浅谈铜冶炼闪速熔炼技术

吴宇辉

（中铝东南铜业有限公司，福建 宁德 352100）

铜是重要的金属材料，具有重要的应用，铜在自然界的储量比较丰富，铜矿物主要以硫化矿和氧化矿为主，其中硫化矿的储量最多，分布也最为广泛，是当前人们冶炼铜的最主要的原料。在实际生产过程中，硫化矿先经过选矿富集，然后再应用火法工艺炼铜人，而在火法炼铜工艺中最为重要的步骤就是熔炼，当前熔炼主要分为传统熔炼和现代强化熔炼等，而由于传统熔炼技术具有能耗高，热效率低、对环境污染大以及铜硫品位低等缺点，逐渐将被淘汰。现在在火法工艺炼铜中，高效、节能并且低污染的强化熔炼技术占主流。

闪速熔炼技术第一次应用到铜冶炼工艺之中是1949年，芬兰一家冶炼厂投产第一座铜闪速炉，经过了几十年的发展，闪速熔炼技术不断完善，尤其是在新型精矿喷嘴和炉体冷却元件研发应用之后，熔炼技术已经进入了高富氧、高铜锍品位、高处理量、高热负荷的时代。当前单台闪速炉的产量可以达到40万吨，当前应用闪速熔炼法生产的铜可以占到全世界铜总产量的1/3以上，在未来还会有更加重要的应用。

1 闪速熔炼技术的优缺点分析

闪速熔炼技术不仅可以进行铜的冶炼，也可以进行镍的冶炼，据相关数据显示，当前全世界一共有几十台铜闪速炉在运转。闪速熔炼技术的优势主要由以下几方面：首先，闪速熔炼技术具有较高的生产效率，这主要是由于在熔炼过程中，炉料的化学反应主要是在反应塔内部高温空间的气流中进行的，使得其反应温度很高，反应速度快，熔炼反应强度高，进而提高了生产的效率；其次，由于闪速熔炼技术是富氧强化熔炼，因此使其运行过程中产生的冶炼烟气稳定，成份波动比较小，而且其中的二氧化硫的浓度比较高，所以对其进行制酸处理起来比较容易，并且经济；再次，由于其反应塔应用了水冷却技术，使其反应炉具有较长的使用寿命，作业率大幅度提高，另外其能够实现较高的自动化操作，可以降低人员的劳动强度；最后，由于其熔炼炉具有良好的密闭性，低压供风，从而降低了鼓风动力的消耗，节约能源。

闪速熔炼技术的缺陷主要表现在以下几方面：首先，应用闪速熔炼技术进行冶炼时，对于原料的要求比较高，其要求炉料成分具有较好的稳定性，并且不能够处理块料，因此需要设置破碎设备和精矿干燥装置来对原料进行处理；其次，利用这一技术时，烟尘率通常会超过6%，烟尘率高导致锅炉的工作条件会比较差；再次，由于熔炼炉的结构比较复杂，需要设置很多的冷却点，因此应用这一技术需要投入的资金比较大；最后，虽然说在其炉窑中设置了沉淀池，为冰铜和渣的分离创造了良好的条件，但是在熔炼渣中铜的含量还是比较高的，因此还需要对熔炼渣进行进一步的处理。

2 闪速熔炼工艺分析

2.1 工艺配置

直接炼粗铜的工艺图如图1所示：

图1 闪速炼铜工艺示意图

图1 中展示了闪速炼铜的工艺示意图，其中，备料指的是对物料进行干燥和混合的过程，通过对物料进行干燥可以使工艺的总热量实现平衡，而且对其自热反应具有重要的作用。在物料干燥完成之后将其输入到闪速炉中，之后在反应塔中，物料会充分的和氧气混合，此反应是以悬浮物的形式来进行的，沉淀池内会进行熔融相的收集工作，将反应产生的冰铜和熔渣分离开来。

炉子烟气的冷却会在余热锅炉中进行，余热锅炉还会收集部分烟尘，电收尘器会将剩余的颗粒收集起来，在一般情况下能够使所有的烟尘都返回炉内。

在具体的生产过程中，根据不同的渣型选择和氧势，闪速熔炼炉所产生炉渣中铜的含量也有所区别，通常会在1.0%～4.0%之间，所产生的炉渣需要进一步浮选。炉渣进选厂后一部分成为渣精矿返回备料使用，剩下的尾矿通常含铜在0.3%以下，无进一步浮选价值，可考虑炼铁或外售。

2.2 加料和物料燃烧

在进行冰铜的闪速熔炼时，闪速熔炉之内，精矿中2/3的硫和铁都会发生氧化，而当进行粗铜的闪速熔炼时，物料中全部的硫和铁都会被氧化，此时铜也会被氧化。

由于无法对悬浮物的氧化程度进行实时的控制，而且物料的流量以及化学成分并不稳定，加之烟气流难以进行有效的控制，会导致熔炼过程中氧化程度难以得到有效的控制，为此应建好精矿仓储存一定的干燥原料做缓冲用，从而保证物料的均匀性，这样，才能够保证氧化程度持续性的准确。另外，需要注意的是熔炼过程中应用到的蒸汽是由余热炉提供的，因此在干燥物料时可以选用蒸汽干燥机，这样不仅能够节约资源，而且能够将精矿干燥过程中产生的颗粒和硫降到最低，并且实现水分的良好控制。在应用闪速炉时，为了保证产品的质量，对加料设备进行有效的控制是十分必要的，加热和称重需要提供均匀、可靠的物料流，并且使物料在精矿喷嘴出口仍需要均匀地分布在反应塔里，这对于总的燃烧效率有着很大的影响。实践表明，应用失重螺旋加料机可以对物料流量的可靠性和稳定性进行有效的控制。

2.3 熔体化学

在通过闪速熔炼技术进行铜的冶炼时，闪速炉中渣的铁硅比和精矿的铜硫比是非常重要的。这是由于炉渣的形成和铁硅比有关，在工艺流程中需要将所有的铁氧化，因此炉渣中铁的含量和物料中的铁含量成正比。而物料中硫的含量越高，就需要越多的氧气来氧化硫，这样的情况下会有更多的铜被氧化。如果形成的炉渣比较多，那么就会有很多的铜以氧化物的形式进入到炉渣之中。物料中所含有的硫和铁的含量是确定反应塔氧化过程中所释放能量的主要因素，因此需要将物料的潜热控制在一定的范围内，并且基于此确定最佳的氧气量。在氧气量较低的情况下，会导致烟气总量较高，从而增大余热锅炉、电收尘器、烟气管道、制酸等投资成本，反之虽然能够减少上述方面的投资，但是会降低铜的生产效率，因此需要根据物料中的铜硫比，确定合理的氧气量，实现生产效率和成本的最优化。

3 闪速炼铜的发展展望

闪速炼铜技术具有非常高的环保型，可以说是最为环保的工艺之一，加之其具有的规模经济性，能够通过增加产量的方式来降低单位成本，实现规模化的运行，使其成为最重要的炼铜工艺，受到闪速炼铜技术这一特点的影响，世界上很多的铜冶炼企业都在，扩大生产的规模，希望通过扩大规模来降低生产成本，从而获得更高的利润和增强竞争力。但是很多企业的生产规模已经达到了极限，这主要是受到PS转炉吹炼、熔融物的吊车转运、烟气处理及硫酸能力等方面因素的限制，因此现在已经无法通过传统的方式如增加PS转炉来实现扩产，因为这种方式所投入的资金比较大，而且不能够降低成本。但是新技术的出现能够解决这一问题，通过利用闪速吹炼工艺能够有效的提高生产效率，这主要是由于利用这一技术，使得风中的富氧浓度比PS转炉吹炼要高的多，而且不需要对设施进行改造，能够在不增加投资的同时，获得更低的生产成本和更高的利润，这也是闪速炼铜技术的主要发展方向。