论稀氧燃烧技术在铜冶炼中的应用

2021-11-30柳海峰

中国金属通报 2021年4期

柳海峰

（烟台国润铜业有限公司，山东烟台 264300）

我国的炼铜厂在传统的方法中通常采用火法精炼的方法，在炼铜的过程中采用火法精炼是炼铜厂的标准，但是随着科技的进步，稀氧燃烧技术在化工精炼铜炉上的应用已经发展得比较成熟。稀氧燃烧技术之所以能够得到广泛的应用主要是因为自身在炼铜厂的应用过程中以节能的优点被广泛的使用。稀氧燃烧技术第一次引进国内是由安徽的铜陵公司首先引进的，到现在为止，总共有十多家的公司将稀氧燃烧技术应用到炼铜厂中。但是现阶段国内对稀氧燃烧技术应用在回转式精炼炉的报道上却并不是太多，下面将对稀氧燃烧技术做进一步的探讨[1，2]。

1 稀氧燃烧技术应用前的生产铜的情况

我国传统的炼铜厂在过去的炼铜过程中，通常采用烧嘴的方法生产铜。传统烧嘴主要是借助九十千瓦的助燃机提供燃料风，主要的方法是通过煤气燃烧，在煤气燃烧的同时喷射柴油燃烧的双燃料系统向炼铜炉中提供足够的热量从而支持燃烧。炼铜厂在没有应用稀氧燃烧技术之前，所采用传统烧嘴的方法在提供热量的过程中，由于本身所使用的助燃风机所提供的助燃空气中只有百分之二十一的成分是有效的助燃成分，因而空气中只有21%为氧气，氧气是助燃的有效成分，而剩下的78%是氮气，在炼铜的过程中，由于没有实际助燃性质，所以会以废气排出炼铜炉内。但是氮气在排出炼铜炉内的过程中，由于流动，会带走一部分的热量，对炼铜所需的热量产生了一定的影响。在炼铜厂使用传统烧嘴的过程中，回转式的精炼炉除了需要加入熔融状态下的粗铜外，还需要加入一部分的冷态粗铜锭作为提高热量的补充物。由于传统烧嘴炼铜的方法在废出氮气废弃时所带走的热量相较于氧气助燃剂所生产的热量，前者所带走的热量更多，而向炼铜炉内加粗铜锭在一个小时只能融化还不到四吨的重量，这就导致了粗铜锭在短时间内难以提高，造成传统烧嘴炼铜技术的生产成本比较高。

2 稀氧燃烧技术在应用后生产铜的情况

随着安徽铜陵公司将稀氧燃烧技术引进中国炼铜厂之后，利用稀氧燃烧技术代替了传统的烧嘴炼铜技术。并且稀氧燃烧技术在炼铜的过程中，所采用的燃料模式是双燃料系统。稀氧燃烧技术中的双燃料系统在使用过程中主要以煤气燃烧为主，以柴油为辅为双燃料系统提供热量，从而达到制氧纯度为百分之九十八以上的氧助燃，这一个过程直接摒弃了传统烧嘴炼铜技术的煤气燃烧这一环节，在使用过程中还取消了九十千瓦的助燃风机。将稀氧燃烧技术应用到炼铜技术中之后，不仅操作上比传统的烧嘴技术要简单方便得多，还完全消除了因使用煤气燃烧而带来的安全隐患，在相同的时间内冷却粗锭铜的处理能力也更强，相较于传统的烧嘴炼铜技术，其生产出来的铜的质量和效率都有很大的提升。

3 稀氧燃烧技术在铜冶炼中的应用

3.1 解决煤气燃烧造成的安全隐患

稀氧燃料技术在使用过程中以煤气燃烧为主，以柴油燃烧为辅助，在进行生产的过程中，以双燃料为燃烧系统，但是需要注意的是双燃料系统在使用过程中要特别规范，如果在使用过程中出现错误的操作，会直接导致双燃料系统的煤气管道内部堆积大量的冷凝水以及煤焦油，在煤气管道的弯管处尤其多。一旦有这样的情况发生，为了疏通双燃料系统中的煤气管道，需要将精炼铜炉中的相关作业进行中断，并在中断过程中启动前段水封系统，并在启动前段水封系统的同时关闭两道刀阀从而达到中断煤气供给的作用。中断煤气供给之后，再通过煤气管道中氮气置换并排空管道内残留的煤气，将煤气管道中的残留煤气排完之后，才能将煤气管道拆卸下来进行堵塞疏通工作。稀氧燃烧技术在解决煤气安全隐患工作的过程中，对煤气管道进行疏通工作的耗费时间比较长，并且操作复杂，在疏通的过程中由于煤气本身有毒，所以存在较大的安全隐患，如果在对煤气管道进行煤气置换的过程中完成的不彻底，有可能会导致煤气管道中的少量煤气在管道结束拆卸之后煤气外泄，一旦煤气接触到明火就会引起爆炸的安全意外事故，并且因为操作不当，直接引起煤气中毒。除此之外，传统的煤气烧嘴技术中的嘴孔比较大，煤气量也大，但是在进行炼铜的过程中煤的气压比较低，极其容易导致在精炼铜的过程中，发生氧化还原反应造成铜水喷溅出来堵塞烧嘴的嘴孔。所以针对这一现状，如果在操作时发现煤气的量供给不足或者在煤气管道中的煤气供给量未达到标准的状态时，要能够立即判断出传统烧嘴或者煤气管道有堵塞现象发生的可能。不管是操作不当还是铜水喷溅都会造成煤气的供给量不足，煤气供给量不足直接影响炼铜炉内的热量，造成正常的炼铜作业受到影响，导致炼铜成本的增加。因而，一旦就这样的现象发生，需要立即进行拆卸烧嘴进行煤气清理工作，在煤气清理工作正常开展之前，要注意重复疏通管道内复杂的程序化工作，只要将煤气管道口剩余的煤气完全排空，才可以进行清理工作。但是在稀氧烧嘴使用之后，由于稀氧燃料技术本身以柴油和煤气为主燃料，在燃烧过程中的孔径比较小，而燃料供给的压力比较大，只要在炼铜过程中精心维护就可以消除烧嘴的堵塞工作。在炼铜过程中更不用担心传统烧嘴中煤气堵塞的问题，在一定程度上提高了炼铜的效率和质量，提高了有效作业的时间，消除了安全隐患。

3.2 提高烟尘中铜的回收率

传统烧嘴煤气的燃烧过程中，利用空气做助燃剂，导致大量的非助燃剂的氮气进行了烟气废气中，不仅稀释了烟气中的浓度，该烟气需要在经过脱硫塔进行洗涤达标后再进行排放，不仅降低了铜的质量，还浪费了大量的资源。在稀氧燃料技术引入之后，烧嘴在燃烧过程中的烟气量明显的减少了很多，导致单位时间内烟气中烟尘的浓度明显提升。稀氧燃料技术为了保证烟气经过洗涤之后能够进行达标之后排放，通常在脱硫塔前增加了布袋收尘系统。利用布袋收成系统可以在炼铜的过程中收集到330Kg/a的烟尘，将烟尘进行化验之后，发现含铜量大于百分之二十，也就是说，在利用收尘系统中所收集的烟尘能够提炼出大量的铜。收尘系统不仅提高了烟尘中铜的回收率，还直接提高了精炼系统中铜的总回收率，因安装在脱硫塔之前，同时缓解了脱硫塔的压力，有效解决了环境污染问题，确保烧嘴系统中的烟尘达标之后再进行排放，使炼铜的效率和质量提升了一个新的档次。

3.3 提高物料的处理能力

传统烧嘴在煤气燃烧为主要的燃料时，每个小时仅仅能融化3.75吨的冷态粗铜锭。但是在稀氧燃料模式下，对粗铜锭的融化能力提高到了每小时7.5吨，烧嘴最好能够的单炉工作时间也有原来的二十四小时降低到十七小时，有效提高了工作效率，降低了作业的成本。除此之外，稀氧燃烧技术与传统的技术相比，其升温的效果更好，利用稀氧燃烧模式可以快速提高炼铜炉内的水的温度和渣液的温度。在升温的过程中，由于铜渣的温度会略高于原来的温度，所以促使渣的流动性更好，使扒渣的效果和能力更好，在稀氧燃烧技术下其渣含铜量也由原来的每炉器三吨降到现在的每炉期0.5吨以下，极大的减少了内沉积铜的回炉处理量，不仅节约了燃料，还有效控制了制作铜的成本。与之前原有的传统煤气燃烧模式相比，在能源消耗上也有了显著的下降。

3.4 双燃料烧嘴切换，能源供给稳定

稀氧燃料技术下所使用的是双燃料系统，在进行燃烧的过程中，既可以选择柴油进行燃烧，也可以选择天然气进行燃烧，从而达到双燃料的切换模式，既能够保证在燃烧过程中能源的稳定性，也能保证生产过程中的连续性和稳定性，确保在炼铜过程中不受到燃料的影响从而正常的作业。在煤气燃烧受到某些因素影响时，可以立即采用柴油进行燃烧，双燃料切换模式非常简单，只需要关闭天然气的球阀之后在拆除煤气的喷枪，更换柴油的喷枪，然后在打开柴油管道的球阀，在双燃料的控制系统上启动柴油燃料模式，系统就会根据柴油的燃烧模式来自动调节柴油和富氧的比例。但是在选择燃料的过程中需要注意的是，如果在天然气稳定的前提下，要选择天然气作为主要的燃料，因为使用天然气的成本会比柴油的成本要略低一些，在一定程度上控制铜的生产成本[3,4]。