氧气斜吹旋转转炉应用现状和开发展望

2019-12-26葛遵利胡宪利

世界有色金属 2019年20期

葛遵利，胡宪利

（1.兰州华冶技术工程股份有限公司；2.济宁万宝矿冶技术服务有限公司）

1 概述

氧气斜吹旋转转炉是相当灵活的冶金装置，其工艺在国外称做卡尔多炉（TBRC）法，该炉由瑞典博卡林（Bokalling）教授发明，多姆纳维特（Domnaryet)开发用于处理高磷高硫生铁和废钢冶炼的设备。1959年首先被加拿大国际镍公司移植于有色金属冶炼上，成功的把镍高硫浮选的硫化镍精矿吹炼成金属镍。1965年比利时在处理二次铜原料方面发展了该技术。1973年国际镍公司用该工艺熔炼铜精矿并成功直接一步生产粗铜。1974年澳大利亚建成了两座25吨氧气斜吹旋转转炉，用于吹炼含铋、锌高的高品位铜硫。1976年瑞典成功处理铅锌烟尘和铅精矿，并建设了相应规模的冶炼厂。1992年伊朗建立了处理氧化铅精矿直接生产粗铅的工厂。1993年波兰铜业公司选用2m3的卡尔多炉建立了处理铜阳极泥的贵金属厂，年产1000吨白银。俄罗斯利用该技术处理废杂旧军工器材和电子原件，以回收有色金属和贵金属。此外还有厂家用该装备炼锡和回收贵金属。

我国金川集团公司于1973年在1.5吨卡尔多炉内进行铜镍二次精矿的半工业试验，成功并与1986年建成了容量为8T的卡尔多炉取代了原来的反射炉，生产的粗铜各项指标都远优于原反射炉，并至今一直承担着粗铜的脱镍生产任务。

2 氧气斜吹旋转转炉的特点

和其它熔池熔炼新工艺相比，氧气斜吹旋转转炉的优点有：

（1）操作温度可控制的范围大，尤其需要高或低的反应温度时，更显出它的优越性，当吹炼金属硫化物时可以轻易地吹到1700℃或更高的温度，在吹炼镍铜精矿时，能在较低的温度（1150℃～1200℃）下进行，有效地脱除铜中的镍。

（2）由于炉体自身的旋转运动，不断地更新着熔体——炉气——固体的表面接触，加之氧、油（天然气）喷枪连续喷吹，熔体搅拌良好，因而具有相当良好传质传热条件，对加快物料多相反应特别有利，能够获得远比固定式熔池熔炼炉范围更宽的作业温度和交互反应速度。

（3）借助油氧喷枪，能如意调节油氧比例，容易控制熔炼过程中的反应气氛，从强氧化性到强原性气氛，都易于形成，因而氧气斜吹旋转转炉具有熔化、氧化，还原和烟化的冶炼功能，因而能更加广泛的冶炼不同性质的有色金属原料。

（4）热效率高，由于炉子的炉气量少，炉体结构容积紧凑，散热量小，在纯氧吹炼下，热效率可达60%或更高，这是其它熔池熔炼炉都很难达到的。

（5）作业率高，虽然有复杂的传动机构，在高温下工作的机电装置，依然有较高的作业率，因炉体积小，拆卸容易，更换方便，（一般设有备用炉体，需更换炉衬时用吊车更换一个经过烘烤的备用炉体即可，）作业率可高达95%左右。

（6）氧气斜吹旋转转炉处理复杂原料适应强、工艺过程简单、投资比较低，特别适用于小型冶炼厂。

氧气斜吹旋转转炉的缺点是间歇作业、操作频繁、烟气量和烟气成份成周期性变化；炉子寿命较短；设备较复杂。

3 氧气斜吹旋转转炉结构与工艺

3.1 炉子主要结构

氧气斜吹旋转转炉由一个炉体，两个倾倒轮组成，夹持机构和装有四个托轮的底座等部件组成：夹持机构可夹持炉体装有托轮的底座上以0-1.0r/min的速度作360°倾翻；当炉体倾斜至与水平夹角为28°的工作角度时，摩擦环机构由32个弹性元件与炉体柔性地连接在一起，通过与固定在夹持机构上回转驱动系统的摩擦，使炉体应冶炼工艺的要求绕纵向轴以一定的速度旋转，旋转速度的变化范围为0.5-15r/min。按其功能分类有如下系统：1、倾斜驱动系统（主驱动系统）；2、夹持机构；3、炉体总成；4、回转系统。

旋转转炉是一个中间是圆柱形，两端为截圆锥形的筒式炉体，外壳为钢板，内衬铬镁砖。炉体倾斜可绕长轴旋转，并可向不同方位倾斜。

氧气斜吹旋转转炉结构如图（1）所示、氧气斜吹旋转转炉系统示意图（2）所示：

3.2 工艺技术特点：

氧气斜吹旋转转炉有三种方式加料，粉料通常由料枪伸入炉口内加入，较湿的炉料采用水冷料枪内螺旋给料，液体炉料或大块冷料，由移开烟罩倾动炉体至炉口进料位置由钢包或吊斗从炉口倒入炉内。

氧枪并从炉口插入往熔池吹氧或富氧空气进行吹炼。化料和还原时从炉口插入油（天燃气）氧喷枪调整油氧比，燃烧加热或产生还原性气体进行还原，冶炼过程中可边吹炼边加料以实现自热熔炼。氧枪喷头距熔体面的距离可根据工艺要求进行调整。

吹炼作业可将精矿一直吹炼成白硫和粗铜，当冶炼产品选择为白硫时，氧气斜吹旋转转炉可连续作业，即炉内加入底料，利用油氧枪燃油将其熔化，开始造熔池作业、当吹炼熔池造好，进入吹炼造渣作业，启动炉子旋转至5-10min，炉温控制1150-1250℃，选用氧枪一边吹氧，一边通过料枪连续均匀的加入精矿和熔剂。当炉渣造好，间断排渣，并根据炉内产出的冰铜量定期部分放出白硫。循环往复重复着连续加料——造渣排渣——放白硫作业。

当产品选择为粗金属，氧气斜吹旋转转炉间断作业，即炉子在一个操作周期完成后，全部物料排空，然后加入新料进行下一操作周期。在一个周期可以分阶段连续进行两个或三个反应，包括熔化、氧化，还原阶段，炉体可根据气氛反应不同调整旋转速度。

氧气斜吹旋转转炉结构图（1）

氧气斜吹旋转转炉系统示意图（2）

反应产生的烟气从炉口通过移动式密封烟罩排出，送往收尘和制酸系统。氧气斜吹旋转转炉，由一个通风罩全部封闭，包括装料，放渣出铜和包子房部位。在内的操作由中央控制室控制，收集逸散烟气，集中进行环保除尘，其作业环境能满足最严格的环保法要求。

氧气斜吹旋转转炉工艺需要一个制氧车间，但选用变压吸附工艺制氧投资是相当低的。通过减少氮量的方法，大大缩小烟气处理设备的尺寸（烟道、收尘器、风机、制酸），从而减少基建投资。

氧气斜吹旋转转炉工艺及车间的配置如图（3）所示

氧气斜吹旋转转炉工艺及车间的配置图（3）

4 氧气斜吹旋转转炉应用及业绩

4.1 目前，氧气斜吹旋转转炉在我国应用主要有以下四种类型：

4.1.1 二次铜精矿炼铜脱镍

金川集团公司冶炼厂二次铜精矿（%）Cu66-68、Ni4、Fe4、S20-22。这种铜精矿含镍高，含铁、硫低，用常规冶炼装备工艺生产粗铜铜品位94%，含镍高达4%，产出的电铜只能作民用铜。于84年采用8吨氧气斜吹旋转转炉炼铜车间新建，88年投产炼铜脱镍效果好，粗铜品位98.5-99%，N1＜1%，电铜达到A级标准，实现了金川电铜高质量的飞跃，从此改写了金川电铜不能作工业用铜的历史。

4.1.2 氧气斜吹旋转转炉炼铅

西部矿业公司选定卡尔多炉炼铅方法，于2005年11月底投料试生产，经过半年多的生产实践，从处理铅精矿和铅返料（滤饼、烟道灰、富铅渣和铅冰铜）直接产出合格的粗铅，主要技术经济指标已达到设计要求。生产实践证明采用该工艺技术炼铅对原料适应性广、设备简单易操作、生产成本低，是一种环境友好型、能源节约型的清洁生产工艺。

4.1.3 氧气斜吹旋转转炉冶炼废杂铜

以江铜集团贵溪冶炼厂和金川集团铜冶公司都选用13立方米氧气斜吹旋转转炉工艺装备冶炼废杂铜。废杂铜原料含铜80%左右，传统处理工艺为二段法，现采用氧气斜吹旋转转炉处理废杂铜、熔炼和吹炼都可在同一个炉内完成，集代鼓风炉熔炼和转炉吹炼功能于一体的特点，并可处理铜品位从3-95%的原料和一些工业废料直接入炉，产出98.5%以上品位的粗铜、渣含铜低、工艺流程短、能耗低、环保条件好。为我国铜基再生资源冶炼回收开发了先河。

4.1.4 氧气斜吹旋转转炉处理铜阳极泥

采用氧气斜吹旋转转炉处理铜阳极泥的技术具有独特之处，以山东祥光铜业，中原黄金，赤峰云铜等多家企业分别都采用了该工艺处理铜阳极泥进行贵金属火法冶炼，技术、设备、工艺可靠，具有流程短，金银回收率高，产品合格率达100%，实属清洁生产工艺。

4.2 氧气斜吹旋转转炉应用业绩

氧气斜吹旋转转炉应用业绩示于表1

序号炉熔规格m3 炉数用户单位时间驱动方式用途1 2 1 金川公司 1986 摩擦驱动脱镍炼铜2 11 1 西部矿业 2004 摩擦驱动铅冶炼3 13 1 江西铜业 2008 摩擦驱动废杂铜冶炼4 13 1 金川公司 2011 液压驱动废杂铜冶炼5 13 1 广西有色 2012 摩擦驱动废杂铜冶炼6 2 1 山东祥光铜业 2012 液压驱动阳极泥冶炼7 2 1 金川公司 2014 液压驱动阳极泥、镍渣8 1 1 中原黄金 2015 液压驱动阳极泥、镍渣9 1 1 青海西豫 2015 边缘驱动铅浮渣冶炼10 2 1 华环保 2016 边缘驱动废旧电子元件11 2 1 赤峰云铜 2019 液压驱动阳极泥冶炼

5 对今后开发氧气斜吹旋转转炉冶炼的设想

5.1 开发思路

充分利用氧气斜吹旋转转炉的性能、特点和技术优势开发市场需求。利用矿冶国际国内两个市场，有色金属矿产和再生两种资源，开发多产品，处理原料多品种项目的冶炼。以期实现小冶炼规模，生产流程最短，实现高效、节能、环保、综合回收有色金属冶炼的发展方向和目标。

5.2 开发项目内容

5.2.1 开发富含原生金矿的火法冶炼

在一带一路矿冶开发中，在境外利用铜原生氧化矿、硫化矿（CU≥3%），和原生富金矿，含金石英石、复杂成分的金精矿，鍗金银矿、硒金银矿、铋金矿、锑金矿、硫金银矿等采用氧气斜吹旋转转炉工艺建设金、铜冶炼厂。铜、鍗、硒、铋、锑、硫是金银良好的捕收剂，采用造硫捕金技术，合理搭配金精矿和铜矿，以吹炼造渣作业为主线，以炼铜和其他金属作载体，以捕金为目的，以生产白冰铜为产品，最大程度的满足处理金精矿的要求，将金、铜和其他金属同时富集和回收。烟气处理遵循东道国对环保要求，视金、铜其它原料含硫和烟气SO2浓度的高低、采用净化法或配套制酸处理。在境外建炼金、铜冶炼厂，节省原料运费；富金铜矿直接入炉、节省金、铜选矿建厂投资和生产成本；在连续吹炼造渣作业配入的金精矿和含金石英石、免省了熔剂成本和富集提金生产成本；产品运回国内，富集的合金产品国家免征黄金入关增值税，此类项目经济效益十分厚重。

5.2.2 开发多金属复杂铜精矿冶炼

在国际矿业开发中，对多金属矿山含有铅、锌、锡、锑、铋的复杂铜精矿，这种铜原料，复杂的成分在销售中往往作为有害元素扣减铜的计价系数，铜原料便宜。但在常规冶炼厂难以处理，采用氧气斜吹旋转转炉工艺处理是最适宜的，通过控制转炉的旋转速度，保持预期的温度和控制气相中的氧势，以使Bi、zn、sn、pb、sb等杂质的高度挥发脱除，然后用常规吹炼方法造渣，一直吹炼至白冰铜或粗铜。吹炼挥发的金属通过烟气收尘设施进入烟尘系统回收，烟尘再送湿法车间分别提取pb、zn、sn、sb、Bi各金属，这类项目的经济效益在于原料中有害元素潜在经济价值利用，由负变正、变害为宝、综合回收、全部利用。

5.2.3 开发国内电镀污泥资源冶炼

电镀污泥是危废，也是一种廉价的二次可再生资源，其电镀污泥主要成分:Ni1～1.5%,CU2～3.5%,已远超其在金属矿中的含量，是一种可回收的宝贵资源。目前我国大多污泥环保厂处理多采用竖窑脱水焙烧——鼓风炉还原熔炼。采用氧气斜吹旋转转炉工艺改造进行绿色处置，高值化利用。在弱还原气氛下，吹炼造渣。产品可选择铜镍90%以上的合金出售，也可继续进行氧化脱镍造渣除去，将余冰铜吹炼成98%以上的粗铜，为电铜提供原料。脱镍渣集中堆存，作为炼镍原料，集中再用斜吹旋转转炉吹炼成高冰镍作产品出售，或将高冰镍铸成阳极板送镍电解生产电镍板。

5.2.4 开发国内酸洗污泥的冶炼

不锈钢酸洗污泥主要成分为Ni3%～4.5%、Cr2%～3%、Fe15%～20%、Cao18%～20%、p1%～1.2%、S2.5%～3.5%。其中Ni、Cr属于危险废弃物，但在少镍缺铬的我国，镍铬又是昂贵的二次资源。采用氧气斜吹旋转转炉脱除酸洗污泥中的S、P是最有效的装备，造渣除铁、钙将镍品位富集到25%～30%镍、铬、铁合金产品。直接出售，供生产300系不锈钢作原料。将危废无害化处置资源化利用。

5.2.5 开发湿法炼锌浸出渣的冶炼

采用氧气斜吹旋转转炉处理湿法炼锌的各种浸出渣，以控制预期炉温和还原熔炼气氛，利用炉体的快速旋转，强化炉料搅拌，以使以锌为主的铅、锡、铋、镉、锗、砷挥发进入气相以烟尘形态加以回收出售或湿法提取；控制氧化气氛吹炼造渣除铁、硅、钙、镁，继续氧化吹炼硫化铜氧化为氧化铜，再由氧化铜和硫化铜交互反应得到粗铜。高浸渣和沉矾渣富含稀贵金属铟银，以氧化气氛吹炼铁、硅、钙、镁造渣除去，铟、银以合金加以富集，再将铟、银合金液体粒化送湿法萃取提取铟、银。