曲勝利， 董準勤， 陳 濤

(山東恒邦冶煉股份有限公司, 山東 煙臺 264109)

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富氧底吹熔煉處理復雜銅精礦過程中雜質元素的分布與走向

曲勝利， 董準勤， 陳 濤

(山東恒邦冶煉股份有限公司, 山東 煙臺 264109)

對復雜銅精礦富氧底吹熔煉過程中雜質元素Pb、As、Sb、Bi和Ni的分布與走向進行分析。結果表明，當冰銅品位為45%～50%時，Pb主要分布于冰銅、電塵灰和煙氣中，分別占39.95%、22.50%和18.80%；As主要分布于熔煉煙氣、電塵灰和熔煉渣中，分別占66.87%、18.13%和7.51%；Sb主要分布于熔煉渣、冰銅和煙氣中，分別占58.10%、22.50%和15.07%；Bi主要分布于電塵灰、冰銅和煙氣中，分別占37.82%、20.78%和27.58；Ni主要分布于冰銅和熔煉渣中，分別占70.65%和26.44%。

復雜銅精礦； 富氧底吹； 熔煉； 雜質元素； 分配率； 走向

0 前言

富氧底吹煉銅技術對原料適應性很強，可以處理低品位銅礦和復雜含金銀高的多金屬伴生礦，對物料的粒度、水分均沒有嚴格的要求，既可處理粉料，也可以處理塊料[1]。由于原料來源日漸繁多，成分日趨復雜，其中的Pb、As、Sb、Bi和Ni等雜質元素含量呈上升趨勢[2]，對產品質量及冶煉作業(yè)過程影響較大[3]。為了控制中間產品雜質含量，防止環(huán)

境污染，提高企業(yè)綜合回收能力及經濟效益，本文以實際生產數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析Pb、As、Sb、Bi和Ni在富氧底吹銅熔煉造锍過程中的分布與走向。

1 底吹爐爐料成分

底吹爐入爐物料主要由銅精礦、含銅高金銀雜礦、渣精礦、脫砷礦等含銅混合爐料組成，幾種含銅物料成分見表1。

表1入爐物料成分

入爐物料Au/g·t-1Ag/g·t-1Cu/%Fe/%S/%Pb/%As/%Sb/%Bi/%Ni/%煙灰19.57130030.158.969.1311.2010.000.321.740.07渣精礦34140022.2128.028.062.810.891.70.030.05高砷礦3.4623602018.2226.817.567.830.520.170.07雜礦19.47852.311.0321.5821.182.381.580.110.020.01

隨著底吹爐生產能力的提高，進入生產系統(tǒng)的雜質總量也同步增加，因此需要研究雜質在熔煉過程的分布規(guī)律，以探索可實際操作的脫除雜質的處理方法。

2 底吹熔煉過程中雜質的分布與走向

混合爐料經底吹爐熔煉，產出冰銅、熔煉渣、余熱鍋爐灰、熔煉電塵灰及煙氣。冰銅經行車吊運至轉爐吹煉，熔煉渣經渣緩冷送至選礦車間，余熱鍋爐灰返熔煉配礦，熔煉電塵灰送至浸出，煙氣送制酸。底吹爐熔煉過程中雜質的分布及走向見表2。

表2 底吹熔煉過程中雜質元素的走向及分布 %

底吹熔煉與其他幾種主要煉銅工藝雜質分布對比見表3。

表3 幾種銅熔煉工藝雜質分布 %

表3中，諾蘭達爐的富氧濃度僅為42%，冰銅品位為70%；澳斯麥特爐冰銅品位為50%～60%[4]，富氧濃度為40%～50%；閃速爐冰銅品位50%～60%，富氧濃度70%～80%；底吹熔煉爐冰銅品位45%～50%，富氧濃度70%～75%。這幾種工藝在冰銅品位、富氧濃度以及精礦雜質含量等方面都有較大的差別。在影響雜質分布的這些因素中，互相之間存在影響，但冰銅品位相近時，底吹熔煉脫除雜質的能力最為顯著。

3 討論與分析

3.1 雜質元素分布

從表2可以看出，底吹熔煉過程中，Pb主要富集于銅锍中，占總量的39.95%，此外還有部分Pb分布于熔煉渣、熔煉電塵灰和煙氣中，分別占總量的16.60%、22.50%和18.80%；As主要富集于熔煉煙氣中，占總量的66.87%，此外還有4.14%、7.51%、18.13%和3.34%的As分別分布于冰銅、熔煉渣、熔煉電塵灰、余熱鍋爐灰中；Sb主要富集于熔煉渣中，占總量的58.10%，此外還有部分Sb分布于冰銅、熔煉電塵灰、余熱鍋爐灰和煙氣中，分別占總量的22.50%、4.03%、0.3%和15.07%；Bi主要富集于熔煉電塵灰中，占總量的37.82%，此外還有部分Bi分布于冰銅、熔煉渣、余熱鍋爐灰和煙氣中，分別占總量的20.78%、10.17%、3.66%和27.58%；Ni主要富集于冰銅中，占總量的70.65%，此外還有部分Ni分布于熔煉渣、余熱鍋爐灰、熔煉電塵灰和煙氣中，分別占總量的26.44%、0.21%、0.55%和2.15%。

3.2 雜質元素走向行為分析

采用富氧底吹熔池熔煉技術進行造锍捕金，底吹熔煉爐處理入爐物料100 t/h，含Cu<15%，生產的冰銅品位在45%～50%。相關文獻[5]指出，在熔煉過程中，除Au、Ag等貴金屬幾乎全部進入锍相外，其他雜質主要以造渣或揮發(fā)兩種形式而脫除。

混合爐料中含Pb礦物主要為方鉛礦，當熔體中存在FeS時，Pb的氧化物容易發(fā)生硫化反應：

(1)

因此，在造锍過程中，PbS很難被氧化造渣除去，大部分溶解于冰銅中，有少量的溶解于熔煉渣中，由于PbS的沸點較低，在熔煉過程中會有部分直接揮發(fā)進入氣相中。

富氧底吹熔煉過程中約4%的As進入冰銅中，約96%的As進入熔煉渣、煙塵和煙氣中。由于底吹熔煉爐使用氧槍自爐體底部送風的特點，氧氣與熔锍有良好的接觸，再加上配以適量的塊煤，防止了高價砷氧化物的生成，使As絕大部分以三價砷迅速揮發(fā)進入煙氣，少量被氧化造渣脫除。

Sb主要為輝銻礦和復雜的含銻硫化礦，在熔煉溫度下，被氧化成的Sb2O3與Sb2S3均有一定的蒸氣壓，部分揮發(fā)進入煙氣，但在底吹熔煉過程，由于富氧濃度高達73%，隨著富氧濃度的升高，進入煙氣的Sb會減少，而進入熔煉渣的Sb2O3會急劇增加。部分未被氧化的Sb2S3進入冰銅中。

單質Bi及其硫化物、氧化物在熔煉溫度下較Sb有更大的蒸氣壓，易揮發(fā)進入煙氣中，同時可能發(fā)生硫化物與氧化物的交互反應：

(2)

反應產生金屬Bi及未氧化的Bi2S3溶解于熱態(tài)冰銅中，少部分被氧化的Bi以鉍酸鹽進入熔煉渣中，隨著富氧濃度的升高，進入冰銅中的Bi會大大增加。

Ni與Cu的性質十分接近，且當熔體中存在FeS時，NiO能夠被FeS硫化成Ni2S3，即：

(3)

因此，只有在FeS濃度降到很小時，Ni2S3才能被氧化，并且氧化進程很慢，NiO不能完全入渣，只是少部分Ni2S3溶解于熔煉渣中，Ni在造锍過程中很難被脫除。

4 結論

(1)底吹熔煉產物中，Pb、Ni主要分布于冰銅中，部分Pb揮發(fā)進入電塵灰與煙氣中，部分Ni進入熔煉渣中；As主要分布于煙氣中，部分As進入熔煉渣和電塵灰中；Sb主要分布于熔煉渣中，部分Sb進入冰銅和煙氣中，Bi主要分布于電塵灰中，部分Bi進入煙氣和冰銅中。

(2)由于底吹熔煉的特性，As主要以As2O3形態(tài)揮發(fā)進入煙氣，底吹爐脫砷能力優(yōu)于閃速熔煉爐及其他熔池熔煉爐；Sb、Bi及其化合物均易揮發(fā)進入氣相，但由于底吹爐富氧濃度高達73%，導致Sb主要以氧化態(tài)進入熔煉渣中，Bi發(fā)生交互反應后溶解于冰銅中。

(3)Pb、Ni主要溶解進入冰銅，但Pb及其化合物易揮發(fā)，在熔煉過程中部分Pb會直接揮發(fā)進入氣相中。

[1] 崔志祥,申殿邦,王智等.高富氧底吹熔池煉銅新工藝[J].有色金屬(冶煉部分),2010,(3):17-20.

[2] 袁則平.貴溪冶煉廠銅熔煉過程中主要雜質分布及脫除探索[J].有色金屬(冶煉部分),1997,(6):2-3.

[3] 何秀梅.銅冶煉過程中雜質元素走向探析[J].有色金屬(冶煉部分),2013,(2):55-57.

[4] 唐都作,顧鶴林,宋興誠.云南錫業(yè)銅熔煉系統(tǒng)雜質元素走向研究[J].中國有色冶金,2015,(3):5-6.

[5] 朱祖澤,賀家齊.現(xiàn)代銅冶金學[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2003.

Distribution and trend of impurity elements during refractory copper concenrate treatment by oxygen-enriched bottom-blowing smelting process

QU Sheng-li, DONG Zhun-qin， CHEN Tao

The paper analyzes distribution and trend of impurity elements including Pb, As, Sb, Bi and Ni in the oxygen-enriched bottom-blowing smelting process to treat refractory copper concentrate. Results show that Pb is mainly distributed in matte, ESP dust and offgas with respective percentages of 39.95%, 22.50% and 18.80% with copper matte grade of 45%～50%; As is mainly distributed in smelting offgas, ESP dust and slag, with respective percentages of 66.87%, 18.13% and 7.51%; Sb is mainly distributed in slag, copper matte and offgas with respective percentages of 58.10%, 22.50% and 15.07%; Bi is mainly distributed in ESP dust, copper matte and offgas with respective percentages of 37.82%, 20.78% and 27.58; Ni is mainly distributed in copper matte and slag with respective percentages of 70.65% and 26.44%.

refractory copper concentrate; oxygen-enriched bottom-blowing smelting; impurity element; distribution rate; trend

曲勝利(1966—)，男，山東煙臺人，博士，高級工程師，主要從事技術管理工作。

2015-12-22

TF811

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1672-6103(2016)03-0022-03