卡爾多爐處理復雜物料工藝的研究

劉益民

（甘肅有色冶金職業技術學院， 甘肅 金昌 737100）

國內某貴金屬冶煉廠由于銅陽極泥原料不足，為了完成生產任務，卡爾多爐處理原料也日益復雜。處理原料主要有三類，一種是通過銅陽極泥加壓浸出工序所產加壓渣[1]；第二種是酸泥、煙灰、吹煉渣等返料；第三種是堆存酸泥通過堿浸工藝處理所產堿浸渣。由于返料及堿浸渣物料成分，性狀與加壓渣存在較大差異，雜質含量較高，因此對冶煉工藝的選擇性造成一定影響。

1 復雜原料對卡爾多爐技術經濟指標產生的影響

1.1 影響熔煉渣含銀

熔煉渣含銀是合金吹煉工序一項重要的技術經濟指標[2]，熔煉渣含銀較高，會造成銀直收率下降，且含銀較高的熔煉渣需返爐處理，又造成生產成本的增加。

1.2 返料量大，熔煉、吹煉效率低

酸泥、煙灰、堿浸渣等物料處理過程中易造成返料增加。一方面該物料密度小，質輕，單獨進入合金轉爐處理時飛揚現象嚴重，部分酸泥、煙灰、堿浸渣在負壓作用下再次進入硒吸收系統，使得每個爐周期酸泥量增加。另一方面，熔煉期試劑配比與酸泥、煙灰、堿浸渣等物料不匹配，導致熔煉期造渣不完全，渣率較低。復雜物料熔點較正常處理加壓渣高，雜質含量增加，造成熔煉期化料時間明顯增加，吹煉壓力明顯增大。

2 卡爾多爐處理復雜物料工藝的研究

2.1 系統原料和試劑精細化配比

熔煉渣中酸性氧化物為SiO2，堿性氧化物為CaO、MgO、Na2O、BaO，中性氧化物為Fe2O3、Al2O3，酸性氧化物含量高，w（SiO2）為20%~30%，中性氧化物呈堿性[2]。硅酸度為爐渣中酸性氧化物含氧量之和與堿性渣氧化物含氧量之和的比值。硅酸度大于1的爐渣屬于酸性爐渣。

表1 熔煉渣硅酸度計算表

從表1 中可以看出，熔煉渣的硅酸度在2.45~4.20 之間，屬于酸性渣。通過熔煉渣硅酸度的計算，為復雜物料處理過程中試劑配比提供理論依據，根據現場卡爾多爐返料的產出量及貴金屬冶煉廠堆存物料的數量，制定卡爾多爐物料處理原則。每次空爐投入2 t 的吹煉渣。每爐次一般分為三個進料周期，每個進料周期一般進3 次料，第一次投入2 t 的加壓渣，第二次加入1 t 的加壓渣和1 t 的酸泥混合料，第三次投入1 t 的加壓渣和1 t 的堿浸渣混合料，后兩個進料周期與第一周期進料相同。熔劑加入量以進爐料量為基數進行計算：碳酸鈉熔劑配比為3%~6%、碎焦熔劑配比為3%~6%、石英砂熔劑配比為3%~5%（加酸泥期間配入碳酸鈉熔劑配比為3%、碎焦熔劑配比為6%、石英砂熔劑配比為5%；加堿浸渣期間配入碳酸鈉熔劑配比為0~2%、碎焦熔劑配比為5%、石英砂熔劑配比為5%）。

通過優化生產組織和試劑配比，產出陽極板w（Au+Ag）提高至98.7%，w（Te）降低至0.005%，w（Bi）降低至0.02%，w（Cu）降低至0.6%，為下一步銀電解工序生產合格電銀創造有利條件。合金吹煉工序中熔煉渣渣率提高，對雜質形成開路，吹煉渣渣率、酸泥率、煙塵率有所降低，提高技術經濟指標，降低含金銀中間物料的產出量。

2.2 氧槍槍頭和吹煉槍槍頭的改進

采用數值模擬與試驗相結合的方法來改進氧槍槍頭和吹煉槍槍頭，依據超音速最佳型面的設計準則，結合技術參數和結構參數對噴頭進行數值仿真計算分別得到了熔煉期和吹煉期噴射性能較好的一組馬赫數。熔煉期氧槍馬赫數為2.28，吹煉期噴槍馬赫數為2.62。兩種噴嘴的數值模擬結果如圖1 和圖2 所示。

圖1 熔煉期超音速噴嘴

根據仿真模擬結果，制作熔煉期超音速噴嘴和吹煉期超音速噴嘴，并投入生產應用，在熔煉期使用氧槍化料熔煉時，單爐熔煉時間由原來36 h 縮短至33 h，吹煉期使用氧槍和吹煉槍雙槍作業，吹煉時間由原來的24 h 縮短至20 h，氧槍在吹煉過程中提供溫度，吹煉槍在吹煉過程中提供充足的氧化性氣氛，通過提高入爐氧氣的壓力和流量，實現對爐內熔體的強化攪動，實現強化吹煉，加快貴鉛合金中鉛和鉍的氧化造渣，同時深度吹煉除碲，保證金銀合金產出的銀陽極板雜質元素含量降到廠內控指標范圍之內，為銀電解創造良好的條件。

圖2 吹煉期超音速噴嘴

3 結論

通過對卡爾多爐處理復雜物料工藝進行研究，主要得出以下兩點結論：

1）通過調整硅酸度對熔煉渣、吹煉渣渣型進行研究，優化物料配比及試劑配比，提高了熔煉渣率，降低了吹煉渣、酸泥、煙灰等返爐物料產率，并提升了金銀合金板金銀主品位和粗硒中硒的主品味，降低了金銀合金板中的Te、Bi、Cu 等對下游電解工序造成較大影響的雜質含量，實現生產的平穩運行，確保了產品質量。

2）通過對熔煉期及吹煉期氧槍槍頭進行優化改進，有效地縮短了熔煉時間及吹煉時間，并且提高了吹煉深度，有利于降低金銀合金板中的雜質含量，提高了卡爾多爐處理復雜物料的生產效率。