浅析如何提高系统对高杂质原料的适应能力

李建春，赵 璧，张宇云

（凉山矿业股份有限公司，四川 会理 615141）

随着国内铜冶炼产能不断增加，铜精矿需求量大幅增加，国内铜精矿产能增加量远低于冶炼产能增加量，且综合品质呈下降趋势，以本公司为例，新增国内铜精矿主要来源于西藏方向，其砷、铋含量较高，进口矿中，砷、铅、锌、氧化镁较高，自2018年6月以来，进厂铜精矿综合含砷上升了约50%，含锑上升了80%，含铅上升6倍，含锌上升1倍，含铋上升2倍，对后续生产环节产生了不同程度的负面影响，烟道粘结严重，收尘放灰困难，硫酸砷渣产量大幅上升，甚至威胁到了生产的可持续性，原料市场的变化我们无法改变，提高系统对原料杂质含量的适应能力显得尤为关键。

1 砷在冶炼过程中的流向及影响

自6月份以来，随着原料含砷的增加，自高温风机区域收集到的粘性液体明显增加，同时伴随着收尘器灰仓烟尘粘结严重，放灰极为困难，严重时甚至需要停下收尘器清理。

对收集的黏性液体取样分析后结果如下：

表1 风机黏性液体分析数据

从表1可以分析，黏性液体主要由砷酸盐组成，其粘稠、易粘结的特性是造成收尘器及烟尘出现粘结的主要原因。

砷酸盐生产分析如下：

在铜精矿中的砷主要以Cu3AsS3或FeAsS的形式入炉被氧化成As2O3的形式进入炉渣和烟尘，从统计数据看，超过70%的砷进入了烟气，其余以砷酸盐的形态进入炉渣及铜的砷化物进入阳极铜。

进入炉渣及阳极铜的砷并未对生产过程产生明显制约作用，主要影响来自进入烟气中的砷，因此本文侧重于进入烟气中砷的行为分析。

烟气中的As2O3在低温下易被氧化成As2O5：

As2O3+O2=As2O5

As2O5有弱酸性，在水中溶解形成砷酸，但溶于水速度很慢，与碱反应则能较快的生成砷酸盐，将此溶液加热到130℃蒸发冷却时，则变为蜂蜜状有黏性的液体，超过315℃时，分解为As2O3。

As2O5还能将SO2氧化成SO3。

由以上分析，现有工艺流程不做改变时，要解决收尘器和烟尘的粘结，就必须减少As2O5的生成。

2 解决收尘器粘结问题的措施

从As2O5的生成条件看，控制途径主要为烟气温度、烟气中的氧气含量及入炉含砷量。

（1）温度。当温度高于315℃时，As2O5会分解为As2O3，可以减少粘结物的生成。锅炉出口烟气温度受原料成分、下料量、配煤量的影响，且锅炉换热强度相对固定，可调整范围不足以在本质上大幅度调整出口烟气温度，且烟气温度不宜过高而造成收尘器的损伤，且过高的温度还会增加进入硫酸系统砷量。进入收尘器的烟气温度受限时，减少收尘器本体散热量，避免温度过低，在一定程度上可减少As2O5的生成，这主要通过收尘器的保温措施和减少漏风来解决。

（2）入炉料含砷。降低入炉料含砷，从根本上减少了As2O5的可生成量，控制收尘器的粘结，但将大幅度增加原料采购成本，与企业的长远发展相矛盾，增加高杂质原料的消耗能力，才是我们工作的重心。

（3）烟气中的氧气浓度。烟气残氧来源主要来自于熔炼过程未完全反应的氧气以及从炉口补入的二次风，炉内的氧气可与部分矿粉发生熔炼反应，降低烟尘含铜，本身是有益的，阻溅板通入氧气就有此考虑。烟气中的残氧必须满足一氧化碳和铅、锌等杂质金属的氧化，但过量时又会生成As2O5，因此，二次风量的调整就成为残氧量控制的主要着力点。

二次风的补加有两个途径，一个是二次燃烧风机补入渣箱口，另外一个是保温烧嘴通入的空气。二次燃烧风起到气封的作用，防止烟气外溢，在确保二次燃烧风机满足气封条件的基础条件下，调整风量大小，在烟道没有直接检测途径时，参照烟尘外观条件和烟道SO3含量确定残氧量是否合适。采取以上措施后，通过一段时间的调整、跟踪，收尘器及烟尘的粘结情况明细改善，放灰操作能顺利进行。

3 烟尘的开路

原料杂质升高后，仅将细尘开路时，各杂质开路量少于进入量，杂质持续在烟尘中富集，如表2所示。

表2 各返回流程的烟尘相对进厂原料杂质增量

从表2可见，杂质的富集主要集中在艾萨粗尘和转炉粗尘，在持续富集下，除了砷造成收尘器粘结、硫酸系统砷渣增加外，锑、铋也开始对产品质量发生影响，因此，必须将艾萨、转炉粗尘开路，降低入炉料的杂质含量。粗尘开路的主要限制因素的含铜，其中的主要矛盾在于艾萨粗尘。

（1）降低艾萨粗尘含铜的措施。①减少烟道对机械尘的吸入量。原料直接通过炉口进入炉子时，通过烟道区，此区域为炉内烟气抽力最大位置，部分粉料易被吸入烟道。为减少机械尘被吸入烟道，将落料点尽量远离烟道区，措施是在炉口加装了下料桶，将落料点向下延伸，避开了烟道区，同时降低负压值，从而减少机械尘进入烟道。②使矿粉发生熔炼反应。参照闪速熔炼的方式，使炉内部分矿尘发生熔炼反应时，也可部分降低矿尘上升量，从阻溅板位置增加炉内氧气补加量，使空中部分矿尘发生熔炼反应后落入熔池，减少矿粉进入烟道。③减少入炉粉料量。要减少矿粉吸入烟道，最根本的措施是减少入炉的粉料量。对制粒前的混合矿提前润湿，改进制粒机补水方式，补加水引入压缩风，使制粒机中的补加水在盘面均匀分布，降低制粒水分，提高球粒强度。提高制粒机容积率，延长制粒成球时间和成球距离，进一步降低制粒水分，增加球粒强度。

（2）满足艾萨粗尘装袋条件。艾萨粗尘直接放灰温度较高，直接装袋会烧坏袋子，针对此问题增加了中间仓，收尘器放灰时先放到中间仓，冷却后再装袋。通过以上措施，解决了砷开路的问题，同时也就解决了铅、锌、锑、铋的开路问题，意味着冶炼系统对高杂质原料的处理能力得到了有效提升。

4 结论

通过分析主要不利影响杂质的行为，认定最主要的杂质影响因素是砷，明确了影响方式，有针对性地采取了相应的措施后，明显降低了砷对收尘器及烟尘的粘结，并且降低了粗尘含铜，加大了粗尘开路量，使系统对高杂质原料的处理能力大幅度提高，对企业盈利能力提供了更大空间。