傾動(dòng)爐雜銅脫砷生產(chǎn)實(shí)踐

陳 勇，李文峰

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

傾動(dòng)爐精煉爐是20世紀(jì)60年代中期，由瑞士Maerz研究發(fā)明的。它在反射爐和回轉(zhuǎn)爐基礎(chǔ)上，吸取了兩種爐型的長(zhǎng)處而設(shè)計(jì)的。爐膛性子像反射爐，保持其較大的熱交換面積，采取了回轉(zhuǎn)爐可轉(zhuǎn)動(dòng)的方式，增設(shè)了固定風(fēng)口，取消了插風(fēng)管和扒渣作業(yè)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，既能處理熱料，又能處理冷料，是較理想的爐型［1］。

2 工藝流程

傾動(dòng)爐主要處理打包的雜銅包塊、電解殘極、外購(gòu)粗雜銅及其它含銅物料。配料的目的在于根據(jù)雜銅成份，配料才能夠順利造渣脫雜的合理原料。傾動(dòng)爐設(shè)計(jì)中，入爐含銅物料中雜銅配比最大值為56%。為了脫除雜銅原料中的雜質(zhì)，在加料過(guò)程中分批均勻的加入造渣劑，氧化造渣過(guò)程中用壓縮空氣經(jīng)過(guò)氧化系統(tǒng)噴入熔池內(nèi)對(duì)雜質(zhì)進(jìn)行氧化。當(dāng)爐內(nèi)形成渣型氧化造渣結(jié)束，然后進(jìn)行排渣作業(yè)，液態(tài)渣通過(guò)渣流槽排入渣包。氧化操作結(jié)束銅水中含氧約7000ppm。排渣結(jié)束后，通過(guò)還原系統(tǒng)將石油液化氣鼓入熔池，將銅水中的氧脫除。還原好的銅水經(jīng)過(guò)流槽入雙圓盤(pán)澆鑄機(jī)，澆鑄合格陽(yáng)極板。傾動(dòng)爐工藝流程圖見(jiàn)圖1［2］。

3 粗雜銅火法精煉

粗銅火法精煉的實(shí)質(zhì)是使其中的雜質(zhì)氧化成氧化物，并利用氧化物不溶于或極少溶于銅形成爐渣浮在熔池表面而被除去；某些雜質(zhì)在精煉作業(yè)下呈氣態(tài)揮發(fā)除去。雜質(zhì)在銅液中直接氧化的程度很微弱。當(dāng)空氣鼓入熔池中時(shí)，作為主體金屬的銅首先吸收氧并進(jìn)行氧化反應(yīng)，這個(gè)過(guò)程是氧化精煉的開(kāi)始和必需條件。氧在銅液中的溶解和形態(tài)可以由Cu-O體系說(shuō)明。Cu-O系狀態(tài)圖見(jiàn)圖2［3］。

圖1 傾動(dòng)爐工藝流程圖

圖2 Cu-O系狀態(tài)圖

3.1 雜質(zhì)砷的行為

砷與銅在液態(tài)時(shí)互溶，與銅水生成化合物Cu3As及固熔體；在銅中以砷化物、砷酸鹽存在。砷與Cu2O反應(yīng)為：

生成的三價(jià)砷氧化物，一部分隨爐氣排出，一部分繼續(xù)被氧化成As2O5，即：

As2O5不揮發(fā)，與Cu2O、NiO、PbO和BiO等氧化物生成各種不同組分的化合物。這些化合物都溶于銅液中，增加了脫除的難度。

4 脫砷實(shí)踐

傾動(dòng)爐作為雜銅精煉爐，為了克服原料中含As較高的雜銅，通過(guò)日常各項(xiàng)精細(xì)化操作滿足陽(yáng)極銅質(zhì)量以及給電解工序創(chuàng)造更有利的條件。傾動(dòng)爐把握冶煉中有利于脫除As的每個(gè)重要環(huán)節(jié)使As在陽(yáng)極銅中含量大大降低。

4.1 入爐物料配比

原料主要由粗雜銅為主，電解殘極為輔。傾動(dòng)爐入爐化學(xué)成份要求如下：Cu≥95.5%，Zn≤1.7%，Pb≤1.2%，Sn≤0.6%，Ni≤0.7%，S≤0.02%。設(shè)計(jì)雜銅入爐物料中沒(méi)有明確要求含As控制多少，但工廠對(duì)陽(yáng)極銅含As有嚴(yán)格要求，因其含量高導(dǎo)致銅的機(jī)械性能大大降低，嚴(yán)重影響陰極銅的品質(zhì)，為此冶煉過(guò)后的陽(yáng)極銅As必須控制≤0.3%。因此為了更好的合理搭配入爐物料，傾動(dòng)爐根據(jù)入廠原料中的雜質(zhì)及主品位預(yù)報(bào)進(jìn)行計(jì)算。針對(duì)含砷雜質(zhì)元素高的粗雜銅按入爐總量的百分比進(jìn)行配入，以減少雜質(zhì)砷在熔體銅中所占比例［4］。

表1 傾動(dòng)爐配料單以及配入粗雜銅含AS量

由表1可以看出，傾動(dòng)爐處理雜銅中可以通過(guò)合理搭配控制單爐含As高雜銅進(jìn)行均勻配入，可以平衡陽(yáng)極銅單個(gè)元素超標(biāo)。

傾動(dòng)爐按每爐380t計(jì)算高砷原料搭配得出雜銅冶煉As混合后極限值不得超過(guò)1.5%左右，有利于冶煉各周期控制達(dá)到最終陽(yáng)極銅As≤0.3%以下。

表2 傾動(dòng)爐入爐粗雜銅混合后As最大配比量

4.2 溶劑的加入

根據(jù)每爐含As量的不同，相應(yīng)的增減銅溶劑的加入量。對(duì)于高砷銅物料，在加高砷物料之前將爐內(nèi)鋪上適當(dāng)?shù)你~溶劑、石英石、CaO，然后將高砷銅物料依次加入，將含砷高的物料及銅溶劑、石英石、CaO分批次均勻加入至爐內(nèi)。當(dāng)溶劑的加入熔池后，一部分被銅液吸附或包裹，并隨銅液循環(huán)，分散于熔池中，增加了溶劑與雜質(zhì)的接觸面積和反應(yīng)機(jī)會(huì)，溶劑不會(huì)被爐渣稀釋?zhuān)冀K保持較高的溶度，可加快反應(yīng)速度和效果。傾動(dòng)爐以加冷料為主，砷在銅液含氧為0.2%以后就已經(jīng)氧化。通過(guò)早期分批次加入溶劑，可大幅度降低造渣時(shí)間，減少銅液過(guò)度氧化，增加脫砷時(shí)間和效果［5］。

通過(guò)實(shí)踐證明溶劑的配入必須分多批次混合物料加入，集中一起加入容易造成燒結(jié)成塊或包裹，不利與銅液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而延長(zhǎng)整個(gè)冶煉造渣時(shí)間。傾動(dòng)爐通過(guò)相同含As物料進(jìn)行對(duì)比溶劑加入分析數(shù)據(jù)如下表。

表3 傾動(dòng)爐溶劑配比方式

4.3 爐內(nèi)負(fù)壓控制

根據(jù)冶煉各個(gè)不同周期合理控制爐內(nèi)負(fù)壓，在加料期待物料未完全熔化之前不能過(guò)早急于用雜用風(fēng)進(jìn)行氧化，應(yīng)讓物料充分熔化成銅液，此時(shí)應(yīng)加大負(fù)壓閥的開(kāi)度，以便讓部分雜質(zhì)揮發(fā)隨煙氣進(jìn)入鍋爐及收塵系統(tǒng)。同樣氧化初期適當(dāng)增加負(fù)壓閥開(kāi)度，合理控制好燃燒風(fēng)量，讓部分雜質(zhì)通過(guò)煙氣脫除進(jìn)入收塵系統(tǒng)。下表4可以看出傾動(dòng)爐負(fù)壓傳統(tǒng)控制和現(xiàn)階段操作方式對(duì)脫As有較大影響。

表4 傾動(dòng)爐負(fù)壓控制方式

4.4 溫度控制

氧化初期階段快速提溫對(duì)雜質(zhì)脫除不利，氧化過(guò)程中雜質(zhì)的氧化是放熱過(guò)程，提高溫度不利于氧化物的生成，反會(huì)造成雜質(zhì)二次反溶進(jìn)入銅水。通過(guò)傾動(dòng)爐實(shí)踐氧化結(jié)束溫度不宜過(guò)高，控制范圍在1130℃～1160℃有利于氧化物砷的揮發(fā)。附表5傾動(dòng)爐溫度控制As走向［6］。

表5 傾動(dòng)爐溫度控制范圍對(duì)As走向

4.5 自動(dòng)搖爐

作為傾動(dòng)爐特有的優(yōu)勢(shì)是氧化過(guò)程可通過(guò)液壓系統(tǒng)使?fàn)t體角度不處于一個(gè)靜態(tài)面。通過(guò)預(yù)先設(shè)定時(shí)間、角度使?fàn)t膛來(lái)回傾轉(zhuǎn)，可促使Cu2O加速氧的傳遞作用，銅中殘留雜質(zhì)與銅液中氧化亞銅的活動(dòng)成反比，故精煉時(shí)應(yīng)使銅液中的Cu2O始終保持飽和狀態(tài)有利于氧與雜質(zhì)充分反應(yīng)。

4.6 增加造渣次數(shù)

對(duì)于單爐次入爐物料As含量較高時(shí)，不單是靠單次氧化造渣脫砷，必要時(shí)通過(guò)多次氧化造渣、及時(shí)扒渣，可維持爐渣較低的雜質(zhì)含量，加快除砷速度，提高脫砷效果。多次氧化會(huì)造成溫度迅速上升，通過(guò)控制好負(fù)壓，使熔池始終保持恒溫狀態(tài)。

5 效果檢查

通過(guò)上述實(shí)踐操作可降低高As物料造成冶煉脫砷不徹底影響電解液，造成陽(yáng)極銅質(zhì)量不合格等因素。從日常數(shù)據(jù)分析傾動(dòng)爐火法精煉具備脫除高As粗雜銅的條件。

表6 2015年-2016年陽(yáng)極銅、渣、煙灰含As分析對(duì)照表

6 結(jié)束語(yǔ)

貴冶傾動(dòng)爐通過(guò)配料控制、合理配比溶劑、負(fù)壓控制等冶煉精細(xì)化操作實(shí)踐能適應(yīng)高雜質(zhì)粗雜銅，大幅度提高了冶煉脫雜能力，為下道電解工序創(chuàng)造了一個(gè)好的條件。