白銀銅冶煉技術(shù)提升改造項(xiàng)目綜述

廖文江，余小華

(1.中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038；2.銅陵有色金冠銅業(yè)分公司，安徽銅陵 244000)

1 項(xiàng)目背景

截止到2009年底，白銀銅業(yè)公司一直采用白銀爐熔煉—PS 轉(zhuǎn)爐吹煉—回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐精煉—傳統(tǒng)大極板電解工藝，陰極銅生產(chǎn)能力約100 kt/a，在國(guó)內(nèi)屬小規(guī)模，能耗及銅加工成本高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不足，直接影響了白銀銅業(yè)公司進(jìn)一步的發(fā)展，同時(shí)也制約了集團(tuán)公司的發(fā)展和壯大。 但受白銀爐單爐能力偏低（單爐能力為50～60 kt/a）、現(xiàn)有場(chǎng)地狹窄、廠(chǎng)房及配套設(shè)施陳舊等客觀(guān)因素的限制，銅冶煉技術(shù)和裝備、 陰極銅生產(chǎn)能力等整體升級(jí)改造未能實(shí)施。轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)也因廠(chǎng)房跨距所限， 密閉煙罩改造不能完全到位，低空污染的環(huán)保問(wèn)題也依然存在。 為此，為了順應(yīng)公司做大做強(qiáng)的發(fā)展戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)發(fā)展，以增強(qiáng)企業(yè)長(zhǎng)期穩(wěn)定的競(jìng)爭(zhēng)力根據(jù)白銀集團(tuán)提出的 “有色金屬生產(chǎn)能力超過(guò)1 000 kt” 的發(fā)展目標(biāo)，白銀銅業(yè)公司提出了對(duì)現(xiàn)銅冶煉系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)提升改造，優(yōu)化升級(jí)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，使銅冶煉系統(tǒng)總規(guī)模達(dá)到300 kt/a 陰極銅。

白銀銅冶煉技術(shù)提升改造項(xiàng)目由白銀有色集團(tuán)股份有限公司建設(shè)、中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中國(guó)瑞林”）設(shè)計(jì)，并由白銀集團(tuán)公司下屬的銅業(yè)公司負(fù)責(zé)實(shí)施。

2 銅冶煉提升項(xiàng)目前期介紹

2.1 項(xiàng)目前期技術(shù)概況

本項(xiàng)目的原料銅精礦來(lái)源為20%自產(chǎn)，80%進(jìn)口。 項(xiàng)目采用當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)先進(jìn)的單閃工藝， 即閃速熔煉—PS 轉(zhuǎn)爐吹煉—回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐精煉—不銹鋼陰極電解工藝，冶煉煙氣采用二轉(zhuǎn)二吸制酸工藝。建成后的主要產(chǎn)品年產(chǎn)量:陰極銅200 kt、硫酸754.6 kt、電金6.774 t、電銀379.007 t。 工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 銅冶煉提升項(xiàng)目工藝流程

2.2 前期建設(shè)內(nèi)容

前期建設(shè)內(nèi)容如下：1）精礦庫(kù)。精礦庫(kù)為半地下式，廠(chǎng)房跨度33 m，長(zhǎng)度315 m，鐵路中間進(jìn)線(xiàn)，設(shè)2個(gè)汽車(chē)卸礦口，精礦庫(kù)內(nèi)配置4 臺(tái)16 t 的橋式抓斗起重機(jī)。2）配料倉(cāng)。 配料工序設(shè)有16 臺(tái)容量為200 t 的配料倉(cāng)， 采用計(jì)算機(jī)在線(xiàn)控制的自動(dòng)配料系統(tǒng)，銅精礦、石英砂、渣精礦按閃速爐入爐混合精礦成分的要求自動(dòng)配比。3）蒸汽干燥工段。蒸汽干燥配備1臺(tái)能力為180 t/h（濕基）的蒸汽干燥機(jī)，以轉(zhuǎn)化余熱鍋爐產(chǎn)出的中壓蒸汽為熱源，含水10%的混合銅精礦可一步干燥到水分低于0.3%。 干精礦通過(guò)氣力垂直提升系統(tǒng)連續(xù)的輸送至閃速爐爐頂干礦倉(cāng)內(nèi)。 4）熔煉車(chē)間。 熔煉車(chē)間主廠(chǎng)房跨度22 m，長(zhǎng)度301.15 m，配置了熔煉、吹煉、陽(yáng)極精煉3 個(gè)工序。 熔煉工序建有1 臺(tái)Φ6.2×7 m 的閃速爐， 反應(yīng)生成的熔體在沉淀池內(nèi)分離成冰銅和爐渣，冰銅定期排放，經(jīng)包子吊車(chē)送往轉(zhuǎn)爐吹煉工序。熔煉渣送渣選。轉(zhuǎn)爐工序配置了3 臺(tái)Φ4.5×13 m 轉(zhuǎn)爐，采用2 臺(tái)轉(zhuǎn)爐期交換的作業(yè)制度。每臺(tái)轉(zhuǎn)爐配備有熔劑加料系統(tǒng)、殘極加料機(jī)、機(jī)械捅風(fēng)眼機(jī)和爐口清理機(jī)等機(jī)械化設(shè)備。轉(zhuǎn)爐產(chǎn)出粗銅經(jīng)包子吊車(chē)送往陽(yáng)極精煉工序。 陽(yáng)極精煉工序配有兩臺(tái)Φ4.6×13 m 回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐和1 套能力為110 t/h 的雙圓盤(pán)澆鑄機(jī)，陽(yáng)極爐煙氣經(jīng)噴霧冷卻后再經(jīng)空氣冷卻器進(jìn)一步降溫，然后送布袋收塵器除塵后匯入環(huán)集脫硫系統(tǒng)。5）硫酸系統(tǒng)。閃速爐和轉(zhuǎn)爐的冶煉煙氣制酸，進(jìn)入凈化的最大煙氣量172 048 m3/h，硫酸產(chǎn)量約755 kt（100%H2SO4）。產(chǎn)出的成品酸用酸管道輸送到已建成鐵路站場(chǎng)的酸庫(kù)，酸庫(kù)設(shè)有10 kt 貯酸罐17 臺(tái)。采用火車(chē)和汽車(chē)裝酸，火車(chē)裝酸位20 個(gè)，汽車(chē)裝酸位5 個(gè)。 廢酸采用硫化法。硫酸尾氣經(jīng)脫硫后排放。6）電解車(chē)間。電解工藝采用永久不銹鋼陰極工藝。 廠(chǎng)房主跨總長(zhǎng)度349.9 m，跨度33 m，配備2 臺(tái)電解專(zhuān)用吊車(chē)，2 臺(tái)陰極剝片機(jī)組，1 臺(tái)陽(yáng)極整形加工機(jī)組，1 臺(tái)殘極洗滌機(jī)組，608 個(gè)電解槽。7）凈液。凈液車(chē)間廠(chǎng)房主跨為18 m，附跨為9.47 m，總長(zhǎng)度78.1 m。 工藝流程為真空蒸發(fā)—水冷結(jié)晶生產(chǎn)粗硫酸銅—誘導(dǎo)法脫銅電解—冷凍結(jié)晶法生產(chǎn)粗硫酸鎳。8）2#制氧站。 設(shè)1 套28 000 Nm3/h，純度為99.6%的深冷制氧機(jī)組，0.05 MPa 壓力等級(jí)的產(chǎn)品氧氣量為28 000 Nm3/h；同時(shí)副產(chǎn)1 000 Nm3/h液氧、5 000 Nm3/h 壓力氮和1 000 Nm3/h 液氮。9）空壓機(jī)站?？諌赫驹O(shè)流量200 m3/min、壓力0.85 MPa離心透平空氣壓縮機(jī)3 臺(tái)，流量20 Nm3/min、壓力為0.8 MPa 儀表用無(wú)油螺桿空壓機(jī)1 臺(tái)，另外還配備了冷凍吸附組合干燥機(jī)、 除塵過(guò)濾器和空氣過(guò)濾器。10）余熱回收、發(fā)電及純水制備。余熱回收：本工程閃速爐、轉(zhuǎn)爐、硫酸裝置共設(shè)置余熱鍋爐3臺(tái)。 正常生產(chǎn)時(shí)余熱蒸汽產(chǎn)量為75.5 t/h，夏季生產(chǎn)、生活蒸汽用量53.5 t/h。余熱發(fā)電：配置2 套2 000 kW 的備壓式飽和蒸汽汽輪發(fā)電機(jī)組和1 套13 000 kW 的抽凝式飽和汽輪發(fā)電機(jī)組。 閃速爐、 轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐生產(chǎn)的5.4 MPa 中壓飽和蒸汽，送至一段背壓飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組發(fā)電，背壓0.6 MPa。 陽(yáng)極爐、硫酸余熱鍋爐生產(chǎn)2.5 MPa 的次中壓飽和蒸汽， 大部分供蒸汽干燥機(jī)利用，多余部分減壓至0.6 MPa 至管網(wǎng)或二段凝汽式發(fā)電機(jī)組發(fā)電?；瘜W(xué)水處理系統(tǒng)：采用一級(jí)反滲透+混床系統(tǒng)制純水的工藝流程， 化學(xué)水處理站規(guī)模為反滲透產(chǎn)水量260 m3/h，混床系統(tǒng)產(chǎn)水量210 m3/h。11）事故柴油發(fā)電機(jī)組。 設(shè)置1 臺(tái)功率為2 200 kW 容量的應(yīng)急柴油發(fā)電站。當(dāng)事故停電時(shí)，可保證余熱鍋爐循環(huán)水泵、冶金橋式起重機(jī)、儀表空壓機(jī)及重要的電動(dòng)蝶閥仍可正常作業(yè)。

2.3 項(xiàng)目暫停及原因

2014 年年中，為落實(shí)政府的“一帶一路”，白銀集團(tuán)公司提出項(xiàng)目存在整體搬遷至哈薩克斯坦的可能性，項(xiàng)目建設(shè)暫停。 此時(shí)，除電解、凈液、2#制氧站外全部子項(xiàng)的施工圖設(shè)計(jì)已基本完成，主要子項(xiàng)均采用了三維設(shè)計(jì)。 項(xiàng)目自從2013 年年中開(kāi)始施工，已完成精礦庫(kù)和配料子項(xiàng)的基礎(chǔ)部分，熔煉主廠(chǎng)房中閃速爐爐體結(jié)構(gòu)安裝完畢，即將開(kāi)始廠(chǎng)房鋼結(jié)構(gòu)的安裝；轉(zhuǎn)爐和陽(yáng)極爐子項(xiàng)基本安裝完畢。 另外，動(dòng)力中心、酸庫(kù)、化學(xué)水處理系統(tǒng)等部分小子項(xiàng)已建設(shè)完畢。

2015 年3 月27 日，白銀集團(tuán)公司與哈薩克斯坦礦業(yè)集團(tuán)簽訂了《有關(guān)在哈薩克斯坦建設(shè)銅冶煉廠(chǎng)的可研準(zhǔn)備工作的初步協(xié)議》，并委托中國(guó)瑞林完成該項(xiàng)目的概念性研究。 2016 年年底，該項(xiàng)目確定取消，銅冶煉提升項(xiàng)目重新恢復(fù)建設(shè)。 此時(shí)，項(xiàng)目暫停已經(jīng)近2 年半了。

3 項(xiàng)目改造后的優(yōu)化措施及進(jìn)展

3.1 優(yōu)化措施

項(xiàng)目重新建設(shè)后，優(yōu)化了以下內(nèi)容：1）熔煉系統(tǒng)考慮預(yù)留產(chǎn)能。優(yōu)化熔煉系統(tǒng)的配置，滿(mǎn)足預(yù)留1 臺(tái)熔煉爐和1 臺(tái)轉(zhuǎn)爐的位置?？紤]閃速爐+預(yù)留的熔煉爐共用4 臺(tái)轉(zhuǎn)爐，屆時(shí)轉(zhuǎn)爐的作業(yè)制度由2 臺(tái)交換變更為3 臺(tái)3H2B。2）閃速爐精礦噴嘴國(guó)產(chǎn)化。 采購(gòu)了山東陽(yáng)谷祥光銅業(yè)的精礦噴嘴， 降低煙塵率以及生料率。通過(guò)優(yōu)化熱平衡，滿(mǎn)足處理含金銀的高雜銅精礦和部分氧化礦的技術(shù)條件。 3）轉(zhuǎn)爐環(huán)集煙氣治理更換轉(zhuǎn)爐環(huán)集煙罩。一直以來(lái)，轉(zhuǎn)爐作業(yè)存在低空污染嚴(yán)重的問(wèn)題。因此，通過(guò)實(shí)施兩項(xiàng)措施來(lái)治理轉(zhuǎn)爐環(huán)集煙氣：1）將轉(zhuǎn)爐原有的回轉(zhuǎn)式環(huán)集煙罩拆除后變更為推拉門(mén)式，降低了煙罩的漏風(fēng)率。2）改造轉(zhuǎn)爐上方的廠(chǎng)房屋面，相應(yīng)增加了屋面上的排煙口，將轉(zhuǎn)爐部分廠(chǎng)房的環(huán)集煙氣送往環(huán)集脫硫。 這兩項(xiàng)措施徹底解決了轉(zhuǎn)爐進(jìn)料期間環(huán)集煙罩無(wú)法有效收集煙氣的問(wèn)題。4）提高陽(yáng)極爐還原效率。增加了陽(yáng)極爐的摻氮還原設(shè)備，提高還原效率，減少黑煙的產(chǎn)生。5）進(jìn)一步利用硫酸系統(tǒng)余熱。該項(xiàng)目地處我國(guó)北方，冬季采暖需求大。因此，除了原設(shè)計(jì)中將轉(zhuǎn)化工序中的中溫位熱能進(jìn)行余熱回收外， 增加了通過(guò)產(chǎn)熱水的方式回收干吸工序的低溫位熱， 用于電解車(chē)間加熱電解液和采暖，可節(jié)省大量的蒸汽用量。6）優(yōu)化煙氣脫硫工藝。 環(huán)集煙氣脫硫工藝由原設(shè)計(jì)的活性炭法變更為離子液法。 環(huán)集煙氣中的SO2經(jīng)過(guò)吸附和解吸后，可以送制酸系統(tǒng)制酸，提高了硫的回收率。

3.2 項(xiàng)目進(jìn)展

本項(xiàng)目的閃速爐于2019 年5 月16 日點(diǎn)火，開(kāi)始烘爐，6 月18 日閃速爐投料，并順利出銅。 目前，火法系統(tǒng)已達(dá)到70%的設(shè)計(jì)產(chǎn)能，各項(xiàng)工藝指標(biāo)良好。 同時(shí)，該項(xiàng)目正在進(jìn)行電解車(chē)間、凈液車(chē)間、2#制氧站的施工，預(yù)計(jì)2020 年年中全部建成。

4 項(xiàng)目展望

自第1 臺(tái)煉銅閃速爐于1949 年在芬蘭Harjavalta 冶煉廠(chǎng)投入工業(yè)應(yīng)用以來(lái)， 歷經(jīng)60 余年的不斷發(fā)展與完善， 截止2018 年底不完全統(tǒng)計(jì)，全球27 個(gè)國(guó)家已建或在建的銅閃速爐57 臺(tái)（其中，中國(guó)12 臺(tái)）， 全球50%以上銅產(chǎn)自閃速熔煉工藝的工廠(chǎng)。閃速熔煉工藝由于處理能力大、環(huán)保、節(jié)能、技術(shù)先進(jìn)、成熟可靠等顯著優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外大型新建或改造銅冶煉廠(chǎng)的首選工藝。

銅冶煉提升項(xiàng)目重新建設(shè)后， 正是基于上述優(yōu)點(diǎn)確定的優(yōu)化措施。 這些優(yōu)化措施在原有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益的提升：1）通過(guò)規(guī)模效益和提高原料適應(yīng)性來(lái)提升經(jīng)濟(jì)效益。一方面，閃速爐本體有足夠的產(chǎn)能彈性， 即不需做大的改造即可較大的提產(chǎn)。 因此考慮配套設(shè)施同步預(yù)留一定的產(chǎn)能， 當(dāng)條件成熟時(shí)在較短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)提升產(chǎn)能來(lái)降低運(yùn)行成本。另一方面，本項(xiàng)目的原料來(lái)源主要是進(jìn)口，通過(guò)處理高附加值的高雜礦和氧化礦，來(lái)達(dá)到變相提高加工費(fèi)的目的。2）環(huán)保效益得到提升。閃速爐由于其連續(xù)生產(chǎn)、自動(dòng)化程度高、密閉性好的特點(diǎn)，環(huán)保效果突出。為適應(yīng)國(guó)內(nèi)的環(huán)保日趨嚴(yán)格的要求，應(yīng)對(duì)其配套及附屬設(shè)施進(jìn)行相應(yīng)的環(huán)保升級(jí)，或考慮預(yù)留升級(jí)的可能。3）節(jié)能優(yōu)化。通過(guò)對(duì)于各種工序的節(jié)能優(yōu)化，可以達(dá)到降低生產(chǎn)成本，從而提升項(xiàng)目的競(jìng)爭(zhēng)能力。

綜上所述， 本項(xiàng)目采取的優(yōu)化措施充分展現(xiàn)出閃速熔煉工藝的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保優(yōu)異、技術(shù)先進(jìn)、成本控制的目的。