20 万吨废杂铜冶炼

（CN0496）工程

4 冶 炼

4.1 概述

本工程是以含铜92%以上的固体废杂铜为原料，经火法精炼和电解精炼最终产出阴极铜。冶炼工艺流程采用NGL炉精炼－永久阴极电解精炼－阳极泥湿法处理。主要生产车间有原料预处理、火法精炼、电解精炼和电解液净化、贵金属回收。生产能力一期工程为20万吨/年阴极铜。

本项目按一次建成设计。

4.2 冶炼原料﹑燃料及辅助材料

4.2.1杂铜原料

本项目所用原料主要为高品位废杂铜，经分类后打成包块，其物料成分见表4-1。

表4-1 高品位杂铜原料成分

成分 % Cu 92 Zn 2 Pb 1 As 0.10 Sn 1 Ni 0.22 Fe 1.2 其它 1.68 原料物理特性：全部为固体。其中，线状：直径从不到1mm到20mm不等；铜件：各种形状，大小不等。 4.2.2燃料

本项目燃料和还原剂为天然气，成分见表4-2。 表4-2 天然气成份（mol%）

CH4 96.322 C2H6 0.406 C3H8 0.05 CO2 2.185 H2S ≤20mg/m3 N2+Ne＋H2 1 密度：0.76276kg/ m3 低热值：35.3868MJ/m3 高热值：39.256MJ/m3 （3）熔剂及辅助材料

各主要辅助材料的成分详见表4-3。

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表4-3 石英石熔剂化学成分（%）及粒度

名称 石英石 SiO2 ﹥92 其它 8 Fe ﹤2.0 粒度 <20mm 4.2.3原料﹑燃料及主要辅助材料消耗

原料、燃料及主要辅助材料消耗见表4-4。

表4-4 原料、燃料及主要辅助材料消耗

序号 1 2 3 4 5 6 7 项目 高品位杂铜 石英石 天然气总量 耐火材料 脱模剂 硫酸 盐酸 单位 t/a t/a Nm3/a t/a t/a t/a t/a 数量 225674.28 6000 2075.5×10 1500 1200 2000 100 4备注 含铜品位92％ 含还原剂 4.3 生产规模、产品产量和质量标准

表4-5 产品产量和质量标准

序号 1 2 3 4 5 名称 高纯阴极铜 粗硫酸铜 粗硫酸镍 黄金(99.99%) 白银(99.99%) 单位 t/a t/a t/a ㎏/a t/a 产量 200000 7758 1702 118.212 41.3741 标准 GB/T467-1997 Cu-CATH-1 Cu23% Ni18% GB/T4134－2003 GB/T4135－2002 4.4 工艺方案选择

铜资源的循环利用在世界各地均受到广泛重视。长期以来，熔炼铜精矿的冶炼厂一直有选择地将再生铜作为冷料加入转炉回收，但这种方法在处理量和杂铜品种方面均受很大限制。为此，许多国家包括中国先后兴建了专门处理再生铜物料（包括残渣）的铜冶炼厂，并积极研究、开发再生铜冶炼工艺，不断改进冶炼设备，使再生铜冶炼技术朝着高效、低耗、无污染和高质量的方向发展。

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4.4.1再生铜的火法精炼

目前国内处理高品位废杂铜火法精炼炉型有固定式阳极炉和倾动式精炼炉两种。

倾动式精炼炉是上世纪60年代由德国MAERZ公司开发的，该炉子的主要优点是综合了固定式阳极炉和回转式精炼炉的优点，炉体密闭性能好，操作环境好；炉子寿命长且维修方便，氧化、排渣、还原作业均无需人工操作，机械化自动化程度高。目前国内倾动炉有二种形式，一种为引进设备，另一种为国产设备，引进设备造价较高，项目投资大、建设周期长。故本项目不予采用。国产设备为为国内公司近年研制开发的新型炉型即350吨精炼摇炉，现某冶炼厂设计中也有采用，但山东金玺化工有限公司为第一次上杂铜冶炼，而且规模适中，为了更有利于生产灵活组织，分部投资。故本阶段暂不考虑上述较大炉型。

固定式阳极炉是目前国内广泛采用的一种传统处理高品位杂铜的精炼设备。该炉体结构简单，容易操作，原料燃料适应性广，造价低，建设周期短，处理高品位杂铜时环保效果良好，但存在操作劳动强度大，该炉子生产过程中炉门难以密闭，烟气泄漏严重，能耗偏高，不能使用人工持管的气体还原剂，操作环境较差等缺点，因此本工程不予考虑。

NGL炉是中国瑞林公司新开发的一种杂铜火法精炼炉，其氧化、还原功能与回转式阳极炉相同，但在炉体结构上作了较大的创新，使其能适应处理冷料，其机械化、自动化程度可达到倾动炉的水平，而造价大大低于倾动炉。

NGL炉上设置了透气砖搅拌系统，其作用是通过炉底的透气砖将氮气喷入熔融铜中，利用惰性氮气具有较好的搅拌效果，对铜液进行清洁搅拌，从而提高冶金反应效率；缩短工艺过程；改善金属熔池的化学和温度的均匀性；降低阳极铜的含氧量；减少铜在炉内的冻结。

NGL炉采用稀氧燃烧技术。稀氧燃烧的基本过程：燃料和氧气分别通过两个单独的喷口高速喷射进入炉膛内，燃料和氧气被炉膛中已有的高温烟气（燃烧产物）迅速稀释，在燃烧区间氧浓度达到2％～10％时燃烧过程即可正常进行。稀氧燃烧与传统的燃烧方式相比有其独特的燃烧效果：1）燃烧反应区呈漫射状分布于炉膛大部分空间，炉膛内热负荷分布均匀，没有过高温度点，形成一个均匀的加热体系；2）燃烧产物3分子居多火焰辐射强度高，利于加强传热效果；3）NOx产出率相对较低；4）热效率高，节能效果显著；5）无需另设燃烧风机、

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烟气量低，节约烟气处理成本。

工业生产实例有美国Kennecott铜厂阳极炉，国内已完成了在400t回转阳极炉和80t固定式阳极炉的示范性试验，取得良好效果。

该炉克服了固定式阳极炉的操作强度大，环境较差及能耗偏高等缺点，但造价较固定式阳极炉高。为节约工程投资，提高项目的经济效益，改善环保条件，本项目选用4台NGL炉用于杂铜处理。

阳极铜通过放铜溜槽进入双圆盘浇铸机浇铸成阳极铜板，合格的阳极板用叉车运往阳极板堆场。不合格阳极板返回NGL炉。

4.4.2 电解精炼

目前国内外采用的电解工艺有传统工艺和永久性不锈钢阴极两种。传统法在我国生产历史悠长，工艺成熟可靠，但始极片制作工艺复杂，需要独立的生产系统，劳动强度大。始极片质软，平直度不好，生产过程中易造成短路。不锈钢阴极法是用不锈钢板制成永久性阴极，取代传统的始极片。主要优点是不锈钢阴极平直度较好，不易造成短路，因而可采用较高的电流密度和较小的极距，单位面积产量高；阴极周期短，产品质量好，残极率低；流程简单，自动化程度高；金属积压量少，流动资金周转快等。

同为大极板电解工艺，采用不锈钢阴极法比传统法不但产品质量好，且厂房占地小、劳动定员少、生产成本低，而项目投资永久阴极法略高于传统法。不锈钢阴极法是电解工艺的一个发展方向。有关资料显示，到2004年，应用不锈钢阴极法的电解精炼厂已达30多家，产出的铜量占世界总产量的60%以上。国内第一家江西铜业公司贵溪冶炼厂的20万吨永久性阴极工艺电解车间已于2003年顺利建成投产。紧接着山东祥光铜业公司20万吨、贵溪冶炼厂新增30万吨和金隆铜业公司20万吨永久性阴极工艺电解车间均已在建成投产，目前已有多家冶炼厂签订了永久性阴极工艺合同。

不锈钢阴极法首先在澳大利亚PTY铜精炼有限公司的汤士维尔冶炼厂研制并投入大规模生产，简称为ISA法。1986年加拿大鹰桥公司的奇得克里克冶炼厂也开发了另一种不锈钢阴极电解技术，称KIDD法。此外芬兰Outokumpu公司开发的Ok不锈钢阴极法2003年也已投入了工业化生产，这三种不锈钢阴极电解技术略有不同，主要在包边形式、导电棒的结构及底部结构上有区别。本初

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