蔚志成　王風(fēng)柱

［摘要］通過在浮渣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行粗銅吹煉生產(chǎn)實(shí)踐，成功地將含銅量45％～50％的鉛冰銅轉(zhuǎn)化為含銅量超過92％ 的粗銅。在粗銅吹煉生產(chǎn)過程中，對(duì)鐵元素和砷元素在不同階段的化學(xué)反應(yīng)和行為變化進(jìn)行了深入的研究與分析。通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)并采取降低渣中含銅措施等手段，將銅直收率提升至91％以上。浮渣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐吹煉粗銅具有銅直收率高、渣銅含量低、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高等顯著特點(diǎn)，這些特點(diǎn)在生產(chǎn)實(shí)踐中為我們提供了良好的生產(chǎn)指標(biāo)。通過這種方式，我們能夠?qū)崿F(xiàn)高效的銅提取，將銅的計(jì)價(jià)系數(shù)提高15％，提高銅金屬經(jīng)濟(jì)效益。

［關(guān)鍵詞］粗銅；鉛冰銅；吹煉；浮渣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐；直收率

內(nèi)蒙古興安銀鉛冶煉有限公司的浮渣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐自2021年10月投入生產(chǎn)使用以來，一直發(fā)揮著重要的作用。該設(shè)備主要被用于回收從大極板電解熔鉛鍋中撈出的浮渣中的鉛、銅和其他有價(jià)金屬。通過有效的回收處理，鉛經(jīng)過撈錫后得以返回大極板繼續(xù)利用，而銅和部分鉛則被富集成高、低鉛冰銅進(jìn)行銷售。然而，隨著銅浮渣的積存量逐漸減少，產(chǎn)出的銅浮渣量已經(jīng)無法維持浮渣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐的滿負(fù)荷生產(chǎn)作業(yè)。在設(shè)備閑置期間，公司很難從中獲得經(jīng)濟(jì)效益。為了提高公司的綜合效益，以及提高有價(jià)元素的綜合回收水平，公司在2022年10月開始對(duì)浮渣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐鉛冰銅吹煉粗銅工藝進(jìn)行研究。

這項(xiàng)研究的目標(biāo)是將鉛冰銅進(jìn)一步提純除雜，以獲得含銅量92％ 以上的粗銅。如果能夠成功，這將為公司創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。通過這項(xiàng)工藝的研究和實(shí)施，有望提高其金屬回收效率，減少浪費(fèi)，并增加其產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，從而對(duì)公司的整體經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生積極影響。這是一個(gè)值得期待的進(jìn)步，也是對(duì)公司持續(xù)努力和創(chuàng)新的肯定。

國內(nèi)粗銅吹煉工藝主要分為熔池吹煉（主要是ＰS轉(zhuǎn)爐吹煉）和懸浮吹煉（如閃速吹煉）兩種方式。目前國內(nèi)沒有使用浮渣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐將鉛冰銅吹煉成粗銅的，吹煉是火法煉銅的重要步驟，是將鉛冰銅中的Fe、As、Pb、Ｓ等元素進(jìn)行氧化造渣和煙氣、煙塵。吹煉過程中要保證粗銅質(zhì)量，需防止過吹氧化以及欠吹周期冗長(zhǎng)問題。利用浮渣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐吹煉粗銅，需對(duì)爐體結(jié)構(gòu)改造，增設(shè)鼓風(fēng)裝置，同時(shí)根據(jù)金屬硫化物優(yōu)先氧化順序原理進(jìn)行吹煉工作。在生產(chǎn)連續(xù)的情況下，克服粗銅吹煉工藝技術(shù)難關(guān)，保證粗銅質(zhì)量，提高銅的收率，回收有價(jià)金屬。

１ 浮渣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐粗銅吹煉原料成分和工藝原理

１.１主要原料（鉛冰銅）的化學(xué)成分

其中冰銅的主要成分：Cu2S－FeS，少量的其他金屬硫化物，貴金屬Ａu、Ａg以及Ａs、Ｓb等元素組成（表１）。

1.２粗銅吹煉工藝原理

在浮渣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐中鼓入空氣，利用空氣中的氧，1200～1300℃下進(jìn)行吹煉，將高溫熔融液態(tài)鉛冰銅中的Fe和S幾乎全部氧化除去，同時(shí)除去雜質(zhì)Pb、As、Sb等，得到含銅92％以上的粗銅。吹煉主要分兩個(gè)階段：第一個(gè)階段造渣期，除去鐵和硫及部分鉛和砷；第二階段為造銅吹砷期，進(jìn)行CuS氧化、CuS與CuO相互反應(yīng)，最終獲得粗銅。鉛冰銅中的Pb50％～60％、Ａs70％～80％以上進(jìn)入到煙塵中。

第一階段造渣期，主要是FeS生成FeＯ 與二氧化硅進(jìn)行造渣，產(chǎn)生冰銅合金（白冰銅）、吹煉爐渣和二氧化硫的煙氣。主要化學(xué)反應(yīng)包括：

２FeS＋3Ｏ２＝２FeＯ＋２SＯ2 （１）

２FeO＋SiＯ２＝２FeＯ·SiＯ２ （２）

３FeS＋5Ｏ2＝Fe3O4＋3SＯ2 （３）

３Fe3Ｏ4＋FeS＋5SiＯ2＝５（2FeＯ·SiＯ2）＋SO2（４）

其中鉛冰銅中的鉛在造渣期時(shí)部分氧化生成PbO 造渣，部分PbS被爐氣帶走，有一部分PbS與PbO反應(yīng)生成金屬鉛。生成的Pb一部分進(jìn)入煙氣中，大部分留在Cu2S中，到造銅期才被氧化。

鉛冰銅中的As、Sb大部分氧化成As2O3和Sb2O3，少量被氧化成As2Ｏ5和Sb2O5進(jìn)入爐渣。只有少量銅的砷化物和銻化物留在粗銅中。

２ 浮渣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐粗銅吹煉生產(chǎn)情況

２.１原料及試劑

主要試驗(yàn)原料留取生產(chǎn)過程中400ｔ左右的高冰銅，每爐100ｔ，共計(jì)４ 爐試驗(yàn)原料，主要成分見表１。試驗(yàn)過程中主要采取試劑為純堿、焦粒等。

２.２浮渣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐爐體結(jié)構(gòu)及改造

內(nèi)蒙古興安銀鉛冶煉有限公司的浮渣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐是一個(gè)重要的生產(chǎn)設(shè)備，其主體尺寸為φ3500ｍｍ×8500ｍｍ，內(nèi)部配備了5支氧槍。除了氧槍，該設(shè)備還配備了自動(dòng)給料皮帶、圓盤鑄錠模具、余熱鍋爐以及布袋收塵器等輔助設(shè)施，以確保整個(gè)冶煉過程的連續(xù)性和高效性。原始的爐體設(shè)計(jì)并未包括吹風(fēng)系統(tǒng)。然而，為了優(yōu)化冶煉效果，基于現(xiàn)有的爐體結(jié)構(gòu)，分別在爐體的兩側(cè)增設(shè)了吹風(fēng)口。這一改動(dòng)可以增加爐內(nèi)的氧氣供應(yīng)，促進(jìn)冶煉反應(yīng)的進(jìn)行。此外，為了在爐內(nèi)維持適宜的溫度，放渣側(cè)的爐體也增設(shè)了一支氧槍。除了對(duì)爐體的改進(jìn)，還對(duì)放渣口進(jìn)行了調(diào)整。放渣口的尺寸和高度都經(jīng)過了精確的計(jì)算和調(diào)整，以確保在放渣和放銅操作過程中的安全性。這些調(diào)整不僅提高了生產(chǎn)效率，而且大大降低了操作過程中的風(fēng)險(xiǎn)。

這些專業(yè)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化措施使浮渣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐在鉛、銅和其他有價(jià)金屬的回收上達(dá)到了更高的效率。這種針對(duì)性的改進(jìn)，無疑將為公司創(chuàng)造更為顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

２.３浮渣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐粗銅吹煉主要工藝流程圖

主要工藝流程圖見圖１。

２.４粗銅吹煉過程中鐵主要化學(xué)行為

粗銅吹煉過程中，按金屬硫化物的優(yōu)先氧化順序，鉛冰銅中的FeS 最容易被氧化生成FeO生成渣而被除去。在FeS氧化的同時(shí)，部分硫化亞銅也被氧化，氧化氛圍過強(qiáng)，可造成渣中含銅高。只有FeS幾乎全部被氧化后，第一階段吹鐵造渣結(jié)束，銅液含銅可達(dá)到67％ ～70％ 以上，隨著銅品位的提高，鐵元素變化情況見表２。主要反應(yīng)如下：

2FeS＋3O2＝２FeO＋２SO２ （７）

鉛冰銅在1200℃～1300℃熔化后，用風(fēng)管在渣口、吹風(fēng)管位置對(duì)銅溶液充分?jǐn)嚢瑁皶r(shí)排出鉛冰銅表層黃渣，基本FeS 進(jìn)入渣中。實(shí)踐證明在排渣１～２次后，熔融銅液中含銅Fe＜１％（表２），無須加入SiO2，剩余少量Fe在后續(xù)完全被氧化而被除去。在Fe氧化時(shí)，Cu2S不可能絕對(duì)不氧化，此時(shí)也將有部分Cu2S被氧化生成Cu2O。因此造渣操作是吹煉操作的關(guān)鍵，終點(diǎn)判斷不準(zhǔn)，會(huì)造成渣的過吹、欠吹，影響銅金屬直收率。渣樣化驗(yàn)，當(dāng)含銅為70±５％，渣含銅小于３％～５％，前期造渣結(jié)束。

２.５粗銅吹煉過程中砷主要化學(xué)行為

砷元素會(huì)以As2O3 形態(tài)存在合金銅液中，在吹煉過程中，奪取氧化亞銅里面的氧氣而生成As2O5，砷的高階氧化物難以揮發(fā)的形式而被除去，同時(shí)與氧化亞銅結(jié)合在一起，生成復(fù)雜的化合物溶于銅液中。向銅液中加入堿性物質(zhì)可與銅液表面的渣層及銅液中的As2O5 反應(yīng)生產(chǎn)穩(wěn)定的低熔點(diǎn)熔鹽進(jìn)入渣中，從而除去雜質(zhì)砷。主要反應(yīng)如下：

3Na2CO3＋As2O5＝3Na2OAs2O5＋3CO2（８）

Na2CO3＋As2O5＝Na2OAs2O5＋CO2 （９）

鉛冰銅吹煉過程中大部分砷被氧化生成As2O3揮發(fā)進(jìn)入到氣相中，經(jīng)收塵后形成含砷煙塵。80％以上砷進(jìn)入到煙塵中，后期煙塵含砷品位可達(dá)40％以上（表３）。隨著銅品位的提升，銅液中含砷的不斷減少，避免出現(xiàn)過吹現(xiàn)象，因此應(yīng)加強(qiáng)后期排渣篩爐頻次和爐內(nèi)氧氣氛圍的控制，來保證銅質(zhì)量和銅金屬直收率。

２.６粗銅吹煉過程中渣含銅變化及降低渣含銅改進(jìn)措施

在粗銅吹煉過程中，放渣時(shí)渣中的銅含量較高，成為一個(gè)影響生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的問題。根據(jù)數(shù)據(jù)，后期渣中的銅含量大部分在20％以上（表４），占投入銅金屬量的10.32％。這意味著銅的直接回收率僅為90％ 或更低。為了解決這個(gè)問題，我們進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

導(dǎo)致后期渣中含銅的主要原因有以下幾點(diǎn)：

（１）在吹煉的中后期，燃氧配比不合理，導(dǎo)致爐內(nèi)的氧化氛圍過強(qiáng)，使得銅被過度氧化，進(jìn)而使渣中的銅含量增加。

（２）爐內(nèi)通入的鼓風(fēng)管數(shù)量過多，這也加強(qiáng)了爐內(nèi)的氧化氛圍，導(dǎo)致銅的氧化增加。

（３）在還原階段，爐內(nèi)的氧化氣氛仍然過強(qiáng)，使得焦粒無法發(fā)揮應(yīng)有的還原作用。同時(shí)，此階段的爐前操作減弱，導(dǎo)致焦粒的利用率降低，無法有效地從渣中還原銅。

（４）在轉(zhuǎn)爐放渣過程中，銅合金被不慎帶入渣中，這也是渣中銅含量增加的一個(gè)原因。

基于上述分析，我們提出以下改進(jìn)措施：

首先，根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，調(diào)整輔料的配料和加料方式，以確保吹煉過程的順利進(jìn)行。其次，調(diào)整燃?xì)夂脱鯕獾呐浔龋ū恚担苊鉅t內(nèi)氧化氛圍過強(qiáng)，減少銅的氧化。再次，加強(qiáng)后期的還原階段和放渣階段的操作，確保銅能夠被充分還原，減少渣中的銅含量。最后，通過這些措施，可以加快物料的熔化時(shí)間，提高生產(chǎn)負(fù)荷，進(jìn)一步降低渣中的銅含量，并提高銅的直接回收率。這些措施的實(shí)施將有助于提高公司的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

說明：氧氣濃度92％，吹煉階段天然氣360～370ｍ／ｈ，還原階段天然氣300～310ｍ／ｈ。

調(diào)整改進(jìn)后，粗銅吹煉放渣過程中渣中含銅高，后期渣中含銅大部分在20％ 以下（表６），渣中含銅占投入銅金屬量的8.53％，銅的直收率≥91％。

２.７ 粗銅主要化學(xué)成分

在使用浮渣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐進(jìn)行粗銅吹煉的過程中，涉及多個(gè)專業(yè)參數(shù)和操作細(xì)節(jié)，需要精確控制以確保生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)投入品位和數(shù)量大致相同的鉛冰銅時(shí)，且在燃氧和送風(fēng)條件基本一致的情況下，造渣期的終點(diǎn)時(shí)間通常相差無幾。在我廠的實(shí)際生產(chǎn)中，造渣時(shí)間大約為50～55ｈ／爐。

為了吹煉出高質(zhì)量的粗銅，特別關(guān)注造銅后期的終點(diǎn)判斷是至關(guān)重要的。在這一階段，應(yīng)及時(shí)取樣進(jìn)行化驗(yàn)分析，只有當(dāng)銅含量達(dá)到92％以上時(shí)，方可停止操作并進(jìn)行放銅，粗銅成分（表７）。然而，在等待化驗(yàn)結(jié)果期間，可能會(huì)出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，從而影響粗銅質(zhì)量。因此，爐前操作人員需要通過觀察釬樣來判斷終點(diǎn)。正常情況下，釬樣斷面應(yīng)呈現(xiàn)橘紅色，并伴隨有黏結(jié)物結(jié)構(gòu)從黏延性向松脆變化的過程。其表面也會(huì)出現(xiàn)許多小孔。當(dāng)這些表面由粗糙變?yōu)楣饣⑶倚】紫А⑼瑫r(shí)硫色也消退、表面出現(xiàn)隆起且連接不斷時(shí)，即可判定造銅期到達(dá)終點(diǎn)。

通過這樣的專業(yè)操作和精準(zhǔn)判斷，我們才能確保獲得含銅量92％以上的合格粗銅。這不僅提高了產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，也有助于減少浪費(fèi)和生產(chǎn)成本，進(jìn)一步增強(qiáng)了公司在行業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)地位。

２．８粗銅吹煉試驗(yàn)效果及經(jīng)濟(jì)效益

粗銅吹煉是冶煉過程中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其目標(biāo)是將原料鉛冰銅中的銅含量從大約50％提高到92％以上的粗銅（表８）。在這一過程中，金和銀也會(huì)富集到粗銅中，從而提高了粗銅的價(jià)值。通過精細(xì)的操作和優(yōu)化，粗銅的直接回收率可以達(dá)到92％以上。這意味著在吹煉過程中，大部分原料銅都可以被成功回收，降低了資源浪費(fèi)。更為重要的是，這種吹煉技術(shù)還使得銅的計(jì)價(jià)系數(shù)提高了15％（表８）。這一進(jìn)步不僅解決了銅浮渣生產(chǎn)冰銅銷售計(jì)價(jià)低的問題，也減少了銷售取樣誤差。在過去，由于計(jì)價(jià)方式和取樣誤差，公司可能面臨利潤損失。但現(xiàn)在，這些問題得到了有效解決。

除此之外，此技術(shù)還有效地提高了冰銅中銅、金、銀、鉛等有價(jià)金屬的回收率。這意味著在冶煉過程中，更多有價(jià)值的金屬被回收，進(jìn)一步增加了生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于任何冶煉廠而言，提高金屬的回收率都是降低成本、增加利潤的重要手段。

３ 結(jié)語

生產(chǎn)實(shí)踐表明，通過對(duì)浮渣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐改造，進(jìn)行粗銅吹煉的工藝實(shí)踐是可行的。吹煉過程簡(jiǎn)單，銅直收率高、生產(chǎn)工藝穩(wěn)定、操作安全。利用浮渣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐的周期性吹煉粗銅，攤薄閑置期間浮渣爐固定成本費(fèi)用，降低銅鉛的單位成本。

2022年10月開展鉛冰銅吹煉成粗銅的工藝攻關(guān)工作，較大幅度提高銅的回收及計(jì)價(jià)系數(shù)，減少冰銅中有價(jià)金屬的損失，為企業(yè)增加效益。下步需要持續(xù)優(yōu)化、解決的問題：

１．提高浮渣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐使用周期，減緩煙氣及熔體對(duì)爐體的侵蝕，延長(zhǎng)爐磚使用壽命。

２．生產(chǎn)實(shí)踐過程中繼續(xù)優(yōu)化工藝參數(shù)，降低渣中含銅，提升銅的直收率達(dá)94％以上。