陳 勇，李文峰

（江西銅業(yè)集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

傾動爐精煉爐是20世紀(jì)60年代中期，由瑞士Maerz研究發(fā)明的。它在反射爐和回轉(zhuǎn)爐基礎(chǔ)上，吸取了兩種爐型的長處而設(shè)計的。爐膛性子像反射爐，保持其較大的熱交換面積，采取了回轉(zhuǎn)爐可轉(zhuǎn)動的方式，增設(shè)了固定風(fēng)口，取消了插風(fēng)管和扒渣作業(yè)，減輕了勞動強度，既能處理熱料，又能處理冷料，是較理想的爐型［1］。

2 工藝流程

傾動爐主要處理打包的雜銅包塊、電解殘極、外購粗雜銅及其它含銅物料。配料的目的在于根據(jù)雜銅成份，配料才能夠順利造渣脫雜的合理原料。傾動爐設(shè)計中，入爐含銅物料中雜銅配比最大值為56%。為了脫除雜銅原料中的雜質(zhì)，在加料過程中分批均勻的加入造渣劑，氧化造渣過程中用壓縮空氣經(jīng)過氧化系統(tǒng)噴入熔池內(nèi)對雜質(zhì)進行氧化。當(dāng)爐內(nèi)形成渣型氧化造渣結(jié)束，然后進行排渣作業(yè)，液態(tài)渣通過渣流槽排入渣包。氧化操作結(jié)束銅水中含氧約7000ppm。排渣結(jié)束后，通過還原系統(tǒng)將石油液化氣鼓入熔池，將銅水中的氧脫除。還原好的銅水經(jīng)過流槽入雙圓盤澆鑄機，澆鑄合格陽極板。傾動爐工藝流程圖見圖1［2］。

3 粗雜銅火法精煉

粗銅火法精煉的實質(zhì)是使其中的雜質(zhì)氧化成氧化物，并利用氧化物不溶于或極少溶于銅形成爐渣浮在熔池表面而被除去；某些雜質(zhì)在精煉作業(yè)下呈氣態(tài)揮發(fā)除去。雜質(zhì)在銅液中直接氧化的程度很微弱。當(dāng)空氣鼓入熔池中時，作為主體金屬的銅首先吸收氧并進行氧化反應(yīng)，這個過程是氧化精煉的開始和必需條件。氧在銅液中的溶解和形態(tài)可以由Cu-O體系說明。Cu-O系狀態(tài)圖見圖2［3］。

圖1 傾動爐工藝流程圖

圖2 Cu-O系狀態(tài)圖

3.1 雜質(zhì)砷的行為

砷與銅在液態(tài)時互溶，與銅水生成化合物Cu3As及固熔體；在銅中以砷化物、砷酸鹽存在。砷與Cu2O反應(yīng)為：

生成的三價砷氧化物，一部分隨爐氣排出，一部分繼續(xù)被氧化成As2O5，即：

As2O5不揮發(fā)，與Cu2O、NiO、PbO和BiO等氧化物生成各種不同組分的化合物。這些化合物都溶于銅液中，增加了脫除的難度。

4 脫砷實踐

傾動爐作為雜銅精煉爐，為了克服原料中含As較高的雜銅，通過日常各項精細(xì)化操作滿足陽極銅質(zhì)量以及給電解工序創(chuàng)造更有利的條件。傾動爐把握冶煉中有利于脫除As的每個重要環(huán)節(jié)使As在陽極銅中含量大大降低。

4.1 入爐物料配比

原料主要由粗雜銅為主，電解殘極為輔。傾動爐入爐化學(xué)成份要求如下：Cu≥95.5%，Zn≤1.7%，Pb≤1.2%，Sn≤0.6%，Ni≤0.7%，S≤0.02%。設(shè)計雜銅入爐物料中沒有明確要求含As控制多少，但工廠對陽極銅含As有嚴(yán)格要求，因其含量高導(dǎo)致銅的機械性能大大降低，嚴(yán)重影響陰極銅的品質(zhì)，為此冶煉過后的陽極銅As必須控制≤0.3%。因此為了更好的合理搭配入爐物料，傾動爐根據(jù)入廠原料中的雜質(zhì)及主品位預(yù)報進行計算。針對含砷雜質(zhì)元素高的粗雜銅按入爐總量的百分比進行配入，以減少雜質(zhì)砷在熔體銅中所占比例［4］。

表1 傾動爐配料單以及配入粗雜銅含AS量

由表1可以看出，傾動爐處理雜銅中可以通過合理搭配控制單爐含As高雜銅進行均勻配入，可以平衡陽極銅單個元素超標(biāo)。

傾動爐按每爐380t計算高砷原料搭配得出雜銅冶煉As混合后極限值不得超過1.5%左右，有利于冶煉各周期控制達(dá)到最終陽極銅As≤0.3%以下。

表2 傾動爐入爐粗雜銅混合后As最大配比量

4.2 溶劑的加入

根據(jù)每爐含As量的不同，相應(yīng)的增減銅溶劑的加入量。對于高砷銅物料，在加高砷物料之前將爐內(nèi)鋪上適當(dāng)?shù)你~溶劑、石英石、CaO，然后將高砷銅物料依次加入，將含砷高的物料及銅溶劑、石英石、CaO分批次均勻加入至爐內(nèi)。當(dāng)溶劑的加入熔池后，一部分被銅液吸附或包裹，并隨銅液循環(huán)，分散于熔池中，增加了溶劑與雜質(zhì)的接觸面積和反應(yīng)機會，溶劑不會被爐渣稀釋，始終保持較高的溶度，可加快反應(yīng)速度和效果。傾動爐以加冷料為主，砷在銅液含氧為0.2%以后就已經(jīng)氧化。通過早期分批次加入溶劑，可大幅度降低造渣時間，減少銅液過度氧化，增加脫砷時間和效果［5］。

通過實踐證明溶劑的配入必須分多批次混合物料加入，集中一起加入容易造成燒結(jié)成塊或包裹，不利與銅液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而延長整個冶煉造渣時間。傾動爐通過相同含As物料進行對比溶劑加入分析數(shù)據(jù)如下表。

表3 傾動爐溶劑配比方式

4.3 爐內(nèi)負(fù)壓控制

根據(jù)冶煉各個不同周期合理控制爐內(nèi)負(fù)壓，在加料期待物料未完全熔化之前不能過早急于用雜用風(fēng)進行氧化，應(yīng)讓物料充分熔化成銅液，此時應(yīng)加大負(fù)壓閥的開度，以便讓部分雜質(zhì)揮發(fā)隨煙氣進入鍋爐及收塵系統(tǒng)。同樣氧化初期適當(dāng)增加負(fù)壓閥開度，合理控制好燃燒風(fēng)量，讓部分雜質(zhì)通過煙氣脫除進入收塵系統(tǒng)。下表4可以看出傾動爐負(fù)壓傳統(tǒng)控制和現(xiàn)階段操作方式對脫As有較大影響。

表4 傾動爐負(fù)壓控制方式

4.4 溫度控制

氧化初期階段快速提溫對雜質(zhì)脫除不利，氧化過程中雜質(zhì)的氧化是放熱過程，提高溫度不利于氧化物的生成，反會造成雜質(zhì)二次反溶進入銅水。通過傾動爐實踐氧化結(jié)束溫度不宜過高，控制范圍在1130℃～1160℃有利于氧化物砷的揮發(fā)。附表5傾動爐溫度控制As走向［6］。

表5 傾動爐溫度控制范圍對As走向

4.5 自動搖爐

作為傾動爐特有的優(yōu)勢是氧化過程可通過液壓系統(tǒng)使?fàn)t體角度不處于一個靜態(tài)面。通過預(yù)先設(shè)定時間、角度使?fàn)t膛來回傾轉(zhuǎn)，可促使Cu2O加速氧的傳遞作用，銅中殘留雜質(zhì)與銅液中氧化亞銅的活動成反比，故精煉時應(yīng)使銅液中的Cu2O始終保持飽和狀態(tài)有利于氧與雜質(zhì)充分反應(yīng)。

4.6 增加造渣次數(shù)

對于單爐次入爐物料As含量較高時，不單是靠單次氧化造渣脫砷，必要時通過多次氧化造渣、及時扒渣，可維持爐渣較低的雜質(zhì)含量，加快除砷速度，提高脫砷效果。多次氧化會造成溫度迅速上升，通過控制好負(fù)壓，使熔池始終保持恒溫狀態(tài)。

5 效果檢查

通過上述實踐操作可降低高As物料造成冶煉脫砷不徹底影響電解液，造成陽極銅質(zhì)量不合格等因素。從日常數(shù)據(jù)分析傾動爐火法精煉具備脫除高As粗雜銅的條件。

表6 2015年-2016年陽極銅、渣、煙灰含As分析對照表

6 結(jié)束語

貴冶傾動爐通過配料控制、合理配比溶劑、負(fù)壓控制等冶煉精細(xì)化操作實踐能適應(yīng)高雜質(zhì)粗雜銅，大幅度提高了冶煉脫雜能力，為下道電解工序創(chuàng)造了一個好的條件。