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浅谈“双闪”铜冶炼的工艺探索及优化摘要：伴随着铜冶炼高投料、高品位、高氧浓、高热负的技术的发展趋势，闪速熔炼系统，不断优化着热平衡问题和造渣问题，而关键设备的开发及应用，也使得适应高强度熔炼的炉体结构设计和冷却技术有了很大的改进。
闪速熔炼是近代发展起来的一种先进的冶炼技术，能耗低，规模大，具有劳动条件好、自动化水平和劳动生产率高的优点。
精矿喷嘴技术不断地完善，精矿干燥与输送、装料系统等辅助系统不断提升等等，结合实践不断优化，现场工艺的升级与功用的提升，“双闪”铜冶炼技术不断完善。
本文将从闪速冶炼工艺的配置优化与衔接，对双闪冶炼工艺运维与系统优化开展了深入探索。
关键词：冶金工程；闪速熔炼；工艺优化；系统运维1、“双闪”铜冶炼工艺简述闪速冶炼工艺是在闪速炉一步炼铜工艺的基础上开发应用的连续吹炼工艺，连续加料、连续送风、连续排烟。
从1995年首次工业应用以来，特别是在中国几个大型冶炼厂的应用，通过工艺、设备的不断改进，该工艺已经非常成熟可靠。
闪速吹炼采用固体铜锍高浓度富氧吹炼，烟气量小，烟气连续稳定，SO2浓度高，为烟气制酸创造了很好的条件，制酸的电耗和单位能耗是其他连续吹炼工艺无法比拟的；固体铜锍吹炼可以将熔炼和吹炼在时间和空间上分开，不再相互制约，为高作业率创造了条件，可以与任何能够生产高品位铜锍的熔炼工艺相匹配生产，如氧气底吹、富氧双侧吹等；炉体密闭性好，环保条件好，“双闪”工艺硫的捕集率超过99.9%；闪速吹炼炉的单炉产能大，目前年生产能力已经达到45万t粗铜，还有进一步提高的潜力，特别适合大规模生产。
对于30万t以上产能的冶炼厂，采用闪速吹炼工艺的单位投资和单位成本低，具有一定的投资和成本优势。
2、闪速冶炼的工艺流程及现场实践闪速熔炼是充分利用细磨物料巨大的活性表面，强化冶炼反应过程的熔炼方法。
将精矿经过深度干燥后，与熔剂经干燥一起用富氧空气喷入反应塔内，精矿粒子在空间悬浮1-3s 时间，与高温氧化性气流迅速发生硫化矿物的氧化反应，并放出大量的热，完成熔炼反应即造锍的过程。
大型铜闪速冶炼系统节能关键技术的研发与应用项目名称：大型铜闪速冶炼系统节能关键技术的研发与应用完成单位：铜陵有色金属集团股份有限公司，合肥金星机电科技发展有限公司，中南大学，厦门大学完成人：周俊、姚俊峰、陈卓、徐勇、宋彦坡、王守全、臧轲轲、肖华兵、朱壮志、胡子豪推荐奖种：安徽省科技进步奖项目简介：本项目属于有色金属冶金学科领域。
铜陵有色金属集团股份有限公司“铜冶炼工艺技术升级改造项目”是安徽省“861”重点工程。
项目采用先进的闪速熔炼-闪速吹炼（“双闪”）工艺处理铜精矿，是国内自行设计建设、世界上单套系统产能最大的铜冶炼工程。
自建设之初起，项目组克服诸多技术挑战，从工艺理论、设备研发、生产优化等多方面开展研究工作，相继开发应用了高产能低能耗闪速熔炼技术、大型电解槽极板短路在线监测及分析技术、闪速炼铜企业能效在线分析与优化控制技术等闪速冶炼系统节能关键技术，成功实现了“双闪”系统年产40万吨阴极铜的高产、稳定、高效以及低能耗、无污染运行。
项目主要研究内容及创新点如下。
1. 研发了高产能低能耗闪速熔炼技术：提出了闪速熔炼过程的“多粒子多相熔合”、“微熔池过程”以及烟尘形成过程等机理模型，奠定了闪速熔炼优化运行、节能降耗的理论基础；开发应用了高性能倍通量扰动预混型精矿喷嘴、雾化动量熔体粒化及收集装置等核心设备与工艺，实现了闪速炉在高投料量下的稳定高效、低能耗、无污染运行。
2. 开发应用了大型电解槽极板短路在线监测及分析技术：基于红外热成像、图像处理等技术，开发应用了电解槽极板短路的自动识别与定位技术，实现了对电解槽故障电极的自动快速检测与准确定位。
3. 研发了闪速炼铜企业能效在线分析与优化控制技术：开发了能效数据同步及云分配存储优化方法，构建了闪速炼铜企业多层级多尺度能效评价指标及在线计算模型，开发了以综合能耗最低为优化目标、关键工艺指标为约束的闪速熔炼、电解精炼等关键过程的能效优化控制模型，开发了“闪速炼铜企业能效监测评估与优化控制系统”，首次实现了炼铜企业全厂能耗的精细分析与优化控制。
铜冶炼水平与工艺水平1）火法冶炼工艺当前，全球矿铜产量的75%-80%是以硫化形态存在的矿物经开采、浮选得到的铜精矿为原料，火法炼铜是生产铜的主要方法，特别是硫化铜精矿，基本全部采用火法冶炼工艺。
火法处理硫化铜精矿的主要优点是适应性强，冶炼速度快，能充分利用硫化矿中的硫，能耗低。
其生产过程一般由以下几个工序组成：备料、熔炼、吹炼、火法精炼、电解精炼，最终产品为电解铜。
原料制备工序：将铜精矿、燃料、熔剂等物料进行预处理，使之符合不同冶炼工艺的需要。
熔炼工序:通过不同的熔炼方法，对铜精矿造硫熔炼，炼成含铜、硫、铁及贵金属的冰铜，使之与杂质炉渣分离；补出的含二氧化硫烟气经收尘后用于制造硫酸或其他硫制品，烟尘返回熔炼炉处理。
吹炼工序：除去冰铜中的硫铁，形成含铜及贵金属的粗铜，炉渣和烟尘返回上一工序处理。
火法精炼工序：将粗铜中硫等杂质进一步去除，浇铸出符合电解需要的阳极板。
电解精炼工序：除去杂质，进一步提纯，生产出符合标准的阴极铜成品，并把金银等贵金属富集在阳极泥中。
传统熔炼方法如鼓风炉熔炼、反射炉熔炼和电炉熔炼，由于效率低、能耗高、环境污染严重而逐渐被新的富氧强化熔炼工艺所代替［［3］新的富氧强化熔炼可分为闪速熔炼和熔池熔炼两大类，前者包括奥托昆普型闪速熔炼和加拿大国际银公司闪速熔炼等，后者包括诺兰达法、三菱法、艾萨法、奥斯麦特法和瓦纽可夫法以及我国自主开发的水口山法、白银炉熔炼、金峰炉熔炼等技术。
铜铳吹炼方法有传统的卧式转炉、连续吹炼炉、虹吸式转炉。
新型吹炼技术包括艾萨吹炼炉、三菱吹炼炉和闪速吹炼炉等。
粗铜的火法精炼在阳极炉内进行，对于转炉产出的液态粗铜采用回转式阳极炉或固定式反射炉精炼，经氧化、还原等作业进一步脱除粗铜中的铁、铅、锌、砷、锑、铋等杂质，并浇铸成含铜99.2%-99.7%的阳极板。
铜电解工艺有传统电解法、永久阴极电解法和周期反向电流电解法3种。
目前大多数电解铜厂都使用传统电解法，永久阴极电解法和周期反向电流电解法是20世纪70年代以来发展的新技术。
铜熔炼要求和技巧
铜熔炼是一个复杂的过程，包括了原料的准备、熔炼、以及后续的精炼等步骤。
在原料准备阶段，铜精矿需要经过干燥处理，含水率需要控制在0.3%以内，以适应闪速熔炼的要求。
此外，如果炉料中含有旧料，装料顺序应根据合金组元特性和熔炼炉型等实际情况进行调整。
在熔炼过程中，主要是使炉料中的铜尽可能进入冰铜（Cu2S+FeS熔体，也称锍），部分铁以FeS形式也进入冰铜；大部分铁需要氧化成FeO与脉石矿物造渣，如SiO2，FeO，CaO，MgO， Al2O3等。
此外，冰铜与炉渣需要分离。
对于黄铜的熔炼，一般的加料顺序是：铜、旧料和锌。
当铜熔化过热至一定温度时，应适当脱氧（例如用磷），然后熔化锌。
需要注意的是，整个熔炼过程需要严格控制工艺参数，以保证最终得到的铜金属具有高纯度和良好的物理性质。
第六章Inc0公司闪速熔炼Inco公司闪速熔炼把工业氧气、干燥的Cu—Fe—s精矿、SiO2造渣剂和返回料从水平方向喷吹入高温(1250℃)炉中。
一旦进入炉中氧气就和精矿按反应式(1.1)和式(1.2)发生反应。
生成：①熔锍，55％～60％Cu②熔渣，1％～2％Cu③烟气，60％～75(体积)％SO2冰铜出到钢包中被送去吹炼，见图1．6所示。
渣出到钢包中被送到储料堆，进行渣中铜的回收，也可不回收，见第11章。
烟气经过水冷、除尘后送到硫酸厂。
Inco公司闪速炉也可用于从转炉返回的熔渣中回收铜。
渣从一个倾斜的钢槽从水冷门倒入炉中，见图6．1(a)所示。
2002年初，已有五座Inco公司闪速炉投人生产，乌兹别克斯坦的Almalyk、亚利桑那州的Hayden、新墨西哥的Hurley以及加拿大安大略省的Sudbury。
A1malyk、Hayden和Hurley的闪速炉熔炼Cu—Fe—S精矿，Sudbury的闪速炉熔炼Ni—Cu—Co—Fe—S精矿，生产约45~Ni—Cu—Co冰铜和1％Ni—Cu—Co的渣。
6．1闪速炉参数Inco公司的闪速炉由高质量MgO和MgO—CrzOa砖砌成，见图6．1(a)。
主要包括：①闪速炉的两端各有一个精矿燃烧室；②端部和侧墙装有铜质水冷套；③一个中央烟气上升烟道；④侧壁上有出铜口；⑤末端墙上有一个出渣口；⑥端墙上有一个加入转炉炉渣的溜槽。
6．1．1精矿燃烧室Inco公司精矿燃烧室是一个直径0．25m、长lm、壁厚1cm、带有陶瓷内衬的水冷不锈钢管。
干精矿从上部一个倾斜的料管加入炉中，工业氧气从炉子的水平方向吹人，见图6．1(b)。
此炉燃烧室的直径应保证氧气和炉料能以40m／s的速度喷人炉中。
这个速度产生的精矿／氧气火焰，能够到达中央上升烟道，该炉大约向下倾斜7。
左右，使火焰在渣的表面上燃烧，而不是在顶部和墙h。
6．1．2水冷Inco公司炉子的侧面墙和端墙装有水冷冷凝铜管、冷却板和隔板，以保证炉子结构的完整性，对于奥托昆普闪速炉，水冷会使富含磁铁矿的炉渣在炉壁上沉积，这样可以保护炉体砖衬和水冷铜管，延长炉子的寿命。
原料2.2 原料、燃料及辅助材料2.2.1 原料本工程所用外购的精矿用汽车运到精矿仓，年处理精矿660000t/a，含水10.0%，混合精矿含C为0.99%，精矿的平均化学成分见表2-1。
表2-1 精矿平均成分*金、银的单位为g/t2.2.2 熔剂熔炼炉和吹炼炉需要加熔剂造渣，熔剂都采用化学成分和粒度相同的石英石，石英石粒度要求为5～15mm，石英石外购，本工程不设熔剂破碎设施。
此外，当地若有含金石英石，将来生产中也可以外购含金石英石作为熔炼和吹炼的熔剂，以提高工厂的经济效益。
熔炼石英石的消耗量为42502.43t/a，吹炼石英石的消耗量为9002.12t/a，合计51504.55 t/a，石英石化学成分见表2-2。
熔炼和吹炼的石英石由业主按照要求的数量、化学成分和粒度，用汽车运到本工程的精矿仓。
表2-2 石英石成分2.2.3 燃料阳极精炼需要加燃料燃烧供热，为了改善环保条件和提高金属回收率，火法精炼所用燃料为天然气。
新砌筑的熔炼炉及吹炼炉的烘炉用天然气；生产过程中熔炼炉和吹炼炉保温也用天然气。
全场一年需用天然气的消耗量为4500000Nm3/a，天然气的相关参数见表2-3表，天然气由园区直接接入，在厂内建一个天然气调压站即可。
表2-3 天然气成分2.2.4 耐火材料本工程的熔炼炉、吹炼炉和回转式阳极炉的内衬均为耐火材料砌筑，工厂设有耐火材料库用作耐火砖的贮存、加工和将修炉时拆除的废耐火砖加工成耐火泥。
本工程耐火材料的消耗量为1000t/a。
耐火材料由业主按照要求的数量、规格和类型，用汽车运到耐火材料库。
2.2.5 氧气氧气用于底吹炉熔炼、底吹炉连续吹炼以及阳极炉精炼燃烧。
熔炼正常氧气消耗量为15842.4Nm3/h，吹炼正常氧气消耗量为1777.2 Nm3/h，精炼氧气最大消耗量为233.37Nm3/h·台，纯度99.6%。
氧气由本工程的制氧站提供。
2.3 工艺流程2.3.1 原料特征及工艺流程选择造锍捕金技术来源于铜的火法冶炼领域，利用铜是金银等贵金属良好的补集剂，通过造铜锍，将金银等贵金属富集于铜锍中，再通过铜锍吹炼和精炼将贵金属富集于粗铜和阳极铜，最终通过电解和阳极泥处理回收金银等贵金属。
铜冶炼水平与工艺水平1)火法冶炼工艺当前，全球矿铜产量的75%-80％是以硫化形态存在的矿物经开采、浮选得到的铜精矿为原料，火法炼铜是生产铜的主要方法，特别是硫化铜精矿，基本全部采用火法冶炼工艺。
火法处理硫化铜精矿的主要优点是适应性强，冶炼速度快，能充分利用硫化矿中的硫，能耗低。
其生产过程一般由以下几个工序组成：备料、熔炼、吹炼、火法精炼、电解精炼，最终产品为电解铜。
原料制备工序：将铜精矿、燃料、熔剂等物料进行预处理，使之符合不同冶炼工艺的需要。
熔炼工序：通过不同的熔炼方法，对铜精矿造硫熔炼，炼成含铜、硫、铁及贵金属的冰铜，使之与杂质炉渣分离；补出的含二氧化硫烟气经收尘后用于制造硫酸或其他硫制品，烟尘返回熔炼炉处理。
吹炼工序：除去冰铜中的硫铁，形成含铜及贵金属的粗铜，炉渣和烟尘返回上一工序处理。
火法精炼工序：将粗铜中硫等杂质进一步去除，浇铸出符合电解需要的阳极板。
电解精炼工序：除去杂质，进一步提纯，生产出符合标准的阴极铜成品，并把金银等贵金属富集在阳极泥中。
传统熔炼方法如鼓风炉熔炼、反射炉熔炼和电炉熔炼，由于效率低、能耗高、环境污染严重而逐渐被新的富氧强化熔炼工艺所代替［[3]新的富氧强化熔炼可分为闪速熔炼和熔池熔炼两大类，前者包括奥托昆普型闪速熔炼和加拿大国际镍公司闪速熔炼等，后者包括诺兰达法、三菱法、艾萨法、奥斯麦特法和瓦纽可夫法以及我国自主开发的水口山法、白银炉熔炼、金峰炉熔炼等技术。
铜锍吹炼方法有传统的卧式转炉、连续吹炼炉、虹吸式转炉。
新型吹炼技术包括艾萨吹炼炉、三菱吹炼炉和闪速吹炼炉等。
粗铜的火法精炼在阳极炉内进行，对于转炉产出的液态粗铜采用回转式阳极炉或固定式反射炉精炼，经氧化、还原等作业进一步脱除粗铜中的铁、铅、锌、砷、锑、铋等杂质，并浇铸成含铜99.2%-99.7％的阳极板。
铜电解工艺有传统电解法、永久阴极电解法和周期反向电流电解法3种。
目前大多数电解铜厂都使用传统电解法，永久阴极电解法和周期反向电流电解法是20世纪70年代以来发展的新技术。
铜冶炼闪速熔炼及熔池熔炼技术探讨当前世界上广泛采用的铜火法冶炼方法主要有三种，包括传统熔炼、闪速熔炼以及熔池熔炼。
技术成熟、简易灵活、生产可靠、设备简单等是传统熔炼方法的优点，但其缺点是较低的生产效率，较差的硫回收率，烟气含SO2浓度比较低，烟气处理费用高。
因此，本文主要对闪速熔炼、熔池熔炼技术进行了简要的分析，并进一步探讨了铜的火法精炼、电解精炼等关键环节，希望能够通过不断的分析和研究，切实的提升铜冶炼技术水平。
标签：铜冶炼；闪速熔炼；熔池熔炼1 冶炼工艺选择的基本原则1.1 适应能力在冶炼中，主要有着能够对各种化学成分、粒度的原料进行处理，能够适应处理能力有较大波动等要求，因此所采用的工艺流程必须要适应这些要求。
1.2 高效节能企业要想取得更高的经济效益，生产作业必须要有着较高的效率，能源消耗较少，因此工艺工艺流程的选择必须要满足高效节能的要求。
1.3 技术先进、成熟、可靠，环境友好，排放达标技术的先进性与实用性是工艺流程必须具备的，同时技术的可靠性也至关重要，因此选择的工艺流程必须成熟可靠，技术风险较低。
此外，还需要遵循“以人为本”的原则，工艺系统必须密闭性强、有害烟气泄露少，能够满足清洁工厂的要求。
2 两种冶炼工艺分析2.1 闪速熔炼2.1.1 工艺配置图1为直接炼粗铜工艺的典型流程图。
其与闪速吹炼流程相比有着差异较为明显，主要体现在把闪速吹炼渣返回至之前的闪速熔炼炉中，而不是在单独的炉渣贫化系统中处理。
备料主要是对物料进行干燥和混合。
物料的干燥能够使工艺的总热量实现平衡，此外，还能够更好的控制烟气管路的腐蚀。
然后闪速炉中输送干燥物料。
在反应塔中，物料和氧气进行混合，反应以悬浮物的形式进行，在沉降室中进行熔融相收集，分离出炉渣与粗铜。
在余热锅炉中进行炉子烟气的冷却。
部分烟尘也会被余热锅炉收集，在电收尘器中收集剩余的颗粒，通常所有烟尘都返回炉子中。
视所选择的渣型和氧势而定，在粗铜闪速熔炼炉渣中，铜的含量为15%-25%。
