影響粗銅質(zhì)量的幾大因素的研究

黃燕海，胡華偉，羅喻文（湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司，湖南常寧 421513）

影響粗銅質(zhì)量的幾大因素的研究

黃燕海，胡華偉，羅喻文
（湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司，湖南常寧 421513）

通過選取一段時間內(nèi)的粗銅生產(chǎn)情況，分析這段時間內(nèi)粗銅的合格率（粗銅品位達(dá)97%以上批數(shù)占粗銅生產(chǎn)總批數(shù)的百分比）來研究影響粗銅質(zhì)量的幾大因素，目的在于找出粗銅質(zhì)量與幾大影響因素關(guān)系，同時探索提高粗銅質(zhì)量的方法。研究結(jié)果表明：影響粗銅質(zhì)量的最關(guān)鍵因素是冰銅的成分，其中Fe的影響最大。

轉(zhuǎn)爐；冰銅成分；合格率；Fe3O4

粗銅質(zhì)量不合格（指Cu品位在97%以下）是因?yàn)槠潆s質(zhì)含量高，粗銅中的雜質(zhì)主要有Fe、S、Pb、As、Ni、Zn、Sb等，具體各雜質(zhì)含量變化較大。由于水口山有色金屬集團(tuán)有限公司柏坊銅礦冶煉系統(tǒng)原料供應(yīng)方不穩(wěn)定，各個來源的原料成分不同、數(shù)量不一，造成冰銅各成分波動較大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐吹煉過程難以把握，從而影響粗銅品位。選取粗銅車間2014年1月1日至9月25日這一期間的早班生產(chǎn)的粗銅，篩選了其中的有效數(shù)據(jù)共計(jì)213個作為研究對象。通過分析這213個原始數(shù)據(jù)，來尋出冰銅各成分的百分含量與粗銅合格率之間的聯(lián)系，闡述了這些因素對粗銅質(zhì)量影響原理，同時分析了爐前工的操作技巧對粗銅的影響（本文數(shù)據(jù)來自柏坊銅礦銅冶煉真實(shí)數(shù)據(jù)，因此可能存在與國內(nèi)外同行業(yè)數(shù)據(jù)有一定差別）。

1 冰銅各成分與粗銅合格率的關(guān)系

1.1 冰銅含Cu量與粗銅合格率的關(guān)系

柏坊銅礦熔煉車間所產(chǎn)出的冰銅含Cu量波動較大，冰銅含Cu量與粗銅合格率的關(guān)系見表1。

冰銅Cu品位小于26%時批數(shù)偏少，但粗銅合格率較大；含Cu在26%≤ωCu＜32%范圍內(nèi)時批數(shù)較多，但合格率有所下降；在ωCu≥32%范圍內(nèi)時批數(shù)也較少，而且合格率最低，總體趨勢是含銅越高合格率越低，原因是冰銅含Cu、Fe總和比較穩(wěn)定，在S及其它雜質(zhì)較穩(wěn)定的情況下，含Cu越高，含F(xiàn)e則越低，造渣期時間越短，放熱越少，雜質(zhì)揮發(fā)也越少。

表1 冰銅含Cu量與粗銅合格率的關(guān)系

1.2 冰銅含F(xiàn)e量與粗銅合格率的關(guān)系

冰銅含F(xiàn)e量在各個范圍內(nèi)與粗銅合格率的關(guān)系見表2。

表2 冰銅含F(xiàn)e量與粗銅合格率的關(guān)系

冰銅含F(xiàn)e在ωFe＜22%范圍內(nèi)批數(shù)較少總共20批，粗銅合格率較大僅為25%；含F(xiàn)e在22%≤ωFe＜26%范圍內(nèi)共52批，合格率為36.54%，批數(shù)及合格率均有所提高；冰銅含F(xiàn)e在26%≤ωFe＜32%范圍內(nèi)比較集中，共82批，合格率為42.68%；ωFe≥32%時批數(shù)開始下降，但合格率較高為66.67%。Fe影響粗銅合格率的總趨勢是含F(xiàn)e量越高，粗銅合格率越高，剛好與冰銅含Cu量對粗銅質(zhì)量的影響相反。

1.3 冰銅含S量與粗銅合格率的關(guān)系

冰銅含S量在各個范圍內(nèi)與粗銅合格率的關(guān)系見表3。

表3 冰銅含S量與粗銅合格率的關(guān)系

冰銅含ωS＜19%的批數(shù)較少共17批，合格率也較少為29.41%；在19%≤ωS＜22%范圍內(nèi)比較集中，共180批，合格率為45%，合格率有所提高；在ωS≥22%范圍內(nèi)批數(shù)為16批，較少，粗銅合格率也較低。總體的規(guī)律是S越高，粗銅質(zhì)量越好。在ωS≥22%范圍內(nèi)合格率偏低，原因：一是操作影響，二是批數(shù)較少偶然性較大，三是冰銅其它成分的影響。

1.4 冰銅含Pb量與粗銅合格率的關(guān)系

作為影響粗銅質(zhì)量的主要雜質(zhì)，Pb在冰銅占據(jù)較大分量，Pb的揮發(fā)是影響粗銅質(zhì)量的重要因素。冰銅含Pb量在各個范圍內(nèi)與粗銅合格率的關(guān)系見表4。

表4 冰銅含Pb量與粗銅合格率的關(guān)系

冰銅Pb含量集中在7%＜ωPb＜12%，共計(jì)181批，占總批數(shù)的84.98%，粗銅合格批數(shù)為78批，合格率為43.09%，比總合格率略高。Pb品位在7%＜ωPb＜9%范圍內(nèi)共計(jì)64批，占總數(shù)的30.05%，合格率最高為59.38%。總趨勢是含Pb量越高，殘留在粗銅的Pb越多，粗銅合格率越低。粗銅化驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)粗銅含Pb低于0.8%時，粗銅合格率76%；當(dāng)粗銅含Pb低于0.6%時，粗銅合格率91%。

Pb在吹煉過程中的反應(yīng)原理如下：冰銅中Pb大部分以PbS的形式存在，由于PbS的沸點(diǎn)較低（1 280℃），在吹煉溫度下，有相當(dāng)數(shù)量的PbS直接從熔體中揮發(fā)，然后被氧化為PbO而進(jìn)入煙塵中。同時PbS也會參與造渣反應(yīng)，在造渣末期FeS大量被氧化造渣之后，PbS才被氧化與SiO2造渣。造渣前期基本上不參與造渣。所以造渣前期轉(zhuǎn)爐渣中含Pb較低［3］。

進(jìn)入造銅期后，在造銅末期殘余的PbS與PbO交互反應(yīng)：

生成的Pb易揮發(fā)，大部分進(jìn)入煙塵中。少部分留在熔體中，與As、Bi、Sb生成化合物（Pb、Bi）2（Pb、Sb）O12并熔于銅液中。研究以往其它數(shù)據(jù)表明，當(dāng)殘留在粗銅的含Pb量低于冰銅含Pb量的3%時，Pb的揮發(fā)率和造渣率大于97%。

1.5 冰銅Cu、Fe、S、Pb、Zn含量與粗銅合格率的關(guān)系

銅锍是一個整體，作為主要成分的Cu、Fe、S、Pb、Zn，其比例是影響粗銅質(zhì)量最大的因素，它關(guān)系到吹煉時間、溫度、渣型，Cu的回收率及雜質(zhì)的揮發(fā)率。冰銅S含量比較穩(wěn)定，在213批中有180批集中在19%≤ωS＜22%范圍內(nèi)，取在S含量此范圍內(nèi)冰銅為例，對比各雜質(zhì)元素對粗銅質(zhì)量的影響。在19%≤ωS＜22%范圍內(nèi)，Cu、Fe各自范圍內(nèi)對應(yīng)批數(shù)見表5。

從表5可以看出，冰銅中隨著Cu品位的升高，F(xiàn)e品位降低，Cu、Fe總和維持在55%～60%。同時，冰銅的Cu品位主要分布范圍在ωCu≥24%。

在19%≤ωS＜22%范圍內(nèi)，冰銅中Cu、Fe對應(yīng)粗銅合格爐數(shù)及合格率見表6、表7。

對比表5、表6、表7可以看出，粗銅合格率隨著Cu品位升高而降低（中間略有波動）。中間波動為偶然因素造成，如在ωCu＜24%、32%≤ωCu＜34%范圍內(nèi)數(shù)量較少，不具代表性。

表5 冰銅Cu、Fe含量范圍對應(yīng)粗銅批數(shù)表

表6 冰銅Cu、Fe含量范圍對應(yīng)粗銅合格批數(shù)表

表7 冰銅中Cu、Fe對應(yīng)粗銅合格率表

表5、表6、表7可以反映出轉(zhuǎn)爐吹煉的一些規(guī)律，冰銅含銅越低，含鐵就越高，吹煉時間越長溫度越高，雜質(zhì)的揮發(fā)率越高，粗銅合格率越高；冰銅含銅越高，則反之。當(dāng)然爐前工操作也對粗銅合格率有較大影響，所以合格率有一定波動。

根據(jù)離子理論，在熔融狀態(tài)下，Cu、Fe、S、Pb、Zn及其它雜質(zhì)元素大部分以離子形式存在，而與S2－結(jié)合的順序（吸引強(qiáng)度）為Cu＋＞Pb2＋＞Fe2＋＞Zn2＋，所以當(dāng)熔體中S2－不足時，又因Fe2＋較多會有一部分的Fe2＋與O2＋結(jié)合會生成FeO后又大部分氧化生成磁性鐵Fe3O4。在轉(zhuǎn)爐吹煉的造渣過程中，磁性鐵Fe3O4對造渣會造成不良影響：一是Fe3O4是高熔點(diǎn)氧化物，在冶煉作業(yè)溫度（1 200℃～1 300℃）下其黏度大、流動性差，導(dǎo)致吹煉困難和渣含銅偏高，易造成爐口粘結(jié)增多影響操作，嚴(yán)重時會造成噴爐［1～4］；二是Fe3O4生成后只有在SiO2存在時才可能被FeS還原，其反應(yīng)原理為：

此反應(yīng)基本不放熱，而且需加入過量的SiO2才能促使其反應(yīng)，易造成造渣期熱量不足，而過量的SiO2又加劇了溫度下降，影響雜質(zhì)的揮發(fā)率。在造渣期往轉(zhuǎn)爐中加入適量焦炭可以有效地將Fe3O4還原成FeO，后與SiO2造渣并且放出大量熱，同時減少SiO2的加入，提高熔體溫度。

Zn對吹煉過程也有一定影響，在造渣期ZnS被O2或FeO氧化成ZnO，然后與SiO2造渣。這一部分的鋅占冰銅鋅總量的70%～80%。15%～20%的Zn按下列反應(yīng)生成鋅蒸氣進(jìn)入爐氣。

另外ZnO對于渣與銅锍的界面張力成S型變化，在冰銅含Pb在9%～10%范圍內(nèi)時，Zn適當(dāng)偏高有利于提高粗銅質(zhì)量［1］。

1.6 冰銅成分的穩(wěn)定與粗銅合格率的關(guān)系

冰銅成分的穩(wěn)定對爐前操作有較大的影響。對于主要靠經(jīng)驗(yàn)判斷的操作來說，冰銅的穩(wěn)定有利于各個階段的判斷及火候的把握，爐前工操作時會習(xí)慣性的與上一次的操作作對比，因此冰銅越穩(wěn)定，越利于操作，總體的的粗銅質(zhì)量越好。冰銅不穩(wěn)定，經(jīng)驗(yàn)往往會對操作有一定干擾，從而影響粗銅質(zhì)量。

2 冷料對粗銅合格率的影響

一般在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中加冷料主要目的有：一爐體過熱時降溫，二增加產(chǎn)量。現(xiàn)階段冰銅中Cu＋Fe＋S的總量一般在77%～80%，含Pb在7%～12%，Zn約2%，熱量富裕，雜質(zhì)偏高，加冷料的目的是為提高產(chǎn)量。由于冷料的總體平均含Pb不會比冰銅含Pb高，所以加入適量的冷料可以延長造渣期時間，及降低熔體Pb濃度的作用，能夠稍微降低粗銅含Pb。

3 爐前操作對粗銅合格率的影響

爐前操作是影響粗銅質(zhì)量的另一個主要因素。在自動化程度低的情況下，影響更大。爐前工通過肉眼觀察及經(jīng)驗(yàn)判斷各階段終點(diǎn)是有誤差的。這些很難提高，只有通過日復(fù)一日的精細(xì)操作、總結(jié)，才能緩慢改善。但是還是可以通過改善一些操作上的細(xì)節(jié)來提高粗銅質(zhì)量。

3.1 造渣

造渣是整個冰銅吹煉的關(guān)鍵，也是操作過程最難把握的。渣型的好壞直接影響粗銅的質(zhì)量及直收率。冰銅的成分及吹煉的每一個操作如石英的控制、冷料的控制、風(fēng)量的控制、終點(diǎn)的判斷、放渣，都會對渣型造成影響。這些因素都是相互影響的。

3.2 石英的加入

一般在造渣期要求加石英石少量多次，而加入量要通過爐前工自己的判斷。各爐前工在這個方面差別很大，特別是在冰銅成分較差的情況下。當(dāng)冰銅中Fe3O4含量較高時，需要加入過量的SiO2才能促使其反應(yīng)造渣，而這個“過量”每名爐前工都不一樣。有的希望前面多加石英早點(diǎn)除去Fe3O4，有的通過篩爐期多加石英除去Fe3O4。前期多加石英，通過早點(diǎn)除去Fe3O4然后可以慢慢減少石英加入量，這個過程前期溫度低，然后慢慢升溫，其它雜質(zhì)Pb、Zn等集中在篩爐期除去（溫度較高）。前期少加石英，是慢慢除去Fe3O4，篩爐時可以加稍多石英，這個過程前期溫度上升快，之后較穩(wěn)定，雜質(zhì)在整個造渣期都會揮發(fā)，但后期溫度較前一種情況低（為防止造銅后期熱量不足，要過熱進(jìn)入造銅期）。每名爐前工的習(xí)慣及理解都不一樣，造成操作的多樣性，影響粗銅質(zhì)量。

3.3 冷料的加入

為提高產(chǎn)量，一般都會在生產(chǎn)過程中加入適量冷料（少量多次）。有的是前期加入適量的冷料，再通過操作穩(wěn)定熔體環(huán)境；有的先穩(wěn)定熔體環(huán)境，再加適量的冷料。一種是事先判斷，一種是事后判斷。對粗銅質(zhì)量都有影響。

3.4 放渣

放渣操作留在轉(zhuǎn)爐中渣層厚度不一樣，有厚有薄，對粗銅質(zhì)量有一定影響，特別在篩爐時放渣對造銅影響較大。篩爐期放渣不干凈易造成粗銅表面帶渣較多。

3.5 造銅

過熱進(jìn)入造銅期，有利于除去雜質(zhì)。造銅后期熱量通常不夠，Pb、Zn、As、Sb等在篩爐期未除盡，特別是PbS、As、Sb，殘留在熔體中較多。此外冰銅雜質(zhì)較多時，空吹時間可以稍微延長一點(diǎn)，但注意不要氧化了，也有助于提高粗銅質(zhì)量［4］。

4 結(jié) 論

為提高粗銅合格爐數(shù)，應(yīng)從冰銅質(zhì)量、爐前操作兩個方面改善。

1.提高冰銅質(zhì)量，主要指Cu、Fe、S、Pb、Zn各比例需合理，含ωFe＞26%，ωPb＜9%冰銅自熱充足，F(xiàn)e3O4含量少，粗銅合格率高些。

2.當(dāng)無法提高冰銅質(zhì)量時，努力維持冰銅各成分的相對合理及穩(wěn)定，有利于爐前工把握好操作。

3.爐前工加強(qiáng)操作意識，認(rèn)真細(xì)致。加強(qiáng)在各個階段的掌握，特別是造渣的操作、石英的控制。

4.冰銅中含磁性鐵Fe3O4較多時，可以加入適量的焦炭，提高粗銅質(zhì)量。

［1］ 朱祖澤，賀家齊.現(xiàn)代銅冶金學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，2003.

［2］ 邱竹賢.有色金屬冶金學(xué)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1988.

［3］ 彭容秋，任鴻九，張訓(xùn)鵬，等.銅冶金［M］.長沙：中南大學(xué)出版社，2004.

［4］ 傅崇說.有色冶金原理［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1984.

Study on Several Factors Affecting the Quality of Crude Copper

HUANG Yanhai，HU Huawei，LUO Yuwen
（Hunan Shuikoushan NonferrousMetals Group Co.，Ltd.，Changning 421513，China）

This paper selects the crude copper production over a period of time，analyzes of the qualified rate of this period of crude copper（percentage of crude copper grade of 97%ormore number of accounts for the number of the total production of crude copper）to study the influence of the copper quality of several factors，aims to identify the quality of the copper with several big impact at the same time factors；exploremethods to improve the quality of the copper.The results show that the key factor affecting the quality of the coppermatte is the component，and Fe has the greatest effect.

converter；matte components；qualified rate；Fe3O4

TF811

A

1003－5540（2017）03－0037－05

2017－04－11

黃燕海（1988－），男，助理工程師，主要從事冶金工藝技術(shù)管理及冶金計(jì)算分析工作。

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