粗铜熔炼过程中渣含铜的控制

李志勇，侯 强，陈铁昌，于 勇，周允峰

（中国有色集团抚顺红透山矿业有限公司，辽宁 抚顺 113321）

目前铜的冶炼方法有火法冶炼和湿法冶炼两大类，其中火法冶炼是主要方法，目前世界铜总产量的90%是用火法冶炼生产出来的。铜的火法冶炼，由于传统的造锍熔炼工艺如鼓风炉、反射炉、电炉面临环境保护、节约能源、综合利用矿产资源的严重挑战，20世纪40年代以来，各国的铜冶金工作者为改造传统的铜冶炼工艺，进行了大量的实验研究工作，现生产中最主要是的熔炼方法是富氧顶吹、富氧侧吹和富氧底吹三种，其中的富氧底吹造锍熔炼炉是中国工程师开发的，并获得中国专利。以上这些铜冶炼方法其共同特点是所有物理化学反应均在熔池中进行，所以均称为熔池熔炼。含水≤8%的铜精矿和熔剂、煤通过加料机或喷枪加入熔池中，富氧空气通过喷枪或风口从反应器的顶部或底部或侧面鼓入熔池中，在熔池中完成炉料的脱水、离解、熔化、氧化、造锍和造渣反应。熔池熔炼的优点是过程简单、操作方便、生产效率高、炉料不必深度干燥和磨细、烟尘率低、燃料消耗少、对燃料的种类和质量无严格要求、用富氧空气熔炼，烟气SO2浓度高，硫酸生产条件好，有利于环境保护。可以处理粉料，也可以处理粒（块）料，允许炉料成分有一定的波动。虽然熔池熔炼技术开发较晚，但工业应用速度很快，目前世界上已有几十座熔池熔炼炉投入运行[1]。

1 铜在渣中的损失

1.1 熔炼渣抽样检验显示

图1 X射线物相定量匹配

①铜在渣中损失形态主要有：铜锍、辉铜矿、铜氧化物CuO/Cu2O和铁酸铜。②熔渣中CuS颗粒无规则分散，颗粒越小分散程度越大。③高温下渣中含(估算)10%～25%磁铁矿固体，使渣中夹带较多冰铜，如图1。④渣中化学溶解铜为0.4%，主要存在于液相渣中⑤缓冷渣中各氧化物相均不含铜，理论上选矿法可以使尾渣中铜含量降为零。

1.2 铜在渣中损失的主要途径

经过业内专家和技术人员研究、摸索，将铜熔炼渣中铜的损失基本归为三类：化学熔解损失、物理溶解损失和机械损失。

（1）化学损失：由于氧势偏高，氧化物活度偏高，导致CuS氧化；炉温不够或熔化太快，氧化铜来不及还原；配料造成的炉渣组成波动，超过控制范围。以至于铜以其氧化物形式存在于渣中。

（2）物理损失：主要是指铜以硫化铜形式熔解于炉渣中引起的。这种形式的损失决定于炉渣成分。造硅酸盐形式的酸性渣，硫化铜的熔解度很小，但实际生产中随着氧化铁含量的增高，溶解度逐渐变大。

（3）配料引起渣中FeO、SiO2、CaO比例不合适，导致Fe3O4含量增加，使渣和铜锍的表面张力变小，严重时在铜锍和渣层之间形成隔膜等以至于减小、减缓铜锍和渣的分离效果；或者炉况控制不好，炉渣变粘；氧化物和硫化物相互反应，产生的SO2将铜带入炉渣；鼓风吹氧造成液态熔体翻滚荡漾；操作不当导致放渣时带铜或跑铜[2]。

2 熔炼渣含铜的控制

2.1 严格配料工艺，稳定炉况

冶炼厂使用的原料有一定数量的外购矿，矿种复杂多变，因此，为了不使熔炼炉生产出现大范围波动，稳定炉况，在工艺配料上有严格的要求。首先在配料上原则是定准主矿，在入炉矿调整上主要成分尽量保证长期稳定，在小矿种多时，对铜精矿的拌料工作上，要求拌料工做到多次拌料，严格按工艺要求的比例进行拌料。并且每次配料必须由主管人员通过设定配料计算后，填写配料通知单，用微机控制生产的入炉量，确保入炉物料的准确无误。

2.2 选择适当冰铜品位

冰铜品位对渣含铜有直接影响，随着冰铜品位的升高，Fe3O4生成量增加，渣含铜也随之增加，所以对冰铜品位的选定是根据生产任务和保证吹炼炉正常生产来决定的。冰铜温度要稳定，提高炉渣的过热，降低渣的粘度，减少机械夹杂。通常目标冰铜温度为1210℃，渣温1240℃～1280℃。

2.3 选择适当的渣型，降低熔炼渣含铜。

因为熔渣成份对熔渣密度影响很大，而熔渣的密度对熔渣、冰铜的分离有较大影响，因而对渣含铜影响也较大。SiO2密度小（2.5g/cm3），增加渣含SiO2可使熔渣密度降低，有利于渣锍分离；在FeS存在的条件下，炉渣中的Fe3O4能得到还原，生成的FeO与SiO2造渣，渣含铜降低；渣中的SiO2含量升高，渣与冰铜间的界面张力随之也升高，有利于冰铜微粒的聚集和沉降，减少冰铜在渣中的物理损失。

由于冰铜在炉渣中的溶解度随着SiO2含量增加而减少，因此提高渣含SiO2就减少了冰铜在渣中的溶解度，减少了冰铜在渣中的物理损失。但增加渣中的SiO2含量必然增加石英熔剂用量，从而增大了渣量，增大了炉渣带走铜的损失，同时增加了燃料的消耗。因此在选择炉渣的组成时要从技术、经济和有利于操作等方面考虑。通过生产实际，熔炼炉渣型Fe/SiO2的选择根据有二方面，一是电炉贫化；二是直接渣选矿；选用电炉贫化生产的单位，熔炼炉渣型Fe/SiO2的控制在1.1～1.3，选用渣选矿生产的单位熔炼炉渣型Fe/SiO2的控制在1.6～1.8。

2.4 降低Fe3O4的生成，减少Fe3O4在炉内的存量。

由于渣含铜主要的影响因素是Fe3O4，而铜熔炼时，FeS熔体生成的大量FeO不可能与石英熔剂全部造渣，会有一定数量的FeO生成Fe3O4。减少熔炼炉内Fe3O4的生成量主要做好两方面工作。

2.4.1 严格控制入炉氧料比

在做好配料计算的同时，加强对入厂原辅料的日常检查和化验，特别是煤、石英粒度的检查。并根据生产的实际进行调整入炉氧料比来稳定生产。

2.4.2 严格控制炉内温度

加强日常的检查工作，对熔体温度做好测量，严格控制熔炼炉出口熔体温度，冰铜温度1160℃～1180℃，渣温1200℃～1250℃。

2.5 渣层控制

熔炼炉渣层的控制对渣中带走铜有一定影响。渣层厚，介于渣层和冰铜层的Fe3O4温度降低，不利于Fe3O4还原反应，并且很容易析出进入冰铜层；当渣层过厚，熔池面升高，会使炉内气体空间减少，使得燃料燃烧的条件及对熔池的传热变坏，并引起炉内温度降低，于是炉渣变得黏，冰铜珠从其中析出减慢，铜在渣中澄清时间不够，损失增大。另外，由于炉渣导热性很差，冰铜过热不良，所以一定要控制渣层操作。熔池熔炼炉根据炉子的实际上生产情况一般渣层控制在200mm～300mm。

3 结语

在近20年，随着铜矿产资源长期开采造成的资源日益贫乏，铜冶炼产能的逐渐扩张，使得铜矿资源变得愈加贫乏,很多矿山的矿石开采品位逐渐降低。因此铜熔炼渣含铜损失的重要性日显突出。传统工艺熔炼渣含铜损失的0.4%左右到熔池熔炼的0.6左右浪费了铜资源，怎样进一步研究铜冶炼渣中铜的损失是我们冶炼人长期工作努力的方向。