氧氣側(cè)吹爐處理銅浮渣的生產(chǎn)實(shí)踐

張 立， 王媛媛， 李小兵， 盧國才， 王慶軍

(濟(jì)源市萬洋冶煉集團(tuán)有限公司， 河南 濟(jì)源 454691)

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氧氣側(cè)吹爐處理銅浮渣的生產(chǎn)實(shí)踐

張 立， 王媛媛， 李小兵， 盧國才， 王慶軍

(濟(jì)源市萬洋冶煉集團(tuán)有限公司， 河南 濟(jì)源 454691)

介紹了氧氣側(cè)吹爐處理銅浮渣的生產(chǎn)實(shí)踐。實(shí)踐表明，該方法生產(chǎn)效率高，環(huán)保效果好，運(yùn)行穩(wěn)定，為銅浮渣的處理提供了一種新的技術(shù)方式。

銅浮渣； 氧氣側(cè)吹爐； 熔池熔煉； 冰銅

0 前言

銅浮渣是粗鉛火法精煉熔析除銅的產(chǎn)物，其主要成分是鉛和銅，一般含銅10%～15%、鉛70%左右，此外還含有Zn、Sn、As、Sb、Co、Ni、Ag、Au及其他元素。目前銅浮渣處理工藝有反射爐法、鼓風(fēng)爐法、轉(zhuǎn)爐法、電爐法、酸浸法、氨浸法等。其中，反射爐法勞動條件差、熱效率低及爐襯腐蝕快、檢修頻繁，已被國家列為限期淘汰工藝；鼓風(fēng)爐法處理銅浮渣，銅锍中鉛品位高，銅品位低，Cu/Pb較低，鉛和銅的回收率低，大量的銅留在粗鉛中，大量的鉛進(jìn)入銅锍，造成銅、砷和貴金屬在過程中循環(huán)；轉(zhuǎn)爐處理銅浮渣存在燃料耗量較大，生產(chǎn)成本較高的問題；電爐法電耗較大，達(dá)340～380 kWh/t，運(yùn)行費(fèi)用高；酸浸法、氨浸法，適合處理含銅高的銅浮渣，但對于含銅低的銅浮渣不經(jīng)濟(jì)，而且濕法產(chǎn)生的污水、廢氣處理較為復(fù)雜。

濟(jì)源市萬洋冶煉(集團(tuán))有限公司鉛冶煉系統(tǒng)電鉛產(chǎn)能為25萬t，年產(chǎn)銅浮渣3萬t左右。公司技術(shù)改造前銅浮渣采用蘇打- 鐵屑法在反射爐內(nèi)處理，將鉛分離出來，然后渣和低品位冰銅再入冰銅爐熔煉，使冰銅富集達(dá)到出售要求。由于該工藝環(huán)保較差，效率低，公司在2013年進(jìn)行了技術(shù)改造，采用氧氣側(cè)吹爐處理銅浮渣。經(jīng)過不斷試驗(yàn)和改進(jìn)，鉛銅分離較好，熔煉效率高，環(huán)保狀況得到改善，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，目前生產(chǎn)穩(wěn)定，指標(biāo)良好。

1 氧氣側(cè)吹爐處理銅浮渣工藝概況

1.1 側(cè)吹爐工藝的選擇

萬洋公司按照工藝先進(jìn)、環(huán)保達(dá)標(biāo)、熔煉高效、自動化程度高，投資成本低、節(jié)能降耗的原則，對氧氣側(cè)吹爐處理銅浮渣進(jìn)行了分析論證。

最近幾年，國內(nèi)氧氣側(cè)吹熔煉技術(shù)發(fā)展較快，其主要用在高鉛渣還原熔煉和銅精礦的造锍熔煉。高鉛渣中的鉛以氧化鉛的形式存在，高鉛渣在氧氣側(cè)吹爐內(nèi)還原30min，渣含鉛即可降至2%以下，熔煉效率很高。銅浮渣中鉛大部分也以PbO的形式存在，因此高鉛渣側(cè)吹熔煉為銅浮渣側(cè)吹熔煉降低渣含鉛、提高鉛回收率提供了依據(jù)。冰銅以硫化物為主，它是熔煉過程中產(chǎn)生的重金屬硫化物的共熔體，以Cu2S、FeS為主，溶解少量其他金屬硫化物(PbS、ZnS等)、氧化鐵(FeO、Fe2O3等)、貴金屬(Au、Ag等)。側(cè)吹爐在銅精礦的造锍熔煉生產(chǎn)中應(yīng)用成熟，側(cè)吹熔煉過程的傳質(zhì)和傳熱條件好，攪拌強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率高。

萬洋公司已有兩臺氧氣側(cè)吹爐用于高鉛渣的還原熔煉，投產(chǎn)以來，運(yùn)行穩(wěn)定，指標(biāo)良好，爐前工人具備熟練的操作技能，為工藝探索試驗(yàn)提供了很好的條件。氧氣側(cè)吹爐占地很小，爐子銅水套壽命長，控制系統(tǒng)自動化程度高。因此，公司決定選擇氧氣側(cè)吹爐對銅浮渣的處理進(jìn)行技術(shù)改造。

1.2 側(cè)吹爐爐型結(jié)構(gòu)

氧氣側(cè)吹爐從下到上可分為四個區(qū)域：爐缸區(qū)、熔池區(qū)、鼓泡區(qū)和再燃燒區(qū)。

爐缸區(qū)：爐缸外殼是一矩形的鋼質(zhì)焊接容器(槽形)，爐缸鋼外殼內(nèi)底部和墻壁砌有耐高溫鎂鉻磚。在熔池的一端，為了將熔體從爐內(nèi)有計劃地放出，設(shè)有從爐內(nèi)正常放渣的放渣口和冰銅口，在爐缸下部，還設(shè)有安全口(底鉛口)，用于停爐時將底鉛放出。在爐的一側(cè)設(shè)有放鉛的虹吸裝置,調(diào)整鉛流口的高度可控制爐缸中鉛層的高度。

熔池區(qū)：熔池區(qū)是用來實(shí)現(xiàn)冶金過程的區(qū)域，向爐渣熔體鼓風(fēng)送入富氧空氣，進(jìn)行燃料燃燒對熔體的加熱和熔煉反應(yīng)，生成爐渣、冰銅和粗鉛。為了減少爐料顆粒和熔體液滴被氣流機(jī)械帶出，爐身做成向上擴(kuò)展的形式(2、3層水套向外傾斜)。

鼓泡區(qū)：從熔池區(qū)的靜止渣面到二次風(fēng)口的下面稱為鼓泡區(qū)。在一次富氧空氣作用下，氣體使熔渣熔池強(qiáng)烈翻滾、攪動、噴濺，在此區(qū)域完成熔煉過程，同時熔渣在翻滾、噴濺的過程中，可被二次燃燒的高溫氣體加熱，從而提高了熱利用率。

再燃燒區(qū)：在爐子側(cè)墻第三排水套上安裝有向下傾斜的再燃燒風(fēng)嘴，以提供空氣或富氧空氣鼓風(fēng)，其目的是燃燒爐氣中CO，并將燃燒產(chǎn)生的熱部分返回熔池。

1.3 熔煉過程

將銅浮渣、純堿、鐵屑和硫鐵礦按照一定比例進(jìn)行配料，均勻不間斷地投料(10～15 t/h)，同時從富氧熔池熔煉側(cè)吹爐下料口下煤(1～2 t/h)，從一次風(fēng)口鼓入富氧空氣(氧濃度45%～65%)，控制熔煉反應(yīng)氣氛。配入純堿是為了降低爐渣和锍的熔點(diǎn)；加入鐵屑的作用是將硫化鉛置換成金屬鉛，降低冰銅含鉛；加入硫鐵礦，為了補(bǔ)充造冰銅所需的硫。

銅浮渣中的鉛經(jīng)過熔煉形成粗鉛，通過虹吸道虹吸排出，粗鉛進(jìn)入電解系統(tǒng)；銅以冰銅形式通過冰銅口排出，含銅35%～45%、含鉛3～6%，這部分冰銅銷售。含有少量鉛的渣通過渣口排出，同時產(chǎn)生高溫?zé)煔狻Ｑ鯕鈧?cè)吹爐處理銅浮渣工藝流程如圖1所示。

圖1 氧氣側(cè)吹爐處理銅浮渣工藝流程圖

處理銅浮渣過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，通過表面冷卻器降溫進(jìn)入脈沖收塵器收塵，收塵煙氣經(jīng)氣動乳化脫硫后達(dá)標(biāo)排放，排放煙氣SO2濃度小于200 mg/m3。收塵煙灰返回配料系統(tǒng)。

每個熔煉周期150～180 min，熔煉周期內(nèi)虹吸道保持通暢，根據(jù)入爐配料的含鉛量自由排出粗鉛。爐內(nèi)冰銅和熔渣單獨(dú)間斷排放。

2 生產(chǎn)期間出現(xiàn)的問題及技術(shù)改造

側(cè)吹爐處理銅浮渣為新技術(shù)，自2013年12月試驗(yàn)開爐以來，生產(chǎn)中出現(xiàn)了很多問題，先后改造了13次，問題得以解決，確保了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。工藝裝備的改造主要有以下幾個方面：

(1)煙氣管道改造：氧氣側(cè)吹爐出口煙氣經(jīng)表面冷卻器降溫進(jìn)入脈沖收塵器，試驗(yàn)階段未上余熱鍋爐，熔煉廠房內(nèi)部的煙氣管道由內(nèi)襯耐火爐磚、外襯鋼板組成，生產(chǎn)中內(nèi)襯耐火磚壽命較短，外襯鋼板變形嚴(yán)重，同時平管道內(nèi)結(jié)渣嚴(yán)重，清理頻繁。改造采用原公司淘汰的鼓風(fēng)爐水套做煙道，取消平管道，改為人字形管道，實(shí)踐中運(yùn)行較好，未出現(xiàn)管道變形的問題，管道結(jié)渣現(xiàn)象明顯改善。

(2)冰銅口改造：生產(chǎn)運(yùn)行初期，冰銅帶鉛嚴(yán)重，鑄錠機(jī)模中有大量的粗鉛，鉛與冰銅分離不好，在改變渣型、調(diào)整配料后仍未能有效解決后，對冰銅口的高度位置進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整以后，冰銅帶鉛問題得到了解決，含鉛量控制在3%～6%，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

(3)收塵器改造：試驗(yàn)階段選用一臺收塵器，既做熔煉煙氣收塵又做衛(wèi)生收塵，通過管道閥門調(diào)節(jié)現(xiàn)場衛(wèi)生收塵風(fēng)量，運(yùn)行情況非常不理想，放鉛、放渣、放冰銅閥門開大時，對爐內(nèi)的負(fù)壓影響較大，爐體出口有冒煙現(xiàn)象。改造后，增加一臺脈沖衛(wèi)生收塵器，現(xiàn)場環(huán)境得到改善。

(4)后期改造：目前雖然生產(chǎn)穩(wěn)定，指標(biāo)良好，較反射爐處理工藝有明顯改善，但后期仍需做部分改造。首先需增加一臺余熱鍋爐，以替代現(xiàn)有的水套加表面冷卻器的降溫方式，既能回收余熱，又能因直升煙道高度的增加而降低煙塵率，同時徹底解決煙道結(jié)渣堵塞現(xiàn)象；其次增加電熱前床，目前側(cè)吹爐的渣含鉛可降至3%以下，但渣含銅在6%左右，這部分渣需進(jìn)入冰銅爐處理，后期改造增加前床降低渣含銅，取消冰銅爐的二次熔煉過程。

3 主要技術(shù)指標(biāo)

氧氣側(cè)吹爐工藝的主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1主要技術(shù)指標(biāo)

項(xiàng)目單位參數(shù)側(cè)吹爐面積m26側(cè)吹爐風(fēng)口總數(shù)個9下料方式連續(xù)下料量t/h10～15入爐料含銅%9～15富氧濃度%45～65冰銅、渣排放方式單獨(dú)、間斷冰銅含銅%35～45冰銅含鉛%3～6側(cè)吹爐渣含鉛%≤3側(cè)吹爐渣率%8～12煤率%10～15煙塵率%4～6使用風(fēng)口數(shù)個3～5熔煉周期min150～180尾氣脫硫方式氣動乳化脫硫尾氣含硫量mg/m3≤200

4 氧氣側(cè)吹爐的工藝優(yōu)勢

氧氣側(cè)吹爐處理銅浮渣工藝與改造前的反射爐工藝相比，具有以下技術(shù)優(yōu)勢：

(1)環(huán)境得以改善。反射爐現(xiàn)場環(huán)境差，煙氣逸出點(diǎn)較多，采用富氧側(cè)吹工藝，生產(chǎn)操作環(huán)境改善。

(2)側(cè)吹爐為富氧熔池熔煉技術(shù)，熔煉效率高，改造后1臺6 m2側(cè)吹爐的處理量超過了原3臺反射爐(1臺13 m2和2臺6 m2)的處理量。

(3)自動化程度提高，側(cè)吹爐工藝采用DCS自動化控制，工人勞動強(qiáng)度明顯減小，指標(biāo)易于控制。

(4)冰銅品質(zhì)提高，反射爐所產(chǎn)冰銅含銅30%～40%，含鉛高達(dá)16%～20%，這部分冰銅需再入冰銅爐進(jìn)行銅的富集和鉛的分離。采用側(cè)吹爐處理銅浮渣，冰銅品位35%～45%，含鉛3%～6%，省去了再次進(jìn)入冰銅爐二次處理的費(fèi)用。

(5)側(cè)吹爐處理工藝采用單一的煤作為燃料，同時通入富氧進(jìn)行熔煉，效率提高，處理成本降低。

5 結(jié)語

河南濟(jì)源市萬洋冶煉(集團(tuán))有限公司氧氣側(cè)吹爐處理銅浮渣工藝投產(chǎn)運(yùn)行以來，針對生產(chǎn)中遇到的問題做了大量的改造工作，探索出了側(cè)吹爐熔煉的技術(shù)參數(shù)，取得了較好的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。實(shí)踐表明，其是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的現(xiàn)代冶煉方法，為替代反射爐提供了一種新的熔煉工藝，在銅浮渣冶煉領(lǐng)域?qū)⒕哂型茝V前景。

[1] 鉛鋅冶金學(xué)編委會. 鉛鋅冶金學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[2] 朱祖澤，賀家齊. 現(xiàn)代銅冶金學(xué)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2003.

Production practice of copper dross treatment with oxygen side-blowing furnace

ZHANG Li, WANG Yuan-yuan, LI Xiao-bing, LU Guo-cai, WANG Qing-jun

This paper introduces the production practice of copper dross treatment with oxygen side-blowing furnace. According to the production practice, this method is high in production efficiency with good environmental performance and stable operation, which provides a new way to treat copper dross.

copper dross; oxygen side-blowing furnace; bath smelting; copper matte

張 立(1983—)，男，河南項(xiàng)城人，濟(jì)源市萬洋冶煉集團(tuán)有限公司科技處處長，負(fù)責(zé)生產(chǎn)工藝工作。

2015-04-23

TF812； TF811

B

1672-6103(2016)03-0013-03