铜火法精炼的过程控制

2020-02-17牛浩鹏

山西冶金 2020年5期

牛浩鹏

（中条山有色金属集团有限公司，山西垣曲 043700）

铜熔炼、吹炼过程中产生的粗铜含有十多种杂质，国内外冶炼厂需要进行火法精炼，除去部分有害杂质同时富集回收稀贵元素，生产出化学成分和物理规格符合电解精炼要求的阳极板。因此加强对铜火法精炼过程控制的研究十分必要。

北方铜业垣曲冶炼厂采用回转式阳极炉对粗铜进行火法精炼。回转式阳极炉可通过转动圆筒形炉体，调整风口、出铜口和排渣口的位置和鼓入的气体，实现氧化、还原或者排渣、出铜作业。现有2 台容积为200 t，尺寸为Φ3.6 mm×11.5m的回转式阳极炉，采用先进的稀氧燃烧技术和氮气底吹透气砖技术，自2014年点火生产后，通过不断优化过程控制，取得较好的生产实践效果和经济技术效益。

1 阳极炉生产控制指标

阳极炉的生产指标控制，关系到后续电解精炼的产品质量、能耗和直收率。北方铜业垣曲冶炼厂的阳极铜的化学成分w（Cu）≥99.5%，w（Pb）＜0.2%，w（As）＜0.2%，w（Ni）＜0.5%，w（O）＜0.2%。浇铸出阳极板质量（235±5）kg，厚度（45±2）mm，表面平整光滑，气泡、疙瘩占面积不得超过1/8，无飞边毛刺，不得有夹渣夹灰，悬吊垂直度好，耳部饱满。

2 生产实践

回转式阳极炉的精炼周期包括四个阶段：第一阶段为加料、保温期；第二阶段为氧化、放渣期；第三阶段为还原期；第四阶段为浇铸期。利用氧气与杂质亲合力强于与铜的亲合力且生成的氧化物不易溶于铜液的原理，除去粗铜中的大部分杂质。在火法精炼技术趋于完善和成熟的情况下，加强对工艺过程的控制就显得尤为重要。

2.1 加料、保温期的过程控制

加料、保温期主要是将转炉产生的液态粗铜倒入阳极炉内，同时根据炉体内实际情况搭配加入一定石英熔剂调整炉渣成分，使用天然气作为燃料进行加热，保证阳极炉内熔体处于适宜反应温度。

过程控制：转炉生产的粗铜要确保化学成分合格，温度合适；每一炉次要进行扒渣作业，如出现干渣状态，在下炉次之前应加入适量石英造渣；做好转炉和阳极炉的配合协调工作，降低吊运加料时间，单炉进料控制在170～200 t；等料期间控制稀氧燃烧天然气量80～100 m3/h，在保证炉膛温度的前提下，关掉兑冷风阀并调整高温风机频率8～12 Hz 之间，保证炉膛负压在-5 Pa，作业炉口不冒黑烟。

2.2 氧化、排渣期过程控制

氧化、放渣期主要是转动炉体将压缩空气鼓入熔铜中，使其中杂质发生氧化反应并以氧化物的形式进入渣中，通过排渣作业除去杂质。

过程控制：根据进料时熔体温度在120～140 m3/h之间调整天然气流量，控制温度在1200～1250 ℃为宜。根据烟道的温度合理调整兑冷风机，炉膛负压控制-2～-10 Pa；为更好地除去铁、铅、砷、铋等杂质元素，要造好的炉渣，做好炉渣成分、黏度的控制；控制好风口入炉速度和深度，确保氧化过程熔体充分反应除去杂质；做好氧化终点判断。当炉体铜液出现“铜雨”时及时采样观察确定。氧化样表面微凹，断面砖红色，结晶致密且无气孔即可确定氧化期结束；炉体排渣时，合理调节底吹氮气的流量和分布，将炉体两端的炉渣搅动至渣口部位更容易排出。

2.3 还原期过程控制

氧化作业后铜液中大部分杂质已被除去，还原期内以天然气作燃料和还原剂，除去精炼中多余氧元素。

过程控制：根据氧化期结束时熔体温度设置还原期稀氧燃烧量。天然气流量设置在150～170 m3/h，氧气流量设置在490～525 m3/h 之间，同氧化期一样合理调整兑冷风机，炉膛负压控制-2～-10 Pa；密切关注烧嘴流量和压力，还原操作期间如出现烧嘴堵塞现象一定及时处理；做好还原终点判断，还原样表面微凸，试样断面呈玫瑰红，结晶致密无气泡，有明显均匀金属晶点散布即可确定还原结束；严格控制出铜熔体温度在1260～1280 ℃，如果还原期末温度低于要求，要适当提高稀氧燃烧温度，如果仍低于要求就需要重新氧化还原进行提温。