格沃古夫铜冶炼厂冶金生产线当前和未来的现代化.pdf

2 0 1 0年 1 0月第 5期 冯欣摘译 格沃古夫铜冶炼厂冶金生产线 当前和未来的现代化 1 亘 三 蔓垂 、； 格沃古夫铜冶炼厂冶金生产线 当前和未来的现代化 冯 欣摘 译 中国恩菲工程技术有 限公 司 ， 北京1 0 0 0 3 8 【 摘要】 本论文描述 了格 沃古夫 G l o g 6 w 铜 冶炼厂冶金生产的现状 ， 讨论 了 目前正在进行 以及计 划 中 的现代化 改造项 目． 同时还概述 了实现现代化改造所应达到 的条件 。 【 关键词] 铜 ； 工艺现代化； 贵金属 ； 铅； 工艺热平衡 [ 中图分类号】 T F 8 1 1 【 文献标识码】 B [ 文章编号] 1 6 7 2 6 1 0 3 2 0 1 0 0 5 0 0 0 1 0 7 波兰 K G HM集 团年产铜 5 2 万 t ， 在世界铜生产 商排名中位置居中。同时 ， K GH M公司是 欧洲利用 自有矿石资源产铜 的最大生产商 ， 从矿石开采一直 到产出最终的高质量产品 ， 拥有完整的生产结构体 系 ， K G HM P o l s k a M i e d i 公 司是波 兰最大 的出 口商 之一 。 K G HM集团超过 8 0 ％的电解铜生产和与铜矿石 伴生 的所有贵金属生产都是在格沃古夫铜冶炼厂进 行的。格沃古夫铜冶炼厂联合企业由四个冶炼厂组 成。采用不同铜精矿冶炼技术的两条主要铜生产线 位于格沃古夫第一铜冶炼厂和格沃古夫第二铜冶炼 厂内。该联合企业的其他两个组成部分是贵金属冶 炼厂和铅 冶炼 厂。格 沃古夫第一铜 冶炼厂 于 1 9 7 1 年投产 ， 工艺上采用的是竖炉技术。1 9 7 8 年投产 的 格沃古夫第 二铜 冶炼厂采用 了先进 的闪速熔炼技 术。这两个冶炼厂的最终产品都是阴极铜 ， 最低含 铜 为9 9 ． 9 9 ％。在 1 9 9 0 年至 1 9 9 3 年期间 ， 建设 了贵 金属冶炼厂 ， 主要处理电解铜生产中的副产品 阳极泥 ， 同时还对 银 、 金 、 钯一 铂泥和工业硒进行 回 收。 铅冶炼厂于 1 9 7 3 年投入生产 ， 其生产是以铜冶 [ 译 者简介】 冯欣 1 9 8 1 一 ， 男 ， 四川南充人 ， 恩菲公司海外业务部 翻译 。 [ 收稿 日期] 2 0 1 0 0 7 2 8 炼 回收的原料为基础。在 2 0 0 1 年至 2 0 0 3 年期间 ， 经 过整 体 的升级改造 ， 该 冶炼 厂的生产 能力从每 年 1 7 0 0 0 t 粗铅提高到 2 2 0 0 0 t 粗铅 。在下一阶段 的现 代化改造完成时 ， 该冶炼厂 的 目标是生产能力将 达 到每年 2 7 0 0 0 t 粗铅的水平。 1 格沃古夫第一铜冶炼厂 格沃古夫第一铜冶炼厂的生产是 以在竖炉中进 行铜精矿 的冶炼为基础。 生产过程包括五个 阶段 铜精矿制团、 竖炉 中团 矿冶炼和冰铜生产 、 冰铜吹炼 、 阳极炉火法精炼和阳 极铸造以及最终的阳极铜电解精炼生产阴极铜。 含有转 炉渣 和焦炭 、 含铜 ～ 2 5 ％的混合精矿 团 作 为 给料 进入竖 炉 中 ， 熔 炼后得 到的产 品是 冰铜 铜 、 铁硫化物和废渣的合金 。在冰铜吹炼过程 中， 铁和硫被氧化以获得理想的粗铜 ， 其 中纯铜含量 约为 9 8 ． 5 ％。其 余杂质在 阳极炉 内火法精炼 时除 去 。 此 阶段铸造的阳极要进行 电解精炼 ， 在电解过 程 中， 阳极铜溶人电解液 ， 在恒定电流下沉积在阴极 始极片， 产出的最终产品纯度为 9 9 ． 9 9 ％的阴极铜。 流程图详见 图 1 。 2 格沃古夫第二铜冶炼厂 格沃古夫第二铜冶炼厂的生产是以闪速炉内的 一 段闪速冶炼技术为基础 ， 利用干燥精矿在闪速炉 2 中固 有色冶金 A 卷生产实践篇 国外工程技术 硫 阳极泥送 贵 图1 格沃古夫第一铜冶炼厂和精炼厂的流程图 中直接生产粗铜 。该技术包括三个阶段 精矿焙烧 、 冰铜冶炼和一段吹炼工艺 。 干燥的铜精矿与充足的氧空气通过炉顶烧嘴鼓 入炉内。熔炼在鼓人精矿下落至炉子沉降室过程中 发生 ， 在沉降槽 中， 粗铜 含铜～ 9 9 ％ 与炉渣分离开 精矿混合 4 ％ 厂 来 。含铜 仍有 1 l ～ 1 5 ％的炉渣送 入 电炉进 行渣贫 化 。与此同时 ， 与在格沃古夫第一铜冶炼厂 的工艺 完全相同 ， 粗铜在 阳极炉 中进行加工并经过 电解精 炼 。最终产品为纯度 9 9 ． 9 9 ％的阴极铜。 流程图详见图2 。 电解槽 圆形铸锭机 固定式 阳极 炉 图2 格沃古夫第二铜冶炼厂和精炼厂的流程图 2 0 1 0年 l 0月 第 5期 冯欣摘译 格沃古夫铜冶炼厂冶金生产线当前和未来的现代化 3 3 贵金属冶炼厂 格沃古夫第二铜冶炼厂的贵金属部生产银 、 金 、 钯一 铂精矿和工业硒 。 给料为阳极泥一种铜电解精炼 的副产 品， 主要来 自格 沃古夫铜 冶炼厂和莱格尼察 L e g n i c a 铜冶炼厂。经过干燥后 ， 将富含金属的 阳极泥送至 卡尔多 K a l d o 炉进行熔化 、 吹炼和火法精炼。这一 过程 的产物多尔金属 D o r 6 m e t a 1 被铸造成 银 渣 r A 阳极 ， 随后 ， 这些 阳极电解精炼成纯度为 9 9 ． 9 9 ％的 阴极银 ， 再铸造成银条或银粒。 源 白银 电解精炼工艺的银 阳极泥含有金 、 铂和 钯 ， 这些贵金属在气态氯存在条件下 与水和盐酸 的 反应 ， 定期进行回收 。黄金在另一个反应器中以砂 金 的形式 回收 。在这一 阶段可得到铂一 钯精矿 ， 此 后 ， 黄金在炉中熔化 ， 铸造成金条。 贵金属冶炼厂流程图见图3 。 图3 贵金属冶炼厂的流程图 4 粗铅冶炼 厂 ． 除 了铁 以 外 ， 伴 生 铜 的铅 含 量 也 很 大 。在 K G HM集团产出的铜精矿 中铅的含量达到 2 ． 5 ％的 水平。 铅主要富集在铜精矿冶炼工艺的副产品中 例 如烟气净化装置中累积的烟灰和粉尘 。烟灰和粉 尘是铅 回收的主要来源 ， 回收是在格沃古夫铜冶炼 厂的铅厂进行 。 铜冶炼副产品铅的回收是在旋转反射多舍尔炉 D r s c h e 1 进行还原来实现 的。还原过程是周期性 的一段工艺。换言之 ， 最终产 品粗铅是经过一次作 业生产 的。 熔化后 ， 铅 与炉渣从炉 中分离出来 ， 随后 ， 铅含 量 9 8 ． 5 ％的粗铅在模具 中铸造成型。 目前 ， 粗铅 的年产量约为 2 1 0 0 0 t 。铅冶炼厂流程详见图4 。 5 格沃古夫铜冶炼厂的产量 格沃古夫铜冶炼厂 2 0 0 8 年的产量如下 电解铜 4 2 7 3 0 4t 银 1 ， 9 2 7 5 1 k g 黄金 9 0 2 k g 粗铅 2 3 6 8 9t 硫酸 5 1 8 8 0 0 t 4 中固 有色冶 金 A卷生产实践篇． 国外工程技术 图4 铅冶炼厂的流程 图 硒 8 1 8 5 7 k g 铂一 钯精矿 9 3 k g 硫酸镍 1 6 1 5 t 竖 炉炉渣 5 5 1 4 4 0 t 水淬渣 3 4 0 5 8 0 t 格沃古夫冶炼厂是世界上最清洁的铜冶炼厂之 一 ，如今它为全世界大型工业联合企业树立了环保 的样板。 格沃古夫冶炼厂的现代化不仅体现在它在生产 过程 中采用的现代化技术 ， 还表现在其严格遵守环 境标准 。过去 的十年 ， 用于环保的开支总额超过了 3 亿波兰兹罗提 7 5 0 0 万欧元 。由于在环保上所做 的投资， 格沃古夫冶炼厂在有害物质、 污水和废物排 放方面的环境影响 ， 已经降低到与世界顶尖公司相 同的水平。 6 K G H M集 团 2 0 0 8 ～2 0 2 0 年 战略发 展的设想和方向 K G HM集团 目前实施的战略重点在高效加工 自 然资源 ， 这将使公司价值得到提升。 该战略涉及五个方面的内容 2 0 1 0年 1 0月 第 5期 冯欣摘译 格沃古夫铜冶炼厂冶金生产线当前和未来的现代化 5 6 0 4 0 U 4 3 U 3 ．8 U 3 ．5 U 4 0 U 0 U 3 ．9 Ll 4 _4 1 9 8 0 2 0 01 2 0 0 3 2 0 0 5 2 0 0 7 图6 格沃古夫冶炼厂二氧化硫排放减少量 产 2 5 0 0 0 0 t 粗铜的生产能力 ， 其 目的是为 了大幅度 降低加工成本。 依靠 自有铜精矿以及进 口精矿和废料为补充来 保证产量。 7 格沃古夫第二冶炼厂的现代化改造 7 ． 1 铜生产的技术限制 除 了基础设施的更新换代外 ， 决定对格沃古夫 第二冶炼厂进行现代化改造的另一个直接原因是计 划消除以下弊端 精矿存储能力不足 ； 精矿干燥机有 限的处理能 力 ； 闪速熔炼炉有限的生产能力 ； 四烧嘴系统下熔化 精矿混合物技术条件有限； 反应塔吸热有 限； 闪速熔 炼炉烟尘处理能力有限 ； 余热锅炉和烟气管道结垢 ； 引风机控制受 限； 炉膛冷却速度不够 ； 硫酸厂的生产 能力有限。 由于需要解决上述 问题 ， 有必要对下述几个方 面进 行改 造 精矿干燥 ； 闪速熔炼炉及相关设施 ； 余热锅炉 ； 烟尘处理系统 ； 电炉 ； 硫酸厂。 目前技术上出现 的这些问题 ， 如 闪速熔炼炉能 量平衡 、 余热锅炉结垢 、 精矿国内供应有限以及实现 计划 中所有现代化改造的高额成本 ， 迫使将这项改 造任务分为两个阶段来实施 。 第一 阶段 至 2 0 0 9 年 ， 目标是增加可用的轧钢 机并改变工艺 中的热平衡 ， 从而实现精矿混合物熔 炼时的热值高于 目前值 ； 第二阶段 至 2 0 1 3 年 ， 完成硫 酸厂的现代化改 造 ， 粗铜的年产量达到 2 3 0 0 0 0 t ， 硫的处理能力达到 1 6 ． 4dh。 7 ． 2 精矿储存和干燥设施 精矿储仓的建设 计划于 2 0 1 1 年实现5 0 0 0 0 t 的 储存量 无疑会 改善精矿储存 和处理的环境条件 。 目前精矿一直被储存在露天堆场 ， 计划建设的精矿 储存 系统为室内仓库 ， 附带选择性提取所储精矿的 功能。 鉴 于计划中的闪速熔炼炉产量高大约 2 3 0 0 0 0 t 粗铜 以及 目前精矿干燥机作业情况不佳 ， 需要进行更广的现代化改造。筛分和破碎系统也选 定为进行现代化改造的对象。 7 ． 3 闪速 熔炼 炉 闪速熔炼炉的现代化改造包括 以下 内容 炉子投料 ； 精矿烧嘴 ； 反应塔； 炉子周边设施 炉 子加热装置 ； 炉膛 冷却装置 、 送风装置 、 辅助材料投 料装置。 7 ． 4 余热锅炉烟尘处理 余热锅炉的现代化改造包括修建挡板以及用于 烟尘处理氧化、 硫酸盐化喷嘴 ， 后者将实现烟尘氧化 和硫酸盐化 。通过引入经过改造的破碎机系统 ， 烟 尘处理工艺得到进一步的改进。部分延长了烟尘运 输装置。回收来 自储存堆场 的烟尘。 7 ． 5 电炉 涉及到电炉维修和现代化改造的工作主要包括 重新恢复其生产能力 ， 确保其在多次维修闭炉之间 仍能保持 4 年的炉龄。现代化改造的主要任务是提 高炉膛冷却装置的效率并进一步改造电炉壁 的冷却 系统。 7 ． 6 硫酸厂 新安装两台湿式静电除尘器后 ， 无需在冲洗 目 前已安装设备时降低送至闪速炉的给料速度。与硫 酸厂升级改造相关 的其他任务 旨在提高硫 的利用 率 ， 预计在 2 0 1 3 年现代化改造的第二 阶段达到处理 1 6 ．4汕 硫的水平 。 7 ． 7 格沃古夫第一冶炼厂的现代化改造 在分析格沃古夫第一冶炼 厂现代化改造过程 时 ， 需要特别强调以下几个 问题 竖炉工艺的优势和劣势 ； 应用现有火法冶炼技 术的可能性 ； 格沃古夫第二冶炼厂 目前所采用闪速 熔炼技术的优势和劣势； 国内铜精矿的特性 ， 尤其是 其中有机碳和铅 的含量 ； 在 2 0 1 4 年技术改造期间需 要维持铜的产量在最佳水平。 7 ． 8 竖炉冶炼工艺的优势与劣势 优势 1 从精矿质量方面来看 ， 该工艺具有很 大的灵活性 ； 2 铜及伴生金属的产量高 ； 3 铜回路 中铅和锌 的沉淀为富集的硫化铅一 硫化锌形式 ； 4 可熔化返料及受污染的进料 ； 5 火法部分的生产设 6 中固 有色 冶 金 A卷生产实践篇 国外工程技术 施成本低 ； 6 工艺生产线停车时间短。 劣势 1 必须使用废黑液 ； 2 复杂的进料运 输 ， 能耗大 ； 3 昂贵的精矿 团矿 ； 4 必须使用焦炭 作为燃料 ； 5 竖炉能源效率低 ； 6 产生大量的贫化 工艺气体 ， 需要在锅炉和烟气脱硫 中进行燃烧 ； 7 含有粉状 、 凝聚颗粒的烟气净化工艺极其 困难 ； 8 扩大二次抽气装置； 9 在运输各阶段产品 冰铜 、 炉 渣 、 烟尘和返料 时， 逸散到大气中的污染物相对较多。 7 ． 9 全球产量 中火法冶炼技术所 占的份额 奥托昆普 O u t o k u m p u 5 1 ％； 诺兰达 特尼恩特 N o r a n d a T e n i e n t e 1 6 ％； 三菱法 Mi t s u b i s h i 8 ％； 艾萨法 I S A 6 ％； 竖 炉 4 ％ ； 鹰桥 I n c o 3 ％； 其他 1 4 ％。 7 ． 1 0 闪速熔炼工艺的优势与劣势 优势 1 分批熔化 的灵活性很大 ； 2 简单 、 经 济的精矿干燥和处理工艺 ； 3 化学反应在单一团矿 中集 中进行； 4 在余热锅炉中实现工艺气体高效热 回收 ； 5 工艺气体中含有高浓度的二氧化硫 ； 6 硫 的产量高。 劣势 1 昂贵的炉渣贫化工艺 ； 2 维修周期短 4 8 个月 ； 3 维修时问长 5 0 ～ 6 0 天 。 7 ． 1 1 波兰铜精矿的特性 波兰铜精矿 的特性包括 铁 的含量相对较低 ， 一 般在 3 ． 5 ～ 5 ％ ； 铅和其它金属 的含量高 ， 一般在 0 ． 9 ～ 2 ． 4 ％； 硫的含量较低 ， 一般在 8 ％～ 1 1 ％； 有机碳 的含 量 高 ， 一 般 在 5 ． 5 ％ ～ 8 ． 3 ％ ； 平 均 铜 含 量在 1 7 ％～ 3 0％ 。 如上所述 ， 鉴于计划中格沃古夫第一 、 二冶炼厂 的有机碳含量和粗铜产量高 ， 迫切需要找到实现两 个闪速熔炼炉热平衡的解决方案 。 实施下述方案之一可 以解决上述问题 改变精 矿浮选技术 ； 选择最佳批次的混合物 氧化精矿 ； 在 反应区使用吸热材料 ； 精矿焙烧 ； 工艺气体或炉渣回 收 ； 向闪速熔炼炉的沉降室投入固体给料。 目前正在进行分析选择计划中的高速闪速炉熔 炼条件下 ， 有效消除有机碳含量影响的技术 。 7 ． 1 2 最佳选择 通过对上述方案 的分析研究 ， 最后决定在格沃 古夫第一冶炼厂的闪速炉引人一段炼铜技术 ， 该技 术与从格沃古夫第二冶炼厂采用的技术相 比有以下 几个方面 的不同 给料混合物不 同的混合方法 轮毂系统 ； 采用精矿蒸汽干燥机 ； 闪速炉 的基础 ， 取 决于炉渣从 电炉 中排 出的形式 ； 闪速炉给料添加剂 以炼铅炉渣形式引入 ； 采用矩形电炉 ， 配备六个电极 2 x 2 5 MV A 供 电 ； 利用电炉炉渣生产 团矿 ； 利用夹 层替代滴人式 电炉冷却系统 ； 采用升级的技术精炼 铜一 铅一 铁合金。 7 ． 1 3 规划现代化 改造过程中的不可预见事件／ 考 虑事项 增加设备现代化改造生产线 ， 需要 考虑 以下几 个因素 新设施与生产线上现有设备的最佳接合 转 炉 、 阳极炉 ； 减少格沃古夫第一冶炼厂的总停车时 间； 最大限度地利用电力基础设施为新设备供电。 8 格沃古夫第一冶炼厂现代化技术改 造 的几个 阶段 8 ． 1 精矿均化和预处理 将为备料和加工部配备带有除尘系统的蒸汽干 燥机 ， 辅助材料气体干燥 系统， 将精矿送至蒸汽干燥 机的皮带廊和用于辅助材料和返料运输 的皮带廊。 均化仓库配有相应装置可改善均化效果 。精矿 卸载和精矿输送皮带廊的一部分将保持不变。 原材料 的储存 与指定辅助材料 、 返料和精矿的 储存和装卸相适应。 8 ． 2 闪速炉 新 闪速炉的设计将与格沃古夫第二冶炼厂现有 闪速炉类似 ， 其 中将融人从现有闪速炉作业 中所取 得的技术经验。新闪速炉的设计生产能力为年产粗 铜约 2 5 0 0 0 0 t 。除了在性能上的差异外 ， 这两个闪 速炉最大的区别在于新闪速炉的炉膛位置更高。 8 ． 3电炉 计划新建一个 电炉 ， 其构造和尺寸与闪速炉类 似 ， 具 有一个矩形 横截面 ， 布置有六个 电极 2 x 2 5 MV A ， 详见图7 。 利用炉内形成 的废渣制成筑路砂石骨料 ， 含铅 量高达 1 4 ％的铜一 铅一 铁合金将在五个经过升级 改 造的转炉内进行吹炼。来 自造渣阶段 的炉渣将返回 电炉 ， 炼铜阶段 的炉渣将在一个独立的转炉 中还原 以获得含铜 、 铅杂质的炉渣 含铅高 、 含铜低 。利用 创新技术 ， 从转炉 中得到的炉渣将作为给料送人倾 倒式转炉内进行粗铅生产。 2 0 1 0年 1 0月第 5期 冯欣摘译 格沃古夫铜冶炼厂冶金生产线当前和未来 的现代化 7 图7 新 闪速炉的总尺寸和高度 8 ． 4 硫 酸厂 硫酸厂配备有新生产设施 ， 目前正在使用 的冲 洗一 冷却段 和湿式静 电除尘器是近年来新增 的， 它 们是新生产线的组成要素。 8 ． 5 改造升级后格沃古夫第一铜冶炼厂的能源管理 在电力设备现代化改造方 面， 计划进行以下投 资 对格沃古夫第一铜冶炼厂的主变压站进行改造 新建 电炉供 电设施 ； 建设一个蒸汽利用站并引 进减速式汽轮机 ， 总功率达到约 2 ． 5 MW； 配套管 网 氧气 、 氮气 、 天然气 、 燃油 、 压缩空气和去离子水 ； 实 施现有冶金设备冷却装置的现代化改造。 9 改造升级后格沃古夫铜冶炼厂铅平 衡的计划构想 双闪速炉 鉴于国内铜精矿 的特点 ， 尤其是考虑到其铅含 量较高， 经过升级改造 、 配有双闪速炉的格沃古夫生 产线上需要有一套新的方法来实现铅平衡。随着新 建 的倾倒式转炉用于铅生产的可能性越来越大 ， 迫 使对现有技术进行详细分析。 目前 ， 冶炼厂 中正在实施 由K G H M集团工程师 们开发的 、 旨在解决含铅量增加的铜精矿处理 的创 新方法 。该解决方案 中包括对转炉渣进行额外处理 以使其可用于进一步的冶金加工。 按这种方式制备 的炉渣将作为生产铅的原料送 入倾倒式转炉。 增加多舍尔炉 D f r s c h e 1 的生产能力不仅可用 于现有含铅材料的加工， 而目 还可逐步消化掉累积的库存。 苏平校 Pr e s e nt a nd f ut ur e mo de r n i z a t i o n o f m e t a l l ur g i c a l pr o duc t i o n l i ne s o f t he Gl o g o w Co p pe r S m e l t e r Tr a n s l a t e d s e l e c t i v e l y by FENG Xi n Abs t r a c t Th i s p a p e r c ha r a c t e r i z e s t he c ur r e nt s t a t e o f t h e me t a l l u r g i c a l p r o d u c t i o n l i n e s o f t h e Gl o g o w Co pp e r S m e l t e r ． I t d i s c u s s e s c u r r e n t a n d p l a n n e d mo d e r n i z a t i o n p r o j e c t s ， a n d a l s o o u t l i n e s t h e c o n d i t i o n s u n d e r w h i c h mo d e r n i z a t i o n i s t a k i n g p l a c e ． Ke y wo r ds c o pp e r ；p r o c e s s mo de r n i z a t i o n；p r e c i o u s me t a l s ；l e a d；p r o c e s s he a t b a l a n c e 恩菲发 明湿 法炼锌浸 出技 术实现 铜镉钴 分离 中国恩菲发明的湿法炼锌浸 出技术能够有效地从硫酸锌溶液 中除铜 、 镉 、 钴等有色金属 ， 并实现了这三 种元素的分离 ， 减少 了处理工序 ， 降低 了成本。 据介绍 ， 从硫酸锌溶液中除铜 、 除镉和除钴的方法及其装置 ， 能够连续完成三段净化 ， 即硫酸锌溶液一 段净化除铜 、 二段除镉和三段除钴 ， 通过采用多个反应器串联连续除铜 、 除镉及活性锌粉除钴 ， 实现铜 、 镉 、 钴三种元素的分离 ， 分别可以得 到含铜高达 5 5 ％～ 8 5 ％铜渣 、 含镉 高达 5 5 ％～ 7 0 ％镉渣及钴渣 ， 减少 了铜 、 镉 渣的后序处理工序并节省了锌粉。此外 ， 除铜、 镉的锌粉消耗量也 由现有生产技术的4 ～ 5 倍降至 1 ． 5 - 2 倍。