朱云娥，王冬冬

（黑龙江紫金铜业有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000）

铜的冶金分为火法炼铜和湿法炼铜，目前以火法炼铜为主[1-2]。由于能耗高、硫利用率低、环境污染大等问题，传统的冶炼工艺已被新的冶炼技术所取代，特别是近二十年来，各种冶炼技术的涌现为铜冶炼技术的发展做出了很大的贡献。目前，铜的熔炼技术主要分为两大类：一类是闪速熔炼，一类是熔池熔炼[3-4]。闪速熔炼是精矿颗粒被气体包围，在随气流从上部喷嘴落下的过程中发生化学反应，因反应速度很快，闪速完成了氧化及熔化过程；熔池熔炼则是精矿颗粒不仅与气相接触，还有液体熔渣相，精矿颗粒处于强烈搅动的三相流体的熔池中，进行强烈的氧化反应而实现熔炼目的，如侧吹炉熔炼、底吹炉熔炼、诺兰达熔炼、三菱法熔炼、特尼恩特熔炼、艾萨熔炼、水口山法和白银法等。这两类工艺都能有效地解决能耗高、污染严重的问题，代表了今后的铜冶炼技术发展方向。

1 冶炼工艺的选择

黑龙江紫金铜业有限公司是黑龙江多宝山铜业股份有限公司投资兴建铜冶炼项目而设立的，黑龙江多宝山铜业股份有限公司成立于2006年1月，2016年，紫金矿业集团股份有限公司通过股权收购实现对黑龙江多宝山铜业股份有限公司100%控股。黑龙江紫金铜业有限公司铜冶炼项目是黑龙江省规划建设的百大项目，是紫金矿业集团股份有限公司力图主导产业布局、做大做强铜板块的长远规划。项目总投资为40亿元，从设计产能来看，年产标准阴极铜15万t、硫酸60万t。

1.1 工艺比较

铜冶炼的火法系统包括熔炼、吹炼和精炼三道工序，其中，熔炼包括闪速熔炼和熔池熔炼两大类，可选择的工艺有闪速熔炼、侧吹炉熔炼、底吹炉熔炼等；目前使用很成熟的吹炼工艺有闪速吹炼、Peirce-Smith（PS）转炉吹炼、底吹炉、火精炉等；精炼以回转式阳极炉为主，少量采用倾动炉、反射炉工艺。不同的工艺有各自的特点，如何根据不同工艺的优缺点并结合企业的实际，扬长避短，选择合适的工艺来进行配置是十分关键的。国内外主要铜冶炼企业所采用的工艺配置、作业方式、工艺特点如表1所示。

从表1可以看出，PS转炉吹炼虽然简单、成熟、易操作、易掌握，但吹炼效率低，低空污染严重，需要配备行车吊运包子，车间劳动条件差，不符合日益严格的环境保护要求。此外，因进料、排渣、排铜作业，炉体必须频繁转入转出，且炉内排铜后空炉、进料后满炉，这种作业制度带来的炉内温度高低转换频繁，严重影响耐火材料的使用寿命。而底吹连续吹炼以它特有的优势在吹炼工艺中具有很强的竞争力，可以采用热态进料、部分热态部分冷态或全冷态等形式的冰铜入炉，运行指标明显优于顶吹连续吹炼、诺兰达连续吹炼，和闪速吹炼相比，其具有工艺流程短、操作灵活性强等优势，具有中国自主知识产权。

表1 国内外主要铜冶炼企业的火法工艺特点

1.2 工艺的选择与布置

黑龙江紫金铜业有限公司选择了“侧吹炉熔炼+底吹炉吹炼+回转式阳极炉精炼”的三连炉配置工艺，侧吹炉产出的冰铜以虹吸方式通过溜槽连续自流至底吹炉吹炼，底吹炉吹炼产出的粗铜自流至阳极炉进行精炼，从而实现全热态连续炼铜。在设计上，对炉体结构进行优化，例如，将底吹炉由上部进料方式改为端头中部进料，不仅使炉体之间配合更紧凑，而且大幅度降低了厂房高度。三大炉的规格分别为：侧吹炉28 m2、底吹炉Φ4.4 m×23 m、阳极炉Φ4.2 m×13.5 m。其平面配置如图1所示。

图1 熔炼系统三大炉平面配置

2 全热态连续炉体的实践

黑龙江紫金铜业有限公司的15万t铜冶炼项目于2017年5月开工，2019年8月18日点火，2019年9月3日投料试生产，试生产一次性成功。生产实践表明，全热态连续炼铜工艺运行稳定的关键在于侧吹炉与底吹炉的协调和控制。侧吹炉最佳工艺控制条件为：氧浓度70%～80%，产出冰铜温度1 270～1 280 ℃，炉渣温度1 300～1 330 ℃，冰铜品位70%～76%，床能力（干基）75～80 t/（d·m2）。此条件下产出的冰铜有利于底吹炉的平稳控制，通过控制底吹炉的氧浓度和炉内熔体液面的高度在规定范围内，着重保持薄冰铜层操作，这样的近两相操作模式可以在铜过吹时始终确保有薄层冰铜作为炉内还原剂，避免铜过吹严重，同时保证粗铜品位达标。炉内热平衡的有效控制既保证了炉内温度的相对稳定，又保证了冷料（残极、包底铜、外购粗铜等）的加入。根据工艺要求和处理能力，阳极炉实现二次进料，第一次多进料，使阳极炉进行较深的预氧化，既缩短阳极炉的单炉作业周期，还保持了底吹炉炉内的液面相对稳定。

经生产实践，全热态连续炼铜工艺实现了设计之初提出的目标：连续、稳定、安全、可控、环境友好。底吹炉吹炼取得了很好的效果，与同行企业相比，本项目的相关指标达到了国内领先水平，如表2所示。

表2 底吹炉吹炼与国内底吹炉型的指标比较

3 结语

本项目采用“侧吹炉熔炼+底吹炉吹炼+回转式阳极炉精炼”的三连炉配置工艺，实现了全热态连续炼铜，热冰铜连续进炉，底吹炉间断性排放粗铜，作业方式灵活性强。黑龙江紫金铜业有限公司现已成为国内第一家真正实现全热态连续炼铜的企业。该工艺属世界首创，各项技术指标达到国内领先水平。其解决了底吹炉过吹的问题，使底吹炉吹炼炉渣含铜率稳定控制在15%以下，同时大大降低了底吹炉带出的包底铜量，每月带出的包底铜控制在100 t左右。工艺运行安全、稳定，解决了同类厂家吹炼过程中易出现喷炉事故的难题。根据阳极炉的粗铜需求量，该工艺可灵活、连续地进行10～200 t/次的高品质粗铜排铜操作，满足了阳极炉的各种作业需求。底吹炉产出的粗铜品位可稳定控制在98%左右，氧枪砖的使用寿命大大延长，目前已达到半年。