貴冶閃速爐銅精礦配料管理實踐

夏中治，桂云輝

（江西銅業集團公司貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

關鍵字：閃速爐；閃速熔煉；精礦配料

1 前言

銅精礦配料過程是閃速熔煉工藝中的一道重要工序，其實質是合理、科學地將多種精礦及輔助材料按一定的配比配制，以滿足閃速爐生產指標、管理控制和經營目標的要求，其原料配比的合理性不僅有助于穩定閃速爐爐況，降低生產成本，而且對于后續工序產品質量的提高和能源消耗的降低具有重要意義。

近年來銅冶煉能力劇烈擴張后，銅精礦供應已成為突出的問題，銅精礦的銅品位降低和硫量品位的提高是今后幾年的一個趨勢，另外在原料組織上呈批次多，批量小，成份復雜、雜質含量高的態勢。根據貴冶生產實踐，銅精礦配料是影響閃速爐爐況的主要原因之一，因此，在摸索出閃速爐處理這種精礦方法的同時，對閃速熔煉銅精礦的合理、準確的配料顯得尤為重要。

2 貴冶原輔材料主要成份

閃速熔煉原輔助材料主要有銅精礦、渣精礦、石英砂、含金（銀）石英砂等，貴冶對原輔助材料技術要求見表1、表2和表3所示：

3 銅精礦配料需考慮的因素

3.1 混合礦中S/Cu的控制

混合礦中S/Cu比控制是配料需考慮的重要參數之一，閃速熔煉能充分利用原料中S和Fe等元素氧化時所產生的化學反應熱來實現自熱熔煉。在配料過程中，若S/Cu比過低，在閃速熔煉時需補充額外熱量，不利于節能；S/Cu過高的反應熱負荷大，爐體襯磚損耗加劇，且會造成反應塔側壁溫度長期偏高，無法正常控制爐體溫度。硫高銅低的配料，在裝入量不變的情況下會影響冰銅的產量及冰銅品位，同時，硫高會給制酸系統產生壓力。在富氧熔煉的情況下選擇適宜的S/Cu，即可實現閃速爐自熱熔煉，又利于節能和穩定銅酸系統的生產。貴冶根據產能情況，混合礦（干礦）S/Cu一般控制在1.1-1.25。

混合精礦中Cu品位增加，則所需氧量減少，精礦中Cu、S、Fe品位每增加1%，所需氧量Cu是反比關系，Fe、S是成正比關系，增加1%的S是相對于增加1%Fe來說，氧量變化是Fe是4倍左右。可見，精礦中S品位對過程所需氧量的影響最大，所以對S的控制顯得十分必要。

3.2 雜質元素（Pb、Zn、As、Sb、Bi）的控制及影響

閃速熔煉工藝中，銅精礦中雜質元素含量的多少對閃速爐的正常生產影響較大，在日常生產配料中，需充分考慮雜質含量情況進行合理的高低搭配，避免雜質特別是揮發性雜質元素對生產過程和產品產量產生較大影響。

銅精礦中雜質元素Zn、Pb在熔煉過程中分布行為較為復雜，它們的分布與反應中氧勢、溫度、冰銅品位等熔煉條件密切相關，根據近幾年閃速爐生產數據以及元素普查情況分析，Zn、Pb的分布大部份（約60%）進入渣相中，進入銅相中約有25%，少部份（約15%）揮發進入煙氣相中。當銅精礦中雜質元素Zn、Pb含量較高時，會提高渣熔點和煙灰發生率，增加渣的粘度，同時煙灰在排煙系統中的粘附性增加，且這種煙灰性質較為堅硬，很難通過振打有效清除，一旦粘附在鍋爐管壁上，容易形成大塊狀煙塵，危害鍋爐安全。表5和圖1為貴冶2#閃速爐干礦中Zn、Pb高低對生產帶來的影響情況。

表1 銅精礦化學成份

表2 石英砂化學成分（%）

表3 渣精礦化學成分（%）

表4 貴冶2#閃速爐銅精礦（干礦）含Zn+Pb高低分布及生產情況

圖1 貴冶閃速熔煉干礦含Zn、Pb控制示意

表5 貴冶陽極銅質量標準

銅精礦中雜質元素As、Sb、Bi的含量對產品質量及電解、硫酸工序影響較大，精礦中的As經閃速熔煉生成三氧化二砷進入煙氣相中，富集在閃速爐電收塵煙灰中，收集下來的煙灰又通過封閉循環回到閃速爐中，會進一步氧化成不容易揮發的五氧化二砷，進入渣相及冰銅相。根據統計：砷有79.65%進入銅相及渣相中，其中進入渣相占44.24%，進入冰銅相占35.41%；進入冰銅中的五氧化二砷在吹煉及精煉過程也比較難揮發，大部分進入銅相及渣相中，有數據表明：銅閃速熔煉爐及轉爐吹煉渣中的砷97.8%又將隨著渣精礦回到閃速爐中，這樣大大增加了閃速爐入爐原料的雜質含量，也使得砷、鉍、銻等雜質在系統內不斷循環和富集，最終造成銅閃速爐煉銅中的大量砷大部分將進入到陽極銅中，造成陽極銅中含砷超標。此外在熔煉過程中，As、Sb、Bi對高冰銅品位具有較強的親合力，進入銅相的量隨品位提高而增量。

火法冶金未除去的As、Sb、Bi雜質在陽極板中的以不溶性雜質或生成的不溶性化合物形式存在，銅在電解精煉過程中，As、Sb、Bi雜質會污染電解液，雜質容易沉積附著在陰極上，特別當陰極不光滑時，附著將更加緊密，As、Sb、Bi雜質含量直接影響陰極銅質量，貴冶陽極銅質量標準如表5所示。

原料中含As、Sb、Bi相當部分在熔煉過程中揮發，進入制酸系統，為在確保H2SO4質量及催化劑功能，含As煙氣在轉化前需凈化，此工序中廢酸富集了煙氣中大部份As，廢酸中的As硫化沉淀后，產出砷濾餅，送亞砷酸車間處理，因此，煙氣中含As多少決定了廢酸量的多少，含As高會導致廢酸處理過程中硫化鈉消耗量大，如圖2所示。貴冶根據生產實際情況，確保產品質量及降低廢酸原液含As量，一般干礦含As不大于0.4%，見圖3所示。

表6 精礦中不純物對生產的影響

圖2 近幾年原液含As與硫化鈉單耗情況

圖3 2016年1-11月份干礦、陽極銅含As情況

3.3 精礦中Al2O3、MgO、F、Cl的控制及影響

精礦中Al2O3性質較為穩定，熔點較高，Al2O3在閃速爐渣中含量最高達到過4.2%，但Al2O3－SiO2二元系較為簡單，在銅閃速熔煉過程中Al2O3基本不參與化學反應，僅發生晶型轉變和爐內參與熱交換過程，在精礦中含高熔點Al2O3、MgO化合物時，閃速熔煉中銅渣分離不清，冰銅與渣流動性差，銅渣排放困難，所以在配料過程中以充分考慮其含量對爐況的影響，通常情況下，生產中控制Al2O3含量應不超過0.4%、MgO含量不超過0.35%。

而精礦中的F、Cl含量的高低，直接影響到閃速熔煉排煙工序及后續制酸工藝的設備安全，熔煉過程中形成的氯化物、氟化物在熔煉段難以去除，在閃速工藝生產中表現的主要危害為對設備的嚴重腐蝕，如在干燥過程中對干燥機盤管（奧氏體不銹鋼）的腐蝕、尤其對閃速爐排煙系統如鍋爐壁管、電收塵系統、排煙管道排煙風機等具有較強的腐蝕性，另外它還可以侵蝕鉛材及陶瓷材料，同時對酸酸觸媒也有害，所以降低精礦中F、Cl含量有助于延長設備使用壽命及生產安全，見表6所示。

3.4 配料過程中需考慮的其它因素

閃速熔煉配料還應該根據生產任務、精礦庫庫存、中間物料配撒精礦情況、下道工序作業模式、精礦品位、數量、品種等等來確定各礦種比率，以穩定爐況出發來調整所需，另外值得關注的是：應根據精礦中的SiO2含量，在滿足生產需要的前提下，合理配料，減少配入的石英砂量。因為配入的石英砂量大，相應會減少入爐精礦品位，在相同在裝入量下會減少產銅量，另外儲存、運輸及熔化石英砂都將消耗較多能源，而且根據貴冶生產經驗，配入的石英砂量大時對爐況也會有所影響，表現更為突出的是對反應塔塔壁溫度、精礦下料分布等均有所影響，需綜合考慮。

4 總結

根據貴冶生產實踐經驗，對配料過程中影響閃速熔煉生產及工序影響進行了分析，并對部份雜質元素的控制值做了說明，面對國內外銅精礦資源日趨短缺，由于冶煉的礦種雜質元素不斷升高，精準合理地配料有助于穩定閃速爐爐況，提升技術經濟指標。貴冶通過不斷摸索，對高雜原料的冶煉技術得到了極大的豐富和提高，逐漸形成了一套成熟的、具有貴冶特色的配料技術。