格沃古夫銅冶煉廠冶金生產(chǎn)線當(dāng)前和未來的現(xiàn)代化

馮欣 摘譯

（中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京100038）

國外工程技術(shù)

格沃古夫銅冶煉廠冶金生產(chǎn)線當(dāng)前和未來的現(xiàn)代化

馮欣 摘譯

（中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京100038）

本論文描述了格沃古夫（G?ogów）銅冶煉廠冶金生產(chǎn)的現(xiàn)狀，討論了目前正在進行以及計劃中的現(xiàn)代化改造項目，同時還概述了實現(xiàn)現(xiàn)代化改造所應(yīng)達到的條件。

銅；工藝現(xiàn)代化；貴金屬；鉛；工藝熱平衡

1 格沃古夫第一銅冶煉廠

格沃古夫第一銅冶煉廠的生產(chǎn)是以在豎爐中進行銅精礦的冶煉為基礎(chǔ)。

生產(chǎn)過程包括五個階段：銅精礦制團、豎爐中團礦冶煉和冰銅生產(chǎn)、冰銅吹煉、陽極爐火法精煉和陽極鑄造以及最終的陽極銅電解精煉生產(chǎn)陰極銅。

含有轉(zhuǎn)爐渣和焦炭、含銅～25%的混合精礦團作為給料進入豎爐中，熔煉后得到的產(chǎn)品是冰銅——銅、鐵硫化物和廢渣的合金。在冰銅吹煉過程中，鐵和硫被氧化以獲得理想的粗銅，其中純銅含量約為98.5%。其余雜質(zhì)在陽極爐內(nèi)火法精煉時除去。

此階段鑄造的陽極要進行電解精煉，在電解過程中，陽極銅溶入電解液，在恒定電流下沉積在陰極始極片，產(chǎn)出的最終產(chǎn)品純度為99.99%的陰極銅。

流程圖詳見圖1。

2 格沃古夫第二銅冶煉廠

格沃古夫第二銅冶煉廠的生產(chǎn)是以閃速爐內(nèi)的一段閃速冶煉技術(shù)為基礎(chǔ)，利用干燥精礦在閃速爐中直接生產(chǎn)粗銅。該技術(shù)包括三個階段：精礦焙燒、冰銅冶煉和一段吹煉工藝。

圖1 格沃古夫第一銅冶煉廠和精煉廠的流程圖

干燥的銅精礦與充足的氧空氣通過爐頂燒嘴鼓入爐內(nèi)。熔煉在鼓入精礦下落至爐子沉降室過程中發(fā)生，在沉降槽中，粗銅（含銅～99%）與爐渣分離開來。含銅仍有11～15%的爐渣送入電爐進行渣貧化。與此同時，與在格沃古夫第一銅冶煉廠的工藝完全相同，粗銅在陽極爐中進行加工并經(jīng)過電解精煉。最終產(chǎn)品為純度99.99%的陰極銅。

流程圖詳見圖2。

圖2 格沃古夫第二銅冶煉廠和精煉廠的流程圖

3 貴金屬冶煉廠

格沃古夫第二銅冶煉廠的貴金屬部生產(chǎn)銀、金、鈀-鉑精礦和工業(yè)硒。

給料為陽極泥——一種銅電解精煉的副產(chǎn)品，主要來自格沃古夫銅冶煉廠和萊格尼察（Legnica）銅冶煉廠。經(jīng)過干燥后，將富含金屬的陽極泥送至卡爾多（Kaldo）爐進行熔化、吹煉和火法精煉。這一過程的產(chǎn)物——多爾金屬（Dorémetal）被鑄造成銀陽極，隨后，這些陽極電解精煉成純度為99.99%的陰極銀，再鑄造成銀條或銀粒。

源自銀電解精煉工藝的銀陽極泥含有金、鉑和鈀，這些貴金屬在氣態(tài)氯存在條件下與水和鹽酸的反應(yīng)，定期進行回收。黃金在另一個反應(yīng)器中以砂金的形式回收。在這一階段可得到鉑-鈀精礦，此后，黃金在爐中熔化，鑄造成金條。

貴金屬冶煉廠流程圖見圖3。

圖3 貴金屬冶煉廠的流程圖

4 粗鉛冶煉廠

除了鐵以外，伴生銅的鉛含量也很大。在KGHM集團產(chǎn)出的銅精礦中鉛的含量達到2.5%的水平。

鉛主要富集在銅精礦冶煉工藝的副產(chǎn)品中（例如煙氣凈化裝置中累積的煙灰和粉塵）。煙灰和粉塵是鉛回收的主要來源，回收是在格沃古夫銅冶煉廠的鉛廠進行。

銅冶煉副產(chǎn)品鉛的回收是在旋轉(zhuǎn)反射多舍爾爐（D?rschel）進行還原來實現(xiàn)的。還原過程是周期性的一段工藝。換言之，最終產(chǎn)品粗鉛是經(jīng)過一次作業(yè)生產(chǎn)的。

熔化后，鉛與爐渣從爐中分離出來，隨后，鉛含量＞98.5%的粗鉛在模具中鑄造成型。目前，粗鉛的年產(chǎn)量約為21 000 t。鉛冶煉廠流程詳見圖4。

5 格沃古夫銅冶煉廠的產(chǎn)量

格沃古夫銅冶煉廠2008年的產(chǎn)量如下：

·電解銅：427 304 t

·銀：1,92 751 kg

·黃金：902 kg

·粗鉛：23 689 t

·硫酸：518 800 t

圖4 鉛冶煉廠的流程圖

·硒：81 857 kg

·鉑-鈀精礦：93 kg

·硫酸鎳：1 615 t

·豎爐爐渣：551 440 t

·水淬渣：340 580 t

格沃古夫冶煉廠是世界上最清潔的銅冶煉廠之一，如今它為全世界大型工業(yè)聯(lián)合企業(yè)樹立了環(huán)保的樣板。

格沃古夫冶煉廠的現(xiàn)代化不僅體現(xiàn)在它在生產(chǎn)過程中采用的現(xiàn)代化技術(shù)，還表現(xiàn)在其嚴(yán)格遵守環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。過去的十年，用于環(huán)保的開支總額超過了3億波蘭茲羅提（7 500萬歐元）。由于在環(huán)保上所做的投資，格沃古夫冶煉廠在有害物質(zhì)、污水和廢物排放方面的環(huán)境影響，已經(jīng)降低到與世界頂尖公司相同的水平。

6 KGHM集團2008～2020年戰(zhàn)略發(fā)展的設(shè)想和方向

KGHM集團目前實施的戰(zhàn)略重點在高效加工自然資源，這將使公司價值得到提升。

該戰(zhàn)略涉及五個方面的內(nèi)容：

圖5 格沃古夫冶煉廠煙塵排放減少量

操作的改進；原料基地的發(fā)展；收入來源的多樣化和能源價格的獨立；對整個區(qū)域的支持；組織能力和效率的提高。

2009～2013年格沃古夫第二冶煉廠的現(xiàn)代化改造與格沃古夫第一冶煉廠2014年的現(xiàn)代化改造是實現(xiàn)KGHM集團戰(zhàn)略的第一個重要步驟。

格沃古夫第二冶煉廠現(xiàn)代化改造的目標(biāo)是改造基礎(chǔ)設(shè)施以達到年產(chǎn)230 000 t粗銅的生產(chǎn)能力。在格沃古夫第一冶煉廠將新建冶金生產(chǎn)線以達到年產(chǎn)250 000 t粗銅的生產(chǎn)能力，其目的是為了大幅度降低加工成本。

圖6 格沃古夫冶煉廠二氧化硫排放減少量

依靠自有銅精礦以及進口精礦和廢料為補充來保證產(chǎn)量。

7 格沃古夫第二冶煉廠的現(xiàn)代化改造

7.1 銅生產(chǎn)的技術(shù)限制

除了基礎(chǔ)設(shè)施的更新?lián)Q代外，決定對格沃古夫第二冶煉廠進行現(xiàn)代化改造的另一個直接原因是計劃消除以下弊端：

精礦存儲能力不足；精礦干燥機有限的處理能力；閃速熔煉爐有限的生產(chǎn)能力；四燒嘴系統(tǒng)下熔化精礦混合物技術(shù)條件有限；反應(yīng)塔吸熱有限；閃速熔煉爐煙塵處理能力有限；余熱鍋爐和煙氣管道結(jié)垢；引風(fēng)機控制受限；爐膛冷卻速度不夠；硫酸廠的生產(chǎn)能力有限。

由于需要解決上述問題，有必要對下述幾個方面進行改造：

精礦干燥；閃速熔煉爐及相關(guān)設(shè)施；余熱鍋爐；煙塵處理系統(tǒng)；電爐；硫酸廠。

目前技術(shù)上出現(xiàn)的這些問題，如閃速熔煉爐能量平衡、余熱鍋爐結(jié)垢、精礦國內(nèi)供應(yīng)有限以及實現(xiàn)計劃中所有現(xiàn)代化改造的高額成本，迫使將這項改造任務(wù)分為兩個階段來實施。

第一階段：至2009年，目標(biāo)是增加可用的軋鋼機并改變工藝中的熱平衡，從而實現(xiàn)精礦混合物熔煉時的熱值高于目前值；

第二階段：至2013年，完成硫酸廠的現(xiàn)代化改造，粗銅的年產(chǎn)量達到230 000 t，硫的處理能力達到16.4 t/h。

7.2 精礦儲存和干燥設(shè)施

精礦儲倉的建設(shè)（計劃于2011年實現(xiàn)50 000 t的儲存量）無疑會改善精礦儲存和處理的環(huán)境條件。目前精礦一直被儲存在露天堆場，計劃建設(shè)的精礦儲存系統(tǒng)為室內(nèi)倉庫，附帶選擇性提取所儲精礦的功能。

鑒于計劃中的閃速熔煉爐產(chǎn)量高——大約230 000 t粗銅——以及目前精礦干燥機作業(yè)情況不佳，需要進行更廣的現(xiàn)代化改造。篩分和破碎系統(tǒng)也選定為進行現(xiàn)代化改造的對象。

7.3 閃速熔煉爐

閃速熔煉爐的現(xiàn)代化改造包括以下內(nèi)容：

爐子投料；精礦燒嘴；反應(yīng)塔；爐子周邊設(shè)施：爐子加熱裝置；爐膛冷卻裝置、送風(fēng)裝置、輔助材料投料裝置。

7.4 余熱鍋爐——煙塵處理

余熱鍋爐的現(xiàn)代化改造包括修建擋板以及用于煙塵處理氧化、硫酸鹽化噴嘴，后者將實現(xiàn)煙塵氧化和硫酸鹽化。通過引入經(jīng)過改造的破碎機系統(tǒng)，煙塵處理工藝得到進一步的改進。部分延長了煙塵運輸裝置。回收來自儲存堆場的煙塵。

7.5 電爐

涉及到電爐維修和現(xiàn)代化改造的工作主要包括重新恢復(fù)其生產(chǎn)能力，確保其在多次維修閉爐之間仍能保持4年的爐齡?，F(xiàn)代化改造的主要任務(wù)是提高爐膛冷卻裝置的效率并進一步改造電爐壁的冷卻系統(tǒng)。

7.6 硫酸廠

新安裝兩臺濕式靜電除塵器后，無需在沖洗目前已安裝設(shè)備時降低送至閃速爐的給料速度。與硫酸廠升級改造相關(guān)的其他任務(wù)旨在提高硫的利用率，預(yù)計在2013年現(xiàn)代化改造的第二階段達到處理16.4 t/h硫的水平。

7.7 格沃古夫第一冶煉廠的現(xiàn)代化改造

在分析格沃古夫第一冶煉廠現(xiàn)代化改造過程時，需要特別強調(diào)以下幾個問題：

豎爐工藝的優(yōu)勢和劣勢；應(yīng)用現(xiàn)有火法冶煉技術(shù)的可能性；格沃古夫第二冶煉廠目前所采用閃速熔煉技術(shù)的優(yōu)勢和劣勢；國內(nèi)銅精礦的特性，尤其是其中有機碳和鉛的含量；在2014年技術(shù)改造期間需要維持銅的產(chǎn)量在最佳水平。

7.8 豎爐冶煉工藝的優(yōu)勢與劣勢

優(yōu)勢：（1）從精礦質(zhì)量方面來看，該工藝具有很大的靈活性；（2）銅及伴生金屬的產(chǎn)量高；（3）銅回路中鉛和鋅的沉淀為富集的硫化鉛-硫化鋅形式；（4）可熔化返料及受污染的進料；（5）火法部分的生產(chǎn)設(shè)施成本低；（6）工藝生產(chǎn)線停車時間短。

劣勢：（1）必須使用廢黑液；（2）復(fù)雜的進料運輸，能耗大；（3）昂貴的精礦團礦；（4）必須使用焦炭作為燃料；（5）豎爐能源效率低；（6）產(chǎn)生大量的貧化工藝氣體，需要在鍋爐和煙氣脫硫中進行燃燒；（7）含有粉狀、凝聚顆粒的煙氣凈化工藝極其困難；（8）擴大二次抽氣裝置；（9）在運輸各階段產(chǎn)品（冰銅、爐渣、煙塵和返料）時，逸散到大氣中的污染物相對較多。

7.9 全球產(chǎn)量中火法冶煉技術(shù)所占的份額

·奧托昆普（Outokumpu）：51%；

·諾蘭達+特尼恩特（Noranda+Teniente）：16%；

·三菱法（Mitsubishi）：8%；

·艾薩法（ISA）：6%；

·豎爐：4%；

·鷹橋（Inco）：3%；·其他：14%。

7.10 閃速熔煉工藝的優(yōu)勢與劣勢

優(yōu)勢：（1）分批熔化的靈活性很大；（2）簡單、經(jīng)濟的精礦干燥和處理工藝；（3）化學(xué)反應(yīng)在單一團礦中集中進行；（4）在余熱鍋爐中實現(xiàn)工藝氣體高效熱回收；（5）工藝氣體中含有高濃度的二氧化硫；（6）硫的產(chǎn)量高。

劣勢：（1）昂貴的爐渣貧化工藝；（2）維修周期短（48個月）；（3）維修時間長（50～60天）。

7.11 波蘭銅精礦的特性

波蘭銅精礦的特性包括：鐵的含量相對較低，一般在3.5～5%；鉛和其它金屬的含量高，一般在0.9～2.4%；硫的含量較低，一般在8%～11%；有機碳的含量高，一般在5.5%～8.3%；平均銅含量在17%～30%。

如上所述，鑒于計劃中格沃古夫第一、二冶煉廠的有機碳含量和粗銅產(chǎn)量高，迫切需要找到實現(xiàn)兩個閃速熔煉爐熱平衡的解決方案。

實施下述方案之一可以解決上述問題：改變精礦浮選技術(shù)；選擇最佳批次的混合物（氧化精礦）；在反應(yīng)區(qū)使用吸熱材料；精礦焙燒；工藝氣體或爐渣回收；向閃速熔煉爐的沉降室投入固體給料。

目前正在進行分析選擇計劃中的高速閃速爐熔煉條件下，有效消除有機碳含量影響的技術(shù)。

7.12 最佳選擇

通過對上述方案的分析研究，最后決定在格沃古夫第一冶煉廠的閃速爐引入一段煉銅技術(shù)，該技術(shù)與從格沃古夫第二冶煉廠采用的技術(shù)相比有以下幾個方面的不同：給料混合物不同的混合方法——輪轂系統(tǒng)；采用精礦蒸汽干燥機；閃速爐的基礎(chǔ)，取決于爐渣從電爐中排出的形式；閃速爐給料添加劑以煉鉛爐渣形式引入；采用矩形電爐，配備六個電極（2×25MVA）供電；利用電爐爐渣生產(chǎn)團礦；利用夾層替代滴入式電爐冷卻系統(tǒng)；采用升級的技術(shù)精煉銅-鉛-鐵合金。

7.13 規(guī)劃現(xiàn)代化改造過程中的不可預(yù)見事件/考慮事項

增加設(shè)備現(xiàn)代化改造生產(chǎn)線，需要考慮以下幾個因素：新設(shè)施與生產(chǎn)線上現(xiàn)有設(shè)備的最佳接合（轉(zhuǎn)爐、陽極爐）；減少格沃古夫第一冶煉廠的總停車時間；最大限度地利用電力基礎(chǔ)設(shè)施為新設(shè)備供電。

8 格沃古夫第一冶煉廠現(xiàn)代化技術(shù)改造的幾個階段

8.1 精礦均化和預(yù)處理

將為備料和加工部配備帶有除塵系統(tǒng)的蒸汽干燥機，輔助材料氣體干燥系統(tǒng)，將精礦送至蒸汽干燥機的皮帶廊和用于輔助材料和返料運輸?shù)钠Ю取?/p>

均化倉庫配有相應(yīng)裝置可改善均化效果。精礦卸載和精礦輸送皮帶廊的一部分將保持不變。

原材料的儲存與指定輔助材料、返料和精礦的儲存和裝卸相適應(yīng)。

8.2 閃速爐

新閃速爐的設(shè)計將與格沃古夫第二冶煉廠現(xiàn)有閃速爐類似，其中將融入從現(xiàn)有閃速爐作業(yè)中所取得的技術(shù)經(jīng)驗。新閃速爐的設(shè)計生產(chǎn)能力為年產(chǎn)粗銅約250 000 t。除了在性能上的差異外，這兩個閃速爐最大的區(qū)別在于新閃速爐的爐膛位置更高。

8.3 電爐

計劃新建一個電爐，其構(gòu)造和尺寸與閃速爐類似，具有一個矩形橫截面，布置有六個電極（2×25 MVA），詳見圖7。

利用爐內(nèi)形成的廢渣制成筑路砂石骨料，含鉛量高達14%的銅-鉛-鐵合金將在五個經(jīng)過升級改造的轉(zhuǎn)爐內(nèi)進行吹煉。來自造渣階段的爐渣將返回電爐，煉銅階段的爐渣將在一個獨立的轉(zhuǎn)爐中還原以獲得含銅、鉛雜質(zhì)的爐渣（含鉛高、含銅低）。利用創(chuàng)新技術(shù)，從轉(zhuǎn)爐中得到的爐渣將作為給料送入傾倒式轉(zhuǎn)爐內(nèi)進行粗鉛生產(chǎn)。

圖7 新閃速爐的總尺寸和高度

8.4 硫酸廠

硫酸廠配備有新生產(chǎn)設(shè)施，目前正在使用的沖洗-冷卻段和濕式靜電除塵器是近年來新增的，它們是新生產(chǎn)線的組成要素。

8.5 改造升級后格沃古夫第一銅冶煉廠的能源管理

在電力設(shè)備現(xiàn)代化改造方面，計劃進行以下投資：對格沃古夫第一銅冶煉廠的主變壓站進行改造——新建電爐供電設(shè)施；建設(shè)一個蒸汽利用站并引進減速式汽輪機，總功率達到約2.5MW；配套管網(wǎng)：氧氣、氮氣、天然氣、燃油、壓縮空氣和去離子水；實施現(xiàn)有冶金設(shè)備冷卻裝置的現(xiàn)代化改造。

9 改造升級后格沃古夫銅冶煉廠鉛平衡的計劃構(gòu)想（雙閃速爐）

鑒于國內(nèi)銅精礦的特點，尤其是考慮到其鉛含量較高，經(jīng)過升級改造、配有雙閃速爐的格沃古夫生產(chǎn)線上需要有一套新的方法來實現(xiàn)鉛平衡。隨著新建的傾倒式轉(zhuǎn)爐用于鉛生產(chǎn)的可能性越來越大，迫使對現(xiàn)有技術(shù)進行詳細分析。

目前，冶煉廠中正在實施由KGHM集團工程師們開發(fā)的、旨在解決含鉛量增加的銅精礦處理的創(chuàng)新方法。該解決方案中包括對轉(zhuǎn)爐渣進行額外處理以使其可用于進一步的冶金加工。

按這種方式制備的爐渣將作為生產(chǎn)鉛的原料送入傾倒式轉(zhuǎn)爐。

增加多舍爾爐（D?rschel）的生產(chǎn)能力不僅可用于現(xiàn)有含鉛材料的加工，而且還可逐步消化掉累積的庫存。

蘇平校

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

波蘭KGHM集團年產(chǎn)銅52萬t，在世界銅生產(chǎn)商排名中位置居中。同時，KGHM公司是歐洲利用自有礦石資源產(chǎn)銅的最大生產(chǎn)商，從礦石開采一直到產(chǎn)出最終的高質(zhì)量產(chǎn)品，擁有完整的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)體系，KGHM Polska Mied?公司是波蘭最大的出口商之一。

KGHM集團超過80%的電解銅生產(chǎn)和與銅礦石伴生的所有貴金屬生產(chǎn)都是在格沃古夫銅冶煉廠進行的。格沃古夫銅冶煉廠聯(lián)合企業(yè)由四個冶煉廠組成。采用不同銅精礦冶煉技術(shù)的兩條主要銅生產(chǎn)線位于格沃古夫第一銅冶煉廠和格沃古夫第二銅冶煉廠內(nèi)。該聯(lián)合企業(yè)的其他兩個組成部分是貴金屬冶煉廠和鉛冶煉廠。格沃古夫第一銅冶煉廠于1971年投產(chǎn)，工藝上采用的是豎爐技術(shù)。1978年投產(chǎn)的格沃古夫第二銅冶煉廠采用了先進的閃速熔煉技術(shù)。這兩個冶煉廠的最終產(chǎn)品都是陰極銅，最低含銅為99.99%。在1990年至1993年期間，建設(shè)了貴金屬冶煉廠，主要處理電解銅生產(chǎn)中的副產(chǎn)品——陽極泥，同時還對銀、金、鈀-鉑泥和工業(yè)硒進行回收。

鉛冶煉廠于1973年投入生產(chǎn)，其生產(chǎn)是以銅冶煉回收的原料為基礎(chǔ)。在2001年至2003年期間，經(jīng)過整體的升級改造，該冶煉廠的生產(chǎn)能力從每年17 000 t粗鉛提高到22 000 t粗鉛。在下一階段的現(xiàn)代化改造完成時，該冶煉廠的目標(biāo)是生產(chǎn)能力將達到每年27 000 t粗鉛的水平。

馮欣(1981—)，男，四川南充人，恩菲公司海外業(yè)務(wù)部翻譯。

2010-07-28