底吹加顶吹更经济环保（转载）

双闪投资较双底吹高12%。
　　双闪能耗较双底吹高52.1kgec/t铜。具体差异于下：
　　精矿蒸汽干燥电耗（利用自产蒸汽） 2.2kgce/t铜
　　铜锍粒化与干燥磨矿9.1kgce/t铜
　　熔剂制备与配料筛分12.5kgce/t铜
　　氧气量大 3.9kgce/t铜
　　残极处理14.9kgce/t铜
　　循环水系统（大于双底吹） 5.9kgce/t铜
　　余热少发电（烟气量少加干燥用蒸汽） 17.0kgce/t铜
　　合计 65.5kgce/t铜
　　双底吹较双闪能耗高的环节有：
　　吹炼（加煤，13.5kg/t铜） 9.6kgce/t铜
　　供氧供气压力高多耗电 7.1kgce/t铜
　　粗铜含S高，精炼多耗能2.5kgce/t铜
　　烟气量大，制酸多耗能 5.5kgce/t铜
　　渣含铜高选矿与渣精矿循环多耗电 1.4kgce/t铜
　　合计 26.1kgce/t铜
　　本文仅就硫化铜精矿当前应用最广的几种先进火法炼铜工艺谈些个人观点。
　　炼铜原料有氧化矿、硫化矿、二次铜物料等。铜的提取工艺粗算有20余种，是有色金属中最多的。铜的现代熔炼工艺可归为漂浮熔炼和熔池熔炼。漂浮熔炼包括闪速熔炼、Inco闪速熔炼、旋浮熔炼、contop（漩涡顶吹）等。
　　熔池熔炼可分为顶吹、侧吹、底吹三种。顶吹有Ausmelt、ISA、kaldo、自热熔炼、三菱等。侧吹有白银法、诺兰达、特尼恩特、瓦纽柯夫、金峰炉等。底吹产业化不足10年，尚无分支。
　　铜的吹炼工艺，应用最广的仍然是已有100多年生产经历的转炉吹炼，就新开发的连续吹炼已产业化的有闪速吹炼、旋浮吹炼、Ausmelt顶吹吹炼、三菱顶吹吹炼、金峰顶吹吹炼、Kaldo顶吹吹炼、底吹吹炼等7种。
　　（一）关于熔炼工艺的选择
　　上世纪50年代前硫化铜精矿熔炼工艺离不开鼓风炉、电炉、反射炉等三大工艺，生产规模单系列均在50kt/a粗铜以下。从1949年芬兰奥托昆普开发在Harjavalta建成第一座铜闪速熔炼炉起，经历了60多年的发展，其中20世纪70年代，日本对闪速熔炼作多项改革使之其技术已相当完备。尤其开发高富氧、中央喷咀等技术后，闪速炉产能大幅提高，单系列可高达450kt/a粗铜，劳动生产率高、烟气SO2浓度高、制酸投资和成本低、硫回收率高、环保好，和传统工艺比，单位能耗大幅度降低，维修工作量少，开工率高达95%，技术成熟可靠。因此上世纪下半叶，闪速熔炼技术在全球获得快速推广，共兴建了50多座闪速炉，占世界矿铜产量近50%，是目前世界铜冶炼的主体工艺。尤其随环保政策的日益严格，P-S转炉吹炼SO2低空污染难以克服，21世纪这10多年中，我国兴建了三座双闪炼铜厂，总产能达1200kt/a电铜。双闪工艺有效解决了P-S转炉的低空污染，硫的捕集率>99.8%。产品成本与其他炼铜工艺比，具有显著规模效益和竞争力，加上环保好，因此双闪工艺受到我国投资者的青睐。但有个现象值得引起有色企业家注意：上世纪末至今，闪速熔炼技术在国外推广应用有限，尤其是双闪，除1995年在美国Kennecott Utah冶炼厂投产了一套年产铜26万吨规模的双闪外，近20年来国外没有第二家再采用双闪。这期间国外铜冶炼多采用熔池熔炼工艺：如ISA、Ausmelt、特尼恩特、瓦纽柯夫、三菱等炼铜工艺。
　　与国外同行讨论上述现象时，他们较一致的说法是：闪速熔炼技术有它的短板即投资高、生产成本高。自熔池熔炼技术开发后，同等规模下其投资与生产成本比闪速熔炼更具优势。
　　为此恩菲就目前国内应用最多的闪速、顶吹、侧吹、底吹四种熔炼工艺的基建投资、能源单耗、产品成本，进行了差异性比较（凡相同部分则不参与比较）。
　　比较结果，底吹熔炼的单位投资、能耗、成本最低，回收率最高。以闪速熔炼的单位投资最高。底吹熔炼是现有各工艺中唯一炉料不用干燥、不用外加任何燃料更为绿色的炼铜工艺。
　　闪速熔炼、三菱、kaldo、Contop、特尼恩特等炼铜工艺其炉料均需干燥细磨，ISA、Ausmelt、诺兰达、白银法、瓦纽科夫、金峰炉等炉料不经干燥可直接入炉，但均需在炉料中配入2%~4%的燃料煤补热。这是因为这些工艺多数供氧浓度低于底吹熔炼。其中闪速、瓦纽科夫、金峰炉等供氧浓度虽等于甚至高于底吹熔炼，因其炉体大部或全部由水冷原件组成，熔炼过程被冷却水带走大量反应热。有的需以煤控制渣中Fe3O4含量，防止泡沫渣跑炉事故发生。
　　从熔炼过程的反应机理看，其余所有熔炼工艺均是氧气直接与硫化精矿进行氧化反应，氧势较高，渣中铁多为Fe3O4。只有底吹熔炼工艺，其氧首先氧化铜锍，铜锍作为氧的载体参与精矿的氧化反应，氧势相对较低，渣中铁多为FeO。渣的熔点与粘度较低，不易形成泡沫渣。底吹熔炼据此可以采用高铁渣型，Fe:SiO2控制在1.8～2.2之间。而其他工艺Fe：SiO2一般均在1.2～1.6之间。故处理同种精矿时底吹工艺的熔剂率最低，所需熔剂量最少，单位产量处理的物料量最少、对应的能耗自然最少。由于渣率最低，随尾渣损失的铜最少，熔炼回收率自然最高。这是底吹工艺优越于其他所有炼铜工艺最本质的原因。
　　（二）关于吹炼工艺的选择
　　前面提到铜的吹炼工艺世界上应用最广的仍然是已有100多年生产经历的转炉吹炼，也是我国当前粗铜吹炼的主体工艺。
　　众所周知转炉吹炼有三大缺点：一是铜锍在车间内倒运产生SO2低空污染治理难度大；二是转炉间断作业，烟气SO2浓度波动大，对制酸不利；三是间断作业使转炉炉衬热振频繁寿命短。但转炉吹炼工艺技术成熟，粗铜脱杂效果好、质量高，并可搭配处理铜冷料，生产成本低，因而至今仍保持其主体工艺地位。
　　闪速与旋浮吹炼为我国第二大吹炼工艺。规模大，单系列已达400kt粗铜/a以上，劳动生产率高。烟气连续稳定，SO2浓度高，制酸成本低。但热铜锍需经水碎或粒化后再干燥、细磨才能吹炼，拉长了吹炼的工艺流程。但热铜锍冷却后再吹炼加上不能搭配处理电解残极等冷料，冷料需另设熔化炉处理。从热能利用角度看，不尽合理。粗铜脱杂程度不如转炉，吹炼成本在同一规模下是所有吹炼工艺中最高的。
　　Ausmelt顶吹吹炼在侯马与云锡公司用于生产粗铜，规模分别为50kt/a、100kt/a粗铜，半连续作业，解决了烟气SO2低空污染,环境好，可搭配处理冷料。但仍存在烟气SO2波动，炉衬寿命不长等缺点；为控制泡沫渣，吹炼过程需加少量还原煤，控制渣中Fe3O4含量；单枪吹炼，炉内喷溅严重，渣铜分离不好，放渣前需停止喷吹让渣铜沉清分离，因而吹炼周期相对较长,渣含铜高；单炉产能难以达到200kt粗铜/a以上。
　　Kaldo炉吹炼原用于炼钢，金川开发后用于高镍铜锍吹炼，解决转炉吹炼因吹炼渣含镍高在转炉内结渣难于排放的问题。其缺点与转炉相同，且难以大型化。
　　卧式顶吹连续吹炼：含三菱与金峰顶吹吹炼炉。作业连续，三菱吹炼炉炉寿4年以上，克服了转炉吹炼存在的三大缺点。直接吹炼热铜锍，通过调控供氧浓度，可以不搭配或大量搭配处理含铜冷料，操作灵活。能充分利用铜锍显热与反应热。供气压力低，约为150kPa。单炉产能已达到300kt粗铜/a，适度扩大至400kt～450kt粗铜/a,在工程上可以解决。除粗铜含硫高于转炉吹炼外，是目前所有吹炼工艺中最灵活、最经济、最具发展潜力的一种。
　　底吹连续吹炼：是我国新近开发的吹炼新工艺，已在河南豫光和山东方圆两厂投入运行，产能分别为年产粗铜100kt和200kt。为侯马设计了年产粗铜300kt的底吹吹炼工艺。该技术连续作业，克服了转炉吹炼的三大缺点，豫光第一炉期吹炼炉寿大于16个月，可以吹粒化后冷铜锍，也可直接吹热铜锍或冷热铜锍按各种比例组合吹炼。吹炼冷铜锍时，粒化料不用干燥、细磨，较闪速吹炼流程短、成本低。直接吹炼热铜锍有大量富余热可供利用，在有大量二次铜料作冷却剂时最经济。由于底吹吹炼供氧压力高达0.8～1.2MPa，若靠降低氧浓来保持热平衡，则增大供气量，因而增大供气的动能消耗，这一点不如卧式顶吹吹炼那么灵活。其炉寿，目前也还达不到4年左右的卧式顶吹炉水平，年作业率也就低于卧式顶吹吹炼。笔者认为，现阶段对新建企业最佳炼铜工艺，以底吹熔炼-卧式顶吹吹炼工艺组合最经济、节能、环保。
　　（三）能耗与成本计算值比较
　　最近有3个项目都是年产金属铜400kt。在可研报告中就双闪工艺、双底吹工艺、底吹熔炼-卧式顶吹吹炼三种工艺进行比较得知：单位铜的能耗与成本，底吹熔炼-卧式顶吹吹炼工艺能耗、加工费最低，双闪能耗与加工费最高。因双闪多了精矿干燥、铜锍粒化与干燥细磨、熔剂制备（石英、石灰石干燥磨矿）等工序。另外闪吹不能搭配处理电解残极和冷铜杂料。这些物料需另设阿萨柯炉或NGL炉等化料装置，因而增加投资、人工、能耗、成本。
　　以年处理160万t含铜25.4%的精矿、产电铜400kt/a为计算基础。
　　两者相消双闪吨铜能耗高于双底吹39.4kgce/t铜。
　　另外，双闪每年多消耗新水356t,多消耗石英石72000t,多消耗石灰石粉54000t。
　　底吹熔炼-卧式顶吹吹炼工艺，与双底吹比较投资基本相同（指直接吹炼热铜锍），因顶吹吹炼供气压力仅150kPa，吨阳极铜能耗较底吹低4kgce。但顶吹吹炼炉水冷元件多于底吹，增加循环冷却水电耗1.4kgce，综合后顶吹能耗低2.6kgce/t铜。
　　阳极铜加工费双闪最高，较双底吹高344元/t，以底吹熔炼-卧式顶吹吹炼最低，较双底吹还低36元/t，较双闪低380元/t。能耗较双闪低42kgce/t铜。
　　在加工费中，人工费用随规模大小的影响相当可观。如国内年产400kt铜的双闪冶炼厂，员工最少的为900人左右（大公司下属冶炼厂含公司部分员工）；100kt/a的熔池熔炼炼铜厂，员工最少的为750人左右（亦为大公司下属冶炼厂含公司部分员工）。以当前工厂职工平均年薪6万元计，400kt规模的人工费仅135元/t铜，而100kt规模的达450元/t铜，两者相差315元/t铜。
　　双闪工艺比双底吹工艺多精矿干燥、铜锍粒化、磨碎等近20个工序，劳动定员也多出近100人。
　　可说明两点：
　　1.国内熔池熔炼小型铜厂在承担如此高额人工费的前提下仍能生存，能与超大规模双闪竟争，正好说明其技术先进，能耗与人工以外的其他加工费远低于双闪。
　　2.国外劳动生产率远高于国内，如美国Utah冶炼厂原用3台诺兰达炉、7台转炉、3台阳极炉，共13台炉子操作，全厂仅有员工630人，改为双闪后为4台炉子操作，员工330人，可见其规模效益不如国内明显。加工费用高的技术，如双闪，自然不被投资者看好。自Utah冶炼厂后，双闪技术再无国外厂家问津。
　　（四）工厂生产实际参数比较
　　对国内现有炼铜工艺：顶吹-转炉、双顶吹、闪速-转炉、双闪、底吹-转炉、双底吹、底吹-旋浮吹炼、白银炉-转炉、金峰炉-转炉、金峰炉-卧式顶吹等工艺每吨阳极铜能耗与加工费进行了粗浅调查（相关数据由各厂家的技术部的朋友口头提供，非各厂的技术及财务报表）。由于各厂家规模不同、精矿品位不同，地区燃料、熔剂、劳动力价位不同，另外有的熔炼精矿同时附带处理废杂铜，再者厂家的计算方法也不规范。同种工艺造成同规模厂家间的相关数据差异很大。例如同为年产400kt铜的三个双闪厂，吨阳极铜能耗，最大相差达60kgce。加工成本最高与最低的相差460元/t。这样大的差距可能与是否将残极循环量计入阳极铜产量有关（残极率达15%～17%）。由于提供加工费的各个厂家都强调数据的保密性，故只提供相关差异值，不涉及各个厂家的具体加工成本。
　　经咨询，比较同为400kt/a的闪速-转炉与双闪工艺的加工费，闪速-转炉吹炼吨铜成本较双闪低约200元。但双闪烟气SO2浓度高，气量小，制酸成本低20元/t酸，按吨铜产4t酸计，可抵消80元，吨铜加工费还是转炉吹炼低120元左右。这与转炉吹炼没有铜锍粒化系统并可直接处理残级等因素有关。这大概又是国外不再选用双闪的又一重要原因。
　　顶吹-转炉有5家，产能从100kt/a至300kt/a电铜不等。吨阳极铜加工费最大相差360元，规模大的成本最低，明显体现了规模效益；双顶吹两家，规模分别为年产50kt和100kt铜。吨阳极铜成本相差420元，规模大有劳动力成本优势。同为100kt粗铜/a的顶吹-转炉与双顶吹比，阳极铜加工费转炉略占优势，相差无几、大体持平。
　　产铜300kt/a规模的顶吹熔炼-转炉吹炼较400kt/a规模的闪速熔炼-转炉吹炼吨阳极铜高85元，较双闪平均值低35元。
　　100kt/a规模的底吹-转炉炼铜厂吨铜工厂成本，较该企业的50kt/a双顶吹的炼铜厂低800元。故该企业决定将双顶吹改造为年产电铜300kt的双底吹炼铜厂。设计的吨铜成本可再降低430元。
　　白银炉、顶吹和金峰侧吹炉熔炼加转炉吹炼，年产铜100kt规模的五个厂，阳极铜加工成本受原料品位影响较大，品位相近的加工相差无几，从技术与能耗看这三种工艺无大差别，但与已投产的三个100kt/a底吹熔炼-转炉吹炼的工厂比，吨阳极铜平均高186元。这与底吹不耗煤、少耗氧、无电炉沉清分离渣与铜锍有关（某厂沉清电炉吨渣电耗82.64度，加工费58.92元/t渣）。
　　由于没有收集到侧吹熔炼-卧式顶吹（100kt/a电铜规模）的加工费资料，无法与同规模的双底吹进行生产实际数据比较。但从前述年产100kt电铜的顶、侧、底吹熔炼-转炉吹炼的8个厂比较可知，底吹较侧吹吨阳极铜加工费低186元，在前面还提到底吹吹炼供氧压力高，较卧式顶吹成本高36元/t，可知双底吹较侧吹-卧式顶吹吹炼吨铜成本低150元。若采用底吹-卧式顶吹吹炼工艺吨铜成本较顶吹或侧吹熔炼配转炉吹炼的186元肯定更低。因为卧式顶吹吹炼烟气连续稳定，SO2浓度高于转炉烟气，制酸成本较低。另外环保脱硫的烟气总量也远低于转炉吹炼。但未收集到具体生产数据。
　　另外从某厂收集到的资料证明精矿品位对加工费影响很大：如某厂底吹熔炼搭配处理金精矿，入炉料含铜12.8%。吨阳极铜成本较其他工厂的平均值就高出近一倍。
　　遗憾的是年处理1500kt精矿的底吹熔炼-旋浮吹炼的企业投产时间短，数据未能收集到，没法参与比较。
　　（五）展望
　　底吹炼铜能耗低、投资省、环保好、回收率高、生产成本低，以其强大的竞争力，得到快速推广应用。从2007年，不到9年时间已有11条生产线投产运行。是否有短板？今后如何发展？
　　1.尽管底吹单系列规模已达年处理精矿1500kt，视不同品位年产铜在300kt～400kt之间。可以考虑将单系列产能扩大至年处理精矿3000kt。年产600kt～800kt金属铜，从工程角度看是完全可行的，将规模效益提高一倍，可进一步降低生产成本。
　　2.现有渣选矿占地面积大，投资相对较多，开发电热天然气还原或电热造锍熔炼生产低品位铜锍、将弃渣铜控制在0.3%以内。让工厂配置更紧凑，并可解决渣精矿循环量较大的额外增加电耗的问题。
　　但目前绝大多数铜厂包括以前用电炉贫化的闪速熔炼渣，均已改为渣选矿。因渣选矿回收率高，弃渣含铜均低于0.35%，个别好的可低至0.19%，且加工费不高，有厂家为75元/t渣。对于底吹熔炼，生产高品位铜锍，更需要渣精矿做冷却剂。尤其处理高铁高硫铜精矿，更需大量渣精矿来维持热平衡。此时需进一步降低渣精矿品位，增大返渣率才能维持热平衡。这样弃渣品位更低，铜回收率更高、更经济。
　　3.开发底吹熔炼至阳极浇铸生产全流程的专家系统，实现全过程自控，大幅度提高劳动生产率。
　　4.尽管取消加料口下部氧气喷枪后，加料口粘结问题已大为缓解，开发的自动清理机械手已能替代人工清理，还待进一步改进完善以求实现全自动清理。亦可考虑开发立式螺旋密封加料、防止加料口负压漏风降温，从机理上消除产生粘结的条件。
　　以上观点纯属笔者一已之见，错误之处欢迎同行争议与批驳。此文旨在抛砖，以便引玉，力求在同行中取得大家认同的一致结果，为铜冶炼企业提供最佳工艺，为我国铜冶炼工业取得一流的经济和社会效益，为新常态下的经济增长提供支撑。