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  當(dāng)“碳中和”“循環(huán)經(jīng)濟”這些熱詞頻繁出現(xiàn)在新聞里，當(dāng)智能工廠的機械臂在屏幕上靈活運轉(zhuǎn)，您是否好奇：這些改變工業(yè)格局的科技創(chuàng)新，到底藏著怎樣的秘密？9月，首個全國科普月如約而至，這場以“提升全民科學(xué)素質(zhì)、夯實科技強國基礎(chǔ)”為主題的科技盛宴，正邀請每個人走進科技的奇妙世界。

  銅在電子、數(shù)字與綠色經(jīng)濟領(lǐng)域中扮演著關(guān)鍵角色——一輛新能源汽車的用銅量，平均是傳統(tǒng)燃油汽車的四倍；無論是普通芯片，還是高精尖電子芯片，都離不開銅的支撐。正因如此，銅被譽為“電氣化和新能源的基石”“數(shù)字時代的血脈”，更有 “工業(yè)領(lǐng)域黃金”的美稱。

  您是否試想過，手機、電腦、家用電線與電器等日常用品中不可或缺的銅，是如何從深山礦石蛻變?yōu)榧兌雀哌_ 99.99% 的陰極銅？今天，中國瑞林將帶您走進火法銅冶煉的“魔法世界”，拆解從銅精礦到陰極銅的全流程，看看那些藏在生產(chǎn)線上的“黑科技”。

  一、原料解密：不起眼的銅礦石，藏著火法煉銅的密碼

  要了解煉銅，得先認識它的“原材料”——銅礦石。銅在自然界中主要以硫化礦和氧化礦兩種類型存在：硫化銅礦常用火法冶煉，氧化銅礦常用濕法冶煉，目前全球火法煉銅的產(chǎn)量約占世界銅總產(chǎn)量的80%。

  銅礦石的品位（即含銅量）是衡量其經(jīng)濟價值的重要指標(biāo)，一般來說，含銅量在0.2%以上的礦石具有工業(yè)開采價值。為了提高銅的冶煉效率，需要先對銅礦石進行選礦處理，通過破碎、磨礦、浮選等步驟，將銅礦石“濃縮”成銅精礦。濃縮后的銅精礦，含銅量能達到20%-40%，更適合后續(xù)的冶煉。

  不過，硫化銅礦的成分很復(fù)雜，除了含有銅的硫化物外，還含有鐵、硫、硅、鈣、鎂等元素以及少量的金、銀、鉑等貴金屬和砷、銻、鉍等雜質(zhì)。銅冶煉就是把銅從這些“雜物”里分離出來，現(xiàn)代火法煉銅工藝過程主要有四個關(guān)鍵步驟：造锍熔煉、銅锍吹煉、粗銅火法精煉和陽極銅電解精煉，最終產(chǎn)出純度達99.99%的陰極銅，這背后藏著一連串精密的物理化學(xué)反應(yīng)。

  二、造锍熔煉：銅礦石的“初次提純”，產(chǎn)出“冰銅”

  造锍熔煉是火法煉銅的“第一關(guān)”，其目的是將銅精礦中的銅和部分鐵的硫化物與脈石分離，形成一種叫“銅锍”（俗稱冰銅）的中間產(chǎn)物。目前主流的造锍熔煉工藝有兩種：熔池熔煉和閃速熔煉，中國瑞林在這兩種工藝里都有“拿手絕活”。

  側(cè)吹煉銅技術(shù)是現(xiàn)代熔池熔煉的主流工藝之一。該技術(shù)將爐料由上部加料口直接加入，兩側(cè)風(fēng)口吹入富氧空氣，爐料在翻騰的熔池中迅速完成氣、液、固相間主要反應(yīng)，并直接產(chǎn)出含銅75%的高品位冰銅。與傳統(tǒng)工藝相比，側(cè)吹煉銅優(yōu)勢明顯：原料適應(yīng)性強、無需預(yù)處理、投資少、占地面積小、建設(shè)工期短、作業(yè)率高、且環(huán)保效果好。
  閃速熔煉的特點是“快”——把銅精礦和富氧空氣一起，通過噴嘴噴進熾熱的反應(yīng)塔里。塔里溫度極高，物料能在瞬間完成傳熱、傳質(zhì)，化學(xué)反應(yīng)速度極快，所以叫“閃速”。這種工藝具有生產(chǎn)能力大、熱效率高、自動化程度高、環(huán)保效果好等優(yōu)點，在現(xiàn)代大型銅冶煉廠得到廣泛應(yīng)用。

  中國瑞林是國內(nèi)最早研究閃速冶金工藝和裝備的工程技術(shù)公司，在該領(lǐng)域擁有數(shù)十項專利技術(shù)，目前已完成全球十余座大型閃速煉銅工廠的設(shè)計，包括國內(nèi)首個銅閃速冶金工廠、首個“雙閃”（閃速熔煉+閃速吹煉）銅冶金工廠，同時也是中國第一家也是唯一一家設(shè)計了海外大型銅閃速冶金工廠的公司。

中國瑞林在印尼設(shè)計建成的大型閃速煉銅工廠

  三、銅锍吹煉：給“冰銅”“瘦身”，得到粗銅

  造锍熔煉得到的冰銅，還含有不少鐵和硫。銅锍吹煉的任務(wù)，就是給冰銅“瘦身”——通過氧化反應(yīng)去掉鐵和硫，最終得到“粗銅”。這時候的粗銅，含銅量能達到98%-99%，但還殘留著金、銀、鉛、鋅等雜質(zhì)，需要進一步處理。
  目前常用的吹煉工藝主要有三種，它們各有特點：

  傳統(tǒng)P-S轉(zhuǎn)爐吹煉：成熟但有短板

  傳統(tǒng)工藝用的是P-S轉(zhuǎn)爐，優(yōu)點是技術(shù)成熟、操作簡單、耗氧少，但缺點也很明顯：存在周期性作業(yè)，吹煉煙氣量及濃度大幅度波動，不利于煙氣制酸，且逸散的煙氣收集困難，低空污染嚴重，環(huán)保壓力大。

  閃速吹煉：規(guī)模效益突出

  閃速吹煉與閃速熔煉相似，不同之處在于閃速吹煉處理的是閃速熔煉產(chǎn)出的冰銅，產(chǎn)出的是粗銅。與轉(zhuǎn)爐吹煉相比，具有生產(chǎn)過程連續(xù)穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高（一臺閃速吹煉爐可代替多臺轉(zhuǎn)爐）、煙氣量少且穩(wěn)定（有利于節(jié)省制酸成本）等優(yōu)勢。不過，由于冰銅顯熱未能完全利用等不足，需通過充分發(fā)揮單條生產(chǎn)線能力大的特點，才能凸顯其規(guī)模效益。

  “側(cè)吹+頂吹”連續(xù)煉銅：方興未艾

  這是中國瑞林的又一“拿手絕活”——在側(cè)吹爐中產(chǎn)出高品位冰銅，通過溜槽直接自流進入頂吹爐吹煉產(chǎn)出粗銅，實現(xiàn)從熔煉到吹煉的連續(xù)生產(chǎn)。既解決了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐工藝“斷斷續(xù)續(xù)、煙氣難收集”的問題，還能讓高品位冰銅“趁熱”連續(xù)吹煉，實現(xiàn)了“流程短、投資少、成本低、更環(huán)保”的目標(biāo)。

  2019年，中國瑞林將“側(cè)吹+頂吹”技術(shù)用在廣西南國銅業(yè)一期年產(chǎn)30萬噸銅冶煉項目中，首次實現(xiàn)了“側(cè)吹+頂吹”技術(shù)的大規(guī)模工程化應(yīng)用。此后，由于其突出的優(yōu)勢，該技術(shù)在國內(nèi)外得到迅速推廣應(yīng)用，目前國內(nèi)利用該技術(shù)已建成9條銅冶煉生產(chǎn)線。

  四、火法精煉：給粗銅“精修”，鑄成陽極板

  經(jīng)過銅锍吹煉產(chǎn)生的粗銅中還含有鉛、鋅、砷、銻等雜質(zhì)，火法精煉就是給粗銅“精修”——在陽極爐里進一步去除這些雜質(zhì)，將粗銅精煉成精銅，銅水則通過圓盤澆鑄機鑄成陽極板（陽極銅），陽極板含銅約99.3%，為下一步電解做準(zhǔn)備。

  中國瑞林在這一步也有自主研發(fā)的技術(shù)：

  回轉(zhuǎn)式陽極爐：結(jié)構(gòu)可靠、自動化程度高、可控性強，處理量大，能高效去除雜質(zhì)產(chǎn)出陽極銅；中國瑞林曾研發(fā)并供貨了目前世界上最大的回轉(zhuǎn)式陽極爐。

  機器人取板圓盤澆鑄機：功能齊全，能定量澆鑄、噴淋冷卻、提取廢陽極、取板運送，甚至給澆鑄模具噴保護涂層。全球首套“雙26模”大產(chǎn)能圓盤澆鑄機，便由中國瑞林研制，其中機器人取板技術(shù)同樣是公司專利。

  五、電解精煉：銅的“終極提純”，產(chǎn)出陰極銅
  電解精煉是銅冶煉的“最后一關(guān)”，在直流電的作用下，電解液中的銅離子在陰極上析出得到金屬銅，而其它陽極板中的微量雜質(zhì)（如鎳、砷、銻、鉍等）因為電位較負而不能在陰極上析出，留在電解液中，從而達到銅和其它雜質(zhì)分離的目的。電解過程讓銅的純度提升到99.99%，最終得到符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的“陰極銅”。

  目前，全球應(yīng)用較為廣泛的電解精煉工藝為永久性不銹鋼陰極電解工藝。該工藝是用不銹鋼板作為陰極基體，通過電解過程在不銹鋼表面沉積純銅，后續(xù)將純銅剝離得到“陰極銅”，這種技術(shù)成熟、操作穩(wěn)定、陰極銅質(zhì)量均勻，不銹鋼陰極可重復(fù)使用（壽命5-8年）。常規(guī)的不銹鋼陰極電解工藝的電流密度一般控制在280-330A/m²，當(dāng)進一步提高電流密度時，將產(chǎn)生嚴重的濃差極化和陽極鈍化等現(xiàn)象，影響陰極銅質(zhì)量。如何提高銅電解的電流密度，已成為常規(guī)不銹鋼陰極電解工藝的瓶頸。

  為解決這一技術(shù)難題，中國瑞林創(chuàng)新研發(fā)了雙向平行流高電流密度電解技術(shù)。該技術(shù)將銅電解電流密度提高至400A/m²及以上，不僅提高了電解生產(chǎn)效率，還可以減少20%的電解槽數(shù)量及不銹鋼陰極板、導(dǎo)電排等配套裝置，縮短廠房長度，節(jié)約用地，綜合投資降低10%以上，陰極出槽周期縮短至6天，并穩(wěn)定產(chǎn)出合格高純陰極銅。

中國瑞林設(shè)計的大型銅冶煉廠電解機組

  雙向平行流高電流密度電解技術(shù)先后獲得中國有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎及江西省科學(xué)技術(shù)進步二等獎，并成功應(yīng)用于國內(nèi)多家大型銅冶煉廠。

  從深山里的銅礦石，到能用于電子設(shè)備的99.99%高純陰極銅，火法煉銅的每一步，都是科技賦能工業(yè)的生動體現(xiàn)。在這一全鏈條生產(chǎn)工藝中，中國瑞林不僅以閃速煉銅、“側(cè)吹 + 頂吹” 連續(xù)煉銅、雙向平行流高電流密度電解等核心技術(shù)，創(chuàng)新了從銅精礦到陰極銅的高效冶煉路徑，更通過多維度技術(shù)創(chuàng)新構(gòu)建起“綠色+ 智能”的完整體系，如面向有色產(chǎn)業(yè)鏈全流程數(shù)智化整體解決方案NDI產(chǎn)品，通過實時數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)工藝數(shù)字化、裝備智能化等功能，為銅冶煉工廠裝上了“智慧大腦”。還有非衡態(tài)高濃度SO₂轉(zhuǎn)化煙氣制酸、H₂S氣體法連續(xù)處理含砷污酸等技術(shù)，實現(xiàn)了污染物“變廢為寶”。

中國瑞林NDI工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺

  從核心工藝突破到環(huán)保、智能技術(shù)補位，中國瑞林以“全鏈條技術(shù)創(chuàng)新”為全球有色金屬行業(yè)提供了“效率更高、成本更低、環(huán)境更友好”的“瑞林方案”。