卡爾多爐處理廢雜銅技術(shù)

□文/歐陽暉 汪榮彪

江西銅業(yè)集團公司貴溪冶煉廠

卡爾多爐處理廢雜銅技術(shù)

□文/歐陽暉 汪榮彪

江西銅業(yè)集團公司貴溪冶煉廠

Trea Ting Copper Scrap with Kaldo Furnace

介紹江銅貴冶年產(chǎn)30萬噸銅冶煉項目引進卡爾多爐處理廢雜銅冶煉工藝的情況及相關(guān)設備的技術(shù)，并介紹了卡爾多爐處理廢雜銅的優(yōu)缺點。

我國是一個銅資源匱乏的國家，目前自有礦山開采提供的銅精礦遠遠不能滿足陰極銅的需求，所以國家需要靠進口銅精礦和廢雜銅來彌補不足。由于廢雜銅不含硫及大量易造成環(huán)境污染的重金屬，對環(huán)境污染少，而且精煉簡單，所以國家出臺了相關(guān)的政策，從廢料進口、稅收、融資、技術(shù)等方面給予政策扶植，并鼓勵大中型企業(yè)拓展再生金屬處理的領(lǐng)域。

江西銅業(yè)公司貴溪冶煉廠(簡稱江銅貴冶)年產(chǎn)30萬噸銅冶煉工程中的廢雜銅冶煉工藝流程采用卡爾多爐熔煉一回轉(zhuǎn)式陽極爐精煉一永久不銹鋼陰極精煉。其中廢雜銅冶煉年產(chǎn)5萬噸粗銅工藝是引進瑞典奧圖泰公司(OUTOTEC)的卡爾多爐冶煉廢雜銅工藝。

一、卡爾多爐處理廢雜銅的工藝過程

以廢雜銅為原料生產(chǎn)陽極銅依據(jù)品位的高低可采用一段法、二段法或三段法工藝流程。 卡爾多爐處理廢雜銅工藝是國外二段法處理廢雜銅的一種先進技術(shù)。

江銅貴冶卡爾多爐處理廢雜銅的原料為含銅品位>70%的廢雜銅，其主要工藝過程可分為6個步驟：原料預處理、加料、熔煉、出渣、吹煉、出銅。

1. 原料的預處理

卡爾多爐熔煉不需要大量的廢料預處理工作。它可以容納的單塊最大廢料尺寸為0.5 m，爐子里沒有未熔化的原料時也可以使用潮濕的原料。

2. 加料

首先將雜銅混合料用加料翻斗車加入爐內(nèi)，加料翻斗車配備有稱重裝置。加人的爐料必須經(jīng)過計算，從而使得氧化銅與金屬鐵及其他還原劑平衡。不同的廢料和石英依次加入并計量，以保證爐料在爐內(nèi)的均勻分布。由于卡爾多爐是被環(huán)保煙罩全部密閉的，加料時，翻斗車的料斗首先通過一個打開的料斗門進人爐子密閉區(qū)域內(nèi)，當料斗停留在等待位置時，料斗門處于關(guān)閉狀態(tài)。當確認爐子處于加料位置時(豎直位置)，料斗可繼續(xù)前進到倒空位置。一旦料斗倒空，爐子回到正常的操作位置后，料斗門又再次打開，以便料斗返回裝料位置。由于料斗門在料斗向爐內(nèi)加料時是關(guān)閉的，所以它避免了通常加料過程引起的濃煙和灰塵的大量逸出。這也是卡爾多爐之所以可滿足最苛刻的環(huán)保要求的重要原因之一。

3. 熔煉

第一次加料后，燃燒器噴槍開始工作。噴槍以重油、天然氣為燃料來熔化爐料。如果原料中含有大量有機物，則需調(diào)整燃料量，工藝操作上應使煙氣進人收塵系統(tǒng)之前達到最高溫度，以使得煙塵中有毒的化合物分解。熔化過程要一直持續(xù)到爐內(nèi)料的比重增加。但在爐料完全熔化前停止加熱，然后開始第二次加料。如此循環(huán)直到加料結(jié)束。當物料全部熔化后正式進入熔煉階段。使用燃燒器噴槍進行熔煉，熔煉過程的長短取決于原料品位。在熔煉階段，原料中的鉛、鋅等揮發(fā)性雜質(zhì)進入煙塵中，而鐵及其它雜質(zhì)元素與石英反應形成熔煉渣，爐渣含銅一般小于0.5%。熔煉結(jié)束后傾轉(zhuǎn)爐體，從爐口將渣倒入渣包。

4. 吹煉

熔煉結(jié)束后轉(zhuǎn)入吹煉階段。吹煉使用富氧空氣，開始時加一些冷料，以保證合適的溫度。在吹煉過程中不加熔劑，因此形成固態(tài)吹煉渣。這使得可以在固態(tài)吹煉渣的下面出粗銅，而吹煉渣繼續(xù)保留在爐內(nèi)，在下個爐期的熔煉階段再處理。吹煉產(chǎn)生的物料銅熔體放入銅包，用吊車加入精煉爐。

二、卡爾多爐處理廢雜銅的主要設備

江銅貴冶卡爾多爐處理廢雜銅的主要設備有：卡爾多爐爐體、加料系統(tǒng)、水冷煙道、噴槍裝置、抬包車、環(huán)保煙罩、噴霧冷卻器及其他輔助設備。主要設備鏈接示意圖如圖1所示。

1. 卡爾多爐爐體

卡爾多爐爐體是本工藝的關(guān)鍵設備。爐體規(guī)格為3.7m×6.6m。當爐子的耐火材料處于全新的狀態(tài)時，本文敘述的卡爾多爐可處理容積大約是13m3的熔融物料。設備本身主要由外層鋼殼、內(nèi)層砌體和驅(qū)動裝置等組成。爐體具有旋轉(zhuǎn)與傾轉(zhuǎn)兩大功能，在電機驅(qū)動下，爐體可以<28r／min的速度繞中心軸線轉(zhuǎn)動，還可以進行360°的傾轉(zhuǎn)。爐子的頂部只有一個開口，在正常生產(chǎn)情況下，爐口轉(zhuǎn)到與水平位置夾角成28°，可伸縮的噴槍由此插入。爐子的加料和排料也都經(jīng)過這個爐口，工藝煙氣也從這個爐口排出。

2. 加料系統(tǒng)

加料提升斗內(nèi)備有加料混合器，它具有稱重元件。

不同的廢料層疊混裝在一起，需記錄好每一種物料的重量。每一批物料是否充分混合不是很重要，重要的是物料在爐內(nèi)的均勻分布及層與層的均勻分布，并且含有機物的量均勻。

3. 水冷煙道

水冷煙道主要用于排出爐內(nèi)煙氣。為了減少外部空氣的吸入，煙道安裝在盡可能接近爐口的位置上，僅留有小小的一個間隙。在煙道的頂部，裝有一個帶蓋子的事故緊急煙氣出口。當發(fā)生停電或風機故障時，這個蓋子打開，煙氣從這個事故排煙口排出。當煙氣壓力超過極限值時，這個蓋子也會被打開，以使煙氣排出，使設備不致于被損壞。煙道除配有冷卻水系統(tǒng)以外，煙道內(nèi)還澆鑄有耐火材料保護層。以保證煙道的冷卻水系統(tǒng)不會受到損壞。

4. 噴槍裝置

卡爾多爐配備有兩個噴槍，一個是熔煉期使用的燒嘴槍。另一個是吹煉期使用的吹煉槍。通過一個液壓裝置，噴槍本體可以移出和移入。為了防止事故停電，液壓裝置中安裝了蓄能器，一旦發(fā)生停電等事故時，蓄能器的動力可以使槍體撤出爐腔。由于噴槍是在高溫環(huán)境中工作，因此，槍本體通常有冷卻水進行冷卻。為了防備萬一噴槍內(nèi)的冷卻水泄漏，配備的安全系統(tǒng)上考慮了應對措施：一旦發(fā)生這種情況可以使水泵立即停止運轉(zhuǎn)，以防止冷卻水的進一步泄漏。

5. 抬包車

抬包車負責托運渣包和銅包，它是由一臺卷揚機帶動鋼絲繩所拉動的。當熔煉結(jié)束和吹煉結(jié)束時，熔煉所得的銅渣和吹煉所得的物料放人抬包車所托運的渣包和銅包內(nèi)。

6. 環(huán)保煙罩

整個卡爾多爐都被不銹鋼板焊制的環(huán)保煙罩罩住。在冶煉時，加料過程中產(chǎn)生的粉塵都通過此環(huán)保煙罩被風機抽出送到布袋收塵囂中除塵凈化，然后才排出。因此，卡爾多爐冶煉時的工作環(huán)境(如煙氣、煙塵等)均能滿足國家環(huán)保標準。

7. 噴霧冷卻器

從水冷煙道出來的煙氣進入噴霧冷卻器后，其溫度降低至150°然后進入除塵系統(tǒng)。

三、卡爾多爐處理廢雜銅的主要原料

卡爾多爐理論上可以處理任意品位的雜銅。為使生產(chǎn)均衡而且易操作，各種物料需均勻搭配，同時加入一些廢電機等含鐵高的原料用于造渣。以下是卡爾多爐常見的原料：

1. 高品位的銅物料，這種銅的來源主要為銅線和銅管，主要雜質(zhì)是絕緣材料燃燒后的殘渣，或是一些機械夾雜。

2. 銅合金。比如黃銅或青銅。這種銅合金的銅含量一般為50% ～95% 。

3. 其它廢雜銅。這類銅來自廢舊電機、汽車的散熱器等。這種廢雜銅是銅、銅合金和一些其他金屬的混合物，這種銅合金的銅含量一般為15% ～80%。

四、卡爾多爐處理廢雜銅的優(yōu)缺點

卡爾多爐冶煉作為一種強化熔煉方法有其獨到之處：（1）由于使用工業(yè)純氧以及運用氧油槍，因而爐內(nèi)的溫度容易調(diào)節(jié)，而且范圍大；（2）具有良好的傳熱和傳質(zhì)動力學，有利于加快物料的熔化和氣一固一液各相間反應速率；（3）借助油槍氧槍容易控制熔煉過程中爐氣的氧勢。根據(jù)不同熔煉階段的需要，可以有不同的氧勢或還原勢；（4）由于爐子的煙氣量少、爐體容積緊湊，因而散熱量少，熱效率高。在使用純氧吹煉的條件下，熱效率可達60%或更高。

卡爾多爐爐型適宜處理含雜質(zhì)高的復雜原料，過程簡單。對用于處理廢雜銅更是有很多優(yōu)點：（1）熔煉、還原和吹煉可在同一個熔煉爐內(nèi)完成，無需外加熔煉爐；（2）既可處理高品位廢雜銅，又可處理低品位廢雜銅。而處理低品位廢雜銅經(jīng)濟效益更好；（3）可以一次產(chǎn)出可棄渣，一般渣含銅<0．5% ；（4）爐子結(jié)構(gòu)緊湊，設備簡單，能完全密閉，因而可防止排放物溢散。操作環(huán)境良好，對外無污染，可滿足比較嚴格的環(huán)境要求；（5）生產(chǎn)靈活，適于處理各種物料，并可在不同金屬間轉(zhuǎn)換，不必對設備作任何改造。其缺點是間歇作業(yè)，操作頻繁。煙氣量和煙氣成分呈周期性交化，爐子壽命較短，造價較高。

表1 江銅貴冶卡爾多爐原料

五、結(jié)束語

卡爾多爐熔煉過程是間斷操作的，具有對原料變化適應快的特點，特別是能處理復雜銅精礦、氧化礦、各種品位的二次原料、煙灰、廢舊金屬等各種原料。低品位廢雜銅來源廣泛，價格低廉。實踐也證明，冶煉各種低品位廢雜銅的利潤確實比處理銅精礦和高品位廢雜銅都高。同時，在處理廢雜銅過程中，還能得到很多貴金屬，使利潤進一步提高。

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對廢雜銅的處理將越來越顯得重要和迫切，由于卡爾多爐的諸多優(yōu)點，今后將勢必得到越來越多的應用。

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