冰铜闪速吹炼工艺评述_吴继烈

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粗 铜 ４０ 万ｔ或 以 上 水 平 。 ３）有 利 于 制 酸 工 序。 烟 气 量 稳 定 且 小，烟 气
ＳＯ２ 浓度高且稳定，使制酸作业稳定，制酸设 备 相 对 小 型 化 、能 耗 低 。
４）发 展 优 势 。 适 应 未 来 铜 原 料 市 场 的 变 化 和 冶 炼 技 术 的 发 展 ，可 额 外 处 理 固 态 冰 铜 ，可 连 续 处 理 高
３）流 程 短 、工 装 配 置 紧 凑 ，厂 房 面 积 减 少 。
２ 两家冰铜闪速吹炼工艺对比分析
采用 ＦＣＦ 工艺吹炼冰铜的 金 冠 铜 业［３］、祥 光 铜 业 ［４］两 家 公 司 工 艺 、装 置 差 异 对 比 结 果 列 于 表 ２。
表２表明，金 冠 铜 业 在 美 国 Ｋｅｎｎｅｃｏｔｔ和 祥 光 铜 业 闪 速 吹 炼 的 基 础 上 ，从 设 计 开 始 ，即 对 冰 铜 闪 速 吹 炼 工 艺 进 行 优 化 ，主 要 体 现 在 以 下 ３ 方 面 ：
摘要：对冰铜闪速吹炼和 ＰＳ转炉吹炼工艺进行了分 析，并 以 详 尽 的 生 产 数 据 阐 述 了 影 响 闪 速 吹 炼 工 艺 推广的杂质脱除、作业率、能耗等问题。在冰铜闪速吹炼工艺发展过程中，其产能将 更 大、配 套 系 统 将 更 优 化 ，应 朝 着 集 中 处 理 冰 铜 的 方 向 发 展 。 关 键 词 ：铜 ；冰 铜 ；闪 烁 吹 炼 ；能 耗 ；评 述 中 图 分 类 号 ：ＴＦ８１１ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００７－７５４５（２０１４）０６－００３４－０６
ＰＳＣＦ 工艺
ＦＣＦ 工艺
造渣期：主要是 ＦｅＳ的氧化 和 过 氧 化 反 应，Ｆｅ、Ｓ 分 别被氧化成 ＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４、ＳＯ２，前 两 者 与 ＳｉＯ２ 形 成 液态渣。 造铜 期：主 要 是 Ｃｕ２Ｓ 的 氧 化 和 过 氧 化 反 应 ，Ｃｕ、Ｓ 分别被氧化 成 Ｃｕ、Ｃｕ２Ｏ、ＳＯ２，Ｃｕ２Ｏ 与 Ｃｕ２Ｓ 继 续 反应生成 Ｃｕ、ＳＯ２。 ＳｉＯ２ 系渣：加入 ＳｉＯ２ 生成含 Ｆｅ３Ｏ４ 的２ＦｅＯ·ＳｉＯ２
２１％ ～２９％
８０％ ～８５％
Φ４ｍ×１１ｍ 转 炉 ５～６ 台；热 熔 体 专 用 吊 车 ３ 台 （或以上 ）；冰 铜 包、渣 包 若 干；铸 渣 机 １～２ 台；厂 房 ；转 炉 鼓 风 机 等 动 力 系 统
Φ４．５ｍ×６．５ｍ 闪速吹炼炉 １ 台；冰 铜 水 淬 系 统 １ 套；吹炼渣水淬系统 １ 套；冰 铜 磨（１００ｔ／ｈ）１ 台；厂 房（面积约为 ＰＳＣＦ 的１／４～１／５）；冰 铜 储 运 系 统 １ 套 ；自 动 控 制 系 统 １ 套
国内已稳定投产的２家双闪炼铜厂设计年铜精矿处 理量、冰铜（７０％品 位）处 理 量 均 分 别 在 １５５ 万ｔ、６４ 万ｔ以上，粗 铜 产 能 ４５ 万 ｔ以 上。 同 时 产 出 烟 气 ＳＯ２ 的体积浓度是 ＰＳＣＦ 的３～４倍。
２）铁酸钙 渣 型 的 选 择。 铁 酸 钙 渣 黏 度 很 低 ， ［１］ 可避免形成 固 态 Ｆｅ３Ｏ４，从 而 最 大 限 度 减 小 泡 沫 渣 形成的可能性。形成泡沫渣的主要原因是铁的过氧 化，在 ＰＳＣＦ 的高氧化性气氛下易形成固态磁铁矿， 其颗粒使渣黏 稠、易 起 泡。 我 国 不 少 炼 铜 ＰＳＣＦ 都 发生过泡沫渣充满转炉并喷出的恶性事故。但需注 意钙系渣具有一定 的 腐 蚀 性，侵 蚀 耐 火 材 料 的 能 力 较强。
１）高 冰 铜 品 位 、高 富 氧 浓 度 、高 效 反 应 ——— 高 生 产率、高 ＳＯ２ 浓度。ＦＣＦ 工艺的 冰 铜 品 位 普 遍 高 于 ＰＳＣＦ 工艺冰铜品位１０～１５ 个 百 分 点，氧 气 浓 度 有 近３倍 之 差，闪 速 反 应 在 ２～３ｓ内 完 成，在 闪 速 吹 炼炉内不存在冰铜层 。 ［１］ 其结果是高生产率和 高 产 能，１台 ＦＣＦ 可替代５～６ 台 ＰＳＣＦ 生 产 ４０ 万ｔ（或 以上）粗铜，成为当 今 单 系 列 产 能 最 大 的 炼 铜 装 置。
基本无低空污染
表１表明，冰铜 ＦＣＦ 工艺是以高品位干冰铜粉 为原料、在高富 氧 条 件 下、在 ＦＣＦ 反 应 塔 内 及 反 应 塔下方沉 淀 池 区 域 同 时 快 速 进 行 硫 化 物 的 氧 化 反
应 、造 渣 反 应 、造 铜 反 应 ，并 在 沉 淀 池 内 实 现 铜 、渣 分 离的强化吹炼 工 艺。 它 与 常 规 ＰＳＣＦ 工 艺 相 比，有 如下特点：
项目
投产日期
反应塔
吹炼炉 （ＦＳＦ）
反应塔至上升 烟道中心距
反应塔热负荷
喷嘴能力
冰铜水淬 及储运
冰铜水淬
冰铜储备、 运输及配料
金冠铜业 ２０１４ 年 １ 月 Φ５ ｍ×７ ｍ
祥光铜业 一 期 ２００７ 年 ９ 月 ，二 期 ２０１１ 年 ４ 月
Φ４．３ ｍ×６ ｍ
１３．４ ｍ
１１．６ ｍ
１ ２８１ ＭＪ／（ｍ３·ｈ） １１０ｔ／ｈ（奥托泰 ＣＪＤ 喷嘴）
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有 色 金 属 （冶 炼 部 分 ）（ｈｔｔｐ：??ｙｓｙｌ．ｂｇｒｉｍｍ．ｃｎ） ２０１４ 年 第 ６ 期
表２ 两家铜企业 ＦＣＦ工艺对比
Ｔａｂｌｅ ２ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ＦＣＦ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｗｏ ｃｏｐｐｅｒ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ
直接水淬 ＋ 斗 式 捞 冰 铜 机 方 案 （１５０ｔ／ｈ）。３ 台 粒 化头 ＋３ 台 斗 提 机。３ 座 冰 铜 水 池 ＋１ 台 浓 密 池 （Φ４５ ｍ）＋２ 台 渣 浆 泵 。
１ ７３８ ＭＪ／（ｍ３·ｈ） １２０ｔ／ｈ（自 主 开 发 悬 浮 喷 嘴 ） 一期：ＩＮＢＡ 水 淬 方 案，由 水 淬 室、渣 浆 泵、脱 水 转 鼓、水循环池 等 组 成。 已 废 除。 二 期：自 主 开 发 的 风＋水粒 化 工 艺 （１５０ｔ／ｈ），由 风、水 粒 化 头、粒 化 室 、刮 板 运 输 机 、皮 带 运 输 、排 气 系 统 等 组 成 。
品位铜精矿并朝一步炼铜方向发展。 同时，ＦＣＦ 工艺也存 在 不 能 处 理 废 杂 铜 料 及 损
失热冰铜显热的缺 点，行 业 内 对 其 脱 杂 能 力 也 有 顾 虑。这或许是该工 艺 难 以 推 广 的 重 要 原 因，这 将 在 后续文中重点讨 论。 两 种 冰 铜 吹 炼 工 艺、装 置 差 异 对比如表１所示。
１ 两种冰铜吹炼工艺对比分析
双闪技术使得炼铜工艺在单闪的基础上实现了 双闪连续作业，它将 熔 炼 和 吹 炼 生 产 在 时 间 上 和 空 间 上 完 全 分 开 ，互 不 干 扰 ，作 业 率 明 显 高 于 其 它 工 艺 ３个百分点以上。ＦＣＦ 工艺较 ＰＳＣＦ 工艺的 主 要 优 势是：
１）环 保 优 势 。 没 有 熔 体 在 熔 炼 与 吹 炼 工 序 之 间 输 送 ，没 有 周 期 性 开 停 风 、进 出 料 、排 渣 作 业 ，彻 底 消 除了 ＰＳＣＦ 工 艺 ＳＯ２ 低 空 逸 散、污 染 问 题。 同 时， 熔吹炼工序均在密 闭 系 统 内 进 行，在 微 负 压 的 炉 工 况条件下，ＳＯ２、粉 尘、ＮＯｘ 等 排 放 量 低 于 目 前 世 界 上最严厉 的 环 境 标 准。 采 用 “双 闪 ”工 艺 ＳＯ２ 固 化 率可达９９．７％，ＦＣＦ 工艺比 ＰＳＣＦ 工艺 ＳＯ２ 总排放 量 减 少 ２５％ 以 上 。
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有 色 金 属 （冶 炼 部 分 ）（ｈｔｔｐ：??ｙｓｙｌ．ｂｇｒｉｍｍ．ｃｎ） ２０１４ 年 第 ６ 期
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－７５４５．２０１４．０６．００９
冰铜闪速吹炼工艺评述
吴继烈
（江苏环球铜业有限公司，江苏连云港 ２２２０００）
Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｆｌａｓｈ Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ ｏｆ Ｃｏｐｐｅｒ Ｍａｔｔｅ源自文库
ＷＵ Ｊｉ－ｌｉｅ
（Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｃｏｐｐｅｒ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｌｉａｎｙｕｎｇａｎｇ ２２２０００，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ Ｆｌａｓｈ Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ ａｎｄ ＰＳ Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ ｍａｔｔｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓ ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｒａｔｅ，ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｎ ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ ｍａｔｔｅ Ｆｌａｓｈ Ｃｏｎｖｅｒ－ ｔｉｎｇ ｗｅｒｅ ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｄａｔａ．Ｂｉｇｇｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ， ａｎｄ ｃｅｎｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｒｅ ｔｏ ｂｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ｃｏｐｐｅｒ ｍａｔｔｅ Ｆｌａｓｈ Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎ ｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｐｐｅｒ；ｍａｔｔｅ；Ｆｌａｓｈ Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ；ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ；ｒｅｖｉｅｗ
表 １ 两 种 冰 铜 吹 炼 工 艺 对 比
Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｗｏ ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ ｍａｔｔｅ
对比项目
反应 机 理 ［１］
化学反应
原料 特性
渣型 冰铜品位 冰铜形态 氧气体积浓度
工装匹配 （４０ 万ｔ产 能 ）
产出物
粗铜 烟气 吹炼渣
２）产 能 优 势 。 单 炉 、单 系 列 产 能 高 ，普 遍 在 年 产
收 稿 日 期 ：２０１４－０３－２０ 作者简介：吴继烈（１９４５－），男，安徽人，高级工程师 ．
２０１４ 年 第 ６ 期 有 色 金 属 （冶 炼 部 分 ）（ｈｔｔｐ：??ｙｓｙｌ．ｂｇｒｉｍｍ．ｃｎ）
Ｃｕ～９９％ ，Ｓ＜０．３％ ，Ｏ ０．１％ ～０．８％
Ｃｕ～９９％ ，Ｓ ０．２％ ～０．４％ ，Ｏ＜０．１％
ＳＯ２ 体积浓度８％～１５％
ＳＯ２ 体积浓度３５％～４０％
含 铜 ４％ ～８％ ，铸 渣 缓 冷 后 浮 选 回 收 铜
含 铜 ～２０％ ，水 淬 后 返 闪 速 熔 炼 系 统
现场环境
低空污染严重
由于环保要求 及 铜 产 能 扩 张 的 需 求，双 闪 炼 铜 工艺成为４０万ｔ级 （及 以 上）产 能 炼 铜 项 目 的 首 选 工艺。所谓双闪炼铜工艺即用２台闪速炉分别熔炼 铜精矿及吹炼冰铜。铜精矿闪速熔炼工艺已十分成 熟，全世界有 约 ４５％ 的 粗 铜 是 经 此 工 艺 生 产 的；而 冰铜吹炼工艺 仍 为 ＰＳ 转 炉 工 艺 （以 下 简 称 ＰＳＣＦ） 所统领，冰铜闪 速 吹 炼 工 艺 （以 下 简 称 ＦＣＦ）仅 有 ４ 家 炼 铜 厂 采 用 ，其 中 有 ３ 家 都 在 中 国 ，即 山 东 祥 光 铜 业有限公司（以下 简 称 祥 光 铜 业）、铜 陵 有 色 集 团 股 份有限公司金冠铜 业 分 公 司 （以 下 简 称 金 冠 铜 业）、 广西金川有色金属有限公司。这３家大型炼铜企业 分别于 ２００７ 年、２０１３ 年、２０１４ 年 投 产。 本 文 将 对 ＦＣＦ、ＰＳＣＦ 两种冰铜吹 炼 工 艺 进 行 对 比 分 析，对 已 经正常稳定生产的祥光铜业、金冠铜业 ＦＣＦ 工艺进 行评述。
反应塔：主要是 硫 化 物 的 氧 化 反 应 ，生 成 Ｃｕ、ＳＯ２、 Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＺｎＯ、ＰｂＯ 等。 沉淀池：Ｃｕ２Ｓ 继 续 与 Ｃｕ２Ｏ、Ｆｅ２Ｏ３ 发 生 造 铜 反 应 ， 生成 Ｃｕ、ＳＯ２；Ｆｅ２Ｏ３ 与 ＣａＯ、ＳｉＯ２ 发 生 造 渣 反 应 ， 生 成 ＣａＦｅ２Ｏ４、Ｃａ２ＳｉＯ４、Ｆｅ２ＳｉＯ４。
ＣａＯ 系渣：加入 ＣａＯ（及少量 ＳｉＯ２）生成 ＣａＯ－Ｃｕ２Ｏ－
熔渣
Ｆｅ３Ｏ４ 熔 渣
４５％ ～５８％
６９％ ～７１％
经水淬、磨细、干燥的冰铜粉，粒度 要 求［２］：－０．０５４
熔融态冰铜（１ ２００～１ ２５０ ℃）
ｍｍ＞７０％；－０．０７４ ｍｍ ＞９０％；０．０７４～０．１０５
ｍｍ＜１０％