低品位废杂铜再生综合利用技术研究

□ 文/王金祥

西部矿业投资（天津）有限公司

低品位废杂铜再生综合利用技术研究

□ 文/王金祥

西部矿业投资（天津）有限公司

Research of Low-grade Copper Scrap Comprehensive Utilization Technology

通过分析国内低品位废杂铜再生综合利用的现状，针对存在的问题，对国内外低品位废杂铜再生利用技术进行研究，提出低品位废杂铜再生综合利用的新工艺思路与技术重点。

一、国内目前现状及研究意义

1. 低品位废杂铜再生综合利用现状

我国是世界第一的铜生产和消费大国，占到了世界铜消费总量的三分之一以上，但我国铜资源储量仅占到全球总量的5.53%，铜精矿自给率低，需要大量进口铜精矿。2010年进口铜精矿646.8万吨，同比增长5.54%。因而大力发展再生铜行业，充分利用国内外废杂铜资源，作为我国铜冶炼工业发展的重要组成部分。2010年我国精炼铜产量479.3万吨，其中再生铜产量约占30%。国家再生金属产业推进计划要求，2015年再生铜产量占比达到40%。

国内长期以来非常注重在铜精矿冶炼方面的技术和装备的研发，形成了一系列具有自主知识产权的冶炼技术、装备和自动化控制技术。在再生铜生产技术研发方面主要集中在含铜在90%以上的高品位废杂铜，近几年国内拥有自主知识产权的先进技术和装备已相继出现，如NGL炉、精炼摇炉、竖平炉等，并在一些大型废杂铜冶炼项目中得到推广应用，并且大量采用自动化控制技术。但目前对低品位废杂铜的再生综合利用能力依然较弱，主要原因是缺乏适用的低品位废杂铜再生综合利用的技术与装备，自动化控制技术落后。

2. 低品位废杂铜再生综合利用的意义

低品位废铜由于来源广，成分复杂，形状各异，处理难度比较大，但数量巨大，含铜量远远高于铜矿品位，属于“城市矿产”的重要组成部分。目前大量低品位废杂铜没有被合理利用，不但污染环境，又浪费了资源。如大量的电子垃圾是“放错地方的资源”，据统计，全球每年产生上千万吨电脑、手机、打印机等电子垃圾，其中70%以上通过各种“灰色”渠道进入我国。与此同时，国内每年产生的电子垃圾如今已达230万吨，仅次于美国的300万吨。令人担忧的是，目前国内数量庞大的电子垃圾进入循环再生利用体系的还不足10%。电子垃圾可谓全身都是宝，1吨废电子板可以分离出130公斤铜、0.45公斤黄金、20公斤锡；1吨废手机可提炼出100克黄金，比高含量金矿石的含金量还要高。对于资源短缺的中国来说，综合利用电子垃圾等低品位废杂铜不仅是一个环保问题，也是一个资源战略问题。

低品位废杂铜再生综合利用不仅缓解国家铜资源短缺的瓶颈，而且节能减排效果显著。据相关资料测算，与原生金属相比，每吨再生铜相当于节能1054千克标煤，节水395立方米，减少固体废物排放380吨，少排放二氧化硫0.137吨。

由于部分低品位废杂铜（品位一般在25%～30%）价格仅相当于相同品位铜精矿价格的 80%左右，再加上可以分拣出其他有价金属、废塑料等，具有明显的获利优势。所以低品位废杂铜的再生综合利用，具有很好的经济和环境效益。

二、国内外低品位废杂铜再生综合利用技术

1. 国内低品位废杂铜的再生利用技术现状

低品位废杂铜没有严格的定义，目前从国内行业来讲，指含铜在90%以下，采用传统方法处理经济上不合理、处理技术难度大的废杂铜都称为低品位废杂铜。主要包括：电子工业产生的电子废料、含铜的烟尘、炉渣和铜泥、报废的电器零件和复杂的含铜碎料等。

国内低品位废杂铜物料一般混杂严重，进行机械辅助人工分选，回收一部分有价金属。部分企业采用湿法工艺处理贵金属含量高的电子线路板，规模较小。目前，国内大量的低品位废杂铜采用火法熔炼工艺，其冶炼方法采用传统的鼓风炉熔炼－阳极炉精炼二段熔炼工艺与阳极炉一段熔炼工艺，大量使用人工作业，自动化控制水平低。

国内以前有工厂采用鼓风炉熔炼－转炉吹炼－阳极炉精炼的三段法，但都相继关闭，原因是黑铜含硫低，小转炉吹炼热平衡难以控制，操作比较困难，成本高。目前国内几乎没有专门采用三段法工艺处理废杂铜的工厂。国外目前还有采用三段法工艺的处理工厂，可以处理很低品位的杂料，配以完善的有价元素综合回收系统，经济效益非常好，但是不适用于规模大的工厂。

（1）鼓风炉熔炼－阳极炉精炼二段熔炼技术

国内企业采用鼓风炉处理废线路板、铜泥和阳极炉渣等。以焦炭为燃料和还原剂，在还原气氛条件下产出次黑铜，含铜量一般在80～85%之间，炉渣含铜在2%左右，有条件的继续处理回收铜，送炉渣选矿处理，没有条件的则直接弃去。次黑铜锭进入阳极炉精炼产出阳极铜。

鼓风炉处理低品位铜料的主要问题是环保不达标，尤其是处理电子线路板和含有机物铜废料时环保问题难以解决。大量依靠手动操作，凭人工经验控制生产质量，自动化控制水平较低，只在配料阶段采用简单的单片机控制，所以生产效率低、金属回收率低。同时能耗高，需要大量的焦炭，产出的黑铜需铸锭，送火法精炼重新熔化还需消耗大量的燃料，能耗和生产成本都很高。

（2）阳极炉一段熔炼技术

为了弥补铜原料的不足，国内再生铜冶炼企业通常采用配料的方式，加入部分低品位废杂铜。为保证配料的精度，采用PLC控制技术。但一般含铜平均品位都大于85%，经过反复氧化还原后，得到阳极铜。

采用阳极炉熔炼低品位废杂铜，需要反复氧化造渣、还原，能耗高、生产周期长、耐火材料损耗大，经济上不很合理。另外，由于低品位废铜含有大量的有机物，在熔炼过程中产生含持久性有机污染物，环保问题难以解决。

2. 国外低品位废杂铜的再生利用技术

国外废杂铜的冶炼和综合回收比较成功的企业主要集中在日本和欧洲，典型的冶炼厂有日本同和公司、德国的Kayser、比利时霍博肯冶炼厂等。国外企业采用先进的顶吹熔炼技术处理低品位废杂铜，比较典型的炉型有：澳斯麦特炉/艾萨炉、卡尔多炉。这些设备技术先进，机械化、自动化程度高。大多数工厂除有先进的炉窑和加料、浇铸设备外，还采用了DCS、PLC等自动化控制系统，提高了生产效率，降低了劳动强度，而且最大程度的避免依赖操作人员的素质来保障安全生产和产品质量。

（1）澳斯麦特炉处理复杂含铜废料

日本同和公司的小坂冶炼厂是世界上第一个采用澳斯麦特炉处理复杂含铜废料的企业。入炉原料为可再生利用的低品位铜废料约40%，低品位含铜黑矿约10%，炼锌过程中产生的残渣约50%。该企业只是引进了澳大利亚的澳斯麦特炉及相关附属设备，经过大量生产实践自行摸索出相关的操作条件和工艺技术参数。澳斯麦特炉系统采用DCS控制技术，通过对喷枪的准确定位，实现不同的熔炼方式，实现风量和氧气量的自动控制。对配料实现远程控制，降低劳动强度，提高配料精度，实现产品质量的稳定。熔炼产生的以铜为主的熔融物水淬之后采用湿法工艺回收其中的铜和贵金属。处理废杂铜原料6万吨/年，年产铜1.2万吨，金5吨，白银500吨，铅2.5万吨，铋200吨，以综合回收为目的。

从2008年3月运行以来，炉时率偏低，月平均运转率在60%左右，至2010年3月才逐步正常。运行中存在的主要问题：原料繁杂，配料困难；间断运行，生产成本高；耐火材料要求高。

（2）卡尔多炉处理低品位废杂铜

卡尔多炉处理低品位废铜是一种先进的熔炼技术，主要体现在金属回收率高、环境效益好、自动化程度高等方面。目前被欧洲的一些再生有色金属企业用于处理低品位的混杂的废有色金属。意大利威尼斯附近的Nuova Samim铜冶炼厂利用波立登的卡尔多炉技术处理低品位废杂铜，年产2.5万吨粗铜。2007年我国江西铜业引进一台容积13m3的卡尔多炉处理废杂铜，年产铜5万吨。2009年5月投料试生产，处理废杂铜及含铜物料，包括2号废杂铜、黑铜、反射炉渣、倾动炉渣、含铜废料(铜粉饼)等，入炉物料平均含铜70～80%，每炉装入量80吨，产粗铜约50吨，粗铜品位在98.5%左右。

卡尔多炉处理废杂铜优点：一是机械化、自动化程度高。炉子冶炼作业时可以作横向360°旋转，倒渣、出铜和加料时可以纵向倾转270°，加料采用轨道式料斗小车，加料方便快捷；出铜、排渣用包子，通过倾转炉子直接倒出；操作过程全部采用DCS系统自动控制，操作简便、安全和可靠。二是原料适应性强，物料不用预处理，温度容易调节、氧势容易控制，渣含铜可以得到有效控制。三十炉体结构紧凑，密闭性强，环保条件好等特点，适宜处理含杂质高的废杂铜原料。

卡尔多炉应用存在的问题：单台炉产量小，仅在处理含铜70%以上的废杂铜才能年产5万吨铜；实际炉渣含铜在3%左右，还需送炉渣选矿处理； 炉体转动部件多，结构复杂，投资相对较高，需要引进技术和关键设备。炉内温差大，烟气流速高，耐火砖损耗快，炉寿命较短，不适合大规模处理低品位废杂铜，适合处理含贵金属高的物料，附加值高，经济效益较好。

三、低品位废杂铜再生综合利用技术研究

1. 工艺技术研究

传统的低品位废杂铜的再生利用采用鼓风炉熔炼－转炉吹炼－阳极炉精炼的三段法，流程长、能耗高，环境污染严重，自动化程度低，现在已不可能采用。

采用阳极炉处理低品位废杂铜，需要反复氧化还原，能耗高、生产周期长、耐火材料损耗大，经济上不合理。另外，由于低品位废铜含有大量的有机物，在熔炼过程中产生含持久性有机污染物，环保问题难以解决。

引进卡尔多炉或澳斯麦特炉工艺，不但设备价格昂贵，而且需要支付高昂的专利费和技术服务费。应用中存在共性问题：耐火材料要求高，损耗快，炉寿命短；生产运行成本高；渣含铜偏高，需要再处理。

针对国内处理低品位废杂铜的现状，为提高金属回收率和自动化程度，减少环境污染，研究开发了低品位废杂铜再生回收的综合处理技术。处理工艺流程如图1所示。

2. 新工艺处理低品位废杂铜的特点

新工艺处理低品位废杂铜具备的特点：

（1）原料适应性强，可以处理多种废杂铜物料；

（2）生产效率高、规模大，单炉年产量达到5万～10万吨；

（3）废杂铜中有机物能够在高温下充分燃烧、配备完善的环保系统，环保能够达标；

（4）能耗低，吨铜综合能耗≤300kg标煤；

（5）渣含铜低，渣含铜达到0.4～0.6%。

（6）机械化、自动化程度高，实现DCS自动控制。

图1 低品位废杂铜综合回收工艺流程图

四、低品位废杂铜再生综合利用技术重点

1. 废杂铜物料的深度分选与破碎

本研究采用全物理方法，深度分选—破碎—筛分组合工艺，实现废杂铜物料的高效分选、破碎、金属和非金属有效分离技术，其工艺流程图2所示：

采用破碎—筛分组合工艺对含有机物等杂质的金属粉末进行金属和非金属再分离，不仅可以回收利用非金属，同时大大降低金属粉末中的有机物含量，减轻后续熔池熔炼烟气的排放。

2. 新型再生铜冶炼技术

废杂铜料在熔炼过程中玻璃纤维起到熔剂的作用，形成稳定的硅酸盐炉渣。针对杂铜物料杂质含量高的特点，采用如下的技术路线：废杂铜料与熔剂后混合后，直接加入新型熔池熔炼炉进行熔炼，烟气经余热利用、冷却、收尘后达标排放；杂铜料在高温区进行还原熔炼成金属熔体，原料中玻璃纤维（主成份为SiO2）与加入的熔剂形成熔渣达到与金属组分的良好分离，经氧化精炼除去大部分Fe、Pb、Sn等金属杂质，得到含铜96%以上的粗铜。熔炼渣含铜很低，可以直接销售。同时对铜废料中的有价金属如Sn、Ni、Pb、As、Sb、Bi和稀贵金属如In、Se、Te、Pt、Pd等应能有效回收。

图2 废杂铜高效破碎、金属和非金属有效分离工艺流程图

3. 自动化控制技术

低品位废杂铜综合利用的发展必须适应原料品位越来越复杂、节能减排越来越严格的要求，同时对自动化控制技术提出更高的要求，而引进国外的自动化技术和设备费用昂贵，所以开发自主创新的自动化控制技术势在必行。如果与国内开发的低品位废杂铜工艺相配合，将控制系统与工艺设备相集成，形成完善的自动化控制系统，预计成套装置的技术经济指标将明显好于国外技术和设备。

五、结论

采用新型工艺技术对低品位废杂铜进行再生利用和综合回收，可以高效地回收其中的有价金属和贵金属，具有环境污染小，综合能耗低、回收率高、自动化程度高等特点，达到综合回收再利用的目的。

对低品位废杂铜资源进行再生综合利用，建立循环经济模式，减少环境污染，对实现社会可持续发展具有重要的应用意义。

略

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