铜冶炼闪速熔炼及熔池熔炼技术探讨

铜冶炼闪速熔炼及熔池熔炼技术探讨

当前世界上广泛采用的铜火法冶炼方法主要有三种，包括传统熔炼、闪速熔炼以及熔池熔炼。技术成熟、简易灵活、生产可靠、设备简单等是传统熔炼方法的优点，但其缺点是较低的生产效率，较差的硫回收率，烟气含SO2浓度比较低，烟气处理费用高。因此，本文主要对闪速熔炼、熔池熔炼技术进行了简要的分析，并进一步探讨了铜的火法精炼、电解精炼等关键环节，希望能够通过不断的分析和研究，切实的提升铜冶炼技术水平。

标签：铜冶炼；闪速熔炼；熔池熔炼

1 冶炼工艺选择的基本原则

1.1 适应能力

在冶炼中，主要有着能够对各种化学成分、粒度的原料进行处理，能够适应处理能力有较大波动等要求，因此所采用的工艺流程必须要适应这些要求。

1.2 高效节能

企业要想取得更高的经济效益，生产作业必须要有着较高的效率，能源消耗较少，因此工艺工艺流程的选择必须要满足高效节能的要求。

1.3 技术先进、成熟、可靠，环境友好，排放达标

技术的先进性与实用性是工艺流程必须具备的，同时技术的可靠性也至关重要，因此选择的工艺流程必须成熟可靠，技术风险较低。此外，还需要遵循“以人为本”的原则，工艺系统必须密闭性强、有害烟气泄露少，能够满足清洁工厂的要求。

2 两种冶炼工艺分析

2.1 闪速熔炼

2.1.1 工艺配置

图1为直接炼粗铜工艺的典型流程图。其与闪速吹炼流程相比有着差异较为明显，主要体现在把闪速吹炼渣返回至之前的闪速熔炼炉中，而不是在单独的炉渣贫化系统中处理。备料主要是对物料进行干燥和混合。物料的干燥能够使工艺的总热量实现平衡，此外，还能够更好的控制烟气管路的腐蚀。然后闪速炉中输送干燥物料。在反应塔中，物料和氧气进行混合，反应以悬浮物的形式进行，在沉降室中进行熔融相收集，分离出炉渣与粗铜。

在余热锅炉中进行炉子烟气的冷却。部分烟尘也会被余热锅炉收集，在电收尘器中收集剩余的颗粒，通常所有烟尘都返回炉子中。

视所选择的渣型和氧势而定，在粗铜闪速熔炼炉渣中，铜的含量为15%-25%。在直接炼粗铜工艺当中，炉渣贫化的标准方法是电炉。若是还原炉渣采用一步法，在所获得的粗铜中铁的含量将达到百分之几。也可以分两步进行电炉贫化炉渣。例如诸如钴或镍之类的有价金属必须要从炉渣中回收时，就非常有必要采用两步法。另外两步方法就是在电炉中部分还原后进行浮选。根据原料的情况来选择炉渣贫化工艺。

在酸厂硫通过高浓度SO2烟气回收。烟气流连续、SO2含量稳定且浓度高是粗铜闪速熔炼的一个主要优点。在使用包子进行的熔体输送时，阳极炉可以减少操作，因为吹炼操作不需要单独进行。

2.1.2 加料和物料燃烧

在冰铜闪速熔炼时，在闪速熔炼炉内，精矿中大约三分之二的硫和大部分的铁氧化。而在粗铜闪速熔炼时，物料中铁和硫会被全部氧化，从而铜也会被氧化。不能“在线控制” 悬浮物的氧化程度，并且物料流量与化学成分会存在波动。由于烟气流的控制较为困难，必须最大程度上符合稳定条件，控制需要在备料开始时进行，尤其在直接炼粗铜的闪速熔炼中，精矿仓最好建成，从而使得物料的均匀性得到保障，从而正确的氧化程度能够更好地维持。若是在闪速吹炼时能够有效地控制物料（冰铜）质量，则不需要考虑这个方面。由于所需的蒸气由余热炉提供，蒸气干燥机在干燥时的最好选择，主要是由于其有着对干燥时易燃的精矿，颗粒和硫的排放量低，良好的控制水分等优点。

在闪速炉操作中，加料设备也是影响成功的关键因素。加料与称重设备所提供的质量流量必须要均匀、可靠。物料在精矿烧嘴出口仍需要均匀地分布燃烧空气。这些因素决定着总的燃烧效率。在各冶炼厂的操作中配有螺旋的失重加料机在控制物料流量时其可靠性已经得到了良好的验证。

2.1.3 熔体化学

为了保证在经济上工艺的可行性，，闪速炉物料中的铜/铁比及铜/硫比必须足够高。炉渣的形成与第一个条件有关，必须氧化所有的铁，为此炉渣中的铁量与闪速炉物料中的铁量成正比。

物料中的硫量越高则需要更多的氧气进行硫的氧化，从而获得粗铜，并且也会氧化更多的铜。若是炉渣大量形成，铜也会大量以氧化物的形态进入到炉渣中。物料中的硫含量，更为准确的是物料当中硫和铁的含量是反应塔氧化时释放的热量确定的主要因素。应当控制物料潜热在一定范围内，从而硫和铁燃烧所需的氧气达到最佳。若是富氧浓度较低，烟气总量较高，将会加大余热锅炉、烟气管道、电收尘器、风机、管路、酸厂等的投资成本。若是富氧浓度高，烟气流量较低，将会降低这些方面的投资成本。

2.2 熔池熔炼技术

2.2.1 三菱连续熔炼法

三菱连续熔炼法可成功地把铜精矿熔炼、炉渣和铜锍分离、铜锍吹炼、粗铜精炼4台炉子用流槽连接起来，消除了间断作业和传统的用包子装铜锍、炉渣、粗铜，用吊车吊运的模式，是唯一实现从精矿到阳极铜真正意义上的连续熔炼工艺。该工艺的主要优点是：①生产效率很高，占地面积少。②热效率高、能耗低。

③漏风量少，生产环境好、噪音小，④冶炼直收率高。三菱连续熔炼的主要缺点，多台炉子之间用流槽连接起来，机械化和自动化程度很高，要求生产工人有较高的操作水平，故精矿要深度干燥，工艺流程比富氧顶吹熔池熔炼复杂。

2.2.2 富氧顶吹熔池熔炼

富氧顶吹浸没喷枪熔池熔炼技术，近十年来熔池熔炼技术在铜冶炼技术中发展最快。富氧顶吹浸没喷枪熔炼技术广泛地应用在铅、锡、镍熔炼以及锌浸出渣、铅渣处理等方面。下面通过其优点和缺点进行分析，第一、富氧顶吹熔炼工艺的主要优点：①过程简单、流程短，生产效率高；②对原料适应性强；③燃料的种类、质量要求不严格，燃料容易获得；④有利于保护环境。⑤炉寿命长。第二、富氧顶吹浸没喷枪熔池熔炼的主要缺点：①作业率偏低；②喷枪风压较高，动力消耗较大；③存在泡沫渣风险。2.2.3 氧气底吹熔炼

氧气底吹熔池熔炼属强化熔炼技术，是中国恩菲工程技术有限公司与水口山有色金属公司等合作开发的炼铜工艺，现在国内外已有多家以铜锍为载体的贵金属捕集底吹熔炼或者铜熔炼炉在生产，并有多家采用底吹熔炼工艺的冶炼厂正在建设中。它采用一个卧式的回转炉，通过底部的氧枪将富氧空气吹入炉内，进行强化熔炼，富氧浓度达73%，实现完全自热熔炼，不用配煤。

①氧气底吹熔炼属于熔池熔炼，除具有熔池熔炼共有的特点外，还具有如下优点：第一，可降低燃料消耗量，减少烟气量；第二，炉型结构简单、操作控制灵活；第三，对原料适应性好。②氧气底吹熔炼缺点：第一，渣含金银及铜比较高，要经过炉渣选矿进一步处理之后，才可获得含金银及铜比较低的弃渣。第二，工业化生产时间较短，目前还存在炉口漏风偏高、加料口有黏结现象需要定期清理等不足，需要进一步改进。

2.2.4 侧吹炉熔炼

侧吹炉熔炼分固定式侧吹炉法和回转式侧吹炉法。瓦纽科夫侧吹熔炼炉，受炉型结构限制，适合中小规模铜冶炼，一般弃渣含Cu0.8～1.2%。且由于熔炼炉的热损失大、炉子稳定性差，逸散的SO2烟气多，因而该工艺一直没有得到广泛的推广。诺兰达炼铜法由于风压低，需要捅风眼作业，噪音大，风口寿命短，富氧浓度低，烟气量大，燃料率高，处理规模有限的缺点而没被推广。