閃速爐和電爐渣含銅關鍵技術及優(yōu)化

駱時雨，張偉旗

（1.江西銅業(yè)集團公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424；2.江西銅業(yè)集團銅材有限公司，江西貴溪 335424）

0 引言

隨著世界銅冶煉技術的不斷發(fā)展和科技進步，閃速爐“四高技術”在國內外煉銅行業(yè)得以廣泛應用，熔煉渣含銅會隨著冰銅品位的提高呈上升趨勢，渣中銅損失突顯。江銅貴溪冶煉廠三期改造后，閃速爐各項生產技術指標已達到或超過設計值，其產能、冰銅品位高，但閃速爐、電爐渣含銅高，銅金屬回收率低，管控難度大，企業(yè)經濟效益受限，成為該廠生產技術的“瓶頸”。

對于傳統(tǒng)火法銅冶煉廠，渣含銅是一項極為重要的技術經濟指標。該廠爐渣主要有閃速爐渣、電爐渣和轉爐渣等，采用渣浮選處理，其中閃速爐、電爐渣占渣選原礦比例高達75%。渣選原礦中渣含銅偏高，有價銅流失嚴重，渣選成本高，唯有提升熔煉工藝技術水平，加強生產過程管控，方可大幅減少閃速爐、電爐渣含銅，降低渣選原礦含銅量和渣選成本，提高銅冶煉回收率。

1 主要工藝流程及渣含銅現(xiàn)狀分析

貴冶熔煉一系統(tǒng)閃速爐采用閃速熔煉和電爐貧化閃速爐渣的生產模式，銅精礦按照一定的比例配料經干燥后進入閃速爐熔煉，而閃速爐渣進入電爐進行進一步的貧化，熔煉二系統(tǒng)沒有電爐工序，閃速爐為高渣層控制，閃速爐及電爐渣通過緩冷后進入選礦車間選出渣精礦，再返回閃速爐熔煉回收金屬銅，工藝流程如圖1 所示。

根據(jù)冶金反應工程學，渣含銅影響因素多而復雜且相互關聯(lián)，如物料添加量、爐況、冰銅品位、爐渣（成分、渣量、溫度、黏性、Fe/SiO2含量及緩冷時間）等。銅進入銅渣中的主要方式是冰銅和氧化銅化學地熔解于渣中、冰銅粒子機械懸浮。閃速爐渣常以锍夾渣的形態(tài)存在；而電爐渣則以斑銅礦、黃銅礦、方黃銅礦等鐵硫化銅的形式晶出。

圖1 閃速爐及電爐渣處理工藝流程

銅爐渣的主要化學成分是Fe、SiO2、CaO、Al2O3、Cu、S，其具有硬度大、密度高、尾礦沉淀快、邦德功指數(shù)高等特點。研究表明，其銅品位的高低與選銅指標的正關聯(lián)性極大，即爐渣中銅品位愈高，相對應其選銅指標則更好，反之亦然。

采用多元線性回歸分析法，分析該廠2015—2018 年閃速爐渣、電爐渣和轉爐渣等生產操作數(shù)據(jù)，可創(chuàng)建渣含銅及其影響因素的線性方程。分析回歸方程即可得出各作業(yè)參數(shù)對渣含銅的影響程度大小，摸索出渣含銅的主、次要因素，其中閃速爐爐況、冰銅品位、電爐冰銅產出量等是其影響主因，其余則對渣含銅的影響較小。

通過分析近年該廠渣選原礦含銅量與回收率之間的關系，渣選原礦含銅量越高，金屬回收率越低，渣選成本越高，且還會造成有價金屬銅流失。所以，必須降低渣選原礦含銅量[1-2]，方可提高金屬銅的回收率，而降低閃速爐、電爐渣含銅可有效地回收金屬銅，實現(xiàn)效益最大化。

2 渣含銅關鍵技術研究及優(yōu)化設計

2.1 合理控制精礦配比和雜質成分

目前，該廠入爐原料種類多而復雜，銅精礦各成分波動較大，為穩(wěn)定閃速爐爐況，唯有精準配料，嚴格將銅精礦各成分比例控制在一定的范圍內[3-4]，如表1 所示。

應規(guī)范精礦存取流程，對不同種類、不同成分的銅精礦進行隔離存儲，杜絕參雜混用；精礦雜質含量較復雜，宜采取集中堆存，且根據(jù)爐況及渣含銅情況來調整配比。

表1 銅精礦各成分所占比例 %

2.2 優(yōu)化精礦噴嘴結構，提高反應性能

2.2.1 加強冷卻效果，減少噴嘴底部粘結

原精礦噴嘴水套冷卻水設計偏小，冷卻效果較差，易造成噴嘴底部嚴重粘結，甚至噴嘴水套燒損。為提高噴嘴的冷卻效果，保護噴嘴水套，可在冷卻水閥組進水端增設噴嘴冷卻水增壓泵，以提高冷卻水壓力，噴嘴粘結少，能消除噴嘴水套燒損隱患。

2.2.2 改進噴嘴分配器，提高干礦均勻性

在閃速爐低投入量的情況下，單層分配風分配器能滿足生產需要，但在高投入量的情況下，單層分配器不能完全打散噴嘴下來的干礦，導致閃速爐下生料，使爐況變差，單層噴嘴分配器如圖2a 所示。為徹底解決高投入量情況下的干礦分散問題，該廠發(fā)明雙層分配器，完全可滿足閃速爐高投入量的需求。雙層噴嘴分配器如圖2b 所示。

圖2 噴嘴分配器

2.2.3 增設噴嘴座式水套清理孔

混氣室粘結時，會影響工藝風速及工藝風與干礦反應的均勻性，可在座式水套4 個角增設清理孔。日常點檢時，可通過清理孔觀察內部情況；一旦粘結，可利用座式水套專用清理工具清理，如圖3 所示。

圖3 座式水套專用清理工具

2.3 分配風流量的最優(yōu)化控制

目前，該廠入爐原料復雜，采用原分配風計算公式計算出的分配風量已不能滿足實際工況的需要。對此，為選擇合適的分配風使用量，該廠以投料量、工藝風量、工藝風速為基準進行了大量研究，當工藝風速恒定為100 m/s 時，摸索出最適合實際工況的新分配風計算公式。

（1）原分配風計算公式。Q=F×3.15+758，其中，Q 為分配風量，Nm3/h，F(xiàn) 為總投料量，t/h。

（2）優(yōu)化后的分配風計算公式。Q=6.3×F+2.9×U+0.526×V/F+200，其中，Q 為分配風量，Nm3/h，F(xiàn) 為總投料量，t/h，U 為工藝風速，m/s，V 為工藝風量，Nm3/h。

2.4 閃速爐、電爐爐底粘結溫度的控制

閃速爐、電爐熔池狀況直接關系到渣的含銅量，熔池容積較大才能采取厚渣層控制，才有利于銅渣的分離量[4-6]，而影響閃速爐、電爐熔池容積的主因是爐內粘結增多、爐底抬高，所以必須準確地判斷出熔池內粘結位置，才能采取針對性的控制措施。為此，通過爐內點檢觀察爐內粘結位置，并結合爐底溫度測點，逐步摸索出爐底出現(xiàn)粘結的溫度平衡點為500 ℃，若低于該溫度可調整控制參數(shù)、定點投放生鐵以消除粘結，確保閃速爐、電爐的熔池容積，如圖4 所示。

2.5 優(yōu)化閃速爐排銅口結構尺寸

圖4 爐底溫度監(jiān)測點

閃速爐排銅口尺寸由之前的DN45 擴大至DN50，閃速爐排銅量增加，相應EF 冰銅量減少，提高了EF 貧化爐渣的能力；同時總排銅時間減少，錮鈹發(fā)生率降低，電爐不加入錮鈹，爐渣機械銅損失降低。

2.6 合理控制渣型和冰銅品位

在保證精礦處理量最大化的前提下，將閃速爐主要控制參數(shù)與渣含銅之間進行對比試驗[7]，可摸索出銅損失穩(wěn)定的最佳閃速爐控制參數(shù)區(qū)間，即目標Fe/SiO2控制在1.25～1.3，P-FFMG控制在58%～61%較合理。

2.7 增設氧濃度檢測儀判斷FF 反應狀況

在鍋爐出口增設氧氣濃度檢測儀，可實時監(jiān)控煙氣中的殘氧濃度，以判斷閃速爐反應狀況。如圖5 所示，煙氣中含氧濃度陡升時，說明閃速爐反應情況變差，操作人員應逐一排查影響反應的因素，而及時調整閃速爐的反應狀況，則有助于降低渣中的Fe3O4比率和煙氣中的SO3發(fā)生率。

圖5 閃速爐余熱鍋爐出口煙氣殘氧濃度趨勢

3 效果分析

2015—2018 年閃速爐、電爐渣含銅情況見表2。2015—2018 年渣選原礦含銅情況見表3。從表2 和表3 中不難看出，閃速爐渣含銅已由原1.22%降至1.13%，電爐渣含銅已由原0.82%降至0.69%，渣選原礦含銅量已由原2.08%降至1.9%，且呈逐年降低的趨勢，既可防止有價銅金屬的流失，大幅提高金屬回收率，又能降低渣選成本。生產數(shù)據(jù)表明，在生產平衡允許情況下，確保閃速爐爐況良好、合理控制渣型和冰銅品位是降低渣含銅的必要前提和關鍵。

表2 2015—2018 年閃速爐、電爐渣含銅情況 %

表3 2015—2018 年渣選原礦含銅情況 %

4 結束語

生產實踐證明，該廠閃速爐和電爐渣含銅關鍵技術研究及優(yōu)化設計是圓滿成功的。銅熔煉渣是銅的重要二次資源[8]，隨著世界礦產資源的日益枯竭和節(jié)能環(huán)保要求的不斷提高，該廠擬取消高能耗的電爐，確保閃速爐爐況良好，合理控制渣型和冰銅品位，將閃速爐和轉爐渣含銅作為降低渣選原礦含銅的主要突破口，提高銅冶煉回收率，真正達到“吃干榨盡”的理想目標，實現(xiàn)企業(yè)的高效、低成本運行和可持續(xù)發(fā)展。