“雙閃速爐”銅冶煉過程中伴生金屬的流向分析與回收利用

陳洪華，牛 輝

（山東祥光集團(tuán)有限公司，山東 聊城 252327）

銅冶煉過程中，銅、金、銀是計(jì)價(jià)金屬，其分布和走向是銅冶煉工作者所熟知和研究的主要對(duì)象。隨著原材料價(jià)格的上漲，產(chǎn)能的擴(kuò)增，加工費(fèi)持續(xù)走低，銅冶煉生產(chǎn)效益的也逐漸下滑！為了提高企業(yè)效益，必須加大綜合回收有價(jià)金屬的力度。因此，研究伴生金屬走向及其分布情況，提高其回收率和回收品種，對(duì)提高企業(yè)效益有著重要意義[1]。同時(shí)，銅精礦作為不可再生資源，其伴生金屬的綜合回收利用，是實(shí)現(xiàn)我國有色金屬工業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要途徑，不僅可以在相當(dāng)程度上解決國內(nèi)有色金屬礦山原料不足的問題，而且有助于保護(hù)自然、資源，減少有色金屬生產(chǎn)和消費(fèi)過程中對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響和破壞，明顯降低有色金屬生產(chǎn)過程的能源消耗，減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)有色金屬工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2]。

陽谷祥光銅業(yè)有限公司始建于2005年，是世界上一次建成的規(guī)模最大的銅冶煉廠。祥光通過自主研發(fā)的“旋浮銅冶煉”技術(shù)，產(chǎn)能從20萬噸提升到了45萬噸，成為世界上單系統(tǒng)產(chǎn)能最大的銅冶煉廠；通過持續(xù)投資解決“三廢”問題，依靠科技支撐發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，基本實(shí)現(xiàn)了將各種廢棄物料“吃干榨凈”，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益的多贏。本文對(duì)“雙閃速爐”銅冶煉工藝過程伴生金屬Ni、Pb、Bi的流向與回收利用進(jìn)行研究，以期為同行提供一定的參考借鑒。

1 工藝流程簡介

項(xiàng)目工藝流程為：礦倉配料——蒸汽干燥——閃速熔煉爐——冰銅水淬——閃速吹煉爐——回轉(zhuǎn)式陽極爐——永久不銹鋼陰極電解——高濃度SO2轉(zhuǎn)化制酸——卡爾多爐回收貴金屬——頂吹爐回收鉛鉍。工藝流程圖如圖1所示。

圖1 祥光銅業(yè)工藝流程圖

2 原料主要伴生金屬的流向及回收

“雙閃”銅冶煉工藝技術(shù)是先進(jìn)成熟的工藝，是當(dāng)今世界上高效環(huán)保的煉銅技術(shù)，是未來銅冶煉工藝的發(fā)展方向。分析和研究“雙閃”銅冶煉過程中伴生金屬的流向與回收利用，有利于生產(chǎn)的組織和控制，對(duì)提高公司效益有至關(guān)重要的作用。本文全面分析“雙閃”銅冶煉工藝中雜質(zhì)Ni、Pb、Bi的流向與回收，包含熔煉、電解以及稀貴金屬回收等各工序。

調(diào)查統(tǒng)計(jì)說明：原料平衡計(jì)算中，渣尾礦屬于外售產(chǎn)品，其中的金屬元素含量列為損失。為簡化分析，平衡表只體現(xiàn)了原料投入、產(chǎn)品產(chǎn)出和作為損失的渣尾礦，其它返回品及熔劑等均未納入平衡表。

2.1 原料投入情況

本文對(duì)兩次爐修之間的物料進(jìn)行了調(diào)查總結(jié)，主要分析了Ni、Pb、Bi在“雙閃”銅冶煉流程中的流向和回收利用。銅冶煉系統(tǒng)中除投入原料銅精礦外，在電解過程中有部分外購陽極板處理，這兩種物料為整個(gè)系統(tǒng)中投入的外來物料，其余為返回品，原料各元素含量如表1所示，冶煉過程中相關(guān)產(chǎn)物的Ni、Pb、Bi含量如表2所示。銅冶煉過程中投入、產(chǎn)出Ni、Pb、Bi平衡表如表3所示。

表1 原料Ni、Pb、Bi含量%

表1品位為：期間投入原料的品位加權(quán)值。

表2 相關(guān)產(chǎn)物Ni、Pb、Bi含量%

表2列出主要相關(guān)產(chǎn)物的品位范圍。

表3 銅冶煉系統(tǒng)Ni、Pb、Bi平衡表

表3簡化了Ni、Pb、Bi的平衡報(bào)表。

2.2 主要伴生金屬的流向及回收

2.2.1 鎳的流向及回收

從投入、產(chǎn)出平衡表可以看出銅精礦中Ni的投入占87%，是Ni的主要來源。在閃速熔煉過程中，Ni主要以硫化物的形態(tài)進(jìn)入冰銅，少量以金屬Ni的形態(tài)溶于冰銅，進(jìn)入熔煉渣的Ni較少；在閃速吹煉爐吹煉時(shí)大量Ni的氧化物進(jìn)入粗銅中，部分NiO進(jìn)入吹煉渣中，部分NiO與NiS進(jìn)行交互反應(yīng)，生成的金屬Ni被粗銅所溶解進(jìn)入粗銅中。部分Ni進(jìn)入吹煉渣，吹煉渣返回熔煉系統(tǒng)[3]。

精礦投入中，92.64%的Ni進(jìn)入陽極銅中，在陽極銅的電解過程中，Ni離子進(jìn)入電解液中，根據(jù)電解液中鎳含量，將部分脫銅終液泵至硫酸鎳反應(yīng)釜，經(jīng)蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶、分離，得到粗硫酸鎳。

2.2.2 鉛的流向及回收

銅火法冶金過程中，鉛的氧化物、硫化物及金屬元素本身由于熔點(diǎn)、沸點(diǎn)低，在冶煉溫度1200℃～1500℃下，蒸汽壓很高，易揮發(fā)，因此，相當(dāng)數(shù)量的鉛揮發(fā)進(jìn)入煙塵中[4]。

在銅精礦的閃速冶煉過程中，55.43%的鉛進(jìn)入煙氣：煙塵返回精礦配料倉參與混合銅精礦配料；吹煉渣返回熔煉配料系統(tǒng)，而熔煉渣進(jìn)入選礦工序生產(chǎn)渣精礦和渣尾礦，渣精礦返回熔煉系統(tǒng)，渣尾礦外售；煙氣中的鉛，在制酸工序中富集在鉛濾餅與砷濾餅中。精礦投入中34.56%的鉛，隨粗銅、陽極銅進(jìn)入銅電解工序，生成銅陽極泥。27.4%的鉛，隨鉛濾餅返回旋轉(zhuǎn)頂吹爐處理。在卡爾多爐處理銅陽極泥生產(chǎn)金銀貴金屬的工藝中，Pb主要以硅酸鹽的形式進(jìn)入卡爾多爐渣中。經(jīng)旋轉(zhuǎn)頂吹爐還原卡爾多爐渣，產(chǎn)生鉛鉍合金，電解后得到電解鉛，實(shí)現(xiàn)鉛的回收利用。

2.2.3 鉍的流向及回收

銅精礦中的鉍主要以輝鉍礦和銅鉍礦的形式存在，根據(jù)鉍的分布特征和閃速熔煉與閃速吹煉的強(qiáng)氧化氣氛的特點(diǎn)，鉍的流向?yàn)椋涸谌蹮掃^程中，金屬Bi、Bi2S3、Bi2O3均具有一定的蒸汽壓，在熔煉高溫高氧濃度下，進(jìn)入煙塵的Bi比率較高，煙灰又返回銅冶煉系統(tǒng)，并在系統(tǒng)中循環(huán)。精礦中，82.2%的Bi進(jìn)入粗銅、陽極板。進(jìn)入銅電解工序的Bi，漂浮于銅陽極泥中。在卡爾多爐處理銅陽極泥生產(chǎn)金銀貴金屬的工藝中，Bi以硅酸鹽的形式進(jìn)入卡爾多爐渣中。在旋轉(zhuǎn)頂吹爐處理卡爾多爐渣工序中，產(chǎn)生鉛鉍合金，鉛鉍合金電解后，大部分Bi進(jìn)入鉛鉍陽極泥中，經(jīng)鉍精煉后得到精鉍，實(shí)現(xiàn)鉍的回收利用。

3 結(jié)論

在閃速銅冶煉和卡爾多爐、旋轉(zhuǎn)頂吹爐稀貴冶煉生產(chǎn)工藝中，煙塵等絕大多數(shù)中間產(chǎn)品返回系統(tǒng)，重新參與冶煉，開路產(chǎn)品少，因此，伴生金屬的回收利用率較高。92.64%的鎳，在銅電解過程中，以粗硫酸鎳的形態(tài)被回收利用；61.95%的鉛伴隨銅冶煉系統(tǒng)產(chǎn)品進(jìn)入稀貴冶煉系統(tǒng)中，最終生產(chǎn)出含鉛99.94%以上的鉛錠；82.2%的鉍伴隨銅冶煉系統(tǒng)產(chǎn)品進(jìn)入稀貴冶煉系統(tǒng)中，最終生產(chǎn)出含鉍99.99%以上的鉍錠。