富氧底吹熔炼处理复杂铜精矿过程中杂质元素的分布与走向

曲胜利， 董准勤， 陈 涛

(山东恒邦冶炼股份有限公司, 山东 烟台 264109)



富氧底吹熔炼处理复杂铜精矿过程中杂质元素的分布与走向

曲胜利， 董准勤， 陈 涛

(山东恒邦冶炼股份有限公司, 山东 烟台 264109)

对复杂铜精矿富氧底吹熔炼过程中杂质元素Pb、As、Sb、Bi和Ni的分布与走向进行分析。结果表明，当冰铜品位为45%～50%时，Pb主要分布于冰铜、电尘灰和烟气中，分别占39.95%、22.50%和18.80%；As主要分布于熔炼烟气、电尘灰和熔炼渣中，分别占66.87%、18.13%和7.51%；Sb主要分布于熔炼渣、冰铜和烟气中，分别占58.10%、22.50%和15.07%；Bi主要分布于电尘灰、冰铜和烟气中，分别占37.82%、20.78%和27.58；Ni主要分布于冰铜和熔炼渣中，分别占70.65%和26.44%。

复杂铜精矿； 富氧底吹； 熔炼； 杂质元素； 分配率； 走向

0 前言

富氧底吹炼铜技术对原料适应性很强，可以处理低品位铜矿和复杂含金银高的多金属伴生矿，对物料的粒度、水分均没有严格的要求，既可处理粉料，也可以处理块料[1]。由于原料来源日渐繁多，成分日趋复杂，其中的Pb、As、Sb、Bi和Ni等杂质元素含量呈上升趋势[2]，对产品质量及冶炼作业过程影响较大[3]。为了控制中间产品杂质含量，防止环

境污染，提高企业综合回收能力及经济效益，本文以实际生产数据为依据，分析Pb、As、Sb、Bi和Ni在富氧底吹铜熔炼造锍过程中的分布与走向。

1 底吹炉炉料成分

底吹炉入炉物料主要由铜精矿、含铜高金银杂矿、渣精矿、脱砷矿等含铜混合炉料组成，几种含铜物料成分见表1。

表1入炉物料成分

入炉物料Au/g·t-1Ag/g·t-1Cu/%Fe/%S/%Pb/%As/%Sb/%Bi/%Ni/%烟灰19.57130030.158.969.1311.2010.000.321.740.07渣精矿34140022.2128.028.062.810.891.70.030.05高砷矿3.4623602018.2226.817.567.830.520.170.07杂矿19.47852.311.0321.5821.182.381.580.110.020.01

随着底吹炉生产能力的提高，进入生产系统的杂质总量也同步增加，因此需要研究杂质在熔炼过程的分布规律，以探索可实际操作的脱除杂质的处理方法。

2 底吹熔炼过程中杂质的分布与走向

混合炉料经底吹炉熔炼，产出冰铜、熔炼渣、余热锅炉灰、熔炼电尘灰及烟气。冰铜经行车吊运至转炉吹炼，熔炼渣经渣缓冷送至选矿车间，余热锅炉灰返熔炼配矿，熔炼电尘灰送至浸出，烟气送制酸。底吹炉熔炼过程中杂质的分布及走向见表2。

表2 底吹熔炼过程中杂质元素的走向及分布 %

底吹熔炼与其他几种主要炼铜工艺杂质分布对比见表3。

表3 几种铜熔炼工艺杂质分布 %

表3中，诺兰达炉的富氧浓度仅为42%，冰铜品位为70%；澳斯麦特炉冰铜品位为50%～60%[4]，富氧浓度为40%～50%；闪速炉冰铜品位50%～60%，富氧浓度70%～80%；底吹熔炼炉冰铜品位45%～50%，富氧浓度70%～75%。这几种工艺在冰铜品位、富氧浓度以及精矿杂质含量等方面都有较大的差别。在影响杂质分布的这些因素中，互相之间存在影响，但冰铜品位相近时，底吹熔炼脱除杂质的能力最为显著。

3 讨论与分析

3.1 杂质元素分布

从表2可以看出，底吹熔炼过程中，Pb主要富集于铜锍中，占总量的39.95%，此外还有部分Pb分布于熔炼渣、熔炼电尘灰和烟气中，分别占总量的16.60%、22.50%和18.80%；As主要富集于熔炼烟气中，占总量的66.87%，此外还有4.14%、7.51%、18.13%和3.34%的As分别分布于冰铜、熔炼渣、熔炼电尘灰、余热锅炉灰中；Sb主要富集于熔炼渣中，占总量的58.10%，此外还有部分Sb分布于冰铜、熔炼电尘灰、余热锅炉灰和烟气中，分别占总量的22.50%、4.03%、0.3%和15.07%；Bi主要富集于熔炼电尘灰中，占总量的37.82%，此外还有部分Bi分布于冰铜、熔炼渣、余热锅炉灰和烟气中，分别占总量的20.78%、10.17%、3.66%和27.58%；Ni主要富集于冰铜中，占总量的70.65%，此外还有部分Ni分布于熔炼渣、余热锅炉灰、熔炼电尘灰和烟气中，分别占总量的26.44%、0.21%、0.55%和2.15%。

3.2 杂质元素走向行为分析

采用富氧底吹熔池熔炼技术进行造锍捕金，底吹熔炼炉处理入炉物料100 t/h，含Cu<15%，生产的冰铜品位在45%～50%。相关文献[5]指出，在熔炼过程中，除Au、Ag等贵金属几乎全部进入锍相外，其他杂质主要以造渣或挥发两种形式而脱除。

混合炉料中含Pb矿物主要为方铅矿，当熔体中存在FeS时，Pb的氧化物容易发生硫化反应：

(1)

因此，在造锍过程中，PbS很难被氧化造渣除去，大部分溶解于冰铜中，有少量的溶解于熔炼渣中，由于PbS的沸点较低，在熔炼过程中会有部分直接挥发进入气相中。

富氧底吹熔炼过程中约4%的As进入冰铜中，约96%的As进入熔炼渣、烟尘和烟气中。由于底吹熔炼炉使用氧枪自炉体底部送风的特点，氧气与熔锍有良好的接触，再加上配以适量的块煤，防止了高价砷氧化物的生成，使As绝大部分以三价砷迅速挥发进入烟气，少量被氧化造渣脱除。

Sb主要为辉锑矿和复杂的含锑硫化矿，在熔炼温度下，被氧化成的Sb2O3与Sb2S3均有一定的蒸气压，部分挥发进入烟气，但在底吹熔炼过程，由于富氧浓度高达73%，随着富氧浓度的升高，进入烟气的Sb会减少，而进入熔炼渣的Sb2O3会急剧增加。部分未被氧化的Sb2S3进入冰铜中。

单质Bi及其硫化物、氧化物在熔炼温度下较Sb有更大的蒸气压，易挥发进入烟气中，同时可能发生硫化物与氧化物的交互反应：

(2)

反应产生金属Bi及未氧化的Bi2S3溶解于热态冰铜中，少部分被氧化的Bi以铋酸盐进入熔炼渣中，随着富氧浓度的升高，进入冰铜中的Bi会大大增加。

Ni与Cu的性质十分接近，且当熔体中存在FeS时，NiO能够被FeS硫化成Ni2S3，即：

(3)

因此，只有在FeS浓度降到很小时，Ni2S3才能被氧化，并且氧化进程很慢，NiO不能完全入渣，只是少部分Ni2S3溶解于熔炼渣中，Ni在造锍过程中很难被脱除。

4 结论

(1)底吹熔炼产物中，Pb、Ni主要分布于冰铜中，部分Pb挥发进入电尘灰与烟气中，部分Ni进入熔炼渣中；As主要分布于烟气中，部分As进入熔炼渣和电尘灰中；Sb主要分布于熔炼渣中，部分Sb进入冰铜和烟气中，Bi主要分布于电尘灰中，部分Bi进入烟气和冰铜中。

(2)由于底吹熔炼的特性，As主要以As2O3形态挥发进入烟气，底吹炉脱砷能力优于闪速熔炼炉及其他熔池熔炼炉；Sb、Bi及其化合物均易挥发进入气相，但由于底吹炉富氧浓度高达73%，导致Sb主要以氧化态进入熔炼渣中，Bi发生交互反应后溶解于冰铜中。

(3)Pb、Ni主要溶解进入冰铜，但Pb及其化合物易挥发，在熔炼过程中部分Pb会直接挥发进入气相中。

[1] 崔志祥,申殿邦,王智等.高富氧底吹熔池炼铜新工艺[J].有色金属(冶炼部分),2010,(3):17-20.

[2] 袁则平.贵溪冶炼厂铜熔炼过程中主要杂质分布及脱除探索[J].有色金属(冶炼部分),1997,(6):2-3.

[3] 何秀梅.铜冶炼过程中杂质元素走向探析[J].有色金属(冶炼部分),2013,(2):55-57.

[4] 唐都作,顾鹤林,宋兴诚.云南锡业铜熔炼系统杂质元素走向研究[J].中国有色冶金,2015,(3):5-6.

[5] 朱祖泽,贺家齐.现代铜冶金学[M].北京:冶金工业出版社,2003.

Distribution and trend of impurity elements during refractory copper concenrate treatment by oxygen-enriched bottom-blowing smelting process

QU Sheng-li, DONG Zhun-qin， CHEN Tao

The paper analyzes distribution and trend of impurity elements including Pb, As, Sb, Bi and Ni in the oxygen-enriched bottom-blowing smelting process to treat refractory copper concentrate. Results show that Pb is mainly distributed in matte, ESP dust and offgas with respective percentages of 39.95%, 22.50% and 18.80% with copper matte grade of 45%～50%; As is mainly distributed in smelting offgas, ESP dust and slag, with respective percentages of 66.87%, 18.13% and 7.51%; Sb is mainly distributed in slag, copper matte and offgas with respective percentages of 58.10%, 22.50% and 15.07%; Bi is mainly distributed in ESP dust, copper matte and offgas with respective percentages of 37.82%, 20.78% and 27.58; Ni is mainly distributed in copper matte and slag with respective percentages of 70.65% and 26.44%.

refractory copper concentrate; oxygen-enriched bottom-blowing smelting; impurity element; distribution rate; trend

曲胜利(1966—)，男，山东烟台人，博士，高级工程师，主要从事技术管理工作。

2015-12-22

TF811

B

1672-6103(2016)03-0022-03