基于系统节能的铜冶炼过程能耗分析

摘要：能耗成本在铜冶炼企业中约占铜冶炼加工成本的30%左右，部分能耗指标较差的铜冶炼企业能达到50%左右，降低能耗意味着降低铜冶炼企业的加工成本，从而提高企业的利润。文章分析了生产负荷、铜精矿品质、生产管理水平等因素对铜冶炼能耗的的影响。

关键词：铜冶炼；能耗；降耗对策

1、我国铜冶炼概况 1.1生产与消费

2002年～2013年我国矿山产铜量如图1所示.在国内强劲需求的拉动下，近年来，我国加大铜矿勘探和开发力度，矿山产铜量稳步增加.2013年，增加至163万t，产量较大的省份为：江西24.4万t、云南18.9万t、内蒙古17.6万t、安徽13.7万t. 1.2、主要铜冶炼厂及其工艺与产能

2013年，中国精炼铜产量达到684万t.表1所列为中国主要铜冶炼厂及其工艺与产能.我国铜冶炼工业呈现厂家众多、工艺纷繁的特色，如图4所示；与其他有色金属比较，我国铜冶炼产业集中度相对较高.我国铜熔炼主要工艺为奥图泰闪速熔炼法、浸没式顶吹（澳斯麦特、艾萨）法、富氧底吹法、双侧吹法和白银法.吹炼仍以P-S转炉为主，闪速吹炼已在3家大型铜厂应用，产能达120万t/a，富氧底吹连续吹炼工艺正在开发中. 1.3、技术发展历程

.我国火法炼铜强化熔炼技术的发展，起步于20世纪70年代初期，以白银炼铜法的研发和应用为标志，其后，引进与自主创新相结合，极大加快了技术进步.目前，我国已全面淘汰鼓风炉、反射炉和电炉等传统炼铜工艺，铜冶炼工业在工艺技术、装备、能耗、污染物排放和资源综合利用等方面，全面进入世界先进水平 2、我国铜冶炼能耗与节能措施 2.1、范围界定

分析火法炼铜从铜精矿到阳极铜的能耗，范围界定为从精矿仓开始，到阳极炉浇铸成铜阳极板为止，包含烟尘及炉渣处理，烟气及制酸余热回收，烟气收尘、净化、制酸及其尾气处理，以及污酸、污水、环集低浓度SO2烟气处理等一切与铜精矿冶炼生产阳极铜相关的主要和辅助工序能耗. 2.2、标准

我国铜冶炼企业单位产品能耗限额先进值（GB21248-2007）。从铜精矿到阳极铜，工艺能耗先进值为小于380kgce/t阳极铜.这一数值正确反映了我国大部分企业当前能耗水平.值得指出的是，应用这一标准，电耗与标煤间应按等价值折算，如发电厂效率为38%，则1kWh折算0.323kgce.2008年颁布的我国《综合能耗计算通则》（GB/T2589-2008）[2]规定，工艺及综合能耗计算中，电耗按0.1229kgce/kWh，即等当量值折算标煤.这在一定程度上引起了混乱，近年来，我国各企业公开报道的铜冶炼单位产品能耗数据波动较大，主要与电耗折算标煤系

数不一有关.Xstata公司的PascalCoursol等，研究计算双闪法、艾萨法熔炼-P-S转炉吹炼、三菱法、诺兰达/特尼恩特法熔炼-P-S转炉吹炼4种目前应用较为广泛的炼铜方法，从铜精矿到阳极铜的单位产品能耗，结果如表4所示[3]. 2.3、我国铜冶炼能耗及主要节能措施

根据调研和计算，我国从铜精矿到阳极铜工艺能耗，不同企业（方法）间波动在200～400kgce/t阳极铜之间，部分企业铜冶炼能耗已位居世界领先水平.传统炼铜方法工艺能耗高达约1000kgce/t阳极铜，与其相比，目前能耗已降低70%左右，主要原因归于以下几点： 第1，强化熔炼方法，即闪速熔炼和强化熔池熔炼技术的采用.目前，我国奥图泰闪速熔炼（含双闪）法产能约占50%，浸没式顶吹法产能约占25%，其余为富氧底吹法和双侧吹法.近年来，富氧底吹法发展势头十分强劲.

第2，氧气的应用.氧气的应用及富氧浓度的提高，使得烟气量减少、烟气SO2浓度提高，对铜冶炼节能减排起到关键的作用.Hatch公司XianJianGuo在其题为

“Considerationonenergysaveincoppersmelting”的报告中指出，工艺模拟表明，在造锍熔炼中，使用1tO2可节能5440MJ，制氧厂生产1tO2耗电285kWh，电厂发电效率按38%计算，抵消制氧能耗后，净节能为2740MJ，折合93.6kgce.

第3，余热回收.目前，我国主要炼铜厂均已回收熔炼和吹炼烟气余热，部分节能领先的企业还回收阳极炉、制酸中温位（转化）和低温位（吸收）余热.回收的余热用于发电、炉料蒸汽干燥等.铜冶炼全部余热回收产出蒸汽（2.0～5.4MPa）量约在2t/t阳极铜，折合

210kgce/t阳极铜.其中，阳极炉余热约占冶炼烟气余热的10%，制酸余热约占全部可回收余热的20%，制酸低温位余热约占制酸总余热量的25%.不同企业间由于原料成分等存在差别，其能耗指标没有直接可比性，但考察余热回收情况，即可大致了解其节能水平.如果某企业阳极炉及制酸中、低温位余热全部回收，则仅余热回收一项，其单位产品能耗就比仅回收熔炼和吹炼烟气余热的企业低约60kgce/t阳极铜.

第4，制酸能耗的大幅度降低.制酸是铜冶炼能耗最高的工序，目前，制酸一般水平能耗约在110kWh/t硫酸[3]，折合约106kgce/t阳极铜，占铜冶炼从湿精矿到阳极铜总能耗的约

30%，节能潜力最大.归因于双闪等先进工艺的应用和富氧浓度的提高，熔炼和吹炼烟气量小，SO2浓度高，且烟气量及浓度较稳定，除烟气输送风机能耗大幅度降低外，也为高浓度SO2转化制酸技术的应用及制酸余热的全面回收创造了条件，使得制酸能耗大幅度降低.国内某双闪厂吨酸能耗仅56kWh，同时回收制酸中、低温位余热，产出0.56t中压蒸汽用于铜精矿干燥[4]，制酸净能耗约为-114kgce/t阳极铜，与制酸水平一般的企业比较，仅制酸一项，两者能耗相差近220kgce/t阳极铜

目前，高浓度SO2烟气制酸及制酸余热回收技术已发展成熟，正在逐步推广中.高浓度烟气制酸的制约因素在于一段转化放热量大，温度超出催化剂最大承受温度（640℃）.为解决这一问题，发展了2种工艺：一种是在转化器一段混入部分反应后SO3气体的循环烟气方式，如奥图泰的LUREC工艺；第2种是采用预转化方式（也称三转三吸），如德国拜耳技术的BAYQIK工艺、孟莫克预转化工艺等，国内也发展了类似的技术列为高浓度SO2烟气转化与传统制酸工艺主要技术经济指标比较[5].

5，阳极炉工序能耗大幅度降低.大型回转式阳极炉、稀氧燃烧、透气砖通氮气搅拌铜熔体、自氧化还原（国内某企业发明并命名为无氧化还原铜精炼）精炼等先进装备与技术的应用和阳极炉余热的回收，使铜冶炼阳极炉工序能耗从一般水平的约50kgce/t阳极铜，降低至约15kgce/t阳极铜.目前，年产铜40万t级的大型铜冶炼厂，一般采用2座650t级的回转式阳极炉，以天然气为燃料和还原剂，设备大型化为节能创造了条件.稀氧燃烧技术是美国普莱克斯（Praxair）公司开发的一项先进的燃料燃烧技术[6].国内也开发了类似的技术，称为多氧燃烧等，其原理与稀氧燃烧大致一致.稀氧燃烧在节能方面的贡献主要体现在烟气量的减少.

国内某炼铜厂在2台300t、以天然气为燃料的回转式阳极炉上，进行对比试验表明，稀氧燃烧单位产品综合能耗较空气燃烧降低50.3kgce/t阳极铜，加工成本降低90元/t阳极铜. 3、铜冶炼废渣资源化利用与减排

铜冶炼炉渣火法炼铜中，熔炼、吹炼和精炼过程均有炉渣产出，其中以熔炼渣产出量最大.这些炉渣含铜较高，均需进一步处理.1）熔炼炉渣.2013年，我国精炼铜产量达到684万t，其中矿产铜大致为400万t，其余为再生铜.初略估算，2013年我国产出的火法炼铜熔炼炉渣达1200万t左右.目前，我国火法炼铜均采用闪速熔炼和强化熔池熔炼工艺，在富氧、高冰铜品位下操作，依方法及技术条件不同，炉渣Fe/SiO2质量比在1.2～2.2之间，渣含铜在1.0%～6%范围内.熔炼炉渣由于含铜高不能直接弃去，需进一步处理回收铜和贵金属.我国铜熔炼炉渣贫化主要有电炉贫化和炉渣选矿两种方法.电炉贫化即在电炉保温或升温作用下，加入还原剂和硫化剂，使渣含铜降低.理论分析及生产实践表明，在较高的冰铜品位下，电炉贫化仅能使渣含铜最低降低至0.6%.熔炼炉渣经电炉贫化后水淬.水淬渣可用作钢铁除锈砂、建材水泥原料等，得到有效利用.炉渣选矿即对炉渣进行缓冷（快冷亦可但选矿回收率较低），然后破碎磨细、浮选得到渣精矿，还可进一步磁选得到铁精矿.渣精矿产率占总渣量10%左右，铁精矿产率约占总渣量30%.我国炼铜炉渣一般未选铁.炼铜炉渣选矿可使尾渣含铜降低至0.3%左右，铜冶炼回收率提高约0.8%，而能耗如表10[3]，与电炉贫化比较大致相当，已发展成为铜熔炼炉渣处理的主要方法，有进一步扩大应用的趋势.选矿尾渣含铁较高，可替代铁矿作为水泥原料利用. 4、结语

节能降耗是一项综合性的工作，为了持续地降低铜冶炼能耗，获得更大的经济效益，需要不断总结经验、采用新的节能技术、完善管理体系。提高生产负荷、提高原料品质、提升管理水平对于降低铜冶炼能耗、降低铜冶炼加工成本有十分重要的意义。 参考文献：

[1]周松林.高浓度冶炼烟气制酸新工艺及应用实践[J].硫酸工业，2012（5）：5-8. [2]周松林.低碳铜冶炼工艺技术研究与应用[J].中国有色金属，2010（4）：1－4. [3]黄永峰，陈延进，王彤，等.稀氧燃烧技术的开发与应用[J].有色金属（冶炼部分），2011（2）:9－11.