“雙閃速爐”銅冶煉過程中伴生金屬的流向分析與回收利用

陳洪華，牛 輝

（山東祥光集團有限公司，山東 聊城 252327）

銅冶煉過程中，銅、金、銀是計價金屬，其分布和走向是銅冶煉工作者所熟知和研究的主要對象。隨著原材料價格的上漲，產能的擴增，加工費持續走低，銅冶煉生產效益的也逐漸下滑！為了提高企業效益，必須加大綜合回收有價金屬的力度。因此，研究伴生金屬走向及其分布情況，提高其回收率和回收品種，對提高企業效益有著重要意義[1]。同時，銅精礦作為不可再生資源，其伴生金屬的綜合回收利用，是實現我國有色金屬工業持續發展的重要途徑，不僅可以在相當程度上解決國內有色金屬礦山原料不足的問題，而且有助于保護自然、資源，減少有色金屬生產和消費過程中對生態環境的影響和破壞，明顯降低有色金屬生產過程的能源消耗，減少環境污染，實現有色金屬工業的可持續發展[2]。

陽谷祥光銅業有限公司始建于2005年，是世界上一次建成的規模最大的銅冶煉廠。祥光通過自主研發的“旋浮銅冶煉”技術，產能從20萬噸提升到了45萬噸，成為世界上單系統產能最大的銅冶煉廠；通過持續投資解決“三廢”問題，依靠科技支撐發展循環經濟，基本實現了將各種廢棄物料“吃干榨凈”，實現了經濟效益、環境效益和社會效益的多贏。本文對“雙閃速爐”銅冶煉工藝過程伴生金屬Ni、Pb、Bi的流向與回收利用進行研究，以期為同行提供一定的參考借鑒。

1 工藝流程簡介

項目工藝流程為：礦倉配料——蒸汽干燥——閃速熔煉爐——冰銅水淬——閃速吹煉爐——回轉式陽極爐——永久不銹鋼陰極電解——高濃度SO2轉化制酸——卡爾多爐回收貴金屬——頂吹爐回收鉛鉍。工藝流程圖如圖1所示。

圖1 祥光銅業工藝流程圖

2 原料主要伴生金屬的流向及回收

“雙閃”銅冶煉工藝技術是先進成熟的工藝，是當今世界上高效環保的煉銅技術，是未來銅冶煉工藝的發展方向。分析和研究“雙閃”銅冶煉過程中伴生金屬的流向與回收利用，有利于生產的組織和控制，對提高公司效益有至關重要的作用。本文全面分析“雙閃”銅冶煉工藝中雜質Ni、Pb、Bi的流向與回收，包含熔煉、電解以及稀貴金屬回收等各工序。

調查統計說明：原料平衡計算中，渣尾礦屬于外售產品，其中的金屬元素含量列為損失。為簡化分析，平衡表只體現了原料投入、產品產出和作為損失的渣尾礦，其它返回品及熔劑等均未納入平衡表。

2.1 原料投入情況

本文對兩次爐修之間的物料進行了調查總結，主要分析了Ni、Pb、Bi在“雙閃”銅冶煉流程中的流向和回收利用。銅冶煉系統中除投入原料銅精礦外，在電解過程中有部分外購陽極板處理，這兩種物料為整個系統中投入的外來物料，其余為返回品，原料各元素含量如表1所示，冶煉過程中相關產物的Ni、Pb、Bi含量如表2所示。銅冶煉過程中投入、產出Ni、Pb、Bi平衡表如表3所示。

表1 原料Ni、Pb、Bi含量%

表1品位為：期間投入原料的品位加權值。

表2 相關產物Ni、Pb、Bi含量%

表2列出主要相關產物的品位范圍。

表3 銅冶煉系統Ni、Pb、Bi平衡表

表3簡化了Ni、Pb、Bi的平衡報表。

2.2 主要伴生金屬的流向及回收

2.2.1 鎳的流向及回收

從投入、產出平衡表可以看出銅精礦中Ni的投入占87%，是Ni的主要來源。在閃速熔煉過程中，Ni主要以硫化物的形態進入冰銅，少量以金屬Ni的形態溶于冰銅，進入熔煉渣的Ni較少；在閃速吹煉爐吹煉時大量Ni的氧化物進入粗銅中，部分NiO進入吹煉渣中，部分NiO與NiS進行交互反應，生成的金屬Ni被粗銅所溶解進入粗銅中。部分Ni進入吹煉渣，吹煉渣返回熔煉系統[3]。

精礦投入中，92.64%的Ni進入陽極銅中，在陽極銅的電解過程中，Ni離子進入電解液中，根據電解液中鎳含量，將部分脫銅終液泵至硫酸鎳反應釜，經蒸發、濃縮、結晶、分離，得到粗硫酸鎳。

2.2.2 鉛的流向及回收

銅火法冶金過程中，鉛的氧化物、硫化物及金屬元素本身由于熔點、沸點低，在冶煉溫度1200℃～1500℃下，蒸汽壓很高，易揮發，因此，相當數量的鉛揮發進入煙塵中[4]。

在銅精礦的閃速冶煉過程中，55.43%的鉛進入煙氣：煙塵返回精礦配料倉參與混合銅精礦配料；吹煉渣返回熔煉配料系統，而熔煉渣進入選礦工序生產渣精礦和渣尾礦，渣精礦返回熔煉系統，渣尾礦外售；煙氣中的鉛，在制酸工序中富集在鉛濾餅與砷濾餅中。精礦投入中34.56%的鉛，隨粗銅、陽極銅進入銅電解工序，生成銅陽極泥。27.4%的鉛，隨鉛濾餅返回旋轉頂吹爐處理。在卡爾多爐處理銅陽極泥生產金銀貴金屬的工藝中，Pb主要以硅酸鹽的形式進入卡爾多爐渣中。經旋轉頂吹爐還原卡爾多爐渣，產生鉛鉍合金，電解后得到電解鉛，實現鉛的回收利用。

2.2.3 鉍的流向及回收

銅精礦中的鉍主要以輝鉍礦和銅鉍礦的形式存在，根據鉍的分布特征和閃速熔煉與閃速吹煉的強氧化氣氛的特點，鉍的流向為：在熔煉過程中，金屬Bi、Bi2S3、Bi2O3均具有一定的蒸汽壓，在熔煉高溫高氧濃度下，進入煙塵的Bi比率較高，煙灰又返回銅冶煉系統，并在系統中循環。精礦中，82.2%的Bi進入粗銅、陽極板。進入銅電解工序的Bi，漂浮于銅陽極泥中。在卡爾多爐處理銅陽極泥生產金銀貴金屬的工藝中，Bi以硅酸鹽的形式進入卡爾多爐渣中。在旋轉頂吹爐處理卡爾多爐渣工序中，產生鉛鉍合金，鉛鉍合金電解后，大部分Bi進入鉛鉍陽極泥中，經鉍精煉后得到精鉍，實現鉍的回收利用。

3 結論

在閃速銅冶煉和卡爾多爐、旋轉頂吹爐稀貴冶煉生產工藝中，煙塵等絕大多數中間產品返回系統，重新參與冶煉，開路產品少，因此，伴生金屬的回收利用率較高。92.64%的鎳，在銅電解過程中，以粗硫酸鎳的形態被回收利用；61.95%的鉛伴隨銅冶煉系統產品進入稀貴冶煉系統中，最終生產出含鉛99.94%以上的鉛錠；82.2%的鉍伴隨銅冶煉系統產品進入稀貴冶煉系統中，最終生產出含鉍99.99%以上的鉍錠。