加快淘汰铜冶炼转炉吹炼工艺驱动铜产业绿色升级

2018-06-27霍松玲

中国有色金属 2018年12期

霍松玲｜文

近年来，我国铜冶炼行业快速发展，产能、产量均居世界第一位，骨干企业铜熔炼技术达到国际先进水平，但困扰国内外铜冶炼行业一百多年的转炉低空污染问题一直没有得到解决，成为铜冶炼行业绿色发展的瓶颈。“十三五”期间，为尽快实现我国有色金属工业强国的目标，须加快推广国内自主创新开发的底吹及顶吹吹炼工艺，淘汰转炉和落后废杂铜工艺，减少污染，降低能耗，加快铜产业实现绿色可持续发展。

新的时代对我国铜冶炼提出了更高的绿色发展要求

党的十九大提出中国特色社会主义进入了新时代，我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾，其中最为突出的矛盾之一就是绿色生态发展水平与广大人民群众的要求差距巨大。十九大提出要坚持人与自然和谐共生，必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，要实行最严格的生态环境保护制度，坚定走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路，为人民创造良好生产生活环境。

我国是全球最大的铜冶炼生产国，截至2017年底，我国粗铜产能达到655万吨，占全球的30%，是全球最大的粗铜生产国。近年来，随着国内铜冶炼技术的进步，闪速熔炼、富氧顶吹、富氧底吹、富氧侧吹等先进熔炼技术已得到广泛应用，落后的鼓风炉等技术已经全部淘汰，国内新建粗铜项目基本采用富氧强化熔炼-闪速吹炼（或连续底吹、连续侧吹），但不可否认仍有部分企业采用传统的转炉吹炼技术，此外，过去投产的企业也依然采用落后的转炉吹炼技术。为适应新时代我国对生态环保的高要求，真正实现绿色铜冶炼目标，国家应加快修订铜行业规范标准，加快淘汰落后转炉吹炼工艺。

转炉吹炼的缺点及连续吹炼技术的进展

1.转炉吹炼工艺及其特点

铜冶炼过程中的吹炼工序，是指除去冰铜（铜锍）中的硫铁等杂质，形成富含铜及贵金属的粗铜产品的过程，是火法冶炼三大炉（熔炼炉、吹炼炉和精炼炉）中的第二道工序。目前，全球火法铜冶炼的吹炼工艺主要包括：P-S转炉吹炼、闪速炉吹炼、三菱炉吹炼、奥斯迈特炉吹炼、底吹炉吹炼和侧吹炉吹炼。

P-S转炉是1905年由Peirce和Smith开发的，在铜冶炼行业的应用历史已超过百年，已成为世界上普遍采用的成熟工艺。P-S转炉工艺分造渣和造铜两个周期、间断作业，该工艺具备成熟可靠、设备和操作简单、投资和生产成本低、能够利用剩余热量处理工厂中的含铜中间物料（粗铜壳、残阳极、烟尘、冷冰铜等）和外购的冷杂铜、工艺适用范围广等优点。其缺点是炉体密闭差，漏风大，进炉的原料液态冰铜需用冶金包转运，且工作过程中需转动炉体7～8次，导致大量SO2烟气逸散，存在炉体密封性差、送风时率低、单耗高、二氧化硫浓度低、烟气量大、烟气波动大、烟气不连续、不利于后续制酸等问题，低空污染较为严重。

2.连续吹炼技术的进展

为解决传统P-S转炉吹炼工艺存在的上述诸多问题，炼铜人一直在寻求和探索更好的吹炼工艺。二十世纪后期先后开发出三菱法和闪速吹炼法等连续吹炼工艺。三菱连续吹炼工艺通过溜槽与上一工序的贫化电炉相连接，冰铜通过溜槽进入吹炼炉，经连续造渣和造铜产出粗铜再通过溜槽进入阳极炉。闪速吹炼与闪速熔炼基本原理相同，因与闪速熔炼搭配使用，形成“双闪”工艺，该工艺通过冰铜水淬后研磨干燥形成冰铜粉，再经连续闪速吹炼产出粗铜产品。这两种工艺均是真正意义上的连续吹炼，解决了SO2烟气无组织排放问题，却存在着投资高、能耗大、直收率低等问题，且都是国外开发的先进工艺。

表1 截至2017年底国内铜冶炼连续吹炼工艺应用情况

近年来，国内赤峰云铜有色金属有限公司不断钻研和探索，通过技术创新，联合赤峰金峰冶金技术发展有限公司研发了“双炉侧顶吹粗铜连续吹炼工艺技术”，同时，中国恩菲与河南豫光金铅集团开发了“粗铜连续底吹吹炼工艺”。这些工艺技术与双闪法和三菱法一样都是采用固定的冶金炉代替转炉，熔体采用溜槽转运，溜槽上有密闭烟罩，炉口密闭性好，操作过程中无组织排放烟气，自动化控制水平高；而且还具有投资小、能耗低、烟尘率低、吹炼渣含铜低、直收率、高粗铜含硫低等优点。这些技术在国内赤峰云铜、豫光金铅、包头华鼎等企业都已实现了工业化生产，技术和装备运行平稳，为我国铜冶炼技术进步提供了重要技术支撑。

3.连续吹炼技术在国内的应用情况

截至2017年底，我国在产产能中，使用连续吹炼工艺的产能合计达到222万吨，约占全国总产能的三分之一，其余三分之二仍旧是P-S转炉。从统计来看，国内连续吹炼工艺呈现多样性，除了三菱法以外，其他工艺都有使用。其中，闪速吹炼工艺4家，合计产能155万吨，占国内连续吹炼工艺总产能的比例达到69.8%；奥斯迈特吹炼工艺两家，合计产能15万吨，占比为6.7%；国产底吹、侧吹等工艺4家，合计产能52万吨，占比为23.4%。从统计数据看，闪速吹炼占据优势地位，主要因单体产能大、效率高。国产连续吹炼工艺尽管与闪速吹炼使用企业数量一样，但总产能规模大大低于闪速吹炼，主要因单体产能规模偏小，不过，从工业应用看，其单体产能规模已获得大幅提升，从之前的10万吨提高至20万吨，工艺的适用范围得到提升。

目前国内在建和拟建的230万吨铜冶炼新增产能中，采用连续吹炼的产能为108万吨，约占总新增产能的47%，其中国外闪速吹炼工艺40万吨，国产吹炼工艺68万吨，国产工艺的占比大幅提升。涉及的企业或项目主要包括中铝东南铜业、西部矿业青海铜业、中条山侯马冶炼厂、赤峰云铜、黑龙江紫金铜业等项目，其中，只有中铝东南铜业采用闪速吹炼工艺。

现有铜冶炼行业规范条件亟须修订

2014年4月14日，工业和信息化部公告了修订后的《铜冶炼行业规范条件》（2014年第29号），在该规范条件中，明确提出了“新建和改造利用铜精矿的铜冶炼项目，须采用生产效率高、工艺先进、能耗低、环保达标、资源综合利用好的先进工艺，如闪速熔炼、富氧底吹、富氧侧吹、富氧顶吹、白银炉熔炼、合成炉熔炼、旋浮铜冶炼等富氧熔炼工艺，以及其他先进铜冶炼工艺技术”。但由于修订时，国内自主开发的连续底吹吹炼、连续顶吹吹炼工艺技术刚刚投入运行，在该规范条件中，没有提及禁止采用P-S转炉吹炼技术。随着技术的进步，国家有关部门应该加紧修订《铜冶炼行业规范条件》，提高行业准入标准，禁止新建铜冶炼项目采用P-S转炉吹炼工艺，明确淘汰现有P-S转炉吹炼时间进度，引导行业加快技术进步。