1、方圆两步炼铜 工艺与生产实践 崔志祥 ， 王智 ， 魏传兵 ， 王海滨 ， 侯鹏 ， 杜武钊 （东营方圆有色金属有限公司，山东东营 257091） 摘要： 详细介绍了 两步炼铜新工艺 的产业化应用和发展情况 以及 新工艺的操作条件和技术参数。 原料 （ 包括精矿和熔剂 ） 无需经过预处理，只需简单抓配混合后加入到多元炉， 产出 的 热态白冰铜 经过导锍管进入火精炉 ， 2台火精炉交替作业，直接产出阳极铜，保证了整个生产系统的连续性。该工艺于 2015 年 10 月份建成投产，目前生产能力为年处理 175 万 t 混合矿料。 关键 词 ： 两步炼铜；新工艺；多元炉；火精炉；生产实践 中图分类号：
2、 TF811 文献标志码： A 文章编号： 1007-7545（ 2018） 04-0000-00 Plant Practice of Two-step Copper Smelting Process at Dongying Fangyuan CUI Zhi-xiang, WANG Zhi, WEI Chuan-bin, WANG Hai-bin, HOU Peng, DU Wu-zhao (Dongying Fangyuan Nonferrous Metals Co., Ltd, Dongying 257091, Shandong, China) Abstract： Industrializ
3、ation application and development, operation conditions and technical parameters of Two-Step Copper Smelting Process developed by Dongying Fangyuan Nonferrous Metals Co., Ltd were introduced. Raw materials including concentrates and flux are simply mixed without pretreatment are fed into Submerged L
4、ance Smelting Furnace (SLS). High grade and hot white matte from SLS is charged to Submerged Lance Converting Refining Furnace (SLCR) via matte conduit. Two SLCRs work in turn to produce anode copper to maintain continuous operation of whole production system. This new technology was put into produc
5、tion in October 2015 with capacity of 1.75 Mt/a of mixed minerals. Key words： Two-Step Copper Smelting; new technology; Submerged Lance Smelting Furnace (SLS); Submerged Lance Converting Refining Furnace (SLCR); plant practice 目前 ， 国内外用于工业生产的连续炼 铜 工艺主要有三菱法 1、 双闪连续炼铜法 2、诺兰达连续炼铜等。与以上连续炼铜工艺相比， 东营 方圆公司
6、（以下简称 方圆公司 ） 经过多年的大胆试验和创新，在一期项目 “年处理多金属矿 50 万 t 生产线（底吹熔炼 PS 转炉吹炼 火法精炼 3）和 “方圆一步法处理废杂铜生产线 ”的基础上，独立自主研发成功的 “两步炼铜工艺 ”（专利号 201410237182.4）不仅解决了铜锍倒运、低空污染、产能受限等问题，而且缩短了冶炼工序，将三步变为了两步，从节能环保、投资成本、运营成本、劳动强度等各个方面进一步提升铜冶炼技术的整体水平。方圆公司二期 工程 “方圆两步炼铜产业化开发与应用项目 ”于 2015 年 10 月正式建成投产。该项目生产线采用 “1 台多元炉 +2 台火精炉 ”的工艺布置，第二
7、道工序火精炉产出的铜品位达到了99.0%以上，可直接浇铸阳极板送往电解精炼。 1 两步炼铜工艺流程简介 与传统的炼铜工艺相比，方圆两步炼铜工艺仅需要两道工序即可产出合格的阳极板。方圆二期两步炼铜生产线的工艺总貌图如图 1 所示 。 收稿日期 ： 2017-10-25 基金项目 ： 山东省自主创新专项 (2012CX60201) 作者简介 ： 崔志祥（ 1963-），男，山东滨州人，硕士，高级工程师 . doi： 10.3969/j.issn.1007-7545.2018.04.06 图 1 方圆两步炼铜工艺总貌 Fig.1 Process sketch of Fangyuan Process
8、方圆公司处理的矿料全部来自国外进口，各种 成分不同的 复杂 铜精矿 、金精矿、银精矿 在备料厂房内按照配料要求进行抓配混合，然后与石英、渣 精矿 、烟尘等物料根据配料单的要求进行仓式配料，通过皮带运输至多元炉上方三个加料仓中储存。根据生产需求，经计量之后从多元炉加料口加入。此外，为避免冷料的长距离运输而造成皮带损伤，多元炉单独设置一套冷料提升装置，可就近直接加入冷料。 混合物料在多元炉内进行化学反应，纯氧和空气从多元炉底部供入，物料迅速完成化学反应，产出的 白 冰铜由虹吸口连续放出，经导锍管直接加入到火精炉内。产出的炉渣经渣口放入渣包中，由渣包车运至渣缓冷场。产出 的高温烟气经余热锅炉后进入电
9、收尘，再经高温风机送往制酸。两台火精炉交替作业，实现了冰铜进料的连续性。火精炉采用底部喷枪供气，根据工艺需要可实现氮气、天然气、氧气、空气四种气体的精准切换与控制。火精炉进料满足供风要求后，便可转入供风作业，产出的炉渣从放渣口排出。在接近脱硫期终点时，通过精确控制四种气体 比例与 流量切换进入烧炼期，使得铜溶液品位能够达到 99.0%以上，满足阳极板浇铸要求，之后通过放铜口直接放入圆盘定量浇铸机中进行浇铸。 方圆 两步炼铜新工艺由一台多元炉 +两台火精炉呈 “品 ”字型布 局 ，两台火精炉并 行布置 ，高度低于多元炉，多元炉与火精炉之间通过导锍管连接，冰铜由导锍管流入火精炉中，两台火精炉共用圆
10、盘浇铸机 ，进行交替作业。 2 主要工艺配置及技术指标 2.1 熔炼系统 方圆两步炼铜工艺的熔炼系统为一台多元炉，该炉尺寸为 5.5 m28.8 m，创新采用底部、侧部复合供气，底部设有 23 支喷枪，呈双排布置，采用特殊结构设计，分内外多层，外层通空气，内层通纯氧，外层空气可以起到保护氧枪的作用。侧枪位于多元炉反应区与沉降区之间，靠近渣层部位，侧枪气体包括还原 剂 、氧气、氮气、空气，气体供入通过比例调配满足工艺需求。侧 枪气体供入可起到烟化、改善渣性等作用，实现两步炼铜工艺中熔炼反应多元化 ，并保证生产白冰铜，渣含铜低于 3%的要求 。 多元炉的烟道口设在放渣端炉体上部，放铜口采用虹吸方式
11、，冰铜连续放出，通过导锍管直接加入到火精炉中。火精炉与多元炉之间采用保温效果好、不粘结的特殊材料导锍管连接，可有效避免烟气低空污染。渣口位于多元炉端墙，为满足放渣及渣包倒运要求，设有两个放渣口，炉渣采用 12 m3的渣包运输，缓冷后送渣浮选工序处理。多元炉炉体结构 示意图 如图 2 所示 。 图 2 多元炉炉体结构示意图 Fig.2 Schematic diagram of SLS construction 经过近两年的生产实践，各个生产工序的不断磨合，工艺流程逐渐流畅，投产初期遇到的问题不但得到了有效解决或优化，多元炉的各项操作参数基本稳定，整个生产系统的产能也有了很大提高，加料量平均 23
12、0 t/h（湿基）左右，目前多元炉生产操作的主要 经济技术 指标如下 ： 混合矿处理量 230 t/h、 氧气量 31 000 m3/h（标态，下同）、 空气量 15 000 m3/h、 氧浓 72%76%、 冰铜品位 73%78%、 渣型 Fe/SiO2 1.8、 渣含铜 3.0%、 渣型Fe/SiO2 1.61.8、 炉温 1 180 、 烟尘率 1.8%2.0%。 2.2 火精炉系统 该工艺需配套两台火精炉，火精炉为卧式转炉，尺寸为 4.8 m23 m。两台火精炉与多元炉成品字型布置，两台火精炉交替作业。火精炉采用底部和侧部供气方式，设有 17 支喷枪，呈双排布置，喷枪采用特殊结构设计，
13、根据工艺要求可实现四种气体的通入、切换 和角度的转换 ，外层通入氮气 /天然气，内层通入氧气 /空气，气体的流量、比例控制都可通过计算机精准控制。 火精炉的热料加入口位于炉体端墙中心部。另外，炉体顶部设有一台冷料加料口 。炉体另外一端是放铜口，烟道口位于炉体上部，靠近热料进料端。放渣口位于筒体侧部，靠近放铜端，根据生产周期可转动炉体进行放渣操作 ，火精炉渣返熔炼 。 多元炉冰铜采用连续放出的形式，两台火精炉交替作业，以实现整个冶炼过程的连续性。两台火精炉作业周期如图 3 所示 。 火精炉在供风状态下分为脱硫期和烧炼期，以 1#炉为例，上一炉次浇铸作业完成之后，开始进入冰铜，此时，炉体处于转出状
14、态，待炉内熔体液位达到供风要求后，喷枪开始供风并将炉体转入正常生产位进入脱硫期，待炉内熔体液位达到排渣位时，停止进料（此时，多元炉冰铜改道进入 2#炉）。 1#炉继续脱硫期，完成后进行排渣作业。待接近脱硫终点时，通过取样化验判断铜液情况，并适时调整氧气、空气、氮气、天然气四种气体的送入量进入烧炼期，使铜液满足阳极铜成分要求。之后将炉体转出，开铜眼进行浇铸作业，根据浇铸温度，可以适当开启天然气进行保温。浇铸完成之后，开始下炉次作业。 图 3 火精炉作业周期示意图 Fig.3 Schematic diagram of circle for SLCR 经过生产实践，由于多元炉产出的 是白 冰铜 ，品
15、位 76%以上，甚至更高，使得火精炉内产出的渣量较少，可以根据渣量 积攒多炉次后一并排出，减少了工作量。目前产出的火精铜品位达到 99.0%以上。可通过放铜口直接放入定量浇铸机中进行浇铸作业。阳极铜成分满足电解精炼要求，阳极铜成分分析如表 1 所示 。 表 1 阳极铜成分 Table 1 Composition of anode copper /% Cu Fe S As Zn Sb Pb Ni Bi 99.32 0.002 0.006 0.006 0.011 0.009 0.08 0.041 0.001 99.24 0.004 0.017 0.002 0.013 0.008 0.11 0.08
16、4 0.001 99.21 0.003 0.021 0.005 0.008 0.007 0.06 0.058 0.001 99.07 0.003 0.014 0.050 0.002 0.012 0.09 0.047 0.001 99.16 0.002 0.009 0.050 0.003 0.015 0.05 0.054 0.001 目前，火精炉 生产操 作的主要指标 为： 加料量（不包括冷料） 5560 t/h、 单炉产量 400 t、 气体压力 0.65 MPa、富氧浓 度 22%26%、 阳极铜品位 99.0%、 渣含铜 10%、 浇铸能力 100 t/h。 3 优缺点及展望 3.1 优势
17、 1）流程短，铜 精矿 到阳极铜生产流程从三步缩短到两步，直接浇铸阳极板，设备配置紧凑，省去传统精炼炉，简单高效。 2）环保好，火精炉氧浓高、密封好；多元炉与火精炉用导锍管密封链接，避免了的 SO2烟气低空逸散。 3）节能高效， 阳极 板生产由三步缩短至两步，火精炉独立完成传统吹炼与精炼环节，减少物料倒运带来的热量损失，能耗低。 4）火精炉系统直 收率 高，多元炉产出冰铜品位高，在火精炉内产出渣量很少，炉渣含铜低。 5）投资省，减少 精炼炉 、行吊、包子等设备及配套装置投资，投资比传统工艺省。 6）运营成本低， 流程 短、工艺综合能耗低，人员配备少，设备折旧低。 7）操作简单、安全可靠，采用
18、“品 ”字结构设计，设备配置紧凑；多元炉采用底、侧复合熔炼，炉内 Fe3O4含量低，不产生泡沫渣，安全可靠。 3.2 改进方向 1）多元炉的处理 能力 进一步挖潜提升，并对导锍管、导渣管、喷枪结构及布局等改进和优化。 2）实现火精炉与 多元 炉产能的协调匹配，并对火精炉放铜口、喷枪布局等进行优化。 3）渣处理工艺的 改进 ，建设炼渣炉，取代现有的渣选矿工 艺 。 4 结论 方圆公司两步炼铜技术 运行实践表明，该技术布局紧凑，流程短，工艺操作简单，优势明显， 作为一项新的铜冶炼工艺，投产运行至今已 达到了良好的效果。 参考文献 1 赵玉敏 . 三菱法在直岛冶炼厂的应用 J. 有色矿冶， 1996， 12（ 6） ： 23-30 2 姚素萍 . “双闪 ”铜冶炼工艺在中国的优化和改进 J. 有色金属（冶炼部分） ， 2008（ 6） ： 9-11. 3 崔志祥，申殿邦，王智 ， 等 . 高富氧底吹熔池炼铜的理论与实践 J. 中国有色冶金 ， 2010， 39（ 6） ： 21-23.
