有色冶金技術(shù)與裝備的創(chuàng)新成果
中國有色工程設(shè)計(jì)研究總院
近年來，伴隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，中國有色金屬工業(yè)發(fā)展迅速。2005年，我國十種有色金屬產(chǎn)量達(dá)到1630多萬t，連續(xù)四年位居世界第一，成為了名符其實(shí)的有色金屬生產(chǎn)大國。在生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)量持續(xù)增長的同時(shí)，我國有色金屬冶煉技術(shù)和裝備水平也有了長足的進(jìn)步，整體水平已經(jīng)達(dá)到、某些領(lǐng)域甚至超過當(dāng)代國際先進(jìn)水平。在這一過程中，中國有色工程設(shè)計(jì)研究總院憑借自己的技術(shù)實(shí)力、創(chuàng)新思維和工程化經(jīng)驗(yàn)，做出了自己的貢獻(xiàn)。
一、冶煉技術(shù)的新進(jìn)展
銅
長期以來，在重有色金屬中，銅冶煉技術(shù)的發(fā)展最為活躍，尤其是火法冶煉。自從芬蘭奧托昆普閃速熔煉問世以來，推廣應(yīng)用十分迅速，其原因在于它的熔煉強(qiáng)度高，爐壽命長，能耗低，可獲得穩(wěn)定的高濃度SO2煙氣，硫回收率高，環(huán)境污染很小。我國已先后有江西貴溪冶煉廠、安徽金隆冶煉廠采用。該工藝過程是銅精礦經(jīng)深度干燥（含水（0.3%）后噴入閃速爐，產(chǎn)出高品位銅锍用PS轉(zhuǎn)爐吹煉為粗銅，爐渣則經(jīng)單獨(dú)的貧化電爐處理，以回收其中的銅。2002年，我院與金川集團(tuán)有限公司合作，借鑒鎳冶煉的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，研究將閃速爐與貧化電爐合二為一的合成爐用于煉銅，規(guī)模為20萬t/a陽極銅。這一重大創(chuàng)新與上述傳統(tǒng)閃速爐煉銅比較，具有如下顯著的優(yōu)點(diǎn)：
1）將精礦熔煉、銅硫和爐渣沉降分離以及渣貧化三個(gè)功能結(jié)合成一體，減少熱損失，能耗降低。
2）熔煉爐與渣貧化電爐合為一體，爐子造價(jià)降低；一臺爐子較兩臺分開的爐子占地面積小，且無需階梯布置，因而廠房投資下降。初步估算，合成爐投資下降約10%。
3）由于在貧化區(qū)內(nèi)插入電極，以電能補(bǔ)熱，爐況控制靈活，可保證熔體充分過熱，減少磁性鐵沉積結(jié)瘤，提高銅硫與渣的分離和渣貧化的效果，降低渣含銅。
4）借助于電極對熔池溫度的調(diào)節(jié)優(yōu)勢，擴(kuò)大了爐料處理量的允許調(diào)節(jié)范圍，增加了生產(chǎn)組織的靈活性。同時(shí)，簡化了操作，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
該項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目已于2005年8月一次投產(chǎn)成功。
進(jìn)入上世紀(jì)七十年代，熔池熔煉技術(shù)相繼出現(xiàn)。熔池熔煉的一個(gè)重要特點(diǎn)是對原料的適應(yīng)能力強(qiáng)，與傳統(tǒng)工藝（電爐、反射爐、鼓風(fēng)爐）前后環(huán)節(jié)易于對接，對老廠改造具有十分明顯的優(yōu)勢。繼“九五”期間我院與大冶有色金屬公司合作引進(jìn)諾蘭達(dá)熔煉技術(shù)與國內(nèi)技術(shù)創(chuàng)新相結(jié)合對大冶冶煉廠反射爐進(jìn)行技術(shù)改造獲得成功后，我院在頂吹熔池熔煉技術(shù)的引進(jìn)、消化、集成創(chuàng)新等方面又取得突出成就。
從二十世紀(jì)九十年代末期開始，由我院承擔(dān)整體設(shè)計(jì)，采用澳大利亞頂吹噴槍浸沒熔煉技術(shù)，相繼改造了國內(nèi)三個(gè)銅冶煉廠，其簡況示于表1。
表1 國內(nèi)采用頂吹浸沒噴槍熔煉技術(shù)的銅廠簡況
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業(yè)主名稱
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國外合作商
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處理能力（萬t/a）
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爐子直徑
（m）
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投產(chǎn)年份
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設(shè)計(jì)
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生產(chǎn)實(shí)際
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中條山有色公司
熔煉
吹煉
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Ausmelt
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20
6（銅锍）
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20~25
6~7
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4.4
4.4
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1999
1999
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云南銅業(yè)有限公司
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MIMPT
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60
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76
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4.4
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2002
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銅陵金昌冶煉廠
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Ausmelt
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33
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40
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4.4
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2003
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中條山有色金屬公司侯馬冶煉廠系我國首家采用Ausmelt熔煉技術(shù)，用于銅精礦熔煉和銅锍吹煉，其吹煉爐也是世界上第一座工業(yè)化生產(chǎn)爐，取代傳統(tǒng)的PS轉(zhuǎn)爐。1999年投產(chǎn)以來，熔煉爐生產(chǎn)順利，吹煉爐曾出現(xiàn)了種種問題，但經(jīng)過該廠員工不懈努力，到2004年全流程達(dá)產(chǎn)。2005年，為了提高粗銅產(chǎn)能、提高煙氣SO2濃度和降低能耗，該廠進(jìn)行了吹煉爐富氧吹煉工業(yè)試驗(yàn)，在維持各項(xiàng)操作條件基本不變的情況下，富氧吹煉與原設(shè)計(jì)的空氣吹煉相比，煙氣SO2濃度 提高，單爐粗銅產(chǎn)能由38t增至50~60t，顯示了該工藝具有進(jìn)一步開發(fā)和提高的潛在優(yōu)勢。
云南銅業(yè)公司電爐熔煉流程沿用了44年，其工藝陳舊，裝備水平低，能耗高，污染嚴(yán)重。上世紀(jì)末期，隨著生產(chǎn)能力的迅速增長和環(huán)境保護(hù)的需要，采用新技術(shù)改造迫在眉睫。經(jīng)過對國內(nèi)外各種先進(jìn)的銅熔煉工藝的考察和比較，最終選擇了澳大利亞MIM公司（現(xiàn)屬Xstrata）頂吹噴槍浸沒熔煉技術(shù)（艾薩法），并進(jìn)行了集成創(chuàng)新。
該項(xiàng)目2002年5月投產(chǎn)，艾薩爐第一爐期就連續(xù)生產(chǎn)了28個(gè)月，創(chuàng)造了世界上艾薩熔煉工藝首期爐壽之最，生產(chǎn)能力、粗銅工藝能耗、噴槍壽命、作業(yè)率等都大大超過設(shè)計(jì)水平，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)處于國際同類技術(shù)的水平，受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。該項(xiàng)目的技術(shù)創(chuàng)新成果獲得2004年度中國有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。
銅陵金昌冶煉廠采用了Ausmelt熔煉技術(shù)改造原有鼓風(fēng)爐熔煉，與侯馬冶煉廠相比，在爐頂煙道結(jié)構(gòu)、爐子冷卻方式、銅锍和爐渣分離沉清設(shè)施等方面進(jìn)行了10多項(xiàng)改進(jìn)。投產(chǎn)初期，耐火材料襯里與燃油系統(tǒng)曾出現(xiàn)過一些問題，但很快得以解決。目前生產(chǎn)正常穩(wěn)定，精礦處理能力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了原設(shè)計(jì)能力。
鉛
鉛火法冶煉的傳統(tǒng)工藝是燒結(jié)焙燒—鼓風(fēng)爐還原熔煉。由于能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重、勞動(dòng)條件差，該工藝在鉛冶煉中的主導(dǎo)位置正在削弱，逐漸被新的強(qiáng)化熔煉工藝所取代。“十五”期間，最引人注目的是由我院和水口山有色金屬公司聯(lián)合開發(fā)的氧氣底吹熔煉—鼓風(fēng)爐還原煉鉛法的工業(yè)化和推廣應(yīng)用。
氧氣底吹熔煉—鼓風(fēng)爐還原煉鉛工藝革除了傳統(tǒng)的燒結(jié)過程，系直接熔煉法的一種，具有如下特點(diǎn)：環(huán)保好，比較徹底地消除了SO2煙氣和鉛塵的逸散；能耗低，有效地利用了精礦熔煉的反應(yīng)熱及高溫?zé)煔獾挠酂?，從鉛精礦至粗鉛，單位產(chǎn)品綜合能耗＜350kg標(biāo)煤/t；投資省，由于工藝流程短，產(chǎn)能高，相同生產(chǎn)規(guī)模較傳統(tǒng)流程投資低10～20%，較國外同類技術(shù)節(jié)省50%以上；回收率高，生產(chǎn)成本低，回收率：Pb＞97%，S＞95%，Au＞99%，Ag＞99%，據(jù)生產(chǎn)實(shí)際測算，較傳統(tǒng)流程每t粗鉛生產(chǎn)成本降低約10%；對原料適應(yīng)性強(qiáng)，既可處理硫化鉛精礦，又可同時(shí)處理各種二次鉛原料。生產(chǎn)證實(shí)，原料含鉛品位波動(dòng)在45%～65%均能正常作業(yè)，對老廠改造更具優(yōu)勢，可充分利用原有設(shè)施，如備料、鼓風(fēng)爐等，進(jìn)一步節(jié)省投資。
氧氣底吹熔煉—鼓風(fēng)爐還原煉鉛法，是熔池熔煉新技術(shù)與傳統(tǒng)工藝的完美結(jié)合，獲得2004年度國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。到目前為止，已有3個(gè)廠、4套生產(chǎn)裝置投產(chǎn)，2套生產(chǎn)裝置在建，還有5個(gè)項(xiàng)目正在我院進(jìn)行高階段設(shè)計(jì)，推廣應(yīng)用的前景喜人。已經(jīng)投產(chǎn)和在建的工廠概況見表2。
表2. 已投產(chǎn)和在建的工廠概況
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企業(yè)名稱
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設(shè)計(jì)規(guī)模
（萬t/a粗鉛）
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實(shí)際生產(chǎn)
（萬t/a粗鉛）
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投產(chǎn)時(shí)期
（年·月）
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備注
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河南豫光金鉛公司
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5.0
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8.0
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2002.8
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已投產(chǎn)
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安徽池州冶煉廠
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3.0
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5.0
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2002.8
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已投產(chǎn)
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河南豫光金鉛公司
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5.0
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2005.3
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第二條生產(chǎn)線
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湖南水口山有色金屬公司
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10.0
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14.0
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2005.8
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已投產(chǎn)
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云南祥云飛龍集團(tuán)
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6.0
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—
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2006.8（預(yù)計(jì)）
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建設(shè)中
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河南靈寶新凌公司
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5.0
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—
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2006.8（預(yù)計(jì)）
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建設(shè)中
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此外，云南冶金集團(tuán)引進(jìn)澳大利亞MIM技術(shù)，由我院整體設(shè)計(jì)，建設(shè)了年處理精礦量為16.5萬t的頂吹噴槍浸沒熔煉鉛廠，頂吹爐內(nèi)徑Φ2.92m，2005年 7月投產(chǎn)，生產(chǎn)初期出現(xiàn)了一些問題，現(xiàn)已逐步走向正常。
錫
錫是我國的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，在國際上具有舉足輕重的地位。錫冶煉技術(shù)，如錫精礦反射爐連續(xù)熔煉、螺旋結(jié)晶機(jī)、煙化爐煉渣等都曾處于世界先進(jìn)行列。
云南錫業(yè)公司是我國大型錫采、選、冶企業(yè)，屬下的個(gè)舊冶煉廠原采用間隙式反射爐還原熔煉，生產(chǎn)效率低、作業(yè)成本高、污染嚴(yán)重，企業(yè)缺乏競爭力，急待技術(shù)改造。經(jīng)過對現(xiàn)今新的錫冶煉工藝Ausmelt法和Kaldo法的比較，選擇了先進(jìn)、可靠、適用、經(jīng)濟(jì)的Ausmelt工藝，并注重引進(jìn)技術(shù)與云南錫業(yè)公司自有技術(shù)的結(jié)合，在消化吸收基礎(chǔ)上對引進(jìn)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，形成Ausmelt爐還原焙煉，煙化爐煉渣和以結(jié)晶機(jī)、真空爐為主的火法精煉相結(jié)合的具有云錫特色的錫冶煉新工藝。整個(gè)設(shè)計(jì)有如下幾個(gè)特點(diǎn)：
1）用一臺Ausmelt爐（內(nèi)徑Φ4.4m，設(shè)計(jì)處理錫精礦5萬t/a）取代原有10臺反射爐，3臺電爐和2臺鼓風(fēng)爐，煙氣經(jīng)兩級高效湍沖洗滌器，用石灰石乳洗滌吸收，從根本上解決了熔煉過程的環(huán)境污染。
2）充分利用云錫已有煙化爐成熟工藝，將Ausmelt技術(shù)的三段熔煉改為二段熔煉，即取消其強(qiáng)還原階段，將熱渣強(qiáng)還原改送原有的煙化爐進(jìn)行，使Ausmelt爐的生產(chǎn)能力提高10%以上，終渣含Sn從1%～1.5%下降到0.2%，同時(shí)延長了爐壽命，降低了耐火材料消耗和作業(yè)成本。
3）由我院自行設(shè)計(jì)與Ausmelt爐配套的余熱鍋爐，產(chǎn)出過熱蒸汽推動(dòng)6000kW汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。
4）基本實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，也為企業(yè)信息化管理奠定了良好的基礎(chǔ)。
該工程2002年4月試生產(chǎn)，一個(gè)月后通過指標(biāo)考核，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或超過設(shè)計(jì)值，2004年獲全國優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)銀獎(jiǎng)。投產(chǎn)以來生產(chǎn)順利穩(wěn)定，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到世界水平。每年新增利稅2579萬元，節(jié)約燃煤1.1萬t。利用余熱發(fā)電量2845萬Kwh。Ausmelt爐熔煉系統(tǒng)用電自給有余，煙塵、SO2、鉛三類污染物排放濃度均低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)，圓滿達(dá)到了技術(shù)改造的預(yù)期目標(biāo)。
鎳
鎳冶煉技術(shù)的工程化一直是我院的優(yōu)勢之一。金川合成閃速爐煉鎳1992年投產(chǎn)，在金川公司和我院廣大技術(shù)人員的努力下，第一爐期生產(chǎn)了5年7個(gè)月，處理精礦200余萬噸，產(chǎn)高鎳锍近28萬噸，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在國際同類工藝中處于先進(jìn)水平。近年來，經(jīng)過金川公司冶煉廠員工的不斷改進(jìn)，裝備水平和作業(yè)率進(jìn)一步提高，指標(biāo)又有新的改善，尤其是生產(chǎn)能力幾乎翻一番。
幾十年來，我國鎳的精煉工藝一直是沿用傳統(tǒng)流程，即高鎳锍磨浮分離產(chǎn)出二次鎳精礦、二次銅精礦和一次合金，一次合金二次硫化生產(chǎn)二次高鎳锍再進(jìn)行磨浮分離，所產(chǎn)二次合金送貴金屬車間回收，兩次磨浮分離所產(chǎn)二次鎳精礦熔鑄為硫化鎳陽極板經(jīng)過電解生產(chǎn)電鎳，銅精礦經(jīng)過熔煉、精煉、電解生產(chǎn)電銅。傳統(tǒng)工藝流程復(fù)雜，工序太多，造成消耗高，金屬回收率低，尤其是合金二次硫化，環(huán)境污染嚴(yán)重。近年來，我院與金川公司合作，進(jìn)行了三項(xiàng)重大技術(shù)改進(jìn)與創(chuàng)新。
其一，將銅鎳高锍（含Cu4～5%）或高锍磨浮產(chǎn)出的鎳精礦直接在硫酸介質(zhì)內(nèi)進(jìn)行浸出，一段常壓、一段加壓，加壓浸出用純氧將高锍（或鎳精礦）中的鎳浸出轉(zhuǎn)變?yōu)镹iSO4溶液，再將其返入常壓浸出，浸出液中含微量的Cu和Fe，然后送去生產(chǎn)電積鎳（采用Pb-Ag合金不溶陽極，鎳陰極片進(jìn)行鎳電積）。如此簡化了流程，降低消耗，節(jié)約能源，提高了金屬回收率。
其二，采用以我院為主，從試驗(yàn)研究到工業(yè)化自主開發(fā)的一次磁性合金直接硫酸浸出技術(shù)，設(shè)計(jì)兩段常壓逆流浸出。為了防止合金粗顆粒的沉積，設(shè)計(jì)了特殊結(jié)構(gòu)的浸出槽。與傳統(tǒng)流程比較，該技術(shù)具有三個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：
1）貴金屬（Au+Pt+Pd）的回收率可提高15%左右；
2）減少操作工序，避免環(huán)境污染，改善勞動(dòng)條件；
3）提高了貴金屬精礦品位，降低貴金屬回收成本。
其三，羰化冶金的應(yīng)用和攻關(guān)。羰化冶金是在有壓力的條件下，使CO與鎳反應(yīng)生成Ni（CO）4化合物，以與其他金屬分離，而Ni（CO）4在加溫時(shí)又會(huì)很快分解成Ni粉和CO，CO又可返回使用。這種技術(shù)大型特點(diǎn)是工藝流程短，能源消耗低，產(chǎn)品可以多樣化。國外二十世紀(jì)七十年代即已產(chǎn)業(yè)化，我國也建成了小型生產(chǎn)裝置。但由于技術(shù)裝備落后，勞動(dòng)條件差等原因，未得到發(fā)展。2002年底，我院聯(lián)合設(shè)備制造廠為金川公司設(shè)計(jì)的500t/a規(guī)模羰基鎳中間試驗(yàn)廠投入生產(chǎn)，原料為鎳高锍磨浮產(chǎn)出的銅鎳合金，產(chǎn)品有鎳粉、鎳丸和鐵粉。
采用羰化冶金法處理銅鎳合金，不產(chǎn)生廢渣和廢氣，金屬回收率高，貴金屬富集比大，產(chǎn)出的鎳粉和鎳丸純度高，有利于下一步的回收。該中間試驗(yàn)廠的設(shè)計(jì)優(yōu)于現(xiàn)有同類裝置之處在于：①羰化反應(yīng)是在22MPa壓力下連續(xù)進(jìn)行，反應(yīng)速度快；②CO再生循環(huán)利用，不外排；③所有有害氣體和固體均經(jīng)過高溫處理后外排，不造成環(huán)境污染。
鎳產(chǎn)品的深加工和延伸也是我院十分關(guān)注的技術(shù)方向，如大量用于電池生產(chǎn)的高純硫酸鎳。通常的生產(chǎn)工藝是利用金屬鎳為原料，在硫酸溶液內(nèi)溶解后進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶制得，由于原料費(fèi)用高，故相應(yīng)制造成本高。2000年，我院為吉林鎳業(yè)公司設(shè)計(jì)了1萬t/a精制硫酸鎳工程，2001年12月試生產(chǎn)，第一批產(chǎn)品即達(dá)到質(zhì)量要求，全流程暢通。該工程以鎳生產(chǎn)過程的高鎳锍為原料，采用一段常壓、二段加壓浸出，使鎳、銅、鈷得到徹底分離，并采取了一系列創(chuàng)新措施，控制Fe、Ca、Mg等雜質(zhì)在極微量的范圍內(nèi)（Ca、Mg<0.001%，F(xiàn)e<0.001%）。投產(chǎn)后僅4個(gè)月，精制硫酸鎳的產(chǎn)能、質(zhì)量和各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)值。生產(chǎn)成本大幅度降低，生產(chǎn)工藝和裝備都是國內(nèi)首創(chuàng)，整體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。
半導(dǎo)體材料—多晶硅
多晶硅是制造集成電路和太陽能電池的原材料，為信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)的基石，也是我國鼓勵(lì)發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)。
世界先進(jìn)的多晶硅技術(shù)由美、日、德三國掌握，他們嚴(yán)格控制技術(shù)轉(zhuǎn)讓并壟斷全球硅材料市場。我國多晶硅市場年需求3000噸以上，幾乎全部依賴進(jìn)口。我院從1983年開始研究開發(fā)先進(jìn)的多晶硅生產(chǎn)技術(shù)，十五期間在2000t/a三氯氫硅生產(chǎn)線、300t/a多晶硅高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范線和200t/a太陽能電池級多晶硅技改項(xiàng)目、1000t/a多晶硅高技術(shù)擴(kuò)建項(xiàng)目上推廣應(yīng)用，已形成了完整的、具備自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)體系。獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在如下方面：
1）四氯化硅氫化技術(shù)。將副產(chǎn)物SiCl4加氫轉(zhuǎn)化成三氯氫硅，返回系統(tǒng)使用；
2）還原尾氣干法回收工藝。將還原尾氣中的H2、HCl、SiCl4、SiHCl3一一分離，回收的SiHCl3送還原生長多晶硅，SiCl4送氫化系統(tǒng)，HCl氣體送三氯氫硅合成工序；氫氣返回還原爐生產(chǎn)多晶硅。將傳統(tǒng)的濕法淋洗工藝改為干法全回收工藝，從根本上解決三廢產(chǎn)生，降低物料消耗，解決了環(huán)境污染問題。
3）三氯氫硅粗餾和精餾連續(xù)加壓提純工藝，將提純精餾過程中低溫冷卻水改用普通循環(huán)水，減少設(shè)備投資和電耗，降低運(yùn)行成本。
4）三氯氫硅合成新工藝。包括氯化氫加壓合成，三氯氫硅合成產(chǎn)物加壓分離，合成尾氣全回收工藝，回收的氫氣和氯化氫混合氣體返回生產(chǎn)系統(tǒng)，從根本上解決合成工序環(huán)境污染問題。
5）還原過程熱能回收利用技術(shù)，回收還原過程中產(chǎn)生的熱能，使85%以上的副產(chǎn)熱能返回系統(tǒng)使用，降低系統(tǒng)能耗。
6）冷凍系統(tǒng)采用梯級熱交換方式，使冷量得到充分利用，降低能耗。
7）國家“863” 科技攻關(guān)項(xiàng)目支持的“24對棒大型節(jié)電還原爐成套裝置研究”，單臺設(shè)備產(chǎn)能超過2005年全國的總產(chǎn)量，還原系統(tǒng)采用特殊啟動(dòng)條件，多晶硅生長全過程采用計(jì)算機(jī)控制，大大降低還原電耗和生產(chǎn)成本。
自主知識產(chǎn)權(quán)的多晶硅高技術(shù)系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是：物料系統(tǒng)閉路循環(huán)、能量循環(huán)利用、原輔材料及電耗低。自主的技術(shù)路線使項(xiàng)目投資省，產(chǎn)品質(zhì)量高，建設(shè)與改造擁有主動(dòng)權(quán)。多晶硅生產(chǎn)成本可與國外公司抗衡，具有較大發(fā)展優(yōu)勢。
二、裝備水平的提高
隨著有色金屬火法冶煉技術(shù)的發(fā)展，富氧的應(yīng)用，冶煉強(qiáng)度不斷提高。為了適應(yīng)這種需要，冶金爐及相關(guān)裝備的設(shè)計(jì)也在不斷改進(jìn)和創(chuàng)新。
大型流態(tài)化焙燒爐。為了給濕法煉鋅準(zhǔn)備原料，鋅精礦需經(jīng)流態(tài)化焙燒。過去國內(nèi)只能設(shè)計(jì)小型焙燒爐。我院在消化吸收引進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上，根據(jù)國內(nèi)實(shí)際，加以改進(jìn)和創(chuàng)新，將流態(tài)化焙燒爐大型化。先后完成了多臺爐床面積109m2的焙燒爐的設(shè)計(jì)，并根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模完成了75 m2、60 m2、52 m2流化態(tài)焙燒爐的系列設(shè)計(jì)。開發(fā)設(shè)計(jì)了與之配套的拋料機(jī)、高效冷卻圓筒、流化態(tài)冷卻器等設(shè)備。目前，精礦流化態(tài)焙燒的所有設(shè)備均能自己設(shè)計(jì)和制造。
銅合成熔煉爐。上個(gè)世紀(jì)八十年代末期，在澳大利亞西方礦業(yè)公司的幫助下，我院設(shè)計(jì)了鎳合成閃速爐，在金川已生產(chǎn)十年。銅合成熔煉爐是在此基礎(chǔ)上吸取了近年來國內(nèi)外有關(guān)有色冶煉爐的最新技術(shù)成果，與金川公司冶煉廠技術(shù)人員合作設(shè)計(jì)并建成的世界上第一臺用于煉銅的合成爐。
提出此方案之初，受到了國內(nèi)外多方面的質(zhì)疑，我們仔細(xì)研究、分析銅熔煉與鎳熔煉的共性和差別，認(rèn)真對待，精心設(shè)計(jì)。采用了目前先進(jìn)的水冷技術(shù)，整體彈性骨架，合理的磚體結(jié)構(gòu)，高質(zhì)量的耐火材料，成熟的液壓傳動(dòng)電極和安全可靠、高效的導(dǎo)電裝置。所有這些，造就了銅合成熔煉爐的先進(jìn)性、可靠性，2005年8月的投產(chǎn)和幾個(gè)月生產(chǎn)實(shí)踐已經(jīng)充分證明了這一點(diǎn)。
頂吹熔煉爐。近幾年來，我院通過與國外公司的合作，通過消化引進(jìn)技術(shù)，已經(jīng)掌握了氧氣頂吹自熱爐煉銅、浸沒式噴槍富氧頂吹煉銅/煉鉛、浸沒式噴槍空氣頂吹煉錫等頂吹熔煉技術(shù)，正在研究開發(fā)設(shè)計(jì)浸沒式噴槍富氧頂吹鎳熔煉項(xiàng)目。對這些大型的頂吹爐的爐體鋼結(jié)構(gòu)、水冷技術(shù)、磚體設(shè)計(jì)、噴槍的夾持與提升等設(shè)備，不僅吸收了國外技術(shù)，而且有自己的研究與開發(fā)，在取得有關(guān)許可的前提下，我院已能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)大型、復(fù)雜的頂吹冶金爐，而且能夠保證技術(shù)先進(jìn)、安全可靠。
氧氣底吹熔煉爐。氧氣底吹熔煉──鼓風(fēng)爐還原煉鉛技術(shù)的核心設(shè)備為氧氣底吹熔煉爐。隨著該技術(shù)的推廣應(yīng)用，近年來，ENFI研究開發(fā)設(shè)計(jì)了φ3.8×11m，φ4.1×14m，φ4.4×16.5m，φ4.8×18m系列氧氣底吹熔煉爐，可以滿足不同規(guī)模的鉛冶煉、銅冶煉的要求。底吹爐結(jié)構(gòu)緊湊、密閉性好、操作方便，可有效的降低建設(shè)投資，提高硫的回收率，環(huán)保條件好。我院已掌握了大型底吹爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、磚體設(shè)計(jì)、合理地運(yùn)用水冷技術(shù)，這些技術(shù)的運(yùn)用可以保證底吹爐安全可靠地運(yùn)行，達(dá)到較長的爐壽命。我院還開發(fā)設(shè)計(jì)了不同規(guī)格的系列氧槍，可以滿足不同工藝和不同規(guī)模的使用要求。
新型襯鈦加壓釜。隨著加壓浸出技術(shù)在有色冶金中的應(yīng)用，加壓釜的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。從上世紀(jì)七十年代起，國外冶金工業(yè)用的加壓釜都是碳鋼外殼，內(nèi)搪鉛和襯耐酸磚以抗腐蝕，我院為金川公司和新疆阜康冶煉廠設(shè)計(jì)的加壓釜與此大同小異，其缺點(diǎn)是釜的有效容積利用率低，施工難度大，尤其是搪鉛的操作條件惡劣，故紛紛尋求設(shè)計(jì)制造釜的新材料和新結(jié)構(gòu)。適合工業(yè)應(yīng)用的耐蝕金屬材料首推鈦材，但鈦材接觸氧氣時(shí)易著火燃燒，若設(shè)計(jì)考慮不周，將引起重大安全事故，國外曾有過類似報(bào)道。我院技術(shù)人員深入研究了鈦材著火的機(jī)理，和生產(chǎn)企業(yè)、制造廠商共同研究，精心設(shè)計(jì)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)、抗硫酸腐蝕、可用氧浸出的臥式襯鈦加壓浸出釜系列，容積從20m3－200m3，可在溫度160-180℃、壓力2MPa條件下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，多室通氧攪拌，不間斷進(jìn)料和排料，過程自動(dòng)控制。與常壓浸出釜相比，生產(chǎn)效率和金屬回收率大大提高，尤其適應(yīng)于難溶浸的有色金屬礦物，可廣泛應(yīng)用于銅、鋅、鎳、鈷、金等金屬的濕法提取，為我國首創(chuàng)。
余熱鍋爐。余熱鍋爐是有色冶金的關(guān)鍵設(shè)備，發(fā)揮著降溫收塵、節(jié)能降耗等重要作用。冶金工藝對余熱鍋爐系統(tǒng)的可靠性要求很高，因此長期以來依賴進(jìn)口。通過消化引進(jìn)技術(shù)和自行研發(fā)相結(jié)合，我院在有色冶金余熱鍋爐技術(shù)方面處于國內(nèi)水平，由我院設(shè)計(jì)的余熱鍋爐完全可以替代國外引進(jìn)產(chǎn)品。
有色冶金煙氣一般黏結(jié)性大、含塵量高、腐蝕性強(qiáng)，影響著余熱鍋爐長期可靠地運(yùn)行。1997年我院自行研制開發(fā)了余熱鍋爐彈性振打清灰裝置，在中條山冶煉廠的2臺Ausmelt余熱鍋爐試用，取得良好的效果。隨后不斷改進(jìn)完善，目前已是第三代ZL產(chǎn)品，在“十五”期間我院設(shè)計(jì)的余熱鍋爐中，大規(guī)模地推廣應(yīng)用，獲得成功，推動(dòng)了我院余熱鍋爐技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
三、自動(dòng)控制水平上臺階
隨著現(xiàn)代化工業(yè)的飛速發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模日趨大型化，工藝過程愈趨復(fù)雜，對生產(chǎn)過程自動(dòng)化提出了更高的要求，有色金屬由于品種繁多，原料不一，工藝流程各異，因此對各種技術(shù)參數(shù)的檢測、控制及計(jì)算、工序之間的聯(lián)鎖及順控、設(shè)備的監(jiān)控和保護(hù)等要求尤為復(fù)雜并需具有較高的精確度。
近年來，我院在冶煉技術(shù)不斷取得新進(jìn)展的同時(shí)，十分關(guān)注自動(dòng)控制水平的提高，不僅很好地消化和吸收國外相關(guān)的自動(dòng)控制技術(shù)，還根據(jù)我們自己的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐，對其進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，主要體現(xiàn)在：
1）掌握國內(nèi)外檢測儀表和控制手段的最新動(dòng)態(tài)，選擇應(yīng)用各種先進(jìn)儀表和檢測元件，如環(huán)形給料機(jī)、質(zhì)量流量計(jì)、雷達(dá)物位計(jì)、智能型變送器等，保證了對各種復(fù)雜冶煉過程中多種工藝參數(shù)檢測及控制的準(zhǔn)確性和可靠性。
2）凡有條件的工業(yè)化項(xiàng)目均采用DCS控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。例如，吉林鎳業(yè)公司“1萬t/a精制硫酸鎳工程”，設(shè)計(jì)將工藝過程上的全部檢測和控制信號進(jìn)入DCS系統(tǒng)，操作員在控制室即可看到全部工藝參數(shù)的測量值，實(shí)施控制參數(shù)的設(shè)置和修改。同時(shí)在控制室可看到各工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并能對其進(jìn)行操作，使工藝過程實(shí)現(xiàn)了全部自動(dòng)化，特別是解決了以往難于解決的一些問題，如加壓釜液面自動(dòng)控制，加壓釜釜壓自動(dòng)控制等。
值此全國有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)大會(huì)召開之際，中國有色工程設(shè)計(jì)研究總院及中國恩菲工程技術(shù)有限公司全體員工向大會(huì)致以熱烈祝賀。本文僅僅簡要回顧了近年來我院在有色金屬工業(yè)科技創(chuàng)新及成果工程化方面所做的工作，雖然取得了一定的成績，但距時(shí)代的要求相差甚遠(yuǎn)。我們將在這次行業(yè)科技大會(huì)的鼓舞下，一如既往，努力奮斗，為進(jìn)一步推動(dòng)我國有色金屬工業(yè)科技與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展作出新的貢獻(xiàn)。
