文章推薦 | 周俊. 銅冶煉工藝技術(shù)的進(jìn)展與我國銅冶煉廠的技術(shù)升級

【摘  要】

20世紀(jì)70年代以來世界銅冶煉工藝技術(shù)發(fā)展很快，出現(xiàn)了很多新工藝并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)；20世紀(jì)90年代開始我國老的銅冶煉廠均先后進(jìn)行了技術(shù)升級改造，進(jìn)入21世紀(jì)后又建設(shè)了很多新的銅冶煉廠，均采用先進(jìn)冶煉工藝；2008年以后國內(nèi)自主開發(fā)的銅冶煉新工藝得到迅速推廣應(yīng)用。綜述了世界銅精礦熔煉和銅锍吹煉的技術(shù)進(jìn)展，回顧了我國銅冶煉廠技術(shù)升級的歷程，總結(jié)了我國銅冶煉廠冶煉工藝選擇的經(jīng)驗(yàn)，對我國銅冶煉項(xiàng)目的冶煉工藝選擇提出了建議。

【關(guān)鍵詞】

銅冶煉工藝；熔煉；吹煉；閃速熔煉；熔池熔煉；連續(xù)吹煉；技術(shù)改造

【思維導(dǎo)圖】

從硫化銅精礦生產(chǎn)金屬銅（粗銅）一般需要經(jīng)過熔煉和吹煉兩個(gè)工序。反射爐、鼓風(fēng)爐、電爐等傳統(tǒng)熔煉工藝的熔煉強(qiáng)度和生產(chǎn)能力低、能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重，難以適應(yīng)市場競爭和環(huán)保的要求；20世紀(jì)初開始應(yīng)用的PS轉(zhuǎn)爐工藝一直是銅锍吹煉的主導(dǎo)工藝，但其周期性作業(yè)的特點(diǎn)造成SO₂低空污染難以控制。因此，20世紀(jì)70年代以后，以富氧熔煉為特征的現(xiàn)代強(qiáng)化熔煉工藝紛紛實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，包括閃速熔煉和熔池熔煉工藝，逐步替代了傳統(tǒng)熔煉工藝；冶金工作者一直致力于開發(fā)應(yīng)用新的連續(xù)吹煉工藝替代PS轉(zhuǎn)爐工藝，20世紀(jì)90年代以后，連續(xù)吹煉工藝的工業(yè)化應(yīng)用有了突破性進(jìn)展。

20世紀(jì)90年代以前，除了貴溪冶煉廠從日本全套引進(jìn)的閃速熔煉工藝外，我國銅冶煉廠的熔煉工藝都是落后的傳統(tǒng)熔煉工藝，生產(chǎn)規(guī)模小，能耗是國際先進(jìn)冶煉工藝的幾倍（1989年粗銅能耗達(dá)到1.1 t標(biāo)煤），硫的捕集率普遍不到60%，環(huán)境污染嚴(yán)重。1988年全國有粗銅冶煉廠12個(gè)，粗銅總產(chǎn)能36.8萬 t，其中7個(gè)重點(diǎn)粗銅冶煉廠的產(chǎn)能占全國的90%以上，包括貴溪冶煉廠、沈陽冶煉廠、中條山有色、銅陵有色、云南冶煉廠、大冶有色、白銀有色。 在2005年山東陽谷祥光銅業(yè)有限公司引進(jìn)閃速吹煉工藝之前，我國的銅锍吹煉工藝以PS轉(zhuǎn)爐為主，還有很多落后的反射爐吹煉工藝（連吹爐），而PS轉(zhuǎn)爐大都是100 t以下的小轉(zhuǎn)爐，機(jī)械化、自動(dòng)化程度低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)方式落后，環(huán)保設(shè)施不全，低空污染嚴(yán)重。

1985年12月貴溪冶煉廠的投產(chǎn)標(biāo)志著我國銅冶煉工藝技術(shù)升級的開始，20世紀(jì)90年代開始各銅冶煉廠先后進(jìn)行了技術(shù)改造，用現(xiàn)代強(qiáng)化熔煉工藝替代傳統(tǒng)熔煉工藝，部分冶煉廠采用連續(xù)吹煉工藝替代PS轉(zhuǎn)爐工藝。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國精煉銅消費(fèi)量逐年大幅增長，進(jìn)入21世紀(jì)后建設(shè)了很多新的銅冶煉廠，均采用先進(jìn)的強(qiáng)化冶煉工藝。近幾年國內(nèi)自主研發(fā)的先進(jìn)熔池熔煉工藝和連續(xù)吹煉工藝也投入了工業(yè)生產(chǎn)。我國銅冶煉工藝技術(shù)升級走過了從引進(jìn)技術(shù)到消化吸收再創(chuàng)新，再到國內(nèi)自主研發(fā)應(yīng)用先進(jìn)冶煉工藝的歷程，使我國的銅冶煉技術(shù)整體上達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

鑒于傳統(tǒng)熔煉工藝存在的諸多問題，20世紀(jì)70年代開始世界各地紛紛開發(fā)應(yīng)用新的現(xiàn)代強(qiáng)化熔煉工藝取代傳統(tǒng)熔煉工藝，強(qiáng)化熔煉工藝應(yīng)用最多的是奧托昆普閃速熔煉，目前占世界礦銅產(chǎn)量的50%左右，其次為TSL熔煉（艾薩/奧斯麥特）、三菱熔煉；氧氣底吹熔煉是完全由我國自主開發(fā)的強(qiáng)化熔煉工藝，富氧雙側(cè)吹熔煉是在瓦紐科夫熔煉的基礎(chǔ)上由我國自主開發(fā)的新工藝，這兩個(gè)新工藝2008年投入工業(yè)應(yīng)用以來發(fā)展迅速，技術(shù)逐漸成熟；白銀熔煉1980年投產(chǎn)后，發(fā)展緩慢，直到2005年后在提高富氧濃度和產(chǎn)能、提高爐壽命等方面開展了一些研發(fā)工作，年產(chǎn)能逐步提高到20萬t礦銅；特尼恩特熔煉、諾蘭達(dá)熔煉由于送風(fēng)氧濃低、爐壽命短、硫捕集率低等原因，已屬淘汰工藝；因柯閃速熔煉、Contop熔煉、瓦紐科夫熔煉、傾動(dòng)連續(xù)熔煉等，工藝技術(shù)沒有太大的發(fā)展，沒有得到推廣應(yīng)用。目前國內(nèi)應(yīng)用的國外技術(shù)主要是奧托昆普閃速熔煉和TSL熔煉，尚沒有一套三菱熔煉系統(tǒng)。

1.1.1 奧托昆普閃速熔煉工藝技術(shù)的進(jìn)展

●高濃度富氧熔煉，單爐產(chǎn)能高。采用常溫高濃度富氧熔煉，富氧濃度可以達(dá)到80%以上，甚至超過90%，單爐生產(chǎn)能力大幅提高，我國已有幾套閃速熔煉系統(tǒng)初始設(shè)計(jì)年產(chǎn)能超過40萬t礦銅。世界各地大部分閃速冶煉廠都進(jìn)行了擴(kuò)產(chǎn)改造，同一臺閃速爐的生產(chǎn)能力可以提高到原設(shè)計(jì)能力的3倍以上；閃速爐對原料的適應(yīng)性發(fā)生了根本性的變化，能夠處理各種品質(zhì)的硫化銅、氧化銅精礦和銅锍等，產(chǎn)出任意品位的銅锍甚至是粗銅；燃料消耗顯著降低，多數(shù)閃速爐都可以在自熱狀態(tài)下運(yùn)行，單位生產(chǎn)成本大幅降低；煙氣量大大降低，排煙和制酸的工程建設(shè)投資和運(yùn)行成本明顯降低。

●硫化銅精礦一步煉銅。奧托昆普閃速熔煉工藝是目前唯一工業(yè)化的硫化銅精礦一步煉銅工藝，已設(shè)計(jì)6臺，投產(chǎn)5臺，目前有4臺在生產(chǎn)。

芒特艾薩冶煉廠1998年將冰銅品位提高到62%，2000年單臺艾薩爐年處理銅精礦達(dá)到100萬t；2002年將富氧濃度提高到60%以上。2005年投產(chǎn)的印度Sterlite冶煉廠精礦處理能力達(dá)到130萬t，2007年投產(chǎn)的秘魯南方銅業(yè)伊洛（Ilo）冶煉廠的精礦處理能力達(dá)到120萬t。艾薩爐爐體沒有水冷元件冷卻，通過爐體溫度的監(jiān)測控制和操作溫度、爐渣渣型的穩(wěn)定，爐壽命可以達(dá)到3年以上。芒特艾薩廠的噴槍壽命一般3~4周，最長可以達(dá)到6~7周。

中國是應(yīng)用TSL工藝最多的國家，奧斯麥特熔煉、奧斯麥特吹煉、奧斯麥特C3吹煉工藝的首次工業(yè)應(yīng)用都在中國。云南銅業(yè)第一爐期穩(wěn)定運(yùn)行了28個(gè)月；對引進(jìn)噴槍進(jìn)行消化吸收和技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了噴槍的國產(chǎn)化，噴槍壽命平均8.2 d；艾薩爐的作業(yè)率2006年達(dá)到94.1%，煙塵率1.37%，粗銅能耗0.493 kgce/t，全硫利用率96.34%，粗銅生產(chǎn)能力達(dá)到25萬t，渣含銅0.71%。2010年投產(chǎn)的大冶冶煉廠奧斯麥特爐設(shè)計(jì)能力達(dá)到年處理120萬t銅精礦。2009年由我國兩家礦業(yè)公司在贊比亞建設(shè)投產(chǎn)的謙比希艾薩熔煉工藝，設(shè)計(jì)年產(chǎn)15萬t粗銅，進(jìn)行了集成化創(chuàng)新和全面的設(shè)備國產(chǎn)化，自主開發(fā)了“艾薩爐煙道粘結(jié)燃燒控制技術(shù)”、“艾薩爐分層排放技術(shù)”，投產(chǎn)3個(gè)月后就達(dá)到了設(shè)計(jì)產(chǎn)能。

1974年3月投產(chǎn)的日本直島冶煉廠，1991年5月完成了技術(shù)改造，建成了年產(chǎn)銅20.4萬t的三菱冶煉系統(tǒng)替代原有的三菱系統(tǒng)。各三菱法冶煉廠均通過提高送風(fēng)氧濃以提高冶煉強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)冶煉系統(tǒng)的大幅擴(kuò)產(chǎn)：直島目前已達(dá)到27萬t礦銅生產(chǎn)能力；Kidd Creek冶煉廠原設(shè)計(jì)6萬t礦銅，1983年達(dá)到9萬t，1993年達(dá)到12.5萬t；溫山冶煉廠原設(shè)計(jì)16萬t礦銅，現(xiàn)已達(dá)到28萬t；印尼的Gresik冶煉廠原設(shè)計(jì)20萬t礦銅，現(xiàn)已達(dá)到30萬t，送風(fēng)氧濃已接近70%。

因?yàn)槿_爐子彼此用溜槽相連，人們曾一度擔(dān)心三臺爐子相互制約，工藝不便靈活控制，但實(shí)際上，由于檢測控制技術(shù)的進(jìn)步，三菱爐的給料量、溫度、噴槍的高度等關(guān)鍵操作條件均可以精確控制，生產(chǎn)操作穩(wěn)定且易于掌握。直島冶煉廠通過對噴槍和噴槍之間布料的改進(jìn)，熔煉爐的壽命達(dá)到了4年；通過控制Fe₃O₄掛渣，優(yōu)化側(cè)壁銅水套的配置，吹煉爐的壽命也達(dá)到了4年。目前直島、Gresik、溫山三菱爐的作業(yè)率均在94%~95%。熔煉爐渣含F(xiàn)e₃O₄很低，攪動(dòng)后的爐渣流入電爐中得到很好的澄清分離，渣含銅較低，在銅锍品位68%的條件下，棄渣含銅僅0.6%~0.7%。能充分利用過程反應(yīng)熱處理冷料，不斷降低能耗，直島冶煉廠85%的電解殘極加入C爐，大約70%以上的外購銅雜料在C爐處理，全部的廢水處理中和渣經(jīng)干燥后由C爐處理，約一半的水淬吹煉渣返回C爐處理。

過去幾十年，PS轉(zhuǎn)爐越來越大，最大已達(dá)直徑4.6 m、長19.7 m（美國San Manuel）；目前國內(nèi)PS轉(zhuǎn)爐直徑大都在4 m以上，最大4.6 m。大部分冶煉廠都采用了機(jī)械化捅風(fēng)眼機(jī)，采用吹煉終點(diǎn)的自動(dòng)監(jiān)測判斷技術(shù)(瑞典的Semtech)和吹煉過程的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，作業(yè)環(huán)境大大改善，勞動(dòng)強(qiáng)度降低。爐口和廠房集煙新技術(shù)的應(yīng)用，消除了逸散煙氣對環(huán)境的污染。操作技術(shù)也不斷進(jìn)步，高銅锍品位吹煉大大提高了生產(chǎn)效率，穩(wěn)定生產(chǎn)的銅锍品位一般都達(dá)到62%以上，最高67%；多數(shù)冶煉廠都采用富氧吹煉，最高氧濃29%；部分冶煉廠2H1B作業(yè)方式的送風(fēng)時(shí)率穩(wěn)定地達(dá)到92%，煙氣接近于連續(xù)；3H2B作業(yè)方式大大提高了吹煉的作業(yè)效率，降低了投資和運(yùn)行成本；通過操作管理和耐火材料質(zhì)量的改善，風(fēng)眼區(qū)壽命已經(jīng)超過350爐。根據(jù)吹煉的熱平衡調(diào)整銅锍品位、富氧濃度等，大量處理中間含銅物料（電解殘極、包殼、煙塵、銅泥、精煉渣等）和外購低品質(zhì)粗銅、雜銅、電子廢料等，充分利用了熔體顯熱和過程反應(yīng)熱。

盡管PS轉(zhuǎn)爐吹煉工藝仍有一定的優(yōu)勢，目前及在可預(yù)見的將來仍然是銅锍吹煉的主導(dǎo)工藝，但是由于其周期性作業(yè)和熔體在爐子之間用包子和行車的倒運(yùn)，造成SO₂煙氣低空逸散收集困難、煙氣量大SO₂濃度低且波動(dòng)大、制酸系統(tǒng)投資和運(yùn)行成本高等問題，人們一直在開發(fā)連續(xù)吹煉工藝替代PS轉(zhuǎn)爐吹煉。

連續(xù)吹煉工藝的特征是：吹煉爐連續(xù)進(jìn)料、連續(xù)排煙、工藝操作連續(xù)一致。為了控制粗銅含硫，連續(xù)吹煉工藝大多采用無銅锍的爐渣—粗銅兩相操作，因而爐渣的氧化程度高，渣含銅和Fe₃O₄高，爐渣需要返回熔煉爐處理。為了提高吹煉的銅直收率，同時(shí)降低吹煉渣量以降低熔煉爐負(fù)荷，提高熔煉爐產(chǎn)能，必須提高吹煉的入爐銅锍品位。過低的銅锍品位還會(huì)使吹煉爐過熱。因此，高銅锍品位是進(jìn)行連續(xù)吹煉的前提條件之一，一般要求銅锍品位為68%以上。

三菱連續(xù)吹煉是第一個(gè)工業(yè)化的連續(xù)吹煉工藝，由于解決了電解殘極等冷料的加入問題，能夠很好地控制吹煉熱平衡，入爐銅锍品位一般控制在68%，送風(fēng)氧濃可以達(dá)到40%。奧斯麥特吹煉，包括C3工藝，都是半連續(xù)吹煉，作業(yè)方式與PS轉(zhuǎn)爐相似。諾蘭達(dá)連續(xù)吹煉工藝吹煉的是諾蘭達(dá)爐產(chǎn)出的70%品位的液態(tài)和固態(tài)銅锍，連續(xù)地產(chǎn)出含硫很高的“半粗銅”，銅锍、半粗銅、粗銅、爐渣的輸送都是用行車和包子，連續(xù)送風(fēng)，氧濃30%左右，煙氣連續(xù)進(jìn)入酸廠制酸；半粗銅PS轉(zhuǎn)爐吹煉的煙氣則直接通過煙囪排放。風(fēng)眼區(qū)壽命為3個(gè)月左右，每300天左右需要整爐大修。

澳大利亞Port Kembla冶煉廠1998年開始進(jìn)行技術(shù)改造，用1臺回轉(zhuǎn)式保溫爐和1臺三菱吹煉爐（C爐）取代2臺PS轉(zhuǎn)爐。用諾蘭達(dá)爐生產(chǎn)銅锍，排入鋼包后用軌道車運(yùn)到保溫爐，以一定的流量將銅锍倒入C爐，粗銅由虹吸口排入回轉(zhuǎn)式陽極爐。這是第一個(gè)與三菱熔煉爐脫開的C爐，2000年初投產(chǎn)，遇到很多工藝問題，經(jīng)過18個(gè)月的試生產(chǎn)，到2001年9月作業(yè)率僅為65%，已停產(chǎn)。

美國肯尼科特公司1970年代末尋找取代PS轉(zhuǎn)爐的工藝，提出了“固體銅锍氧氣吹煉法”（SMOC法），與芬蘭奧托昆普公司一起，在閃速爐一步煉銅工藝的基礎(chǔ)上共同開發(fā)了閃速吹煉工藝，1995年7月在美國尤他冶煉廠首次投入工業(yè)生產(chǎn)，2005年引入中國。目前爐壽命已經(jīng)超過5年，一個(gè)爐期的銅锍處理量超過230萬t，粗銅產(chǎn)出量接近150萬t；吹煉爐作業(yè)率月度超過99%，年平均超過96%。采用“雙閃”工藝年產(chǎn)40萬t粗銅，陰極銅能耗200 kgce/t左右，制酸電耗不到70 kWh/t（不含HRS回收熱能），制酸能耗不到8 kgce/t，硫捕集率大于99.97%。經(jīng)過20多年的運(yùn)行和連續(xù)不斷的改進(jìn)，閃速吹煉工藝已十分成熟，環(huán)境指標(biāo)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、操作運(yùn)行等均優(yōu)于其它連續(xù)吹煉工藝。

我國銅冶煉廠的工藝技術(shù)升級到目前為止大致經(jīng)歷了3個(gè)階段：

第一階段：引進(jìn)國外先進(jìn)工藝技術(shù)對老冶煉廠進(jìn)行技術(shù)改造

老冶煉廠的技術(shù)改造始于銅陵有色第一冶煉廠，與日本住友金屬礦山合資，建設(shè)了金隆銅業(yè)10萬t閃速冶煉工程，于1997年4月投產(chǎn)。之后各主要銅冶煉廠均進(jìn)行了技術(shù)改造，以解決存在的環(huán)保和生產(chǎn)工藝落后、能耗和成本高的問題。

老冶煉廠的技術(shù)改造要求所選擇的冶煉工藝能充分利用已有設(shè)施以降低投資，工藝條件要適合各冶煉廠原料和燃料的實(shí)際，就地改造、不停產(chǎn)或少停產(chǎn)以減少生產(chǎn)損失；工藝要成熟可靠且易于掌握，技術(shù)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保指標(biāo)要先進(jìn)，機(jī)械化自動(dòng)化水平要高。由于有這些要求，各冶煉廠在新熔煉工藝的選擇上受到很大的制約，而且由于已有的設(shè)施設(shè)備與所選擇的新工藝能力不盡匹配，一邊生產(chǎn)一邊改造又使新工藝的配置空間受到限制，造成工廠總圖配置不盡合理，改造后遺留的問題較多，在國家環(huán)保日益嚴(yán)厲、市場成本競爭日益激烈的情況下，有些老冶煉廠又不得不再次進(jìn)行技術(shù)升級改造。

老冶煉廠的改造除了銅陵一冶外，所選擇的工藝都是熔池熔煉，2008年之前改造的老冶煉廠除大冶用諾蘭達(dá)工藝外，其它都選擇了TSL工藝，而大冶2010年最終還是停運(yùn)了諾蘭達(dá)工藝，又選擇了奧斯麥特工藝。選擇TSL工藝的主要原因是：爐體結(jié)構(gòu)簡單，占地小，便于配置，改造不影響生產(chǎn)，能有效利用已有的設(shè)施，對原料的適應(yīng)性強(qiáng)，預(yù)處理簡單，可以用廉價(jià)的煤做燃料。2008年以后改造的老冶煉廠大多選擇國內(nèi)開發(fā)的氧氣底吹和富氧雙側(cè)吹工藝。

TSL工藝的送風(fēng)氧濃受到噴槍壽命和爐壽命的限制，因而擴(kuò)產(chǎn)潛力很??；穩(wěn)定生產(chǎn)的銅锍品位一般低于60%，因而無法進(jìn)行連續(xù)吹煉，且作業(yè)率較低。選擇該工藝的冶煉廠大多面臨再改造的需要，用更先進(jìn)的工藝取代TSL工藝。銅陵一冶（金?。┻x擇的閃速熔煉工藝，同一臺閃速爐經(jīng)過多次擴(kuò)產(chǎn)改造，年生產(chǎn)能力已由原設(shè)計(jì)的10萬t礦銅提高到了35萬t，且目前的能耗、回收率、作業(yè)率、成本等指標(biāo)以及環(huán)保指標(biāo)都很有競爭力，這說明了閃速熔煉工藝能夠適應(yīng)不斷提高的市場競爭和環(huán)保要求，保持其工藝的先進(jìn)性，是技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)最小的熔煉工藝。

第二階段：采用國內(nèi)外先進(jìn)工藝技術(shù)新建冶煉廠

1985年投產(chǎn)的貴溪冶煉廠是國內(nèi)第一個(gè)采用國外先進(jìn)工藝新建的銅冶煉廠。隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速增長，老冶煉廠技術(shù)升級改造、擴(kuò)大產(chǎn)能已不能滿足銅消費(fèi)的需求，因此，自2007年8月陽谷祥光銅業(yè)投產(chǎn)后，國內(nèi)又相繼新建投產(chǎn)了很多銅冶煉廠，根據(jù)作者不完全統(tǒng)計(jì)，采用國外先進(jìn)工藝新建的銅冶煉廠總能力達(dá)到了280萬t礦銅（不含中原冶煉廠），采用國內(nèi)開發(fā)的新工藝，即氧氣底吹和富氧雙側(cè)吹工藝新建的銅冶煉廠總能力為203萬t（含中原冶煉廠）。目前國內(nèi)還有一些大的銅冶煉項(xiàng)目正在規(guī)劃或建設(shè)中，大多選擇了氧氣底吹或富氧雙側(cè)吹熔煉工藝，其產(chǎn)能比重還會(huì)進(jìn)一步提高。

第三階段：銅锍連續(xù)吹煉工藝的應(yīng)用

在熔煉工藝技術(shù)升級的同時(shí)，銅锍吹煉工藝技術(shù)也在升級，連續(xù)吹煉工藝的引進(jìn)、開發(fā)和應(yīng)用在我國取得了突破性的進(jìn)展。自陽谷祥光銅業(yè)在國內(nèi)首次應(yīng)用銅锍連續(xù)吹煉工藝并于2007年9月投產(chǎn)以來，國內(nèi)又先后建設(shè)投產(chǎn)了4臺閃速吹煉爐。與此同時(shí)，國內(nèi)自主開發(fā)的連續(xù)吹煉工藝也實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，第一臺氧氣底吹連續(xù)吹煉爐于2014年3月在河南豫光金鉛集團(tuán)投產(chǎn)，第一臺多槍頂吹連續(xù)吹煉爐2014年10月在赤峰云銅投產(chǎn)。目前已投產(chǎn)及2019年即將投產(chǎn)的連續(xù)吹煉銅冶煉廠設(shè)計(jì)產(chǎn)能達(dá)到了360萬t，占統(tǒng)計(jì)的銅冶煉廠礦銅產(chǎn)能的47.2%，使我國成為世界上連續(xù)吹煉工藝產(chǎn)能比重最大的國家。隨著連續(xù)吹煉工藝技術(shù)的不斷完善以及國家環(huán)?？刂频母訃?yán)厲，將有更多的新建項(xiàng)目或老廠改造項(xiàng)目選擇連續(xù)吹煉工藝，其產(chǎn)能比重將進(jìn)一步提高。毫無疑問，我國的銅锍吹煉技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入世界最先進(jìn)的技術(shù)行列。在連續(xù)吹煉總產(chǎn)能中，閃速吹煉為190萬t，占52.8%，氧氣底吹和多槍頂吹各80萬t，各占22.2%。目前閃速吹煉單爐年產(chǎn)能多為40萬t粗銅，實(shí)際產(chǎn)能還可以進(jìn)一步提高；底吹吹煉單爐最大產(chǎn)能為10萬t（不含東營方圓），多槍頂吹單爐最大產(chǎn)能為15萬t，單爐產(chǎn)能30萬t的廣西南國銅業(yè)即將投產(chǎn)。

從20世紀(jì)90年代老冶煉廠改造開始，冶煉工藝的選擇一直是熱門話題，國內(nèi)銅冶煉業(yè)界對選擇閃速熔煉還是熔池熔煉，一直爭議很大，但時(shí)至今日，老冶煉廠均已完成了技術(shù)升級改造，又新建了很多銅冶煉廠，因此在冶煉工藝選擇上我們已經(jīng)有很多經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)可以總結(jié)借鑒。作者認(rèn)為，冶煉工藝的選擇應(yīng)該從項(xiàng)目的戰(zhàn)略定位出發(fā)，綜合考慮設(shè)計(jì)規(guī)模、原料特性、建設(shè)條件（當(dāng)?shù)刈匀粭l件、人員素質(zhì)、能源價(jià)格等），重點(diǎn)比較工藝的成熟可靠性（運(yùn)行業(yè)績，達(dá)產(chǎn)速度，成本效益）、技術(shù)先進(jìn)性（安全、環(huán)保、能耗、成本、自動(dòng)化程度與勞動(dòng)強(qiáng)度、職業(yè)衛(wèi)生、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)）、生產(chǎn)能力和擴(kuò)產(chǎn)潛力、工藝的靈活性（原料、燃料、操作、單爐產(chǎn)能等），選擇最適合的工藝。

20世紀(jì)90年代我國銅冶煉廠技術(shù)改造在選擇熔煉工藝時(shí)，大多認(rèn)為閃速熔煉不能利用已有設(shè)施，投資高，生產(chǎn)成本高，對原料的適應(yīng)性差等，因而除銅陵一冶外，均選擇了熔池熔煉工藝。2008年之前可供選擇的熔池熔煉工藝包括三菱法、TSL熔煉、瓦紐科夫法、諾蘭達(dá)熔煉、特尼恩特熔煉、白銀法、水口山法。三菱連續(xù)熔煉雖然有較好的工藝性能，但日本三菱公司對技術(shù)推廣應(yīng)用的興致不高，國內(nèi)冶煉廠對三菱工藝的了解很有限；20世紀(jì)90年代國內(nèi)有很多代表團(tuán)考察了瓦紐科夫法，但該法當(dāng)時(shí)在蘇聯(lián)運(yùn)行狀況不佳；特尼恩特熔煉的精礦需要深度干燥，流程長，富氧濃度低，硫捕集率不到90%；水口山法沒有工業(yè)實(shí)踐，白銀法沒有大規(guī)模的生產(chǎn)實(shí)踐，產(chǎn)能低，指標(biāo)有待進(jìn)一步改善，因而沒有冶煉廠選擇這些工藝。根據(jù)當(dāng)時(shí)的技術(shù)發(fā)展水平，2008年之前大冶選擇了諾蘭達(dá)熔煉，其他冶煉廠均選擇了TSL熔煉進(jìn)行技術(shù)升級改造。

TSL熔煉工藝送風(fēng)氧濃目前最高為62%，穩(wěn)定生產(chǎn)的最高銅锍品位為62%，一般低于60%；熔煉產(chǎn)出的爐渣—銅锍熔體需要澄清爐，采用回轉(zhuǎn)式澄清爐，渣含銅高（芒特艾薩廠達(dá)2%~3%），采用電爐澄清，電耗高，渣含銅較高，達(dá)到0.8%以上。因此，2008年以后國內(nèi)出現(xiàn)了氧氣底吹和富氧雙側(cè)吹熔煉以后，TSL工藝的優(yōu)勢已經(jīng)不明顯，有被更先進(jìn)工藝取代的趨勢。

奧托昆普閃速熔煉工藝雖然工業(yè)應(yīng)用已經(jīng)70年，但由于該技術(shù)適應(yīng)時(shí)代的要求不斷地創(chuàng)新發(fā)展，目前仍然是成熟的先進(jìn)可靠的技術(shù)。閃速熔煉的自動(dòng)化程度高，環(huán)保易控制；單套系統(tǒng)產(chǎn)能大，后續(xù)擴(kuò)產(chǎn)的潛力大，高產(chǎn)能下的單位投資、單位能耗、運(yùn)行成本低，規(guī)模效益明顯；煙氣量小，含水低，設(shè)備腐蝕小，煙氣SO₂濃度高，制酸成本低；爐壽命長，系統(tǒng)作業(yè)率高。這些優(yōu)勢使其特別適合產(chǎn)能大（大于30萬t）、以進(jìn)口原料為主的項(xiàng)目。目前，閃速熔煉的關(guān)鍵設(shè)備，如精礦噴嘴、干礦計(jì)量裝入系統(tǒng)、冷卻元件、精礦干燥機(jī)、余熱鍋爐等技術(shù)全部國產(chǎn)化，中原冶煉廠的閃速吹煉系統(tǒng)、東南銅業(yè)的“雙閃”項(xiàng)目已完全依托于國內(nèi)技術(shù)設(shè)計(jì)、建設(shè)，完全擺脫了對國外技術(shù)的依賴。因此，閃速熔煉工藝仍然值得國內(nèi)新建銅冶煉廠或老廠改造項(xiàng)目選擇，技術(shù)經(jīng)濟(jì)的風(fēng)險(xiǎn)小。

富氧雙側(cè)吹熔煉工藝起源于瓦紐科夫熔煉工藝，工藝原理相同，爐型相似。高濃度富氧空氣通過風(fēng)口吹入爐渣層形成泡沫層，銅精礦加入該泡沫層發(fā)生氣—固—液三相反應(yīng)，強(qiáng)烈的攪拌強(qiáng)化了過程的傳熱傳質(zhì)，送風(fēng)氧濃可以高至90%，熔煉強(qiáng)度高，單位生產(chǎn)能力大；加入的銅精礦對爐渣進(jìn)行還原、硫化、洗滌，爐渣含銅和Fe₃O₄低，操作上可以控制很高的爐渣Fe/SiO₂（可至2以上）；煙塵率不到2%，作業(yè)率超過99%；該工藝對原料的適應(yīng)性強(qiáng)，不需要預(yù)處理直接入爐，可以處理復(fù)雜原料，可以使用焦粉或碎煤做燃料；銅锍品位可以達(dá)到75%，因而能夠很好地與任何連續(xù)吹煉工藝相匹配運(yùn)行。由于銅精礦用皮帶直接入爐，沒有TSL爐的噴槍，爐體小，因而熔煉廠房結(jié)構(gòu)簡單，僅為TSL廠房的一半高度，投資低；工藝成熟，有幾家冶煉廠投產(chǎn)后一周內(nèi)即可達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能，且能穩(wěn)定運(yùn)行。雖然目前最大年產(chǎn)能僅有15萬t粗銅，30萬t的熔煉爐尚未投產(chǎn)，但從冶金爐結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有熔煉爐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)看，30萬t以上產(chǎn)能的熔煉爐運(yùn)行不應(yīng)該存在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

氧氣底吹熔煉工藝是完全由國內(nèi)自主開發(fā)應(yīng)用的新工藝，由于富氧空氣從底部送入，通過銅锍層傳遞來氧化銅精礦完成熔煉過程，理論的渣含F(xiàn)e₃O₄低，熔煉強(qiáng)度大；由于爐體沒有水冷，操作上控制較低的熔體溫度（爐渣溫度不到1200 ℃），熱效率高，能耗低，爐壽命可達(dá)3年，噴槍壽命可達(dá)半年；原料適應(yīng)性強(qiáng)，不需要預(yù)處理，可處理復(fù)雜原料。目前最大產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到年處理150萬t銅精礦，穩(wěn)定運(yùn)行的銅锍品位可以達(dá)到70%以上，因而可以與連續(xù)吹煉工藝匹配運(yùn)行。氧氣底吹工藝工業(yè)生產(chǎn)時(shí)間雖不長，但已比較成熟，新投產(chǎn)的熔煉爐在很短的時(shí)間內(nèi)即可在設(shè)計(jì)投料量下穩(wěn)定運(yùn)行，因此在世界銅冶煉行業(yè)受到很大的關(guān)注。雖然該工藝還存在送風(fēng)壓力高、爐口漏風(fēng)大、加料口粘結(jié)、渣含銅高、擴(kuò)產(chǎn)潛力受限等不足，對于新建和改造的、設(shè)計(jì)能力不超過30萬t的冶煉廠，氧氣底吹工藝是一個(gè)很好的選擇。

由于三菱熔煉的特點(diǎn)，熔煉過程在銅锍相中完成，因而在銅锍品位很高的條件下，渣含銅和Fe₃O₄低，煙塵率低；由于無包子和行車，逸散煙氣少，煙氣SO₂濃度高，硫捕集率高；單套系統(tǒng)生產(chǎn)能力達(dá)到30萬t，有一定的規(guī)模效益；熔煉和吹煉的富氧濃度較高，煙氣連續(xù)，制酸成本低；中間物料能回爐處理，熱利用率高；工藝控制簡單；車間配置緊湊，占地小。雖然三菱熔煉還存在噴槍系統(tǒng)復(fù)雜、送風(fēng)壓力高、粗銅含硫高、熔體溜槽長（有熱、氣逸散）等問題，但是三菱連續(xù)煉銅工藝從工藝性能、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)保、操作控制等方面都有較大的優(yōu)勢，對于新建冶煉廠如果有三菱公司的技術(shù)支持，三菱工藝是不錯(cuò)的選擇。

PS轉(zhuǎn)爐工藝成熟可靠，設(shè)備和操作簡單，自熱吹煉，能夠利用剩余熱量處理工廠的含銅中間物料（粗銅殼、殘陽極、煙塵、冷冰銅等），還能處理外購的冷雜銅，生產(chǎn)成本低，除雜能力強(qiáng)，粗銅質(zhì)量好，工藝控制靈活。對于外購粗銅、銅锍及其它含銅物料供應(yīng)充足的項(xiàng)目，選擇PS轉(zhuǎn)爐工藝仍然有其合理性。但是，由于PS轉(zhuǎn)爐低空逸散煙氣收集處理困難，采用連續(xù)吹煉工藝取代PS轉(zhuǎn)爐工藝是銅锍吹煉工藝的發(fā)展趨勢。

奧斯麥特熔煉—奧斯麥特吹煉工藝，無論是侯馬冶煉廠的熔體銅锍吹煉，還是云錫公司的固體銅锍吹煉，由于其都是按爐次周期性地進(jìn)行進(jìn)料造渣、氧化造銅、放銅排渣作業(yè)，加料不連續(xù)、吹煉作業(yè)不連續(xù)、煙氣不連續(xù)，因此都不能算是連續(xù)吹煉。吹煉的不同作業(yè)期煙氣量和SO₂濃度波動(dòng)大，SO₂濃度低，制酸困難，投資和運(yùn)行成本高；需要加煤補(bǔ)充熱量，能耗高；由于熔煉爐提供的銅锍品位低（小于60%），渣含銅高（16%~18%）、渣量大，因而直收率低（80%左右），因過熱而不能采用富氧或高濃度富氧吹煉，生產(chǎn)能力低；噴槍壽命短，作業(yè)率低。與PS轉(zhuǎn)爐工藝相比，僅是取消了銅锍用包子和行車輸送，但工藝控制更復(fù)雜，因此用奧斯麥特吹煉取代PS轉(zhuǎn)爐吹煉很難說是一個(gè)工藝技術(shù)的進(jìn)步。

氧氣底吹吹煉工業(yè)應(yīng)用的時(shí)間還很短，生產(chǎn)能力目前最大為10萬t粗銅（東營方圓的兩步煉銅除外），存在氧槍壽命短、更換氧槍困難、作業(yè)率低、冷料加入困難、送風(fēng)氧濃低、粗銅含硫高等問題，氧氣底吹吹煉工藝尚需不斷完善。

多槍頂吹吹煉爐源于三菱C爐，其工藝原理、爐渣渣型與三菱C爐相同，爐型結(jié)構(gòu)相似。三菱吹煉的銅锍品位為68%，送風(fēng)氧濃為32%~40%。而多槍頂吹吹煉的銅锍品位為75%，對熔煉爐操作控制要求更高，需要特別防止熔煉作業(yè)出現(xiàn)泡沫渣事故。由于冷料加入困難，僅能處理電解殘極，因而吹煉的熱平衡受限，送風(fēng)氧濃難以提高，目前僅為27%。由于國內(nèi)已有多槍頂吹連續(xù)吹煉成熟的操作經(jīng)驗(yàn)，三菱C爐已有40多年的運(yùn)行業(yè)績，目前的最大產(chǎn)能已達(dá)30萬t粗銅，因此，多槍頂吹連續(xù)吹煉工藝經(jīng)過后續(xù)的不斷完善，是很有前景的連續(xù)吹煉工藝。

閃速吹煉工藝是在閃速爐一步煉銅工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)應(yīng)用的連續(xù)吹煉工藝，連續(xù)加料、連續(xù)送風(fēng)、連續(xù)排煙。從1995年首次工業(yè)應(yīng)用以來，特別是在中國幾個(gè)大型冶煉廠的應(yīng)用，通過工藝、設(shè)備的不斷改進(jìn)，該工藝已經(jīng)非常成熟可靠。閃速吹煉采用固體銅锍高濃度富氧吹煉，煙氣量小，煙氣連續(xù)穩(wěn)定，SO₂濃度高，為煙氣制酸創(chuàng)造了很好的條件，制酸的電耗和單位能耗是其他連續(xù)吹煉工藝無法比擬的；固體銅锍吹煉可以將熔煉和吹煉在時(shí)間和空間上分開，不再相互制約，為高作業(yè)率創(chuàng)造了條件，可以與任何能夠生產(chǎn)高品位銅锍的熔煉工藝相匹配生產(chǎn)，如氧氣底吹、富氧雙側(cè)吹等；爐體密閉性好，環(huán)保條件好，“雙閃”工藝硫的捕集率超過99.9%；閃速吹煉爐的單爐產(chǎn)能大，目前年生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到45萬t粗銅，還有進(jìn)一步提高的潛力，特別適合大規(guī)模生產(chǎn)。對于30萬t以上產(chǎn)能的冶煉廠，采用閃速吹煉工藝的單位投資和單位成本低，具有一定的投資和成本優(yōu)勢。

隨著銅冶煉工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步和我國銅消費(fèi)量的增長，我國銅冶煉廠完成了冶煉工藝技術(shù)的升級，銅精礦熔煉和銅锍吹煉工藝技術(shù)均達(dá)到了世界先進(jìn)水平。進(jìn)入21世紀(jì)后，我國銅冶煉廠對國外引進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了再創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了核心工藝和設(shè)備技術(shù)的國產(chǎn)化，基本擺脫了對國外技術(shù)的依賴；國內(nèi)自主開發(fā)的銅冶煉工藝技術(shù)廣泛應(yīng)用，產(chǎn)能比重上升很快，并有望在短期內(nèi)超過國外引進(jìn)技術(shù)的產(chǎn)能比重；我國銅锍連續(xù)吹煉工藝的產(chǎn)能比重已接近一半，并還在進(jìn)一步提高。目前我國在運(yùn)行的銅精礦熔煉工藝有閃速熔煉、氧氣底吹熔煉、富氧雙側(cè)吹熔煉、白銀法熔煉、TSL熔煉，在運(yùn)行的銅锍吹煉工藝有PS轉(zhuǎn)爐吹煉、閃速吹煉、氧氣底吹吹煉、多槍頂吹吹煉工藝。在這些工藝中，閃速熔煉、氧氣底吹、富氧雙側(cè)吹熔煉和連續(xù)吹煉工藝將成為新的銅冶煉項(xiàng)目的優(yōu)先選擇工藝，而隨著這些工藝在我國的應(yīng)用和工藝技術(shù)水平的不斷提高，我國銅冶煉廠必將引領(lǐng)世界銅冶煉工藝技術(shù)的進(jìn)步。

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