閃速爐和電爐渣含銅關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)化

駱時(shí)雨，張偉旗

（1.江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424；2.江西銅業(yè)集團(tuán)銅材有限公司，江西貴溪 335424）

0 引言

隨著世界銅冶煉技術(shù)的不斷發(fā)展和科技進(jìn)步，閃速爐“四高技術(shù)”在國(guó)內(nèi)外煉銅行業(yè)得以廣泛應(yīng)用，熔煉渣含銅會(huì)隨著冰銅品位的提高呈上升趨勢(shì)，渣中銅損失突顯。江銅貴溪冶煉廠三期改造后，閃速爐各項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)值，其產(chǎn)能、冰銅品位高，但閃速爐、電爐渣含銅高，銅金屬回收率低，管控難度大，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益受限，成為該廠生產(chǎn)技術(shù)的“瓶頸”。

對(duì)于傳統(tǒng)火法銅冶煉廠，渣含銅是一項(xiàng)極為重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。該廠爐渣主要有閃速爐渣、電爐渣和轉(zhuǎn)爐渣等，采用渣浮選處理，其中閃速爐、電爐渣占渣選原礦比例高達(dá)75%。渣選原礦中渣含銅偏高，有價(jià)銅流失嚴(yán)重，渣選成本高，唯有提升熔煉工藝技術(shù)水平，加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程管控，方可大幅減少閃速爐、電爐渣含銅，降低渣選原礦含銅量和渣選成本，提高銅冶煉回收率。

1 主要工藝流程及渣含銅現(xiàn)狀分析

貴冶熔煉一系統(tǒng)閃速爐采用閃速熔煉和電爐貧化閃速爐渣的生產(chǎn)模式，銅精礦按照一定的比例配料經(jīng)干燥后進(jìn)入閃速爐熔煉，而閃速爐渣進(jìn)入電爐進(jìn)行進(jìn)一步的貧化，熔煉二系統(tǒng)沒(méi)有電爐工序，閃速爐為高渣層控制，閃速爐及電爐渣通過(guò)緩冷后進(jìn)入選礦車間選出渣精礦，再返回閃速爐熔煉回收金屬銅，工藝流程如圖1 所示。

根據(jù)冶金反應(yīng)工程學(xué)，渣含銅影響因素多而復(fù)雜且相互關(guān)聯(lián)，如物料添加量、爐況、冰銅品位、爐渣（成分、渣量、溫度、黏性、Fe/SiO2含量及緩冷時(shí)間）等。銅進(jìn)入銅渣中的主要方式是冰銅和氧化銅化學(xué)地熔解于渣中、冰銅粒子機(jī)械懸浮。閃速爐渣常以锍夾渣的形態(tài)存在；而電爐渣則以斑銅礦、黃銅礦、方黃銅礦等鐵硫化銅的形式晶出。

圖1 閃速爐及電爐渣處理工藝流程

銅爐渣的主要化學(xué)成分是Fe、SiO2、CaO、Al2O3、Cu、S，其具有硬度大、密度高、尾礦沉淀快、邦德功指數(shù)高等特點(diǎn)。研究表明，其銅品位的高低與選銅指標(biāo)的正關(guān)聯(lián)性極大，即爐渣中銅品位愈高，相對(duì)應(yīng)其選銅指標(biāo)則更好，反之亦然。

采用多元線性回歸分析法，分析該廠2015—2018 年閃速爐渣、電爐渣和轉(zhuǎn)爐渣等生產(chǎn)操作數(shù)據(jù)，可創(chuàng)建渣含銅及其影響因素的線性方程。分析回歸方程即可得出各作業(yè)參數(shù)對(duì)渣含銅的影響程度大小，摸索出渣含銅的主、次要因素，其中閃速爐爐況、冰銅品位、電爐冰銅產(chǎn)出量等是其影響主因，其余則對(duì)渣含銅的影響較小。

通過(guò)分析近年該廠渣選原礦含銅量與回收率之間的關(guān)系，渣選原礦含銅量越高，金屬回收率越低，渣選成本越高，且還會(huì)造成有價(jià)金屬銅流失。所以，必須降低渣選原礦含銅量[1-2]，方可提高金屬銅的回收率，而降低閃速爐、電爐渣含銅可有效地回收金屬銅，實(shí)現(xiàn)效益最大化。

2 渣含銅關(guān)鍵技術(shù)研究及優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 合理控制精礦配比和雜質(zhì)成分

目前，該廠入爐原料種類多而復(fù)雜，銅精礦各成分波動(dòng)較大，為穩(wěn)定閃速爐爐況，唯有精準(zhǔn)配料，嚴(yán)格將銅精礦各成分比例控制在一定的范圍內(nèi)[3-4]，如表1 所示。

應(yīng)規(guī)范精礦存取流程，對(duì)不同種類、不同成分的銅精礦進(jìn)行隔離存儲(chǔ)，杜絕參雜混用；精礦雜質(zhì)含量較復(fù)雜，宜采取集中堆存，且根據(jù)爐況及渣含銅情況來(lái)調(diào)整配比。

表1 銅精礦各成分所占比例 %

2.2 優(yōu)化精礦噴嘴結(jié)構(gòu)，提高反應(yīng)性能

2.2.1 加強(qiáng)冷卻效果，減少噴嘴底部粘結(jié)

原精礦噴嘴水套冷卻水設(shè)計(jì)偏小，冷卻效果較差，易造成噴嘴底部嚴(yán)重粘結(jié)，甚至噴嘴水套燒損。為提高噴嘴的冷卻效果，保護(hù)噴嘴水套，可在冷卻水閥組進(jìn)水端增設(shè)噴嘴冷卻水增壓泵，以提高冷卻水壓力，噴嘴粘結(jié)少，能消除噴嘴水套燒損隱患。

2.2.2 改進(jìn)噴嘴分配器，提高干礦均勻性

在閃速爐低投入量的情況下，單層分配風(fēng)分配器能滿足生產(chǎn)需要，但在高投入量的情況下，單層分配器不能完全打散噴嘴下來(lái)的干礦，導(dǎo)致閃速爐下生料，使?fàn)t況變差，單層噴嘴分配器如圖2a 所示。為徹底解決高投入量情況下的干礦分散問(wèn)題，該廠發(fā)明雙層分配器，完全可滿足閃速爐高投入量的需求。雙層噴嘴分配器如圖2b 所示。

圖2 噴嘴分配器

2.2.3 增設(shè)噴嘴座式水套清理孔

混氣室粘結(jié)時(shí)，會(huì)影響工藝風(fēng)速及工藝風(fēng)與干礦反應(yīng)的均勻性，可在座式水套4 個(gè)角增設(shè)清理孔。日常點(diǎn)檢時(shí)，可通過(guò)清理孔觀察內(nèi)部情況；一旦粘結(jié)，可利用座式水套專用清理工具清理，如圖3 所示。

圖3 座式水套專用清理工具

2.3 分配風(fēng)流量的最優(yōu)化控制

目前，該廠入爐原料復(fù)雜，采用原分配風(fēng)計(jì)算公式計(jì)算出的分配風(fēng)量已不能滿足實(shí)際工況的需要。對(duì)此，為選擇合適的分配風(fēng)使用量，該廠以投料量、工藝風(fēng)量、工藝風(fēng)速為基準(zhǔn)進(jìn)行了大量研究，當(dāng)工藝風(fēng)速恒定為100 m/s 時(shí)，摸索出最適合實(shí)際工況的新分配風(fēng)計(jì)算公式。

（1）原分配風(fēng)計(jì)算公式。Q=F×3.15+758，其中，Q 為分配風(fēng)量，Nm3/h，F(xiàn) 為總投料量，t/h。

（2）優(yōu)化后的分配風(fēng)計(jì)算公式。Q=6.3×F+2.9×U+0.526×V/F+200，其中，Q 為分配風(fēng)量，Nm3/h，F(xiàn) 為總投料量，t/h，U 為工藝風(fēng)速，m/s，V 為工藝風(fēng)量，Nm3/h。

2.4 閃速爐、電爐爐底粘結(jié)溫度的控制

閃速爐、電爐熔池狀況直接關(guān)系到渣的含銅量，熔池容積較大才能采取厚渣層控制，才有利于銅渣的分離量[4-6]，而影響閃速爐、電爐熔池容積的主因是爐內(nèi)粘結(jié)增多、爐底抬高，所以必須準(zhǔn)確地判斷出熔池內(nèi)粘結(jié)位置，才能采取針對(duì)性的控制措施。為此，通過(guò)爐內(nèi)點(diǎn)檢觀察爐內(nèi)粘結(jié)位置，并結(jié)合爐底溫度測(cè)點(diǎn)，逐步摸索出爐底出現(xiàn)粘結(jié)的溫度平衡點(diǎn)為500 ℃，若低于該溫度可調(diào)整控制參數(shù)、定點(diǎn)投放生鐵以消除粘結(jié)，確保閃速爐、電爐的熔池容積，如圖4 所示。

2.5 優(yōu)化閃速爐排銅口結(jié)構(gòu)尺寸

圖4 爐底溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)

閃速爐排銅口尺寸由之前的DN45 擴(kuò)大至DN50，閃速爐排銅量增加，相應(yīng)EF 冰銅量減少，提高了EF 貧化爐渣的能力；同時(shí)總排銅時(shí)間減少，錮鈹發(fā)生率降低，電爐不加入錮鈹，爐渣機(jī)械銅損失降低。

2.6 合理控制渣型和冰銅品位

在保證精礦處理量最大化的前提下，將閃速爐主要控制參數(shù)與渣含銅之間進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)[7]，可摸索出銅損失穩(wěn)定的最佳閃速爐控制參數(shù)區(qū)間，即目標(biāo)Fe/SiO2控制在1.25～1.3，P-FFMG控制在58%～61%較合理。

2.7 增設(shè)氧濃度檢測(cè)儀判斷FF 反應(yīng)狀況

在鍋爐出口增設(shè)氧氣濃度檢測(cè)儀，可實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)煔庵械臍堁鯘舛?，以判斷閃速爐反應(yīng)狀況。如圖5 所示，煙氣中含氧濃度陡升時(shí)，說(shuō)明閃速爐反應(yīng)情況變差，操作人員應(yīng)逐一排查影響反應(yīng)的因素，而及時(shí)調(diào)整閃速爐的反應(yīng)狀況，則有助于降低渣中的Fe3O4比率和煙氣中的SO3發(fā)生率。

圖5 閃速爐余熱鍋爐出口煙氣殘氧濃度趨勢(shì)

3 效果分析

2015—2018 年閃速爐、電爐渣含銅情況見(jiàn)表2。2015—2018 年渣選原礦含銅情況見(jiàn)表3。從表2 和表3 中不難看出，閃速爐渣含銅已由原1.22%降至1.13%，電爐渣含銅已由原0.82%降至0.69%，渣選原礦含銅量已由原2.08%降至1.9%，且呈逐年降低的趨勢(shì)，既可防止有價(jià)銅金屬的流失，大幅提高金屬回收率，又能降低渣選成本。生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，在生產(chǎn)平衡允許情況下，確保閃速爐爐況良好、合理控制渣型和冰銅品位是降低渣含銅的必要前提和關(guān)鍵。

表2 2015—2018 年閃速爐、電爐渣含銅情況 %

表3 2015—2018 年渣選原礦含銅情況 %

4 結(jié)束語(yǔ)

生產(chǎn)實(shí)踐證明，該廠閃速爐和電爐渣含銅關(guān)鍵技術(shù)研究及優(yōu)化設(shè)計(jì)是圓滿成功的。銅熔煉渣是銅的重要二次資源[8]，隨著世界礦產(chǎn)資源的日益枯竭和節(jié)能環(huán)保要求的不斷提高，該廠擬取消高能耗的電爐，確保閃速爐爐況良好，合理控制渣型和冰銅品位，將閃速爐和轉(zhuǎn)爐渣含銅作為降低渣選原礦含銅的主要突破口，提高銅冶煉回收率，真正達(dá)到“吃干榨盡”的理想目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的高效、低成本運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展。