頂吹爐處理高鎂銅精礦實(shí)踐

郭江，曠華，楊勇，岳雄

（云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司，云南 個(gè)舊 661017）

隨著全球銅資源的逐漸枯竭，國(guó)內(nèi)銅冶煉企業(yè)產(chǎn)能卻不斷攀升，國(guó)內(nèi)銅冶煉企業(yè)對(duì)優(yōu)質(zhì)銅精礦需求逐年增大，銅精礦供需平衡面臨著越來(lái)越大的挑戰(zhàn)，優(yōu)質(zhì)精礦出現(xiàn)了供不應(yīng)求的現(xiàn)狀，且礦價(jià)極高，使銅冶煉加工企業(yè)生產(chǎn)成本上升，冶煉加工過(guò)程中利潤(rùn)逐年被壓縮，冶煉企業(yè)盈利困難，甚至面臨虧損。因此，銅冶煉企業(yè)尋求處理價(jià)格相對(duì)較低的高雜銅精礦成為各冶煉廠利潤(rùn)來(lái)源的主要增長(zhǎng)點(diǎn)。

云錫銅業(yè)采用世界先進(jìn)的富氧頂吹熔池熔煉工藝[1]，該工藝具有對(duì)原料適應(yīng)性強(qiáng)、脫雜能力高等特點(diǎn)，對(duì)處理高雜銅精礦具有一定優(yōu)勢(shì)。自2019年以來(lái)公司為拓寬原料來(lái)源，尋求新的盈利增長(zhǎng)點(diǎn)，嘗試用頂吹爐處理高鎂銅精礦，生產(chǎn)高品位冰銅，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。本文結(jié)合此次處理高鎂銅精礦生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中頂吹熔煉系統(tǒng)出現(xiàn)的問題進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，并以運(yùn)行中出現(xiàn)的問題為導(dǎo)向，提出相應(yīng)的工藝優(yōu)化解決措施。

1 頂吹爐處理高鎂銅精礦原料成分

云錫銅業(yè)富氧頂吹爐處理的銅精礦成分如表1所示，從表中可以看出，頂吹熔煉爐處理的精礦含銅相對(duì)較低，含鐵、含硫和有害雜質(zhì)鋅、鉛較高，精礦中二氧化硅、MgO極高，是典型的高雜難處理物料，且從表中可知，頂吹熔煉系統(tǒng)中MgO的主要來(lái)源于銅精礦，少部分來(lái)源于吹煉產(chǎn)出的吹煉渣。

表1 頂吹熔煉爐物料成分化驗(yàn)結(jié)果表/%

2 MgO在頂吹熔煉過(guò)程中的走向

在頂吹熔煉爐處理高鎂銅精礦過(guò)程中，通過(guò)對(duì)熔煉產(chǎn)物爐渣、冰銅和熔煉煙塵進(jìn)行化驗(yàn)分析如表2所示，從表2中可以看出熔煉過(guò)程中MgO在爐渣中分布比率較大，冰銅和熔煉塵中分布極少，故MgO主要進(jìn)入渣中，從熔煉爐渣中開路除去。

表2 頂吹熔煉系統(tǒng)產(chǎn)物中MgO含量分析表/%

3 頂吹爐處理高鎂銅精礦對(duì)熔煉系統(tǒng)的影響

頂吹爐在處理銅精礦造锍熔煉過(guò)程中，MgO含量超過(guò)一定范圍時(shí)，將致使熔煉爐爐渣熔點(diǎn)升高，爐渣黏度增大，流動(dòng)性變差[2]；混合熔體溜槽粘結(jié)嚴(yán)重，熔體排放不暢；沉降電爐橫膈膜增厚，凍結(jié)層升高，渣含銅損失加大等現(xiàn)象發(fā)生，影響整個(gè)熔煉系統(tǒng)的穩(wěn)定和冶煉過(guò)程中各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的控制。

3.1 MgO對(duì)渣型、渣熔點(diǎn)的影響

頂吹爐在處理高鎂銅精礦時(shí)，由于MgO屬于高熔點(diǎn)雜質(zhì)，其熔點(diǎn)為2800℃，在銅精礦造锍熔煉過(guò)程中，MgO很難揮發(fā)從煙塵除去，而存在于爐渣中，且爐渣中的MgO含量較高時(shí)，混合熔體中的鎂會(huì)與鐵和SiO2反應(yīng)，形成鐵鎂橄欖石[3]（Fe、Mg）2SiO4，造成爐渣熔點(diǎn)升高、流動(dòng)性降低、黏度增大、熔渣有“泡沫化”現(xiàn)象發(fā)生；排放時(shí)，因爐渣黏度增大，流動(dòng)性差，高溫混合熔體對(duì)溜槽粘結(jié)嚴(yán)重，致使熔體排放不暢，嚴(yán)重時(shí)常導(dǎo)致熔體溢槽，使銅精礦冶煉被迫中斷。表3為實(shí)踐中處理高鎂銅精礦時(shí)MgO含量對(duì)爐渣成分和性能的影響統(tǒng)計(jì)表，從表3中可看出，渣中MgO含量越高，熔煉堰口混合熔體正常流淌所需溫度越高，渣中MgO含量每升高0.6個(gè)百分點(diǎn)，混合熔體溫度就需要升高12℃～15℃才能維持堰口熔體正常排放需要。此外，從表3還可知，隨著爐渣中MgO含量由1.5%增至2.5%時(shí)，爐渣中的銅損失有所降低，而當(dāng)MgO高于2.5%時(shí)，爐渣中的銅損失急劇升高，爐渣熔點(diǎn)也急劇上升，爐渣粘稠度增大，且熔渣出現(xiàn)“泡沫化”現(xiàn)象，爐渣流動(dòng)性越來(lái)越差，排放溜槽粘結(jié)較為嚴(yán)重。

表3 MgO含量對(duì)爐渣成分和性能的影響/%

3.2 MgO對(duì)爐頂結(jié)焦的影響

銅精礦在富氧頂吹爐熔煉過(guò)程中，由于其精礦MgO含量相對(duì)較高，MgO在造锍熔煉時(shí)，會(huì)與加入的溶劑（SiO2）反應(yīng)生成十分難溶的二度硅酸鹽（2MgO·SiO2）和鐵鎂橄欖石，與精礦中Al2O3反應(yīng)生成高熔點(diǎn)的鎂鋁尖晶石，這些高熔點(diǎn)難容的物質(zhì)將致使混合熔體熔點(diǎn)升高，爐渣渣型惡化、流動(dòng)性變差，物料反應(yīng)產(chǎn)生的氣體很難從熔體中溢出，致使熔池被迫升高，爐渣噴濺頻繁，爐頂結(jié)焦嚴(yán)重；并且由于反應(yīng)中生成了高熔點(diǎn)難溶的2MgO·SiO2、鐵鎂橄欖石和鎂鋁尖晶石，混合熔體在流經(jīng)頂吹爐虹吸堰口[4]時(shí)受到堰口銅水套的冷卻作用后，熔體中高熔點(diǎn)的2MgO·SiO2、游離的MgO和鎂鋁尖晶石將會(huì)部分析出，增加混合熔體的黏度，并在堰口銅水套的強(qiáng)力冷卻作用下，附著于堰口排放通道的襯磚上，使通道變小，熔體流經(jīng)堰口通道速度減緩，從而造成爐內(nèi)熔池逐漸升高，爐體搖擺加劇，爐內(nèi)熔體噴濺頻繁，加快爐頂結(jié)渣結(jié)焦速度。

3.3 MgO對(duì)沉降電爐的影響

頂吹爐熔煉產(chǎn)出的混合熔體通過(guò)水冷銅溜槽流入沉降電爐進(jìn)行冰銅和爐渣沉降分離。在頂吹熔煉高鎂銅精礦時(shí)，由于熔煉過(guò)程中渣中形成了高熔點(diǎn)的鐵鎂橄欖石和鎂鋁尖晶石，以及游離的未反應(yīng)的MgO，將致使?fàn)t渣粘稠度增加，在沉降電爐內(nèi)形成了一層密度值介于爐渣和冰銅之間的黏渣層—俗稱橫膈膜[5]。由于黏渣層密度大于上層的爐渣，且黏度大，常造成渣-锍分離困難，爐渣渣含銅升高，金屬回收率低，并且爐渣中的MgO及產(chǎn)生的高熔點(diǎn)物質(zhì)會(huì)在沉降電爐溫度相對(duì)較低的爐底和側(cè)爐壁形成爐結(jié)，致使電爐有效容積縮小。圖1為生產(chǎn)過(guò)程中MgO對(duì)沉降電爐黏渣層高度、凍結(jié)層和電爐渣渣含銅的影響統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)圖，表4為電爐樣釬黏渣成分分析表，從圖1和表4中從表中可看出，黏渣層中MgO含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于上層爐渣，MgO在電爐沉降分離過(guò)程中出現(xiàn)沉降富集，是形成電爐橫膈膜的主要原因之一，并且電爐渣中MgO含量越高，電爐黏渣層、凍結(jié)層厚度越高，電爐渣含銅損失也越大。

圖1 MgO與電爐黏渣、凍結(jié)層和渣含銅關(guān)系圖

表4 沉降電爐黏渣成分分析表/%

3.4 MgO對(duì)爐況操控的影響

頂吹熔煉爐處理高鎂銅精礦時(shí)，由于高熔點(diǎn)雜質(zhì)MgO的帶入并參與造渣反應(yīng)，打破了原有的爐內(nèi)平衡，而反應(yīng)中生成的鐵鎂橄欖石等高熔點(diǎn)物質(zhì)，造成爐渣熔點(diǎn)升高，渣型惡化，熔體流動(dòng)性變差，排放堰口出現(xiàn)爐渣“泡沫化”，溜槽粘結(jié)嚴(yán)重等現(xiàn)象，致使操控頂吹爐難度陡增，維護(hù)混合熔體溜槽工作艱巨。處理高鎂礦過(guò)程中，因爐渣渣型惡化，爐渣透氣性變差，爐內(nèi)熔池逐漸升高，常造成爐體搖擺加劇，噴槍背壓異常，噴槍擺動(dòng)頻率升高，爐內(nèi)熔體噴濺頻繁，煙氣溢散嚴(yán)重等問題出現(xiàn)，造成作業(yè)環(huán)境惡化，附屬設(shè)備故障率極高，特別是直升煙道過(guò)渡段和爐頂冷卻水管常因爐體搖擺，造成管路頻繁通漏。

表5 SiO2對(duì)渣中MgO的影響/%

4 頂吹爐處理高鎂銅精礦的工藝優(yōu)化

針對(duì)頂吹爐處理高鎂銅精礦過(guò)程中出現(xiàn)的問題，通過(guò)查其原因，對(duì)物料配比和過(guò)程控制中工藝參數(shù)的優(yōu)化，可有效保證銅精礦處理過(guò)程中熔煉系統(tǒng)的平穩(wěn)正常。

4.1 加強(qiáng)物料管理力度，合理搭配高鎂礦

頂吹熔煉爐正常生產(chǎn)過(guò)程中，加強(qiáng)物料管理力度，從嚴(yán)從實(shí)管理物料搭配和圓盤制粒。物料搭配時(shí)，應(yīng)確保入爐混合銅精礦Cu/S在0.8-1.0之間，科學(xué)合理搭配高雜高鎂精礦和高純進(jìn)口銅精礦的配比，控制入爐銅精礦MgO雜質(zhì)總含量不大于2%，Zn、Pb、As等雜質(zhì)總量不大于5%，控制入爐精礦Al2O3含量不大于1.5%，減少M(fèi)gO和Al2O3反應(yīng)生成高熔點(diǎn)的鎂鋁尖晶石，增加爐渣熔點(diǎn)；合理配比吹煉爐渣，以減少雜質(zhì)MgO的帶入量，從而減少M(fèi)gO對(duì)熔煉過(guò)程中爐渣熔點(diǎn)和渣型的影響。

4.2 加強(qiáng)冶煉過(guò)程控制，優(yōu)化工藝參數(shù)

云錫銅業(yè)處理高鎂、高雜質(zhì)銅精礦實(shí)踐中，通過(guò)加強(qiáng)冶煉過(guò)程控制，不斷優(yōu)化原料配比，優(yōu)化工藝參數(shù)控制和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，可以保證熔煉系統(tǒng)的正常。在實(shí)踐中，當(dāng)爐渣中MgO含量超過(guò)2%～2.5%時(shí)，爐渣黏度增大，渣含銅升高，生產(chǎn)中應(yīng)加大熔劑SiO2的補(bǔ)入，使MgO與SiO2造渣除去，而不至于呈游離狀態(tài)析出MgO（熔點(diǎn)：2800℃）和生成鎂橄欖石增加爐渣熔點(diǎn)。因此，云錫銅業(yè)在頂吹爐處理高鎂銅精礦實(shí)踐過(guò)程中，通過(guò)不斷摸索完善將爐渣Fe/SiO2控制在1.0-1.2之間，渣中CaO為3.5%～4.5%，混合熔體溫度控制在1220℃～1250℃，可以有效解決混合熔體流淌過(guò)程中出現(xiàn)的溜槽粘結(jié)和爐渣“泡沫”現(xiàn)象；控制冰銅品位為55%～58%可以有效降低電爐黏渣層高度，有利于銅渣分離。表5為生產(chǎn)實(shí)踐中爐渣SiO2對(duì)渣中MgO的影響統(tǒng)計(jì)表。

4.3 合理控制噴槍對(duì)熔池的攪拌力度

在熔煉過(guò)程中，當(dāng)噴槍插入熔池約100mm左右，噴濺強(qiáng)烈程度大于噴槍插入熔池200mm～300mm，噴槍插入熔池深度超過(guò)300mm后，熔體噴濺明顯減弱，但噴槍插入越深噴槍頭燒損越快。其次，噴槍風(fēng)量增大，噴槍對(duì)熔池?cái)嚢韪浞郑锪戏磻?yīng)激烈，當(dāng)噴槍風(fēng)量超過(guò)19000Nm3/h，不利于MgO的造渣，反而致使?fàn)t渣噴濺強(qiáng)烈，爐渣噴濺頻次升高，爐頂結(jié)渣生成速率加快。因此，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，云錫銅業(yè)頂吹熔煉爐最佳的噴槍插入熔池深度為150mm～200mm，噴槍風(fēng)量控制在16500Nm3/h，噴槍富氧率為53%～60%，在滿足熔煉爐正常生產(chǎn)的同時(shí)，可以有效的促進(jìn)噴槍對(duì)熔池的攪拌力度，利于MgO的造渣除去，有效的減小噴槍對(duì)熔體產(chǎn)生的動(dòng)能，降低熔體的噴濺高度，從而降低爐頂和過(guò)渡段結(jié)焦。

4.4 優(yōu)化電爐工藝控制，加強(qiáng)對(duì)黏渣層的還原力度

實(shí)踐中，沉降電爐渣溫控制在1270℃～1290℃，冰銅溫度1220℃～1240℃之間，可以有效控制電爐渣的銅損失和沉降電爐黏渣層的高度，保證熔煉系統(tǒng)的平穩(wěn)正常。若沉降電爐中局部橫膈膜增厚時(shí)，可以從電爐爐頂觀察孔適當(dāng)加入石英石，并用生鐵塊或鐵釬對(duì)黏渣層進(jìn)行晃動(dòng)還原，使黏渣層中的Fe3O4還原為FeO，石英石與渣中MgO和還原的FeO分別造渣除去，從而減少電爐橫膈膜的形成。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）頂吹爐處理的高雜銅精礦，其MgO主要來(lái)源于精礦和吹煉渣中，而MgO的開路途徑主要是隨沉降電爐爐渣開路排出。

（2）頂吹爐處理高鎂銅精礦實(shí)踐過(guò)程中，爐渣中的MgO含量對(duì)熔煉爐銅渣的熔點(diǎn)具有重要影響，爐渣中的MgO含量每升高0.6個(gè)百分點(diǎn)，實(shí)踐中爐渣熔點(diǎn)將會(huì)升高12℃～15℃，且爐渣中的MgO含量會(huì)致使?fàn)t渣熔點(diǎn)升高、流動(dòng)性降低、黏度增大、熔渣有“泡沫”現(xiàn)象發(fā)生。

（3）生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，通過(guò)精準(zhǔn)配料，確保入爐物料MgO含量不高于2%，在冶煉過(guò)程控制時(shí)，加大石英石的補(bǔ)入，控制Fe/SiO2在1.0-1.2之間，渣中CaO為3.5%～4.5%，混合熔體溫度在1220℃～1250℃，精確控制噴槍攪動(dòng)力度，提高噴槍富氧率，可以有效保證熔煉爐在處理高鎂銅精礦時(shí)熔煉系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全生產(chǎn)。

（4）優(yōu)化沉降電爐排渣、排銅工藝控制，適當(dāng)提高渣溫和銅溫，加強(qiáng)對(duì)電爐黏渣層的還原力度，可以有效降低因MgO形成的橫膈膜。