伍發(fā)偉，李志輝

（涼山礦業(yè)股份有限公司昆鵬公司，四川 會(huì)理 615141）

銅是以機(jī)械夾帶和溶解兩種形式損失于爐渣中，在冰銅品位低于60%的銅冶煉中通過化學(xué)溶解于渣中的氧化銅是較少的，而機(jī)械懸浮冰銅粒子造成的銅損失是主要的。懸浮的冰銅粒子又分為冰銅粒直接懸浮于渣中和冰銅粒被包裹在四氧化三鐵中而間接懸浮于渣中2種情況，影響冰銅粒子和爐渣分離的因素為：熔渣組成（渣型）、四氧化三鐵控制、生產(chǎn)組織、工藝操作、熔體溫度等。

1 熔渣組成（渣型）

熔渣性質(zhì)對(duì)熔煉過程起著極為重要的作用，熔煉過程實(shí)際是煉渣過程，影響銅渣分離的因素主要為渣型、渣熔點(diǎn)、溫度、密度、黏度、界面張力等[1]。為保證銅锍和爐渣良好的分離效果，爐渣的黏度η＜2Pa·S，（圖1）表示了FeOCaO-SiO2系熔渣的黏度。

大量研究表明CaO、MgO、FeO等堿性氧化物能使熔渣黏度降低，SiO2、Al2O3等能使熔渣黏度增高。該三元系黏度最低的組成為：CaO 10%～30%，SiO220%～30%，F(xiàn)eO 40%～60%。

SiO2是鐵橄欖石渣的主要成分，它在渣中的含量對(duì)爐渣的性質(zhì)及渣含銅影響極大，因此渣型選擇通常首先關(guān)注的成分是SiO2。SiO2會(huì)使混熔的FeO和FeS分成兩個(gè)不相混熔的液相，SiO2含量接近飽和即35%～45%時(shí)，成分相差最大，可完全分離。

渣含CaO低于12%～13%以前增加CaO含量，使渣中銅的溶解損失和機(jī)械夾帶損失均下降。

渣中Al2O3含量低于10%時(shí)，隨著渣含Al2O3增加渣含銅降低。

圖1 FeO-CaO-SiO2系熔渣的黏度

結(jié)合昆鵬公司生產(chǎn)實(shí)踐，降低電爐渣含銅基礎(chǔ)渣型選擇為：Fe/SiO2=0.9～1.2范圍內(nèi)，控制渣含MgO＜3.5，Al2O3＜7%，同時(shí)增加渣中CaO＜12%、SiO2＜42%，但是由于進(jìn)廠原料含CaO低，生產(chǎn)過程中補(bǔ)加CaO會(huì)增加成本，熔煉工序不額外補(bǔ)加CaO。

2 Fe3O4控制

銅精礦造锍熔煉過程中主要反應(yīng)方程式如下：

在艾薩爐內(nèi)有較高的氧勢，F(xiàn)eO會(huì)進(jìn)一步與O2反應(yīng)生成Fe3O4

△G0=-809891+342.8T

在熔煉溫度1473K下，上式反應(yīng)△G0=-340.95KJ，說明在艾薩熔煉過程中生成Fe3O4是必然的。

艾薩爐熔煉排放的銅渣混合熔體，進(jìn)入貧化電爐完成爐渣與冰銅澄清分離，爐渣中Fe3O4增加會(huì)包裹冰銅顆粒、增加爐渣熔點(diǎn)和黏度，直接影響冰銅和爐渣的分離；Fe3O4密度為5.18g/cm3，會(huì)在冰銅與爐渣界面形成一層黏稠的隔離膜，同時(shí)當(dāng)溫度降低后Fe3O4會(huì)析出沉于爐底及某些部位形成爐結(jié)。在渣含CaO、MgO、Al2O3相近的情況下對(duì)2015年全年4300多個(gè)電爐渣樣進(jìn)行渣含銅與Fe3O4關(guān)系統(tǒng)計(jì)分析，得出的結(jié)果為隨著Fe3O4升高，渣含銅升高。

昆鵬公司在2016年度開始進(jìn)行如下生產(chǎn)實(shí)踐控制電爐渣含F(xiàn)e3O4量。

艾薩爐-電爐聯(lián)動(dòng)降低Fe3O4技術(shù)：

艾薩熔煉過程中，頂吹浸沒式噴槍將富氧空氣鼓入熔池，氧氣并不直接和銅精礦中的鐵和硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而是和爐渣中的氧化亞鐵FeO發(fā)生反應(yīng)（2）形成磁鐵礦Fe3O4，F(xiàn)e3O4再和銅精礦發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

通過反應(yīng)（2）可以看出，如果減少氧化亞鐵的數(shù)量，相應(yīng)產(chǎn)生的磁鐵礦的數(shù)量也會(huì)減少。爐渣中的二氧化硅越多，用于形成鐵橄欖石的氧化亞鐵也就越多。也就意味著用于形成磁鐵礦的氧化亞鐵的數(shù)量越少。

昆鵬公司在2016年度進(jìn)行這方面生產(chǎn)試驗(yàn)，艾薩爐熔煉冰銅品位控制53%～55%，F(xiàn)e3O4控制中心由7.5%逐漸下調(diào)到5%，實(shí)踐證明Fe3O4控制中心下調(diào)到5%可以滿足艾薩熔煉工藝，但繼續(xù)下調(diào)熔煉反應(yīng)將難以進(jìn)行。

3 生產(chǎn)組織

3.1 銅渣面控制

昆鵬公司電爐爐前放銅口距離爐底高度0.3m，放渣口距離爐底1.2m，熔池區(qū)域耐火磚高度距離爐底1.91m，生產(chǎn)過程中銅渣面控制要求為：

（1）銅面控制不高于1.2m，在銅面高于1.2m時(shí)爐后嚴(yán)禁放銅。

（2）渣面控制不高于1.9m。

（3）渣層厚度控制：冰銅顆粒在爐渣中的停留時(shí)間取決于爐渣在熔池中的有效停留時(shí)間和冰銅顆粒在渣中的沉降速度，這兩者都和渣層厚度相關(guān)。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，電爐渣在爐內(nèi)停留4h以上時(shí)，渣含銅較低。

電爐渣在爐內(nèi)停留時(shí)間的計(jì)算公式為：

式中：T：電爐渣在爐內(nèi)停留時(shí)間，h

S：電爐熔池面積，m2

K：電爐渣層區(qū)域有效容積系數(shù)；昆鵬公司實(shí)際計(jì)算為88.68%

H：渣層厚度，m

ρs：電爐渣密度，取值3.3t/m3

G：日產(chǎn)電爐渣量，t

球形銅锍液滴在熔渣中沉降速度服從下列方程：

式中：VS：球形銅锍液滴沉降速度（m/s）

g：重力加速度，9.8m/s2

r：球形銅锍液滴直徑，2×10-4m

△ ρ：球形銅锍與熔渣的密度差（ρm-ρs），(1.3×103～2.3×103Kg/m3)

μ ：熔渣黏度，（0.5Pa·S～2Pa·S）

昆鵬公司日產(chǎn)電爐渣量為733t，根據(jù)式（4）計(jì)算渣層厚度應(yīng)控制在0.5m以上；根據(jù)式（5）可知銅锍與熔渣的密度差越大，熔渣的黏度越小，锍滴在渣相中的沉降速度越快，锍和渣分離越好，從而銅的夾帶損失就少。

通過計(jì)算可知，在渣層厚度0.5m時(shí)，密度差最大，黏度最小時(shí)20分鐘锍滴就可以沉降到冰銅層。

取沉降條件相對(duì)較差狀態(tài)：密度差最?。?.3×103Kg/m3），熔渣黏度大（2Pa·S）分別計(jì)算不同渣層厚度(m)時(shí)锍液滴沉降時(shí)間（h）和電爐渣在爐內(nèi)停留時(shí)間（h），計(jì)算結(jié)果如下：

表1 不同渣層厚度下，锍滴沉降時(shí)間和電爐渣停留時(shí)間

根據(jù)表1可知，不同渣層厚度下，電爐渣在爐內(nèi)停留時(shí)間＞锍液滴沉降時(shí)間，可以滿足生產(chǎn)要求，渣層厚度控制在0.5m～1.1m之間，一般以0.7m為控制中心操作。

3.2 生產(chǎn)操作要求

（1）在合理選擇渣型的前提下，艾薩爐爐況是影響電爐渣含銅最重要的因素之一，在艾薩爐況無法保證的情況下，電爐渣含銅是不可控的，在生產(chǎn)操作過程中維持艾薩爐正常穩(wěn)定生產(chǎn)是基礎(chǔ)，這就要求艾薩爐精心配料、合理操作，出現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整。

（2）根據(jù)電爐爐況合理選擇功率控制，使?fàn)t渣過熱大約50℃，昆鵬公司一般控制渣溫1220℃左右。

4 結(jié)語

（1）基礎(chǔ)渣型選擇為：Fe/SiO2=0.9～1.2范圍內(nèi)，控制渣含MgO＜3.5，Al2O3＜7%，CaO根據(jù)入廠原料情況不額外補(bǔ)加，控制渣含CaO＜12%、提高石英砂補(bǔ)加量，根據(jù)電爐渣內(nèi)堿性氧化物含量適當(dāng)調(diào)整，控制渣含SiO2＜42%。

（2）采用艾薩爐聯(lián)動(dòng)控制Fe3O4，減少銅在渣中的機(jī)械損失和溶解損失。

（3）電爐渣層厚度控制0.5m～1.1m，一般以0.7m為控制中心操作，可以滿足爐渣在熔池中的有效停留時(shí)間和冰銅顆粒在渣中的沉降速度，銅的夾帶損失少。

（4）2016年、2017年度昆鵬公司電爐渣含銅控制到年均0.45%，可以預(yù)見進(jìn)一步降低電爐凍結(jié)層和電爐內(nèi)Fe3O4含量，電爐渣含銅可以進(jìn)一步降低到0.4%以下。