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氧氣底吹技術,中國恩菲的冶煉名片 ——記中國恩菲設計的世界首條全底吹連續煉銅生產線投產運行

來源:中國有色金屬報 日期:2019年09月11日 08:45 人氣:

2019年7月2日,中國恩菲工程技術有限公司(以下簡稱“中國恩菲”)設計的包頭華鼎銅業發展有限公司(以下簡稱“華鼎銅業”)三期工程底吹精煉爐一次順利投產并產出合格陽極銅,這標志著世界首條全底吹全熱態三連爐連續煉銅生產線全線貫通投入運行。

華鼎銅業三期工程投產,距離中國恩菲開啟華鼎銅業一期工程建設整整十年。這十年,中國恩菲不斷探索和突破,擁有自主知識產權的“氧氣底吹技術”如今已成為國家銅、鉛等基礎金屬產業轉型發展的關鍵支撐技術,也是提升國家有色金屬產業國際競爭力的核心保障技術,可以說,氧氣底吹技術不僅是中國恩菲的一張冶煉名片,也成為中國冶煉工藝走向世界的“主打牌”。

十年磨一劍:底吹技術的改造升級之路

2009年,華鼎銅業為淘汰鼓風爐煉銅落后產能,委托中國恩菲采用中國恩菲自主研發的“富氧底吹熔煉+PS轉爐吹煉工藝”替代原有的鼓風爐煉銅工藝。兩年后,華鼎銅業一期工程投產,成為國內第三家底吹煉銅工廠。

2015年,伴隨國家和行業對環保要求進一步提高和“恩菲品牌”銅冶煉技術持續突破,為提高市場競爭力,華鼎銅業經過充分的調研、論證,最終選用當時最為先進的氧氣底吹連續煉銅技術對原廠進行改造升級。中國恩菲責無旁貸,再次承擔重任。項目于2015年10月開始設計,新建底吹熔煉爐于2016年6月底正式投料,由原底吹熔煉爐改造的底吹吹煉爐于2016年11月投入運行,使企業在原有工藝基礎上產能提升20%,直接生產成本降低20%。

這是在全國乃至全世界范圍內,氧氣底吹連續吹煉技術改造傳統P-S轉爐的首次成功,充分展現了氧氣底吹連續吹煉工藝的可靠性、先進性及其在改造方面的強大技術、經濟優勢。隨后,華鼎銅業獲得包頭市政府授予的環保工作和安全工作先進單位,并通過國家工信部《銅冶煉行業規范條件》公告,在2017年躍升為國家高新技術企業。更加重要的是,該項目的成功投產,為銅冶煉行業今后改造老舊系統、新建大型潔凈銅冶煉廠樹立了標桿。

二期改造的完美效果讓華鼎銅業深深體會到新技術的魅力,但也留下了一點遺憾:現有系統中,從氧氣底吹連續吹煉爐生產的粗銅通過包子吊運至原有反射爐進行火法精煉,并澆鑄成陽極板,其中粗銅吊運,會造成低空污染等問題。舊有的固定式反射爐因作業效率低、出銅操作安全性差、氧化還原效率低等缺點,已不適應當前銅冶煉技術的發展--粗銅精煉系統已成為整個華鼎銅冶煉系統的水桶短板。

2018年,為徹底解決高溫粗銅熔體吊包子和固定式反射精煉爐的能耗、環保問題,華鼎銅業毫不猶豫地再次委托中國恩菲采用最新的底吹精煉技術對該系統進行升級改造。

華鼎銅業三期工程世界首次采用“氧氣底吹熔煉+氧氣底吹連續吹煉+底吹精煉” 的全底吹連續煉銅生產工藝,以底吹精煉替代固定式反射爐精煉,氧化還原槍從爐體底部送氣,單支槍氣量大,熔體攪動效果好,省去昂貴的透氣磚系統,提高了氧化還原效率,大大縮短了氧化還原時間。該工藝實現了底吹精煉爐與底吹熔煉爐、底吹吹煉爐的結合,具有更節能、更安全、更環保、自動化水平更高的顯著優勢。

華鼎銅業三期工程全部建成后,設備布置緊湊,在寬21米、長100米的原熔煉主廠房內(原熔煉主廠房總長200米,廠房長度節省一半)布置有1臺底吹熔煉爐、1臺底吹吹煉爐、2臺底吹精煉爐和1臺雙圓盤澆鑄機等核心設備,均采用臺階布置,熱態銅锍和粗銅分別通過爐體間連接流槽自流到相應的爐體內,環保條件好,安全性高,能耗低,是國際先進甚至領先的煉銅技術。

華鼎銅業全部三期工程采用“十年分三步完成,三年一小步、十年一大步”,十年磨一劍,恩菲人不斷利用自主研發的新技術和組織優秀的項目團隊為業主創造出最大價值的同時,也打造出了煉銅技術的新標桿。

匠心獨具:中國恩菲的銅冶煉技術研發之路

包頭華鼎項目,成為恩菲人氧氣底吹技術研發和應用的新的豐碑,也開啟了銅冶煉技術的新紀元。令人振奮的是,如今,氧氣底吹技術不僅已經成為中國恩菲的一張冶煉名片,也成為中國冶煉工藝走向世界的“主打牌”。

但是,時間回到二、三十年前,國內幾乎所有現代化冶煉技術都依靠國外引進,對國外技術嚴重依賴導致中國有色冶金行業長期受制于人,甚至有“世界冶煉技術的展覽館”之稱。

1990年,為解決水口山礦務局康家灣含金黃鐵礦回收金的瓶頸,中國恩菲牽頭組織專家團隊在原有底吹爐內進行銅精礦與含金黃鐵礦1∶1的混礦熔煉試驗,即“造锍捕金”。經過長達217天的連續試驗,氧槍與爐襯仍完好無損,且熔煉富氧濃度達到70%以上,為當時世界最高水平,標志著試驗的成功,為中國恩菲底吹煉銅和造锍捕金技術的產業化開發應用打下堅實基礎。

1992年,中國恩菲成功將氧氣底吹技術引入銅冶煉領域,獲得“底吹熔池煉銅法及其裝置”專利授權。

2006年,中國恩菲技術團隊提出“銅锍底吹連續吹煉技術”并申請專利,其核心是將氧氣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。

2008年年初,中國恩菲設計的世界首個氧氣底吹煉銅項目--越南生權項目大龍冶煉廠順利投產。同年年底,國內第一條氧氣底吹生產線在東營方圓建成投產,標志著中國恩菲底吹煉銅技術真正實現大規模工業化應用,繼頂吹、側吹、閃速熔煉之后,再次改變世界銅金冶煉技術格局。

2009年,在國家科技部的大力支持下,中國恩菲牽頭組織開展國家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”。

2010年,世界第一條底吹造锍捕金生產線在山東恒邦投產,中國恩菲首次將氧氣底吹冶煉技術成功應用于黃金冶煉領域。該技術利用銅锍是稀貴金屬良好捕集劑的特性,實現金銅同時冶煉回收,金銀回收率高,綜合效益好,采用底吹造锍捕金技術,處理金銅復雜礦,具有原料適應性強、綠色環保、投資省、安全可靠等優勢。

2011年,包頭華鼎銅業富氧熔池熔煉技術改造工程(即華鼎銅業一期)投產, 中國恩菲成功采用氧氣底吹銅熔煉技術改造傳統鼓風爐煉銅冶煉廠,成為淘汰落后產能的典范。

2012年5月-6月,中國恩菲牽頭組織的冷銅锍底吹連續吹煉半工業試驗在豫光金鉛取得成功。隨后,中國恩菲在東營方圓組織熱銅锍底吹連續吹煉工業試驗也得到很好驗證。

2014年,中國恩菲研發設計的世界上首條雙底吹連續煉銅工業化示范生產線在豫光金鉛全線拉通,標志著“氧氣底吹連續煉銅清潔生產工藝關鍵技術及裝備研究”863課題圓滿完成,并成功應用于工業化生產,世界銅冶煉技術水平再攀新高。

2015年,中國恩菲總體設計的世界上最大單系列底吹煉銅生產線在河南中原黃金冶煉廠建成投產,年處理精礦量150萬噸以上。

2018年,采用中國恩菲自主研發的雙底吹冷銅锍連續煉銅生產線在青海銅業順利投產。同年,中國恩菲自主研發的雙底吹熱態三連爐連續煉銅生產線在靈寶金城成功投產。

2019年,中國恩菲設計的全世界首條全底吹連續煉銅生產線在華鼎銅業順利投產。

……

中國恩菲不斷進行技術創新,自主研發的第一代底吹煉銅技術于2008年投入運行,主要采取“氧氣底吹熔煉+轉爐吹煉+回轉式陽極爐精煉”工藝流程,解決了復雜銅礦處理難題,節省了銅冶煉投資及生產成本。第二代底吹煉銅技術于2014年投入運行,主要采用“氧氣底吹熔煉+氧氣底吹吹煉+回轉式陽極爐精煉”工藝流程,在進一步提高原料適應性,減少投資生產成本的同時,解決了轉爐的低空污染問題,消除了吊運包子安全隱患。目前,中恩恩菲的專家團隊正致力于“一擔挑”煉銅法研究,該工藝主要由熔煉爐、造銅爐、CR爐組成,具有流程短、能耗更低、原料適應性更強、投資更省等特點。

中國恩菲進行銅冶煉技術創新的過程中,不斷完善升級自有知識產權的氧氣底吹煉銅技術,我國也逐漸成為世界范圍內煉銅工藝技術最全、設計能力最強、運營效益最高、環保效果最佳的國家,真正實現了從追趕到引領的重大跨越,擺脫了“世界冶煉技術展覽館”長期受制于人的被動局面,實現了華麗轉身。

問渠哪得清如許:氧氣底吹技術的發展之路

“氧氣底吹技術”如今已成為國家銅、鉛等基礎金屬產業轉型發展的關鍵支撐技術,也是提升國家有色金屬產業國際競爭力的核心保障技術,但該技術最早卻應用于黑色冶煉行業--煉鋼。

該技術自上世紀30年代開始研發,于60-70年代得以工業應用。氧氣底吹技術具有高效、節能、環保等顯著優點,隨制氧技術的進步,在世界鋼鐵企業獲得廣泛應用,大幅度提升了鋼鐵冶煉的技術水平。

上世紀70年代,將氧氣底吹技術應用于有色冶煉領域的想法也隨之產生。但事實上,氧氣底吹技術應用在鋼鐵冶煉與應用在有色金屬冶煉領域中有較大差異:有色金屬冶煉過程多為連續作業,原料常為多金屬共生礦,難以徹底分選,熔煉工藝需考慮多金屬綜合回收利用,冶煉反應機理復雜。因此,氧氣底吹煉鋼的成熟技術不能簡單移植到有色金屬熔煉領域,需要針對有色金屬不同品種的冶煉特點一一進行開發。

1973年,兩位美國教授提出將氧氣底吹技術應用于銅冶煉領域,將之稱為SL煉銅法,并進行小試,申請了專利,隨后開展中試,但未取得成功。

1974年,德國魯奇公司在SL煉銅法的啟發下,申報了QSL氧氣底吹一步煉鉛專利,并于1984年進行了產業化示范試驗。

上世紀80年代,國內外環保要求日趨嚴格,為淘汰傳統的燒結-鼓風爐等傳統煉鉛工藝,中國恩菲的前身--北京有色冶金設計研究總院提出了研發“氧氣底吹熔煉-電熱還原煉鉛”新工藝的設想。1983年,經當時的國家科委批準,該課題被列入國家“六五”科技攻關計劃,由中國恩菲牽頭開展設計。1985年底,年產3000噸粗鉛的底吹熔煉-電熱還原煉鉛成套半工業試驗裝置在湖南水口山建成。而后,國家決定由水口山礦務局及中國恩菲牽頭,北京礦冶研究總院、北京鋼鐵研究總院、中南工業大學、中科院化冶所、西北礦冶研究院等單位參加,開展了近兩年的艱苦研究。這期間,先后進行了17批次試驗,共熔煉近900噸鉛精礦,產出了340多噸粗鉛。試驗表明,氧氣底吹熔煉爐除了存在氧槍壽命短這一突出問題外,其余指標均較為理想;電熱還原系統受資金限制所建設施簡陋,還原劑粉煤供給為臨時措施,難以滿足試驗要求,無法產出合格棄渣。1987年11月,試驗告一段落。

當時,為盡快解決我國鉛冶煉嚴重的污染問題,我國引進了德國魯奇公司QSL一步煉鉛工藝,1994年在甘肅白銀建成世界首家采用氧氣底吹冶煉有色金屬的生產企業,但因部分技術不成熟,加上經濟原因,投產不久便關閉。

在對水口山氧氣底吹試驗及白銀公司引進QSL氧氣底吹一步煉鉛失敗進行分析時,中國恩菲的專家團隊發現,問題的關鍵在于還原階段。1997年,中國恩菲提出了氧氣底吹熔煉-鼓風爐還原煉鉛新工藝。中國恩菲牽頭組織河南豫光、安徽池州、浙江溫州等3家冶煉廠,共同出資利用水口山的底吹試驗裝置與1.5m2的小型鼓風爐,進行煉鉛新工藝半工業試驗,一舉成功。

在此基礎上,中國恩菲于2002年分別在河南豫光和池州冶煉廠建成年產5萬噸和3萬噸粗鉛的示范生產線,這標志著氧氣底吹熔煉-鼓風爐還原煉鉛技術實現了產業化。兩條生產線操作穩定,且年產能很快提升至8萬噸和5萬粗鉛。粗鉛單位能耗比傳統燒結-鼓風爐工藝降低一半,硫的回收率提高到96%以上,硫的捕集率超過99%,有效解決了傳統工藝造成的SO2低空污染及含鉛粉塵飛揚問題。

氧氣底吹鉛熔煉技術大大降低了能耗和焦炭使用量,有效解決了長期困擾冶煉企業的二氧化硫煙氣和粉塵所帶來的環保問題。該技術在2003年獲中國有色金屬工業科技進步一等獎,2004年獲國家科技進步二等獎,曾被國家九部委聯合發文指定為我國首選煉鉛工藝。

中國恩菲向著更低能耗、更高環保的方向邁進,持續研發氧氣底吹熔煉-熔融渣側吹還原法以及氧氣底吹熔煉-熔融渣底吹電熱還原法煉鉛技術,其自主研發的“底吹熔煉-熔融還原-富氧揮發連續煉鉛新技術及產業化應用”獲得2016年度國家科技進步獎二等獎。

氧氣底吹技術在鉛冶煉行業得到廣泛推廣應用,為了更充分的揮它的優勢,中國恩菲技術專家團隊一步步將氧氣底吹技術推廣應用到銅等金屬冶煉領域,并取得了一系列成功。如今,“氧氣底吹技術”與中國恩菲緊緊聯系在一起,已成為“恩菲品牌”的象征。

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