銅冶煉企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制的探索與實踐

鐘 磊

（金隆銅業(yè)有限公司，安徽 銅陵 244021）

1 引言

企業(yè)外購原料（銅精礦與冷銅等）在銅品位下降的同時，其雜質(zhì)含量卻逐年上升，即隨原料進入生產(chǎn)系統(tǒng)中的雜質(zhì)總量越來越多，由此導(dǎo)致的生產(chǎn)系統(tǒng)中雜質(zhì)總量逐漸累積，勢必對產(chǎn)品質(zhì)量的長期穩(wěn)定造成威脅［1-3］。在現(xiàn)有生產(chǎn)形勢下，如何保持產(chǎn)品質(zhì)量的長期穩(wěn)定，使產(chǎn)品在市場中保持持久的競爭力，是銅冶煉企業(yè)長期面臨且必須解決的難題，而解決該難題的根本途徑就是對生產(chǎn)系統(tǒng)中的雜質(zhì)總量進行實時監(jiān)控并準確判斷，進而采取適當(dāng)措施減少生產(chǎn)系統(tǒng)中雜質(zhì)對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

2 銅冶煉生產(chǎn)過程及其中的雜質(zhì)累積

某銅冶煉企業(yè)的主生產(chǎn)工藝流程是由閃速爐工序、轉(zhuǎn)爐吹煉工序、陽極爐精煉工序、電解工序、渣選礦工序及進行陽極泥處理的貴金屬生產(chǎn)系統(tǒng)等組成。各工序產(chǎn)出的物料種類多且復(fù)雜，其中部分物料又重新投入上游工序，即其所含雜質(zhì)又重新進入生產(chǎn)系統(tǒng)中。

在銅冶煉系統(tǒng)中，F(xiàn)F及CF產(chǎn)出的SO2煙氣在制酸前先經(jīng)動力波洗滌除去其中的雜質(zhì)，原料所含雜質(zhì)量的增加對硫酸產(chǎn)品質(zhì)量幾乎不會造成影響。進入陽極板中的雜質(zhì)會隨進入上游工序雜質(zhì)總量的增加而增加［4-5］，進入電解工序中的雜質(zhì)總量也隨之增加，陰極銅生產(chǎn)質(zhì)量的控制難度也隨之增加，陰極銅的化學(xué)成分及其物理外觀質(zhì)量將受影響［6］。

3 陰極銅化學(xué)成分的監(jiān)控

陰極銅化學(xué)成分可直接體現(xiàn)陰極銅的質(zhì)量狀況。為加強對產(chǎn)出陰極銅化學(xué)成分的監(jiān)控，某公司每天對產(chǎn)出的陰極銅進行取樣，并進行雜質(zhì)元素分析。

為加強生產(chǎn)控制，在以《GB/T 467—2010陰極銅》為基礎(chǔ)制定的企業(yè)標準中，還對Bi、Sb、As、Pb、S五個元素設(shè)定了預(yù)警值，如表1所示。

表1 陰極銅預(yù)警雜質(zhì)元素及其預(yù)警值 ppm

當(dāng)發(fā)現(xiàn)某雜質(zhì)元素（或元素組）含量達到預(yù)警值或臨近標準要求控制上限時，便及時告知生產(chǎn)部門采取相應(yīng)措施來降低該雜質(zhì)元素的含量，從而確保陰極銅化學(xué)成分的穩(wěn)定。

根據(jù)陰極銅化學(xué)成分，可判斷出銅冶煉系統(tǒng)中對陰極銅質(zhì)量影響較大的雜質(zhì)元素。下面將對銅冶煉系統(tǒng)內(nèi)的As、Bi、Sb、Te四個雜質(zhì)元素進行分析。

4 銅冶煉系統(tǒng)中雜質(zhì)總量狀況及其動態(tài)分析

銅冶煉系統(tǒng)中不同物料中雜質(zhì)含量對陰極銅化學(xué)成分產(chǎn)生影響的程度不同。電解工序內(nèi)部的物料及其直接處理的物料對陰極銅化學(xué)成分產(chǎn)生直接影響，且影響較大；而由電解上游工序處理的物料則影響陽極銅的雜質(zhì)含量，對陰極銅化學(xué)成分產(chǎn)生間接影響，影響較小。

銅冶煉系統(tǒng)中雜質(zhì)總量狀況及其變化趨勢，可從電解工序內(nèi)部及其處理物料、電解上游工序處理物料兩方面進行分析。而電解上游工序處理物料則可分為外購原料、銅冶煉系統(tǒng)中產(chǎn)出后重新投入本系統(tǒng)中的物料、來自貴金屬系統(tǒng)產(chǎn)出的物料。

因很多物料中Te含量很低，其化驗分析誤差較大，難以把握其含Te情況。下面僅在電解工序內(nèi)部及其處理的物料，對該元素進行分析。

4.1 電解工序內(nèi)部及其處理物料中雜質(zhì)總量及其動態(tài)分析

對陰極銅化學(xué)成分造成影響的雜質(zhì)元素，主要來自電解工序內(nèi)部的電解液及由其處理的陽極板、分銅液（來自貴金屬系統(tǒng)）。

電解液中雜質(zhì)總量，可通過對其雜質(zhì)濃度進行分析、計算獲得。如某個時期內(nèi)電解液雜質(zhì)總量如表2所示。

表2 某時期電解液中部分雜質(zhì)總量

電解液中雜質(zhì)總量變化趨勢，除可通過直接分析電解液中雜質(zhì)濃度進行實時監(jiān)控外，還可通過對電解工序處理及產(chǎn)出物料中所含雜質(zhì)的差量計算進行預(yù)測。

如某個時期內(nèi)電解工序處理（進入電解液）物料中雜質(zhì)總量可通過表3計算。

表3 某時期內(nèi)電解工序處理物料中雜質(zhì)總量

如某個時期內(nèi)電解工序產(chǎn)出（從電解液中脫離）物料中雜質(zhì)總量（其中黑銅泥、電積銅中含Te量忽略不計）可通過表4計算。

綜上所述，進出電解工序雜質(zhì)總量的計算可得出，本時期電解工序As、Bi、Sb、Te的凈增加量分別為：1.66t、2.50t、3.22t、-0.296t(其中負值為凈減少量)。

根據(jù)電解工序中雜質(zhì)總量的進出情況，可推斷出電解液中雜質(zhì)含量的變化趨勢，從而為銅冶煉系統(tǒng)生產(chǎn)組織提供參考依據(jù)。

4.2 銅冶煉系統(tǒng)產(chǎn)出又重新投入本系統(tǒng)中物料的雜質(zhì)總量

對銅冶煉系統(tǒng)產(chǎn)出又重新投入本系統(tǒng)的物料是指重新投入上游工序的物料，不包括直接進入下道工序或重新投入本工序（產(chǎn)出工序）的物料。即該部分物料多為高雜質(zhì)物料，其所含雜質(zhì)可以從銅冶煉系統(tǒng)中脫除。同時，為了減少有價金屬損失等原因，又重新投入銅冶煉系統(tǒng)中。

銅冶煉系統(tǒng)產(chǎn)出又重新投入本系統(tǒng)的高雜質(zhì)物料主要有：廢酸工序產(chǎn)出的銅砷濾餅，電解凈液工序產(chǎn)出的黑銅泥、電積銅，渣選礦工序產(chǎn)出的渣精礦等。如某時期該部分物料中雜質(zhì)總量可通過表5計算。

表5 某時期銅冶煉系統(tǒng)產(chǎn)出又投入本系統(tǒng)中部分物料中雜質(zhì)總量

該部分高雜質(zhì)物料雖又進入銅冶煉系統(tǒng)，但可根據(jù)情況對其開路，根據(jù)生產(chǎn)運營情況決定開路的雜質(zhì)總量。

4.3 貴金屬系統(tǒng)產(chǎn)出物料中雜質(zhì)總量

為減少有價金屬損失，貴金屬系統(tǒng)產(chǎn)出的部分高雜質(zhì)物料也進入銅冶煉系統(tǒng)處理。2020年主要有貧化渣（磨料）、卡爐渣（磨料）、分銅液等，其中分銅液直接進入電解工序。某時期該部分物料的雜質(zhì)總量可通過表6計算。

表6 某時期產(chǎn)自貴金屬系統(tǒng)又投入銅冶煉系統(tǒng)部分物料中雜質(zhì)總量

該部分物料雖進入銅冶煉系統(tǒng)，但可根據(jù)情況對其開路，根據(jù)生產(chǎn)運營情況決定開路的雜質(zhì)總量。

4.4 外購原料中雜質(zhì)總量

用于銅冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)的采購原料主要有銅精礦、冷銅、鉛冰銅、精煉渣等。根據(jù)現(xiàn)有庫存及即將到貨原料中各自的雜質(zhì)含量，可計算出將隨外購原料進入銅冶煉系統(tǒng)的雜質(zhì)總量。

已采購原料中雜質(zhì)總量情況已確定，但未來待采購原料可以進行選擇，從而可控制進入銅冶煉系統(tǒng)中的雜質(zhì)總量。

4.5 銅冶煉系統(tǒng)中雜質(zhì)總量計算的不斷修正

通過對電解工序內(nèi)部物料、銅冶煉系統(tǒng)產(chǎn)出又投入本系統(tǒng)中的物料、貴金屬系統(tǒng)產(chǎn)出物料、外購原料中雜質(zhì)總量的計算，可得出銅冶煉系統(tǒng)中的雜質(zhì)總量。由于部分物料中雜質(zhì)含量低且不均勻，分析誤差較大，因此需對系統(tǒng)內(nèi)雜質(zhì)總量進行定期修正計算，從而對銅冶煉系統(tǒng)內(nèi)庫存雜質(zhì)總量進行預(yù)估，為生產(chǎn)運營決策提供可靠依據(jù)。

5 減少銅冶煉系統(tǒng)中雜質(zhì)對陰極銅質(zhì)量影響的措施

為減少銅冶煉系統(tǒng)中雜質(zhì)對陰極銅生產(chǎn)質(zhì)量的影響，可根據(jù)銅冶煉系統(tǒng)中雜質(zhì)總量及變化趨勢，從銅冶煉系統(tǒng)雜質(zhì)總量控制、均衡處理高雜質(zhì)物料兩個方面來采取措施。

降低銅冶煉系統(tǒng)的雜質(zhì)總量可通過增加銅冶煉系統(tǒng)內(nèi)雜質(zhì)的開路、減少原料中雜質(zhì)含量（即控制雜質(zhì)的投入量）來實現(xiàn)。

5.1 開發(fā)新產(chǎn)品除去雜質(zhì)

陰極銅生產(chǎn)過程中被視為雜質(zhì)的其他元素并非完全沒有價值。通過開發(fā)新工藝或新的副產(chǎn)品除去銅冶煉系統(tǒng)中的雜質(zhì)，既可增加公司的收益，又可為社會的資源回收利用做出自己的貢獻。

經(jīng)過多年的探索，某公司現(xiàn)已先后開發(fā)出硫酸鎳、粗硒、碲化銅、鉛鉍合金、錸酸銨等以其他元素（非銅）為核心元素的副產(chǎn)品。且該公司正在對生產(chǎn)系統(tǒng)中其他雜質(zhì)元素的回收利用進行探索，努力實現(xiàn)多金屬回收。

5.2 高雜質(zhì)物料的開路

銅冶煉過程產(chǎn)出的高雜質(zhì)物料同時含有銅等有價金屬元素，對該部分物料進行開路，不可避免地將帶來有價金屬的損失甚至處置費用。因此，高雜質(zhì)物料的開路總量，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)雜質(zhì)總量情況進行控制。

現(xiàn)某公司對外開路的含雜質(zhì)較高物料主要有白煙灰、鉛濾餅、中和渣、選礦尾渣等。

5.3 采購原料中雜質(zhì)總量的控制

采購的原料中不可避免地伴有雜質(zhì)元素。即使對原料中雜質(zhì)元素進行價格上的扣罰，也難以改變外購原料中的雜質(zhì)總量。外購原料中雜質(zhì)總量的控制，需全面考慮整個生產(chǎn)系統(tǒng)中雜質(zhì)總量及某時期內(nèi)已采購原料中雜質(zhì)總量，將原料雜質(zhì)含量作為是否采購的重要參考指標。

5.4 均衡處理高雜質(zhì)物料

陰極銅中所含的雜質(zhì)會隨陰極銅產(chǎn)品從銅冶煉系統(tǒng)中脫除。要避免陰極銅質(zhì)量波動，就要盡可能多地將雜質(zhì)從陰極銅中開路，而這需要維持電解工序處理陽極板中雜質(zhì)含量的穩(wěn)定（這也有利于陰極銅質(zhì)量的生產(chǎn)控制）。而陽極板中雜質(zhì)元素含量的穩(wěn)定，需在其上游的閃速爐工序、轉(zhuǎn)爐工序均衡地處理高雜質(zhì)物料。

6 結(jié)束語

在競爭激烈的銅冶煉行業(yè)中，如何長期為顧客提供質(zhì)量穩(wěn)定的陰極銅產(chǎn)品，必須未雨綢繆，為銅冶煉系統(tǒng)中雜質(zhì)總量的控制做好規(guī)劃，為陰極銅的生產(chǎn)創(chuàng)造良好的條件。

同時，控制好系統(tǒng)中雜質(zhì)總量，也可使整個生產(chǎn)系統(tǒng)有更多的富余能力來處理高雜質(zhì)物料，從而使企業(yè)可更從容地應(yīng)對雜質(zhì)含量趨高的原料市場，提升企業(yè)適應(yīng)復(fù)雜原料市場的能力。