贵冶闪速炉铜精矿配料管理实践

夏中治，桂云辉

（江西铜业集团公司贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

关键字：闪速炉；闪速熔炼；精矿配料

1 前言

铜精矿配料过程是闪速熔炼工艺中的一道重要工序，其实质是合理、科学地将多种精矿及辅助材料按一定的配比配制，以满足闪速炉生产指标、管理控制和经营目标的要求，其原料配比的合理性不仅有助于稳定闪速炉炉况，降低生产成本，而且对于后续工序产品质量的提高和能源消耗的降低具有重要意义。

近年来铜冶炼能力剧烈扩张后，铜精矿供应已成为突出的问题，铜精矿的铜品位降低和硫量品位的提高是今后几年的一个趋势，另外在原料组织上呈批次多，批量小，成份复杂、杂质含量高的态势。根据贵冶生产实践，铜精矿配料是影响闪速炉炉况的主要原因之一，因此，在摸索出闪速炉处理这种精矿方法的同时，对闪速熔炼铜精矿的合理、准确的配料显得尤为重要。

2 贵冶原辅材料主要成份

闪速熔炼原辅助材料主要有铜精矿、渣精矿、石英砂、含金（银）石英砂等，贵冶对原辅助材料技术要求见表1、表2和表3所示：

3 铜精矿配料需考虑的因素

3.1 混合矿中S/Cu的控制

混合矿中S/Cu比控制是配料需考虑的重要参数之一，闪速熔炼能充分利用原料中S和Fe等元素氧化时所产生的化学反应热来实现自热熔炼。在配料过程中，若S/Cu比过低，在闪速熔炼时需补充额外热量，不利于节能；S/Cu过高的反应热负荷大，炉体衬砖损耗加剧，且会造成反应塔侧壁温度长期偏高，无法正常控制炉体温度。硫高铜低的配料，在装入量不变的情况下会影响冰铜的产量及冰铜品位，同时，硫高会给制酸系统产生压力。在富氧熔炼的情况下选择适宜的S/Cu，即可实现闪速炉自热熔炼，又利于节能和稳定铜酸系统的生产。贵冶根据产能情况，混合矿（干矿）S/Cu一般控制在1.1-1.25。

混合精矿中Cu品位增加，则所需氧量减少，精矿中Cu、S、Fe品位每增加1%，所需氧量Cu是反比关系，Fe、S是成正比关系，增加1%的S是相对于增加1%Fe来说，氧量变化是Fe是4倍左右。可见，精矿中S品位对过程所需氧量的影响最大，所以对S的控制显得十分必要。

3.2 杂质元素（Pb、Zn、As、Sb、Bi）的控制及影响

闪速熔炼工艺中，铜精矿中杂质元素含量的多少对闪速炉的正常生产影响较大，在日常生产配料中，需充分考虑杂质含量情况进行合理的高低搭配，避免杂质特别是挥发性杂质元素对生产过程和产品产量产生较大影响。

铜精矿中杂质元素Zn、Pb在熔炼过程中分布行为较为复杂，它们的分布与反应中氧势、温度、冰铜品位等熔炼条件密切相关，根据近几年闪速炉生产数据以及元素普查情况分析，Zn、Pb的分布大部份（约60%）进入渣相中，进入铜相中约有25%，少部份（约15%）挥发进入烟气相中。当铜精矿中杂质元素Zn、Pb含量较高时，会提高渣熔点和烟灰发生率，增加渣的粘度，同时烟灰在排烟系统中的粘附性增加，且这种烟灰性质较为坚硬，很难通过振打有效清除，一旦粘附在锅炉管壁上，容易形成大块状烟尘，危害锅炉安全。表5和图1为贵冶2#闪速炉干矿中Zn、Pb高低对生产带来的影响情况。

表1 铜精矿化学成份

表2 石英砂化学成分（%）

表3 渣精矿化学成分（%）

表4 贵冶2#闪速炉铜精矿（干矿）含Zn+Pb高低分布及生产情况

图1 贵冶闪速熔炼干矿含Zn、Pb控制示意

表5 贵冶阳极铜质量标准

铜精矿中杂质元素As、Sb、Bi的含量对产品质量及电解、硫酸工序影响较大，精矿中的As经闪速熔炼生成三氧化二砷进入烟气相中，富集在闪速炉电收尘烟灰中，收集下来的烟灰又通过封闭循环回到闪速炉中，会进一步氧化成不容易挥发的五氧化二砷，进入渣相及冰铜相。根据统计：砷有79.65%进入铜相及渣相中，其中进入渣相占44.24%，进入冰铜相占35.41%；进入冰铜中的五氧化二砷在吹炼及精炼过程也比较难挥发，大部分进入铜相及渣相中，有数据表明：铜闪速熔炼炉及转炉吹炼渣中的砷97.8%又将随着渣精矿回到闪速炉中，这样大大增加了闪速炉入炉原料的杂质含量，也使得砷、铋、锑等杂质在系统内不断循环和富集，最终造成铜闪速炉炼铜中的大量砷大部分将进入到阳极铜中，造成阳极铜中含砷超标。此外在熔炼过程中，As、Sb、Bi对高冰铜品位具有较强的亲合力，进入铜相的量随品位提高而增量。

火法冶金未除去的As、Sb、Bi杂质在阳极板中的以不溶性杂质或生成的不溶性化合物形式存在，铜在电解精炼过程中，As、Sb、Bi杂质会污染电解液，杂质容易沉积附着在阴极上，特别当阴极不光滑时，附着将更加紧密，As、Sb、Bi杂质含量直接影响阴极铜质量，贵冶阳极铜质量标准如表5所示。

原料中含As、Sb、Bi相当部分在熔炼过程中挥发，进入制酸系统，为在确保H2SO4质量及催化剂功能，含As烟气在转化前需净化，此工序中废酸富集了烟气中大部份As，废酸中的As硫化沉淀后，产出砷滤饼，送亚砷酸车间处理，因此，烟气中含As多少决定了废酸量的多少，含As高会导致废酸处理过程中硫化钠消耗量大，如图2所示。贵冶根据生产实际情况，确保产品质量及降低废酸原液含As量，一般干矿含As不大于0.4%，见图3所示。

表6 精矿中不纯物对生产的影响

图2 近几年原液含As与硫化钠单耗情况

图3 2016年1-11月份干矿、阳极铜含As情况

3.3 精矿中Al2O3、MgO、F、Cl的控制及影响

精矿中Al2O3性质较为稳定，熔点较高，Al2O3在闪速炉渣中含量最高达到过4.2%，但Al2O3－SiO2二元系较为简单，在铜闪速熔炼过程中Al2O3基本不参与化学反应，仅发生晶型转变和炉内参与热交换过程，在精矿中含高熔点Al2O3、MgO化合物时，闪速熔炼中铜渣分离不清，冰铜与渣流动性差，铜渣排放困难，所以在配料过程中以充分考虑其含量对炉况的影响，通常情况下，生产中控制Al2O3含量应不超过0.4%、MgO含量不超过0.35%。

而精矿中的F、Cl含量的高低，直接影响到闪速熔炼排烟工序及后续制酸工艺的设备安全，熔炼过程中形成的氯化物、氟化物在熔炼段难以去除，在闪速工艺生产中表现的主要危害为对设备的严重腐蚀，如在干燥过程中对干燥机盘管（奥氏体不锈钢）的腐蚀、尤其对闪速炉排烟系统如锅炉壁管、电收尘系统、排烟管道排烟风机等具有较强的腐蚀性，另外它还可以侵蚀铅材及陶瓷材料，同时对酸酸触媒也有害，所以降低精矿中F、Cl含量有助于延长设备使用寿命及生产安全，见表6所示。

3.4 配料过程中需考虑的其它因素

闪速熔炼配料还应该根据生产任务、精矿库库存、中间物料配撒精矿情况、下道工序作业模式、精矿品位、数量、品种等等来确定各矿种比率，以稳定炉况出发来调整所需，另外值得关注的是：应根据精矿中的SiO2含量，在满足生产需要的前提下，合理配料，减少配入的石英砂量。因为配入的石英砂量大，相应会减少入炉精矿品位，在相同在装入量下会减少产铜量，另外储存、运输及熔化石英砂都将消耗较多能源，而且根据贵冶生产经验，配入的石英砂量大时对炉况也会有所影响，表现更为突出的是对反应塔塔壁温度、精矿下料分布等均有所影响，需综合考虑。

4 总结

根据贵冶生产实践经验，对配料过程中影响闪速熔炼生产及工序影响进行了分析，并对部份杂质元素的控制值做了说明，面对国内外铜精矿资源日趋短缺，由于冶炼的矿种杂质元素不断升高，精准合理地配料有助于稳定闪速炉炉况，提升技术经济指标。贵冶通过不断摸索，对高杂原料的冶炼技术得到了极大的丰富和提高，逐渐形成了一套成熟的、具有贵冶特色的配料技术。