【文章导读】工程冶炼概述本工程是以含铜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万吨年阴极铜。本项目按一次建成
【正文】
（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41。 表41高品位杂铜原料成分 成分 Cu Zn Pb As Sn Ni Fe 其它 % 92 2 1 0.10 1 0。
22 1.2 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42。 表42天然气成份（mol%） CH4 C2H6 C3H8 CO2 H2S N2+Ne＋H2 96.322 0.406 0.05 2.185 ≤20mg/m3 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43。 表43石英石熔剂化学成分（%）及粒度 名称 SiO2 其它 Fe 粒度 石英石 ﹥92 8 ﹤2。
0 <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44。 表44原料、燃料及主要辅助材料消耗 序号 项目 单位 数量 备注 1 高品位杂铜 t/a 225674.28 含铜品位92％ 2 石英石 t/a 6000 3 天然气总量 Nm3/a 2075.5104 含还原剂 4 耐火材料 t/a 1500 5 脱模剂 t/a 1200 6 硫酸 t/a 2000 7 盐酸 t/a 100 4.3生产规模、产品产量和质量标准 表45产品产量和质量标准 序号 名称 单位 产量 标准 1 高纯阴极铜 t/a 200000 GB/T4671997CuCATH1 2 粗硫酸铜 t/a 7758 Cu23% 3 粗硫酸镍 t/a 1702 Ni18% 4 黄金(99。
99%) ㎏/a 118.212 GB/T4134－2003 5 白银(99.99%) t/a 41.3741 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。 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、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 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。本初步设计电解工艺暂先按芬兰Outokumpu公司的不锈钢阴极考虑，最终尚需与国外公司进行商务谈判后确定。
专用吊车及机组采用国内配套。 电解液净化系统能力与电解能力相配套，电解液净化量根据铜所需的净化量控制，约为195m3/d。电解液净化系统采用了先进的全自动板式真空蒸发浓缩生产粗硫酸铜、控制电解液有效成分技术及 导法脱除杂质、电热浓缩生产硫酸镍的流程。 4.4.3贵金属回收 阳极泥处理目前成熟可靠、能上规模、具有竞争力的工艺有湿法流程和Kaldo炉流程。鉴于Kaldo炉工艺其关键设备要从国外引进，投资较高，压力浸出操作也很复杂，本工程阳极泥处理工艺采用贵冶式湿法流程：硫酸化焙烧—水浸分铜—碱浸分铅砷—氯化分金——亚硫酸钠分银——银电解 ——金电解，目的是采用湿法流程有金银直收率高、返料量小、综合利用、技术立足国内、投资省的优点。
是实现建设目标的较佳选择。 4.5工艺技术及设计特点 本次电解工段的设计吸取了中国瑞林公司在多个铜电解工程的成功经验，主要有以下特点： (1)永久不锈钢阴极工艺具有极距小，电流密度高，其范围为280A/m2～330A/m2，阴极周期短，残极率低，蒸气耗量低等特点。 (2)采用电解专用吊车与电解槽定位装置，实现精确定位。采用两台带接液盘的半自动专用吊车，三条极板加工机组，其中两条阴极剥片机组，一条阳极加工机组和残极机组。使出装槽作业操作更为简便，劳动生产率提高，并保证了极板间极距的均匀，有利于减少短路的发生，提高了电流效率，还有利于电流密度的提高。 (3)采用长方形FRP储槽。长方形贮槽的使用可以减少储槽的数量。
并充分利用有限的场地空间，工艺配置简洁，便于生产操作。由于单槽容积大、槽数少，有利电解液的充分循环、添加剂的充分混合。 采用长方形贮槽可使循环泵集中布置，可在二楼平面开设液下泵检修吊装孔，既保证了液下泵的安装高度，方便检修，同时也降低了附跨厂房高度，减少了投资。 (4)阳极泥地坑由传统的压缩空气搅拌，改用机械搅拌，减少了槽下酸雾产生，有利于生产操作环境的改善，延长了槽下设施使用寿命。 (5)采用浓密机沉降分离阳极泥，使阳极泥浆更充分的沉降、分离。其上清液流入阳极泥储槽，底泥由隔膜泵送阳极泥压滤机（全自动），滤液也进阳极泥储槽与浓密机上清液合并经压滤后流入上清液贮槽。阳极泥浆液在浓密机沉降分离后分别进箱式压滤机。
提高了压滤机的处理能力，阳极泥经两次压滤再经净化过滤机过滤后再进入循环系统，从而保证电解液的清洁度。由于阳极泥浆液进浓密机，改变了从前在阳极泥储槽采用压缩风搅拌而产生的强烈的酸雾，生产环境得到很好改善；并实现阳极泥过滤系统全自动化。 (6)电解液和上清液采用高效的净化过滤机过滤，过滤后的电解液悬浮物含量小于10ppm，过滤效果好，确保了电解液的洁净度，而且全自动封闭工作无泄露，无需人工操作，自动化水平高，改善了操作环境的。 4.6工艺过程叙述及车间组成 冶炼工艺过程根据生产功能分为原料预处理区域、火法精炼区域、电解精炼和电解液净化区域、贵金属回收区域等。 4.6.1原料预处理区域 该区域包括原料堆场、原料棚、原料打包工段等。
采购回来的高品位杂铜原料用汽车运进厂，经过 房称重，在原料堆场卸车和原料棚堆存。通过叉车运输，将杂铜送至原料打包工段。在打包机的挤压下，零散杂铜被打包成为尺寸约为0.8x0.8x0.6m见方。打包好的杂铜通过叉车运送至NGL炉火法精炼区域。 4.6.2火法精炼区域 该区域包括NGL炉、阳极浇铸系统。 1）NGL炉 火法精炼系统由4台NGL炉，2台双18模圆盘浇铸机及其附属设备构成，每两台NGL炉和一台双18模圆盘浇铸机构成一个系列。 打包好的高品位杂铜用叉车送往火法精炼车间，用吊车调运至炉前附近的加料平台原料堆放区。在NGL炉的加料和熔化作业期间，根据熔化进程再用移动箱式加料机（能力：3t/次）将杂铜包块料逐块分批次地加入NGL炉内。
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