孟可心

阳谷祥光铜业有限公司是世界单系统产能最大的铜冶炼厂，位于中国首家铜产业国家级生态工业示范园区—阳谷祥光生态工业园，成立于2005年1月，注册资本47.3亿元。现已形成年产矿产阴极铜50万吨、黄金20吨、白银600吨、硫酸170万吨和稀贵稀散金属1000吨的生产能力。祥光銅业产品“祥光阴极铜”、“XIANGGUANG”牌银锭分别在伦敦金属交易所（LEM）和上海期货交易所（SHFE）成功注册。

阳谷祥光铜业作为高新技术企业，建设有国家级企业技术中心、山东省铜冶炼及稀散金属提取工程技术研究中心、山东省铜冶炼清洁生产与综合利用工程实验室等创新平台。通过自主创新形成了拥有自主知识产权的铜冶炼及综合回收核心技术的工艺体系，采用工艺：超强化旋浮熔炼和旋浮吹炼工艺、冰铜吹炼渣无水粒化技术、粗铜自氧化还原精炼技术、高浓度烟气（SO2浓度18%）转化制酸技术、电解平行流技术。在世界上第一个实现了超强化旋浮铜冶炼的智能冶炼和自热冶炼，标志着中国铜冶炼技术及装备进入了世界先进水平，已由技术引进转向技术输出。

近年来，祥光铜业先后承担了国家国际科技合作项目、国家发改委重点节能技术专项等20余项国家、省、市级大型科研课题，授权专利100余项，其中国际发明40项，参与制定国家、行业标准50余项。多项科技成果通过山东省科技厅或中国有色金属工业协会组织的专家评价，评价结论：整体技术达到国际领先水平。先后获国家科技进步二等奖1项、中国专利金奖1项、山东省技术发明一等奖1项、山东省科技进步一等奖1项、山东省科技进步二等奖1项、中国有色金属工业科学技术奖10项、国家发明专利优秀奖1项、山东省发明专利一等奖2项。“旋浮铜冶炼”纳入工信部《铜冶炼行业规范条件》，“粗铜自氧化还原精炼技术”和“平行流电解技术”被国家发改委列入《国家重点节能低碳技术推广目录》，属于国家产业和环保政策重点鼓励推广的高效、节能、环保的清洁生产技术，作为新建和改扩建企业优先选择工艺。

阳谷祥光铜业以其良好的环境效益和经济效益，被工信部、财政部、科技部列为国家资源节约型、环境友好型第一批试点企业，被环保部授予国家环境友好工程，被工信部评为首批“绿色工厂”。

一、旋浮铜冶炼技术简介

铜是国民经济发展和国防工业的重要战略材料，中国是铜冶炼大国，连续十六年保持铜产量世界第一，占世界铜产量35%。现有铜冶炼工艺存在的共性问题是能耗高、污染大、效率低，如何利用高新技术改造传统高耗能、高污染行业，满足国家对节能、环保、资源利用的高标准要求，是有色行业转型升级可持续发展的重大需求。

阳谷祥光铜业全面分析研究了国内外相关技术和设备，确定了自主研发新技术的思路和总体方案，通过开展工艺理论研究、计算机仿真、关键设备研制、工业试验、工程设计等，自主开发出节能高效清洁环保旋浮铜冶炼工艺体系及核心装备，实现了铜冶炼理论、工艺、装备的重大创新，打破了国外对先进铜冶炼技术和关键设备的长期垄断，提升了我国铜冶炼的核心竞争力。

旋浮铜冶炼工艺节能原理是通过采用物料颗粒碰撞反应机理，反应机理分为两部分，一是反应塔上部的氧气和物料颗粒间的反应，以熔炼为例，主要反应：2CuFeS2 + O2 → 2FeS + Cu2S + SO2 ；2FeS + 3O2 →2FeO + 2SO2；6FeO +O2→2Fe3O4（过氧化）；2Cu2S + 3O2 →2Cu2O（过氧化）+2SO2；二是反应塔下部过氧化颗粒和欠氧化颗粒间的碰撞反应，主要反应：3Fe3O4 +FeS→10FeO+SO2；Cu2O+FeS→FeO+ Cu2S；2FeO+SiO2→Fe2SiO4。传统冶炼只有第一部分反应机理，没有第二部分反应机理，因而反应不完全。旋浮冶炼的碰撞反应机理确保整个熔炼和吹炼过程在各种工艺条件下都能反应充分完全。

技术特征：

（一）采用龙卷风旋流分散物料，强化气粒混合

旋浮冶炼对物料的分散模拟自然界龙卷风高速旋转具有极强扩散和卷吸能力的原理，颗粒呈倒龙卷风的旋流状态分布在反应塔中央，增强了旋流的扩散和卷吸能力，气粒混合好，大大增加物料颗粒碰撞，提高氧利用率，降低生料及烟尘发生率，减少二次处理用能。

（二）采用“风内料外”的环状布料形式，强化传质传热，提高余热回收

旋浮冶炼的颗粒原料在工艺风外环，增加了颗粒群和工艺风的接触面积，传质传热和反应效率增加；颗粒与高温回流气直接接触，去除了工艺风对颗粒群的风幕作用，颗粒着火点温度能够迅速达到，加速了颗粒与气体间、颗粒与颗粒间的反应。

二、开发出旋浮冶炼工艺的核心装备、旋浮冶金数模

根据旋浮冶炼“碰撞、旋风、脉动、风内料外”技术特征，通过建立旋浮冶炼数值仿真模型，获得气相温度分布、流线、不同粒径颗粒轨迹、温度变化等信息，以仿真结果为基础，经研制多个喷嘴样机和进行工业试验，开发出具有完全自主知识产权的脉动旋流型喷嘴，克服中央扩散型喷嘴气粒混合差、粒子碰撞少、反应偏析、热损失大等问题，能较好实现超强化、低能耗的冶炼目标。

针对冶炼炉构建了多元多次金属平衡方程和热平衡方程，并结合前馈反馈控制策略，融合统计仿真模型，自主研发出旋浮冶金控制数学模型，以此冶金数模为基础，开发出旋浮冶炼生产过程计算机在线控制系统。首次在旋浮铜冶炼生产系统上投入运行，使得在不同工艺条件下计算出最佳工艺控制参数，对生产过程进行实时控制，在线率99.5%以上，控制精度98%以上，确保了大规模冶炼工业生产的高效和稳定，实现了旋浮智能化冶炼和自热冶炼。

三、旋浮钢冶炼技术的应用

2009年5月，阳谷祥光铜业有限公司应用“阳谷祥光旋浮铜冶炼工艺”技术，生产实践表明，祥光铜业的熔炼炉和吹炼炉运行稳定，在处理高杂质铜精矿时工厂依然稳定地生产出合格粗铜，年节能量好于预期值，主要技术经济指标达到国际领先水平。平均节能能力为0.19tce/tCu，碳减排能力为0.31tCO2/tCu。为公司带来重大的经济效益、环境效益和社会效益。

河南中原黄金冶炼厂有限责任公司整体搬迁升级改造项目应用“阳谷祥光旋浮铜冶炼工艺”技术成果。平均节能能力达到0.186tce/tCu，碳减排能力达到0.3tCO2/tCu。以年产10万吨阴极铜计，年节约费用3636万元。

目前，阳谷祥光旋浮铜冶炼工艺已在阳谷祥光铜业有限公司、中国黄金集团—河南中原黄金冶炼厂和中铝东南铜业有限公司推广应用；在肯尼科特公司招标中评选为首选技术。随着该技术的深入推广和应用，将为有色行业供给侧改革转型升级可持续发展起到积极的推动作用。