閆華龍，代紅坤，阮茂光，韋 瓊

（中銅東南銅業(yè)有限公司，福建 寧德 352000）

在銅冶煉過程中，雜質(zhì)元素鉛對煙氣系統(tǒng)、排放系統(tǒng)及電解系統(tǒng)等穩(wěn)定運行影響較大，同時鉛具備一定的經(jīng)濟(jì)價值，所以，研究其分布規(guī)律十分有必要。為了更準(zhǔn)確地了解旋浮熔煉過程中鉛的分布行為規(guī)律，本文擬采用散點分析法對某冶煉廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究不同工況條件對其分布的影響，通過擬合計算，得出雜質(zhì)鉛的分配率影響規(guī)律，為科學(xué)預(yù)測產(chǎn)品含量及控制入爐鉛含量提供基礎(chǔ)。

1 銅冶煉中鉛分布、回收及脫除方法

在銅旋浮冶煉過程中，鉛進(jìn)入煙塵、冶煉渣、煙氣、冰銅及粗銅中，煙塵返回?zé)焿m倉作為冷料調(diào)整冶煉爐溫，由于鉛及其化合物的沸點低，煙塵中的鉛不斷富集在流程中；吹煉爐渣含銅較高返回熔煉配料系統(tǒng)中，熔煉渣進(jìn)入選礦工序生產(chǎn)渣精礦返回熔煉配料系統(tǒng)，尾礦外賣，這部分是鉛流出系統(tǒng)的主要部分；煙氣經(jīng)過制酸工序的洗滌凈化系統(tǒng)中降溫除塵，富集形成鉛濾餅，這部分也是鉛集中的一個產(chǎn)物，鉛含量約35%；還有一部分鉛隨粗銅、陽極銅進(jìn)入銅電解工序，這部分鉛大部分流入銅陽極泥中。

鉛富集于煙塵、鉛濾餅和陽極泥中，對于鉛的脫除回收也是從這幾個方面進(jìn)行，北京礦冶科技王玉芳等對銅冶煉煙塵處理技術(shù)綜述，回收有價金屬［1］。昆明西科劉智明介紹其以濕法產(chǎn)出的浸出渣（含Pb在35%左右）為主要原料，采用火法工藝精加工及回收其中的鉛、鉍［2］。昆明冶金研究院李懷仁針對含鉛30%左右的轉(zhuǎn)爐煙塵進(jìn)行鼓風(fēng)爐直接熔煉富集鉛，然后再用濕法電解提鉛，得到符合國標(biāo)的一號電鉛［3］；銅陵有色金屬集團(tuán)有限公司金昌冶煉廠曾采用鼓風(fēng)爐熔煉生產(chǎn)鉛鉍合金來回收處理鉛濾餅和砷濾餅中的鉛［4］。

金隆銅業(yè)何秀梅［5］依據(jù)銅冶煉工藝流程、按季度頻率、以南北廠區(qū)和全廠為單元，對鉛雜質(zhì)元素的走向進(jìn)行為期1年的跟蹤調(diào)查。結(jié)果表明，在煙塵、轉(zhuǎn)爐渣、白煙塵、電爐渣、銅砷濾餅、黑銅泥中的富集度較高；冷銅帶入的雜質(zhì)量接近銅精礦帶入量的15%～25%。中原黃金楊旭升研究了閃速吹煉過程雜質(zhì)鉛在渣、煙灰及粗銅中的走向及分布行為，結(jié)果表明，氧化氣氛、CaO／Fe值、渣中SiO2含量等對鉛分布均有一定影響［6］。滇中有色陳習(xí)堂以艾薩熔煉－轉(zhuǎn)爐吹煉－陽極爐精煉工藝為基礎(chǔ)，對各元素在冶煉過程中的分布特性調(diào)查，結(jié)果表明，熔煉段、吹煉段及精煉段鉛脫除率分別為63.34%、91.53%、62.98%，鉛全流程綜合脫除率為99.59%［7］。

2 熔煉過程中鉛的行為分析

銅旋浮熔煉中的鉛主要來自于銅精礦、返料、熔煉和吹煉工序的返爐煙塵，其中銅精礦中大部分以PbS形式存在，同時PbO和PbSO4主要來源于部分氧化銅精礦和返熔煉煙塵，可能發(fā)生的反應(yīng)為：

利用標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化ΔG判斷各反應(yīng)的可能性。對于任一冶金反應(yīng)，其吉布斯自由能的變化可表示為式（1）。

即ΔG＜0反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，ΔG＞0反應(yīng)逆向進(jìn)行，ΔG＝0反應(yīng)平衡。

導(dǎo)出。

由：

再將ΔCp，m帶入式（2），即可簡化為：

M0、M1、M2、M3都是溫度的函數(shù)，可通過計算獲得。

查閱相應(yīng)熱力學(xué)數(shù)據(jù)，計算得各反應(yīng)的ΔG，繪制與溫度的關(guān)系如圖1所示。

圖1 冶煉反應(yīng)過程各反應(yīng)的吉布斯自由能

閃速熔煉過程主要涉及反應(yīng)1－6，根據(jù)圖1可以得出，反應(yīng)1表示銅精礦中PbS可以被氧化為PbO，但由于反應(yīng)4的存在，PbO在冰銅中被FeS還原為PbS，而渣相中PbO或者PbS可以與脈石成分進(jìn)行造渣形成PbSiO3，同時由于PbS和PbO可形成單質(zhì)鉛，其密度比冰銅大，會沉積于冰銅底部，隨冰銅排出，且熔煉反應(yīng)對氧氣量進(jìn)行了嚴(yán)格控制，氣相中鉛以PbS為主，煙塵中存在PbSO4難以分解。

3 實際數(shù)據(jù)分析

3.1 工藝流程

銅精礦、熔煉渣、渣精礦、吹煉渣、石英砂及各種流程返料通過數(shù)模計算合理配比，利用蒸汽干燥系統(tǒng)產(chǎn)出含水小于0.3%的混合干精礦，在熔煉噴嘴內(nèi)與氧濃80%的工藝氧氣充分混合，進(jìn)入爐內(nèi)，產(chǎn)生四種產(chǎn)物，即熔煉渣進(jìn)入渣選系統(tǒng)，產(chǎn)生渣精礦返流程，冰銅經(jīng)粒化系統(tǒng)進(jìn)入冰銅庫堆存，熔煉煙氣進(jìn)入硫酸系統(tǒng)，熔煉煙塵在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，調(diào)節(jié)爐溫，同時吹煉煙塵部分也進(jìn)入熔煉系統(tǒng)，煙塵無開路處理。

3.2 鉛元素分布情況

以全年實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例，鉛元素在熔煉段中分布情況見表1。

表1 鉛在熔煉段分布情況 %

由表1可知，熔煉段入爐物料中鉛主要為銅精礦帶入，占總投入鉛量的36.27%，這部分為新入冶煉系統(tǒng)的鉛量；其次煙塵中鉛含量最高，占總投入鉛量的31.76%，但該部分鉛在熔煉系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)；再次吹煉渣帶入，占總投入鉛量的19.05%；渣精礦占比為10.67%，其余占比較小。熔煉段產(chǎn)出物中煙塵中鉛含量最高，在熔煉系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)；熔煉渣帶出含鉛0.17%，占比40.44%；冰銅含鉛0.19%，占比為29.95%，隨之流入吹煉工序；熔煉工段鉛脫除率為56.12%。

鉛含量超標(biāo)對陽極板澆鑄質(zhì)量及后續(xù)電解工序運行存在較大影響，基于這點，冰銅的含量控制十分有必要，同時進(jìn)入熔煉渣中的鉛在渣選中大部分隨渣尾礦離開系統(tǒng)，而進(jìn)入煙氣系統(tǒng)中的大部分隨凈化濾餅離開系統(tǒng)，本文以熔煉段鉛的分布行為為探究目的，對鉛富集比、分配率及分配系數(shù)進(jìn)行研究。

3.3 鉛元素分布影響因素

3.3.1 鉛的分布與原料中含鉛的關(guān)系

定義富集比為冰銅或渣中鉛含量百分比與原料中鉛含量百分比的比值，是進(jìn)行熔煉配料的關(guān)鍵參數(shù)；分配率為冰銅或渣中鉛金屬量與原料中鉛金屬量的比值，是進(jìn)行系統(tǒng)鉛含量控制的關(guān)鍵參數(shù)；分配系數(shù)為渣中鉛含量百分比與冰銅中鉛含量百分比的比值，表征渣與冰銅中鉛含量的平衡關(guān)系，是冶金數(shù)模運算中的參考參數(shù)。

跟蹤全年入爐物料數(shù)據(jù)，共計354組，計算結(jié)果如圖2所示。

圖2 原料與鉛分布的關(guān)系

根據(jù)圖2可知，隨著原料中鉛含量增加，熔煉渣與冰銅中的富集比、分配率均呈逐漸降低趨勢，原料中含鉛由0.1%增加到0.35%，渣中富集比由2.02降低至0.85，冰銅中富集比由1.61降低至1.14，渣分配率降低至48.37%，冰銅分配率由55.53%降低至34.25%，即鉛增量進(jìn)入氣相，說明原料中鉛含量對鉛在三相中的分配具有一定的影響。

3.3.2 冰銅品位的影響

選取原料中含鉛0.1%～0.25%，溫度為1280～1320℃，F(xiàn)e／SiO2為1.3～1.4范圍內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)共計163組，計算結(jié)果如圖3所示。

圖3 冰銅品位與鉛分布的關(guān)系

由圖3（a）可知，在考察冰銅品位范圍內(nèi)，冰銅品位與分配系數(shù)呈正相關(guān)，渣中富集比相對變化不大，冰銅富集比呈負(fù)相關(guān)，冰銅品位由67%增加至71%，分配系數(shù)由0.56升高至0.68，渣中富集比由1.10～1.24浮動，冰銅富集比由1.56提高至1.31；由圖3（b）可知，渣分配率相關(guān)性較弱，由60.06%浮動至67.12%，冰銅分配率呈緩慢增加態(tài)勢，由50.48%降低至41.90%。

3.3.3 渣中鐵硅比的影響

選取原料中含鉛0.1%～0.25%，溫度為1280～1320℃，冰銅品位為68%～70%范圍內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)共計180組，計算結(jié)果如圖4所示。

圖4 渣中Fe／SiO2與鉛分布的關(guān)系

由圖4（a）可知，鐵硅比與分配系數(shù)呈負(fù)相關(guān)，冰銅富集比變化不大，渣中富集比呈負(fù)相關(guān)，鐵硅比由1.25增加至1.45，分配系數(shù)由0.66降低至0.59，渣中富集比由1.26降低至1.08，冰銅富集比在1.43～1.30間浮動；由圖4（b）可知，冰銅中分配率變化不大，在41.73%～45.88%左右浮動，渣中分配率降低明顯，由79.26%降低至56.92%，推斷氣相中含量呈增加態(tài)勢。

3.3.4 溫度的影響

選取溫度影響關(guān)系數(shù)據(jù)，共計348組，計算結(jié)果如圖5所示。

圖5 溫度與鉛分布的關(guān)系

由圖5（a）可知，溫度與分配系數(shù)呈正相關(guān)，冰銅富集比逐漸減小，渣中富集比變化不大，溫度由1285℃增加至1320℃，分配系數(shù)由0.548升高至0.802，渣中富集比在1.09附近浮動，冰銅富集比由1.55降低至1.40；由圖5（b）可知，渣中分配率變化不大，在65%左右浮動，冰銅中分配率降低，由46.91%降低至42.08%，說明因溫度升高，飽和蒸氣壓增加，利于PbS揮發(fā)至氣相中。

3.4 鉛元素分布影響因素

匯總原料成分、冰銅品位、鐵硅比及沉浸渣溫對的富集比、分配系數(shù)及分配率的影響，見表2。

表2 鉛元素影響分布因素匯總

對于旋浮熔煉過程中鉛分布的控制，既要關(guān)注系統(tǒng)鉛平衡，必須保障足夠的量通過渣選排出系統(tǒng)外，盡量減少鉛進(jìn)入煙氣系統(tǒng)對鍋爐造成影響，又要控制冰銅中鉛含量，必須滿足排放及后續(xù)生產(chǎn)要求。

根據(jù)表2可知，熔煉過程為增加渣中鉛分配率，可采取降低鐵硅比；為提高鉛脫除率或降低冰銅中鉛含量，可采取提高冰銅品位、提高冶煉溫度。

4 結(jié) 論

1.根據(jù)熱力學(xué)分析，鉛在冰銅中主要以PbS形式存在，熔煉渣中以硅酸鉛等形式存在，煙氣中鉛以PbS等形式存在。

2.原料中鉛含量與鉛分布有較大影響，隨著含量增加，鉛會增量進(jìn)入氣相。

3.熔煉段為增加渣中鉛分配率，可采取降低鐵硅比，為提高鉛脫除率或降低冰銅中鉛含量，可采取提高冰銅品位、提高冶煉溫度。

4.分配系數(shù)與原料含量、鐵硅比呈負(fù)相關(guān)，與冰銅品位及沉浸溫度呈正相關(guān)。