冶金百科 | 铜冶金工艺——奥图泰闪速熔炼

2023-03-15 11:19:20 来源：中冶有色技术网

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简介：中国铜冶炼工业呈现厂家众多、工艺纷繁的特色，如图3-3所示。目前，我国应用较为广泛的铜冶炼工艺主要有5种：奥图泰闪速熔炼—P-S 转炉吹炼、双闪、TSL(澳斯麦特、艾萨)熔炼—P-S转炉吹炼、富氧底吹熔炼——P-S转炉吹炼、双侧吹—P-S转炉吹炼。可以预期，今后新建或改建的炼铜厂也主要是采用这些技术。

熔炼

2013年，中国精炼铜产量达到684万t。表3-3所列为中国主要铜冶炼企业冶炼工艺及产能等情况。

表3-3 中国主要铜冶炼厂及其冶炼技术与产能

中国铜冶炼工业呈现厂家众多、工艺纷繁的特色，如图3-3所示。目前，我国应用较为广泛的铜冶炼工艺主要有5种：奥图泰闪速熔炼—P-S 转炉吹炼、双闪、TSL(澳斯麦特、艾萨)熔炼—P-S转炉吹炼、富氧底吹熔炼——P-S转炉吹炼、双侧吹—P-S转炉吹炼。可以预期，今后新建或改建的炼铜厂也主要是采用这些技术。

(1)奥图泰闪速熔炼

1)方法简介

奥图泰闪速炉及其中央扩散型精矿喷嘴示意图分别如图3-4和图3-5所示。其炉体分别由反应塔(φ7×8)、沉淀池(26×8×2)和直升烟道(d5×10)组成(2010年设计日处理4500 t铜精矿闪速炉内空尺寸，单位为m)。炉体大量使用铜水套以提高炉衬寿命。图3-6为奥图泰闪速熔炼系统示意图。

图3-3 我国主要铜冶炼厂区位图

图3-4 奥图泰闪速熔炼炉示意图

图3-5 奥图泰闪速炉中央扩散型精矿喷嘴示意图

精矿喷嘴余热锅炉品

失重计量给料系统

静电收尘器

闪速熔炼炉

图3-6 奥图泰闪速熔炼系统示意图

图3-5 奥图泰闪速炉中央扩散型精矿喷嘴示意图

图3-6 奥图泰闪速熔炼系统示意图

细粉状炉料(精矿、溶剂、烟尘等)混匀干燥(水分小于0.3%)后储备于炉顶料仓;炉料与富氧(含080%～90%)空气，通过中央扩散喷嘴均匀喷洒进入反应塔内，在高温(反应塔温度1400℃，中央反应区最高1800~2000℃)、富氧条件下发生熔炼过程的物理化学变化，生成铜锍和炉渣熔体;熔体落入沉淀池中，进一步完成造渣和造锍反应，并在此利用比重差沉淀分离，炉渣和铜锍间断排出;炉渣含铜1%~2%，一般采用电炉贫化，也可采用选矿回收;烟气和烟尘经直升烟道进入余热锅炉、电收尘及烟气净化制酸系统。

图3-7 奥图泰闪速熔炼过程控制系统示意图

图3-7为奥图泰闪速熔炼过程控制系统示意图。主要控制目标为铜锍品位、炉渣成分、渣温和炉衬的挂渣保护。铜锍品位采用XRF离线快速分析，通过控制加入系统的0，量调节，其实质是控制料/0，比;炉渣成分也是采用XRF离线分析，通过控制熔剂加入量调节;渣温采用光学高温计测量，通过控制富氧浓度调节。炉壁耐火材料侵蚀状况通过水套水温监控通过控制炉渣成分和温度实现挂渣。

近20年来，奥图泰闪速熔炼技术朝着“四高”熔炼方向发展，即高铜锍品位(P-S转炉吹炼：60%~65%;闪速吹炼：68%~74%);高氧浓度，最高可达88%;高投料量，日本佐贺关厂2000年1台闪速炉产铜45万t，美国肯尼科特铜公司Garfield炼铜厂日投料量高达5610 t，国内某公司闪速炉投料量曾短期达到产铜60万t/a;高热负荷，最高达2300MJ/(m³·h)，从而实现高效、节能、低污染生产。

表3-4所列为奥图泰闪速熔炼中元素的分配行为。

2)技术特点

技术成熟，装备及控制水平高，生产能力大，是目前唯一经工业验证单炉满足年产40万t铜生产的造锍熔炼技术。

炉子寿命长达10～15年。

炉体密封，烟气量小，烟气SO，浓度高。余热及烟尘回收、烟气净化和制酸系统投资较小。

能在高富氧、高铜锍品位下操作，实现完全自热(取决于富氧浓度及铜精矿成分)熔炼，能耗低。

渣、铜沉淀分离条件较好，渣含铜较低。

与熔池熔炼技术比较，烟尘率偏高。此外，也不能处理块状物料。只能处理干燥(含水小于0.3%)的细物料(75μm左右)，与熔池熔炼技术比较，炉料需采用蒸汽干燥机等干燥。但从能耗角度而言，炉外干燥较炉内水分蒸发有利。

3)主要技术经济指标

富氧空气：常温，含060%～90%;

铜锍品位：60%～74%;

炉渣m(Fe)/m(SiO)：1～1.5;

炉渣含铜：闪速炉渣1%~2%，电炉贫化后0.5%~1.0%;

反应塔热负荷：1600~1700MJ/(m³·h)【最高2300MJ/(m³·h)】;

烟气SO浓度：30%～40%;

烟尘率：4%～8%。

4)国内应用厂家及产能

图3-8为奥图泰闪速熔炼技术发展情况。1946年，芬兰奥托昆普公司开始研发闪速熔炼技术。1949年，该公司下属哈贾瓦尔塔厂由于电力紧张，采用闪速炉取代电炉炼铜，标志着奥图泰闪速熔炼技术工业应用的成功。1954年，日本古河公司获得授权应用奥图泰闪速熔炼技术炼铜，此后，日本东予、小坂、佐贺关、玉野等铜厂均采用该技术。1970年，哈贾瓦尔塔厂闪速炉开始应用富氧，自此，奥图泰闪速熔炼开始由热风常氧向冷风富氧转变，相应的喷嘴也由文丘里型4个喷嘴改进为中央扩散型单一喷嘴。

图3-8 奥图泰闪速熔炼技术发展情况

1985年年底，我国以日本东予厂为样板，全套引进该技术建成江西铜业公司贵溪冶炼厂，当时闪速炉产能为年产7万t铜。1978年，闪速炉熔炼低铁铜精矿直接生产粗铜技术在波兰GlogowⅡ厂投入工业应用，此后，又相继在澳大利亚和赞比亚建成两座同类工厂。1988年，美国Magma公司铜厂首次实现单一喷嘴年处理100万t铜精矿。1995年，美国肯尼科特铜公司Garfield炼铜厂，为适应当地严格的环保要求，采用双闪法技术取代诺兰达炉熔炼—P-S转炉吹炼，肯尼科特-奥图泰闪速吹炼技术问世。

目前，全球有30余座奥图泰闪速炉用于铜造锍熔炼和吹炼，该技术生产的铜，约占总量的50%。图3-9所示为奥图泰闪速熔炼技术全球应用情况。

图3-9 奥图泰闪速熔炼技术在全球应用情况

奥图泰闪速熔炼技术在我国得到广泛应用，如表3-5所示。目前，我国共有11座奥图泰闪速炉用于炼铜，其中熔炼炉8座，吹炼炉3座，年产能达到约265万t铜。此外，江西铜业公司规划在山东烟台建设一座大型双闪法炼铜厂。

表3-5 奥图泰闪速熔炼技术在中国的应用情况

5)总体评价

奥图泰闪速熔炼技术自问世以来，历经60余年发展，在造锍熔炼方面得到了最广泛的应用，其产量占全球冶炼矿铜产量的50%，在中国年产能达265万t铜。其单炉处理低铁铜精矿一步炼铜、闪速炉连续吹炼，也已发展为较为成熟的技术，正在推广应用中。总体而言，奥图泰闪速熔炼技术具有以下特点：技术成熟。是世界上唯一经工业应用证实，可用于建造单套系统年产40万t铜炼铜厂的技术。装备及控制水平高，炉体寿命长。在减少SO，排放方面，处于领先水平;在节能方面，也处于先进水平。对铜精矿要求较高，烟尘率偏高，投资稍大，是其不足的方面。