物料元素配比對(duì)熔煉爐煤耗和貧化爐渣含銅的影響

李 虎

(楚雄滇中有色金屬有限責(zé)任公司， 云南 楚雄 675000)

隨著現(xiàn)代富氧熔池熔煉技術(shù)的興起，各種熔煉爐也相繼投入使用，有代表性的頂吹熔煉法有艾薩熔煉法、奧斯麥特法、三菱法、頂吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐法等。這些熔煉爐都需要配入一定量的煤來提供額外的熱量進(jìn)行熔煉，同時(shí)棄渣含銅也是熔煉爐經(jīng)過貧化后要考慮的問題之一。加之目前原料緊缺和主礦種少等特點(diǎn)，熔煉煤耗和棄渣含銅都發(fā)生大的波動(dòng)，給生產(chǎn)成本控制造成很大影響。為了穩(wěn)定煤耗和渣含銅,應(yīng)從物料元素的合理配比上來進(jìn)行控制。通過分析煤耗和渣含銅的主要影響因素來反向研究物料元素配比，使物料元素盡可能發(fā)揮作用。入爐物料的元素含量統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 入爐物料的元素含量統(tǒng)計(jì)

注：銅元素降序排列

1 煤耗的主要影響因素

1.1 物料中發(fā)熱元素的合理含量

熔煉反應(yīng)的熱量主要依靠物料中的S來滿足，盡管Fe氧化造渣也會(huì)產(chǎn)生熱量，但只有Fe氧化為大量的Fe3O4時(shí)才產(chǎn)生巨大的熱量，由于熔煉反應(yīng)工藝控制Fe3O4的含量，因此熔煉反應(yīng)的熱量可以認(rèn)為主要由S提供。S含量的高低直接影響熔煉的煤耗。也不是S含量越高煤耗就會(huì)越低，因?yàn)榱蚧~精礦在高溫熔煉條件下，高價(jià)硫化物會(huì)分解產(chǎn)生單質(zhì)硫，這些單質(zhì)硫不會(huì)進(jìn)入熔池參與反應(yīng)，而是隨煙氣進(jìn)入余熱鍋爐和電收塵堵塞管道，給硫酸系統(tǒng)造成影響。表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看出，2011年8月和2011年10月的物料含銅量低，提高物料S的含量對(duì)煤耗降低沒有太大作用。物料含銅量低，必須給足夠大的氧料比才能得到滿足轉(zhuǎn)爐吹煉的銅锍品位，由于無煙煤中的C、H元素與O的親和力比S強(qiáng)，因此物料含銅低配入過高的煤和硫時(shí)，氧氣首先與煤中C、H發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生熱量而大量的單質(zhì)S浪費(fèi)在煙氣中，發(fā)揮不了加熱的作用， 最終導(dǎo)致氧氣、硫和煤的浪費(fèi)。因此合理的元素配比對(duì)煤耗的降低起著決定的作用。根據(jù)表1的含銅量數(shù)據(jù)得出：當(dāng)物料含銅小于18%時(shí)，Cu/S值再小，煤耗也會(huì)很高，造成物料S的浪費(fèi)。當(dāng)物料含銅大于20%時(shí)，Cu/S值大于1時(shí)，煤耗會(huì)隨著S含量的增大而降低。因此入爐物料的含銅量應(yīng)以18%～22%為宜，Cu/S值應(yīng)接近1，這樣煤耗不會(huì)太高，如果可以提高硫含量，那煤耗會(huì)更低。

1.2 煤含碳量和二次煤的加入量

煤的發(fā)熱量主要由碳和揮發(fā)分燃燒發(fā)熱，艾薩熔煉爐物料和煤一起經(jīng)過制粒后進(jìn)入熔池，當(dāng)煤的含碳量低時(shí)，煤的揮發(fā)分高、堆密度低，會(huì)使煤浮在熔池渣表面，使煤的有效熱量進(jìn)入煙氣中，致使煙氣溫度高煤耗大增。當(dāng)煤的含碳量高時(shí)，煤的揮發(fā)分低、堆密度高，使煤的大量有效熱量進(jìn)入熔池中提高冶煉溫度。因此根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐煤的含碳量以65%左右為宜。

二次煤的加入量越大，煤耗也會(huì)增加。二次煤的加入是為了提高煙氣溫度防止?fàn)t頂結(jié)渣，但通過實(shí)踐爐頂結(jié)渣主要還是物料中單質(zhì)S和Pb、Zn生成PbS和ZnS導(dǎo)致的，因此控制物料合理的S配比一方面可以降低煤耗，另一方面可以減少爐頂結(jié)渣。一般情況下一次煤配夠后，二次煤可以不加或少加來降低煤耗。

1.3 銅锍品位

提高銅锍品位必須提高氧料比，實(shí)際上也相當(dāng)于提高了富氧濃度，使煙氣帶走的熱量降低，煤耗降低。由于本廠為滿足轉(zhuǎn)爐吹煉冷料平衡，要求電爐銅锍品位控制在55%左右，因此提高銅锍品位對(duì)降低煤耗還不現(xiàn)實(shí)。

1.4 磁性鐵的控制

磁性鐵含量的高低也叫氧勢的高低，代表熔池中氧含量的高低，也代表熔池中反應(yīng)速度的快慢。為了滿足生產(chǎn)，應(yīng)控制一定的磁性鐵含量。當(dāng)超過工藝技術(shù)要求后，一般情況下通過添加輔料二氧化硅來造渣，降低磁性鐵的含量，這不僅浪費(fèi)了氧，而且增加了輔料的熔化熱，增加了煤耗。通過操作實(shí)踐，控制磁性鐵含量最合理的辦法是通過增加進(jìn)入熔池中的物料來還原磁性鐵，從而穩(wěn)定工藝要求，同時(shí)減小了輔料的熔化熱，降低物料的煤耗。因此，在正常生產(chǎn)過程中，熟練的操作工可以通過增加物料量來達(dá)到降低磁性鐵的目的。

2 渣含銅的影響因素

2.1 渣型的選擇

銅熔煉爐渣的主要成分為FeO、SiO2、CaO，還含有少量的MgO、Al2O3、PbO、ZnO等，渣中FeO、SiO2、CaO含量達(dá)到80%以上。從三金屬渣系(FeO—SiO2—CaO)相圖1可以查出標(biāo)準(zhǔn)渣型與熔點(diǎn)的關(guān)系。從渣系圖查出渣型、含量、熔化溫度見表2。

由表2看出，對(duì)于硅酸鹽來說，在一定范圍內(nèi)提高渣中SiO2的含量，渣的熔點(diǎn)、比重、溶解硫化物的能力降低，對(duì)渣的流動(dòng)性影響很小。在相同氧勢條件下，渣含F(xiàn)e高，渣的熔點(diǎn)、比重、溶解硫化物的能力增強(qiáng)，渣中Fe3O4的含量增高。在容許的范圍內(nèi)，可以降低渣的粘度，增加渣的流動(dòng)性。增加CaO的含量就可以降低渣的熔點(diǎn)和比重，如果一部分CaO可以取代FeO則可降低渣對(duì)硫化物的溶解能力，這也是為什么渣為三元渣系更好的原因。渣中硫化物的溶解度、渣的熔點(diǎn)和比重主要看渣為何種成分，因此降低棄渣含銅主要決定于合理的渣型。

本廠由于原料成分波動(dòng)太大，料單經(jīng)常變動(dòng)，導(dǎo)致渣型波動(dòng)嚴(yán)重，渣含銅不穩(wěn)定。表3為近年來不同渣型對(duì)應(yīng)的渣含銅。根據(jù)本廠近三年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，艾薩配料以少造渣且合理控制渣型較好，電爐渣型SiO2/Fe為1.0左右，CaO為5%～7%時(shí)，電爐渣含銅在0.45%～0.50%之間。

2.2 渣中Fe3O4的含量

渣中Fe3O4含量的高低主要影響銅锍與渣的分離速度，當(dāng)Fe3O4的含量很高時(shí)會(huì)在分離層與ZnO、PbO產(chǎn)生橫膈膜阻礙锍、渣的分離，導(dǎo)致渣含銅的升高。當(dāng)物料中的Cu/S為定值時(shí)，可以適當(dāng)提高SiO2的含量或降低物料Fe含量來降低Fe3O4。

2.3 冷料的種類和加入量

目前艾薩爐的冷料主要以轉(zhuǎn)爐冰銅包殼和渣包

圖1 FeO—SiO2—CaO三元體系相圖

渣型含量/%FeO(Fe)SiO2CaO熔化范圍/℃4(FeO)2·SiO2+CaO·SiO255.5(43.16)29.15.41150～12004(FeO)4(SiO2)3+(CaO)·(SiO2)345.4(35.31)35.78.91050～11004(FeO·SiO2)+CaO ·SiO240.1(31.19)42.17.8-10303(FeO·SiO2)+CaO·SiO237.8(29.40)42.49.8-1050

表3 不同渣型對(duì)應(yīng)的渣含銅

殼為主，由于渣包殼的Fe3O4含量高，當(dāng)Fe3O4還原不充分時(shí)就會(huì)導(dǎo)致電爐渣含銅升高。因此轉(zhuǎn)爐渣加入量以不影響正常熔煉為宜。

2.4 物料結(jié)塊的影響

進(jìn)廠物料由于堆存時(shí)間、溫度、濕度、壓力、物料成分等導(dǎo)致物料結(jié)塊，結(jié)塊物料進(jìn)入爐子后由于熔化反應(yīng)慢而被排放到電爐，最終導(dǎo)致電爐渣含銅升高。

2.5 其他物理原因

由于電爐設(shè)備的限制，目前只能以澄降分離為主，強(qiáng)化貧化還不能實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)論

由影響熔煉爐煤耗和貧化爐渣含銅的主要原因分析可知，合適的物料元素配比可將煤耗和渣含銅控制在一定范圍內(nèi)。本廠為了滿足轉(zhuǎn)爐的銅锍量，物料含銅以18%～22%為宜，且Cu/S值應(yīng)接近1，這樣煤耗不會(huì)太高，S元素會(huì)充分發(fā)揮它積極的作用。物料中的含F(xiàn)e以20%～22%為宜，含SiO2為15%～16%，物料SiO2/Fe=1.3，這樣可以穩(wěn)定渣含銅。物料元素的合理配比對(duì)進(jìn)一步降低煤耗和渣含銅起著決定性的作用，盡管本文簡單地從煤耗和渣含銅去反向研究物料元素，相信在以后的工作中對(duì)除雜等問題還會(huì)進(jìn)一步研究物料的元素配比。