格沃古夫铜冶炼厂冶金生产线当前和未来的现代化

冯欣 摘译

（中国恩菲工程技术有限公司，北京100038）

国外工程技术

格沃古夫铜冶炼厂冶金生产线当前和未来的现代化

冯欣 摘译

（中国恩菲工程技术有限公司，北京100038）

本论文描述了格沃古夫（Głogów）铜冶炼厂冶金生产的现状，讨论了目前正在进行以及计划中的现代化改造项目，同时还概述了实现现代化改造所应达到的条件。

铜；工艺现代化；贵金属；铅；工艺热平衡

1 格沃古夫第一铜冶炼厂

格沃古夫第一铜冶炼厂的生产是以在竖炉中进行铜精矿的冶炼为基础。

生产过程包括五个阶段：铜精矿制团、竖炉中团矿冶炼和冰铜生产、冰铜吹炼、阳极炉火法精炼和阳极铸造以及最终的阳极铜电解精炼生产阴极铜。

含有转炉渣和焦炭、含铜～25%的混合精矿团作为给料进入竖炉中，熔炼后得到的产品是冰铜——铜、铁硫化物和废渣的合金。在冰铜吹炼过程中，铁和硫被氧化以获得理想的粗铜，其中纯铜含量约为98.5%。其余杂质在阳极炉内火法精炼时除去。

此阶段铸造的阳极要进行电解精炼，在电解过程中，阳极铜溶入电解液，在恒定电流下沉积在阴极始极片，产出的最终产品纯度为99.99%的阴极铜。

流程图详见图1。

2 格沃古夫第二铜冶炼厂

格沃古夫第二铜冶炼厂的生产是以闪速炉内的一段闪速冶炼技术为基础，利用干燥精矿在闪速炉中直接生产粗铜。该技术包括三个阶段：精矿焙烧、冰铜冶炼和一段吹炼工艺。

图1 格沃古夫第一铜冶炼厂和精炼厂的流程图

干燥的铜精矿与充足的氧空气通过炉顶烧嘴鼓入炉内。熔炼在鼓入精矿下落至炉子沉降室过程中发生，在沉降槽中，粗铜（含铜～99%）与炉渣分离开来。含铜仍有11～15%的炉渣送入电炉进行渣贫化。与此同时，与在格沃古夫第一铜冶炼厂的工艺完全相同，粗铜在阳极炉中进行加工并经过电解精炼。最终产品为纯度99.99%的阴极铜。

流程图详见图2。

图2 格沃古夫第二铜冶炼厂和精炼厂的流程图

3 贵金属冶炼厂

格沃古夫第二铜冶炼厂的贵金属部生产银、金、钯-铂精矿和工业硒。

给料为阳极泥——一种铜电解精炼的副产品，主要来自格沃古夫铜冶炼厂和萊格尼察（Legnica）铜冶炼厂。经过干燥后，将富含金属的阳极泥送至卡尔多（Kaldo）炉进行熔化、吹炼和火法精炼。这一过程的产物——多尔金属（Dorémetal）被铸造成银阳极，随后，这些阳极电解精炼成纯度为99.99%的阴极银，再铸造成银条或银粒。

源自银电解精炼工艺的银阳极泥含有金、铂和钯，这些贵金属在气态氯存在条件下与水和盐酸的反应，定期进行回收。黄金在另一个反应器中以砂金的形式回收。在这一阶段可得到铂-钯精矿，此后，黄金在炉中熔化，铸造成金条。

贵金属冶炼厂流程图见图3。

图3 贵金属冶炼厂的流程图

4 粗铅冶炼厂

除了铁以外，伴生铜的铅含量也很大。在KGHM集团产出的铜精矿中铅的含量达到2.5%的水平。

铅主要富集在铜精矿冶炼工艺的副产品中（例如烟气净化装置中累积的烟灰和粉尘）。烟灰和粉尘是铅回收的主要来源，回收是在格沃古夫铜冶炼厂的铅厂进行。

铜冶炼副产品铅的回收是在旋转反射多舍尔炉（Dörschel）进行还原来实现的。还原过程是周期性的一段工艺。换言之，最终产品粗铅是经过一次作业生产的。

熔化后，铅与炉渣从炉中分离出来，随后，铅含量＞98.5%的粗铅在模具中铸造成型。目前，粗铅的年产量约为21 000 t。铅冶炼厂流程详见图4。

5 格沃古夫铜冶炼厂的产量

格沃古夫铜冶炼厂2008年的产量如下：

·电解铜：427 304 t

·银：1,92 751 kg

·黄金：902 kg

·粗铅：23 689 t

·硫酸：518 800 t

图4 铅冶炼厂的流程图

·硒：81 857 kg

·铂-钯精矿：93 kg

·硫酸镍：1 615 t

·竖炉炉渣：551 440 t

·水淬渣：340 580 t

格沃古夫冶炼厂是世界上最清洁的铜冶炼厂之一，如今它为全世界大型工业联合企业树立了环保的样板。

格沃古夫冶炼厂的现代化不仅体现在它在生产过程中采用的现代化技术，还表现在其严格遵守环境标准。过去的十年，用于环保的开支总额超过了3亿波兰兹罗提（7 500万欧元）。由于在环保上所做的投资，格沃古夫冶炼厂在有害物质、污水和废物排放方面的环境影响，已经降低到与世界顶尖公司相同的水平。

6 KGHM集团2008～2020年战略发展的设想和方向

KGHM集团目前实施的战略重点在高效加工自然资源，这将使公司价值得到提升。

该战略涉及五个方面的内容：

图5 格沃古夫冶炼厂烟尘排放减少量

操作的改进；原料基地的发展；收入来源的多样化和能源价格的独立；对整个区域的支持；组织能力和效率的提高。

2009～2013年格沃古夫第二冶炼厂的现代化改造与格沃古夫第一冶炼厂2014年的现代化改造是实现KGHM集团战略的第一个重要步骤。

格沃古夫第二冶炼厂现代化改造的目标是改造基础设施以达到年产230 000 t粗铜的生产能力。在格沃古夫第一冶炼厂将新建冶金生产线以达到年产250 000 t粗铜的生产能力，其目的是为了大幅度降低加工成本。

图6 格沃古夫冶炼厂二氧化硫排放减少量

依靠自有铜精矿以及进口精矿和废料为补充来保证产量。

7 格沃古夫第二冶炼厂的现代化改造

7.1 铜生产的技术限制

除了基础设施的更新换代外，决定对格沃古夫第二冶炼厂进行现代化改造的另一个直接原因是计划消除以下弊端：

精矿存储能力不足；精矿干燥机有限的处理能力；闪速熔炼炉有限的生产能力；四烧嘴系统下熔化精矿混合物技术条件有限；反应塔吸热有限；闪速熔炼炉烟尘处理能力有限；余热锅炉和烟气管道结垢；引风机控制受限；炉膛冷却速度不够；硫酸厂的生产能力有限。

由于需要解决上述问题，有必要对下述几个方面进行改造：

精矿干燥；闪速熔炼炉及相关设施；余热锅炉；烟尘处理系统；电炉；硫酸厂。

目前技术上出现的这些问题，如闪速熔炼炉能量平衡、余热锅炉结垢、精矿国内供应有限以及实现计划中所有现代化改造的高额成本，迫使将这项改造任务分为两个阶段来实施。

第一阶段：至2009年，目标是增加可用的轧钢机并改变工艺中的热平衡，从而实现精矿混合物熔炼时的热值高于目前值；

第二阶段：至2013年，完成硫酸厂的现代化改造，粗铜的年产量达到230 000 t，硫的处理能力达到16.4 t/h。

7.2 精矿储存和干燥设施

精矿储仓的建设（计划于2011年实现50 000 t的储存量）无疑会改善精矿储存和处理的环境条件。目前精矿一直被储存在露天堆场，计划建设的精矿储存系统为室内仓库，附带选择性提取所储精矿的功能。

鉴于计划中的闪速熔炼炉产量高——大约230 000 t粗铜——以及目前精矿干燥机作业情况不佳，需要进行更广的现代化改造。筛分和破碎系统也选定为进行现代化改造的对象。

7.3 闪速熔炼炉

闪速熔炼炉的现代化改造包括以下内容：

炉子投料；精矿烧嘴；反应塔；炉子周边设施：炉子加热装置；炉膛冷却装置、送风装置、辅助材料投料装置。

7.4 余热锅炉——烟尘处理

余热锅炉的现代化改造包括修建挡板以及用于烟尘处理氧化、硫酸盐化喷嘴，后者将实现烟尘氧化和硫酸盐化。通过引入经过改造的破碎机系统，烟尘处理工艺得到进一步的改进。部分延长了烟尘运输装置。回收来自储存堆场的烟尘。

7.5 电炉

涉及到电炉维修和现代化改造的工作主要包括重新恢复其生产能力，确保其在多次维修闭炉之间仍能保持4年的炉龄。现代化改造的主要任务是提高炉膛冷却装置的效率并进一步改造电炉壁的冷却系统。

7.6 硫酸厂

新安装两台湿式静电除尘器后，无需在冲洗目前已安装设备时降低送至闪速炉的给料速度。与硫酸厂升级改造相关的其他任务旨在提高硫的利用率，预计在2013年现代化改造的第二阶段达到处理16.4 t/h硫的水平。

7.7 格沃古夫第一冶炼厂的现代化改造

在分析格沃古夫第一冶炼厂现代化改造过程时，需要特别强调以下几个问题：

竖炉工艺的优势和劣势；应用现有火法冶炼技术的可能性；格沃古夫第二冶炼厂目前所采用闪速熔炼技术的优势和劣势；国内铜精矿的特性，尤其是其中有机碳和铅的含量；在2014年技术改造期间需要维持铜的产量在最佳水平。

7.8 竖炉冶炼工艺的优势与劣势

优势：（1）从精矿质量方面来看，该工艺具有很大的灵活性；（2）铜及伴生金属的产量高；（3）铜回路中铅和锌的沉淀为富集的硫化铅-硫化锌形式；（4）可熔化返料及受污染的进料；（5）火法部分的生产设施成本低；（6）工艺生产线停车时间短。

劣势：（1）必须使用废黑液；（2）复杂的进料运输，能耗大；（3）昂贵的精矿团矿；（4）必须使用焦炭作为燃料；（5）竖炉能源效率低；（6）产生大量的贫化工艺气体，需要在锅炉和烟气脱硫中进行燃烧；（7）含有粉状、凝聚颗粒的烟气净化工艺极其困难；（8）扩大二次抽气装置；（9）在运输各阶段产品（冰铜、炉渣、烟尘和返料）时，逸散到大气中的污染物相对较多。

7.9 全球产量中火法冶炼技术所占的份额

·奥托昆普（Outokumpu）：51%；

·诺兰达+特尼恩特（Noranda+Teniente）：16%；

·三菱法（Mitsubishi）：8%；

·艾萨法（ISA）：6%；

·竖炉：4%；

·鹰桥（Inco）：3%；·其他：14%。

7.10 闪速熔炼工艺的优势与劣势

优势：（1）分批熔化的灵活性很大；（2）简单、经济的精矿干燥和处理工艺；（3）化学反应在单一团矿中集中进行；（4）在余热锅炉中实现工艺气体高效热回收；（5）工艺气体中含有高浓度的二氧化硫；（6）硫的产量高。

劣势：（1）昂贵的炉渣贫化工艺；（2）维修周期短（48个月）；（3）维修时间长（50～60天）。

7.11 波兰铜精矿的特性

波兰铜精矿的特性包括：铁的含量相对较低，一般在3.5～5%；铅和其它金属的含量高，一般在0.9～2.4%；硫的含量较低，一般在8%～11%；有机碳的含量高，一般在5.5%～8.3%；平均铜含量在17%～30%。

如上所述，鉴于计划中格沃古夫第一、二冶炼厂的有机碳含量和粗铜产量高，迫切需要找到实现两个闪速熔炼炉热平衡的解决方案。

实施下述方案之一可以解决上述问题：改变精矿浮选技术；选择最佳批次的混合物（氧化精矿）；在反应区使用吸热材料；精矿焙烧；工艺气体或炉渣回收；向闪速熔炼炉的沉降室投入固体给料。

目前正在进行分析选择计划中的高速闪速炉熔炼条件下，有效消除有机碳含量影响的技术。

7.12 最佳选择

通过对上述方案的分析研究，最后决定在格沃古夫第一冶炼厂的闪速炉引入一段炼铜技术，该技术与从格沃古夫第二冶炼厂采用的技术相比有以下几个方面的不同：给料混合物不同的混合方法——轮毂系统；采用精矿蒸汽干燥机；闪速炉的基础，取决于炉渣从电炉中排出的形式；闪速炉给料添加剂以炼铅炉渣形式引入；采用矩形电炉，配备六个电极（2×25MVA）供电；利用电炉炉渣生产团矿；利用夹层替代滴入式电炉冷却系统；采用升级的技术精炼铜-铅-铁合金。

7.13 规划现代化改造过程中的不可预见事件/考虑事项

增加设备现代化改造生产线，需要考虑以下几个因素：新设施与生产线上现有设备的最佳接合（转炉、阳极炉）；减少格沃古夫第一冶炼厂的总停车时间；最大限度地利用电力基础设施为新设备供电。

8 格沃古夫第一冶炼厂现代化技术改造的几个阶段

8.1 精矿均化和预处理

将为备料和加工部配备带有除尘系统的蒸汽干燥机，辅助材料气体干燥系统，将精矿送至蒸汽干燥机的皮带廊和用于辅助材料和返料运输的皮带廊。

均化仓库配有相应装置可改善均化效果。精矿卸载和精矿输送皮带廊的一部分将保持不变。

原材料的储存与指定辅助材料、返料和精矿的储存和装卸相适应。

8.2 闪速炉

新闪速炉的设计将与格沃古夫第二冶炼厂现有闪速炉类似，其中将融入从现有闪速炉作业中所取得的技术经验。新闪速炉的设计生产能力为年产粗铜约250 000 t。除了在性能上的差异外，这两个闪速炉最大的区别在于新闪速炉的炉膛位置更高。

8.3 电炉

计划新建一个电炉，其构造和尺寸与闪速炉类似，具有一个矩形横截面，布置有六个电极（2×25 MVA），详见图7。

利用炉内形成的废渣制成筑路砂石骨料，含铅量高达14%的铜-铅-铁合金将在五个经过升级改造的转炉内进行吹炼。来自造渣阶段的炉渣将返回电炉，炼铜阶段的炉渣将在一个独立的转炉中还原以获得含铜、铅杂质的炉渣（含铅高、含铜低）。利用创新技术，从转炉中得到的炉渣将作为给料送入倾倒式转炉内进行粗铅生产。

图7 新闪速炉的总尺寸和高度

8.4 硫酸厂

硫酸厂配备有新生产设施，目前正在使用的冲洗-冷却段和湿式静电除尘器是近年来新增的，它们是新生产线的组成要素。

8.5 改造升级后格沃古夫第一铜冶炼厂的能源管理

在电力设备现代化改造方面，计划进行以下投资：对格沃古夫第一铜冶炼厂的主变压站进行改造——新建电炉供电设施；建设一个蒸汽利用站并引进减速式汽轮机，总功率达到约2.5MW；配套管网：氧气、氮气、天然气、燃油、压缩空气和去离子水；实施现有冶金设备冷却装置的现代化改造。

9 改造升级后格沃古夫铜冶炼厂铅平衡的计划构想（双闪速炉）

鉴于国内铜精矿的特点，尤其是考虑到其铅含量较高，经过升级改造、配有双闪速炉的格沃古夫生产线上需要有一套新的方法来实现铅平衡。随着新建的倾倒式转炉用于铅生产的可能性越来越大，迫使对现有技术进行详细分析。

目前，冶炼厂中正在实施由KGHM集团工程师们开发的、旨在解决含铅量增加的铜精矿处理的创新方法。该解决方案中包括对转炉渣进行额外处理以使其可用于进一步的冶金加工。

按这种方式制备的炉渣将作为生产铅的原料送入倾倒式转炉。

增加多舍尔炉（Dörschel）的生产能力不仅可用于现有含铅材料的加工，而且还可逐步消化掉累积的库存。

苏平校

Present and futurem odernization ofm etallurgical p roduction lines of the G logow Copper Sm elter

Translated selectively by FENG Xin

This paper characterizes the current state of themetallurgical production lines of the Glogow Copper Smelter.It discusses current and planned modernization projects,and also outlines the conditions under which modernization is taking place.

copper；processmodernization；preciousmetals；lead；process heat balance

TF811

B

1672-6103（2010）05-0001-07

波兰KGHM集团年产铜52万t，在世界铜生产商排名中位置居中。同时，KGHM公司是欧洲利用自有矿石资源产铜的最大生产商，从矿石开采一直到产出最终的高质量产品，拥有完整的生产结构体系，KGHM Polska Miedź公司是波兰最大的出口商之一。

KGHM集团超过80%的电解铜生产和与铜矿石伴生的所有贵金属生产都是在格沃古夫铜冶炼厂进行的。格沃古夫铜冶炼厂联合企业由四个冶炼厂组成。采用不同铜精矿冶炼技术的两条主要铜生产线位于格沃古夫第一铜冶炼厂和格沃古夫第二铜冶炼厂内。该联合企业的其他两个组成部分是贵金属冶炼厂和铅冶炼厂。格沃古夫第一铜冶炼厂于1971年投产，工艺上采用的是竖炉技术。1978年投产的格沃古夫第二铜冶炼厂采用了先进的闪速熔炼技术。这两个冶炼厂的最终产品都是阴极铜，最低含铜为99.99%。在1990年至1993年期间，建设了贵金属冶炼厂，主要处理电解铜生产中的副产品——阳极泥，同时还对银、金、钯-铂泥和工业硒进行回收。

铅冶炼厂于1973年投入生产，其生产是以铜冶炼回收的原料为基础。在2001年至2003年期间，经过整体的升级改造，该冶炼厂的生产能力从每年17 000 t粗铅提高到22 000 t粗铅。在下一阶段的现代化改造完成时，该冶炼厂的目标是生产能力将达到每年27 000 t粗铅的水平。

冯欣(1981—)，男，四川南充人，恩菲公司海外业务部翻译。

2010-07-28