本文作者：蒋继穆，1939年生，教授级高工。全国工程勘察设计大师，享受国务院特殊津贴，曾任中国有色工程设计研究总院副院长兼总工程师、技术委员会主任、中国有色金属学会常务理事、中国硫酸协会副理事长、中国钨业协会理事等职务。现任中国恩菲工程技术有限公司高级顾问专家。作者简介:蒋，，1939年出生，教授级高级工程师。国家工程勘察设计大师，享受国务院特殊津贴。曾任中国有色工程设计研究院副院长、总工程师，技术委员会主任，中国有色金属学会常务理事，中国硫酸协会副理事长，中国钨业协会理事。现任中国恩飞工程技术有限公司高级顾问、专家。

此后，将氧气底吹技术应用于有色金属冶炼的设想也应运而生。然而，氧气底吹技术在钢铁冶炼中的应用与在有色金属冶炼中的应用有很大不同:

氧气底吹技术的目的是去除铁水中的硫、磷、硅等杂质，控制碳含量。可以同时加入废钢进行熔化和回火，生产各种等级的碳钢，也可以在钢水中加入其他金属或合金，生产各种等级的合金钢。冶炼过程是间歇的，炉内气氛在氧化和还原之间周期性变化，冶炼渣率和发烟率很低，成品率超过95%。

氧气底吹熔炼有色金属，该过程多为连续操作。炉内气氛不是氧化就是还原，稳定性要求高。冶炼产品以炉渣为主，主要金属产品难以超过50%，烟率因原料不同而波动。此外，有色金属的原料往往是多金属共生矿，难以彻底分选，冶炼过程需要考虑多金属的综合回收，因此有色金属冶炼的反应机理比钢铁冶炼更复杂。

正因为如此，氧气底吹炼钢的成熟技术不能简单地移植到有色金属领域，需要根据不同金属品种的不同特点进行开发。

2.1973年，两位美国教授提出了将氧气底吹技术应用于铜冶炼的设想，被称为& ldquoSL炼铜法& rdquo中试之后，我们申请了专利，但是中试没有成功。

1974年，德国鲁奇公司受SL炼铜法的启发，申请了QSL氧气底吹一步炼铅专利，并于1984年进行了工业化示范试验。

在我国，20世纪80年代，为了淘汰环境污染严重的烧结& mdash传统的鼓风炉炼铅工艺，对清洁工艺的需求十分迫切。当时各国都在进行新的炼铅技术研究，但大多是一步或一步炼铅，引入中国会带来一些工程上的问题，成本也比较高。

以提高中国有色冶炼技术的自主创新和技术适用性为使命，中国恩飞工程技术有限公司(以下简称& ldquo中国恩飞& rdquo)前任& mdash& mdash北京有色冶金设计研究院提出R&D & ldquo；氧气底吹熔炼& mdash电热还原炼铅& rdquo新技术的假设。

1983年，经国家科委批准，本课题被列入国家& ldquo五、& rdquo科技攻关计划，由中国恩飞、水口山矿务局(现湖南水口山有色金属集团有限公司前身，以下简称& ldquo水口山& rdquo)牵头，北京矿冶研究总院、北京钢铁研究总院、中南工业大学、中科院化工冶金研究所、西北矿冶研究总院等工业企业参与，组成公关团队共同开展调研。1985年底，在水口山建成年产3000吨粗铅的底吹熔炼& mdash电还原炼铅成套半工业试验装置。到1987年底，共进行了17批试验，冶炼了近900吨铅精矿，生产了340多吨粗铅。实验表明，氧气底吹熔炼炉除氧枪寿命短这一突出问题外，其他指标都比较理想。电加热还原系统受资金限制，施工简单，还原剂煤粉的供应是临时措施，难以满足试验要求，不能产生合格的废渣。1987年11月，实验告一段落。

随后，为尽快解决铅冶炼污染严重的问题，我国引进了德国鲁奇公司的QSL一步炼铅工艺，在甘肃白银有色金属公司(现白银有色金属集团前身)建设了世界上第一个氧气底吹有色金属项目，并于1994年投入试生产。但由于一些不成熟的技术和经济原因，该项目投产后不久就关闭了。

事实表明，截至上世纪末，氧气底吹技术在我国有色冶炼领域的应用，无论是自主研发还是引进消化，都没有取得成功，这无疑进一步证明了该技术在有色冶炼行业的应用难度相当大。

03.但是恩飞人的研究还在继续。

中国恩飞的专家团队在分析水口山氧气底吹试验和白银公司QSL氧气底吹一步炼铅失败的原因时，发现问题的关键点在于还原阶段。

烧结& mdash高炉炼铅工艺的主要污染点是烧结过程中，二氧化硫的逸出和烧结块返粉破碎造成粉尘飞扬。而如果采用氧气底吹熔炼技术代替铅精矿烧结，将熔炼渣锭送入高炉还原，不仅可以有效解决铅冶炼和液态高铅渣还原的环保问题，还可以将铅厂原有的高炉还原设施保留下来，在改造工程中继续使用，从而大大降低改造成本。这无疑为R&D提供了一个新的思路..

1997年，中国恩菲提出了氧气底吹熔炼新技术——高炉还原炼铅。由中国恩菲牵头，河南豫光金铅冶炼厂、安徽池州冶炼厂、浙江温州冶炼厂共同出资，利用水口山原有氧气底吹试验装置和1.5平方米小高炉，进行了氧气底吹熔炼-高炉还原炼铅新工艺半工业试验。重点解决了高炉还原高铅渣锭时高炉渣中铅含量高的问题，一举成功。

在此基础上，中国恩飞于2002年分别在安徽池州冶炼厂和河南豫光金铅冶炼厂建设了年产3万吨和5万吨粗铅的示范生产线。随后，两条生产线稳定运行，产能迅速提升至年产5万吨和8万吨粗铅。粗铅生产的单位能耗高于传统烧结& mdash高炉工序减少50%，硫回收率提高到96%以上，硫捕集率达到99%以上。有效解决了传统工艺带来的低二氧化硫空污染和含铅粉尘飞扬的问题。

氧气底吹熔炼& mdash高炉还原炼铅新工艺有效改善了炼铅生产环境，提高了银回收率，降低了投资成本，得到了生产企业的高度评价。该工艺获得了2003年中国有色金属工业科技进步一等奖和2004年国家科技进步二等奖。在推广应用过程中，被九部委指定为我国铅冶炼工艺的首选。

04.恩飞人的脚步从未停止。

推广应用氧气底吹熔炼& mdash在高炉还原炼铅新工艺中，出现了新的要求:该工艺应用于老厂改造工程时，可以继续利用原有的高炉系统，因此节约投资成本的优势明显。但在新建项目中，应用该技术不仅会浪费熔体的物理热，还会增加铸锭工序，增加厂房面积和投资，并非最佳选择。

为此恩飞人不断研发推出氧气底吹熔炼& mdash炉渣直接还原工艺降低了能耗，省去了铸锭工序，还可以选择更便宜的还原剂来代替高炉使用的焦炭，大大降低了生产成本。

2005年，中国恩飞申请了科技部支持的高铅液态渣直接还原研发项目，被列为国家重大产业技术发展项目。目前，中国恩飞已开发出三种工艺，即用粒煤还原焦炉煤气的侧吹炉、用粒煤或碎焦还原天然气的底吹炉和竖炉电还原焦炭。前两个已经成功在济源金利投产，产能20万吨/年，是国内最大的氧气底吹熔炼& mdash侧吹还原炼铅生产线，10万吨/年双底吹炼铅生产线在河南岷山建成投产。

用氧气底吹直接还原热渣形成的第二代炼铅工艺类似于第一代氧气底吹熔炼& mdash与高炉炼铅工艺相比，能耗降低30%，吨铅成本降低100元以上。第二代炼铅工艺具有投资少、能耗低、环保性好、操作方便灵活、原料适应性强、生产成本低等优点。，主要指标达到世界领先水平。

总的来说，氧气底吹炼铅技术在我国已经得到了广泛的应用和推广。截至2014年，包括老厂改造或新建项目在内，全国已有42条生产线采用了氧气底吹炼铅技术。

05.从氧气底吹炼铅技术的研发到第一条生产线的成功产业化，历时19年。此后12年，该技术不断推广应用，总产能达400万吨/年，占全国铅冶炼总产能的87%，并出口国外建厂投产成功。一项技术能如此迅速地推广应用，在世界冶金史上是罕见的。

与传统工艺相比，氧气底吹炼铅工艺每年可节约标准煤近150万吨，减少二氧化硫排放近20万吨，每年可增加效益约4亿元。氧气底吹技术在铅冶炼中的开发和应用，彻底改变了我国铅冶炼的落后面貌。目前，中国铅产量已占世界总产量的2/3，行业竞争力已跃居世界第一。

此后，中国恩飞在技术应用过程中，与生产企业联合开发了许多开创性的应用技术:在河南万阳项目中，打破常规，取消了还原炉后的电加热前床，开发了三炉连续炼铅，使炼铅工艺更简单、能耗更低、劳动生产率更高；河南豫光金铅项目采用铅精矿处理铅蓄电池膏，不仅节能效果更好，而且能更合理有效地回收硫酸铅中的硫，为再生铅的回收开辟了一条新途径。河南省岷山项目利用铅精矿处理高炉炼铁和电炉炼钢产生的含铅锌粉尘，将含锌高达20%的还原渣送入烟化炉再次回收锌，充分综合利用了资源，取得了良好的经济效益。山东恒邦项目采用铅精矿处理氰化渣或含金黄铁矿回收贵金属，大大降低了黄金冶炼成本，开辟了黄金冶炼新途径。

06.将氧气底吹技术应用于铜冶炼的探索始于1990年。当时我国恩飞和水口山联合使用水口山氧气底吹炼铅试验装置进行炼铜试验，用铜精矿处理水口山砷含量高的康家湾含金黄铁矿，被称为& ldquo做锍抓金& rdquo。实验持续了217天，进展非常顺利。它于1991年正式建成，并取得了理想的效果。1992年，中国恩菲夺冠& ldquo底吹熔池炼铜法及其设备& rdquo专利授权。在1993年，& ldquo水山炼铜法& rdquo获部级科技进步一等奖。随后，国内三家企业要求按此工艺建厂。但由于测试的粗铜规模在3000吨/年以下，我国也有明文规定，禁止新建年产5万吨/年以下的铜冶炼厂& mdash& mdash3000吨/年一步扩容至5万吨/年，扩容比远超常规允许值10:1。有一段时间，该工艺在中国失去了工业化应用的可能性。正因如此，越南圣泉大隆1万t/a铜冶炼厂成为世界上第一个氧气底吹铜冶炼工业生产项目。该项目于2007年底顺利投产，为后续在国内建设规模超过5万吨/年的氧气底吹炼铜厂提供了可靠的基础。

从2007年到现在，8年时间里，国内已有10个氧气底吹炼铜项目投产。其中最大单系列加工精矿150万吨/年，相当于年产40万吨粗铜。它是世界上最大的单系列铜冶炼厂之一(图5)。该项目于2015年12月中旬达产。还有很多氧气底吹炼铜项目在设计和建设中，中国恩飞也为国外很多企业进行了可行性或预可行性研究和设计。

07.氧气底吹冶炼成功后，传统转炉技术的局限性在吹炼环节凸显。转炉吹炼是间歇操作，有三大缺点:(1)铜锍用包子运入转炉存在严重的低二氧化硫空污染问题；(2)转炉间歇运行造成烟气量和烟气中二氧化硫量波动较大，不利于后续制酸；(3)间歇运行的炉衬热震频繁，炉龄短。

为解决上述问题，中国恩飞于2009年向科技部提出申请& ldquo氧气底吹连续炼铜清洁生产工艺关键技术及装备研究& rdquo，批准并列为国家863研发项目。为此，团队与中南大学、北京科技大学、东北大学等高校围绕氧枪结构、氧枪布置、渣型、反应机理、渣稀释等课题开展了大量扎实的研究工作，重点开展了计算机模拟、水模型和基础理论相关的小型实验。在此基础上，恩飞团队于2012年在豫光金铅完成了铜锍底吹连续吹炼的冷半工业试验，在山东东营方圆完成了铜锍底吹连续吹炼的热半工业试验，顺利完成了国家863计划，为后续技术的工业应用奠定了坚实的基础。2014年，世界首条氧气底吹连续炼铜工业示范生产线建成，生产出首批合格阳极板。消息一出，业界再次轰动。

氧气底吹连续炼铜工业示范生产线采用氧气底吹熔炼& mdash铜锍底吹连续吹炼工艺。氧气底吹熔炼生产的高品位铜锍热态流入氧气底吹连续吹炼炉，从炉底氧枪吹入富氧空气体，使铜锍中的铁氧化成渣，炉内熔体形成粗铜层、白铜锍层和渣层。粗铜钻渣溢出，吹炼的吹炼过程是连续的。最终实现了中国恩飞在2006年专利申请中提出的技术思路。更重要的是，在氧气底吹炼铜技术不断升级的过程中，我国成为世界上炼铜炼铅技术最全、设计能力最强、运行效率最高、环保效果最好的国家，真正实现了从追赶到领先的伟大跨越。

08.为什么这项技术研发成功后能这么快推广应用？作为技术发展的见证者，我认为氧气底吹炼铜技术优于其他先进的炼铜技术。主要体现在以下几点:

1.最低能耗

氧气底吹技术与顶吹、诺兰达、特尼恩特、三菱等铜冶炼工艺相比，氧气浓度更高，烟气量更低，烟气带走的热量更少。与闪速熔炼、瓦努科夫熔炼、金丰熔炼等高氧浓度铜冶炼工艺相比，底吹炉由于不需要大量水冷元件，热损失较少。氧气底吹熔炼的反应机理不同于所有其它工艺，可分为五个区域。氧气从炉底参与铜锍反应，铜锍作为氧气的载体作用于精矿，完成造渣反应。因此，氧气底吹熔炼造渣反应的氧势低，渣中的铁多为氧化亚铁，渣的熔点低，同温粘度低，不易形成泡沫渣，降低了跑炉事故的概率。高铁渣型可用于冶炼，加入二氧化硅的熔剂率相应低于其他工艺。所以在同样的产能下，要冶炼的物料量最少，消耗的能源也最少。

2.铜的回收率最高

如1所述，氧气底吹熔炼的熔剂率最低，渣率最低，炉渣选矿后的弃渣量最低，弃渣带走的铜最少，铜的回收率自然最高。

3.流程短、冶炼强度高、投资少。

如上所述，能耗是最低的，所以氧气底吹熔炼是唯一一种不需要烘干精矿和外加燃料就可以直接在炉内熔炼的铜熔炼工艺。与闪速法、特尼恩特法和三菱法相比，省去了精矿干燥工序、粉末熔剂制备系统和电热沉降分离炉。与ISA和OSMET顶吹工艺相比，无需圆盘造粒、煤粉制备或供油系统、电热沉降分离炉，流程短。另外，炉体是卧式的，厂房配置低，没有水冷元件，所以整体投资低。

4.对原材料适应性强

在熔炼过程中，通过气体自下而上的强烈搅拌，低沸点伴生元素的化合物，如砷、锑、铅、锌等。，混合在铜精矿中的粉尘更容易进入并与主要金属分离。高沸点的贵金属经铜锍自下而上反复洗涤后，能很好地在铜锍中熔化富集。实验表明，在氧气底吹熔炼过程中，砷的脱除率达95%以上，金银的捕集率达99%。

5.良好的环保条件

湿精矿直接入炉，湿精矿输送和入炉过程中不产生粉尘；炉体密封良好，负压运行，不漏烟；所有收集的烟尘都用空气体密闭输送。

6.内衬使用寿命长，运转率高。

底吹氧气自下而上流动，炉内熔体由中心向两侧缓慢转向，不直接冲洗炉体。炉衬寿命一般在3年以上，氧枪寿命高达半年，开工率一般可达95%以上。

09.上述技术优势无疑是氧气底吹炼铜技术迅速普及的重要原因，另一个不可或缺的条件是中国恩飞自身的技术实力。

自1953年成立以来，60多年来，中国恩飞积累了丰富的工程经验、雄厚的技术实力和优秀的人才队伍，这些无疑为公司开展技术研发提供了重要的支持和保障。在战略层面，根据上级单位要求，中国恩飞根据发展实际和行业前瞻性判断，制定科技发展规划，明确方向和目标；在机构层面，中国恩飞设有以恩飞研究院和技术发展部为首的R&D组织部，依托院士专家工作站平台和在公司设立的两个博士后研究中心，培养R&D骨干人才；在机制层面，中国恩飞明确规定公司收入的3%以上投入科技开发，提供资金保障。此外，建立和完善对发明创造、专利发明人和R&D工作有贡献者的激励机制，提高员工科技创新的积极性。

氧气底吹技术由于具有投资少、能耗低、环保性好、回收率高、生产成本低等优点，引起了行业内外的极大关注，尤其受到生产厂家的广泛好评。中国恩飞研发的新技术、新工艺、新设备在产业化应用中均成功投产，不仅给了用户极大的应用信心，也给了恩飞团队不断突破的动力。

随着氧气底吹技术的深入研究，中国恩飞的科研设计人员继续以先进可靠为目标，围绕配套设施进行开发，取得了许多新的创新成果:如冶金炉设计团队开发了从氧气底吹到炼铜，再到铜锍连续底吹的十几个规格的底吹炉，物料处理能力从5万吨/年到150万吨/年，均一次性投产成功。热能工程专业为氧气底吹熔炼新工艺开发余热锅炉。目前已获得国家专利20余项，其中发明专利12项。整体技术处于国内领先水平；硫酸专业设计的硫酸装置集成应用了国内外硫酸生产新技术，特别是在中低温热能利用、废酸回收、尾气脱硫等方面。取得了重要进展，大大降低了硫酸生产的能耗和成本，有效改善了冶炼环境。

10.未来，为了进一步实现资源利用最大化、环境影响最小化、能耗最小化和工艺设备智能化的目标，中国恩飞将继续开展技术研发和应用拓展的研究，主要包括以下几个方面:

1.纵向和横向拓展氧气底吹技术应用领域，开展复杂难回收资源铜、铅回收、镍、锌及稀有贵金属回收、冶炼固体废渣处理、重金属污染土壤环保治理、城市固体废物处理等方面的应用研究；

2.在充分满足目前世界上最先进的环境影响的前提下，进一步优化整个系统，进行未来发展的环境适应性研究，以满足未来30年的要求& mdash50年环境影响国际更高标准要求；

3.开展设备大型化、智能化研究，使该工艺成为国际有色金属冶炼的首选。

氧气底吹技术是中国恩飞联合工业企业共同开发的自主技术，也是我国有色金属工业完全自主开发的重要技术。中国恩飞和业界同仁都肩负着提高技术应用水平、扩大技术应用范围的神圣使命。上述研究也将为氧气底吹技术的应用开辟更广阔的天地。中国恩飞将充分发挥其国家有色冶金工程队的责任，将氧气底吹熔炼技术打造成铜、铅、镍、锌等国家基础金属产业转型发展的关键支撑技术，提升国家有色金属产业国际竞争力的核心保障技术，以及产能和装备制造的国际合作。