銅火法精煉的過程控制

牛浩鵬

（中條山有色金屬集團有限公司， 山西 垣曲 043700）

銅熔煉、吹煉過程中產生的粗銅含有十多種雜質，國內外冶煉廠需要進行火法精煉，除去部分有害雜質同時富集回收稀貴元素，生產出化學成分和物理規(guī)格符合電解精煉要求的陽極板。因此加強對銅火法精煉過程控制的研究十分必要。

北方銅業(yè)垣曲冶煉廠采用回轉式陽極爐對粗銅進行火法精煉?；剞D式陽極爐可通過轉動圓筒形爐體，調整風口、出銅口和排渣口的位置和鼓入的氣體，實現(xiàn)氧化、還原或者排渣、出銅作業(yè)?，F(xiàn)有2 臺容積為200 t，尺寸為Φ3.6 mm×11.5m的回轉式陽極爐，采用先進的稀氧燃燒技術和氮氣底吹透氣磚技術，自2014年點火生產后，通過不斷優(yōu)化過程控制，取得較好的生產實踐效果和經濟技術效益。

1 陽極爐生產控制指標

陽極爐的生產指標控制，關系到后續(xù)電解精煉的產品質量、能耗和直收率。北方銅業(yè)垣曲冶煉廠的陽極銅的化學成分w（Cu）≥99.5%，w（Pb）＜0.2%，w（As）＜0.2%，w（Ni）＜0.5%，w（O）＜0.2%。澆鑄出陽極板質量（235±5）kg，厚度（45±2）mm，表面平整光滑，氣泡、疙瘩占面積不得超過1/8，無飛邊毛刺，不得有夾渣夾灰，懸吊垂直度好，耳部飽滿。

2 生產實踐

回轉式陽極爐的精煉周期包括四個階段：第一階段為加料、保溫期；第二階段為氧化、放渣期；第三階段為還原期；第四階段為澆鑄期。利用氧氣與雜質親合力強于與銅的親合力且生成的氧化物不易溶于銅液的原理，除去粗銅中的大部分雜質。在火法精煉技術趨于完善和成熟的情況下，加強對工藝過程的控制就顯得尤為重要。

2.1 加料、保溫期的過程控制

加料、保溫期主要是將轉爐產生的液態(tài)粗銅倒入陽極爐內，同時根據(jù)爐體內實際情況搭配加入一定石英熔劑調整爐渣成分，使用天然氣作為燃料進行加熱，保證陽極爐內熔體處于適宜反應溫度。

過程控制：轉爐生產的粗銅要確?；瘜W成分合格，溫度合適；每一爐次要進行扒渣作業(yè)，如出現(xiàn)干渣狀態(tài)，在下爐次之前應加入適量石英造渣；做好轉爐和陽極爐的配合協(xié)調工作，降低吊運加料時間，單爐進料控制在170～200 t；等料期間控制稀氧燃燒天然氣量80～100 m3/h，在保證爐膛溫度的前提下，關掉兌冷風閥并調整高溫風機頻率8～12 Hz 之間，保證爐膛負壓在-5 Pa，作業(yè)爐口不冒黑煙。

2.2 氧化、排渣期過程控制

氧化、放渣期主要是轉動爐體將壓縮空氣鼓入熔銅中，使其中雜質發(fā)生氧化反應并以氧化物的形式進入渣中，通過排渣作業(yè)除去雜質。

過程控制：根據(jù)進料時熔體溫度在120～140 m3/h之間調整天然氣流量，控制溫度在1200～1250 ℃為宜。根據(jù)煙道的溫度合理調整兌冷風機，爐膛負壓控制-2～-10 Pa；為更好地除去鐵、鉛、砷、鉍等雜質元素，要造好的爐渣，做好爐渣成分、黏度的控制；控制好風口入爐速度和深度，確保氧化過程熔體充分反應除去雜質；做好氧化終點判斷。當爐體銅液出現(xiàn)“銅雨”時及時采樣觀察確定。氧化樣表面微凹，斷面磚紅色，結晶致密且無氣孔即可確定氧化期結束；爐體排渣時，合理調節(jié)底吹氮氣的流量和分布，將爐體兩端的爐渣攪動至渣口部位更容易排出。

2.3 還原期過程控制

氧化作業(yè)后銅液中大部分雜質已被除去，還原期內以天然氣作燃料和還原劑，除去精煉中多余氧元素。

過程控制：根據(jù)氧化期結束時熔體溫度設置還原期稀氧燃燒量。天然氣流量設置在150～170 m3/h，氧氣流量設置在490～525 m3/h 之間，同氧化期一樣合理調整兌冷風機，爐膛負壓控制-2～-10 Pa；密切關注燒嘴流量和壓力，還原操作期間如出現(xiàn)燒嘴堵塞現(xiàn)象一定及時處理；做好還原終點判斷，還原樣表面微凸，試樣斷面呈玫瑰紅，結晶致密無氣泡，有明顯均勻金屬晶點散布即可確定還原結束；嚴格控制出銅熔體溫度在1260～1280 ℃，如果還原期末溫度低于要求，要適當提高稀氧燃燒溫度，如果仍低于要求就需要重新氧化還原進行提溫。

2.4 澆鑄期過程控制

還原結束后得到符合標準的陽極銅，陽極爐通過放銅口排出銅液采用雙圓盤定量澆鑄系統(tǒng)澆鑄出符合電解要求的陽極板。

過程控制：澆鑄時如發(fā)現(xiàn)銅液溫度或者成分異常，立即停止?jié)茶T。要再次采樣確認，保證陽極板質量；澆鑄前要做好設備和系統(tǒng)的確認工作。澆鑄時根據(jù)生產情況合理控制澆鑄速度，確保2 臺陽極爐的生產銜接正常；澆鑄出現(xiàn)的廢板及時區(qū)分，重新回爐處理，避免流轉到下工序造成人工和運輸成本的浪費。

3 過程控制的重要性

加強對精煉過程各工序的過程控制在實踐生產中又十分重要的意義。

1）能有效降低雜質含量，提高陽極板產量和質量，提高各項生產技術指標。

2）提高設備運轉效率和使用壽命，有效效降低產品能耗和生產成本。

3）減少爐體煙氣排放量，降低環(huán)保和安全壓力。有效改善職工工作環(huán)境，提高工作積極性。

4 建議及展望

1）優(yōu)化加料方式，配合熔煉、吹煉生產工藝將包子吊運式改為溜槽加料，可提高生產效率，降低工人勞動強度。

2）積極開展稀氧燃燒工藝優(yōu)化，還原期間可探索天然氣增壓提效實踐，提高利用率，降低堵管現(xiàn)象，增效降耗。

3）透氣磚氮氣噴吹對銅水的攪拌、均勻傳熱傳質過程是一個連續(xù)而漫長的過程，需要長期穩(wěn)定的操作才能起到好的生產效果，短期劇烈調整流量只會適得其反。要高度重視透氣磚的生產維護工作，探索適合生產的磚體安裝位置和數(shù)量。

4）隨著新一輪信息革命到來，智能工廠建設已成為未來發(fā)展所趨。建立大數(shù)據(jù)中心，應用自動化智能裝備，實現(xiàn)全流程的生產智能化管理、智能化調度、數(shù)字化點檢和設備在線智能診斷，最終實現(xiàn)智能分析決策，推進企業(yè)高質量發(fā)展。