降低電爐渣含銅生產實踐

伍發偉，李志輝

（涼山礦業股份有限公司昆鵬公司，四川 會理 615141）

銅是以機械夾帶和溶解兩種形式損失于爐渣中，在冰銅品位低于60%的銅冶煉中通過化學溶解于渣中的氧化銅是較少的，而機械懸浮冰銅粒子造成的銅損失是主要的。懸浮的冰銅粒子又分為冰銅粒直接懸浮于渣中和冰銅粒被包裹在四氧化三鐵中而間接懸浮于渣中2種情況，影響冰銅粒子和爐渣分離的因素為：熔渣組成（渣型）、四氧化三鐵控制、生產組織、工藝操作、熔體溫度等。

1 熔渣組成（渣型）

熔渣性質對熔煉過程起著極為重要的作用，熔煉過程實際是煉渣過程，影響銅渣分離的因素主要為渣型、渣熔點、溫度、密度、黏度、界面張力等[1]。為保證銅锍和爐渣良好的分離效果，爐渣的黏度η＜2Pa·S，（圖1）表示了FeOCaO-SiO2系熔渣的黏度。

大量研究表明CaO、MgO、FeO等堿性氧化物能使熔渣黏度降低，SiO2、Al2O3等能使熔渣黏度增高。該三元系黏度最低的組成為：CaO 10%～30%，SiO220%～30%，FeO 40%～60%。

SiO2是鐵橄欖石渣的主要成分，它在渣中的含量對爐渣的性質及渣含銅影響極大，因此渣型選擇通常首先關注的成分是SiO2。SiO2會使混熔的FeO和FeS分成兩個不相混熔的液相，SiO2含量接近飽和即35%～45%時，成分相差最大，可完全分離。

渣含CaO低于12%～13%以前增加CaO含量，使渣中銅的溶解損失和機械夾帶損失均下降。

渣中Al2O3含量低于10%時，隨著渣含Al2O3增加渣含銅降低。

圖1 FeO-CaO-SiO2系熔渣的黏度

結合昆鵬公司生產實踐，降低電爐渣含銅基礎渣型選擇為：Fe/SiO2=0.9～1.2范圍內，控制渣含MgO＜3.5，Al2O3＜7%，同時增加渣中CaO＜12%、SiO2＜42%，但是由于進廠原料含CaO低，生產過程中補加CaO會增加成本，熔煉工序不額外補加CaO。

2 Fe3O4控制

銅精礦造锍熔煉過程中主要反應方程式如下：

在艾薩爐內有較高的氧勢，FeO會進一步與O2反應生成Fe3O4

△G0=-809891+342.8T

在熔煉溫度1473K下，上式反應△G0=-340.95KJ，說明在艾薩熔煉過程中生成Fe3O4是必然的。

艾薩爐熔煉排放的銅渣混合熔體，進入貧化電爐完成爐渣與冰銅澄清分離，爐渣中Fe3O4增加會包裹冰銅顆粒、增加爐渣熔點和黏度，直接影響冰銅和爐渣的分離；Fe3O4密度為5.18g/cm3，會在冰銅與爐渣界面形成一層黏稠的隔離膜，同時當溫度降低后Fe3O4會析出沉于爐底及某些部位形成爐結。在渣含CaO、MgO、Al2O3相近的情況下對2015年全年4300多個電爐渣樣進行渣含銅與Fe3O4關系統計分析，得出的結果為隨著Fe3O4升高，渣含銅升高。

昆鵬公司在2016年度開始進行如下生產實踐控制電爐渣含Fe3O4量。

艾薩爐-電爐聯動降低Fe3O4技術：

艾薩熔煉過程中，頂吹浸沒式噴槍將富氧空氣鼓入熔池，氧氣并不直接和銅精礦中的鐵和硫發生化學反應，而是和爐渣中的氧化亞鐵FeO發生反應（2）形成磁鐵礦Fe3O4，Fe3O4再和銅精礦發生化學反應。化學反應方程式如下：

通過反應（2）可以看出，如果減少氧化亞鐵的數量，相應產生的磁鐵礦的數量也會減少。爐渣中的二氧化硅越多，用于形成鐵橄欖石的氧化亞鐵也就越多。也就意味著用于形成磁鐵礦的氧化亞鐵的數量越少。

昆鵬公司在2016年度進行這方面生產試驗，艾薩爐熔煉冰銅品位控制53%～55%，Fe3O4控制中心由7.5%逐漸下調到5%，實踐證明Fe3O4控制中心下調到5%可以滿足艾薩熔煉工藝，但繼續下調熔煉反應將難以進行。

3 生產組織

3.1 銅渣面控制

昆鵬公司電爐爐前放銅口距離爐底高度0.3m，放渣口距離爐底1.2m，熔池區域耐火磚高度距離爐底1.91m，生產過程中銅渣面控制要求為：

（1）銅面控制不高于1.2m，在銅面高于1.2m時爐后嚴禁放銅。

（2）渣面控制不高于1.9m。

（3）渣層厚度控制：冰銅顆粒在爐渣中的停留時間取決于爐渣在熔池中的有效停留時間和冰銅顆粒在渣中的沉降速度，這兩者都和渣層厚度相關。根據生產實踐，電爐渣在爐內停留4h以上時，渣含銅較低。

電爐渣在爐內停留時間的計算公式為：

式中：T：電爐渣在爐內停留時間，h

S：電爐熔池面積，m2

K：電爐渣層區域有效容積系數；昆鵬公司實際計算為88.68%

H：渣層厚度，m

ρs：電爐渣密度，取值3.3t/m3

G：日產電爐渣量，t

球形銅锍液滴在熔渣中沉降速度服從下列方程：

式中：VS：球形銅锍液滴沉降速度（m/s）

g：重力加速度，9.8m/s2

r：球形銅锍液滴直徑，2×10-4m

△ ρ：球形銅锍與熔渣的密度差（ρm-ρs），(1.3×103～2.3×103Kg/m3)

μ ：熔渣黏度，（0.5Pa·S～2Pa·S）

昆鵬公司日產電爐渣量為733t，根據式（4）計算渣層厚度應控制在0.5m以上；根據式（5）可知銅锍與熔渣的密度差越大，熔渣的黏度越小，锍滴在渣相中的沉降速度越快，锍和渣分離越好，從而銅的夾帶損失就少。

通過計算可知，在渣層厚度0.5m時，密度差最大，黏度最小時20分鐘锍滴就可以沉降到冰銅層。

取沉降條件相對較差狀態：密度差最小（1.3×103Kg/m3），熔渣黏度大（2Pa·S）分別計算不同渣層厚度(m)時锍液滴沉降時間（h）和電爐渣在爐內停留時間（h），計算結果如下：

表1 不同渣層厚度下，锍滴沉降時間和電爐渣停留時間

根據表1可知，不同渣層厚度下，電爐渣在爐內停留時間＞锍液滴沉降時間，可以滿足生產要求，渣層厚度控制在0.5m～1.1m之間，一般以0.7m為控制中心操作。

3.2 生產操作要求

（1）在合理選擇渣型的前提下，艾薩爐爐況是影響電爐渣含銅最重要的因素之一，在艾薩爐況無法保證的情況下，電爐渣含銅是不可控的，在生產操作過程中維持艾薩爐正常穩定生產是基礎，這就要求艾薩爐精心配料、合理操作，出現問題及時調整。

（2）根據電爐爐況合理選擇功率控制，使爐渣過熱大約50℃，昆鵬公司一般控制渣溫1220℃左右。

4 結語

（1）基礎渣型選擇為：Fe/SiO2=0.9～1.2范圍內，控制渣含MgO＜3.5，Al2O3＜7%，CaO根據入廠原料情況不額外補加，控制渣含CaO＜12%、提高石英砂補加量，根據電爐渣內堿性氧化物含量適當調整，控制渣含SiO2＜42%。

（2）采用艾薩爐聯動控制Fe3O4，減少銅在渣中的機械損失和溶解損失。

（3）電爐渣層厚度控制0.5m～1.1m，一般以0.7m為控制中心操作，可以滿足爐渣在熔池中的有效停留時間和冰銅顆粒在渣中的沉降速度，銅的夾帶損失少。

（4）2016年、2017年度昆鵬公司電爐渣含銅控制到年均0.45%，可以預見進一步降低電爐凍結層和電爐內Fe3O4含量，電爐渣含銅可以進一步降低到0.4%以下。