世界炼铜工艺的新秀1

世界炼铜工艺的新秀

——氧气底吹炼铜工艺简介

东营方圆有色金属有限公司

1. 前言

1991 —1992 年，湖南水口山矿务局和北京有色金属设计研究总院等单位在日处理3-5 t 炉料，年产3 千吨粗铜的炉子上进行了连续217 天的半工业试验，先后处理了铜精矿，铜精矿与含金硫精矿混合矿的熔炼，取得了较好的技术经济指标。1994 年获得国家发明专利。

2005 年，我国东营方圆有色金属有限公司（以下简称方圆公司）决定采用氧气底吹炼铜新工艺，生产规模是年产10 万吨粗铜，年处理矿量达到50 万吨，为我国科技成果的产业化进行工业化试验。经过论证、设计、施工于2008 年投产运行。【2009 年】9 号文国务院正式将该项目列入“关于发挥科技支撑作用，促进经济平稳较快发展的意见”中，将该技术列入“十一五”支撑计划重点督导实施。

2009 年10 月27 日，中国有色金属工业协会（以下简称有色协会）在东营市召开了氧气底吹炼铜技术交流会，会上康义会长发表了重要讲话，会后有色协会正式发文指出：“氧气底吹熔炼多金属捕集新工艺是我国自主研发的、具有自主知识产权、在铜熔炼领域的重大技术创新成果，是世界先进的铜熔炼新技术之一” 。

2010 年8 月29 日，有色协会组织业内专家对该项目进行科技成果鉴定，其中明确指出：“该项目是自主创新的一种强化熔池熔炼新工

艺，该项目技术先进，经济和社会效益显著，整体达到国际领先水平”

2010

年12月30日该项目荣获有色协会科学技术进步一等奖。2011年1月12日该项目荣获山东省科学技术进步一等奖。

2011年4月国家科技部组织专家对该项目进行了技术验收。

2010年6月在德国汉堡举行的2010年国际铜业会议上和2011 年6月在德国

杜塞尔多夫举行的第六届欧洲有色金属国际会议上分别介绍了氧气底吹炼铜工艺的

生产运行和进展，受到了与会同行们的

关注与好评。

2010年10月世界著名的产铜企业——智利Codelo公司在它的宣传招贴广告

中正式将氧气底吹炼铜新工艺列为第四代铜熔池熔炼技术。（见图1）

图1铜发展冶炼史

2. 熔池熔炼的发展

上世纪七十年代发展起来的熔池熔炼技术，主要是将参与反应的

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富氧空气从反应炉的侧面或顶部吹入或吹向熔体。如加拿大的诺兰达技术，智利的特尼恩特工艺，俄罗斯的瓦纽科夫炼铜法以及中国的白银法。顶吹技术则有澳大利亚的艾萨法、奥斯麦特法，还有日本三菱公司发明的三菱法。世界上采用熔池熔炼技术的厂家有关数据见表1。表1 采用熔池熔炼技术的厂家有关数据

从表1可见四十多年来炼铜行业一直致力与顶吹和侧吹熔池熔炼的发展。中国除了引进闪速熔炼外，又引进了侧吹的诺兰达技术和多家顶吹技术。除表中的云冶和中条山以外还有安徽铜陵公司、内蒙

的金剑、甘肃的金川、云南的驰宏公司和大理、个旧云锡等多家引进了艾萨和奥斯麦特顶吹技术。还有侧吹的瓦纽科夫炉工艺。

3. 氧气底吹炼铜工艺

在国内外大力发展闪速熔炼和各种顶吹、侧吹熔池熔炼的同时，我国方圆公司和北京有色设计研究总院却在积极谋划氧气底吹炼铜新工艺，经过周密的策划、精心的设计、精心组织、精心施工，于2008年正式投入运行，经过近三年来的运行，它的效果比预料要优越的多。作为行业内的一支新秀，被列为第四代熔池熔炼技术。氧气底吹造锍熔炼炉的结构图示于图2

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图2 底吹炉结构图

3.1氧气底吹炼铜工艺的实质

3.1.1把氧气高度分散到液相中

闪速熔炼是将铜精矿和熔剂磨细均匀后高度分散到高温的富氧空气中，有很大的气一固相界面面积，在2-3秒内即迅速完成化学反应。底吹熔池熔炼是将氧气通过多支氧枪分散许多细小的气流喷入熔融的冰铜，又被熔体分割成许多微小的气泡，在气-液相之间形成巨

大的界面面积，反应迅速进行，这种良好的反应动力学条件是其它熔池熔炼过程所不及的。

3.1.2吹流动性好的冰铜。

顶吹、侧吹都是吹渣层或者是混有冰铜的渣层，而底吹则是完全的吹冰铜层。由于冰铜的流动性比渣子要好约100倍，所以底吹炉内熔体的流体力学状态相应的要优越得多。表述其特征的雷诺准数，修正的弗劳德准数也差别很大，计算结果列于表2。

雷诺准数修正的弗劳德准数加拿大诺兰达侧吹56016.2

中国底吹熔炼11750215

顶吹奥斯麦特9.55 —10.53

P—S转炉17.4底吹熔炼炉中液相与气相搅动状态的纵断面和横断面的仿真图分别示于图3、4。

图4.底吹炉7°和22°氧枪处的横断面流线图

图3.底吹炉纵断面的流线图

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从表2 和图3、4 可明显看出底吹熔池熔炼吹冰铜的优越性是明显的，它还带来的传热条件好。在强制对流循环条件下表示热传递特征的努歇尔（Nusselt）准数。据文献［1］报导侧吹的诺兰达炉为38.7, 而底吹熔炼炉为168，是侧吹的4 倍，可见传热条件好。底吹的传质条件好，侧吹的诺兰达炉传质速度为1.59Nm3O2/m3.S,而底吹熔炼炉为3.77 Nm3O2/m3.S，是侧吹的2.4 倍。

显然它的液相与气相有较大的接触面积, 较长的接触时间, 又有很好的流体动力学条件。（顶吹的Isa 与Ausmelt 是用一支氧枪插入熔体深度200—300mm ）。因此本工艺具有较高的熔炼强度,熔炼过程中不需配任何燃料，实现了无碳自热熔炼，做到不直排CO2，能源消耗也很低,与国外的熔池熔炼工艺如顶吹的艾萨、奥斯麦特、三菱法,侧吹的诺兰达、瓦纽科夫等炼铜方法相比,底吹熔炼的能源消耗是最低的,迎合了国务院对低碳经济的发展要求。

3.1.3 底吹气泡顺势而上。

气泡顺势而上具有“气泵”作用,随着气泡上浮能量逐渐消失,所以无噪音。气泡上浮是自然过程对氧枪有保护作用。从底部到顶层历程长,形成的气-液-固三相悬浊液体积大,有利于熔化和冶金化学反应过程的进行,所以它的熔炼强度高。

3,1,4,吹冰铜不易产生泡沫渣。

吹冰铜因总有硫化铁存在,且气流到渣层时,氧浓已经很低, 所以不具备形成四氧化三铁的条件,就不会产生泡沫渣。

3.2 氧气底吹炼铜工艺的主要技术特点

321原料适应性强

利用该项技术，不仅能处理铜、金、银等精矿，而且可处理低品位铜矿和复杂难处理的多金属矿以及含金、银高的贵金属伴生矿，甚