銅冶煉企業產品質量控制的探索與實踐

鐘 磊

（金隆銅業有限公司，安徽 銅陵 244021）

1 引言

企業外購原料（銅精礦與冷銅等）在銅品位下降的同時，其雜質含量卻逐年上升，即隨原料進入生產系統中的雜質總量越來越多，由此導致的生產系統中雜質總量逐漸累積，勢必對產品質量的長期穩定造成威脅［1-3］。在現有生產形勢下，如何保持產品質量的長期穩定，使產品在市場中保持持久的競爭力，是銅冶煉企業長期面臨且必須解決的難題，而解決該難題的根本途徑就是對生產系統中的雜質總量進行實時監控并準確判斷，進而采取適當措施減少生產系統中雜質對產品質量的影響。

2 銅冶煉生產過程及其中的雜質累積

某銅冶煉企業的主生產工藝流程是由閃速爐工序、轉爐吹煉工序、陽極爐精煉工序、電解工序、渣選礦工序及進行陽極泥處理的貴金屬生產系統等組成。各工序產出的物料種類多且復雜，其中部分物料又重新投入上游工序，即其所含雜質又重新進入生產系統中。

在銅冶煉系統中，FF及CF產出的SO2煙氣在制酸前先經動力波洗滌除去其中的雜質，原料所含雜質量的增加對硫酸產品質量幾乎不會造成影響。進入陽極板中的雜質會隨進入上游工序雜質總量的增加而增加［4-5］，進入電解工序中的雜質總量也隨之增加，陰極銅生產質量的控制難度也隨之增加，陰極銅的化學成分及其物理外觀質量將受影響［6］。

3 陰極銅化學成分的監控

陰極銅化學成分可直接體現陰極銅的質量狀況。為加強對產出陰極銅化學成分的監控，某公司每天對產出的陰極銅進行取樣，并進行雜質元素分析。

為加強生產控制，在以《GB/T 467—2010陰極銅》為基礎制定的企業標準中，還對Bi、Sb、As、Pb、S五個元素設定了預警值，如表1所示。

表1 陰極銅預警雜質元素及其預警值 ppm

當發現某雜質元素（或元素組）含量達到預警值或臨近標準要求控制上限時，便及時告知生產部門采取相應措施來降低該雜質元素的含量，從而確保陰極銅化學成分的穩定。

根據陰極銅化學成分，可判斷出銅冶煉系統中對陰極銅質量影響較大的雜質元素。下面將對銅冶煉系統內的As、Bi、Sb、Te四個雜質元素進行分析。

4 銅冶煉系統中雜質總量狀況及其動態分析

銅冶煉系統中不同物料中雜質含量對陰極銅化學成分產生影響的程度不同。電解工序內部的物料及其直接處理的物料對陰極銅化學成分產生直接影響，且影響較大；而由電解上游工序處理的物料則影響陽極銅的雜質含量，對陰極銅化學成分產生間接影響，影響較小。

銅冶煉系統中雜質總量狀況及其變化趨勢，可從電解工序內部及其處理物料、電解上游工序處理物料兩方面進行分析。而電解上游工序處理物料則可分為外購原料、銅冶煉系統中產出后重新投入本系統中的物料、來自貴金屬系統產出的物料。

因很多物料中Te含量很低，其化驗分析誤差較大，難以把握其含Te情況。下面僅在電解工序內部及其處理的物料，對該元素進行分析。

4.1 電解工序內部及其處理物料中雜質總量及其動態分析

對陰極銅化學成分造成影響的雜質元素，主要來自電解工序內部的電解液及由其處理的陽極板、分銅液（來自貴金屬系統）。

電解液中雜質總量，可通過對其雜質濃度進行分析、計算獲得。如某個時期內電解液雜質總量如表2所示。

表2 某時期電解液中部分雜質總量

電解液中雜質總量變化趨勢，除可通過直接分析電解液中雜質濃度進行實時監控外，還可通過對電解工序處理及產出物料中所含雜質的差量計算進行預測。

如某個時期內電解工序處理（進入電解液）物料中雜質總量可通過表3計算。

表3 某時期內電解工序處理物料中雜質總量

如某個時期內電解工序產出（從電解液中脫離）物料中雜質總量（其中黑銅泥、電積銅中含Te量忽略不計）可通過表4計算。

綜上所述，進出電解工序雜質總量的計算可得出，本時期電解工序As、Bi、Sb、Te的凈增加量分別為：1.66t、2.50t、3.22t、-0.296t(其中負值為凈減少量)。

根據電解工序中雜質總量的進出情況，可推斷出電解液中雜質含量的變化趨勢，從而為銅冶煉系統生產組織提供參考依據。

4.2 銅冶煉系統產出又重新投入本系統中物料的雜質總量

對銅冶煉系統產出又重新投入本系統的物料是指重新投入上游工序的物料，不包括直接進入下道工序或重新投入本工序（產出工序）的物料。即該部分物料多為高雜質物料，其所含雜質可以從銅冶煉系統中脫除。同時，為了減少有價金屬損失等原因，又重新投入銅冶煉系統中。

銅冶煉系統產出又重新投入本系統的高雜質物料主要有：廢酸工序產出的銅砷濾餅，電解凈液工序產出的黑銅泥、電積銅，渣選礦工序產出的渣精礦等。如某時期該部分物料中雜質總量可通過表5計算。

表5 某時期銅冶煉系統產出又投入本系統中部分物料中雜質總量

該部分高雜質物料雖又進入銅冶煉系統，但可根據情況對其開路，根據生產運營情況決定開路的雜質總量。

4.3 貴金屬系統產出物料中雜質總量

為減少有價金屬損失，貴金屬系統產出的部分高雜質物料也進入銅冶煉系統處理。2020年主要有貧化渣（磨料）、卡爐渣（磨料）、分銅液等，其中分銅液直接進入電解工序。某時期該部分物料的雜質總量可通過表6計算。

表6 某時期產自貴金屬系統又投入銅冶煉系統部分物料中雜質總量

該部分物料雖進入銅冶煉系統，但可根據情況對其開路，根據生產運營情況決定開路的雜質總量。

4.4 外購原料中雜質總量

用于銅冶煉生產系統的采購原料主要有銅精礦、冷銅、鉛冰銅、精煉渣等。根據現有庫存及即將到貨原料中各自的雜質含量，可計算出將隨外購原料進入銅冶煉系統的雜質總量。

已采購原料中雜質總量情況已確定，但未來待采購原料可以進行選擇，從而可控制進入銅冶煉系統中的雜質總量。

4.5 銅冶煉系統中雜質總量計算的不斷修正

通過對電解工序內部物料、銅冶煉系統產出又投入本系統中的物料、貴金屬系統產出物料、外購原料中雜質總量的計算，可得出銅冶煉系統中的雜質總量。由于部分物料中雜質含量低且不均勻，分析誤差較大，因此需對系統內雜質總量進行定期修正計算，從而對銅冶煉系統內庫存雜質總量進行預估，為生產運營決策提供可靠依據。

5 減少銅冶煉系統中雜質對陰極銅質量影響的措施

為減少銅冶煉系統中雜質對陰極銅生產質量的影響，可根據銅冶煉系統中雜質總量及變化趨勢，從銅冶煉系統雜質總量控制、均衡處理高雜質物料兩個方面來采取措施。

降低銅冶煉系統的雜質總量可通過增加銅冶煉系統內雜質的開路、減少原料中雜質含量（即控制雜質的投入量）來實現。

5.1 開發新產品除去雜質

陰極銅生產過程中被視為雜質的其他元素并非完全沒有價值。通過開發新工藝或新的副產品除去銅冶煉系統中的雜質，既可增加公司的收益，又可為社會的資源回收利用做出自己的貢獻。

經過多年的探索，某公司現已先后開發出硫酸鎳、粗硒、碲化銅、鉛鉍合金、錸酸銨等以其他元素（非銅）為核心元素的副產品。且該公司正在對生產系統中其他雜質元素的回收利用進行探索，努力實現多金屬回收。

5.2 高雜質物料的開路

銅冶煉過程產出的高雜質物料同時含有銅等有價金屬元素，對該部分物料進行開路，不可避免地將帶來有價金屬的損失甚至處置費用。因此，高雜質物料的開路總量，應根據系統內雜質總量情況進行控制。

現某公司對外開路的含雜質較高物料主要有白煙灰、鉛濾餅、中和渣、選礦尾渣等。

5.3 采購原料中雜質總量的控制

采購的原料中不可避免地伴有雜質元素。即使對原料中雜質元素進行價格上的扣罰，也難以改變外購原料中的雜質總量。外購原料中雜質總量的控制，需全面考慮整個生產系統中雜質總量及某時期內已采購原料中雜質總量，將原料雜質含量作為是否采購的重要參考指標。

5.4 均衡處理高雜質物料

陰極銅中所含的雜質會隨陰極銅產品從銅冶煉系統中脫除。要避免陰極銅質量波動，就要盡可能多地將雜質從陰極銅中開路，而這需要維持電解工序處理陽極板中雜質含量的穩定（這也有利于陰極銅質量的生產控制）。而陽極板中雜質元素含量的穩定，需在其上游的閃速爐工序、轉爐工序均衡地處理高雜質物料。

6 結束語

在競爭激烈的銅冶煉行業中，如何長期為顧客提供質量穩定的陰極銅產品，必須未雨綢繆，為銅冶煉系統中雜質總量的控制做好規劃，為陰極銅的生產創造良好的條件。

同時，控制好系統中雜質總量，也可使整個生產系統有更多的富余能力來處理高雜質物料，從而使企業可更從容地應對雜質含量趨高的原料市場，提升企業適應復雜原料市場的能力。