祥光 双闪 铜冶炼工艺及生产实践.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年2 期 1 1 祥光“双闪’’铜冶炼工艺及生产实践 周松林 祥光铜业有限公司，山东阳谷2 5 2 3 2 7 摘要介绍了祥光铜业“双闪” 闪速熔炼和闪速吹炼 铜冶炼工艺技术、主要设备、生产实践及存在问题 与对策。实践表明“双闪”工艺是高效环保的炼铜技术，是未来铜冶炼的发展方向，祥光铜业是当今世 界最清洁环保的绿色铜冶炼厂之一。 关键词i 闪速熔炼；闪速吹炼；生产实践；环境保护 中图分类号T F 8 1 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 9 0 2 - - 0 0 1 1 一0 5 X i a n g g u a n g ‘‘D o u b l e - F l a s h ’’C o p p e rS m e l t e rP r o c e s sa n dP r o d u c t i o nP r a c t i c e Z H O US o n g l i n X i a n g g u a n gC o p p e rC o ．．L t d ，Y a n g g u ，S h a n d o n g2 5 2 3 2 7 ，C h i n a A b s t r a c t T h e “D o u b l e - F l a s h ” F l a s hS m e l t i n ga n dF l a s hC o n v e r t i n g c o p p e rs m e l t i n gt e c h n i q u e ，m a i ne 。 q u i p m e n t s ，p r o d u c t i o np r a c t i c ea n de x i s t i n gp r o b l e m sa n dp r o b l e ms o l u t i o n so fX i a n g g u a n gC o p p e ra r ei n t r o d u c e d ．T h ep r a c t i c ed e m o n s t r a t e st h a tt h e “D o u b l e - F l a s h ”p r o c e s si sah i g h e f f e c t i v ea n de n v i r o n m e n t f r i e n d l yc o p p e rs m e l t i n gt e c h n i q u ea n di sap o t e n t i a ld i r e c t i o no ft h ef u t u r ec o p p e rs m e l t i n gd e v e l o p m e n t ． X i a n g g u a n gC o p p e ri s o n eo ft h ec l e a na n de n v i r o n m e n t f r i e n d l yg r e e nc o p p e rs m e l t e r si nt h ep r e s e n t w o r l d ． K e y w o r d s F l a s hS m e l t i n g ；F l a s hC o n v e r t i n g ；P r o d u c t i o np r a c t i c e ；E n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n 祥光铜业有限公司 简称祥光铜业 是继美国肯 尼柯特公司之后世界上第二座采用“双闪” 闪速熔 炼F S F 和闪速吹炼F C F 工艺的铜冶炼厂，设计规 模为年产4 0 万t 一期2 0 万t 阴极铜，1 4 0 万t 一 期7 0 万t 硫酸，2 0t 一期1 0t 黄金，6 0 0t 一期 3 0 0t 白银，工艺流程为“蒸气干燥闪速熔 炼闪速吹炼回转式阳极精炼永久不锈 钢阴极电解高浓度S O 。转化制酸卡尔多 炉回收贵金属”。项目优化集成了国际一流的铜冶 炼技术和装备，是目前世界最环保、高效、节能的现 代化铜冶炼企业之一。 祥光铜业2 0 0 5 年9 月开工建设，2 0 0 7 年8 月 1 2 日闪速熔炼炉投料试生产，9 月2 9 日闪速吹炼炉 投料试生产，1 0 月1 日产出第一炉阳极铜，1 1 月2 日电解通电生产，1 1 月儿日产出第一批高纯阴极 作者简介周松林 1 9 6 1 一 ，男。安徽祁门人，教授级高工。副总经理． 铜，至此，“双闪”铜冶炼主工艺流程全线打通。2 0 0 7 年1 1 月2 9 日祥光铜业正式宣告试生产结束，全面 进入正常生产阶段，2 0 0 8 年4 月“双闪”铜冶炼工 艺生产顺利实现达产达标，标志着亚洲第一、世界第 二的“双闪”铜冶炼技术在中国应用成功。 1 工艺特点及主要设备 1 ．1 工艺流程 祥光铜业属买矿冶炼厂。铜精矿从青岛港通过 火车和汽车运到精矿库，与石英砂、渣精矿、吹炼渣 按一定比例配比后经蒸汽干燥送闪速熔炼炉熔炼成 含铜7 0 ％的冰铜，熔炼渣送选矿车间处理，生产渣 精矿返回闪速熔炼炉循环。 冰铜水淬后经磨碎干燥成含水≤0 ．3 ％的细冰 铜，然后同生石灰、石英砂一起送闪速吹炼炉冶炼成 万方数据 1 2 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年2 期 含铜9 8 ．5 ％的高硫粗铜。 高硫粗铜经溜槽流入回转式阳极炉进行氧化还 原精炼成含铜9 9 ．3 ％以上的阳极铜，用双模园盘浇 铸成阳极板送电解车间，含S O 。0 ．2 5 ％的阳极炉烟 气通过锅炉降温和文丘里洗涤后采用贫胺液吸收后 排放，排放二氧化硫浓度0 ．0 0 5 ％。 电解采用奥图泰永久不锈钢阴极技术生产高纯 阴极铜，残极经竖炉熔化后浇铸成阳极板返回电解， 阳极泥处理采用卡尔多炉技术回收金银。 F S F 和F C F 烟气通过余热锅炉和电收尘降温 收尘，然后经二级动力波洗涤、电除雾、干燥后，采用 二转二吸制取硫酸，转化工艺采用奥图泰高浓度 S O 转化技术。工艺流程见图1 。 图1 祥光铜业闪速熔炼和闪速吹炼工艺流程图 F i g ．1 X i a n g g u a n gc o p p e rf l a s hs m e l t e r f l a s hc o n v e r tp r o c e s sf l o wc h a r t 1 ．2 技术特点 祥光项目坚持引进技术与自主创新相结合，集 成了目前世界最先进的铜冶炼工艺技术和装备，第 一次在中国应用的新工艺技术和装备就达1 2 项，其 中，部分新工艺技术和装备乃属世界首次应用 1 铜闪速吹炼技术， 2 冰铜水淬技术， 3 冰铜磨及输 送技术， 4 阳极炉尾气脱硫技术， 5 吹炼渣水淬技 术， 6 闪速炉渣选矿技术， 7 高浓度S O 。转化技 术， 8 竖炉处理残极技术， 9 奥图泰永久不锈钢阴 极技术， 1 0 卡尔多炉回收贵金属技术， 1 1 祥光 F S F 和F C F 冶金数模 自主创新 ， 1 2 高效节能的 阳极炉精炼新工艺技术 自主创新 。 1 ．3 主要设备 表I 2 生产实践 闪速熔炼炉2 0 0 7 年6 月1 8 日点火烘炉，8 月 1 2 日投料试生产，熔炼炉投产初期遇到的主要问题 是冰铜水淬系统问题，除此之外，试生产期间，熔炼 炉运行平稳，炉况正常受控，膨胀挂渣均匀，铜渣分 离清晰，放铜放渣容易，冰铜品位基本稳定在7 0 ％ 左右，渣含铜基本稳定在2 ．3 ％以内。初期F S F 投 料量控制在6 0 ～9 0t ／h ，试生产后期投料量控制在 1 0 01 2 0t ／h ，可以说，祥光高冰铜品位的闪速熔炼 炉试生产是顺利成功的。 闪速吹炼炉2 0 0 7 年7 月3 0 日点火烘炉，9 月 2 9 日投料试生产，初始投料量为3 5t ／h ，吹炼炉试 生产也非常顺利，没有遇到什么较大生产问题，由于 人炉冰铜品位波动小，所以吹炼炉炉况比熔炼炉更 稳定，炉内反应状况良好，渣含铜、粗铜含硫、C a O ／ F e 、渣温、铜温等控制指标正常，试生产第三个月， 闪速吹炼炉实际生产能力就达到并超过设计值4 1 t ／h ，通常按4 1 ～4 5t ／h 组织生产。 阳极炉2 0 0 7 年9 月2 3 日点火烘炉，1 0 月1 日 进吹炼炉粗铜进行生产，由于设计等多方面原因，阳 极炉前期生产遇到一些问题，主要表现在氧化还原 时间长、铜液喷溅严重、取样倒渣困难、风口铜口易 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年2 期 1 3 堵、透气砖渗铜、风口不能热态更换等，通过近两个 状态。 月的整改和创新，阳极炉于1 1 月下旬进入正常生产 表l主要设备规格型号及技术性能 T a b l e1M a i ne q u i p m e n tm o d e ls p e c i f i c a t i o n sa n dt e c h n i c a lp e r f o r m a n c e 制酸系统与闪速熔炼炉同步运行，工艺状况稳 定，制酸系统投产初期遇到一些问题主要是开工炉 预热器漏烟、部分管道阀法兰处漏烟以及干吸收塔 回酸管接头漏酸等，这些问题都是由施工质量差引 起的，经过一周时间的整改，这些问题基本得到解 决。祥光转化工序采用奥图泰高浓度S O 。转化技 术，转化进气S O 浓度设计值为1 6 ％，这套技术试 生产时出现的问题是S 0 。风机密封不好，经常泄漏 烟气，经过改造密封结构和材质后，解决了这一问 题，目前高浓度S 0 转化技术运行良好，完全达到 设计要求，正常烟气量1 3 80 0 0m 3 ／h ，S O 。浓度 1 4 ％～1 7 ％，转化率可达9 9 ．9 3 ％以上，尾气S 0 排 放浓度低于0 ．0 0 0 0 8 ％，硫回收率达9 9 ％以上。 经过3 个多月的试生产，2 0 0 7 年1 1 月2 9 日祥 光铜业正式进入全面生产阶段，2 0 0 8 年4 月“双闪” 铜冶炼工艺生产实现达产达标。 总体来说，“双闪”铜冶炼工艺试生产及正式生 产是非常顺利的，远远好于预期结果，没有发生任何 重大人身安全事故和设备事故，闪速熔炼炉和闪速 吹炼炉运行一直安全稳定，各项工艺参数指标受控 正常，生产期间具体工艺参数指标及业绩参见表2 、 图2 ～3 。 3 试生产存在主要问题及对策 3 ．1 冰铜水淬系统问题 冰铜水淬采用保尔沃特公司的I N B A 转鼓技 术，由于该技术首次应用于冰铜水淬的大工业生产， 所以投产初期暴露出的问题较多，时常导致F S F 被 迫停料，经过我们不断改进和完善，该系统基本满足 F S F 生产需要，主要问题及对策如下 1 流槽出口端结瘤问题由于铜水冷流槽较 长，再加上流槽端头与粒化头之间距离较大，冰铜流 到端头时容易结瘤导致粒化塔被堵而停产。主要对 策一是将铜水冷流槽改为碳化硅流槽，减轻冰铜流 淌过程的冷却强度；二是改造流槽端头的结构，同时 缩短流槽端头与粒化头之间距离。 2 渣浆泵堵塞问题由于冰铜颗粒较重，沉积 于粒化塔底部，导致渣浆泵经常被堵。主要对策一 万方数据 1 4 有色金属 冶炼部分2 0 0 9 年2 期 是在粒化塔底部增加搅拌水管；二是在渣浆泵出口 增加清扫水管和阀门。 表2 主要技术指标和工艺参数 T a b l e2M a i nt e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n sa n dp a r a m e t e r s 项目设计值实际值 硫酸系统 烟气量 转化器进口 ／ r f l 3 h _ 1 烟气S 0 2 ／％ 总转化率／％ 尾气S 0 2 ／1 0 6 尾气排放量／ n 1 3 h 一1 硫回收率／％ 酸电耗／ k W h 1 3 60 0 0 1 2 ．5 ～1 6 ．I 9 9 ．8 6 2 9 2 1 0 30 2 7 9 7 ．5 6 7 0 6 00 0 0 ～1 3 90 0 0 1 0 ～1 7 ≥9 9 ．9 3 ≤8 0 无计量 9 9 6 2 F 娟i 0 2 ．_ 碴含铜 冰铜品位* 一作业率 町年l o 月0 7 年1 1 月0 7 年1 2 月嘴年1 月惦年2 月∞年3 月∞年4 月∞年5 月∞年6 月 图2 闪速熔炼炉指标 F i g ．2 T e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n so fF S F 1 0 0 ． I 9 ． x 8 0 ．0 0 7 0 ．o o 术 6 ．0 0 赫 5 0 ．0 0 恤 4 0 ．o o 3 0 ．o o 2 0 ．0 0 1 0 ． J o ％，繇求阻 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年2 期 1 5 - - - - C a O ／F e ◆一粗铜含琉 渣含铜* 一作业率 图3 闪速吹炼炉指标 F i g ．3 T e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n so fF C F 3 冰铜颗粒细问题水淬冰铜粒度一0 ．0 7 4 m m 以下占5 ％～1 0 ％，这些细冰铜在水淬系统循 环，造成泵和管道磨损严重，3 个月就需更换泵叶轮 和部分循环水管道，而且每月在循环水池沉积的细 冰铜约有l5 0 0t ，需停炉5 天清理。主要对策一 是改变粒化头角度，提高冰铜水淬粒度；二是增加三 级循环水沉降池。渣沉降后的水返回循环系统。 4 冰铜爆炸问题爆炸噪音对周围环境造成一 定影响，而且冰铜水淬爆炸是产生大量细冰铜的原 因之一。主要对策一是改进粒化头结构；二是控制 粒化水量和压力；三是控制冰铜温度和流量。 3 ．2 烟尘系统问题 A 烟尘指F S F 电收尘和沉尘室收集的烟尘，B 烟尘指F C F 电收尘和沉尘室收集的烟尘，C 烟尘是 指F S F W H B 和F C F W H B 收集的烟尘。B 烟尘原 设计是自动返回F C F 和F S F ，因设计不合理导致B 烟尘根本不能在系统内密闭循环，投产初期，为了确 保F C F 正常生产，迫不得已将B 烟尘外排到烟尘罐 后用叉车运输到精矿库，通过同铜精矿搭配后再返 回到炉子，造成烟尘在装卸、运输、配料过程中的严 重二次污染。C 烟尘原设计是用烟尘罐接受后用叉 车运到烟尘处理系统处理后返回F S F ，由于烟尘落 地，导致闪速炉锅炉和电收尘下面烟尘飞扬，环境污 染。主要对策一是重新自主设计B 烟尘输送系 统，将B 烟尘输送管道直径由①5 0 改为 1 5 0 ，并在 输送管道上每隔2 米增加压缩风吹扫；二是重新自 主设计C 烟尘系统，取消烟灰罐，采用正压输送系 统，使烟尘在密闭状态返回到F S F ，做到尘不落地， 改善了现场环境。 3 ．3 阳极炉系统问题 祥光阳极炉是由德国麦尔兹公司设计的目前世 界上最大的阳极炉，由于设计不合理等多方面的原 因，导致投产初期问题较多，成为制约祥光试生产期 间的主要“瓶颈”。经过近两个月不断摸索改进和自 主创新，基本解决了这些问题，使阳极炉系统生产正 常稳定，主要问题及对策如下 1 氧化还原作业时间长问题德国专家指导采 用深氧化还原法，即氧化将硫脱到0 ．0 0 5 ％以下以 及氧达到0 ．5 ％以上时才进行还原，因与P S 转炉 吹炼不同。闪速吹炼生产的粗铜含硫高含氧低，采用 深氧化还原法操作时，每炉铜氧化还原时间超过1 0 h 。祥光入经过创新实践，发明了无氧化还原法，使 每炉铜精炼时间缩短到2h 以内，提高了阳极炉生 产能力，节约了能源。 2 喷溅严重不易倒渣问题祥光阳极炉原设计 有8 个风口，由于风口多气量大，氧化还原时铜液喷 溅严重，经常导致烧嘴熄火、锅炉溅铜以及倒渣困 难。主要对策一是封堵炉子两端两风口 18 ，8 8 和放渣口正下方两风口 4 8 、5 。 ；二是氧化风量由 设计42 0 0I T l 3 ／h 降到20 0 0m 3 ／h ，还原天然气量由 设计35 0 0r n 3 ／h 降到12 0 0m 3 ／h ，通过这一改进基 本保障了正常生产。 3 风口铜口易堵问题德国设计的氧化还原风 口和出铜口夹角为1 9 8o ，导致铜液装满时，不是 堵风口就是堵铜口。另外，氧化还原作业时风口易 堵。主要对策一是每炉铜液装入量减少至9 0 ％； 二是将风口埋入铜液深度由设计的15 0 0m m 改为 8 0 0m m ；三是在氧化风管道上增加过滤器除水；四 是计划下个炉期将风口和铜口夹角改为1 8 0o 以 内。 下转第2 0 页 万方数据 2 0 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年2 期 3结论 1 高杂矿占总量3 5 ％时，铜合成炉系统能够 正常稳定生产，产品质量不受影响； 2 高杂矿占总量4 0 ％时，通过工艺控制，能够 保证正常生产； 3 铜合成炉系统生产过程中对铜精矿杂质元 素含量控制范围得到了进一步修正。P b 、Z n 、A s 、 S b 、B i 均超过了控制值，但对阳极板质量未产生明 显影响，故可以将铜精矿杂质元素控制范围调整为 o A P b ≤o ．8 、Z n ≤2 、A s ≤0 ．3 6 、S b ≤0 ．0 7 5 、B i ≤0 ．0 4 8 。 4遗留问题 通过试验重新修正了铜合成炉人炉精矿杂质元 素的控制范围，放宽了铜精矿杂质元素在配料过程 中的控制上限。另外通过采取措施，为今后铜合成 炉工艺控制的进一步优化奠定了基础。本次试验的 成功为公司原料采购提供了参考依据，在条件适宜 的情况下，将进行铜合成炉系统高杂矿占总量4 0 ％ 以上的试验。通过本次试验虽然工艺控制与产品质 量得到了验证，但仍然遗留了高杂铜精矿在处理过 程中对环境污染以及职业健康等方面的问题有待今 后进一步开展工作。 上接第1 5 页 4 风口砖不能热态更换问题祥光阳极炉风口 砖设计是不能热态更换的，必须倒完铜后将炉子冷 却下来，然后进入炉内进行更换，目前祥光两台阳极 炉已更换过3 次风口砖，每台炉更换一次风口砖需 约1 0 天。主要对策是计划下个炉期将风口砖改为 可热态更换风口砖。 4结论 “双闪”铜冶炼工艺技术是先进成熟的工艺，是 当今世界高效环保的炼铜技术，是未来铜冶炼工艺 的发展方向。清洁的现场环境和9 9 ％的硫回收率 使祥光铜业成为世界上最清洁环保的绿色铜冶炼 厂，为此，祥光铜业2 0 0 8 年荣获中国有色行业唯一 的“全国十大环境友好工程”。 祥光铜业集成了当前世界一流的铜冶炼工艺技 术和装备，1 2 项新工艺技术及装备是国内第一次使 用，其中部分新工艺技术和装备属国际首次，祥光团 队不仅熟练掌握了这些工艺技术装备和操作，而且 还有大量自主创新成果，为“双闪”铜冶炼工艺今后 的发展提供了实际经验和技术支持。 万方数据