宋修明

摘要：本文通过对近期国内外铜冶炼企业扩产改造所采用的冰铜吹炼方法及特点进行回顾、分析，旨在为国内有关炼铜企业进行扩产改造时合理选择吹炼工艺方法提供参考。

关键词：冰铜吹炼Ｐｓ转炉闪速吹炼改造选择

１前言

随着国内外市场的逐步融通，铜原料市场的全球化，市场竞争更趋激烈。为提高竞争力，降低生产成本，适应日愈严厉的环保要求，自上世纪８０年代以来，国内外铜冶炼企业朝着大型化、清洁生产、综合利用等趋势纷纷进行了扩产改造。这些企业不仅采用了闪速炉（ＦｌａｓｈＦｕｒｎａｃｅ）、澳斯麦特（Ａｕｓｍｅｌｔ）、诺兰达炉（Ｎｏｒｎａｄａ）、三菱法（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ）、特尼恩特（Ｔｅｎｉｅｎｔｅ）转炉等先进熔炼工艺，而且在冰铜吹炼工艺上也取得了较快的发展。除Ｐｓ转炉继续得到推广应用外，还研究开发出一批新的吹炼工艺和设备，如闪速吹炼炉、诺兰达吹炼炉、三菱法连续吹炼炉、霍勃肯（Ｈｏｂｏｋｅｎ）虹吸转炉、澳斯麦特顶吹浸没吹炼等。高效连续化的冰铜吹炼新工艺的出现和采用为实现高效清洁的可持续发展目标创造了条件。

本文通过对近期国内外铜冶炼企业扩产改造所采用的冰铜吹炼方法及特点进行回顾、分析，为国内有关企业技术改造时合理选择吹炼工艺方法提供参考。

２炼铜厂改扩建采用的主要吹炼方法探讨

２１Ｐｓ转炉吹炼工艺

１９０５年Ｐｅｉｒｃｓ和Ｓｍｉｔｈ成功应用碱性耐火材料内衬卧式转炉，使Ｐｓ转炉成功应用于铜的吹炼，大约世界上７５％的冰铜采用Ｐｓ转炉吹炼。目前我国铜冶炼厂冰铜吹炼绝大多数采用Ｐｓ转炉吹炼，仅有中条山冶炼厂采用Ａｕｓｍｅｌｔ吹炼炉吹炼。国外铜冶炼厂大多采用Ｐｓ转炉吹炼。

转炉吹炼过程是通过风口向炉内鼓入空气或富氧空气来实现的。吹炼过程是间歇式的周期性作业，整个过程分为造渣和造铜两个周期。由于Ｐｓ转炉吹炼过程是间歇式的周期性作业，产生的烟气量和烟气ｓｏ。浓度都在大范围内波动，给制酸过程带来很大的麻烦。另外，吹炼过程的进料和放渣操作，使烟气逸散到车间，恶化生产环境。采用此工艺，应采用合适的烟气净化及制酸工艺，采取有效措施尽力解决低空污染。

转炉吹炼正朝着富氧吹炼、设备大型化、自动控制以及配套炉口清理机、捅风眼机、残极加料机、铸渣机等机械化方向发展。由于转炉吹炼工艺成熟、操作简单，通过提高冰铜品位、采用富氧吹炼、提高转炉送风时率、改变作业方式（如由双炉期交换作业改为双炉连吹方式）以及采取转炉两端加长或增加台数等措施，可以大幅度地提高生产能力。因此，Ｐｓ转炉仍是目前国内外铜冶炼企业改扩建的最主要工艺。近年来采用Ｐｓ转炉吹炼工艺完成改扩建或计划改扩建的主要企业见表ｉ。

除表Ｉ所列工厂外，还有一批冶炼厂改扩建时也采用Ｐｓ转炉吹炼工艺，并取得了良好效果。尤其是日本东予冶炼厂其硫的捕收固定率高达９９％，成为采用Ｐｓ转炉吹炼工艺实施清洁生产的一个样板。可以认为Ｐｓ转炉吹炼工艺仍将在今后相当长的时间内占据统治地位。

２２闪速吹炼工艺

美国肯尼柯特犹他（ＫｅｎｎｅｃｏｔｔＵｔａｈ）冶炼厂创建于１９０６年，１９７７年起采用诺兰达＋ＰＳ转炉冶炼工艺。由于愈来愈严格的环保要求，从１９９２年６月起，该公司与芬兰奥托昆普公司共同研究开发了闪速吹炼工艺以取代Ｐｓ转炉吹炼工艺，并于１９９５年６月完成改造，开始投入生产，设计能力为年产矿铜２７２ｋｔ／ａ。该

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厂现有员工约３５０人（含维修，不含电解、制氧人员），氧气由普来克斯制氧厂提供，目前生产稳定、正常。２００２年共生产阳极铜３７１ｋｔ，阴极铜２９．４ｋｔ，均超过了设计能力。

闪速吹炼是在闪速炉一步炼铜的基础上，由美国肯尼柯特公司和芬兰奥托昆普公司合作开发的铜锍吹炼新工艺。其基本流程是冰铜水淬，磨粉并干燥，在一尺寸比较小的闪速炉中用富氧空气吹炼成粗铜，产出的粗铜通过流槽加入至阳极炉。由于采用了闪速熔炼——闪速吹炼工艺，该厂成为世界上最洁净的铜冶炼厂之一。闪速吹炼及闪速炉一步炼铜生产数据见表２

表１采用Ｐｓ转炉吹炼工艺改扩建的部分铜冶炼企业

表２闪速吹炼及闪速炉一步炼铜生产数据

闪速吹炼主要有以Ｆ优点：

（１）建设投资低：一台反应塔０４．５ｍ×６．５ｍ的小尺寸闪速吹炼炉即可代替３～８台０４ｍＸｌ３ｍ左右大型的Ｐｓ转炉，粗铜产量可达１５０～４５０ｋｔ／ａ。同时由于闪速吹炼烟气量大约只有Ｐｓ转炉的１／１０～１／６，因此烟气处理及硫酸设备尺寸均小。烟气处理及制酸系统的投资一般占粗铜冶炼总投资的２５％～４０％。新建闪速炼铜工厂，如果采用闪速吹炼比Ｐｓ转炉吹炼大约可降低投资１５％～２５％，规模愈大闪速吹炼优势愈明显。

（２）生产成本低、劳动生产率高：闪速吹炼炉是低压鼓风以及硫酸工序电能的节省，耐火材料消耗的降低等因素，与ＰＳ转炉相比较，生产成本可降低１０％～２０％。采用闪速吹炼工艺，一台闪速熔炼炉，一台闪速吹炼炉，铜产量可达３００～５００ｋｔ／ａ。犹他冶炼厂年处理铜精矿１１００ｋｔ，实物劳动生产率高达１０００ｔ粗铜／人。

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（３）环保好：可以设计和建成世界上最洁净的铜冶炼厂，避免了Ｐｓ转炉炉口泄露ｓｏ。烟气以及包子／吊车转运冰铜／粗铜过程中产生Ｓ０。烟气外泄。

美国肯尼柯特犹他冶炼厂闪速吹炼炉１９９５年建成投产，８年来经过多次重大改进和完善，目前生产顺行，处理能力已超过设计能力，本期炉寿预计４年。笔者曾到肯尼柯特犹他冶炼厂进行了现场考察、技术交流，并进行了较长时间的跟班调研，充分验证了闪速吹炼在工艺、环保、自动控制、运行成本、生产操作管理等方面的优越性。

２３三菱法吹炼炉

三菱连续炼铜工艺由熔炼炉、渣贫化电炉、吹炼炉组成。熔炼炉产出的高品位冰铜连续地流入吹炼炉，吹炼炉产出的粗铜连续地流入阳极炉，少量吹炼渣连续地水淬返回熔炼炉。熔炼炉、渣贫化电炉、吹炼炉及２台阳极炉同时运行，靠流槽连接。

三菱法需对各炉子进行严格的工艺控制；要保证各炉子之间熔体连续地流入流出，连续地流至水淬，并且要求熔体的流量均匀；不宜处理低品位复杂精矿。

目前世界上除了直岛冶炼厂、ＫｉｄｄＣｒｅｅｋ矿业公司、Ｇｒｅｓｉｋ熔炼精炼厂、Ｏｎｓａｎ冶炼厂等五家三菱连续炼铜厂外，仅有日本Ｆｕｒａｋａｗａ矿业公司控股的澳大利亚的ＰｏｒｔＫｅｍｂｌａ的吹炼炉是脱离三菱连续炼铜工艺单独配置使用的。

ＰｏｒｔＫｅｍｂｌａ铜冶炼厂原有１台诺兰达炉，２台Ｐｓ转炉，２台回转式阳极炉。１９９８年该厂引进一台三菱吹炼炉取代Ｐｓ转炉与诺兰达炉配合，并将１台Ｐｓ转炉改造成冰铜保温炉用于向三菱吹炼炉供料。三菱吹炼炉于２０００年１月投产，至２００１年９月冶炼厂的作业率约为６５％。因而三菱吹炼炉单独采用尚需进一步探索，若采用这一工艺，宜同步设置熔炼炉、渣贫化电炉和吹炼炉。

２４霍勃肯虹吸转炉

霍勃肯虹吸转炉是比利时霍勃肯（Ｈｏｂｏｋｅｎ）冶炼厂在７０年代开发的一种改良型Ｐｓ转炉。并在巴西卡拉伊巴（Ｃａｒａｉｂａ）冶炼厂，美国迈阿密（Ｍｉａｍｉ）冶炼厂，智利帕伊波特（Ｐａｉｐｏｔ）冶炼厂等炼铜厂使用。

霍勃肯虹吸转炉具有一个轴向连接的虹吸烟道，因此烟气不从炉口排出，从而避免了普通Ｐｓ转炉所存在的炉口大量漏风问题，同时，它可以不停风加料，因此有利于提高送风时率。比利时霍勃肯冶炼厂虹吸转炉内衬铬镁砖，炉口为圆形，直径为６００ｍｍ，有２１个风口，风口管直径为３８ｍｍ。

与Ｐｓ转炉相比，霍勃肯虹吸转炉的主要优点有：

（１）吹炼时将炉口关闭后转炉就可完全密封，因而烟气不被外界空气稀释，使进入制酸厂的烟气量和烟气中ｓＯｚ浓度稳定，烟气中ｓＯ。浓度可达１１％。

（２）由于炉口处没有烟罩和烟道等障碍，可在不停风时加入固体和液体物料，减少了停风时间，提高了送风时率。

（３）普通转炉均是正压操作，当向炉内加料时，不可避免从炉口向车间冒烟。虹吸转炉的炉口相对较小，用调节变速排烟机转速和烟道闸门位置的方法可保持炉口为零压，防止炉内烟气外逸污染环境。

（４）吹炼时喷溅物少，不需清理炉口，减轻了工人劳动强度。

（５）由于没有烟罩等附件，并且炉口烟气不外逸，因而可以无阻碍地从炉口进行操作。

虹吸式转炉主要缺点是：结构复杂，设备投资大，占地面积约比普通转炉多３０％，消耗耐火材料约比普通转炉多２０％。鉴于此，３０年来本工艺并未得到大范围的推广应用。

２５诺兰达（Ｎｏｒｎａｄａ）吹炼炉

诺兰达连续吹炼工艺于１９９７年１１月在加拿大魁北克的霍恩冶炼厂试车投产，运行几个月后即达到了设计能力。１９９８年该厂处理了８３０ｋｔ精矿并采购了再生返回原料，生产了１９３ｋｔ阳极铜和５１７ｋｔ硫酸（１００％）。

该厂的诺兰达吹炼炉是１个ｃｐ４．５ｍｘ１９．８ｍ的圆筒形炉子，设有４４个风口，把诺兰达熔炼炉产出的高品位冰铜吹炼成半粗铜。为达到高度灵活性，诺兰达吹炼炉配有液态料和大块固态料的加料口，抛料机

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