中低品位废杂铜冶炼工艺现状及发展趋势

李晓霞

(中国恩菲工程技术有限公司, 北京 100038)



中低品位废杂铜冶炼工艺现状及发展趋势

李晓霞

(中国恩菲工程技术有限公司, 北京 100038)

废杂铜由于其品位不同，冶炼工艺也不尽相同。本文着重介绍中低品位废杂铜的冶炼特点和国内外冶炼工艺现状，分析并阐述了中低品位废杂铜冶炼工艺的发展趋势。

废杂铜； 中低品位； 冶炼工艺； 趋势

0 概述

全球经济经过几十年甚至几个世纪的发展，产生了大量的废旧物品，其中也包含大量的铜废料。2013年全球废铜产量为331.23万t，其中中国废铜产量为192.12万t[1]。上世纪七八十年代，日本、德国、美国等国家开始重视并大力发展循环经济，在这些国家的影响下，欧盟和北美国家也相继制定相关法律，鼓励二次产品的回收和利用，因此欧美和日本再生铜回收工艺发展远远领先于发展中国家。

我国近些年在高品位(含铜大于90%以上)废杂铜的处理方面取得了一定成效，倾动式阳极炉、精炼摇炉(倾动式阳极炉类)、处理固态物料的回转式阳极炉、NGL炉(回转式阳极炉类)等一批先进技术和装备在一些大型废杂铜冶炼项目中推广应用，并且大量采用自动化控制技术。但目前中低品位废杂铜的再生综合利用能力依然较弱，主要原因是杂铜回收利用市场不规范，杂铜原料来源不确定，制约了中低品位杂铜冶炼企业的规模化发展和先进技术与装备的应用，自动化控制技术落后。

1 废杂铜的分类及中低品位废杂铜冶炼特点和难点

1.1 杂铜的分类及中低品位废杂铜的特点

我国废杂铜的分类较为简单粗略，还没有较完善的杂铜分类标准。在《再生铜冶炼厂工艺设计规范》征求意见稿中，将含铜<40%称为低品位杂铜，含铜40%～90%称为中品位杂铜，含铜≥90%称为高品位杂铜。

目前从国内行业来讲，含铜在90%以下的废杂铜主要包括：电子工业产生的电子废料、含铜的烟尘、炉渣和铜泥、报废的电器零件和复杂的含铜碎料等[2]。其特点是成分复杂，很多属于铜基合金，含有铁、铅、锌、砷、锑、铋、镍等多种金属元素，有些表面还夹杂着汞、铬、镉以及用于阻燃剂的卤族元素，如氟、氯、溴等物质。

1.2 中低品位废杂铜的冶炼特点及难点

中低品位废杂铜的冶炼过程与铜精矿生产在生产工艺、冶炼设备及控制方法上都存在较大的差异，主要表现在：

(1) 能耗高。废杂铜原料基本是固体冷料，原料中没有硫等可燃物，反应过程不能自热，需要外供热，故燃料消耗多。

(2) 冶炼过程复杂。在废杂铜火法处理过程中需添加不同的熔剂来除去杂质,如添加石英除Fe、Pb、Ni等，添加石灰石和NaCO3除砷、锑，用焦炭脱锌、锡等[3]。

(3) 烟气需要进行特殊处理。废杂铜中挥发物质比较多，冶炼过程中有大量的可挥发物进入烟气，如Pb、Zn和未燃尽的有机物等，其控制不当会严重粘结在炉子出口、烟道和余热回收系统[4]，造成影响；同时，烟气处理需避免二噁英的产生和卤族元素的腐蚀。

(4) 综合回收要求高。虽然中低品位废杂铜所含杂质多，但是大多数为有价金属，综合回收可获取更高的经济效益。

2 中低品位废杂铜冶炼工艺现状

2.1 鼓风炉工艺

低品位杂铜经鼓风炉熔炼成黑铜，黑铜进转炉吹炼产粗铜，粗铜火法精炼产出合格的阳极铜。对于品位为60%～90%的杂铜，也可用鼓风炉直接吹炼成粗铜，然后火法精炼产出合格粗铜。

我国主要采用鼓风炉处理废线路板、铜泥和阳极炉渣等，用焦炭作为燃料和还原剂，产出次黑铜，(次)黑铜含铜在80%～85%之间，炉渣含铜2%左右，产出的次黑铜经吹炼和精炼处理产出阳极铜。也有企业直接用阳极炉处理黑铜或者是含铜在85%以上的杂铜产出阳极铜，该冶炼过程需要进行反复氧化造渣、还原，因此能耗高、作业周期长、经济上不合理[2]。国内鼓风炉处理低品位废杂铜的主要问题是环保不达标，尤其处理电子线路板和含有机物的铜废料时环保问题难以解决。

图2 凯撒冶炼厂废杂铜冶炼工艺流程图

比较先进的低品位杂铜冶炼技术主要集中在欧美和日本，但传统的鼓风炉工艺也还有应用，不过在环保方面做了很多改进，如奥地利Montanwerke Brixleg工厂，以铜二次物料为主，其含铜15%～99%。生产工艺如图1所示[5]。

图1 Montanwerke Brixlegg冶炼厂工艺流程图

Montanwerke Brixlegg冶炼厂严格控制原料含S小于1%；鼓风炉烟气经骤冷、布袋除尘后再进行二次燃烧，以减少有机物的排放量；转炉烟气用MgO吸收；精炼炉用天然气作燃料，烟气采用布袋收尘；工厂的环集系统烟气用布袋除尘后排空。

2.2 顶吹工艺

顶吹熔炼技术是澳大利亚联邦科学工业研究组织于上世纪70年代发明的。目前，芒特艾萨公司(ISA法)和澳斯麦特公司(Ausmelt法)都拥有该技术。该技术在矿铜冶炼方面发展较快，在杂铜冶炼方面的应用是在德国Arubis lünen冶炼厂(原北德凯撒精炼厂)和比利时Umicore霍伯肯冶炼厂。

凯撒冶炼厂于2002年3月建成1台艾萨炉，简称KRS工艺，处理复杂的废杂铜物料，含铜1%～80%，年处理能力达到15万t，以铜为捕集剂，综合回收贵金属。KRS工艺流程见图2[5]。

该工艺是在一台ISA炉内先后完成还原熔炼和氧化熔炼，产出粗铜，已连续生产了10年，并于2011年新建了一台TBRC炉，处理ISA炉产出的黑铜，而ISA炉只进行还原熔炼作业[6]。

比利时Umicore公司霍伯肯冶炼厂ISA炉每年处理各种含Pb、Cu、Ni及贵金属等二次物料200多种约30万t，包括工业副产品、再生废料、矿物原料，综合回收多种有价元素，品种多达17种[5]。霍伯肯冶炼厂工艺流程见图3。

图3 霍伯肯冶炼厂工艺流程图

Ausmelt顶吹杂铜处理工艺也分别于2008年和2011年先后在日本同和冶炼厂和韩国建成投产。

与国外先进的杂铜处理工艺相比，我国低品位杂铜处理工艺相对落后，目前国内还没有一家采用顶吹工艺处理废杂铜的工厂建成投产。

2.3 卡尔多工艺

卡尔多工艺是瑞典波利登金属公司发明的，是一种富氧顶吹技术，它可处理各种品位的废铜料，对物料性状也无特殊要求。

波利登公司隆斯卡冶炼厂目前建有2台卡尔多炉，一台于20世纪50年代建成，60年代投产，年处理二次铜原料45 000 t和部分含铅物料。第二台于2012年建成并投产，年处理量75 000 t电子废料。卡尔多炉熔炼电子废料产出的黑铜，返回冶炼厂铜冶炼主流程中进一步精炼，并进行铜及其它贵金属的回收。

该技术在意大利玻特·玛格赫拉冶炼厂和美国柯麦柯冶炼厂等多家再生铜冶炼厂得到应用。意大利玻特·玛格赫拉冶炼厂用卡尔多炉处理平均含Cu35%～80%的杂铜物料，产含Cu96%～97%粗铜，单炉处理能力50t，每炉作业时间24 h[7]。玻特·玛格赫拉冶炼厂火法系统工艺流程见图4。

图4 玻特·玛格赫拉冶炼厂 杂铜冶炼工艺流程图

2009年5月江西铜业引进了一台13 m3的卡尔多炉处理中品位废杂铜及含铜物料，投产后年产铜5万t；入炉物料平均含铜70%～80%，每炉装入量80 t，产粗铜约50 t，粗铜品位在98.5%左右[2]。2011年，金川集团建成一台氧气斜吹旋转转炉，用于处理中品位杂铜，入炉物料平均含Cu75%，年产粗铜5万t。氧气斜吹旋转转炉结构与卡尔多炉略有不同，由我国自主设计。2012年广西梧州建成2台卡尔多炉，用于处理中品位杂铜，目前尚未投入使用。

3 中低品位废杂铜冶炼工艺的发展趋势

(1) 规模逐步扩大。随着杂铜冶炼技术的发展，杂铜处理设备不断改进，单体设备的处理能力加大；而且随着低品位杂铜拆解、分拣、回收市场的规范，尤其是发展中国家开始逐步重视和规范废旧物品回收，低品位杂铜回收将呈现规模化趋势，从而保证杂铜冶炼企业的原料来源，新建杂铜冶炼企业规模会逐渐扩大。

(2) 产业联合，优势互补。大型的铜铅锌联合企业，可以充分利用已有资源和生产经验优势，综合回收各种有价元素，使之成为新的效益增长点。

(3) 搭配处理。随着矿铜冶炼技术的发展，矿铜冶炼规模在逐渐扩大，精矿熔炼的多余热也逐步引起重视。多余热可用于熔化低品位杂铜(如各种含铜废渣、低品位铜合金等)，从而降低能耗，这将是低品位废杂铜处理的一个重要方向。

(4) 新工艺应用。底吹炉熔炼具有炉体结构简单、能耗低、热利用率高和除杂能力强等优点，在处理杂质含量高的原料方面优势明显。中国恩菲工程技术有限公司也在积极开发底吹炉处理杂铜的工艺技术，相信在未来的一段时间底吹炉处理低品位杂铜工艺将会得到推广应用。

4 结语

我国中低品位杂铜的冶炼还处于起步阶段，随着国家对汽车、电子产品和电力等行业的规范，含铜二次原料会越来越多；同时，国家对二次资源综合回收利用的产业政策越来越完善，中低品位杂铜冶炼工艺的开发和应用在国内将会有更广阔的前景。

[1] 有色金属统计[Z]. 2013，2014.

[2] 王金祥.低品位废杂铜再生综合利用技术研究[J].资源再生，2012，(9)：54-56.

[3] 华宏全，王冲.废杂铜回收利用浅析[J].中国资源综合利用，2011，29(11)：20-23.

[4] 肖红新，岳伟.废杂铜的再生及其环境污染与防治[J].再生资源与循环经济，2013，6(7)：29-32.

[5] 周俊.废杂铜冶炼工艺及发展趋势[J].中国有色冶金，2010，(4)：20-25.

[6] Gerardo Alvear. Application of ISASMELTTMTechnology for Recycling of Secondary Materials[Z]. 3rd Copper Recycling Conference,2014.

[7] 邢卫国.国外废杂铜冶炼技术述评[A],中国重有色金属工业发展战略研讨会暨重冶学委会第四届学术年会论文集[C].10-17.

Status of low-middle grade scrap copper smelting process and its development trend

LI Xiao-xia

According to the deference grade of scrap copper, the smelting processes are not same. This paper introduces the characteristic of low-middle grade scrap copper smelting process and status at home and abroad, analyzes and expounds its development trend.

scrap copper; low-middle grade; smelting process; trend

李晓霞(1980—)，女，河北张家口人，硕士，工程师，主要从事冶炼工艺设计工作。

2014-- 12-- 01

TF811

B

1672-- 6103(2015)02-- 0026-- 04