闪速炉和电炉渣含铜关键技术及优化

骆时雨，张伟旗

（1.江西铜业集团公司贵溪冶炼厂，江西贵溪 335424；2.江西铜业集团铜材有限公司，江西贵溪 335424）

0 引言

随着世界铜冶炼技术的不断发展和科技进步，闪速炉“四高技术”在国内外炼铜行业得以广泛应用，熔炼渣含铜会随着冰铜品位的提高呈上升趋势，渣中铜损失突显。江铜贵溪冶炼厂三期改造后，闪速炉各项生产技术指标已达到或超过设计值，其产能、冰铜品位高，但闪速炉、电炉渣含铜高，铜金属回收率低，管控难度大，企业经济效益受限，成为该厂生产技术的“瓶颈”。

对于传统火法铜冶炼厂，渣含铜是一项极为重要的技术经济指标。该厂炉渣主要有闪速炉渣、电炉渣和转炉渣等，采用渣浮选处理，其中闪速炉、电炉渣占渣选原矿比例高达75%。渣选原矿中渣含铜偏高，有价铜流失严重，渣选成本高，唯有提升熔炼工艺技术水平，加强生产过程管控，方可大幅减少闪速炉、电炉渣含铜，降低渣选原矿含铜量和渣选成本，提高铜冶炼回收率。

1 主要工艺流程及渣含铜现状分析

贵冶熔炼一系统闪速炉采用闪速熔炼和电炉贫化闪速炉渣的生产模式，铜精矿按照一定的比例配料经干燥后进入闪速炉熔炼，而闪速炉渣进入电炉进行进一步的贫化，熔炼二系统没有电炉工序，闪速炉为高渣层控制，闪速炉及电炉渣通过缓冷后进入选矿车间选出渣精矿，再返回闪速炉熔炼回收金属铜，工艺流程如图1 所示。

根据冶金反应工程学，渣含铜影响因素多而复杂且相互关联，如物料添加量、炉况、冰铜品位、炉渣（成分、渣量、温度、黏性、Fe/SiO2含量及缓冷时间）等。铜进入铜渣中的主要方式是冰铜和氧化铜化学地熔解于渣中、冰铜粒子机械悬浮。闪速炉渣常以锍夹渣的形态存在；而电炉渣则以斑铜矿、黄铜矿、方黄铜矿等铁硫化铜的形式晶出。

图1 闪速炉及电炉渣处理工艺流程

铜炉渣的主要化学成分是Fe、SiO2、CaO、Al2O3、Cu、S，其具有硬度大、密度高、尾矿沉淀快、邦德功指数高等特点。研究表明，其铜品位的高低与选铜指标的正关联性极大，即炉渣中铜品位愈高，相对应其选铜指标则更好，反之亦然。

采用多元线性回归分析法，分析该厂2015—2018 年闪速炉渣、电炉渣和转炉渣等生产操作数据，可创建渣含铜及其影响因素的线性方程。分析回归方程即可得出各作业参数对渣含铜的影响程度大小，摸索出渣含铜的主、次要因素，其中闪速炉炉况、冰铜品位、电炉冰铜产出量等是其影响主因，其余则对渣含铜的影响较小。

通过分析近年该厂渣选原矿含铜量与回收率之间的关系，渣选原矿含铜量越高，金属回收率越低，渣选成本越高，且还会造成有价金属铜流失。所以，必须降低渣选原矿含铜量[1-2]，方可提高金属铜的回收率，而降低闪速炉、电炉渣含铜可有效地回收金属铜，实现效益最大化。

2 渣含铜关键技术研究及优化设计

2.1 合理控制精矿配比和杂质成分

目前，该厂入炉原料种类多而复杂，铜精矿各成分波动较大，为稳定闪速炉炉况，唯有精准配料，严格将铜精矿各成分比例控制在一定的范围内[3-4]，如表1 所示。

应规范精矿存取流程，对不同种类、不同成分的铜精矿进行隔离存储，杜绝参杂混用；精矿杂质含量较复杂，宜采取集中堆存，且根据炉况及渣含铜情况来调整配比。

表1 铜精矿各成分所占比例 %

2.2 优化精矿喷嘴结构，提高反应性能

2.2.1 加强冷却效果，减少喷嘴底部粘结

原精矿喷嘴水套冷却水设计偏小，冷却效果较差，易造成喷嘴底部严重粘结，甚至喷嘴水套烧损。为提高喷嘴的冷却效果，保护喷嘴水套，可在冷却水阀组进水端增设喷嘴冷却水增压泵，以提高冷却水压力，喷嘴粘结少，能消除喷嘴水套烧损隐患。

2.2.2 改进喷嘴分配器，提高干矿均匀性

在闪速炉低投入量的情况下，单层分配风分配器能满足生产需要，但在高投入量的情况下，单层分配器不能完全打散喷嘴下来的干矿，导致闪速炉下生料，使炉况变差，单层喷嘴分配器如图2a 所示。为彻底解决高投入量情况下的干矿分散问题，该厂发明双层分配器，完全可满足闪速炉高投入量的需求。双层喷嘴分配器如图2b 所示。

图2 喷嘴分配器

2.2.3 增设喷嘴座式水套清理孔

混气室粘结时，会影响工艺风速及工艺风与干矿反应的均匀性，可在座式水套4 个角增设清理孔。日常点检时，可通过清理孔观察内部情况；一旦粘结，可利用座式水套专用清理工具清理，如图3 所示。

图3 座式水套专用清理工具

2.3 分配风流量的最优化控制

目前，该厂入炉原料复杂，采用原分配风计算公式计算出的分配风量已不能满足实际工况的需要。对此，为选择合适的分配风使用量，该厂以投料量、工艺风量、工艺风速为基准进行了大量研究，当工艺风速恒定为100 m/s 时，摸索出最适合实际工况的新分配风计算公式。

（1）原分配风计算公式。Q=F×3.15+758，其中，Q 为分配风量，Nm3/h，F 为总投料量，t/h。

（2）优化后的分配风计算公式。Q=6.3×F+2.9×U+0.526×V/F+200，其中，Q 为分配风量，Nm3/h，F 为总投料量，t/h，U 为工艺风速，m/s，V 为工艺风量，Nm3/h。

2.4 闪速炉、电炉炉底粘结温度的控制

闪速炉、电炉熔池状况直接关系到渣的含铜量，熔池容积较大才能采取厚渣层控制，才有利于铜渣的分离量[4-6]，而影响闪速炉、电炉熔池容积的主因是炉内粘结增多、炉底抬高，所以必须准确地判断出熔池内粘结位置，才能采取针对性的控制措施。为此，通过炉内点检观察炉内粘结位置，并结合炉底温度测点，逐步摸索出炉底出现粘结的温度平衡点为500 ℃，若低于该温度可调整控制参数、定点投放生铁以消除粘结，确保闪速炉、电炉的熔池容积，如图4 所示。

2.5 优化闪速炉排铜口结构尺寸

图4 炉底温度监测点

闪速炉排铜口尺寸由之前的DN45 扩大至DN50，闪速炉排铜量增加，相应EF 冰铜量减少，提高了EF 贫化炉渣的能力；同时总排铜时间减少，锢铍发生率降低，电炉不加入锢铍，炉渣机械铜损失降低。

2.6 合理控制渣型和冰铜品位

在保证精矿处理量最大化的前提下，将闪速炉主要控制参数与渣含铜之间进行对比试验[7]，可摸索出铜损失稳定的最佳闪速炉控制参数区间，即目标Fe/SiO2控制在1.25～1.3，P-FFMG控制在58%～61%较合理。

2.7 增设氧浓度检测仪判断FF 反应状况

在锅炉出口增设氧气浓度检测仪，可实时监控烟气中的残氧浓度，以判断闪速炉反应状况。如图5 所示，烟气中含氧浓度陡升时，说明闪速炉反应情况变差，操作人员应逐一排查影响反应的因素，而及时调整闪速炉的反应状况，则有助于降低渣中的Fe3O4比率和烟气中的SO3发生率。

图5 闪速炉余热锅炉出口烟气残氧浓度趋势

3 效果分析

2015—2018 年闪速炉、电炉渣含铜情况见表2。2015—2018 年渣选原矿含铜情况见表3。从表2 和表3 中不难看出，闪速炉渣含铜已由原1.22%降至1.13%，电炉渣含铜已由原0.82%降至0.69%，渣选原矿含铜量已由原2.08%降至1.9%，且呈逐年降低的趋势，既可防止有价铜金属的流失，大幅提高金属回收率，又能降低渣选成本。生产数据表明，在生产平衡允许情况下，确保闪速炉炉况良好、合理控制渣型和冰铜品位是降低渣含铜的必要前提和关键。

表2 2015—2018 年闪速炉、电炉渣含铜情况 %

表3 2015—2018 年渣选原矿含铜情况 %

4 结束语

生产实践证明，该厂闪速炉和电炉渣含铜关键技术研究及优化设计是圆满成功的。铜熔炼渣是铜的重要二次资源[8]，随着世界矿产资源的日益枯竭和节能环保要求的不断提高，该厂拟取消高能耗的电炉，确保闪速炉炉况良好，合理控制渣型和冰铜品位，将闪速炉和转炉渣含铜作为降低渣选原矿含铜的主要突破口，提高铜冶炼回收率，真正达到“吃干榨尽”的理想目标，实现企业的高效、低成本运行和可持续发展。