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您的位置：網(wǎng)站首頁(yè) > 技術(shù)文章 > 銅的精煉工藝 為了提升銅的使用、加工性能，需要除去粗銅中的雜質(zhì)，如鎳、鉛、砷等，同時(shí)回收其中的有價(jià)金屬，如金、銀等，這便是粗銅的精煉工藝。該流程一般分為兩個(gè)階段，一是將粗銅火法精煉成陽(yáng)極銅，二是將陽(yáng)極銅電解精煉成電解銅。
1、 火法精煉
火法精煉是粗銅——陽(yáng)極銅的過(guò)程，基本流程是在精煉爐內(nèi)向粗銅熔體內(nèi)鼓入空氣，使熔體中對(duì)氧親和力較大的雜質(zhì)如鋅、鐵、鉛、鎳等發(fā)生氧化，以氧化物的形態(tài)浮于熔體表面形成爐渣，或揮發(fā)進(jìn)入爐氣而除去，殘留的氧經(jīng)還原脫去后，即可澆鑄成陽(yáng)極板。歸納來(lái)看，這一過(guò)程可分為加料、熔化、氧化、還原、澆注五個(gè)步驟。在還原步驟中，目前主流的還原劑有氨氣、石油液化氣和重油，其中我國(guó)以重油為主，噸銅約需 4kg 還原劑。
精煉爐一般有固定式精煉反射爐、回轉(zhuǎn)式精煉爐以及傾動(dòng)式精煉爐，其中，回轉(zhuǎn)式精煉爐的精煉效果較好，產(chǎn)品質(zhì)量較高、節(jié)能且生產(chǎn)成本較低，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
精煉后的產(chǎn)物除了陽(yáng)極板（含 Cu 量 99.2%-99.7%）外，還有爐渣、爐氣和煙塵。其中，爐渣的含銅量較高，約為 10%-30%，一般需要將其返回轉(zhuǎn)爐吹煉或加入鼓風(fēng)爐做進(jìn)一步處理。
爐氣中的成分一般為 O2、CO2、CO，不含 SO2，所以可將其直接排出。
表 6 某廠陽(yáng)極板的主要成分表
2、 電解精煉
電解精煉是陽(yáng)極銅——精煉銅的過(guò)程，基本流程是在電解槽中將陽(yáng)極板和始極片（純銅或不銹鋼）同時(shí)浸入電解液（硫酸和硫酸銅的水溶液），在直流電的作用下，陽(yáng)極上的銅以離子狀態(tài)進(jìn)入電解液并在陰極上電化析出，成為陰極銅（電解銅），有價(jià)金屬以陽(yáng)極泥的形式沉淀回收。此方法的基本原理是利用了銅和雜質(zhì)的電位序不同來(lái)分離二者。
傳統(tǒng)電解工藝中，陰極始極片主要使用純銅片制作，此工藝相對(duì)復(fù)雜且需要獨(dú)立的生產(chǎn)系統(tǒng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)過(guò)程中需要定期更換始極片而提升成本。上世紀(jì) 70 年代后，性不銹鋼陰極法投入使用，即陰極采用不銹鋼始極片，陰極銅由自動(dòng)剝片機(jī)從不銹鋼陰極上剝?nèi)?。這種方法不僅無(wú)需建立單獨(dú)的始極片生產(chǎn)車間，而且可大大減少更換始極片的周期，從而降低生產(chǎn)及勞動(dòng)力成本。目前來(lái)看，這種方法得到了國(guó)內(nèi)外冶煉廠的廣泛使用。性不銹鋼陰極法又可分為 ISA 法、KIDD 法及 OT 法，基本形式一樣，細(xì)節(jié)有些許不同。（見(jiàn)表7）
表 7 性不銹鋼陰極電解對(duì)比
表 8 不同企業(yè)生產(chǎn)的電解銅成分表
表 9 不同企業(yè)的陽(yáng)極泥成分表
了解銅的冶煉工藝后，這里我們基于火法煉銅流程，簡(jiǎn)單討論一下冶煉過(guò)程中的成本構(gòu)成。銅冶煉成本主要分為五個(gè)部分，分別是熔煉成本、電解成本、煙氣制酸成本、渣選礦成本及陽(yáng)極泥處理成本。
熔煉成本主要包含熔煉、吹煉及火法精煉的三個(gè)流程中所涉及的原材料成本、輔助材料成本、燃料及動(dòng)力成本、生產(chǎn)人員薪酬及制造費(fèi)用。其中，原材料成本即銅精礦中的含銅價(jià)格，變動(dòng)較大，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。銅精礦含銅價(jià)格可分為進(jìn)口銅精礦含銅價(jià)格和國(guó)產(chǎn)銅精礦含銅價(jià)格。其中前者根據(jù)銅精礦品位、基準(zhǔn)銅價(jià)、TC/RC、扣減率和匯率的變化而波動(dòng)；后者根據(jù)銅精礦品位、基準(zhǔn)銅價(jià)取不同的計(jì)價(jià)系數(shù)及價(jià)差而定。
電解成本中包含電解精煉及電解液凈化的兩個(gè)流程中所涉及的各類成本，但不涉及原材料成本。因電解工藝中包含傳統(tǒng)電解法和性不銹鋼陰極電解法，這里我們基于《云銅傳統(tǒng)電解與 ISA 電解*成本對(duì)比分析》一文中所提及的數(shù)據(jù)，對(duì)比兩種電解方法下的成本差異（見(jiàn)表 10）。表中數(shù)據(jù)是基于云銅某車間生產(chǎn) 18 萬(wàn)噸陰極銅所需的相關(guān)成本，可以看出兩種工藝的*成本相差不大，ISA 電解法的*成本較傳統(tǒng)電解法高 4 元/噸銅，主要成本差異集中于基建投資費(fèi)用。不過(guò)，該分析未考慮傳統(tǒng)電解的陰極周期替換成本以及 ISA 電解法中勞動(dòng)力的減少和流程的簡(jiǎn)化所帶來(lái)的機(jī)會(huì)成本。因此，相對(duì)于傳統(tǒng)電解法，ISA 電解法的相關(guān)成本、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等將更勝。需要補(bǔ)充的是，電解成本中還應(yīng)考慮硫酸消耗所帶來(lái)的額外成本。
表 10 兩種電解工藝的成本對(duì)比
煙氣制酸成本主要針對(duì)于煙氣中 SO2 濃度較高時(shí)回收制酸時(shí)所需的加工成本及尾氣脫硫成本。SO2鼓風(fēng)機(jī)通常占整個(gè)硫酸電耗的 70%，而 SO2濃度與煙氣量成反比，因此煙氣濃度升高有助于降低單位硫酸產(chǎn)品的電耗。同時(shí)，回收的余熱可計(jì)價(jià)扣減硫酸生產(chǎn)成本。
渣選礦成本應(yīng)考慮爐渣來(lái)源，因其配以不同種類、不同用量的輔助材料，所以渣選礦成本應(yīng)根據(jù)不同企業(yè)的冶煉工藝分別計(jì)算。
陽(yáng)極泥處理成本中波動(dòng)較大的為銅精礦中金、銀的計(jì)價(jià)。同含銅計(jì)價(jià)方式一樣，分進(jìn)口及國(guó)產(chǎn)兩種類比，此處不再贅述。
綜合上述的五類成本及前文所述的冶煉工藝，我們基于《銅冶煉成本計(jì)算需關(guān)注的問(wèn)題》一文中的數(shù)據(jù)，對(duì)比不同冶煉工藝下的成本差異。（見(jiàn)表 11）
表 11 綜合各冶煉工藝的成本差異
因表中數(shù)據(jù)搜集的時(shí)間段不同，原料的加工費(fèi)及匯率均有差異，對(duì)各項(xiàng)目間單位成本產(chǎn)生一定影響。不過(guò)，總結(jié)以下三點(diǎn)：①項(xiàng)目 1 的地理?xiàng)l件使其電價(jià)、燃料價(jià)及勞動(dòng)成本較低，導(dǎo)致陰極銅生產(chǎn)成本較低，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，相較于轉(zhuǎn)爐吹煉，閃速吹煉的能耗較低，建設(shè)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用較低，因此相同條件下單位加工成本較低；②對(duì)比項(xiàng)目 3 和項(xiàng)目 4，精煉銅的加工成本會(huì)隨冶煉工藝中配套設(shè)備的增加而增加；③對(duì)比項(xiàng)目 2 和項(xiàng)目 3，在其他條件不變的情況下，企業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；髸?huì)使其邊際成本下降，從而降低精煉銅加工成本。
熟悉了解銅冶煉的基本工藝對(duì)于我們判斷冶煉廠的產(chǎn)量具有較大幫助。以冶煉廠檢修為例，對(duì)于精煉環(huán)節(jié)與粗煉環(huán)節(jié)的檢修，所產(chǎn)生的實(shí)際影響是不同的。根據(jù) SMM 及我們調(diào)研情況，表 12 為今年二季度有檢修計(jì)劃的冶煉廠及其相應(yīng)冶煉工藝。
表 12 二季度有檢修計(jì)劃的冶煉廠及其相應(yīng)工藝
表中顯示，除了大冶有色是 6 天的小型檢修以外，其余各廠基本均為 30 天（或以上）的相對(duì)大型檢修。據(jù)了解，一般來(lái)說(shuō)檢修時(shí)長(zhǎng)在 20 天以內(nèi)的為精煉階段的檢修，超過(guò) 20天的通常是粗煉與精煉階段共同檢修。對(duì)于粗煉階段檢修，若冶煉廠可正常外購(gòu)粗銅或陽(yáng)極銅，則精銅產(chǎn)量并無(wú)較大影響。對(duì)于電解精煉階段檢修，若冶煉廠有閑置電解槽則精通產(chǎn)量同樣不受影響，反之，則短期精銅產(chǎn)量將會(huì)受到一定影響。
然而，電解精煉檢修對(duì)產(chǎn)量的具體影響仍需分情況考慮，一般分為大檢修和小檢修。正常情況下，企業(yè)大檢修每三年一次，對(duì)精煉銅的產(chǎn)量會(huì)產(chǎn)生相對(duì)明顯的影響。小檢修通常指對(duì)電解槽的檢修，其對(duì)精煉銅產(chǎn)量的影響并不能簡(jiǎn)單以企業(yè)年產(chǎn)量÷365 天×檢修天數(shù)來(lái)考慮，因?yàn)槠髽I(yè)電解車間內(nèi)設(shè)有若干個(gè)電解槽，一般采取分批檢修的方式進(jìn)行。舉例來(lái)說(shuō)，若企業(yè)分三批對(duì)電解槽進(jìn)行檢修，則對(duì)精煉銅產(chǎn)量的影響應(yīng)以企業(yè)年產(chǎn)量÷365 天×檢修天數(shù)×1/3 來(lái)計(jì)算。
因此，企業(yè)檢修對(duì)產(chǎn)量的影響究竟如何，應(yīng)結(jié)合其生產(chǎn)方式、冶煉工藝、檢修習(xí)慣、外部因素等方面綜合考慮，從而做出相對(duì)準(zhǔn)確的判斷。
綜上，銅冶煉工藝大致可分為火法煉銅及濕法煉銅兩類，八成以上的精煉銅來(lái)源于火法煉銅工藝?；鸱掋~主要分為三階段：銅精礦先熔煉成冰銅、再吹煉成粗銅、最終精煉成電解銅。企業(yè)主要的冶煉技術(shù)差異集中于熔煉冰銅的階段，傳統(tǒng)與現(xiàn)代的熔煉工藝區(qū)別較大?，F(xiàn)代冶煉技術(shù)中，冶煉成本主要分為熔煉成本、電解成本、煙氣制酸成本、渣選礦成本及陽(yáng)極泥處理成本五個(gè)部分，不同的冶煉工藝具有一定的成本差異。另外，企業(yè)檢修對(duì)精煉銅產(chǎn)量的影響也需要結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)方式、冶煉工藝、檢修習(xí)慣等多方面綜合判斷。
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