1 前言
双底连续炼铜工艺在国内首次应用于河南豫光金铅股份有限公司冶炼渣处理技术改造工程。自投产以来，生产运行平稳，各项技术指标优良，其中，熔炼炉和吹炼炉渣含铜分别为2.3%和10.0%左右，远优于设计水平(设计熔炼渣含铜≤4.0%，吹炼渣含铜≤15%)。且低于其它连续炼铜工艺，这是由于底吹的反应机理是氧气直接作用于铜锍(或粗铜)，铜锍(或粗铜)作为氧的载体与物料进行反应[1]，加之底吹使熔体得到高强度的搅拌，物料在炉内均匀分布，熔体中硫和铁的活度较高[2]，所以造渣反应氧势低。本文从双底连续炼铜工艺的炉渣的含铜形态和损失途径进行了分析探讨，全面总结了降低渣含铜所采取的措施，对今后有效地控制渣含铜具有指导意义。
2 双底连续炼铜工艺概述
双底连续炼铜工艺流程如图1所示，该工艺采用富氧底吹熔炼、富氧底吹连续吹炼，配置Φ 4.4×18 m底吹熔炼炉、Φ 4.1×18 m底吹吹炼炉各1台。熔炼炉产出的熔炼渣和铜锍分别从渣口和铜锍口间断放出，熔炼渣通过溜槽排放至12 m3的渣包中经抱罐车转运至渣选矿工序，铜锍经溜槽自流入吹炼炉中进行连续吹炼。吹炼炉产出的粗铜和吹炼渣分别从铜口和渣口间断放出，粗铜排放至4.4 m3的包子中经行车吊运至回转式阳极炉中，吹炼渣经溜槽排放至6 m3的渣包中经抱罐车转运至缓冷场冷却，破碎后返熔炼炉。熔炼炉、吹炼炉产出的烟气分别经余热锅炉降温、电收尘除尘后进入制酸工序。
3 降低“双底”连续炼铜渣含铜的实践
在铜冶炼过程中，金属回收率作为一项重要的经济技术指标，有效地降低渣含铜是提高金属回收率的重要手段[3]。渣含铜包括以Cu2O·SiO2(或Cu2O·Fe2O3)形态溶于渣的化学损失、以Cu2S形态溶于渣中的物理损失和以铜锍液滴(或单质铜液滴)形态夹杂于渣中的机械损失[4]。而在这三种损失形式中，又以机械夹带最为严重。机械夹带是影响双底吹连续炼铜过程中渣含铜的重要因素，主要体现在：配料方式不当影响炉况、工艺参数的控制、熔体液面的控制、沉降分离区设计偏短、氧化物与硫化物交互反应过程中产生的SO2把铜(铜锍)液滴裹入渣中等。
3.1 降低熔炼渣含铜的实践
3.1.1 合理配料
配料是稳定炉况的首要条件，也是降低渣含铜的重要因素。配料不仅要在化学成分上满足炉况需要，而且要保持入炉物料成分的相对稳定。目前，豫光使用的铜精矿多为进口矿，但也有少部分国内矿，为了使熔炼炉在更换新物料初期炉况稳定，不会出现较大范围波动，因此对配料上有着严格的要求：
(1)加强取样制度管理，根据来料计划，密切关注原料成分变化，对每批新进厂物料取样化验不少于3次;
(2)合理配料，使高杂质精矿均衡加入，降低精矿中杂质对渣含铜的影响。入炉混合精矿合理成分如表1所示。试产实践表明，混合精矿中MgO≤1.1时对渣含铜影响不大;Pb+Zn≤6.0%对渣含铜及炉况影响不大，这主要是由于强烈的气体搅动，熔体中存在大量的小气泡，能够有效促使Pb、Zn等易挥发性成分迅速挥发而进入气相[5];
(3)每次在某批精矿用完之前新的配料变更单已下发至中控室，配料变更单上应体现混合精矿合理成分及生成目标铜锍所需的氧料比，并注明吨混合精矿理论产出铜锍量和渣量。
表1 熔炼炉混合精矿合理成分(%)
3.1.2 工艺参数的合理控制
铜锍品位对渣含铜有直接影响，随着铜锍品位的升高，Fe3O4生成量增加，渣含铜也会随之升高，为了尽可能地降低吹炼炉的负荷及吹炼渣产出量，目前目标铜锍品位控制在71～73%。
铜锍温度要求稳定，较高的铜锍温度可以提高炉渣的过热度，降低渣的粘度，以减少机械夹杂。通常目标铜锍温度为1200±20℃，渣温1180±10℃。
合理的渣型是控制渣含铜的关键，炉渣的熔点、黏度和密度对渣含铜有着重大影响。目前的Fe/SiO2控制在1.80～2.0之间，之所以能够采用高的铁硅比造渣，是由于底吹熔炼的反应机理是氧气直接作用于铜锍，铜锍作为氧的载体，生成氧化亚铜与精矿中的硫化铁反应生成FeO，造渣反应的氧势低，不易生成Fe3O4，因而Cu2O在渣中的溶解度减小，利于渣铜分离。若采用较低的Fe/SiO2必然增加石英的用量，增大了渣量，增加了炉渣带走铜的损失从而影响铜的直收率，同时也增加了渣选矿能源的消耗。因此，出于技术、经济和有利于操作等方面的考虑，采取高铁硅比渣。生产实践表明，使用效果理想。熔炼渣成分与渣含铜的关系如表2所示。
表2 熔炼渣成分与渣含铜的关系
3.1.3 控制适宜的渣层和铜锍层
渣层厚时，熔池液面升高，熔体得不到充分的搅动，精矿反应不充分，熔池的传质传热条件变差，造成炉内温度降低，使得炉渣黏度增加，铜锍液滴从其中析出减慢，铜锍与炉渣分离效果差，造成渣含铜升高;渣层太薄时，渣流不稳、易喷溅，机械夹带严重而引起渣含铜升高。所以，渣层一般控制在300～400mm之间。
铜锍层过高时，放渣时铜锍易从渣口溢出;而铜锍层太薄时，容易造成熔炼渣过吹，Fe3O4生成量骤增，炉渣黏度增加，流动性变差，从而引起渣含铜升高。因此，铜锍层一般控制在800～1000mm之间。
3.2 降低吹炼渣含铜的实践
3.2.1 降低Fe3O4生成量
由于吹炼过程所需氧势比熔炼过程高，所以在吹炼过程中生成Fe3O4的量要比熔炼过程多。可通过在吹炼配料系统中配入一定比例的焦粒，随铜锍一起进入吹炼炉，焦粒在进入炉内时与分压很低的氧反应，部分生成CO，造成弱还原性气氛，使生成的Fe3O4还原为FeO而造渣，同时未反应的焦粒被卷入熔池后直接还原从而使吹炼渣中的Fe3O4减少。此外，一定量的焦粒还可起到改善渣型、提高吹炼渣的过热度、降低吹炼渣的黏度等作用。目前焦粒配入量为铜锍量的0%～3.0%。
另外，吹炼炉还应采取“薄渣层”操作，尽量将炉内的吹炼渣放到最低位，以减少Fe3O4在炉内的存量。
3.2.2 工艺参数的合理控制
粗铜温度要求稳定，提高炉渣的过热度，降低渣的粘度，以减少机械夹杂。生产实践表明，粗铜温度控制为1210～1260℃时便可保证吹炼渣有良好的流动性。
吹炼渣采取高硅渣型，这是因为连续吹炼过程中始终有铜锍存在，吹炼渣中的Fe3O4能够得到有效还原，生成的FeO与SiO2造渣，从而降低Fe3O4在炉内的存量。但由于目前吹炼渣全部返回熔炼炉，为减少吹炼渣产出量，从而减少吹炼渣带入熔炼炉的Fe3O4量，目前Fe/SiO2控制在1.2～1.4之间。吹炼渣成分与渣含铜关系如表3所示。
表3 吹炼渣成分与渣含铜的关系
3.2.3 控制适宜的粗铜层
吹炼过程中，氧首先与粗铜反应，生成的[Cu2O]再与铜锍氧化造渣并生成粗铜。若铜层太薄时，高压氧气势必会穿过粗铜层，造成渣层氧势升高，渣中的FeO生成Fe3O4量增加，导致吹炼渣黏度、密度和熔点增加，渣铜分离效果不佳;而铜层太高时，放渣时粗铜易从渣口溢出。因此，粗铜层控制在500～600mm之间。
对于吹炼炉中的铜锍层，生产中还应做到放渣时每班至少看到一次渣中夹带铜锍，以避免因炉内缺少铜锍而引起的渣过吹。
4 结语
双底连续炼铜新工艺的产业化应用成功，成为继三菱法和“双闪”之外的又一重要连续炼铜工艺。渣含铜作为该工艺的一项重要经济技术指标，需要在今后的生产实践中继续摸索总结、继续加强工艺优化和提高职工技术操作水平，以实现渣含铜的不断稳定降低，为国内铜冶炼企业的技术升级改造提供引领和示范作用。
参考文献
[1] 蒋继穆.氧气底吹炉连续炼铜新工艺及装置简介[A].中国首届熔池熔炼技术及装备专题研讨会论文集[C]，1-5.
[2] 罗银华，王志超.“富邦炉”提高床能力及降低渣含铜生产实践[J].有色矿冶，2013，29(1):36-38.
[3] 朱祖泽，贺家齐.现代铜冶金学[M].北京:科学出版社，2003.
[4] 陈国发.重金属冶金学[M].北京:冶金工业出版社，1992.
[5] 张振扬等.富氧底吹熔炼炉内气液两相流动的数值模拟[J].中国有色金属学报，2012，22(6):1826-1834.
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编辑：中冶有色技术网
来源：河南豫光金铅股份有限公司
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