江西銅礦閃速熔煉中礦種的選擇

江西銅礦閃速熔煉中礦種的選擇

閃速精煉的原料是富氏合金礦床和系統(tǒng)中產(chǎn)生的灰塵。近年來,隨著市場銅價的持續(xù)低迷,江西銅業(yè)公司加大了地方礦的采購數(shù)量,貴溪冶煉廠(以下稱貴冶)也逐步加大了地方礦的處理量。但由于地方礦成分復(fù)雜,銅、硫品位波動大,其中有相當(dāng)一部分為不適宜閃速熔煉的礦種,對閃速熔煉產(chǎn)生了一定的負面影響。因此,有必要深入分析這些礦種對閃速熔煉的影響,以便采取有效措施,確保閃速熔煉過程的順利進行。1雜雜礦做貴冶地方銅精礦供貨單位多達27家,其中有相當(dāng)部分為低硫氧化礦等品質(zhì)不符合閃速熔煉要求的礦種(這部分礦稱為雜礦)。雜礦主要包括低硫氧化礦,含Ca、Mg、Al等雜質(zhì)高的高鈣、高鎂、高鋁礦,海綿銅等各種物料的混合礦,含As、Sb、Bi等雜質(zhì)超高的礦以及濕法殘渣等。由于雜礦有批量多而每批數(shù)量極為有限的特點,銅、硫品位波動在所難免。表1列出了雜礦的幾種典型成分。2不同礦物對閃速溶合的影響根據(jù)雜礦的分類組成,分別就各類礦種對閃速熔煉的影響進行分析。2.1氧油燒圓反應(yīng)在閃速熔煉中,硫化銅精礦各組分在反應(yīng)塔中發(fā)生離解反應(yīng)及其他各類反應(yīng),氧化礦在熔煉溫度下,將發(fā)生下列吸熱反應(yīng):2CuO=Cu2O+(1/2)O22CuSO4=Cu2O+2SO2+(3/2)O2CuCO3=CuO+CO2原料中的FeS在下落過程和落入熔池后,會與Cu2O反應(yīng):Cu2O+FeS=Cu2S+FeO,產(chǎn)生的Cu2S進入冰銅。而當(dāng)原料中FeS量不足時,Cu2O將難于大量轉(zhuǎn)化成Cu2S,而進入渣中使渣含銅急劇上升。另一方面,由于采用高富氧濃度、高冰銅品位冶煉方式,Fe3O4生成量較多,當(dāng)原料中FeS量不足時,冰銅中含硫量將降低,Fe3O4易沉底析出,致使?fàn)t底上抬,熔池減小。由于氧化礦中含硫很低,反應(yīng)過程中放出熱量極為有限,需要外界補充熱量,而在閃速熔煉中,為保護反應(yīng)塔頂,反應(yīng)塔氧油燒嘴燒油量控制在一定范圍內(nèi)。綜上所述,氧化礦的處理將使渣含銅升高,反應(yīng)塔燒油量增大。2.2/sio控制閃速熔煉中,渣中Fe/SiO2是一個重要控制參數(shù),貴冶閃速爐渣中Fe/SiO2控制在1.15～1.25之間。高硅礦含硅高,則熔劑SiO2的加入比例小,甚至無須加入,從而導(dǎo)致渣中Fe/SiO2無法穩(wěn)定控制,閃速爐爐況波動,爐渣粘度增大,渣銅分離困難,不利于冶煉過程的順利進行。2.3cao重渣型,聚合反應(yīng)塔塔貴冶閃速爐渣是FeO-SiO2二元系渣,CaO含量基本介于2%～3%之間,當(dāng)精礦中CaO含量異常時,閃速爐渣型將發(fā)生很大的變化。閃速熔煉是強氧化過程,Fe3O4的生成量較大,實際渣型是FeO-Fe2O3-SiO2型,隨著渣中CaO成分的增多,渣型將轉(zhuǎn)變成CaO-FeO-Fe2O3-SiO2型。該體系相圖表明,在1300℃、CaO含量為20%時,該體系具有廣泛的熔化區(qū),若采用高鈣渣型,CaO增多可降低Fe3O4活度,并形成Fe-O絡(luò)合離子,可避免Fe3O4析出。但是,由于Fe3O4不會在爐壁表面析出,反應(yīng)塔塔壁掛不上渣,而貴冶閃速熔煉采用高溫作業(yè)制度,將嚴(yán)重侵蝕反應(yīng)塔塔壁耐火磚,爐子壽命大為降低,因此該渣型不適宜在閃速熔煉中采用。如果不能滿足高鈣的條件,則CaO-FeO-Fe2O3-SiO2體系不穩(wěn)定,隨著SiO2含量的變化,極易析出Fe3O4、Fe2O3、SiO2等,因此CaO-FeO-Fe2O3-SiO2不適于應(yīng)用在閃速爐富氧熔煉中。2.4mgo含量的影響MgO是高熔點物質(zhì),MgO與FeO、Mg2SiO4與Fe2SiO4能夠形成連續(xù)固溶體,也能夠互相置換形成鎂鐵橄欖石(Mg、Fe)2SiO4,隨著MgO含量的升高,爐渣的熔點升高、粘度增大。若精礦中MgO含量較高,爐渣的熔點將迅速上升;當(dāng)MgO超過一定量后,則無法熔化而堆積在沉淀池內(nèi),對熔煉過程極為不利。2.5爐渣品質(zhì)惡化純Al2O3的熔點高(2050℃),能與SiO2形成Al2O3-SiO2系渣,其熔化的最低溫度高達1500℃。在閃速熔煉的二元系FeO-SiO2渣中,少量的Al2O3對爐渣性質(zhì)影響不大,但超過一定量后,爐渣的熔點將大大提高、粘度迅速上升,并可能熔化不了而堆積在沉淀池內(nèi),致使渣性嚴(yán)重惡化。含Al2O3高的爐渣排放到電爐過程中,由于爐渣的飛濺,在電爐爐頂形成熔點高的結(jié)渣,不易熔化而越結(jié)越厚,使得電爐爐頂與爐渣液面間的空間大為縮小,致使電爐爐況極為惡劣。貴冶曾在電爐爐頂結(jié)渣較厚時取樣化驗分析,結(jié)果含Al2O3高達4.6%,因此Al2O3含量高的爐渣對閃速熔煉極為不利,含Al2O3高的礦不能在閃速爐處理。2.6結(jié)晶水造成的損害濕法殘渣中硫不是以FeS形式存在,銅是以Cu2S形式存在,貴冶亞砷車間洗凈殘渣中硫是以Cu2S、單質(zhì)硫及SO2?442-形式存在,并含有結(jié)晶水,水分含量高達50%以上,且雜質(zhì)As、Sb、Bi含量也相當(dāng)高。結(jié)晶水在干燥作業(yè)中難以除去,將導(dǎo)致入爐干礦水分超標(biāo),在閃速熔煉中,結(jié)晶水脫出形成水蒸氣,包圍在精礦粒子周圍,影響精礦的傳質(zhì)傳熱過程,減緩精礦粒子的反應(yīng)速度。由于精礦在反應(yīng)塔內(nèi)停留時間非常短,可能造成部分精礦未及反應(yīng)或未及熔化即落入沉淀池,造成下生料,導(dǎo)致閃速爐爐況惡化,影響閃速熔煉的順利進行。在閃速爐富氧熔煉中,殘渣中的Cu2S有部分被氧化(2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2),硫酸鹽則分解成金屬氧化物。生成的Cu2O也將依賴原料中的FeS將其轉(zhuǎn)變成Cu2S,同樣將影響渣含銅。2.7cu2o吸熱反應(yīng)海綿銅的主要成分是金屬銅、CuSO4及金屬鐵,粒度較粗,在閃速熔煉條件下,依下列反應(yīng)進行:2Cu+(1/2)O2=Cu2O2Fe+O2=2FeO2FeSO4=2FeO+2SO2+O2以上反應(yīng)均為吸熱反應(yīng),生成的Cu2O需在有足量的FeS時方能轉(zhuǎn)變成Cu2S,同時由于海綿銅粒度較粗,在反應(yīng)塔中有相當(dāng)部分未及熔化或未及反應(yīng)即落入沉淀池內(nèi),致使?fàn)t渣性質(zhì)變差,爐況惡化,渣含銅升高,閃速爐正常生產(chǎn)受到威脅。2.8as、sb分配率高富氧熔煉后,雜質(zhì)As、Sb、Bi在煙氣、冰銅、爐渣三相中的分配發(fā)生了很大的變化。國內(nèi)學(xué)者研究表明,隨著冰銅品位及熔煉富氧濃度的提高,As、Sb、Bi在氣相中的分配下降,As、Sb在渣相中的分配率增大。貴冶的生產(chǎn)實踐表明:隨著冰銅品位和富氧濃度的提高,As、Sb在爐渣中的分配率大大增加,導(dǎo)致排放水中As、Sb升高幅度較大,在陽極銅中的含量也稍有增加;而Bi隨著富氧濃度的提高,在冰銅中的分配率顯著升高,致使陽極銅中雜質(zhì)Bi含量迅速增加,電解精煉中電解液的Bi濃度居高不下,直接威脅產(chǎn)品陰極銅的質(zhì)量。從以上分析可知,精礦中的雜質(zhì)As、Sb、Bi對閃速熔煉的影響是:對產(chǎn)品質(zhì)量構(gòu)成威脅,并增加了廢水中As、Sb的濃度,加大了治理的難度。3控制閃速冷卻礦從雜礦中各類礦種對閃速熔煉的影響分析可以看出,由于高硅礦對閃速熔煉的影響僅簡單地表現(xiàn)在SiO2含量高,不利于渣中Fe/SiO2的控制,只要控制一定的比率,通過配料完全可以使其滿足閃速熔煉的需要;對于低硫氧化礦,如比例控制得當(dāng),在操作上再加以嚴(yán)格控制,也能滿足閃速熔煉的要求;而對于高含鈣、鎂、鋁的礦,由于其對閃速爐爐渣的惡劣影響,完全不適合閃速熔煉的要求,應(yīng)加以嚴(yán)格的限制;濕法殘渣、海綿銅等雜礦對閃速熔煉也造成不利影響,也應(yīng)加以嚴(yán)格控制,貴冶已將亞砷洗凈殘渣開路處理;雜質(zhì)As、Sb、Bi高的礦由于其對產(chǎn)品質(zhì)量及環(huán)保帶來不利影響,應(yīng)控制在一定的比例內(nèi)?？傊?處理雜礦的原則是不能影響閃速熔煉過程的順利進行。具體操作中,可通過以下幾方面的工作來保證閃速熔煉的順利進行。3.1控制高硅礦及氧化礦的比例要嚴(yán)格控制不利于閃速熔煉的雜礦進入,對高硅礦及氧化礦也要有計劃地控制在一定的比例范圍內(nèi)。同時,采取分類堆放方式,以保證均勻地配礦,避免精礦成分大幅波動。3.2雜礦配比的確定要處理雜礦又要確保閃速熔煉的正常進行,就必須合理地進行配礦,根據(jù)各礦種的成分,確立合理的雜礦配比,使入爐干礦成分能滿足閃速熔煉的要求。3.3加強閃速爐的操作管理，確保爐面的穩(wěn)定性雜礦成分復(fù)雜,銅、硫品位波動大,閃速爐爐況不易穩(wěn)定控制,而爐況穩(wěn)定控制的兩大要素是冰銅溫度和品位受控。3.3.1提高反應(yīng)風(fēng)富氧濃度和點燃反應(yīng)塔氧油燒前的性能氧化礦含硫低,只有通過增加外部的熱量供應(yīng)來滿足熔化的需要,在閃速爐的實際操作中,就是通過提高反應(yīng)風(fēng)富氧濃度和點燃反應(yīng)塔氧油燒嘴來實現(xiàn)。(1)設(shè)置反應(yīng)風(fēng)富氧濃度提高了反應(yīng)風(fēng)富氧濃度,則精礦在反應(yīng)塔內(nèi)的反應(yīng)區(qū)域上升,反應(yīng)塔高溫區(qū)上移,如果反應(yīng)塔上部溫度太高,易造成中央噴嘴粘結(jié),內(nèi)、外環(huán)易燒壞,爐襯易燒損等不利局面,從而引起入閃速爐的風(fēng)速發(fā)生變化,超出正?？刂品秶?則風(fēng)礦混合不好、反應(yīng)不良,導(dǎo)致閃速爐爐況波動,并可能發(fā)生下生料現(xiàn)象。反應(yīng)風(fēng)富氧濃度太高,對閃速爐爐況控制十分不利。由于貴冶處理的雜礦成分波動大,混合不均勻現(xiàn)象難免發(fā)生,入爐干礦成分可能波動,從而引起冰銅溫度的大幅波動。貴冶在生產(chǎn)中曾遇到短時間內(nèi)冰銅溫度波動達100℃左右,而在跟蹤修正過程中,冰銅溫度及冰銅品位的調(diào)整難以同步,如降溫則需減少用氧量,且相對來說減少幅度較大,富氧濃度波動大,導(dǎo)致工藝風(fēng)量不穩(wěn)定,冰銅品位又出現(xiàn)波動,來回反復(fù),爐況不易穩(wěn)定控制,因此必須適當(dāng)控制反應(yīng)風(fēng)富氧濃度。貴冶經(jīng)過較長時期的摸索,反應(yīng)風(fēng)富氧濃度一般在50%～70%之間爐況較易控制,以不超過80%為限。(2)啟動氧油燒前爐況波動當(dāng)反應(yīng)風(fēng)富氧濃度過高時,可通過點燃氧油燒嘴,使富氧濃度降到適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。點燃氧油燒嘴后,在閃速爐爐況波動調(diào)整時,參數(shù)值調(diào)整幅度減小,爐況恢復(fù)較快,但點燃氧油燒嘴同樣會使反應(yīng)塔高溫區(qū)上移。為保護反應(yīng)塔塔頂及上部耐火磚,氧油燒嘴油量受到一定限制,貴冶控制在400L/h以下。3.3.2冰銅身份證的修正由于雜礦中銅、硫品位波動大,不可避免地造成冰銅品位的波動,冰銅品位較難控制,因此須加強冰銅品位的反饋修正控制。實際操作中,除按操作規(guī)程進行修正外,還要觀察分析冰銅品位及溫度的波動趨勢,以確定較佳的參數(shù)修正值,避免出現(xiàn)大幅波動;同時,還須加強前饋控制,加大雜礦配料倉的取樣頻度,并及時進行配料計算,以使入爐精礦能以較為準(zhǔn)確的成分計算反應(yīng)所需風(fēng)、油量,保證在精礦成分波動時控制好冰銅品位,減少反饋修正量,以保證閃速爐爐況的穩(wěn)定。3.4拉格爾斯,降低渣含銅的要求,確定冰銅關(guān)于fes的水封裝由于處理部分氧化礦及自產(chǎn)煙塵的閉路循環(huán),Cu2O生成量增加,Cu2O轉(zhuǎn)變成Cu2S的前提條件是有足量的FeS存在。冰銅品位高則其中FeS含量少,因此在實際控制中,在能滿足整個工藝線生產(chǎn)能力要求的前提下,應(yīng)適當(dāng)偏低控制