秘魯南部伊洛冶煉廠艾薩爐渣化學組成的變化

鄭寧 摘譯

（中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京100038）

秘魯南部伊洛冶煉廠艾薩爐渣化學組成的變化

鄭寧 摘譯

（中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京100038）

自2007年2月，伊洛（Ilo）銅冶煉廠開始采用一臺艾薩爐作為單一冶煉設(shè)備（1 200 000 t/a）進行作業(yè)。由于冶煉熔池的不斷攪拌，冰銅和爐渣（鐵橄欖石）定期同時排入兩臺回轉(zhuǎn)保溫爐。用這兩臺爐子進行相分離，允許棄渣和冰銅分別倒出。

伊洛冶煉廠已經(jīng)在逐步減少石灰和二氧化硅的添加，來減少艾薩爐產(chǎn)生的爐渣總量。當SiO2/Fe比從0.82下降至0.72時，暫?！柏愵悺比蹌┑奶砑?，以保持渣中磁鐵礦含量在8%～10%之間。熔池溫度控制在1 185℃左右，冰銅品位為Cu 61%～62%。

艾薩爐渣化學組成的調(diào)整減少了銅損失，提高了爐子熱量。本文中陳述了爐渣化學組成調(diào)整的相關(guān)數(shù)據(jù)和結(jié)果。

火法冶煉；銅；爐渣化學組成；艾薩法

0 簡介

2007年2月秘魯南部銅業(yè)公司采用一臺艾薩爐作為單一的主要冶煉設(shè)備投產(chǎn)，同時配置兩臺回轉(zhuǎn)保溫爐“RHFs”。圖1為該冶煉廠流程圖。

艾薩法為熔池熔煉工藝，在立式耐火襯里爐膛內(nèi)進行，其中一支特殊設(shè)計的浸沒燃燒噴槍插入熔池中的熔融物料。銅精礦和熔劑連續(xù)給入爐子；富氧空氣通過噴槍噴入熔池中，引起熔池劇烈攪拌和快迅反應(yīng)。

熔池內(nèi)主要是熔融的硅酸鐵渣和冰銅。由于熔池的不斷攪拌，冰銅和爐渣定期從一個排放口經(jīng)水冷銅溜槽一起排入兩個回轉(zhuǎn)保溫爐中的一個。這樣，回轉(zhuǎn)保溫爐就需要進行相分離，允許貧化渣和冰銅分別倒出。同時，回轉(zhuǎn)保溫爐在艾薩爐連續(xù)操作和PS轉(zhuǎn)爐熔池間歇運行之間起到緩沖作用。

艾薩爐渣的設(shè)計規(guī)?？紤]二氧化硅對鐵比為0.88，二氧化硅對石灰比為7.0。添加“貝類”作為石灰熔劑的目的是降低爐渣的黏度?？紤]到生產(chǎn)效率、耐火磚磨損和渣中的銅損失，確定冰銅品位為62%Cu，熔池溫度為1 180℃。

2007年下半年，對艾薩爐渣的化學組成進行了第一次調(diào)整，主要目的是避免未溶解的二氧化硅殘留在艾薩爐中。

1 基本原理

艾薩爐渣化學組成是根據(jù)圖2調(diào)整的。圖2中，氧分壓為10-8.4atm，Al2O3含量固定為6 wt.%時，可以預測渣液的溫度，其SiO2濃度在30～50wt.%之間。為陳述方便，所有氧化鐵都重新計算成“FeO”，圖形中的組分用CaO/（CaO+FeO+SiO2），F(xiàn)eO/（CaO+FeO+ SiO2）以及SiO2/（CaO+FeO+SiO2）的重量比表示。同時為了方便用了CaO/SiO2和SiO2/FeO表示。

圖2為第一輪爐渣化學組成調(diào)整的結(jié)果。黑圈代表設(shè)計成分（SiO2/Fe=0.88和SiO2/CaO=7.0），預測渣液溫度1 200℃左右。經(jīng)過第一輪爐渣化學組成的調(diào)整，SiO2/Fe比下降到0.82，有必要將SiO2/CaO比從7.0提高到7.5，以保持渣液溫度接近1200℃（紅圈）。這種變化意味著減少艾薩爐中二氧化硅和“貝類”這兩種熔劑的添加量。

圖1 伊洛冶煉廠流程圖

圖2 Al2O3-CaO-’FeO’SiO2系統(tǒng)中的渣液PO2=10-8.4 atm，Al2O3=6%

爐渣化學組成調(diào)整過程中，熔池的操作溫度保持在1 185℃左右，冰銅品位在61%左右。調(diào)整后，爐渣含銅量保持在歷史值（0.83+0.4%）。這種調(diào)整的主要好處是，渣量顯著減少，但如果渣中二氧化硅和石灰含量進一步降低，效果可能會更好。

因此，圖2三元圖中顯示的綠圈代表艾薩爐渣化學組成調(diào)整的目標成分。

不用提高渣液溫度而減少二氧化硅和石灰含量，可通過石灰和二氧化硅的相互作用來解釋。氧化鈣量增加時，會消耗渣中的部分二氧化硅，通常會阻礙磁鐵礦的形成。可以解釋為渣液中CaO-SiO2的相互作用比FeO-SiO2的相互作用要強。換句話說，如果二氧化硅的量不夠，CaO可促使磁鐵礦的形成，以增加渣液量。

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另一方面，眾所周知CaO在較低的溫度下增加了液態(tài)渣量，因此有可能促進艾薩爐中氧氣的傳質(zhì)機理，提高熔煉熔池中的氧氣利用率。

2 艾薩爐渣化學組成的變化

為了減少艾薩爐產(chǎn)生的渣量，秘魯南部銅業(yè)公司已經(jīng)建立了試驗廠，致力于減少CaO的含量及同時減少加入爐子的二氧化硅量，在正常操作值時維持熔池溫度和冰銅品位。

2.1 工廠試驗方法

爐渣中CaO和SiO2是逐步減少的。表1為艾薩爐的“貝類”熔劑添加量減少計劃，直至試驗完全結(jié)束。

表1 貝類熔劑添加量的減少計劃（精礦給料速度為160 t/h）

爐子加入二氧化硅熔劑是為了維持渣中磁鐵礦含量在8～10%之間（由SATMAGAN磁分析儀獲得的歷史參考數(shù)據(jù)）。

根據(jù)圖2的模型顯示，由于新渣液的預期溫度為1 200℃左右，所以熔池的溫度控制在1 185℃左右。

仔細監(jiān)控熔池溫度來控制渣的黏度，避免發(fā)生排放問題和銅損失。由于爐子的渣量會減少，氧氣的利用率也要監(jiān)控。

2.2 結(jié)果和討論

圖3回轉(zhuǎn)保溫爐渣中的SiO2/Fe比和相應(yīng)的CaO含量

圖4 顯示了爐渣中CaO含量和相應(yīng)的銅和磁鐵礦含量。圖中可見CaO趨于減少時，渣中磁鐵礦和銅的含量也會略微減少。

圖4 回轉(zhuǎn)保溫爐渣中的CaO含量對應(yīng)銅和磁鐵礦的含量

停止往爐里添加“貝類”熔劑后，SiO2/Fe比平均下降到0.72，同時SiO2/CaO比高于20，而且主要取決于熔煉精礦中的石灰含量。艾薩爐熔劑消耗量減少，導致渣量下降了6%左右。渣量的減少又延長了爐渣在回轉(zhuǎn)保溫爐中的停留時間。

在圖5中，可以看出當爐渣中SiO2/Fe比下降時，渣中CaO含量也相應(yīng)減少，磁鐵礦含量也略微減少。這種效果可以解釋為，較多的SiO2游離在熔融渣中，也表明了添加到爐里的CaO把SiO2從爐渣中“搶”走了。

圖5 艾薩爐中SiO2/Fe比和相應(yīng)的磁鐵礦含量

在圖6的第一個直方圖中，中斷添加“貝類”熔劑到艾薩爐中，爐渣的含銅量平均從0.87下降到0.77。第二個直方圖也顯示了停止添加石灰后，渣中磁鐵礦含量也略有下降。

圖7顯示了艾薩爐棄渣含銅量。該工廠試驗始于去年12月底，今年3月份停止添加“貝類”溶劑。

銅損失減少是因為，渣量減少導致爐渣在回轉(zhuǎn)保溫爐中的停留時間增加；以及渣中磁鐵礦含量減少導致渣的黏度降低。然而，爐渣黏度并沒有顯著變化，而且在爐渣化學組成調(diào)整前后，排渣次數(shù)都一樣。

圖8顯示了艾薩爐耐火磚的磨損率并未隨著爐渣化學組成的變化而改變，這就意味著渣液的溫度并沒有顯著改變，因為熔池溫度一直保持在1 180℃左右。

另一方面，渣量減少并不影響冶煉熔池中的氧氣利用率。可通過氧氣/精礦比和煙氣含氧量的變化來監(jiān)控氧氣利用率。但是，工廠試驗結(jié)束時，秘魯南部銅業(yè)公司決定增加艾薩爐的熔池高度，顯著提高了氧氣利用率。

觀察到另一個重要結(jié)果，既隨著爐渣化學組成的調(diào)整，艾薩爐的熱平衡提高了，氧氣需求量和煤的消耗量顯著下降了。

3 結(jié)論

圖6 艾薩爐渣中銅和磁鐵礦含量直方圖

圖7 艾薩爐渣中銅和磁鐵礦含量直方圖

圖8 艾薩爐耐火層磨損趨勢圖-第二爐期

試驗證明，通過減少加入爐中的SiO2量來減少艾薩爐渣中CaO含量的做法，對渣液中CaO-SiO2的相互作用既有正面影響，又有負面影響。

在新的艾薩爐渣化學組成條件下，與上次調(diào)整相比，渣量減少了6%左右。同時，爐渣含銅量也下降了0.05%。同時節(jié)省了大量的熔劑消耗，因此可通過減少氧氣或燃料量來提高爐子的熱平衡。

在新的爐渣化學組成條件下，渣液并沒有發(fā)生顯著變化。盡管渣的黏度和相關(guān)的銅損失都略有減少，耐火磚的磨損率并沒有加快，因為熔池操作溫度和冰銅品位沒有發(fā)生明顯變化。

最后，通過減少CaO量來減少渣量的做法并不影響艾薩爐的氧氣利用率。

蘇平校

Changes in the ISASMELTTMslag chem istry at southern Peru Ilo sm elter

Translated selectively by ZHENG Ning

The change in the slag chemistry of the ISASMELTTM has led to lower copper losses and geta higher thermalavailability in the furnace.In thispaper thedataand resultson theslag chemistrymodification are presented.

pyrometallurgy;copper;slag chemistry;ISASMELTTM

TF811

B

1672-6103（2010）05-0008-04

鄭寧(1980—)，女，福建羅源人，恩菲公司海外業(yè)務(wù)部翻譯。

2010-08-10