利用浮渣側吹轉爐粗銅吹煉新工藝研究及實踐

蔚志成　王風柱

［摘要］通過在浮渣側吹轉爐中進行粗銅吹煉生產實踐，成功地將含銅量45％～50％的鉛冰銅轉化為含銅量超過92％ 的粗銅。在粗銅吹煉生產過程中，對鐵元素和砷元素在不同階段的化學反應和行為變化進行了深入的研究與分析。通過調整相關參數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。浮渣側吹轉爐吹煉粗銅具有銅直收率高、渣銅含量低、經濟價值高等顯著特點，這些特點在生產實踐中為我們提供了良好的生產指標。通過這種方式，我們能夠實現高效的銅提取，將銅的計價系數提高15％，提高銅金屬經濟效益。

［關鍵詞］粗銅；鉛冰銅；吹煉；浮渣側吹轉爐；直收率

內蒙古興安銀鉛冶煉有限公司的浮渣側吹轉爐自2021年10月投入生產使用以來，一直發揮著重要的作用。該設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、銅和其他有價金屬。通過有效的回收處理，鉛經過撈錫后得以返回大極板繼續利用，而銅和部分鉛則被富集成高、低鉛冰銅進行銷售。然而，隨著銅浮渣的積存量逐漸減少，產出的銅浮渣量已經無法維持浮渣側吹轉爐的滿負荷生產作業。在設備閑置期間，公司很難從中獲得經濟效益。為了提高公司的綜合效益，以及提高有價元素的綜合回收水平，公司在2022年10月開始對浮渣側吹轉爐鉛冰銅吹煉粗銅工藝進行研究。

這項研究的目標是將鉛冰銅進一步提純除雜，以獲得含銅量92％ 以上的粗銅。如果能夠成功，這將為公司創造良好的經濟價值。通過這項工藝的研究和實施，有望提高其金屬回收效率，減少浪費，并增加其產品的經濟價值，從而對公司的整體經濟效益產生積極影響。這是一個值得期待的進步，也是對公司持續努力和創新的肯定。

國內粗銅吹煉工藝主要分為熔池吹煉（主要是ＰS轉爐吹煉）和懸浮吹煉（如閃速吹煉）兩種方式。目前國內沒有使用浮渣側吹轉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等元素進行氧化造渣和煙氣、煙塵。吹煉過程中要保證粗銅質量，需防止過吹氧化以及欠吹周期冗長問題。利用浮渣側吹轉爐吹煉粗銅，需對爐體結構改造，增設鼓風裝置，同時根據金屬硫化物優先氧化順序原理進行吹煉工作。在生產連續的情況下，克服粗銅吹煉工藝技術難關，保證粗銅質量，提高銅的收率，回收有價金屬。

１ 浮渣側吹轉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

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

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

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反應生成金屬鉛。生成的Pb一部分進入煙氣中，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 浮渣側吹轉爐粗銅吹煉生產情況

２.１原料及試劑

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

２.２浮渣側吹轉爐爐體結構及改造

內蒙古興安銀鉛冶煉有限公司的浮渣側吹轉爐是一個重要的生產設備，其主體尺寸為φ3500ｍｍ×8500ｍｍ，內部配備了5支氧槍。除了氧槍，該設備還配備了自動給料皮帶、圓盤鑄錠模具、余熱鍋爐以及布袋收塵器等輔助設施，以確保整個冶煉過程的連續性和高效性。原始的爐體設計并未包括吹風系統。然而，為了優化冶煉效果，基于現有的爐體結構，分別在爐體的兩側增設了吹風口。這一改動可以增加爐內的氧氣供應，促進冶煉反應的進行。此外，為了在爐內維持適宜的溫度，放渣側的爐體也增設了一支氧槍。除了對爐體的改進，還對放渣口進行了調整。放渣口的尺寸和高度都經過了精確的計算和調整，以確保在放渣和放銅操作過程中的安全性。這些調整不僅提高了生產效率，而且大大降低了操作過程中的風險。

這些專業的設計和優化措施使浮渣側吹轉爐在鉛、銅和其他有價金屬的回收上達到了更高的效率。這種針對性的改進，無疑將為公司創造更為顯著的經濟價值。

２.３浮渣側吹轉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行為

粗銅吹煉過程中，按金屬硫化物的優先氧化順序，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，部分硫化亞銅也被氧化，氧化氛圍過強，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束，銅液含銅可達到67％ ～70％ 以上，隨著銅品位的提高，鐵元素變化情況見表２。主要反應如下：

2FeS＋3O2＝２FeO＋２SO２ （７）

鉛冰銅在1200℃～1300℃熔化后，用風管在渣口、吹風管位置對銅溶液充分攪拌，及時排出鉛冰銅表層黃渣，基本FeS 進入渣中。實踐證明在排渣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在后續完全被氧化而被除去。在Fe氧化時，Cu2S不可能絕對不氧化，此時也將有部分Cu2S被氧化生成Cu2O。因此造渣操作是吹煉操作的關鍵，終點判斷不準，會造成渣的過吹、欠吹，影響銅金屬直收率。渣樣化驗，當含銅為70±５％，渣含銅小于３％～５％，前期造渣結束。

２.５粗銅吹煉過程中砷主要化學行為

砷元素會以As2O3 形態存在合金銅液中，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的形式而被除去，同時與氧化亞銅結合在一起，生成復雜的化合物溶于銅液中。向銅液中加入堿性物質可與銅液表面的渣層及銅液中的As2O5 反應生產穩定的低熔點熔鹽進入渣中，從而除去雜質砷。主要反應如下：

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揮發進入到氣相中，經收塵后形成含砷煙塵。80％以上砷進入到煙塵中，后期煙塵含砷品位可達40％以上（表３）。隨著銅品位的提升，銅液中含砷的不斷減少，避免出現過吹現象，因此應加強后期排渣篩爐頻次和爐內氧氣氛圍的控制，來保證銅質量和銅金屬直收率。

２.６粗銅吹煉過程中渣含銅變化及降低渣含銅改進措施

在粗銅吹煉過程中，放渣時渣中的銅含量較高，成為一個影響生產效率和經濟效益的問題。根據數據，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。為了解決這個問題，我們進行了詳細的分析。

導致后期渣中含銅的主要原因有以下幾點：

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

（２）爐內通入的鼓風管數量過多，這也加強了爐內的氧化氛圍，導致銅的氧化增加。

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

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

基于上述分析，我們提出以下改進措施：

首先，根據生產的實際情況，調整輔料的配料和加料方式，以確保吹煉過程的順利進行。其次，調整燃氣和氧氣的配比（表５），避免爐內氧化氛圍過強，減少銅的氧化。再次，加強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間，提高生產負荷，進一步降低渣中的銅含量，并提高銅的直接回收率。這些措施的實施將有助于提高公司的生產效率和經濟效益。

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。

調整改進后，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 粗銅主要化學成分

在使用浮渣側吹轉爐進行粗銅吹煉的過程中，涉及多個專業參數和操作細節，需要精確控制以確保生產效率和產品質量。當投入品位和數量大致相同的鉛冰銅時，且在燃氧和送風條件基本一致的情況下，造渣期的終點時間通常相差無幾。在我廠的實際生產中，造渣時間大約為50～55ｈ／爐。

為了吹煉出高質量的粗銅，特別關注造銅后期的終點判斷是至關重要的。在這一階段，應及時取樣進行化驗分析，只有當銅含量達到92％以上時，方可停止操作并進行放銅，粗銅成分（表７）。然而，在等待化驗結果期間，可能會出現氧化現象，從而影響粗銅質量。因此，爐前操作人員需要通過觀察釬樣來判斷終點。正常情況下，釬樣斷面應呈現橘紅色，并伴隨有黏結物結構從黏延性向松脆變化的過程。其表面也會出現許多小孔。當這些表面由粗糙變為光滑并且小孔消失、同時硫色也消退、表面出現隆起且連接不斷時，即可判定造銅期到達終點。

通過這樣的專業操作和精準判斷，我們才能確保獲得含銅量92％以上的合格粗銅。這不僅提高了產品的質量標準，也有助于減少浪費和生產成本，進一步增強了公司在行業中的競爭地位。

２．８粗銅吹煉試驗效果及經濟效益

粗銅吹煉是冶煉過程中的一項關鍵技術，其目標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，金和銀也會富集到粗銅中，從而提高了粗銅的價值。通過精細的操作和優化，粗銅的直接回收率可以達到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。更為重要的是，這種吹煉技術還使得銅的計價系數提高了15％（表８）。這一進步不僅解決了銅浮渣生產冰銅銷售計價低的問題，也減少了銷售取樣誤差。在過去，由于計價方式和取樣誤差，公司可能面臨利潤損失。但現在，這些問題得到了有效解決。

除此之外，此技術還有效地提高了冰銅中銅、金、銀、鉛等有價金屬的回收率。這意味著在冶煉過程中，更多有價值的金屬被回收，進一步增加了生產的經濟效益。對于任何冶煉廠而言，提高金屬的回收率都是降低成本、增加利潤的重要手段。

３ 結語

生產實踐表明，通過對浮渣側吹轉爐改造，進行粗銅吹煉的工藝實踐是可行的。吹煉過程簡單，銅直收率高、生產工藝穩定、操作安全。利用浮渣側吹轉爐的周期性吹煉粗銅，攤薄閑置期間浮渣爐固定成本費用，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工作，較大幅度提高銅的回收及計價系數，減少冰銅中有價金屬的損失，為企業增加效益。下步需要持續優化、解決的問題：

１．提高浮渣側吹轉爐使用周期，減緩煙氣及熔體對爐體的侵蝕，延長爐磚使用壽命。

２．生產實踐過程中繼續優化工藝參數，降低渣中含銅，提升銅的直收率達94％以上。