双底吹连续炼铜技术在处理废杂铜方面的应用实践

（河南豫光金铅股份有限公司，济源 454000）

1 概述

1.1 豫光企业铅锌铜综合冶炼和循环经济发展情况

豫光金铅是我国有色金属行业铅锌领域大型骨干企业，有色行业首家上市企业、唯一一家通过铅、锌、铜、再生铅规范准入企业。连续多年跻身中国企业500强，成为国家首批循环经济试点单位、全国废旧金属再生利用领域试点企业、首批清洁生产化示范企业、首批河南省城市矿产示范试点单位、全国首批重点行业清洁生产试点单位。

豫光金铅目前年产电铅40万吨、锌30万吨、铜10万吨、白银1000吨，是我国最大铅锌生产企业；2017年产值300亿，利税近10个亿。

1.2 豫光用废杂铜分类

公司根据最近几年在废杂铜使用方面的经验，依据含铜品位不同将废杂铜分为低品位杂铜、中品位杂铜和高品位杂铜。具体分类和用途如下表1：

2 豫光双底吹连续炼铜技术

2.1 豫光双底连续炼铜情况介绍：

“双底吹”连续炼铜的关键技术装备为氧气底吹熔炼炉——氧气底吹连续吹炼炉——回转式阳极炉，氧气底吹熔炼炉和氧气底吹连续吹炼炉利用落差通过溜槽连接，吹炼炉产出的粗铜经过包子吊运至阳极炉，工艺流程如图1所示：

2.2 底吹熔炼炉工艺介绍

底吹熔炼炉是一个卧式回转熔池熔炼炉，用底吹套筒式氧枪将含氧70%～75%的富氧空气从炉子底部吹入熔池进行造锍熔炼。铜精矿、渣精矿、吹炼渣、烟灰、低品位废杂铜等混合物料配入石英溶剂后转运至氧气底吹熔炼炉顶部由加料口加入，底部氧枪高速喷入的氧气、保护介质等流体有效搅动熔池，形成良好的传质传热条件，有利于氧化熔炼充分进行。熔炼过程产出的熔融铜锍通过流槽直接流入氧气底吹连续吹炼炉内，并设置开路的铜锍流槽可流入包子内，系统配置灵活。炉渣通过抱罐车送至缓冷场缓冷之后，进行浮选回收铜，尾渣含铜0.26%以下。

表1 废杂铜分类和用途

图1 工艺流程图

2.3 底吹吹炼炉工艺介绍

底吹吹炼炉也是一个卧式回转熔池熔炼炉，用底吹套筒式氧枪将含氧21%～60%的富氧空气从炉子底部吹入熔池进行造铜吹炼。铜锍（部分冷铜锍）、锌冶炼铜渣、中品位废杂铜和石英溶剂从氧气底吹连续吹炼炉炉顶的加料口内加入，残极和块状废杂铜从出烟口的残极加料口加入，底部高速喷入的氧气、保护介质等流体有效搅动熔池产出粗铜，粗铜经过包子吊运至阳极炉内进行火法精炼。产出的高温烟气经余热回收及收尘后，烟气送硫酸车间制酸，制酸尾气脱硫排空。

2.4 双底吹处理废杂铜的优势分析

2.4.1 原料适应性强：

底吹炉可以处理粉料，也可以处理块料；对入炉物料粒度要求比较宽泛，一般粒度＜100mm的物料均可通过皮带直接入炉，无需进行特殊处理。底吹炉对入炉物料水分要求也比较广，即可处理不含水分的精炼渣和吹炼渣，也可以处理含水达到30%的锌冶炼铜渣和含水达到45%的硫化铜渣，无需进行预干燥处理。

2.4.2 除杂能力强：

底吹炉，由于氧气从炉子底部鼓入，对熔池形成较强的搅动作用，传质传热条件好，所以对杂质元素有较强的脱除能力。熔池熔炼，喷枪对熔池搅动力见公式（1）：

Pm：搅动能量（W）

Q：喷入气体的流量（m3/s）

T：熔体温度（K）

ρm：熔体密度（g/cm3）

Pa：大气压力（×101.3kPa）

Z：风口浸没深度（熔池面到喷枪出口的距离）（cm）

设大气压力为标准大气压，熔体平均密度为5000kg/m3，反应所需氧气量为1m3/s，则Pm的值与冶炼富氧浓度、操作温度T和风口浸没深度Z相关，各参数取值见表2。

表2 参数取值

根据公式计算顶吹熔炼搅动能量为1248～1707W，而底吹炉熔炼搅动能量2983～3153W，远远大于顶吹熔池熔炼。

2.4.3 热损失少、能耗低

与其它中低品位废杂铜冶炼工艺相比，底吹熔炼炉和底吹吹炼炉均采用富氧熔炼，热损失少，热利用率高。由于底吹熔炼炉采用的是原生铜与再生铜混合冶炼，通过合理配料，配入适当的高硫铜精矿，目前豫光铜底吹熔炼炉在处理部分低品位废杂铜时已经实现自热熔炼，无需配入额外的燃料提供热源。

底吹吹炼炉目前的富氧浓度在30%～50%，铜锍以热态的形式通过流槽直接从底吹熔炼炉进入底吹吹炼炉，在吹炼时配入0.5%～1.0%的煤，以防止吹炼渣中磁性铁的大量生成，也不需要配入额外的燃料。目前吹炼炉中配入的废杂铜金属量已占矿铜金属量的60%～80%；根据现在的作业条件，底吹吹炼炉废杂铜处理量仍有较大的提升空间。

由于双底吹连续炼铜的固有特性，粗铜含硫较高，在阳极炉氧化精炼时，能够提供部分热量，加之回转式阳极炉稀氧燃烧的高热利用率，目前阳极炉在处理高品位废杂铜时的吨阳极铜天然气消耗为30m3左右。吨阳极铜天然气消耗与国内其它阳极炉相比并无明显增加。

3 废杂铜使用分类

3.1 铅冶炼中的铜资源

铅精矿中含铜一般为0.04%～4%，属于不计价值的伴生元素。铅精矿中铜的硫化物经过氧化还原熔炼后，90%以上的铜进入粗铅中，只有极少部分的铜进入渣中。粗铅经过精炼除铜后，绝大部分铜进入铜浮渣中，只有极少数铜进入电铅中。铜浮渣经实验基地的底吹熔炼炉处理产出粗铅和铅冰铜（含铜35%～45%），粗铅返回铅系统使用，铅冰铜经过实验基的底吹吹炼炉吹炼后，产出含铜90%以上的高砷粗铜。

3.2 锌冶炼中的铜资源

锌精矿中含铜一般为0.09%～0.38%，也属于不计价值的伴生元素。铜的硫化物随锌精矿一起经过氧化焙烧后，绝大部分铜以氧化物的形态进入焙砂中。焙砂经过中性浸出后，大部分铜进入中性浸出上清液中送入到净化工序，在加入锌粉净化后，99%以上的铜以铜单质的形态富集到净化渣中，净化渣再经过硫酸溶液的浸出除镉、锌后，绝大部分铜仍然以铜单质的形态留在渣中，此时的渣称为锌冶炼铜渣，含铜一般为30%～60%、含水28%～35%，铜渣送往铜系统底吹连续吹炼炉回收铜。

3.3 铜冶炼中的含铜渣料

豫光铜厂生产过程中产生的含铜渣料主要有：底吹吹炼炉吹炼过程中产生的吹炼渣、回转式阳极炉氧化除杂过程中产生的精炼渣、电解净液除杂过程中产生的黑铜泥、污酸站对稀酸分步硫化时产生的硫化铜渣。这些渣料含铜在6%～40%不等，吹炼渣和精炼渣因含铜较高，选矿处理已不再适宜；黑铜泥和硫化铜渣因含砷较高，属于危废产品，外售不符合国家环保要求，利用底吹熔炼炉除杂能力强进行回收处理。

3.4 外购二次铜原料废杂铜

目前公司外购的废杂铜主要集中在中高品位的杂铜，如底吹吹炼炉使用的含铜40%～65%的冰铜、含铜80%～90%的线路板产铜粉和置换铜粉、含铜85%～95%的铜米、铜屑和铜锭。阳极炉使用含铜95%以上的铜锭和铜米、含铜99%左右的废阳极板。

4 双底连续炼铜在处理废杂铜方面存在的问题

（1） 烟灰综合回收系统尚未建立；

（2） 污酸分步硫化指标仍需优化；

（3） 铅冶炼铜浮渣系统产粗铜含砷偏高；

（4） 热态铜锍尚未全部使用、废杂铜处理量尚未最大化

（5） 底吹熔炼炉处理低品位废杂铜的优势有待进一步挖掘；

（6） 废杂铜中的部分有价小金属尚未回收；

5 下一步优化方向

（1） 充分发挥双底吹连续炼铜自热熔炼的优势、加大中低品位废杂铜处理量，开创原生铜与再生铜联合冶炼新模式；

（2） 对铜浮渣冶炼和污酸分步硫化等除砷工艺进行优化，回收有价金属的同时，对砷进行无害化处理，满足国家环保绿色冶炼新要求；

（3） 研发、建设新项目，及时对烟灰、吹炼渣、废杂铜中的铂、钯、铅、锌、锡、锑、铋等有价金属进行综合回收；

6 总结

豫光金铅利用铜铅锌综合冶炼的优势，对矿粉中的有价金属进行“吃干榨净”方面尝到甜头的同时，发现在废杂铜回收冶炼方面还有很多工作要做。下一步铜冶炼厂将进一步发挥双底吹连续炼铜技术在处理废杂铜方面的优势，加大中低品位废杂铜的处理量。同时继续推进资源节约和循环利用，降低生产过程中能耗、物耗水平，实现铜、铅、锌资源的循环链接。