淺析銅冶煉技術的創新

摘要:隨著世界銅冶煉工業的迅速發展，我國銅冶煉技術的研究技術也不斷發展和創新。本文主要概述了銅冶煉技術的發展和進步，總結了銅熔煉、吹煉、火法精煉和電解精煉等技術方面的進展。為推動我國銅冶煉技術的進一步發展提供一定參考。

????中國發現和使用銅的歷史年代久遠，至今銅在電力、電子和機械等工業建設中發揮了巨大作用。目前我國的精煉銅產量已經從20世紀80年代的100多萬噸逐漸提升，但是銅消費需求在一定程度上還是依賴進口資源。這是由于我國銅工業存在的工藝落后、高污染和高能耗等問題制約了其發展困。目前，世界上原生銅產量中80%用火法冶煉生產，約20%用濕法冶煉生產，火法煉銅用于處理硫化銅礦的各種銅精礦、廢雜銅，濕法煉銅通常用于處理氧化銅礦、低品位廢礦、坑內殘礦和難選復合礦等。火法煉銅仍然是主要的煉銅方法，并占據了主導地位，這是由于火法煉銅工藝具有以下幾個特點:第一、其能將硫化精礦作為燃料，于高溫條件下反應效率較高;第二、依據工藝的化學平衡反應來看，其是一個動態的平衡，能通過條件反應溫度控制反應過程;第三、產能高，能適合大規模工業生產需求，而且回收和富集貴金屬的效果好;第四、銅餾或粗銅與熔煉渣或吹煉渣易分離，不會對環境造成二次污染。近幾十年來，隨著世界工業技術的迅速發展，銅冶煉技術也不斷進步，特別是銅的熔煉階段。

本文主要通過介紹銅冶煉過程中的熔煉、吹煉、火法精煉和電解精煉等關鍵階段，介紹了國內外的銅冶煉技術的主要進展。期望在我國銅冶煉工業在面對全球化的競爭中，通過研發合適自己的冶煉技術，在降低工業成本的基礎上不斷提升銅的產量和質量，增強我國的綜合國力。

1銅冶煉技術的主要發展和進步

1.1銅熔煉技術

????熔煉是火法煉銅最重要的冶煉過程，傳統的熔煉工藝如鼓風爐、反射爐和電爐熔煉由于其生產能力低、能耗高、操作環境惡劣、煙氣不利于回收制酸、環保壓力巨大等缺點，已逐漸被高效、節能和低污染的富氧強化熔煉所取代。富氧強化熔煉運用富氧技術，強化熔煉過程，充分利用精礦氧化反應熱量，在自熱或接近自熱的條件下進行熔煉，產出高濃度的二氧化硫煙氣以便有效地回收硫，制造硫酸或其他硫產品，減少對環境的污染，節約能源，獲取良好的經濟效益。富氧強化熔煉總體可歸為兩大類:一是閃速熔煉，如奧托昆普(outokumpu )、因科(INCO)等;另一類是熔池熔煉，包括諾蘭達法、特尼恩特法、艾薩法、澳斯麥特法、三菱法等。其中，熔池熔煉爐按鼓風部位或風口型式的不同，可劃分為浸沒頂吹式、浸沒側吹式、底吹式等。

????（1）閃速熔煉技術。閃速熔煉是將經過深度脫水(含水小于0. 3%的粉狀精礦，在噴嘴中與空氣或氧氣混合后，以高速度噴入高溫的反應塔內，在懸浮狀態下，短時間完成硫化物的分解、氧化和熔化等的過程，熔融硫化物和氧化物的混合熔體落下到反應塔底部的沉淀池中，匯集后繼續完成梳與爐渣的最終形成，并進行沉清分離。爐渣在單獨的貧化爐或閃速爐內貧化處理后再棄去。閃速熔煉克服了傳統方法未能充分利用粉狀精礦的巨大表面積，將焙燒和熔煉分階段進行的缺點，爐料與氣體密切接觸，在懸浮狀態下與氣相進行傳熱和傳質，大大減少了能源消耗，提高了硫利用率，改善了環境。

????(2)浸沒頂吹熔池熔煉技術。浸沒頂吹熔煉工藝是熔池熔煉的一種工藝，是在熔池內將熔體護料汽體三相流體間造成的強烈攪拌與混合，大大強化熱能傳遞、質量傳遞和化學反應的速率，以便在燃料需求和生產能力方面產生較高的經濟效益。其噴槍是豎直浸沒在熔渣層內，噴槍結構較為特殊，具有爐子尺寸比較緊湊，整體設備簡單，工藝流程和操作不復雜，投資相對低等特點。對比閃速熔煉，原料不需經過特別處理，通過爐頂加料口加入爐內，爐料呈自由落體落到熔池面上，被氣流攪動卷起的熔體混合消融。浸沒頂吹熔煉的主要代表工藝為澳大利亞的澳斯麥特煉熔技術和艾薩熔煉技術。

????世界上首家采用澳斯麥特煉銅技術的工廠是某公司，其是在澳斯麥特煉熔煉爐和澳斯麥特煉吹煉爐兩爐之間，設置沉淀池對冰銅和渣進行分離，冰銅由溜槽進入吹煉爐。該工程在投產初期具有爐體晃動、耐火材料壽命、短渣含銅高等問題，但經過技術工藝的發展和改進，已經能穩定生產。艾薩熔煉與澳斯麥特熔煉原理基本相同，僅在噴槍和爐體機構上有部分差異，我國的云南銅業股份有限公司是世界上第三家采用艾薩熔煉技術的工廠。

(3)國內外其他銅熔煉技術。近十幾年來，國內外競爭加強，各銅工業工廠不斷開展新溶液工藝的開發，以尋找適合自己發展的工藝。除了閃速熔煉、浸沒頂吹熔池熔煉外，還有浸沒側吹熔煉工藝(諾蘭達爐、瓦紐科夫爐、白銀爐)、氧氣底吹熔煉等。我國也通過不斷改進相關工藝技術來提高銅冶煉技術，如山東東營方圓有色金屬公司同中國有色工程研究院共同研發的“氧氣底吹熔煉多金屬捕集技術”，內蒙古金峰銅業和山西恒曲華盛冶金公司合作研發的金峰冶煉爐，其通過采用雙側多風道側吹，反應迅速，減少了熔煉過程中局部過氧化現象，降低了渣銅含量，棄渣含銅平均值在0. 15% ?

1.2冰銅吹煉技術

????吹煉是火法煉銅的第二道工序，其主要作用是脫除鐵和硫，降低雜質，為煉制合格的、富集金銀等有價金屬的粗銅奠定基礎。

????(1)轉爐吹煉技術。所謂轉爐吹煉是指Peirce和Smith于吹煉爐中應用堿性耐火材料作為內襯，即我們所說的PS轉爐吹煉。目前，國內外吹煉的主要工藝還是PS轉爐技術，這是由于PS轉爐具有操作簡單、能處理廢統和殘陽極等難處理的材料等特點。我國的銅陵、云銅、大冶等大型銅冶煉工廠均有采用PS轉爐吹煉技術，相關的轉爐設備也在不斷擴大，同時由于PS轉爐存在間斷操作能引起煙氣量波動，爐口漏風等問題，不少工廠對PS轉爐技術都進行自我改進。如在轉爐采用高品位冰銅(63 %)的吹煉或富氧吹煉技術來強化吹煉過程，通過采用傘齒傳動減速機、加強水冷煙罩的密封性能等一系列設備和技術操作方面的改進。

(2)其他吹煉技術。隨著銅產量的不斷增加，轉爐設備逐漸大型化，且在轉爐操作和結構上進行了較大改動，但由于轉爐吹煉過程是間歇式的周期性作業，由此而引起的煙氣量波動大、爐口漏風、煙氣二氧化硫濃度低、不利于制酸、吊車頻繁作業、煙氣的低空污染等問題依然是轉爐吹煉函待解決的問題。針對以上問題，新的吹煉工藝和設備不斷地在研究和開發，相繼出現了三菱法吹煉、閃速吹煉、氧氣頂吹等其他吹煉技術，開始改變著傳統的P一轉爐的主導局面，高效連續化的梳吹煉新工藝將實現幾乎全部的硫的回收、無二氧化硫排放和低生產成本的目標。

1.3連續煉銅工藝

三菱法是由某公司發明的連續煉銅工藝，它成功的把熔煉、吹煉和爐渣貧化三臺爐子結合在一起，消除了分批作業、來回倒包，實現了生產全過程的連續、穩定、均衡運行。具有機械自動化程度高、設備配置緊湊、占地面積少、熱效率高、煙氣穩定、能耗低、生產環境好、利于管理及維修等優點。目前，印度尼西亞的Gresik和澳大利亞的Kembla港煉銅廠等都相繼采用該項技術。

2銅的火法精煉

經過PS轉爐、閃速吹煉爐等吹煉而成的粗銅，其不僅含有較高的硫、氧等，還存鉛、鋅、砷等少量能對陰極銅電解精煉工藝造成影響的有害元素。

2.1粗銅的火法精煉

傳統固定式精煉爐其主要依靠人工操作，存在勞動強度大、環保效果差、易跑銅、難控制等諸多缺陷，現已逐漸被機械化程度高、爐體密閉、易操作的回轉式陽極爐所替代。目前回轉式陽極爐的發展趨勢主要有以下兩點，一是同采用固體燃料和還原劑代替以重油或可燃氣體，二是通過引進大型的陽極爐和陽極板澆鑄機來增加粗銅精煉的效果。

2.2傾動爐用于雜銅的精煉

之前，我國雜銅精煉常用固定式反射爐，但由于其存在諸多缺點，后改用德國的Maerz公司開發的傾動式陽極爐，其主要解決了固定式反射爐精煉雜銅時渣量大的缺陷和重油還原產生黑煙污染的問題。該技術融合了固定式反射爐和回轉式陽極爐的特點，不僅能處理廢雜銅粗銅電解殘極等固體銅料，還有利于環境保護，因此目前國內外應用該技術的工廠較多。如國內貴冶等冶煉工廠均有采用。此外，我國也有一些銅冶煉工廠不斷開發新的吹煉技術，如山東祥光銅業自主研發了自氧化還原火法精煉銅的新工藝，不僅縮短了作業流程，還提高了生產效率。

3電解精煉

????隨著銅冶煉產能的不斷提升，對銅電解精煉的要求也越來越高，針對銅電解精煉技術的革新也在不斷發展和變化。目前，銅的電解精煉生產工藝主要可劃分為兩大類，一是傳統的電解工藝;另一類是永久不銹鋼陰極工藝。永久不銹鋼陰極工藝具有流程簡單，較傳統的電解工藝省去了始極片的制作過程;全自動化機組及吊車的投入，使其機械自動化程度高，勞動強度小，操作簡單;電流密度高、極距小、殘極率低;蒸汽含量低，比傳統的電解工藝低30% ~50%;產品穩定、質量好等特點。自2002年以來國內新建及在建的銅電解80%以上的產能均采用永久不銹鋼陰極法，可見