李 強(qiáng)，吳法光，代紅坤

（中銅東南銅業(yè)有限公司，福建 寧德 352000）

銅精礦造銅熔煉反應(yīng)過(guò)程中，熔煉渣不僅量大，而且其物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)冰銅的分離程度有著決定性的影響。當(dāng)渣發(fā)黏時(shí)會(huì)造成與冰銅分離不清、排渣帶銅，渣中銅損失增加；溜槽易粘結(jié)，爐內(nèi)液面不能快速降低，因無(wú)法維持薄渣層導(dǎo)致熱傳導(dǎo)率降低，冰銅因溫度降低而使排放更加困難；當(dāng)Fe3O4高時(shí)會(huì)從冰銅和渣中析出，沉積在爐底形成爐結(jié)或粘結(jié)在側(cè)墻形成“墻壩”，導(dǎo)致沉淀池有效容積減小。因此，有必要研究熔煉反應(yīng)過(guò)程中渣發(fā)黏的原因和應(yīng)對(duì)措施，以便快速調(diào)整爐況，確保生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行。

1 熔煉反應(yīng)機(jī)理

銅精礦、吹煉渣、渣精礦、石英砂等物料經(jīng)過(guò)配料、干燥后，得到含水小于0.3%的物料與煙灰一起投進(jìn)熔煉爐，與工藝氧充分接觸發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，主要包括[1，2]：水分蒸發(fā)、高價(jià)硫化物或硫酸鹽分解、硫化物直接氧化、造锍反應(yīng)和造渣反應(yīng)。其中水分蒸發(fā)、分解反應(yīng)、氧化反應(yīng)在反應(yīng)塔內(nèi)完成，造渣、造锍反應(yīng)在沉淀池內(nèi)完成。本文還采用Factsage 2.0 熱力學(xué)軟件計(jì)算各反應(yīng)的吉布斯自由能變△rG 與溫度的關(guān)系，為熔煉反應(yīng)提供一定的理論依據(jù)，各反應(yīng)△rG 如圖1～3 所示。

首先，含水0.3%的入爐混合物料進(jìn)入高溫區(qū)后，水分迅速蒸發(fā)進(jìn)入煙氣。當(dāng)混合物料進(jìn)入高于分解反應(yīng)初始溫度的溫區(qū)，因△rG＜0kJ/mol 分解反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行。當(dāng)混合物料進(jìn)入高氧勢(shì)區(qū)后開(kāi)始發(fā)生氧化反應(yīng)，除了Fe3O4在高于1500℃以上△rG＞0kJ/mol 以外，其余反應(yīng)均能自發(fā)進(jìn)行。其中，黃鐵礦(FeS2)發(fā)生氧化反應(yīng)，生成物可能性大小順序依次為：Fe3O4＞Fe2O3＞FeO＞FeS；在相同溫度下，F(xiàn)eS氧化反應(yīng)△rG 遠(yuǎn)小于Cu2S,說(shuō)明FeS 對(duì)氧的親和勢(shì)遠(yuǎn)高于Cu2S，故FeS 可將Cu2O 還原；FeS 發(fā)生氧化反應(yīng)生成物可能性大小順序依次為：Fe3O4＞Fe2O3＞FeO。由圖3 可知，造锍反應(yīng)極易發(fā)生。而在Fe3O4還原造渣反應(yīng)過(guò)程中，當(dāng)有石英砂參與，可將該反應(yīng)溫度由1500℃的初始溫度降低至1150℃。

圖1 分解反應(yīng)△rG

圖2 氧化反應(yīng)△rG

圖3 造銅造渣反應(yīng)△rG

2 渣粘原因和應(yīng)對(duì)措施

根據(jù)熔煉反應(yīng)機(jī)理查找反應(yīng)物和生成物對(duì)應(yīng)的熔點(diǎn)，具體如表1 所示。

表1 熔煉反應(yīng)過(guò)程某些物質(zhì)熔點(diǎn)

一般熔煉渣溫控制在1270～1310℃，冰銅溫度1240～1280℃。對(duì)照表2所示，可知硅灰石、FeO、Fe3O4、Fe2O3、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、ZnO熔點(diǎn)均高于熔體控制溫度。因此，合理控制熔體中這些物質(zhì)的含量顯得尤為重要，否則夾雜或懸浮在渣中，使渣粘度增大、渣含銅高、排放困難。此外，熱負(fù)荷不夠熔體溫度偏低、反應(yīng)塔下生料等也會(huì)導(dǎo)致渣發(fā)黏。

2.1 溫度

熔體黏度、擴(kuò)散系數(shù)與溫度關(guān)系密切[3]。提溫可降低熔體黏度、提高流動(dòng)性，措施如下：①降低煙灰加入量。②增加天然氣燃燒量。③提高氧濃或氧系數(shù)。

2.2 爐內(nèi)有“生料”

當(dāng)出現(xiàn)入爐混合物料含水分高、精礦噴嘴流化器堵塞、氧料比偏低、工藝氧壓力波動(dòng)使氧料分布不均等因素，物料未能與氧有效反應(yīng)直接落入沉淀池造成爐內(nèi)出現(xiàn)“生料”情況，爐內(nèi)因大量的、未反應(yīng)的冷料導(dǎo)致反應(yīng)塔熱負(fù)荷下降，渣發(fā)黏。措施如下。

（1）分析配料單中是否存在焙燒礦，檢查混合物料含水量是否偏高。

（2）檢查工藝氧壓力和流量、失重稱(chēng)給料系統(tǒng)給料量有無(wú)大幅波動(dòng)。

（3）檢查精礦噴嘴流化器有無(wú)堵塞、流化風(fēng)量流量與壓力有無(wú)大幅波動(dòng)。

（4）適當(dāng)調(diào)高氧系數(shù)，為沉淀池“生料”與氧氣再次接觸反應(yīng)創(chuàng)造條件。

（5）適當(dāng)提高溫度，將熔體及時(shí)排出爐外。

2.3 Fe3O4 偏高

為提高冰銅品位需增加氧系數(shù)，但氧勢(shì)偏高也會(huì)造成Fe3O4增多。雖然渣對(duì)Fe3O4有一定的溶解能力，但生成的Fe3O4量一旦超過(guò)渣的溶解能力，便從冰銅和渣中析出，造成排渣困難。一般控制Fe3O4不超過(guò)15%，當(dāng)Fe3O4高引起渣粘時(shí)，措施如下[4，5]。

（1）優(yōu)化操作參數(shù)，改善混合物料反應(yīng)效率。

（2）反應(yīng)塔加焦粉。焦粉因著火點(diǎn)高，部分會(huì)在反應(yīng)塔下方氧勢(shì)低的條件下生成CO，無(wú)論焦粉還是CO 都是良好的還原劑，高溫易將Fe3O4還原為FeO 而造渣。

（3）加生鐵有助于降低Fe3O4，一般加生鐵后30min 需排放熔體。

（4）適當(dāng)提高SiO2含量，有助于Fe3O4反應(yīng)造渣。

（5）降低氧系數(shù)，可減少Fe3O4的產(chǎn)生量。

（6）提高溫度，及時(shí)將熔體排出爐外。

2.4 石英砂偏高

石英砂作為熔煉造渣熔劑，其粒度要適當(dāng)。顆粒過(guò)大則不容易熔化；顆粒過(guò)細(xì)的則容易進(jìn)人煙塵[4]。另外，加入量也要合理控制。一般渣中Fe/SiO2控制1.25～1.35。石英砂過(guò)少則不能造渣；過(guò)多則易造成固體石英砂析出。此外還會(huì)加速鎂鉻耐火材料的化學(xué)腐蝕。措施如下。

（1）嚴(yán)格控制石英砂粒度。

（2）調(diào)整石英砂加入量，提高Fe/SiO2比。

2.5 其他因素

當(dāng)入爐物料含鈣鎂鋁鋅量增多時(shí)，其氧化物因熔點(diǎn)高夾雜或懸浮在渣中，也會(huì)造成渣發(fā)黏。因此，在配料過(guò)程中，合理控制鈣鎂鋁鋅的含量顯得尤為重要。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，配料要控制鋅不超過(guò)3%、氧化鎂和氧化鈣都不超過(guò)2.5%，氧化鋁不超過(guò)4%。當(dāng)出現(xiàn)鈣鎂鋁鋅高導(dǎo)致渣發(fā)黏，一方面要及時(shí)調(diào)整配料單；另一方面可提高溫度，將熔體及時(shí)排出爐外。

3 結(jié)論

渣發(fā)黏的原因多種多樣，應(yīng)對(duì)措施也不盡相同。因此，當(dāng)出現(xiàn)渣發(fā)黏時(shí)，要找到問(wèn)題的根源所在，才能做到“對(duì)癥下藥”。