降低電爐水淬渣含銅生產(chǎn)實(shí)踐

陳志剛，王 放，鄒 賢，周 斌

（1.金劍銅業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024000；2.金隆銅業(yè)有限公司，安徽 銅陵 244021）

1 情況簡介

金劍銅業(yè)熔煉系統(tǒng)工藝為 “奧爐熔煉～轉(zhuǎn)爐吹煉～反射爐陽極精煉”，工藝流程見圖1。

圖1 金劍銅業(yè)工藝流程圖

在整個(gè)熔煉系統(tǒng)中：

（1）奧爐產(chǎn)生冰銅和爐渣的混合熔體進(jìn)入電爐沉積、貧化，冰銅和爐渣分離。冰銅進(jìn)入下一步工序；爐渣水淬，水淬渣外售。

（2）轉(zhuǎn)爐渣浮選，浮選產(chǎn)物是自選銅粉和尾鐵礦。自選銅粉作為奧爐原料，尾鐵礦外售。

（3）煙氣凈化后進(jìn)入制酸系統(tǒng)，回收的煙塵作為奧爐原料。

自選銅粉和回收的煙塵均為閉路循環(huán)。而尾鐵礦含銅低于0.25%，銅損失少，因此，水淬渣含銅損失是工藝中最大的開路損失。

考察歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，2016年6月份～12月份金劍銅業(yè)平均每月水淬渣含銅呈上升趨勢（表1），個(gè)別時(shí)間甚至達(dá)到0.97%和1.0%。

表1 2016年7-12月份金劍銅業(yè)月均水淬渣銅含量(%)

本文通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析影響水淬渣含銅的因素，并提出了相應(yīng)的措施，降低了水淬渣含銅，提高了銅回收率。

2 水淬渣含銅影響因素分析

一般水淬渣銅損失主要有兩種途徑：一是機(jī)械夾帶損失；二是化學(xué)溶解損失。其中機(jī)械損失中銅的主要以微小的銅锍液滴形式夾雜在渣中；化學(xué)溶解損失中銅主要以氧化銅（Cu2O）和銅的硫化物（Cu2S）溶解于電爐渣中[1]。

影響水淬渣含銅的因素很多，主要有渣成分（渣型）、爐內(nèi)氣氛、溫度、作業(yè)面控制等。本文將結(jié)合生產(chǎn)數(shù)據(jù)從上述幾方面分別討論對渣含銅的影響，并找到最優(yōu)操作參數(shù)。

3 操作數(shù)據(jù)分析

考察了水淬渣含銅與渣成分（渣型）、爐內(nèi)氣氛、溫度、作業(yè)面控制等因素之間的關(guān)系，為排除相關(guān)因素的影響必須固定其他參數(shù)。

3.1 控制渣成分（渣型）

3.1.1 最優(yōu)SiO2含量、Fe/ SiO2技術(shù)研究

將渣含銅和對應(yīng)渣中SiO2含量做成散點(diǎn)圖，通過曲線擬合得到圖2。由圖2可得，當(dāng)SiO2含量在29%～31.5%之間時(shí)，渣含銅隨SiO2含量增加逐漸降低；當(dāng)SiO2含量在31.5%～34%之間時(shí)，渣含銅穩(wěn)定在較低的范圍；當(dāng)水淬渣中SiO2含量超過34%時(shí)，渣含銅又呈上升趨勢，因此水淬渣中SiO2含量控制在31.5%～34%之間為宜。

將渣含銅和對應(yīng)渣Fe/ SiO2做成散點(diǎn)圖，通過曲線擬合得到圖3。由圖3可得，當(dāng)Fe/ SiO2在1.05～1.15之間時(shí)，渣含銅隨Fe/SiO2增加而逐漸降低；當(dāng)Fe/ SiO2在1.15～1.25之間時(shí)，渣含銅穩(wěn)定在較低的范圍；當(dāng)水淬渣Fe/ SiO2大于1.25時(shí)，渣含銅又呈上升趨勢。同時(shí)，生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)Fe/ SiO2超過1.4容易造成噴槍燒損，電爐電極打弧嚴(yán)重，因此Fe/ SiO2控制在1.15～1.25之間為宜。

圖2 水淬渣中銅含量與水淬渣中SiO2的關(guān)系

圖3 水淬渣中銅含量與水淬渣中Fe/SiO2含量的關(guān)系

3.1.2 最優(yōu)CaO含量技術(shù)研究

在滿足已研究項(xiàng)目的最佳工藝條件下，考察渣中CaO含量對渣含銅的影響。

將渣含銅和對應(yīng)的渣CaO含量做成散點(diǎn)圖，通過曲線擬合得到圖4。由圖4可得渣中CaO含量在2.0%～4.5%之間，渣含銅隨CaO含量的增加逐漸降低。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載，奧爐渣典型成分中CaO含量為7.4%[2]。金劍銅業(yè)在冶煉過程中不另外補(bǔ)充CaO，渣中CaO含量主要通過調(diào)整銅精礦使用比例加以控制。因此渣中CaO含量維持現(xiàn)有狀況在2%～4%為宜。

圖4 水淬渣中銅含量與水淬渣中CaO含量的關(guān)系

3.1.3 最優(yōu)MgO和Al2O3含量技術(shù)研究

在滿足已研究項(xiàng)目的最佳工藝條件下，考察渣中MgO和Al2O3含量對渣含銅的影響。

將渣含銅和對應(yīng)的渣中MgO和Al2O3含量做成散點(diǎn)圖，通過曲線擬合得到圖5和圖6。由圖可見，渣含銅隨著MgO和Al2O3含量的升高呈上升趨勢，因此為保證渣含銅達(dá)到0.6%以下，渣中MgO含量控制在2%以下、Al2O3含量控制在4%以下為宜。

圖5 水淬渣中銅含量與水淬渣中MgO含量的關(guān)系

圖6 水淬渣中銅含量與水淬渣中Al2O3含量的關(guān)系

3.2 改變爐內(nèi)氣氛技術(shù)研究

爐內(nèi)氣氛性質(zhì)是氧化性還是還原性，直觀表現(xiàn)在渣中Fe3O4含量和冰銅品位上。本項(xiàng)研究就從這兩個(gè)方面著手。

3.2.1 降低Fe3O4含量技術(shù)研究

（1） 確定最佳 Fe3O4含量 ：

在滿足已研究項(xiàng)目的最佳工藝條件下，考察渣中Fe3O4含量對渣含銅的影響。

將渣含銅和對應(yīng)的渣中Fe3O4含量做成散點(diǎn)圖，通過曲線擬合得到圖7。由圖可見，渣含銅隨著Fe3O4含量的升高呈上升趨勢，為了使渣含銅控制在0.6%以下，渣中Fe3O4含量控制在6%以下為宜。

圖7 水淬渣中銅含量與水淬渣中Fe3O4含量的關(guān)系

（2）降低Fe3O4含量技術(shù)研究：

渣中Fe3O4主要有兩種來源：

一種是銅精礦高溫分解產(chǎn)物FeS被氧化生成FeO，但由于爐內(nèi)氧化氣氛強(qiáng)，部分FeO未來得及造渣就被迅速氧化成Fe3O4；

另一種是返回奧爐處理的轉(zhuǎn)爐渣浮選銅精礦，含有較多的Fe3O4。FeS對Fe3O4具有還原作用，但如果爐內(nèi)氧化氣氛強(qiáng)，F(xiàn)eS被氧化，則Fe3O4很難被還原。

因此，要降低Fe3O4含量，歸根結(jié)底就是要弱化爐內(nèi)氧化性氣氛。

為了弱化爐內(nèi)氧化性氣氛，就需要適當(dāng)補(bǔ)充還原性氣氛，主要補(bǔ)充源有兩個(gè)：

（1）來源于銅精礦中的硫：

銅精礦在爐內(nèi)熔煉過程中，首先高溫分解，產(chǎn)生大量硫化物[3]，硫化物具有較強(qiáng)的還原性，會(huì)弱化氧化性氣氛。因此，要使用具有合適硫銅比的銅精礦[3]。

將渣中Fe3O4含量與相應(yīng)的入爐精礦硫銅比做成散點(diǎn)圖，通過曲線擬合得到圖8，從圖8可見隨入爐精礦硫銅比增加渣中Fe3O4含量顯著降低。

但配料過程中硫銅比不是越高越好，過高的硫銅比造成熔體溫度過高，加大爐襯損耗，且入爐物料含硫較高會(huì)增大硫酸生產(chǎn)負(fù)荷且入爐物料含銅低會(huì)降低礦銅產(chǎn)量，因此控制配料中硫銅比控制在1.15～1.2之間為宜。

圖8 水淬渣中Fe3O4含量與配料硫銅比的關(guān)系

（2）來源于添加的煤粉：

煤粉具有較強(qiáng)的還原性，會(huì)弱化氧化性氣氛，同時(shí)還會(huì)還原渣中Fe3O4。

將渣中Fe3O4含量與相應(yīng)的煤粉加入量做成散點(diǎn)圖，通過曲線擬合得到圖9，從圖9可見隨煤粉加入量增加渣中Fe3O4含量顯著降低。為了使渣含銅控制在0.6%以下，在配料過程中煤比例控制在5%～8%。

圖9 渣中Fe3O4含量與配料中煤的比例的關(guān)系

3.2.2 最優(yōu)冰銅品位技術(shù)研究

將水淬渣含銅和冰銅品位含量做成散點(diǎn)圖，通過曲線擬合得到圖10，從圖10可見水淬渣含銅隨冰銅品位的增加而降低，主要是因?yàn)檫^高的冰銅品位是由爐內(nèi)強(qiáng)氧化性氣氛引起的，而強(qiáng)氧化性氣氛又會(huì)導(dǎo)致渣中Fe3O4含量增高，銅的機(jī)械損失增大。實(shí)踐表明，冰銅品位控制在46%～49%較佳。

圖10 水淬渣中銅含量與冰銅品位的關(guān)系

3.3 溫度控制研究

冶煉過程中，溫度過高會(huì)加快爐襯損耗，降低爐壽命，且增加能耗。溫度過低，反應(yīng)不完全，同時(shí)熔體粘度變大，渣含銅損失增加。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及設(shè)計(jì)要求，控制熔煉爐熔體溫度1200℃±20℃左右、冰銅溫度為1130℃±20℃左右、電爐渣溫度為1230℃±20℃左右為宜。

3.4 作業(yè)面控制研究

在滿足已研究項(xiàng)目的最佳工藝條件下，考察冰銅面和渣面高度對渣含銅的影響。

將渣含銅和對應(yīng)的冰銅面和渣面高度分別做成散點(diǎn)圖，通過曲線擬合得到圖11和圖12。由圖11可見，渣含銅隨著冰銅面升高而增加，且冰銅面過低會(huì)造成放冰銅帶渣，不利于轉(zhuǎn)爐操作，因此為保證渣含銅達(dá)到0.6%以下，冰銅面控制在100 mm～450 mm之間；由圖12可見，渣含銅隨著渣面降低而增加，當(dāng)渣面過高可能發(fā)生渣從觀察孔流出引發(fā)危險(xiǎn)，因此為保證渣含銅達(dá)到0.6%以下，渣面控制在1400 mm～1700 mm之間。

圖11 水淬渣中銅含量與冰銅面的關(guān)系

圖12 水淬渣中銅含量與渣面的關(guān)系

4 降低水淬渣含銅的操作實(shí)踐

4.1 加強(qiáng)原料管理

（1）車間提前做好3個(gè)月預(yù)配料。

（2）嚴(yán)格執(zhí)行銅精礦分倉堆放管理制度；精確掌握各種物料庫存情況，避免精礦長期堆放發(fā)生氧化結(jié)塊。

（3）在配料中保證硫銅比在1.15～1.25之間，煤用量在5%～8%之間。

（4）工序之間加強(qiáng)溝通，實(shí)時(shí)掌握原料成分變化，保證入爐物料成分穩(wěn)定；入爐物料混合均勻，混捏粒度達(dá)標(biāo)。

（5）銅精礦含水在8%左右，北方地區(qū)冬季氣溫較低，經(jīng)常出現(xiàn)精礦凍結(jié)成塊現(xiàn)象，在皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)處及原料倉頂安裝篩網(wǎng)，防止凍結(jié)精礦塊入爐，凍結(jié)精礦塊粉碎處理后入爐。

4.2 加強(qiáng)熔煉爐操作管理

熔煉爐冰銅品位、渣型、爐溫等指標(biāo)控制在最佳工藝參數(shù)范圍內(nèi)，具體見表2。

表2 最佳工藝控制參數(shù)

4.3 加強(qiáng)沉降電爐的操作管理

4.3.1 加強(qiáng)放銅排渣作業(yè)管理

（1）冰銅面控制在100 mm～450 mm范圍內(nèi)，渣面控制在1400 mm～1700 mm范圍內(nèi)。

（2）排渣期間密切關(guān)注電極行程，電極行程在450mm～500mm范圍內(nèi)排渣操作，電極行程在100 mm～150 mm范圍內(nèi)停止排渣；排渣前10分鐘提起三根電極，保持渣面靜止。

（3）加強(qiáng)工序之間的協(xié)調(diào)配合，及時(shí)放渣、放銅。冰銅面過高時(shí)，先放銅后放渣。

4.3.2 加強(qiáng)沉降池溫度控制

根據(jù)熔煉爐出料情況合理使用電極，控制熔煉爐熔體溫度1200℃±20℃左右、冰銅溫度為1130℃±20℃左右、電爐渣溫度為1230℃±20℃左右。

4.4 加強(qiáng)考核管理

通過開展技術(shù)培訓(xùn)，提高職工操作水平；通過加強(qiáng)考核，開展勞動(dòng)競賽等形式，提高職工的責(zé)任心，主控手及時(shí)調(diào)整熔煉爐爐況，爐前工嚴(yán)格執(zhí)行放銅排渣制度，合理使用電極。

5 實(shí)施效果

通過考察水淬渣銅含量與各影響因素之間的關(guān)系，確定最佳工藝控制參數(shù)，同時(shí)對操作實(shí)踐進(jìn)行優(yōu)化，摸索出一套降低水淬渣含銅的管理方法。2018年1月至2019年3月實(shí)施后，取得了顯著成績，具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 2018年1月至2019年3月份月均水淬渣銅含量(%)

金劍銅業(yè)水淬渣含銅目標(biāo)值為0.6%，依此為基準(zhǔn)，2018年1月至2019年3月，金劍銅業(yè)多回收金屬銅65.75t，為公司創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)提高了銅資源綜合利用率。