降低貧化電爐渣含銅影響因素分析

孫 香， 張 鑫， 祝 星， 沈強(qiáng)華

(1.昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院, 云南 昆明 650093; 2.楚雄滇中有色金屬有限責(zé)任公司, 云南 楚雄 675000)

降低貧化電爐渣含銅影響因素分析

孫 香1,2， 張 鑫1,2， 祝 星1， 沈強(qiáng)華1

(1.昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院, 云南 昆明 650093; 2.楚雄滇中有色金屬有限責(zé)任公司, 云南 楚雄 675000)

本文主要介紹艾薩爐火法煉銅工藝中貧化電爐渣含銅影響因素，并結(jié)合楚雄滇中有色金屬公司生產(chǎn)實(shí)踐，對電爐渣含銅影響因素及降低渣含銅措施進(jìn)行了探討與分析。

貧化電爐； 渣含銅； 溫度； 冰銅； 渣型

楚雄滇中有色金屬有限責(zé)任公司(簡稱滇中冶煉廠)于2006年采用艾薩爐熔煉- 轉(zhuǎn)爐吹煉技術(shù)進(jìn)行了粗銅10萬噸/年、硫酸30萬噸/年的改擴(kuò)建項(xiàng)目，至2009年10月建成并投入試生產(chǎn)，經(jīng)過近一年的生產(chǎn)實(shí)踐與創(chuàng)新改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了指標(biāo)穩(wěn)定的正常生產(chǎn)。滇中冶煉廠采用艾薩熔煉生產(chǎn)冰銅，冰銅和爐渣混合熔體進(jìn)入貧化電爐進(jìn)行澄清、分離，比重較大的熱冰銅從爐前放出供轉(zhuǎn)爐吹煉，而比重較小的電爐渣則由爐后放出水淬后送至渣場堆放，轉(zhuǎn)爐吹煉渣進(jìn)行緩冷處理后通過渣浮選工藝回收有價(jià)金屬。在整個熔煉過程中電爐水淬渣目前未再回收利用，也成為棄渣，采用外銷的方式處理。以現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模，電爐渣含銅每降低0.1%，每年可減少300 t銅損失。因此，研究熔煉過程中影響電爐渣含銅的因素，對于提高冶煉過程中銅總回收率有著重要的意義。

為了獲得在生產(chǎn)實(shí)踐過程中電爐渣含銅影響因素及其作用規(guī)律，最終獲得降低渣含銅解決方案，作者進(jìn)行了相關(guān)探索性試驗(yàn)并記錄了生產(chǎn)過程艾薩爐

渣冰銅品位、艾薩爐平均溫度、電爐油耗、電爐渣型、電爐溫度(銅溫度、渣溫度)、電爐渣含鈣、電爐渣磁性鐵、水淬渣含銅等參數(shù)。本文根據(jù)試驗(yàn)或?qū)嵺`結(jié)果，結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及基礎(chǔ)理論，分析了電爐渣含銅影響因素及其原因，并提出可能的解決方案。

1 電爐渣含銅現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外廣泛采用的“熔池熔煉- 電爐貧化- 轉(zhuǎn)爐吹煉”冶煉工藝產(chǎn)生的爐渣含銅普遍較高，一般電爐渣含銅在0.5%～1%范圍內(nèi)。滇中冶煉廠通過幾年的生產(chǎn)實(shí)踐與技術(shù)探索，電爐渣含銅有所降低。如表1與圖1所示為2012年度3—11月的電爐渣含銅數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況。各月份的渣含銅平均值在0.53%左右，最低渣含銅保持在0.43%左右，但是可以看出電爐渣含銅最高值基本上都超過了0.7%，超過0.6%的天數(shù)每月多達(dá)6天。這說明電爐渣含銅在實(shí)際生產(chǎn)過程中仍有降低的潛力，且控制穩(wěn)定的渣含銅對于提高銅產(chǎn)量極具意義。

表1 2012年3—11月電爐渣含銅數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況 %

圖1 2012年3～11月電爐渣含銅波動情況

2 電爐渣含銅的影響因素

電爐渣中的含銅主要有三種形態(tài)，其中金屬銅占20%～65%、硫化銅5%～60%、氧化銅10%～30%。銅在渣中的損失形式包括機(jī)械夾雜、化學(xué)溶解和物理溶解。

機(jī)械夾雜損失是銅以銅锍或金屬銅液滴形式夾帶于爐渣中帶來的損失，主要來源于冰銅富氧頂吹熔煉和轉(zhuǎn)爐吹煉時(shí)來不及從爐渣中沉降分離的銅硫和金屬銅。這部分損失與爐渣的密度、黏度、銅硫- 爐渣界面張力等因素有關(guān)，同時(shí)還受冰銅品位、爐渣氧勢、操作溫度、澄清時(shí)間等生產(chǎn)條件影響。一般而言，降低爐渣密度和黏度、增大銅硫- 爐渣界面張力、降低冰銅品位和爐渣氧勢都有利于降低機(jī)械夾雜，實(shí)際生產(chǎn)過程中可以通過提高操作溫度與延長澄清時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。

化學(xué)溶解損失指銅以氧化物形態(tài)造渣引起的溶解損失，其與體系中的硫勢、氧勢、冰銅品位、組元的活度系數(shù)相關(guān)。在組元活度系數(shù)一定的條件下，降低氧勢、提高硫勢、降低冰銅品位，會減少爐渣中銅的溶解損失。當(dāng)冰銅品位較高時(shí)，銅的溶解損失以氧化物溶解為主，當(dāng)冰銅品位接近白冰銅成分時(shí)，渣含銅急劇升高。

物理溶解損失是銅以硫化物形態(tài)溶解于渣中引起的損失?？刂茽t渣中SiO2適當(dāng)含量可以大大降低硫化銅在渣中的溶解度，此外CaO和Al2O3都能與SiO2形成絡(luò)合物，并能降低FeS和其他硫化物在熔渣中的溶解度，從而改善熔渣與熔锍之間的分離效果。

2.1 溫度對電爐渣含銅的影響

本廠采用艾薩爐+電爐工藝進(jìn)行火法冶煉，熔煉溫度是一個重要的控制參數(shù)。電爐產(chǎn)出冰銅的溫度為1 140 ℃左右，電爐渣溫度為1 230 ℃左右。熔煉過程中，過高的溫度會造成爐壽縮短，溫度過低會造成爐渣發(fā)粘，影響冰銅與渣分離，繼而造成電爐棄渣含銅升高。如圖2所示為熔煉系統(tǒng)正常運(yùn)行條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在較高的渣與銅溫度時(shí)候(試驗(yàn)1與2)，產(chǎn)出的電爐渣其渣含銅也相對較低；而渣與銅的溫度較低時(shí)(試驗(yàn)3-7)，其渣含銅普遍較高，這也很好的揭示了溫度對電爐渣含銅的影響。

圖2 渣含銅隨電爐渣溫度與冰銅溫度波動情況

2.2 冰銅品位對電爐渣含銅的影響

電爐渣含銅與冰銅品位有關(guān)，冰銅品位越高，產(chǎn)生的渣量也越大，相對應(yīng)的銅損失也增大。銅在渣中的損失形式包括：(1)機(jī)械夾雜損失，由于爐渣粘度大、表面張力小，使冰銅與爐渣分離不完全；(2)物理損失，銅的硫化物熔于爐渣引起的銅損失，冰銅能溶解于渣中；(3)化學(xué)損失，銅以Cu2O·SiO2造渣進(jìn)入渣中帶來的損失。

冰銅品位的控制在熔煉過程中非常重要，它的控制需要根據(jù)電爐銅渣面和轉(zhuǎn)爐進(jìn)料情況作出適時(shí)調(diào)整。艾薩冰銅品位對于電爐渣含銅有著重要的影響作用。在艾薩熔煉過程中，當(dāng)艾薩爐中冰銅品位過高時(shí)，冰銅中含氧幾率上升、爐渣氧勢增高，此后冰銅與銅渣進(jìn)入電爐，Cu2O在強(qiáng)烈氧勢作用下進(jìn)入渣中，電爐渣含銅升高；放渣時(shí)，冰銅在電極的攪動與渣的流動作用下部分銅與渣一起流出，也會導(dǎo)致電爐渣含銅升高。因此，合理的控制冰銅品位是降低電爐渣含銅的手段之一。

滇中冶煉廠艾薩熔煉過程中，冰銅品位在正常運(yùn)行條件下一般控制在50%～60%之間，大多時(shí)候艾薩冰銅品位在～55%。實(shí)際生產(chǎn)也表明艾薩冰銅品位控制在55%對于獲得較低的渣含銅較為有利。如圖3所示，在保持較低的艾薩冰銅品位時(shí)(試驗(yàn)1與2)，其對應(yīng)的電爐渣含銅較低，而冰銅品位較高時(shí)(試驗(yàn)3-7)，其渣含銅較高。

圖3 電爐渣含銅隨艾薩冰銅品位波動情況

2.3 渣型、磁性鐵對電爐渣含銅的影響

一般在銅冶煉廠，渣型是指渣中硅鐵比，即爐渣中二氧化硅(SiO2)的含量與爐渣中鐵(Fe)的含量比值。爐渣組成、熔點(diǎn)、粘度與相對質(zhì)量等基本特性主要取決于渣型。爐渣性質(zhì)很大程度上取決于SiO2在渣中的含量。電爐渣中的SiO2升高，磁性鐵(Fe3O4)含量下降，渣的粘度增大，冰銅與渣界面張力增大，增強(qiáng)了冰銅微滴的聚合，減少了冰銅在渣中的溶解，有利于降低機(jī)械夾雜與物理溶解帶來的銅損失，對于降低電爐渣含銅是有利的。如圖4所示，實(shí)踐也表明維持合適的硅鐵比對于獲得較低的渣含銅是十分有利的，當(dāng)硅鐵比較低時(shí)渣含銅相對較高。由表2中數(shù)據(jù)可知渣型越高電爐渣中銅的含量越少。但生產(chǎn)實(shí)踐證明，硅鐵比超過1.4后，渣含銅也將再次上升。此原因是過高的渣型導(dǎo)致電爐爐渣導(dǎo)電率變差，爐溫變低后采取加大電極插入深度操作，反而導(dǎo)致下部冰銅受到電極的攪動而使少量冰銅再次往渣中流動，使渣含銅再次升高。

表2 滇中冶煉廠生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)

本廠針對艾薩熔煉爐產(chǎn)生的冰銅和渣混合物處理方式：在貧化電爐內(nèi)直接進(jìn)行渣與锍的分離，產(chǎn)出棄渣和锍。從艾薩爐通過溜槽放進(jìn)電爐的熔體是冰銅與渣的混合物，其冰銅品位高達(dá)50%～60%，高含量的Fe3O4渣與高品位冰銅共存，增加了冰銅在電爐內(nèi)貧化的復(fù)雜性。渣中Fe3O4含量較高時(shí)，在貧化電爐熔體溫度下降的時(shí)候，F(xiàn)e3O4會析出并在一些部位形成爐結(jié)，還會在冰銅與渣之間形成一層隔膜層，最終影響電爐操作并導(dǎo)致渣含銅升高。

實(shí)際生產(chǎn)過程中，硅鐵比一般控制在0.8～1.2范圍內(nèi)，電爐中Fe3O4含量控制在2%～10%范圍波動。硅鐵比的調(diào)整可以通過配料實(shí)現(xiàn)并加以控制，而電爐渣中的Fe3O4的控制主要依靠還原操作來實(shí)現(xiàn)，采用還原劑對Fe3O4進(jìn)行還原是降低磁性鐵的重要途徑。柴油、重油、天然氣等還原劑在電爐的液相中形成氣泡，高頻率的氣流攪動能夠使熔渣中锍粒互相聚合的機(jī)會增多，促進(jìn)锍粒子的沉降作用。液體與氣體還原劑不但可形成良好的攪動條件，增加還原劑與爐渣的接觸表面積，還原反應(yīng)容易進(jìn)行，而且不需要過高的溫度，還原效率高，可達(dá)到最佳貧化效果。

圖4 電爐渣含銅隨渣型波動情況

2.4 其他影響因素分析

除上述影響因素之外，影響電爐渣含銅的因素還包括：用于造渣的物料成分、漲熔池時(shí)間與燃煤品質(zhì)等。

用于造渣的物料成分除SiO2與FeO外，還包括Ca、Mg與Al的堿性氧化物，控制適量的堿性氧化物量有利于降低爐渣粘度增加其流動性。Mg與Al的堿性氧化物含量升高也會導(dǎo)致爐渣流動性變差、爐渣熔點(diǎn)升高，銅渣分離困難，從而加劇銅在渣中的損失。因此物料中Mg與Al雜質(zhì)成分含量不宜太高。對于形成三元渣型的Ca含量升高，爐渣粘度適宜、流動性較好且熔點(diǎn)降低，有利于冰銅與渣的分離及后續(xù)排放。如表3～表5所示，本廠在生產(chǎn)實(shí)踐過程中針對原料波動而引起的渣型上升、磁性鐵降低與爐渣中含硅過量等問題，提高了原料的CaO含量，延長了電爐澄清分離時(shí)間與漲熔時(shí)間，有效的降低了電爐渣含銅。

表3 CaO含量調(diào)整前后物料成分情況 %

表4 CaO含量調(diào)整前后艾薩爐各控制參數(shù)

表5 CaO含量調(diào)整前后電爐控制參數(shù)及渣含銅

艾薩爐漲熔池時(shí)間對渣含銅也有一定的影響，漲熔池時(shí)間決定電爐銅渣澄清時(shí)間。一般在渣型較高時(shí)，渣的粘度變大、透氣性變差，相對應(yīng)的漲熔池時(shí)間較短，艾薩排放熔體次數(shù)增多，電爐中渣的澄清分離時(shí)間也變短，此時(shí)就會造成電爐渣含銅升高。在這種情況下，應(yīng)該查找原因并調(diào)整渣型，減少排放次數(shù)。表6為實(shí)際生產(chǎn)中對于艾薩爐漲熔池時(shí)間與電爐渣含銅情況的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，這也說明了在較長的漲熔時(shí)間下有利于獲得較低的渣含銅。

表6 實(shí)際生產(chǎn)中艾薩爐漲熔池時(shí)間與電爐渣含銅情況的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

此外，燃煤品質(zhì)對于降低電爐渣中銅損失也是十分重要的。燃煤品質(zhì)差的情況下，煤里的固定碳少或?qū)嶋H利用率低，一方面會造成氧氣過剩，渣中磁性鐵含量升高，易在電爐中形成橫隔膜，導(dǎo)致銅渣難分離；另一方面，煤中雜質(zhì)會進(jìn)入渣中，從而加劇銅在電爐渣中的損失。因此，在實(shí)際操作時(shí)盡量提高煤的實(shí)際利用率或煤的品質(zhì)，以便降低電爐渣含銅。

3 結(jié)語

滇中冶煉廠在應(yīng)用艾薩熔煉+電爐貧化+轉(zhuǎn)爐吹煉的工藝過程中，一直致力于降低電爐渣含銅提高企業(yè)效益方面的生產(chǎn)實(shí)踐與技術(shù)原理方面的研究，取得了較好的結(jié)果，其電爐平均渣含銅基本穩(wěn)定在0.5%左右的較低水平。公司冶煉技術(shù)人員自艾薩爐工藝運(yùn)行以來，通過總結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、科學(xué)整理分析數(shù)據(jù)、自主制定試驗(yàn)方案，根據(jù)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、持續(xù)改進(jìn)的方式開展了大量的工作，逐漸形成了一套行之有效、效果明顯的降低貧化電爐渣含銅處理方案。但是，隨著優(yōu)質(zhì)礦產(chǎn)資源的減少與未來即將展開的技術(shù)改造，進(jìn)一步降低電爐渣含銅或維持較低渣含銅仍面臨著巨大的壓力。

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Analysisofinfluencingfactorsoncoppercontentreductioninslagofcleaningelectricfurnace

SUN Xiang, ZHANG Xin, ZHU Xing, SHEN Qiang-hua

The factors that influence the copper content in slag of cleaning electric furnace in copper pyrometallurgy process with Isa furnace were mainly introduced, and based on the production practice of Chuxiong Dianzhong nonferrous metals Co. LTD., the factors of influencing copper content in slag of electric furnace and measures to decrease the copper content in slag were discussed and analyzed.

cleaning electric furnace; copper content in slag; temperature; matte; slag type

孫 香(1983—)，女，昆明理工大學(xué)在讀工程碩士,楚雄滇中有色金屬公司從事冶金工作。

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