紅透山銅礦冶煉系統技術改造工程實踐

李鴻巖LI Hong-yan；牛海山NIU Hai-shan

（①撫順市政府投資評審中心，撫順 113001；②遼寧石油化工大學礦業工程學院，撫順 113001）

（①Fushun Government Investment Review Center，Fushun 113001，China；②Liaoning Shihua University School of Mining Engineering，Fushun 113001，China）

0 引言

紅透山銅礦粗銅冶煉廠，1995 年7 月建成投產。原設計生產工藝為富氧密閉鼓風爐熔煉、連續吹煉爐吹煉；凈化工序采用絕熱蒸發、封閉酸洗、部分排放的工藝流程；轉化采用四段一次轉化工藝；干吸采用一級干燥一級吸收工藝，采用亞鈉法處理制酸尾氣。設計粗銅產量為6309 噸，硫酸產量為32410 噸。由于分子篩制氧技術不過關，原設計富氧熔煉工藝一直無法實施，生產至今一直采用的是空氣熔煉工藝，造成燃料消耗高，鼓風爐床能力低，冰銅品位低，煙氣二氧化硫濃度低。無法提高粗銅、硫酸產量。為增加粗銅、硫酸產量，增加企業的經濟效益，降低燃料單耗，提高冰銅品位，提高連吹爐爐壽，紅透山礦冶煉廠在現有系統的基礎上，新建富氧系統，通過提高熔煉強度，增加產量，降低消耗。以滿足鼓風爐混氧后的濃度達到30%為目的，新上一座純氧量達2000m3/h 變壓吸附分子篩系統。

1 富氧熔煉的原理與制氧技術的選擇

1.1 富氧熔煉的原理 在有色冶煉過程中，硫化礦物的焙燒、熔煉、吹煉以及氧化礦物的還原熔煉，都是在氧與物料、燃料的直接作用下進行的。普通空氣中幾乎有四倍于氧的氮氣存在，利用純氧進行富氧熔煉，就必然減少煙氣量，由煙氣帶走的熱量亦相應減少，從而降低燃料率[1-2]。

采用富氧熔煉加快了燃料燃燒速度，使爐溫增高、傳熱增強，且由于鼓風中氧濃度提高，大大加速熔煉過程，提高爐子生產能力，從而使單位產品的熱損失減少。在硫化銅精礦的熔煉過程中，燃料率降低，脫硫率就必然提高，脫硫率提高了，使爐料的反應熱能夠更充分地得到利用，而氧化、造渣反應的放熱，又給降低燃料率創造條件[3-4]。

1.2 制氧技術的選擇 目前用于銅冶煉行業的制氧技術一般分為深冷法和變壓吸附分子篩制氧兩種[5]。深冷法和變壓吸附分子篩制氧相比見表1。

目前應用變壓吸附分子篩制技術的煉銅行業有富春江冶煉廠、赤峰金劍銅冶煉廠、赤峰金峰冶煉廠、壽王墳冶煉廠等。從金劍、金峰兩冶煉廠變壓吸附制氧的運轉記錄上可以看出，金劍冶煉廠制氧設備的運轉率達到100%。兩廠制氧系統開車后，只需要一名工人監視系統軟件的運行情況，記錄設備運轉情況，在不停車的情況下，定期對換向閥密封處理。當系統出現問題時，軟件進行報警，同時對出現的問題，軟件具有幫助系統，因此設備自動化程度高。同時系統各種相關技術指標運行穩定，都達到了設計要求。該裝置的技術特點是：

表1 變壓吸附分子篩制氧與深冷法制氧（1500m3/h）的比較

①VPSA 流程具有開停車速度快（小于20 分鐘）、操作簡單、維護費用低。②可實現兩塔同時連續吸附，抽真空過程仍能連續進行，比傳統流程大大地提高了風機和真空泵效率，節能效果明顯，產品氧氣波動小。③采用預處理槽脫二氧化硫、除塵技術和復合吸附劑床（3 種吸附劑）技術，充分保證了主體吸附劑的長期使用壽命（大于10 年）。④采用全金屬密封自補償式三偏心液壓程控蝶閥，該閥具有體積小，重量輕，運行準確、平穩，開關速度快（小于2 秒），開啟速度可調、閥門密封性能好，壽命長（大于200 萬次），自帶閥位檢測等特點。⑤鼓風機和真空泵全部采用離心式結構，不設備機，但可靠性比傳統羅茨設備高10 倍以上。⑥采用全自動控制，操作簡便。

經過比較，綜合考慮多種因素，初步認為變壓吸附分子篩制氧優點較為突出。

通過系統的匹配計算，經過連吹爐、前床等局部改進，又有同行業成熟廠家的生產經驗和冶煉廠近十年的生產經驗，采用變壓吸附分子篩制氧技術在技術上是完全可行的。

2 改造技術方案

①以現有系統的基礎上，新建富氧系統，將13000m3/h的空氣鼓風爐熔煉，改為11500m3/h（富氧濃度為30%）的富氧鼓風爐熔煉，通過提高熔煉強度，增加產量，降低消耗。②為滿足鼓風爐混氧后的濃度達到30%，新上一座純氧量達到2000m3/h 變壓吸附分子篩系統。③為保證連吹爐與鼓風爐匹配，連吹爐需擴容3.2m2。

3 改造內容

①鼓風爐前床加長250mm，虹吸溜往南移1m，前床爐底重新砌筑，立柱重新部置。護板新加工4 塊。②連吹爐進料口端加長2m，擴大連吹爐面積（原10m2）到13.2m2，每側增加兩個明水套，每側增加6 個風眼，使連吹爐風眼支眼增加到34 個，滿足增產的需要。③新增變電所一處，滿足分子篩制氧增容的需要。④利用原設計分子篩場房（房空間夠用），新增吸附缶兩臺，真空泵兩臺，風機一臺，以及相應的電控部分，相應輔屬部件。

富氧熔煉改造工程項目內容見表2。

表2 工程改造項目內容匯總表

4 改造數據及計算

冶煉物料平衡計算見表3，轉化工序換熱器的計算見表4，煙氣量及煙氣成份計算略。

5 工程結語

本次冶煉系統技術改造工程總投資800 萬元，其中分子篩520 萬元，設備投資150 萬元，材料費用130 萬元；項目建設期4 個月；達產期1 個月；經營費用329.60 萬元。通過工藝改造后一年的生產運行情況看，取得了明顯的效果：其中銅增產2500 噸，硫酸11000 噸，年增收入額為6774.74 萬元，焦碳單耗下降減支94.28 萬元，年增利潤為280.54 萬元。

表3 連吹爐吹煉物料平衡表

表4 轉化工序換熱器的計算結果匯總表

[1]劉清漓.密閉鼓風爐富氧熔煉生產實踐探討[J].新疆有色金屬，2007（1）：26-27.

[2]帥虹林.密閉鼓風爐富氧熔煉渣含金屬控制[J].新疆有色金屬，2012（3）：57-58.

[3]單正忠.12.5m2密閉鼓風爐富氧熔煉實踐[J].新疆有色金屬，2012（3）：71-72.

[4]蘇曉亮，廖廣東，秦慶偉.銅冶煉高品位轉爐渣選礦試驗研究[J].有色金屬，2014（2）：41-42.