王 強(qiáng)
(江西銅業(yè)(清遠(yuǎn))有限公司,廣東 清遠(yuǎn) 511500)
隨著我國煉銅工業(yè)不斷發(fā)展過程中,銅礦資源不斷枯竭,現(xiàn)階段含銅0.2%-0.3%的銅礦充分利用,但是在銅冶煉中出現(xiàn)的爐渣經(jīng)貧化后含銅量僅僅在0.5%銅熔煉渣作為銅的二次資源,我國每年均有較大量的新增銅熔煉渣量,甚至超過1500萬噸,含銅75萬噸,所以有必要盡快研發(fā)減少煉銅棄渣含銅的技術(shù),以切實(shí)提升其深度貧化率,減少棄渣含銅,也就是說由此有助于提升銅回收率,也能夠推動銅冶煉行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展,因?yàn)閭鹘y(tǒng)煉銅工藝受到的影響因素較多,導(dǎo)致銅渣中的殘余桶也有明顯的增加,采用何種方式使用此部分資源能夠有助于提升資源的循環(huán)使用,以及推動生產(chǎn)發(fā)展。
目前銅冶金工業(yè)仍然是以火法為主。而近年來銅的濕法冶金技術(shù)受到了人們的極大關(guān)注,可以進(jìn)一步參與對低質(zhì)量氧化礦的處置、廢銅資源的回收等方面。
現(xiàn)階段相關(guān)企業(yè)在借助火法煉銅的過程當(dāng)中,大多有:銅精礦的造锍熔煉,銅锍吹煉成粗銅,粗銅火法精煉,陽極銅電解精煉,進(jìn)而生成了所需要的電解銅,也就是陰極銅。現(xiàn)階段,國內(nèi)外銅冶煉企業(yè)大多借助閃速熔煉與熔池熔煉的方式進(jìn)行銅冶煉。對于后者來說,精礦往往會進(jìn)入熔體的表面、被噴入熔體中,一般對熔池內(nèi)噴入氧氣和氮?dú)馐谷鄢匕l(fā)生劇烈攪拌,精礦顆粒被液體包圍迅速融化,因此,使含有氧氣的氣泡和包裹硫化銅/鐵的溶液出現(xiàn)質(zhì)量輸送。而閃速熔煉中的干精礦是廣泛存在于氧氣和氮?dú)鈿饬鲀?nèi),存在硫元素和鐵元素的金礦具有可燃性和易燃性,對于反映空間的熔融顆粒,將會極速完成熔煉和吹煉活動。如果將顆粒和溶池進(jìn)行有效的融合,將會使得反應(yīng)持續(xù)性推進(jìn),然而大多數(shù)將會出現(xiàn)在飛行階段?,F(xiàn)階段,在吹煉工藝上往往借助ps轉(zhuǎn)爐,1990年前后,吹煉技術(shù)開始應(yīng)用于商業(yè)與工業(yè)領(lǐng)域,獲得了較大的進(jìn)步與發(fā)展,在上世紀(jì)90年代中期,美國肯尼科特冶煉廠首次嘗試借助閃速吹煉的工藝,將閃速煉銅整體工藝(閃速熔煉+閃速吹煉),將會回收將近100%的硫,另外大多需要多樣化的精礦,充分借助閃速爐生成最終的冰銅,進(jìn)而進(jìn)行水淬、磨碎、干燥等活動,在另一規(guī)格較小的閃速爐中用富氧空氣吹煉成粗銅,產(chǎn)出的粗銅通過溜槽加至陽極爐閃速吹煉能夠更快的生成最終產(chǎn)品,其工藝技術(shù)相對先進(jìn)且高級,能夠有效的解放人力,避免出現(xiàn)對外部環(huán)境的污染,另外擁有二氧化硫濃度高且穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),可以廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域,特別是對于首次進(jìn)入這一行業(yè)的龍頭企業(yè)來說,可以借助這一工藝滿足對于環(huán)保的要求。粗銅火法精煉最為主要的是回轉(zhuǎn)爐精煉。通過觀察傳統(tǒng)的固定式精煉爐,能夠發(fā)現(xiàn)需要長時(shí)間的人工調(diào)整、也將會排出一定量的污染環(huán)境的氣體、蒸發(fā)量相對較高,可控性相對較差,現(xiàn)階段許多行業(yè)主體選擇了相對先進(jìn)且科學(xué)的回轉(zhuǎn)式陽極爐。
火法煉銅技術(shù)本身存在高生產(chǎn)力、高技術(shù)水平、環(huán)保性與自動性強(qiáng)、所需資金少、二氧化硫濃度高等競爭優(yōu)勢,在未來發(fā)展階段,將極有可能被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域,同時(shí)受到諸多行業(yè)主體的重點(diǎn)關(guān)注,然而無論借助怎樣的技術(shù)和工藝,都必須充分保障銅冶煉工藝的速度、環(huán)保性與低污染性,此次研究涉及到了諸多的新型技術(shù),將會在不同程度上完善當(dāng)前的火法冶煉工藝。
近年來,經(jīng)濟(jì)與科技獲得了較大的進(jìn)步與發(fā)展,銅產(chǎn)品在國內(nèi)外均擁有廣泛的市場空間,然而由于環(huán)保理念的升級和強(qiáng)化,銅礦石的開采量相對較少,整體的質(zhì)量水平也不佳,出現(xiàn)了大量的難處理礦石,生成了高濃度的二氧化硫,極大影響整體的環(huán)境,我國當(dāng)前的銅原料和銅制品大多都來自于進(jìn)口,出現(xiàn)了顯著的國內(nèi)外收支不平衡現(xiàn)象。濕法冶煉銅技術(shù)的水準(zhǔn)相對較高,使得許多行業(yè)主體實(shí)現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用,那么從我國的銅工業(yè)方面來看,要充分給予濕法冶煉銅工藝的關(guān)注和創(chuàng)新,進(jìn)而推動行業(yè)的進(jìn)步。
濕法冶金的主要技術(shù)是“浸出→萃取→電積”,其工藝流程如圖1所示。
圖1 銅濕法冶金工藝簡易流程
隨著時(shí)間的推進(jìn),濕法煉銅技術(shù)獲得了較大的進(jìn)步與創(chuàng)新,在整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域當(dāng)中獲得了廣泛的運(yùn)用,將在一定程度上引領(lǐng)整個(gè)同行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)向,借助這一方法能夠提取Au、Sn、Bi 等金屬元素,擁有顯著的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值與廣闊的上升空間,對于國內(nèi)的濕法冶煉銅技術(shù)來說,其水平相對較低,生產(chǎn)力存在較大的上升空間,急需相關(guān)學(xué)者與專家的鉆研與創(chuàng)新。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),市場中流通的八成以上的銅是借助火法冶煉工藝生成的,僅有不到兩城市建筑施法冶煉,大多數(shù)情況下一噸的冰銅將會伴隨著2~3噸的銅渣,對于我國的銅產(chǎn)品來說,絕大多數(shù)都是借助火法冶煉生成,最為常見的有反射爐熔煉、閃速爐熔煉、電爐熔煉和轉(zhuǎn)爐熔煉等。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國在二零一五年的精煉銅產(chǎn)量將近800萬噸,并帶來了1,500萬噸的銅渣,整體產(chǎn)出量大于1.2億噸,銅渣存在諸多可回收的有色資源,包括1%含銅量產(chǎn)品,要大于國內(nèi)銅的開采品位,所以需要進(jìn)行一定的回收和利用。
銅冶煉伴隨的冶煉渣存在Cu、Fe等金屬元素,占比最大的依次是鐵橄欖石、少量磁鐵礦、脈石相關(guān)的無定形玻璃體與冰銅。
現(xiàn)階段,對于回收銅渣中的銅,大多會借助渣桶法,在實(shí)現(xiàn)緩冷結(jié)晶后,調(diào)整銅聚集形式,進(jìn)而借助磨礦浮選回收,因此具有較強(qiáng)的可操作性,資金投入相對較少,然而差異化的冶煉爐生成的煉銅渣也是各有不同的,銅礦物結(jié)晶粒度相對較小,浮選指標(biāo)不穩(wěn)定,難以有效調(diào)控整個(gè)的生產(chǎn)活動,不利于銅的回收。
新型貧化爐借助噴槍實(shí)現(xiàn)與氧氣、天然氣、空氣和氮?dú)獾墓鞲?,燃料借助熔體完成預(yù)加熱,同時(shí)各類進(jìn)入的氣體在相關(guān)工藝與技術(shù)的作用下,生成特定的比例,整個(gè)配料需要一定的硫化劑,從而保證整體的溫度,也將避免出現(xiàn)大量的殘?jiān)蛷U物;對于熔煉活動來說,添加一定量的氣體還原劑,能夠提高還原活動的效率,減少磁鐵含量;充分借助組合型溶劑,也將得到完美的渣型,實(shí)現(xiàn)對渣黏度和溫度的有效把控,另外浸沒式燃燒到達(dá)沉降區(qū)的微攪拌作用,可以加快冰銅顆粒碰撞凝聚長大沉降分離。充分把握優(yōu)化技術(shù)規(guī)范,在調(diào)整氧氣和天然氣比例后,也將獲得良好的還原效果,使得棄渣含銅0.26%遠(yuǎn)超于國外其他國家。
本文充分借助單爐作業(yè)模式,也就是在爐渣完全貧化后,可以實(shí)行下一步的作業(yè),通常需要在一爐作業(yè)中添加80噸的銅熔煉渣。在最初進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程當(dāng)中,要使得烘爐保持一定的溫度,耐火材料升溫曲線要充分根據(jù)廠家要求的參數(shù)展開,當(dāng)溫度到達(dá)一定高度時(shí),開始造熔池作業(yè),結(jié)束該活動后,能夠?qū)⑻烊粴?、氧氣與空氣在一定比例下進(jìn)行作用,同時(shí)把爐體調(diào)整在生產(chǎn)位,其中保持氧氣與天然氣1.6比重,富氧60%的濃度,當(dāng)生產(chǎn)活動相對穩(wěn)定時(shí),按照工藝條件,使得在氣槍當(dāng)中注入的各個(gè)氣體,形成特定的比例。同時(shí)要把容量溫度設(shè)置在1200℃和1250℃,先后進(jìn)行半個(gè)小時(shí)和一小時(shí)的沉降活動,另外要求鐵硅比在1.7~1.5范圍內(nèi),在有效調(diào)節(jié)溶劑、硫化劑與還原劑之后,調(diào)控不同的渣貧化效果,進(jìn)而明確對于試驗(yàn)的影響作用,找到最為合理,且高效的狀態(tài)和要素條件。
當(dāng)充分把握綜合技術(shù)條件時(shí),最為合理的狀態(tài)是1200℃下、沉降一個(gè)小時(shí),鐵硅比為1.7,并且要依次添加10%濃度的二氧化硫、5%的B2O3或CaF2、9%的FeS,在有效改變氧氣和天然氣比重之下,明確天然氣本身的還原性在貧化活動中發(fā)揮的作用。要充分了解上一階段實(shí)驗(yàn)是小型實(shí)驗(yàn)的具體表現(xiàn),進(jìn)而把控氧氣和天然氣比在1.6和1.8,開始開展天然氣還原效果試驗(yàn)。通過觀察下,圖2能夠了解到,當(dāng)氧氣和天然氣在1.8時(shí),渣中同時(shí)存在尖晶石和冰銅,尖晶石相的一部分還原,其他底端沉積,將氧氣和天然氣的比值是1.6,并不會出現(xiàn)尖晶石相,冰銅滴悉數(shù)沉淀在底部。氧氣與天然氣保持1.8比重,棄渣含銅是0.33%,而氧氣與天然氣比值在1.6時(shí),棄渣含銅可達(dá)到0.26%。
圖2 不同O2/CH4淬火樣品的微觀形貌
降低煉銅棄渣含銅技術(shù)已成功應(yīng)用到粗銅冶煉項(xiàng)目中,運(yùn)行穩(wěn)定,使用可靠,安全環(huán)保,生產(chǎn)效率高,技術(shù)指標(biāo)先進(jìn),棄渣含銅是0.28%,相較于其他外國國家來說水平較高,充分借助這一工藝,我國一千萬t銅冶煉將能夠回收3萬噸的銅,能夠再次獲得15.6億元收入。