“双闪速炉”铜冶炼过程中伴生金属的流向分析与回收利用

陈洪华，牛 辉

（山东祥光集团有限公司，山东 聊城 252327）

铜冶炼过程中，铜、金、银是计价金属，其分布和走向是铜冶炼工作者所熟知和研究的主要对象。随着原材料价格的上涨，产能的扩增，加工费持续走低，铜冶炼生产效益的也逐渐下滑！为了提高企业效益，必须加大综合回收有价金属的力度。因此，研究伴生金属走向及其分布情况，提高其回收率和回收品种，对提高企业效益有着重要意义[1]。同时，铜精矿作为不可再生资源，其伴生金属的综合回收利用，是实现我国有色金属工业持续发展的重要途径，不仅可以在相当程度上解决国内有色金属矿山原料不足的问题，而且有助于保护自然、资源，减少有色金属生产和消费过程中对生态环境的影响和破坏，明显降低有色金属生产过程的能源消耗，减少环境污染，实现有色金属工业的可持续发展[2]。

阳谷祥光铜业有限公司始建于2005年，是世界上一次建成的规模最大的铜冶炼厂。祥光通过自主研发的“旋浮铜冶炼”技术，产能从20万吨提升到了45万吨，成为世界上单系统产能最大的铜冶炼厂；通过持续投资解决“三废”问题，依靠科技支撑发展循环经济，基本实现了将各种废弃物料“吃干榨净”，实现了经济效益、环境效益和社会效益的多赢。本文对“双闪速炉”铜冶炼工艺过程伴生金属Ni、Pb、Bi的流向与回收利用进行研究，以期为同行提供一定的参考借鉴。

1 工艺流程简介

项目工艺流程为：矿仓配料——蒸汽干燥——闪速熔炼炉——冰铜水淬——闪速吹炼炉——回转式阳极炉——永久不锈钢阴极电解——高浓度SO2转化制酸——卡尔多炉回收贵金属——顶吹炉回收铅铋。工艺流程图如图1所示。

图1 祥光铜业工艺流程图

2 原料主要伴生金属的流向及回收

“双闪”铜冶炼工艺技术是先进成熟的工艺，是当今世界上高效环保的炼铜技术，是未来铜冶炼工艺的发展方向。分析和研究“双闪”铜冶炼过程中伴生金属的流向与回收利用，有利于生产的组织和控制，对提高公司效益有至关重要的作用。本文全面分析“双闪”铜冶炼工艺中杂质Ni、Pb、Bi的流向与回收，包含熔炼、电解以及稀贵金属回收等各工序。

调查统计说明：原料平衡计算中，渣尾矿属于外售产品，其中的金属元素含量列为损失。为简化分析，平衡表只体现了原料投入、产品产出和作为损失的渣尾矿，其它返回品及熔剂等均未纳入平衡表。

2.1 原料投入情况

本文对两次炉修之间的物料进行了调查总结，主要分析了Ni、Pb、Bi在“双闪”铜冶炼流程中的流向和回收利用。铜冶炼系统中除投入原料铜精矿外，在电解过程中有部分外购阳极板处理，这两种物料为整个系统中投入的外来物料，其余为返回品，原料各元素含量如表1所示，冶炼过程中相关产物的Ni、Pb、Bi含量如表2所示。铜冶炼过程中投入、产出Ni、Pb、Bi平衡表如表3所示。

表1 原料Ni、Pb、Bi含量%

表1品位为：期间投入原料的品位加权值。

表2 相关产物Ni、Pb、Bi含量%

表2列出主要相关产物的品位范围。

表3 铜冶炼系统Ni、Pb、Bi平衡表

表3简化了Ni、Pb、Bi的平衡报表。

2.2 主要伴生金属的流向及回收

2.2.1 镍的流向及回收

从投入、产出平衡表可以看出铜精矿中Ni的投入占87%，是Ni的主要来源。在闪速熔炼过程中，Ni主要以硫化物的形态进入冰铜，少量以金属Ni的形态溶于冰铜，进入熔炼渣的Ni较少；在闪速吹炼炉吹炼时大量Ni的氧化物进入粗铜中，部分NiO进入吹炼渣中，部分NiO与NiS进行交互反应，生成的金属Ni被粗铜所溶解进入粗铜中。部分Ni进入吹炼渣，吹炼渣返回熔炼系统[3]。

精矿投入中，92.64%的Ni进入阳极铜中，在阳极铜的电解过程中，Ni离子进入电解液中，根据电解液中镍含量，将部分脱铜终液泵至硫酸镍反应釜，经蒸发、浓缩、结晶、分离，得到粗硫酸镍。

2.2.2 铅的流向及回收

铜火法冶金过程中，铅的氧化物、硫化物及金属元素本身由于熔点、沸点低，在冶炼温度1200℃～1500℃下，蒸汽压很高，易挥发，因此，相当数量的铅挥发进入烟尘中[4]。

在铜精矿的闪速冶炼过程中，55.43%的铅进入烟气：烟尘返回精矿配料仓参与混合铜精矿配料；吹炼渣返回熔炼配料系统，而熔炼渣进入选矿工序生产渣精矿和渣尾矿，渣精矿返回熔炼系统，渣尾矿外售；烟气中的铅，在制酸工序中富集在铅滤饼与砷滤饼中。精矿投入中34.56%的铅，随粗铜、阳极铜进入铜电解工序，生成铜阳极泥。27.4%的铅，随铅滤饼返回旋转顶吹炉处理。在卡尔多炉处理铜阳极泥生产金银贵金属的工艺中，Pb主要以硅酸盐的形式进入卡尔多炉渣中。经旋转顶吹炉还原卡尔多炉渣，产生铅铋合金，电解后得到电解铅，实现铅的回收利用。

2.2.3 铋的流向及回收

铜精矿中的铋主要以辉铋矿和铜铋矿的形式存在，根据铋的分布特征和闪速熔炼与闪速吹炼的强氧化气氛的特点，铋的流向为：在熔炼过程中，金属Bi、Bi2S3、Bi2O3均具有一定的蒸汽压，在熔炼高温高氧浓度下，进入烟尘的Bi比率较高，烟灰又返回铜冶炼系统，并在系统中循环。精矿中，82.2%的Bi进入粗铜、阳极板。进入铜电解工序的Bi，漂浮于铜阳极泥中。在卡尔多炉处理铜阳极泥生产金银贵金属的工艺中，Bi以硅酸盐的形式进入卡尔多炉渣中。在旋转顶吹炉处理卡尔多炉渣工序中，产生铅铋合金，铅铋合金电解后，大部分Bi进入铅铋阳极泥中，经铋精炼后得到精铋，实现铋的回收利用。

3 结论

在闪速铜冶炼和卡尔多炉、旋转顶吹炉稀贵冶炼生产工艺中，烟尘等绝大多数中间产品返回系统，重新参与冶炼，开路产品少，因此，伴生金属的回收利用率较高。92.64%的镍，在铜电解过程中，以粗硫酸镍的形态被回收利用；61.95%的铅伴随铜冶炼系统产品进入稀贵冶炼系统中，最终生产出含铅99.94%以上的铅锭；82.2%的铋伴随铜冶炼系统产品进入稀贵冶炼系统中，最终生产出含铋99.99%以上的铋锭。