1 前言
雙底連續(xù)煉銅工藝在國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用于河南豫光金鉛股份有限公司冶煉渣處理技術(shù)改造工程。自投產(chǎn)以來(lái)，生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)良，其中，熔煉爐和吹煉爐渣含銅分別為2.3%和10.0%左右，遠(yuǎn)優(yōu)于設(shè)計(jì)水平(設(shè)計(jì)熔煉渣含銅≤4.0%，吹煉渣含銅≤15%)。且低于其它連續(xù)煉銅工藝，這是由于底吹的反應(yīng)機(jī)理是氧氣直接作用于銅锍(或粗銅)，銅锍(或粗銅)作為氧的載體與物料進(jìn)行反應(yīng)[1]，加之底吹使熔體得到高強(qiáng)度的攪拌，物料在爐內(nèi)均勻分布，熔體中硫和鐵的活度較高[2]，所以造渣反應(yīng)氧勢(shì)低。本文從雙底連續(xù)煉銅工藝的爐渣的含銅形態(tài)和損失途徑進(jìn)行了分析探討，全面總結(jié)了降低渣含銅所采取的措施，對(duì)今后有效地控制渣含銅具有指導(dǎo)意義。
2 雙底連續(xù)煉銅工藝概述
雙底連續(xù)煉銅工藝流程如圖1所示，該工藝采用富氧底吹熔煉、富氧底吹連續(xù)吹煉，配置Φ 4.4×18 m底吹熔煉爐、Φ 4.1×18 m底吹吹煉爐各1臺(tái)。熔煉爐產(chǎn)出的熔煉渣和銅锍分別從渣口和銅锍口間斷放出，熔煉渣通過(guò)溜槽排放至12 m3的渣包中經(jīng)抱罐車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)至渣選礦工序，銅锍經(jīng)溜槽自流入吹煉爐中進(jìn)行連續(xù)吹煉。吹煉爐產(chǎn)出的粗銅和吹煉渣分別從銅口和渣口間斷放出，粗銅排放至4.4 m3的包子中經(jīng)行車(chē)吊運(yùn)至回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐中，吹煉渣經(jīng)溜槽排放至6 m3的渣包中經(jīng)抱罐車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)至緩冷場(chǎng)冷卻，破碎后返熔煉爐。熔煉爐、吹煉爐產(chǎn)出的煙氣分別經(jīng)余熱鍋爐降溫、電收塵除塵后進(jìn)入制酸工序。
3 降低“雙底”連續(xù)煉銅渣含銅的實(shí)踐
在銅冶煉過(guò)程中，金屬回收率作為一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，有效地降低渣含銅是提高金屬回收率的重要手段[3]。渣含銅包括以Cu2O·SiO2(或Cu2O·Fe2O3)形態(tài)溶于渣的化學(xué)損失、以Cu2S形態(tài)溶于渣中的物理?yè)p失和以銅锍液滴(或單質(zhì)銅液滴)形態(tài)夾雜于渣中的機(jī)械損失[4]。而在這三種損失形式中，又以機(jī)械夾帶最為嚴(yán)重。機(jī)械夾帶是影響雙底吹連續(xù)煉銅過(guò)程中渣含銅的重要因素，主要體現(xiàn)在：配料方式不當(dāng)影響爐況、工藝參數(shù)的控制、熔體液面的控制、沉降分離區(qū)設(shè)計(jì)偏短、氧化物與硫化物交互反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的SO2把銅(銅锍)液滴裹入渣中等。
3.1 降低熔煉渣含銅的實(shí)踐
3.1.1 合理配料
配料是穩(wěn)定爐況的首要條件，也是降低渣含銅的重要因素。配料不僅要在化學(xué)成分上滿足爐況需要，而且要保持入爐物料成分的相對(duì)穩(wěn)定。目前，豫光使用的銅精礦多為進(jìn)口礦，但也有少部分國(guó)內(nèi)礦，為了使熔煉爐在更換新物料初期爐況穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)較大范圍波動(dòng)，因此對(duì)配料上有著嚴(yán)格的要求：
(1)加強(qiáng)取樣制度管理，根據(jù)來(lái)料計(jì)劃，密切關(guān)注原料成分變化，對(duì)每批新進(jìn)廠物料取樣化驗(yàn)不少于3次;
(2)合理配料，使高雜質(zhì)精礦均衡加入，降低精礦中雜質(zhì)對(duì)渣含銅的影響。入爐混合精礦合理成分如表1所示。試產(chǎn)實(shí)踐表明，混合精礦中MgO≤1.1時(shí)對(duì)渣含銅影響不大;Pb+Zn≤6.0%對(duì)渣含銅及爐況影響不大，這主要是由于強(qiáng)烈的氣體攪動(dòng)，熔體中存在大量的小氣泡，能夠有效促使Pb、Zn等易揮發(fā)性成分迅速揮發(fā)而進(jìn)入氣相[5];
(3)每次在某批精礦用完之前新的配料變更單已下發(fā)至中控室，配料變更單上應(yīng)體現(xiàn)混合精礦合理成分及生成目標(biāo)銅锍所需的氧料比，并注明噸混合精礦理論產(chǎn)出銅锍量和渣量。
表1 熔煉爐混合精礦合理成分(%)
3.1.2 工藝參數(shù)的合理控制
銅锍品位對(duì)渣含銅有直接影響，隨著銅锍品位的升高，F(xiàn)e3O4生成量增加，渣含銅也會(huì)隨之升高，為了盡可能地降低吹煉爐的負(fù)荷及吹煉渣產(chǎn)出量，目前目標(biāo)銅锍品位控制在71～73%。
銅锍溫度要求穩(wěn)定，較高的銅锍溫度可以提高爐渣的過(guò)熱度，降低渣的粘度，以減少機(jī)械夾雜。通常目標(biāo)銅锍溫度為1200±20℃，渣溫1180±10℃。
合理的渣型是控制渣含銅的關(guān)鍵，爐渣的熔點(diǎn)、黏度和密度對(duì)渣含銅有著重大影響。目前的Fe/SiO2控制在1.80～2.0之間，之所以能夠采用高的鐵硅比造渣，是由于底吹熔煉的反應(yīng)機(jī)理是氧氣直接作用于銅锍，銅锍作為氧的載體，生成氧化亞銅與精礦中的硫化鐵反應(yīng)生成FeO，造渣反應(yīng)的氧勢(shì)低，不易生成Fe3O4，因而Cu2O在渣中的溶解度減小，利于渣銅分離。若采用較低的Fe/SiO2必然增加石英的用量，增大了渣量，增加了爐渣帶走銅的損失從而影響銅的直收率，同時(shí)也增加了渣選礦能源的消耗。因此，出于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和有利于操作等方面的考慮，采取高鐵硅比渣。生產(chǎn)實(shí)踐表明，使用效果理想。熔煉渣成分與渣含銅的關(guān)系如表2所示。
表2 熔煉渣成分與渣含銅的關(guān)系
3.1.3 控制適宜的渣層和銅锍層
渣層厚時(shí)，熔池液面升高，熔體得不到充分的攪動(dòng)，精礦反應(yīng)不充分，熔池的傳質(zhì)傳熱條件變差，造成爐內(nèi)溫度降低，使得爐渣黏度增加，銅锍液滴從其中析出減慢，銅锍與爐渣分離效果差，造成渣含銅升高;渣層太薄時(shí)，渣流不穩(wěn)、易噴濺，機(jī)械夾帶嚴(yán)重而引起渣含銅升高。所以，渣層一般控制在300～400mm之間。
銅锍層過(guò)高時(shí)，放渣時(shí)銅锍易從渣口溢出;而銅锍層太薄時(shí)，容易造成熔煉渣過(guò)吹，F(xiàn)e3O4生成量驟增，爐渣黏度增加，流動(dòng)性變差，從而引起渣含銅升高。因此，銅锍層一般控制在800～1000mm之間。
3.2 降低吹煉渣含銅的實(shí)踐
3.2.1 降低Fe3O4生成量
由于吹煉過(guò)程所需氧勢(shì)比熔煉過(guò)程高，所以在吹煉過(guò)程中生成Fe3O4的量要比熔煉過(guò)程多。可通過(guò)在吹煉配料系統(tǒng)中配入一定比例的焦粒，隨銅锍一起進(jìn)入吹煉爐，焦粒在進(jìn)入爐內(nèi)時(shí)與分壓很低的氧反應(yīng)，部分生成CO，造成弱還原性氣氛，使生成的Fe3O4還原為FeO而造渣，同時(shí)未反應(yīng)的焦粒被卷入熔池后直接還原從而使吹煉渣中的Fe3O4減少。此外，一定量的焦粒還可起到改善渣型、提高吹煉渣的過(guò)熱度、降低吹煉渣的黏度等作用。目前焦粒配入量為銅锍量的0%～3.0%。
另外，吹煉爐還應(yīng)采取“薄渣層”操作，盡量將爐內(nèi)的吹煉渣放到最低位，以減少Fe3O4在爐內(nèi)的存量。
3.2.2 工藝參數(shù)的合理控制
粗銅溫度要求穩(wěn)定，提高爐渣的過(guò)熱度，降低渣的粘度，以減少機(jī)械夾雜。生產(chǎn)實(shí)踐表明，粗銅溫度控制為1210～1260℃時(shí)便可保證吹煉渣有良好的流動(dòng)性。
吹煉渣采取高硅渣型，這是因?yàn)檫B續(xù)吹煉過(guò)程中始終有銅锍存在，吹煉渣中的Fe3O4能夠得到有效還原，生成的FeO與SiO2造渣，從而降低Fe3O4在爐內(nèi)的存量。但由于目前吹煉渣全部返回熔煉爐，為減少吹煉渣產(chǎn)出量，從而減少吹煉渣帶入熔煉爐的Fe3O4量，目前Fe/SiO2控制在1.2～1.4之間。吹煉渣成分與渣含銅關(guān)系如表3所示。
表3 吹煉渣成分與渣含銅的關(guān)系
3.2.3 控制適宜的粗銅層
吹煉過(guò)程中，氧首先與粗銅反應(yīng)，生成的[Cu2O]再與銅锍氧化造渣并生成粗銅。若銅層太薄時(shí)，高壓氧氣勢(shì)必會(huì)穿過(guò)粗銅層，造成渣層氧勢(shì)升高，渣中的FeO生成Fe3O4量增加，導(dǎo)致吹煉渣黏度、密度和熔點(diǎn)增加，渣銅分離效果不佳;而銅層太高時(shí)，放渣時(shí)粗銅易從渣口溢出。因此，粗銅層控制在500～600mm之間。
對(duì)于吹煉爐中的銅锍層，生產(chǎn)中還應(yīng)做到放渣時(shí)每班至少看到一次渣中夾帶銅锍，以避免因爐內(nèi)缺少銅锍而引起的渣過(guò)吹。
4 結(jié)語(yǔ)
雙底連續(xù)煉銅新工藝的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用成功，成為繼三菱法和“雙閃”之外的又一重要連續(xù)煉銅工藝。渣含銅作為該工藝的一項(xiàng)重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，需要在今后的生產(chǎn)實(shí)踐中繼續(xù)摸索總結(jié)、繼續(xù)加強(qiáng)工藝優(yōu)化和提高職工技術(shù)操作水平，以實(shí)現(xiàn)渣含銅的不斷穩(wěn)定降低，為國(guó)內(nèi)銅冶煉企業(yè)的技術(shù)升級(jí)改造提供引領(lǐng)和示范作用。
參考文獻(xiàn)
[1] 蔣繼穆.氧氣底吹爐連續(xù)煉銅新工藝及裝置簡(jiǎn)介[A].中國(guó)首屆熔池熔煉技術(shù)及裝備專題研討會(huì)論文集[C]，1-5.
[2] 羅銀華，王志超.“富邦爐”提高床能力及降低渣含銅生產(chǎn)實(shí)踐[J].有色礦冶，2013，29(1):36-38.
[3] 朱祖澤，賀家齊.現(xiàn)代銅冶金學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社，2003.
[4] 陳國(guó)發(fā).重金屬冶金學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1992.
[5] 張振揚(yáng)等.富氧底吹熔煉爐內(nèi)氣液兩相流動(dòng)的數(shù)值模擬[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2012，22(6):1826-1834.
聲明：
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來(lái)源：河南豫光金鉛股份有限公司
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