張理勤， 俞 偉， 甘 浩， 王曉春， 楊俊奎

(青海銅業(yè)有限責(zé)任公司， 青海 西寧 810000)

青海銅業(yè)采用“氧氣底吹熔煉+氧氣底吹吹煉”的先進(jìn)工藝生成陰極銅，項(xiàng)目于2018年投產(chǎn)，銅精礦首先進(jìn)入底吹熔煉爐進(jìn)行熔煉，產(chǎn)出的銅鋶冷卻破碎后通過(guò)配料加入底吹連續(xù)吹煉爐吹煉產(chǎn)出粗銅，粗銅經(jīng)過(guò)流槽流入陽(yáng)極爐進(jìn)行精煉產(chǎn)出陽(yáng)極銅。該工藝和傳統(tǒng)PS轉(zhuǎn)爐吹煉相比環(huán)保好、能耗低，在兩年多生產(chǎn)實(shí)踐中，系統(tǒng)處理物料成分復(fù)雜，使得陽(yáng)極銅的產(chǎn)品質(zhì)量受到較大的挑戰(zhàn)，為更好控制陽(yáng)極銅的產(chǎn)品質(zhì)量，我們開(kāi)展了原料雜質(zhì)元素的走向及對(duì)陽(yáng)極銅質(zhì)量影響的研究。

0 概述

根據(jù)青海銅業(yè)近兩年處理原料成分情況，總結(jié)出影響陽(yáng)極銅質(zhì)量的主要因素為：砷、鉛、鉍、銻、鎳[1-2]。在冶煉過(guò)程中由于混合銅精礦中帶入的雜質(zhì)基數(shù)大于系統(tǒng)脫除率[3]，導(dǎo)致雜質(zhì)元素在陽(yáng)極銅中富集，引發(fā)陽(yáng)極銅主品位不達(dá)標(biāo)和雜質(zhì)超標(biāo)等問(wèn)題[4]。

一般銅精礦中都含有Au、Ag、Ni、Co、Zn、Pb、Sn、As、Sb、Bi等，部分元素在銅冶煉過(guò)程中跟銅的親和力較強(qiáng)[5]，所以在生產(chǎn)過(guò)程中，在系統(tǒng)內(nèi)較難脫除，根據(jù)各元素的性質(zhì)不同在系統(tǒng)中所脫除的比例也不一樣，個(gè)別元素在冶煉過(guò)程中可脫除80%～90%，而有些元素脫除率只能達(dá)到50%～70%，甚至更低[6]。如Ni、Pb、As、Bi、Sb等，這些元素在冶煉過(guò)程中因熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和工藝操作等因素影響分別以各種形態(tài)進(jìn)入爐渣、銅锍、粗銅、陽(yáng)極銅、煙塵中,主要以造渣和揮發(fā)兩種機(jī)理脫除[7]。Ni由于跟Cu性質(zhì)極為相似，所以Ni在火法冶煉過(guò)程中的脫除率極低，只能通過(guò)原料配料貧化控制和電解凈液系統(tǒng)處理脫除[8]。因此系統(tǒng)分析各雜質(zhì)在系統(tǒng)中的脫除率和分布是對(duì)陽(yáng)極銅產(chǎn)品質(zhì)量控制的主要手段之一，也是生產(chǎn)工藝和配料技術(shù)的主要指導(dǎo)依據(jù)[9]。本文重點(diǎn)對(duì)Ni、Pb、As、 Bi、Sb等元素在雙底吹冶煉工藝各工序的的分布和走向進(jìn)行了分析。

1 主要雜質(zhì)元素在各工序的分布研究

根據(jù)青海銅業(yè)有限責(zé)任公司某階段生產(chǎn)實(shí)踐，熔煉爐入爐含鉛為2.33%，銅锍含鉛2.24%，除鉛率約為73.89%；吹煉爐入爐銅锍含鉛2.8%(吹煉爐與熔煉爐工藝不連續(xù)，所以入爐銅锍與產(chǎn)出銅锍品位不同)，粗銅含鉛0.9%，除鉛率約為77.7%；陽(yáng)極板含鉛0.34%，陽(yáng)極爐除鉛率62.79%。

熔煉爐入爐含砷為0.31%，銅锍含砷0.09%，除砷率約為91.9%；吹煉爐入爐銅锍含砷0.1%，粗銅含砷0.13%，除砷率約為14.83%；陽(yáng)極板含砷0.13%，陽(yáng)極爐除砷率1.52%。

熔煉爐入爐含銻為0.07%，銅锍含銻0.03%，除銻率約為87.97%；吹煉爐入爐銅锍含銻0.04%，粗銅含銻0.04%，除銻率約為44.38%；陽(yáng)極板含銻0.03%，陽(yáng)極爐除銻率12.77%。

熔煉爐入爐含鉍為0.06%，銅锍含鉍0.02%，除鉍率約為89.82%；吹煉爐入爐銅锍含鉍0.03%，粗銅含鉍0.03%，除鉍率約為33.9%；陽(yáng)極板含鉍0.03%，陽(yáng)極爐除鉍率8.81%。

表1 熔煉爐元素分布及脫除率

表2 吹煉爐元素分布及脫除率

表3 陽(yáng)極爐元素分布及脫除率

圖1 As元素流向圖

圖2 Sb元素流向圖

圖3 Bi元素流向圖

圖4 Pb元素流向圖

圖5 Ni元素流向圖

圖6 雜質(zhì)元素各工序系統(tǒng)脫除率

熔煉爐入爐含鎳為0.02%，銅锍含鎳0.06%，除鎳率約為17.01%；吹煉爐入爐銅锍含鎳0.12%，粗銅含鎳0.12%，除鎳率約為28.89%；陽(yáng)極板含鎳0.093%，陽(yáng)極爐除鎳率23.67%。

Pb元素脫除率在熔煉爐、吹煉爐、精煉爐中相對(duì)As、Sb、Bi、Ni等元素較高，各工序均可達(dá)到≥62.79%；As、Sb、Bi元素在熔煉爐中脫除率最高，吹煉爐、陽(yáng)極爐中脫出率很低，因此除As、Sb、Bi需盡可能在熔煉爐脫除；Ni元素整體脫除率很低，各工序基本在20%左右，因此只能通過(guò)配料貧化措施保證陽(yáng)極銅質(zhì)量[10]。

2 解決措施

有色金屬行業(yè)的陽(yáng)極板標(biāo)準(zhǔn)成分要求如圖4所示。

表4 陽(yáng)極板行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

青海銅業(yè)由于處理原料復(fù)雜，在實(shí)際生產(chǎn)中陽(yáng)極銅的成分略低于行業(yè)要求，青海銅業(yè)的陽(yáng)極板成分如表5所示。

表5 青海銅業(yè)陽(yáng)極板成分表

根據(jù)雜質(zhì)元素流向及分布，依據(jù)青海銅業(yè)對(duì)陽(yáng)極板品質(zhì)的要求，為保證從源頭實(shí)現(xiàn)控制，熔煉爐配料應(yīng)滿足如下要求：

表6 青海銅業(yè)配料要求表

由于青海地處西北，銅精礦資源渠道相對(duì)沿海地區(qū)較窄，銅精礦采購(gòu)種類較雜，品質(zhì)層次不齊，經(jīng)常出現(xiàn)雜質(zhì)元素超過(guò)配料標(biāo)準(zhǔn)的物料，針對(duì)原料雜質(zhì)超標(biāo)影響陽(yáng)極銅質(zhì)量，主要采取以下措施保證陽(yáng)極銅質(zhì)量：

(1)當(dāng)鉛元素超標(biāo)時(shí)，適當(dāng)提高銅锍品位2%～3%，使鉛更多的進(jìn)入熔煉渣保證陽(yáng)極銅質(zhì)量；

(2)As及其它元素超標(biāo)時(shí)，熔煉電收塵煙塵全部開(kāi)路，避免因雜質(zhì)長(zhǎng)期富集造成系統(tǒng)故障；

(3)陽(yáng)極爐進(jìn)行深度氧化還原、反復(fù)氧化在還原措施，降低陽(yáng)極爐出銅效率，提高陽(yáng)極銅品質(zhì)，滿足電解工序生產(chǎn)。

3 結(jié)論

(1)不同的工藝過(guò)程，由于熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、操作條件的不同，元素流向會(huì)出現(xiàn)不同的情況，但總體流向基本呈現(xiàn)一致性[11]。其中青海銅業(yè)底吹熔煉+底吹吹煉+回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐工藝系統(tǒng)脫除率：Pb 97.83%、As 93.2%、Sb 94.16%、Bi 93.86%、Ni 54.96%；

(2)為符合陽(yáng)極板要求，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的配料，各冶煉企業(yè)需針對(duì)不同的工藝過(guò)程，研究金屬的流向，以達(dá)到配料目標(biāo)。青海銅業(yè)配料要求控制Pb≤1.45、As≤0.46、Sb≤0.07、Bi≤0.07、Ni≤0.1；

(3)源頭控制：銅冶煉企業(yè)原料量大、成分復(fù)雜，因此為保證配料符合預(yù)期目標(biāo)，從原料入廠的取樣分析、場(chǎng)地規(guī)劃、物料標(biāo)識(shí)、專人管理等方面需重點(diǎn)考慮，保證取樣的代表性、物料管控的精細(xì)化[12]；

(4)原料結(jié)構(gòu)的控制：根據(jù)雜質(zhì)元素的流向及分布，為保證陽(yáng)極板達(dá)標(biāo)，在有限圓盤給料條件下，須對(duì)入廠原料實(shí)行必要的預(yù)混，使得高雜物料與優(yōu)質(zhì)物料進(jìn)行合理搭配，保證入爐物料的均勻性及合理性，達(dá)到采購(gòu)物料與投入物料對(duì)于雜質(zhì)元素的平衡性。