有色冶煉“圈兒里人”的“蔣大師”
——蔣繼穆回顧中國恩菲氧氣底吹技術發展歷程

2015-01-23 05:14:20劉夢飛

中國有色金屬 2015年2期

關鍵詞：工藝

特約記者劉夢飛|文

蔣繼穆，1939年生，教授級高工，全國工程勘察設計大師，享受國務院特殊津貼，曾任中國有色工程設計研究總院副院長兼總工程師、技術委員會主任、中國有色金屬學會常務理事、中國硫酸協會副理事長、中國鎢業協會理事等職務，現任中國恩菲工程技術有限公司高級顧問專家。

提到蔣繼穆，有色金屬冶煉行業的“圈兒里人”都習慣尊稱他為“蔣大師”。“大師”之稱，名副其實。作為有色金屬冶煉專家，蔣繼穆主持設計了多個國內外有色冶煉重點工程，曾獲得包括國家科技進步一、二等獎在內諸多榮譽獎項。

而在中國恩菲工程技術有限公司（以下簡稱“中國恩菲”），大家則親切地稱他為“蔣院長”。身為中國恩菲的高級顧問專家，76歲高齡的他仍頭腦清晰，精神矍鑠，堅守在工作一線，為項目設計把關，主持技術研發，傳道授業，誨人不倦。

蔣繼穆的有色生涯，始于1962年，到今天，已經50多個年頭。他見證了我國冶煉行業的發展歷程，帶領著中國恩菲的技術團隊，數十年如一日地為行業發展、技術創新貢獻力量。50多年間，他聚焦技術研發，為增強有色金屬行業自主創新能力不懈努力，發明創新的技術不勝枚舉，而若說其中最為重要的一項，那一定非氧氣底吹技術莫屬。

回顧從氧氣底吹煉鉛到氧氣底吹煉銅的漫長歷程，蔣繼穆感慨良多。

緣起鉛冶煉

有人用“世界冶金技術史上的新紀元”來形容中國恩菲的氧氣底吹技術，其原因就在于技術特色鮮明的“全能表現”：底吹煉鉛，可以搭配處理各種二次鉛原料；底吹煉銅，可以處理各種品位的硫化銅精礦，或搭配處理含金的黃鐵礦以及多種二次銅原料。總之，氧氣底吹技術不僅原料適應性強，在節能環保方面的優勢也非常明顯，而其對經濟效益的保障，更堪稱“既叫好又叫座的技術”，該技術被英國著名的《金屬導報》評價為“技術指明了金屬冶煉行業乃至多個領域未來十年、數十年，乃至上百年的發展方向”。

蔣繼穆說，中國恩菲氧氣底吹煉鉛技術的研發，要追溯到上世紀80年代。

過去，國內幾乎全部現代強化冶煉技術都依靠國外引進，80年代后，伴隨發達國家對環保要求的日趨嚴格，為淘汰傳統的燒結-鼓風爐傳統煉鉛工藝，各國紛紛開展了新的煉鉛工藝的研究工作，包括QSL一步煉鉛工藝、Kivcet工藝、Kaldo煉鉛工藝、頂吹煉鉛工藝等。蔣繼穆介紹，雖然國外開發的冶煉技術百家爭鳴，但其中多為一步或一爐煉鉛，引進到國內會帶來一些工程問題，且成本相對較高。

為扭轉技術受制于人的被動局面，解決同樣困擾國內鉛冶煉燒結過程的污染問題，提高自主創新能力和技術的適用性，實現低碳環保的綠色冶煉，蔣繼穆帶領著中國恩菲的冶煉專家，聚焦低碳、環保、高效的有色冶金新工藝，持續開展著科技創新。

1983年9月，經國家科委批準，氧氣底吹煉鉛課題被列入國家“六五”計劃。由北京有色冶金設計研究總院（中國恩菲前身，以下合為“中國恩菲”）、水口山礦務局（湖南水口山有色金屬集團有限公司前身）牽頭，北京鋼鐵研究總院、北京礦冶研究總院、西北礦冶研究院、中南工業大學、東北工學院、中國科學院化工冶金研究所、白銀有色金屬公司參與，共同組成攻關組，對氧槍結構、爐體模擬、冶煉渣型及熱力學等進行了大量小型試驗。在此基礎上，中國恩菲設計了年產3000噸粗鉛的半工業試驗成套裝置，并于1985年12月建成。至1987年11月底，共進行了10批次試驗，熔煉完成895噸鉛精礦，產出粗鉛342噸。這組至關重要的數據，蔣繼穆至今仍記得很清楚。

令蔣繼穆記憶猶新的，還包括第一階段試驗中出現的問題。他說，當時設計的工藝是將底吹爐產出的高鉛渣用電爐噴吹粉煤進行還原，但實踐中受經費所限，粉煤制備與噴吹系統過于簡陋，電爐還原高鉛渣的試驗沒有取得成果。底吹爐產出的高鉛渣經鑄塊、冷卻、破碎后加入煉鉛鼓風爐進行還原熔煉試驗，由于高鉛渣數量太少，鼓風爐能力過大，熔煉試驗僅能進行兩天。試驗初始與燒結礦共同熔煉時，鼓風爐渣含鉛尚可控制在3%以內，但全部熔煉高鉛渣鑄塊時，由于化料速度過快，渣含鉛竟然高達7%。因此，盡管底吹熔池熔煉鉛精礦試驗取得重大進展，體現出熔煉強度高、能耗低、硫利用率高、環保好等許多優點，但受制于高鉛渣的還原問題，氧氣底吹煉鉛技術被迫擱置。

從試驗到應用

這并不是一個終點。1989年，為解決康家灣含金黃鐵礦回收金的問題，水口山礦務局進行了鉛精礦與含金黃鐵礦混煉試驗，希望以鉛捕集金、銀。對此，蔣繼穆回憶：“熔煉過程雖說順利，但產出的高鉛渣沒法處理，致使金、銀分散。”為此，1990年7月，由中國恩菲牽頭組織專家團隊，在原有Φ2300×8000的底吹爐內進行了銅精礦與含金黃礦1：1的混礦熔煉試驗，稱為“造锍捕金”。兩種礦混合制粒，入爐熔煉，混合料加入量為0.9噸/小時，進行了長達680個小時的試驗后，氧槍與爐襯仍完好無損。

試驗表明，用高硅銅精礦混合處理含金黃鐵礦，熔劑配入量少，貴金屬可以很好地被銅锍捕集，尤其發現氧槍周圍可形成四氧化三鐵蘑菇頭，對氧槍與爐襯形成保護。蔣繼穆說，這些發現為日后底吹煉銅和造锍捕金技術的產業化開發應用打下了堅實的基礎。

1997年9月，為滿足國家日趨嚴格的環保要求，實現“燒結鍋-鼓風爐煉鉛工藝必須于2000年前全部淘汰”這一目標，中國恩菲繼續開展研究，組織豫光金鉛、溫州冶煉廠、池州冶煉廠共同出資，在水口山利用原有底吹熔煉爐和1.5平方米小型鼓風爐開展底吹熔煉-鼓風爐還原煉鉛工藝試驗，重點在于解決鼓風爐還原高鉛渣鑄塊存在鼓風爐渣含鉛高的問題。試驗過程中，通過適度提高鼓風爐料焦率、降低鼓風熔煉強度，實現了渣含鉛量小于3%，降低至與熔煉燒結礦同一水準，該工藝最終取得成功。

2002年，第一代技術——氧氣底吹熔煉-鼓風爐還原煉鉛技術實現產業化，隨后，秉承“創新是發展靈魂”的理念，蔣繼穆帶領中國恩菲的技術團隊不斷尋求新的突破，向著更低能耗、更高環保的方向邁進，形成氧氣底吹熔煉-熔融側吹還原法以及氧氣底吹熔煉-熔融底吹電熱還原法煉鉛技術。

蔣繼穆介紹，底吹煉鉛項目單系列的規模，從過去的每年3萬噸粗鉛，擴大至5萬噸、8萬噸，如今已至25萬噸；所處理物料也由單一鉛精礦發展到添加蓄電池鉛泥、鉛銀渣、鋅浸出渣、高爐鉛鋅塵、氰化渣、金精礦；噸鉛能耗由630千克標煤降至220千克標煤。

如今，氧氣底吹煉鉛技術，能夠降低能耗和焦炭使用量，有效解決了長期困擾冶煉生產的二氧化硫煙氣和粉塵所帶來的環保問題，目前已經在國內外得到廣泛推廣和應用，使我國鉛冶煉技術一舉邁入國際先進水平。最值得驕傲的是，這項技術已經成功應用于國內43個鉛冶煉項目，產能達每年365萬噸，占2013年我國礦產鉛產量的80%，被國家九部委指定為首選煉鉛工藝。

蔣繼穆說，中國恩菲的愿景是“致力于成為最值得信賴的國際化工程服務及資源能源發展商”，如今，氧氣底吹技術已成功應用于印度德里巴每年10萬噸鉛項目，還將推廣至墨西哥、澳大利亞等國，未來將伴隨中國恩菲走向國際的腳步持續邁進，恩菲品牌的氧氣底吹技術也必將繼續揚帆海外。

邁進銅冶煉

氧氣底吹煉鉛技術的成功研發和推廣成為中國恩菲助力有色冶煉綠色發展的一面旗幟，以此為方向，中國恩菲又將氧氣底吹的低碳之路，延伸向銅冶煉領域。

1992年，中國恩菲獲得“底吹熔池煉銅法及其裝置”專利授權；此后不斷研發提升，于2006年獲得“氧氣底吹熔煉爐”和“氧氣底吹熔煉爐氧槍裝置”專利授權。談及技術的產業化，蔣繼穆回憶，在水口山造锍捕金試驗的基礎上，國內曾有3家企業要求中國恩菲開展可行性研究，準備設計每年3萬噸規模的小型銅冶煉廠。但是由于國家不再審批新建小型冶煉項目，所以首個氧氣底吹煉銅項目始建于越南生權銅采選冶聯合項目的大龍冶煉廠，年產電銅1萬噸，于2008年正式投產。同年，國內首個氧氣底吹煉銅項目——山東東營方圓有色金屬有限公司氧氣底吹造锍捕金示范工程項目順利投產，標志著中國恩菲憑借氧氣底吹煉銅技術真正實現了大規模工業化應用，繼國外廣為人知的頂吹、側吹、閃速熔煉之后，再次改寫了世界銅金冶煉技術格局。隨后，氧氣底吹熔煉技術在多個新建或改造項目中得到推廣與提升，以其優越的經濟效益和社會效益受到多國青睞，在銅金冶煉行業產生很大影響，目前已投產項目6個，在建4個，單系列規模已達年處理精礦量150萬噸。

蔣繼穆說，氧氣底吹煉銅擁有以下幾方面顯著優勢：

第一，能耗低，污染少。熔煉氧濃度高達75%，所產煙氣量少，煙塵率低（小于2%），煙氣帶走的余熱少；爐體全部用耐火襯構筑，除銅锍放出口和煙氣出口外，沒有其他水冷元件，爐體熱損失率低；爐子密封好，能有效解決PS轉爐吹煉的低空污染問題，環保效果突出。

第二，原料適應性強，投資省。精礦含銅高低、伴生金屬含量高低均可處理。原料準備簡單，粉料、塊料、不經干燥或制料、混料后直接入爐熔煉，流程短；煙氣穩定，煙氣量小，有利于降低制酸成本；運行設備少，投資省，電耗、人員和折舊費用低，所以每噸生產成本可相對降低15%左右。

蔣繼穆驕傲地說：“幾乎可以這樣講，基于以上的特點，目前世界上所有銅冶煉工藝中，能夠實現原料含硫和鐵大于45%，不經干燥直接熔煉且不用加任何燃料的技術，只有底吹工藝。”

連續煉銅新高度

憑借開氧氣底吹熔煉之先河的強大實力，中國恩菲打破了長期依靠引進國外銅冶煉技術的局面，而這，僅僅是一個開始。

當前世界煉銅工藝中，吹煉工段80%以上采用已有百年歷史的PS轉爐，存在液態銅锍倒運二氧化硫低空污染難以治理、間斷作業、爐襯壽命短、送風時率低、耐火材料單耗高、煙氣二氧化硫波動大、時斷時續不利于制酸等嚴重缺點。為此，中國恩菲持續研發氧氣底吹連續吹煉技術，早在2006年就提出氧氣底吹連續煉銅技術并申請專利。該專利的核心，就是將底吹熔煉爐產出的熔融銅锍通過溜槽直接送入底吹吹煉爐進行連續吹煉，徹底取消周期性工作的PS轉爐，從而避免PS轉爐帶來的種種問題。在國家科技部的大力支持下，2009年，由中國恩菲總工程師、有色金屬行業設計大師尉克儉、行業大師蔣繼穆領銜組織實施了國家863計劃課題“氧氣底吹連續煉銅清潔生產工藝關鍵技術及裝備研究”，正式著手將該專利技術應用到生產實踐中。

蔣繼穆說，有創新必有質疑，從設想的提出，到幾十次的反復論證，一個個問題接踵而至：

比如，氧槍吹進的氧氣首先和粗銅反應，生成的氧化亞銅會侵蝕耐火材料，對氧槍的燒損程度無法預測，氧槍壽命無法保證；在熱態銅锍計量方面，底吹連續吹煉所需的熱態銅锍通過流槽從熔煉爐進入吹煉爐，相較于將熱態銅锍水碎后再干燥磨細的閃速吹煉，計量的準確度和氧料比的控制都引發了擔憂；粗銅終點判斷的問題，采用傳統轉爐方法吹煉粗銅，需要靠熟練工人看火焰、靠取樣形態來判斷終點，連續吹煉工藝的終點如何判斷？連續吹煉粗銅質量問題，目前已經工業化應用的連續吹煉工藝，粗銅含硫量難以滿足傳統陽極爐作業要求；吹煉爐壽命問題，傳統轉爐壽命一般是3個月，諾蘭達連吹爐9個月左右，底吹連續吹煉爐壽命能達多少？

質疑聲中，方案搖擺間，中國恩菲的設計團隊從不曾卻步。正如青年博士李兵所說：“蔣院長和尉總這樣的大師從來沒有動搖過堅定的信念，我們青年人怎么可能退縮和放棄？”

從認識的加深，到技術構想的形成，從啟動立項申請，到持續完善工藝，在質疑和阻力中，恩菲人攻堅克難，艱難前行。2012年年初，中國恩菲與豫光金鉛、東營方圓和中南大學攜手組成的“產學研”聯合開發團隊，再度來到王屋山下。2012年5月9日至6月3日，短短26天時間里，冷銅锍底吹連續吹煉半工業試驗在豫光取得成功；之后，他們又來到黃河入海口，在東營方圓開展熱銅锍工業試驗，并取得滿意結果。在此基礎上，世界上首條氧氣底吹連續煉銅工業化示范生產線的建設正式啟動，并于2014年3月投產，連續運轉至今。中國恩菲的“863”課題圓滿完成并成功將其成果應用到工業化生產中，世界銅冶煉歷史就此改寫。

引領冶煉新方向

蔣繼穆說，氧氣底吹連續煉銅工業化示范生產線采用氧氣底吹熔煉-氧氣底吹連續吹煉工藝，與以往差別較大之處在于，氧氣底吹熔煉產出的高品位銅锍通過熱態流入氧氣底吹連續吹煉爐，富氧空氣從爐底的氧槍鼓入，使銅锍中的鐵氧化造渣，爐內熔體形成粗銅層、白銅锍層和渣層，打眼放粗銅，溢流放渣，吹煉的送風過程實現連續化，吹煉煙氣連續化。而這正是中國恩菲在2006年申報的專利中提出的技術設想。

和傳統PS轉爐相比，氧氣底吹連續吹煉技術擁有諸多優勢：富氧空氣直接吹入粗銅層，容易得到含硫低的粗銅；可采用較高氧濃，熱強度高，富余熱能可用于處理殘極和廢雜銅，降低生產成本；操作和控制得當，可以獲得遠高于PS轉爐的爐壽命，降低耐火材料單耗；用1臺連續吹煉爐代替3臺轉爐，系統簡單，投資省。

蔣繼穆說，技術應“先立后破”，但只有“破”字當頭，才能為有色金屬行業的技術升級提供動力。所謂“‘破’字當頭”，就是不斷用創新思維改進既有技術，所謂“先立后破”，就是不斷通過實踐驗證新的思維，而后推廣。在國家環保要求日益嚴格，節能減排持續深入的大背景下，中國恩菲的氧氣底吹熔煉、吹煉及還原熔煉等技術的不斷深入研發和廣泛推廣應用，都被賦予了更加深刻的意義，也必將為中國有色金屬行業復興走出一條持續創新、不斷發展的新路來。

蔣繼穆（左二）在印度德里巴鉛廠

在“要金山銀山，更要綠水青山”的目標指引下，氧氣底吹連續吹煉技術展現了其技術的優越性和顯著的節能效益。蔣繼穆介紹，氧氣底吹工藝煉銅全過程能夠百分之百實現自熱平衡，無需添加任何燃料（但在開爐初期，操作不熟練，作為安全措施，加入1%的煤粒，防止產生泡沫渣噴爐），單位能耗降低明顯；在吹煉工段，熔煉爐和吹煉爐之間采用流槽連接，熱料直接流入，消除了二氧化硫煙氣低空污染，硫的捕集率將達99.8%以上，極大地改善了生產環境。以投產示范線為例，相比采用氧氣底吹熔煉-PS轉爐吹煉工藝，項目每年可減排二氧化硫1600噸，硫酸增收達2450噸；冶煉、化工過程中產生的余熱全部用于余熱鍋爐蒸發，不僅降低了煙氣溫度，還能產生大量飽和蒸汽和低壓蒸汽，用于發電和直接加熱電解液、干燥亞硫酸鈉產品；對污酸污水進行合理處理，進行循環利用，實現了“廢水零”排放。

如今，中國恩菲的核心專長技術——氧氣底吹煉鉛技術、氧氣底吹煉銅技術和氧氣底吹連續煉銅，已經憑借其卓越的環保效益和經濟效益改寫了世界鉛冶煉、銅冶煉、貴金屬冶煉的歷史，并在不斷創新提升的過程中，開啟了冶煉領域的新紀元。