降低電爐水淬渣含銅生產實踐

陳志剛，王 放，鄒 賢，周 斌

（1.金劍銅業有限責任公司，內蒙古 赤峰 024000；2.金隆銅業有限公司，安徽 銅陵 244021）

1 情況簡介

金劍銅業熔煉系統工藝為 “奧爐熔煉～轉爐吹煉～反射爐陽極精煉”，工藝流程見圖1。

圖1 金劍銅業工藝流程圖

在整個熔煉系統中：

（1）奧爐產生冰銅和爐渣的混合熔體進入電爐沉積、貧化，冰銅和爐渣分離。冰銅進入下一步工序；爐渣水淬，水淬渣外售。

（2）轉爐渣浮選，浮選產物是自選銅粉和尾鐵礦。自選銅粉作為奧爐原料，尾鐵礦外售。

（3）煙氣凈化后進入制酸系統，回收的煙塵作為奧爐原料。

自選銅粉和回收的煙塵均為閉路循環。而尾鐵礦含銅低于0.25%，銅損失少，因此，水淬渣含銅損失是工藝中最大的開路損失。

考察歷史數據發現，2016年6月份～12月份金劍銅業平均每月水淬渣含銅呈上升趨勢（表1），個別時間甚至達到0.97%和1.0%。

表1 2016年7-12月份金劍銅業月均水淬渣銅含量(%)

本文通過生產數據分析影響水淬渣含銅的因素，并提出了相應的措施，降低了水淬渣含銅，提高了銅回收率。

2 水淬渣含銅影響因素分析

一般水淬渣銅損失主要有兩種途徑：一是機械夾帶損失；二是化學溶解損失。其中機械損失中銅的主要以微小的銅锍液滴形式夾雜在渣中；化學溶解損失中銅主要以氧化銅（Cu2O）和銅的硫化物（Cu2S）溶解于電爐渣中[1]。

影響水淬渣含銅的因素很多，主要有渣成分（渣型）、爐內氣氛、溫度、作業面控制等。本文將結合生產數據從上述幾方面分別討論對渣含銅的影響，并找到最優操作參數。

3 操作數據分析

考察了水淬渣含銅與渣成分（渣型）、爐內氣氛、溫度、作業面控制等因素之間的關系，為排除相關因素的影響必須固定其他參數。

3.1 控制渣成分（渣型）

3.1.1 最優SiO2含量、Fe/ SiO2技術研究

將渣含銅和對應渣中SiO2含量做成散點圖，通過曲線擬合得到圖2。由圖2可得，當SiO2含量在29%～31.5%之間時，渣含銅隨SiO2含量增加逐漸降低；當SiO2含量在31.5%～34%之間時，渣含銅穩定在較低的范圍；當水淬渣中SiO2含量超過34%時，渣含銅又呈上升趨勢，因此水淬渣中SiO2含量控制在31.5%～34%之間為宜。

將渣含銅和對應渣Fe/ SiO2做成散點圖，通過曲線擬合得到圖3。由圖3可得，當Fe/ SiO2在1.05～1.15之間時，渣含銅隨Fe/SiO2增加而逐漸降低；當Fe/ SiO2在1.15～1.25之間時，渣含銅穩定在較低的范圍；當水淬渣Fe/ SiO2大于1.25時，渣含銅又呈上升趨勢。同時，生產中發現當Fe/ SiO2超過1.4容易造成噴槍燒損，電爐電極打弧嚴重，因此Fe/ SiO2控制在1.15～1.25之間為宜。

圖2 水淬渣中銅含量與水淬渣中SiO2的關系

圖3 水淬渣中銅含量與水淬渣中Fe/SiO2含量的關系

3.1.2 最優CaO含量技術研究

在滿足已研究項目的最佳工藝條件下，考察渣中CaO含量對渣含銅的影響。

將渣含銅和對應的渣CaO含量做成散點圖，通過曲線擬合得到圖4。由圖4可得渣中CaO含量在2.0%～4.5%之間，渣含銅隨CaO含量的增加逐漸降低。據相關文獻記載，奧爐渣典型成分中CaO含量為7.4%[2]。金劍銅業在冶煉過程中不另外補充CaO，渣中CaO含量主要通過調整銅精礦使用比例加以控制。因此渣中CaO含量維持現有狀況在2%～4%為宜。

圖4 水淬渣中銅含量與水淬渣中CaO含量的關系

3.1.3 最優MgO和Al2O3含量技術研究

在滿足已研究項目的最佳工藝條件下，考察渣中MgO和Al2O3含量對渣含銅的影響。

將渣含銅和對應的渣中MgO和Al2O3含量做成散點圖，通過曲線擬合得到圖5和圖6。由圖可見，渣含銅隨著MgO和Al2O3含量的升高呈上升趨勢，因此為保證渣含銅達到0.6%以下，渣中MgO含量控制在2%以下、Al2O3含量控制在4%以下為宜。

圖5 水淬渣中銅含量與水淬渣中MgO含量的關系

圖6 水淬渣中銅含量與水淬渣中Al2O3含量的關系

3.2 改變爐內氣氛技術研究

爐內氣氛性質是氧化性還是還原性，直觀表現在渣中Fe3O4含量和冰銅品位上。本項研究就從這兩個方面著手。

3.2.1 降低Fe3O4含量技術研究

（1） 確定最佳 Fe3O4含量 ：

在滿足已研究項目的最佳工藝條件下，考察渣中Fe3O4含量對渣含銅的影響。

將渣含銅和對應的渣中Fe3O4含量做成散點圖，通過曲線擬合得到圖7。由圖可見，渣含銅隨著Fe3O4含量的升高呈上升趨勢，為了使渣含銅控制在0.6%以下，渣中Fe3O4含量控制在6%以下為宜。

圖7 水淬渣中銅含量與水淬渣中Fe3O4含量的關系

（2）降低Fe3O4含量技術研究：

渣中Fe3O4主要有兩種來源：

一種是銅精礦高溫分解產物FeS被氧化生成FeO，但由于爐內氧化氣氛強，部分FeO未來得及造渣就被迅速氧化成Fe3O4；

另一種是返回奧爐處理的轉爐渣浮選銅精礦，含有較多的Fe3O4。FeS對Fe3O4具有還原作用，但如果爐內氧化氣氛強，FeS被氧化，則Fe3O4很難被還原。

因此，要降低Fe3O4含量，歸根結底就是要弱化爐內氧化性氣氛。

為了弱化爐內氧化性氣氛，就需要適當補充還原性氣氛，主要補充源有兩個：

（1）來源于銅精礦中的硫：

銅精礦在爐內熔煉過程中，首先高溫分解，產生大量硫化物[3]，硫化物具有較強的還原性，會弱化氧化性氣氛。因此，要使用具有合適硫銅比的銅精礦[3]。

將渣中Fe3O4含量與相應的入爐精礦硫銅比做成散點圖，通過曲線擬合得到圖8，從圖8可見隨入爐精礦硫銅比增加渣中Fe3O4含量顯著降低。

但配料過程中硫銅比不是越高越好，過高的硫銅比造成熔體溫度過高，加大爐襯損耗，且入爐物料含硫較高會增大硫酸生產負荷且入爐物料含銅低會降低礦銅產量，因此控制配料中硫銅比控制在1.15～1.2之間為宜。

圖8 水淬渣中Fe3O4含量與配料硫銅比的關系

（2）來源于添加的煤粉：

煤粉具有較強的還原性，會弱化氧化性氣氛，同時還會還原渣中Fe3O4。

將渣中Fe3O4含量與相應的煤粉加入量做成散點圖，通過曲線擬合得到圖9，從圖9可見隨煤粉加入量增加渣中Fe3O4含量顯著降低。為了使渣含銅控制在0.6%以下，在配料過程中煤比例控制在5%～8%。

圖9 渣中Fe3O4含量與配料中煤的比例的關系

3.2.2 最優冰銅品位技術研究

將水淬渣含銅和冰銅品位含量做成散點圖，通過曲線擬合得到圖10，從圖10可見水淬渣含銅隨冰銅品位的增加而降低，主要是因為過高的冰銅品位是由爐內強氧化性氣氛引起的，而強氧化性氣氛又會導致渣中Fe3O4含量增高，銅的機械損失增大。實踐表明，冰銅品位控制在46%～49%較佳。

圖10 水淬渣中銅含量與冰銅品位的關系

3.3 溫度控制研究

冶煉過程中，溫度過高會加快爐襯損耗，降低爐壽命，且增加能耗。溫度過低，反應不完全，同時熔體粘度變大，渣含銅損失增加。根據生產經驗及設計要求，控制熔煉爐熔體溫度1200℃±20℃左右、冰銅溫度為1130℃±20℃左右、電爐渣溫度為1230℃±20℃左右為宜。

3.4 作業面控制研究

在滿足已研究項目的最佳工藝條件下，考察冰銅面和渣面高度對渣含銅的影響。

將渣含銅和對應的冰銅面和渣面高度分別做成散點圖，通過曲線擬合得到圖11和圖12。由圖11可見，渣含銅隨著冰銅面升高而增加，且冰銅面過低會造成放冰銅帶渣，不利于轉爐操作，因此為保證渣含銅達到0.6%以下，冰銅面控制在100 mm～450 mm之間；由圖12可見，渣含銅隨著渣面降低而增加，當渣面過高可能發生渣從觀察孔流出引發危險，因此為保證渣含銅達到0.6%以下，渣面控制在1400 mm～1700 mm之間。

圖11 水淬渣中銅含量與冰銅面的關系

圖12 水淬渣中銅含量與渣面的關系

4 降低水淬渣含銅的操作實踐

4.1 加強原料管理

（1）車間提前做好3個月預配料。

（2）嚴格執行銅精礦分倉堆放管理制度；精確掌握各種物料庫存情況，避免精礦長期堆放發生氧化結塊。

（3）在配料中保證硫銅比在1.15～1.25之間，煤用量在5%～8%之間。

（4）工序之間加強溝通，實時掌握原料成分變化，保證入爐物料成分穩定；入爐物料混合均勻，混捏粒度達標。

（5）銅精礦含水在8%左右，北方地區冬季氣溫較低，經常出現精礦凍結成塊現象，在皮帶轉運處及原料倉頂安裝篩網，防止凍結精礦塊入爐，凍結精礦塊粉碎處理后入爐。

4.2 加強熔煉爐操作管理

熔煉爐冰銅品位、渣型、爐溫等指標控制在最佳工藝參數范圍內，具體見表2。

表2 最佳工藝控制參數

4.3 加強沉降電爐的操作管理

4.3.1 加強放銅排渣作業管理

（1）冰銅面控制在100 mm～450 mm范圍內，渣面控制在1400 mm～1700 mm范圍內。

（2）排渣期間密切關注電極行程，電極行程在450mm～500mm范圍內排渣操作，電極行程在100 mm～150 mm范圍內停止排渣；排渣前10分鐘提起三根電極，保持渣面靜止。

（3）加強工序之間的協調配合，及時放渣、放銅。冰銅面過高時，先放銅后放渣。

4.3.2 加強沉降池溫度控制

根據熔煉爐出料情況合理使用電極，控制熔煉爐熔體溫度1200℃±20℃左右、冰銅溫度為1130℃±20℃左右、電爐渣溫度為1230℃±20℃左右。

4.4 加強考核管理

通過開展技術培訓，提高職工操作水平；通過加強考核，開展勞動競賽等形式，提高職工的責任心，主控手及時調整熔煉爐爐況，爐前工嚴格執行放銅排渣制度，合理使用電極。

5 實施效果

通過考察水淬渣銅含量與各影響因素之間的關系，確定最佳工藝控制參數，同時對操作實踐進行優化，摸索出一套降低水淬渣含銅的管理方法。2018年1月至2019年3月實施后，取得了顯著成績，具體數據見表3。

表3 2018年1月至2019年3月份月均水淬渣銅含量(%)

金劍銅業水淬渣含銅目標值為0.6%，依此為基準，2018年1月至2019年3月，金劍銅業多回收金屬銅65.75t，為公司創造了較大的經濟效益，同時提高了銅資源綜合利用率。