云南錫業(yè)銅熔煉系統(tǒng)雜質(zhì)元素走向研究

唐都作， 顧鶴林， 宋興誠

(云南錫業(yè)股份有限公司， 云南 個舊 661000)

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重金屬

云南錫業(yè)銅熔煉系統(tǒng)雜質(zhì)元素走向研究

唐都作， 顧鶴林， 宋興誠

(云南錫業(yè)股份有限公司， 云南 個舊 661000)

對云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司熔煉系統(tǒng)中Zn、Pb、As、Bi和Sb 5種主要雜質(zhì)元素的走向統(tǒng)計分析。結(jié)果顯示，Zn、Pb、As、Bi、Sb主要來源于銅精礦，部分Sb來源于返料吹煉渣。產(chǎn)物中，Zn主要分布于沉降電爐渣和熔煉電場塵中，分別占72.34%、9.86%；Pb主要分布于冰銅、沉降電爐渣和熔煉電場塵中，分別占48.95%、24.22%、25.03%；As主要分布于沉降電爐渣和熔煉電場塵中，分別占12.74%、69.65%；Bi主要從熔煉電場塵和沉降電爐渣中開路出去，分別占14.29%、51.90%；而60.77%的Sb分布于冰銅中，從沉降電爐和熔煉電場塵中開路出去的Sb分別占25.93%、11.00%。

銅； 熔煉系統(tǒng)； 雜質(zhì)元素； 走向

0 前言

云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司采用先進的“雙頂吹”煉銅及不銹鋼永久陰極銅電解精煉技術(shù)生產(chǎn)。項目2010年3月破土動工建設(shè)，2012年3月投料帶負荷試車，2013年3月產(chǎn)能和技術(shù)指標趨于穩(wěn)定，取得了較好的效果。該工藝主要特點為操作易于控制和調(diào)節(jié)，可以處理各種復(fù)雜物料，對原料適應(yīng)性較強，對物料的粒度、水分均沒有嚴格的要求，既可處理粉料，也可處理塊料，允許所處理的物料成分波動的范圍較大，僅銅精礦綜合品位對熔煉產(chǎn)能和作業(yè)成本有影響。熔煉系統(tǒng)物料中的雜質(zhì)元素主要有鋅、鉛、砷、銻、鉍和鉻，其中鉻含量較低，本研究不考慮，另外5種主要雜質(zhì)元素對產(chǎn)品質(zhì)量和冶煉作業(yè)過程影響較大，為梳理其走向，本文以公司某時段實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，以熔煉爐入爐物料、熔煉爐及電爐產(chǎn)物為考察對象，詳細分析鋅、鉛、砷、銻、鉍的分布及走向情況，為今后的生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 熔煉爐投入產(chǎn)出物料基本情況

熔煉爐入爐物料，即投入物料主要有銅精礦、電解產(chǎn)出的黑銅泥、吹煉爐產(chǎn)出的吹煉渣、吹煉鍋爐灰、環(huán)保布袋塵。對于熔煉爐入爐物料中的熔劑石英砂和石灰石，由于含有需分析的雜質(zhì)元素極低，本文不計入雜質(zhì)計量分析考察。

根據(jù)熔煉系統(tǒng)流程，入爐物料在熔煉爐強化冶煉處理后，混合熔體經(jīng)堰口流入沉降電爐，在電爐內(nèi)沉降分離，產(chǎn)出電爐渣與冰銅。熔煉爐產(chǎn)生的煙氣經(jīng)余熱鍋爐系統(tǒng)及收塵系統(tǒng)，收集得到熔煉電場塵，煙氣進制酸系統(tǒng)制備硫酸。煙氣中夾雜的粉塵經(jīng)動力波洗滌后，再處理分離產(chǎn)出砷濾餅、鉛濾餅。廢水處理后產(chǎn)出中和渣。表1為熔煉系統(tǒng)一定時段內(nèi)物料投入與產(chǎn)出詳細情況。

表1僅統(tǒng)計了熔煉系統(tǒng)主要物料及與雜質(zhì)元素分布直接關(guān)聯(lián)的產(chǎn)物，其他如燃燒煤、還原煤、廢水處理使用的添加劑等均未納入統(tǒng)計分析范疇。

表1 熔煉系統(tǒng)投入與產(chǎn)出 t

2 熔煉爐入爐及產(chǎn)出物料綜合情況

根據(jù)銅業(yè)分公司某時段的檢驗分析數(shù)據(jù)，采用綜合加權(quán)平均的方法計算出熔煉爐入爐物料和產(chǎn)物雜質(zhì)元素的含量，見表2。

3 討論與分析

3.1 投入與產(chǎn)出中雜質(zhì)元素的分布

根據(jù)表1、表2中的數(shù)據(jù)，計算熔煉系統(tǒng)原料與

產(chǎn)物中主要雜質(zhì)元素鋅、鉛、砷、銻、鉍的量及所占百分比，見表3。

表2 熔煉系統(tǒng)原料與產(chǎn)物雜質(zhì)元素含量分析 %

表3 主要雜質(zhì)元素在原料與產(chǎn)物中的量及所占比例

從表3可以看出，雜質(zhì)元素鋅、鉛、砷、鉍主要來源于銅精礦，雖然表1顯示銅精礦中上述雜質(zhì)元素含量均低于其他物料，但銅精礦的投入量占總投入物料的78.63%(不含熔劑石英砂和石灰石的量)，故其雜質(zhì)元素來源總量大。雜質(zhì)元素Sb的來源主要有銅精礦和吹煉渣，分別為62.22%、32.38%。盡管Sb在吹煉渣中的含量低于其他投入物料，但吹煉渣的投入量占總投料量的21.08%，僅次于銅精礦。

幾種雜質(zhì)元素在產(chǎn)物中的分布， Sb在銅锍中的量占總量60.77%，可以推測Sb主要隨金屬銅的走向而分布，同時熔煉電場塵和電爐渣也有一部分，分別占總量11.00%和25.93%。Zn在產(chǎn)物中主要分布于沉降電爐渣中，占總量的72.34%，此外還有部分分布于熔煉電場塵和銅锍中，分別占9.86%和16.68%。Pb主要富集于銅锍中，占總量的48.95%，此外有部分Pb進入熔煉電場塵和沉降電爐渣，分別占總量的25.03%和24.22%。As主要隨煙塵富集于熔煉電場塵，占產(chǎn)物總量的69.65%，此外還有9.11%、12.74%、2.44%和5.87%的As分別分布于銅锍、沉降電爐渣、熔煉余熱鍋爐塵與砷濾餅中。而Bi主要分布于熔煉電場塵、銅锍和沉降電爐渣中，分別占總量的51.90%、31.12%和14.29%。

3.2 雜質(zhì)元素走向行為

云錫銅業(yè)分公司采用澳爐富氧頂吹熔煉技術(shù)進行銅精礦熔煉造銅锍。目前采購的銅精礦入爐品位約18.15%，低品位銅精礦在熔煉過程產(chǎn)生大量渣，大量Zn將隨渣走向分布。而文獻7也指出，冶煉過程ZnS氧化為ZnO，ZnO很容易與SiO2結(jié)合造渣，從而大部分Zn進入爐渣中。

Pb很容易與SiO2結(jié)合造渣或揮發(fā)進入煙氣，然而表3中數(shù)據(jù)顯示，約51%的Pb進入渣和煙氣中，約49%的Pb殘留于銅锍中，這可能與熔煉過程石英砂與Pb反應(yīng)造渣不充分或石英砂加入量不足有關(guān)，銅锍中殘留的Pb還需在吹煉造粗銅過程造渣除去。

約91%的As進入渣與煙氣中，約9%的As殘留于銅锍中。As主要以As2O3形態(tài)揮發(fā)進入煙氣。從表1看出，目前處理的銅精礦含As 0.557%，該銅精礦含As明顯高于國內(nèi)同行。約91%的As進入渣和煙氣說明，澳斯麥特爐熔煉處理銅精礦對脫砷有其優(yōu)越性。

Bi約55%進入煙氣(含熔煉電場塵、熔煉余熱鍋爐塵、砷濾餅、鉛濾餅和中和渣)，而31%進入銅锍，12%進入電爐渣。據(jù)文獻7，Bi進入氣相的量與锍品位的關(guān)系不明顯，可能只與熔煉溫度有關(guān)。當熔煉溫度升高時，Bi的飽和蒸汽壓升高，更有利于揮發(fā)進入煙氣中或塵中。而從表3分析可以看出，Bi在氣相中的分布不足，這可能與熔煉溫度有直接關(guān)系。目前熔煉溫度控制在1 180 ℃左右，過高雖有利于Bi揮發(fā)進入煙氣，但將加速爐內(nèi)耐火材料的侵蝕損耗。

Sb作為兩性氧化物，部分進入煙氣，部分入渣。然而表3數(shù)據(jù)顯示，60%的Sb殘留于銅锍中，僅40%的Sb進入渣與煙氣中。這可能與富氧濃度有關(guān)。文獻7也指出，富氧濃度的提高將會減少煙氣量，從而使進入煙氣的Sb量減少。

入爐銅精礦中5種主要雜質(zhì)元素的含量均高于目前國內(nèi)同行熔煉系統(tǒng)銅精礦入爐雜質(zhì)含量。然而，從表3可以看出，除Sb入銅锍較多外，Zn、Pb、As、Bi進入渣相和氣相(含煙塵和砷濾餅及中和渣等)的量均在50%以上，尤其是As，90.89%進入渣相和氣相。這可能與富氧濃度有關(guān)，云錫澳斯麥特爐頂吹熔煉工藝富氧濃度僅為40%左右，遠低于目前國內(nèi)閃速爐等爐型所要求的，這樣有利于有害雜質(zhì)元素進入渣相和煙氣相開路。由此可見，澳斯麥特爐熔煉處理高雜精礦具有優(yōu)勢，其對于物料的適應(yīng)能力強，對入爐物料的粒度沒有特別要求。

4 結(jié)論

(1)雜質(zhì)元素鋅、鉛、砷、鉍、銻主要來源于銅精礦，部分銻來源于返料吹煉渣。

(2)產(chǎn)物中，鋅、鉛、砷主要分布于沉降電爐渣、冰銅、熔煉電場塵中，部分砷分布于冰銅、沉降電爐渣、中和渣與砷濾餅中；鉍主要分布于熔煉電場塵、冰銅和沉降電爐渣中；銻主要分布于冰銅中，部分銻分布于熔煉電場塵和沉降電爐渣中。

(3)ZnO易與SiO2結(jié)合造渣，故大部分Zn進入爐渣中；Pb易與SiO2結(jié)合造渣或揮發(fā)進入煙氣，但熔煉過程石英砂與Pb反應(yīng)造渣不夠或石英砂加入量不足有關(guān)，銅锍中殘留的Pb需在吹煉造粗銅過程中除去。

(4)As主要以As2O3形態(tài)揮發(fā)進入煙氣，澳斯麥特爐熔煉處理銅精礦對脫砷具有優(yōu)越性；Bi在氣相中的分布不足，與熔煉溫度有直接關(guān)系。熔煉過程富氧濃度的提高將不利于Sb揮發(fā)進入煙氣，造成進入煙氣的Sb量減少。

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我國科學(xué)家發(fā)明新型金屬催化劑

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)熊宇杰教授課題組設(shè)計了一類獨特的金屬鈀納米材料，具有高催化活性和太陽能利用特性，在光驅(qū)動有機加氫反應(yīng)中展現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能，室溫光照下即可達到70 ℃加熱反應(yīng)的催化轉(zhuǎn)化效率。

金屬鈀是眾多有機反應(yīng)的高效催化劑，與常見的金銀相比，常規(guī)金屬鈀納米材料的吸收太陽光能力較差，吸光范圍局限在僅占太陽能5%的紫外波段，給太陽能俘獲和利用帶來巨大困難。

熊宇杰小組設(shè)計了一類尺寸為50 nm且具有內(nèi)凹型結(jié)構(gòu)的金屬鈀納米材料，通過降低結(jié)構(gòu)對稱性和增大顆粒尺寸，使其能夠在可見光寬譜范圍內(nèi)吸光，吸光后的光熱效應(yīng)足以為有機加氫反應(yīng)提供熱源。設(shè)計的獨特之處在于，納米結(jié)構(gòu)的尖端棱角處具有超強的聚光能力從而產(chǎn)生局部高溫，并且棱角處也是加氫反應(yīng)的高活性位點，實現(xiàn)了太陽能利用和催化活性的合二為一。基于該設(shè)計，他們開發(fā)出的金屬鈀納米材料在室溫光照下即可有效驅(qū)動有機加氫反應(yīng)，而傳統(tǒng)熱催化技術(shù)需要將反應(yīng)加熱至70℃以上才能實現(xiàn)完全化學(xué)轉(zhuǎn)化。

該進展不但為利用太陽能替代熱源驅(qū)動有機催化反應(yīng)提供了可能，而且也對相關(guān)催化材料的科學(xué)設(shè)計具有重要推動作用，未來有望應(yīng)用于重要化學(xué)品的光合成。

Impurity elements flow direction in copper melting system of Yunnan Tin Limited Company

TANG Du-zuo， GU He-lin， SONG Xing-cheng

Flow direction of impurity elements of Zn, Pb, As, Bi and Sb have been analyzed in copper melting system of Yunnan Tin Limited Company. The results show that impurity elements of Zn, Pb, As, Bi and Sb came from copper concentrate, part of Sb element came from smelting slag. In production, impurity element of Zn distributed mainly in sedimentation furnace slag and melting electric field dust which was 72.34% and 9.86%, respectively. Pb distributed in matte, sedimentation furnace slag and melting electric field dust which was 48.95%, 24.22% and 25.03%, respectively. As distributed in sedimentation furnace slag and melting electric field dust which was 12.74% and 69.65%, respectively. Element Bi was opened circuit from melting electric field dust and sedimentation furnace slag which was 14.29% and 51.90%, respectively. But 60.77% element Sb was mainly distributed in matte, Sb was opened circuit from melting electric field dust and sedimentation furnace slag which was 25.93% and 11.00%, respectively.

copper; melting system; impurity element； flow direction

唐都作(1976—)，男，高級工程師，主要從事有色金屬冶金及自動化控制技術(shù)工作。

2014-- 05-- 09

TF811

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1672-- 6103(2015)03-- 0004-- 04