仲鎢酸銨冶煉中金屬平衡管理研究

張威，徐雙，余春榮

（江鎢世泰科鎢品有限公司，江西贛州 341000）

金屬平衡管理是冶煉企業(yè)一項(xiàng)綜合性技術(shù)管理工作，是衡量冶煉企業(yè)工藝技術(shù)水平的重要標(biāo)志。金屬平衡管理水平的高低在很大程度上反映了整個(gè)企業(yè)管理水平的高低。 在國(guó)內(nèi)仲鎢酸銨（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“APT”）冶煉企業(yè)中，絕大多數(shù)都是通過(guò)金屬平衡表來(lái)考核和評(píng)價(jià)生產(chǎn)及管理情況， 掌握企業(yè)鎢金屬物料的結(jié)存形態(tài)和結(jié)構(gòu)，從而優(yōu)化生產(chǎn)組織。通過(guò)計(jì)算金屬回收率可以如實(shí)反映金屬的回收狀況和損失去向，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)工藝、計(jì)量技術(shù)、取樣制樣、化驗(yàn)中的薄弱環(huán)節(jié)，為提高生產(chǎn)管理水平提供可靠依據(jù)。本文擬通過(guò)系統(tǒng)介紹金屬平衡表的編制以及金屬回收率的計(jì)算，分析APT 冶煉企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中影響金屬平衡的關(guān)鍵因素， 從而找出企業(yè)金屬平衡管理工作中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)和提升金屬回收率的有效措施。

1 金屬平衡表編制及金屬回收率的計(jì)算

金屬平衡是建立在物質(zhì)守恒定律的理論基礎(chǔ)上，即在一定生產(chǎn)周期內(nèi)，投入的金屬量與產(chǎn)出及損失的金屬量相等，才能達(dá)到金屬平衡。

1.1 金屬平衡表的編制

金屬平衡表的數(shù)據(jù)完全來(lái)源于計(jì)量、化驗(yàn)、盤(pán)點(diǎn)的結(jié)果，所有數(shù)據(jù)真實(shí)、準(zhǔn)確。 金屬平衡表的編制程序見(jiàn)圖1[1]，APT 冶煉企業(yè)常用的金屬平衡表格式見(jiàn)圖2。

圖1 金屬平衡表編制程序

圖2 某企業(yè)用金屬平衡表格式示意

圖1 中，“本期”是指一個(gè)盤(pán)點(diǎn)周期；“成品”是指已完成全部生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)檢驗(yàn)符合規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)并辦理入庫(kù)手續(xù)的產(chǎn)品；“半成品” 是指已完成一個(gè)或幾個(gè)生產(chǎn)階段，符合規(guī)定的半成品質(zhì)量要求，但尚需在其它生產(chǎn)階段進(jìn)一步冶煉或加工的產(chǎn)品；“回收品”是指冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的廢雜金屬，要返回冶煉系統(tǒng)進(jìn)行處理的金屬物料。

由圖2 可知，投入原料=上期結(jié)存+本期投入。其中，“上期結(jié)存”為上期報(bào)表中“期末結(jié)存”的數(shù)據(jù)；“本期投入”為投入工序的鎢礦（包括其他工序的回收品）。 本期耗用=投入原料－期末結(jié)存；“本期損失”則主要包括鎢渣、外排廢水、副產(chǎn)品中含的鎢金屬量。

1.2 金屬回收率的計(jì)算

絕大多數(shù)APT 冶煉企業(yè)金屬平衡的計(jì)算是依據(jù)準(zhǔn)確的過(guò)程控制、 檢化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)以及盤(pán)點(diǎn)數(shù)據(jù)采用正算法進(jìn)行計(jì)算，以實(shí)際的投入產(chǎn)出差（即為當(dāng)期的金屬損失量），計(jì)算當(dāng)期的回收率。 正算法算出的回收率相對(duì)比較準(zhǔn)確。計(jì)算方式相對(duì)簡(jiǎn)單，人為干擾因素小，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決管理層面上的問(wèn)題，避免問(wèn)題累計(jì)，管理實(shí)用性較強(qiáng)[1]。 冶煉直收率計(jì)算公式見(jiàn)式（1），冶煉總回收率計(jì)算公式見(jiàn)式（2）[2]：

式中：H工序?yàn)楣ば蚧厥章?；m1為合格成品或半成品金屬量，t ；m2為使用物料金屬量，t；m3代表期初、期末在制品、 返回品的金屬量差額，t ；m4為回收品的金屬量，t。

2 影響金屬平衡的主要因素

2.1 原料成分誤差

鎢原料金屬量的計(jì)算見(jiàn)式（3）：

式中：m1為鎢礦金屬量，t ；m2為鎢礦質(zhì)量，t；w水分為鎢礦中水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；w鎢為鎢品位，%。 由此可知，鎢礦質(zhì)量、水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、鎢品位對(duì)金屬量均有影響。

假設(shè)某鎢冶煉企業(yè)以二類(lèi)一級(jí)黑鎢精礦[3]為原料，生產(chǎn) 4 kt/a 國(guó)標(biāo)零級(jí)APT（鎢金屬量 3.540 kt），該企業(yè)原料誤差對(duì)金屬平衡的影響見(jiàn)表1。

表1 原料誤差對(duì)金屬平衡的影響

由表1 可知，當(dāng)鎢礦質(zhì)量偏差±3‰，金屬回收率為±0.29%； 水分偏差為±0.3‰， 金屬回收率則無(wú)變化；當(dāng)品位偏差為±0.5‰，金屬回收率為±0.5‰。 因此，鎢礦原料品位的結(jié)算誤差對(duì)回收率的影響最大，其次為實(shí)物質(zhì)量。 當(dāng)鎢礦含水量較低時(shí)水分偏差對(duì)回收率的影響不明顯。使用的鎢礦原料品位越低，結(jié)算誤差對(duì)回收率的影響越大。

2.2 渣含鎢及外排水含鎢情況

2.2.1 鎢渣含鎢（以 WO3計(jì)）

何藝[6]等研究表明，以標(biāo)準(zhǔn)鎢精礦為原料，采用NaOH 堿壓煮工藝，通常每生產(chǎn)1 t APT 產(chǎn)品產(chǎn)生約0.8 t 鎢渣，目前鎢渣中鎢質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以WO3計(jì)）普遍維持在2%左右的水平[7]；以鎢中礦（WO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為45%～55%）為原料，每生產(chǎn)1 t APT 產(chǎn)品產(chǎn)生1.2～1.8 t 鎢渣，鎢渣中鎢質(zhì)量分?jǐn)?shù)維持在1%左右[8]；以低度鎢礦（WO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為20%～30%），每生產(chǎn)1 t APT 產(chǎn)品產(chǎn)生2.5～3.5 t 鎢渣，鎢渣中鎢質(zhì)量分?jǐn)?shù)可控制在0.5%以下[9]。 采用不同原料生產(chǎn)4 kt 國(guó)標(biāo)零級(jí)APT，不同渣含鎢的金屬量損失情況對(duì)比見(jiàn)表2。

水冷板試樣是由6061鋁合金制成，試驗(yàn)用夾具是由304不銹鋼制成，焊前在水冷板試樣與夾具的接觸面涂覆一層氧化鋁阻焊劑.

表2 鎢渣損失金屬量

由表2 可知，鎢渣中鎢質(zhì)量分?jǐn)?shù)每降低0.1%，以標(biāo)準(zhǔn)鎢精礦為原料生產(chǎn)可多回收的金屬量為3.2 t，以鎢中礦為原料可多回收的金屬量為6 t，以低度鎢礦為原料可多回收的金屬量達(dá)12 t。反之，鎢渣中鎢質(zhì)量分?jǐn)?shù)每升高0.1%，則會(huì)損失相應(yīng)的金屬量。 采用低度白鎢為原料，由于渣量為鎢精礦質(zhì)量的3～4倍，因此渣含鎢損失對(duì)金屬回收率影響也更大。

2.2.2 除鉬渣含鎢

目前，國(guó)內(nèi)APT 冶煉企業(yè)除鉬工藝主要采用沉淀法。 該工藝的缺點(diǎn)為： 隨著鉬以渣的形式沉淀下來(lái)，一部分鎢也不可避免地沉淀出來(lái)，溶液中鉬含量越多所造成的鎢損越多。因此，有效降低除鉬渣中的鎢含量，能減少鎢損失，提高金屬鎢回收率[10]。

2.2.3 外排廢水含鎢

目前， 國(guó)內(nèi)APT 冶煉工藝主要為離子交換工藝、酸性萃取工藝，兩種工藝的外排廢水量相差較大。采用離子交換工藝，每生產(chǎn)1 tAPT 外排廢水量約為60～80 m3；采用萃取工藝，相比離子交換工藝，產(chǎn)生的廢水量削減了 75%～80%（約 20 m3）[11]。 一般企業(yè)外排廢水鎢含量控制在0.02 g/L 以下。 年產(chǎn)4 kt APT 企業(yè)不同廢水排放量金屬量損失明細(xì)見(jiàn)表3。

表3 外排廢水損失金屬量

從表3 中可知， 廢水鎢含量每降低0.01 g/L，萃取工藝可回收0.8 t 金屬量，離子交換工藝由于廢水量大，回收的金屬量達(dá)到2.4 t。

2.3 外銷(xiāo)產(chǎn)品品位控制

根據(jù)《仲鎢酸銨》（GB/T 10116—2007）要求，銷(xiāo)售的國(guó)標(biāo)零級(jí)仲鎢酸銨（APT-0）產(chǎn)品的鎢質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以WO3計(jì)）不小于88.5%。國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)APT 冶煉企業(yè)生產(chǎn)的仲鎢酸銨中WO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在88.8%～88.9%，部分企業(yè)甚至達(dá)到89%以上。 與鎢礦的交易方式不同，APT 產(chǎn)品只需滿(mǎn)足規(guī)格要求即可，多出的金屬量不計(jì)價(jià)。因此，在滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)零級(jí)產(chǎn)品要求的前提下， 有效降低外銷(xiāo)產(chǎn)品中的WO3含量，可提高金屬回收率。以每年銷(xiāo)售4 kt 國(guó)標(biāo)零級(jí)APT 為例，不同產(chǎn)品品位損失金屬量明細(xì)如表4 所示。

表4 產(chǎn)品中WO3 含量對(duì)金屬平衡的影響

2.4 盤(pán)點(diǎn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度

由金屬回收率的計(jì)算公式可知，原料、產(chǎn)品和中間結(jié)存的數(shù)據(jù)直接影響回收率和金屬平衡， 而這3個(gè)數(shù)據(jù)均來(lái)自于盤(pán)點(diǎn)。 所以，相對(duì)準(zhǔn)確的盤(pán)點(diǎn)能真實(shí)反映出金屬損失及金屬回收率情況。

一般而言， 如果原料投入數(shù)據(jù)虛高， 將出現(xiàn)盤(pán)虧， 導(dǎo)致金屬回收率虛低； 原料投入虛低將出現(xiàn)盤(pán)盈，導(dǎo)致金屬回收率虛高。產(chǎn)品盤(pán)點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)金屬平衡及回收率的影響則正好相反， 產(chǎn)品盤(pán)點(diǎn)數(shù)據(jù)虛高將出現(xiàn)盤(pán)盈，金屬回收率虛高；產(chǎn)品盤(pán)點(diǎn)數(shù)據(jù)虛低將出現(xiàn)盤(pán)虧，金屬回收率虛低。

APT 冶煉企業(yè)存在生產(chǎn)流程長(zhǎng)，各類(lèi)儲(chǔ)槽、固定物較多，鎢結(jié)存點(diǎn)復(fù)雜的問(wèn)題。 因此，中間結(jié)存的盤(pán)點(diǎn)難度大。在中間結(jié)存的盤(pán)點(diǎn)中，對(duì)固體類(lèi)物料采用稱(chēng)重、取樣的方式計(jì)算金屬結(jié)存量；對(duì)存放于儲(chǔ)罐、儲(chǔ)槽中的液體， 根據(jù)容器的幾何尺寸和盤(pán)點(diǎn)時(shí)測(cè)量的液位高度計(jì)算料液體積， 并取樣分析計(jì)算其金屬結(jié)存量。因此，計(jì)量設(shè)備精準(zhǔn)度、樣品代表性、分析化驗(yàn)的誤差都將影響最終的中間結(jié)存金屬量， 從而影響金屬平衡。

3 加強(qiáng)金屬平衡管理的建議

1）規(guī)范取樣、制樣程序。 取樣、制樣貫穿整個(gè)APT 生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程， 是影響金屬平衡管理的關(guān)鍵因素。 由2.1 節(jié)的分析可知，原料品位結(jié)算誤差對(duì)金屬平衡影響巨大，而其中原料品位、水分含量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度由取樣、制樣程序決定。 因此，APT 冶煉企業(yè)應(yīng)規(guī)范取樣、制樣程序，對(duì)符合國(guó)標(biāo)的鎢礦應(yīng)采用國(guó)標(biāo)推薦的取樣、制樣方法。 隨著鎢資源不斷被開(kāi)采，鎢原料品質(zhì)逐漸下降，原料結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，部分原料不適用國(guó)標(biāo)方法，對(duì)不同的原料，應(yīng)根據(jù)其物理特性不同，合理布置取樣點(diǎn)，科學(xué)地確定樣本數(shù)，加強(qiáng)從取樣到制樣各個(gè)環(huán)節(jié)的管理，以保證樣品的代表性。

2）提升檢驗(yàn)、化驗(yàn)水平。 檢驗(yàn)、化驗(yàn)數(shù)據(jù)是指導(dǎo)生產(chǎn)的重要依據(jù)。數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接影響對(duì)原料、中間結(jié)存的金屬量的統(tǒng)計(jì)，從而影響金屬平衡。在實(shí)際的檢驗(yàn)、化驗(yàn)過(guò)程中，化驗(yàn)設(shè)備、儀器之間存在誤差，操作人員的技術(shù)水平也有不同， 此類(lèi)誤差屬于化驗(yàn)系統(tǒng)誤差。在規(guī)定的化驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，同一樣品的化驗(yàn)數(shù)據(jù)相近而不同是合理的。 可定期將樣品送行業(yè)認(rèn)可的單位或有資質(zhì)的第三方檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)， 不斷檢驗(yàn)化驗(yàn)數(shù)據(jù)， 分析存在的問(wèn)題并加以改進(jìn)。同時(shí)，企業(yè)內(nèi)部也應(yīng)不斷提升分析檢測(cè)人員的操作技能，改進(jìn)分析方法，并通過(guò)采用新分析儀器、設(shè)備，不斷提高分析精度，避免由于化驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，而導(dǎo)致金屬平衡數(shù)據(jù)失真。

3）加強(qiáng)生產(chǎn)精細(xì)化管理，減少金屬損失。APT 生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的鎢渣、 外排廢水以及除鉬渣中含有的鎢都會(huì)造成鎢金屬的損失，從而影響金屬平衡。降低生產(chǎn)過(guò)程中的鎢流失，能回收金屬，提高回收率。 各生產(chǎn)企業(yè)要根據(jù)工藝和生產(chǎn)原料結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及生產(chǎn)實(shí)際情況確定各工序的工藝參數(shù)， 嚴(yán)格執(zhí)行工藝操作規(guī)程，確保全流程按照工藝要求生產(chǎn)，保證生產(chǎn)過(guò)程各工序中間產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)科技攻關(guān)不斷優(yōu)化、改進(jìn)生產(chǎn)工藝，降低渣含鎢、外排廢水含鎢和除鉬渣含鎢，從而提高金屬回收率，提升經(jīng)濟(jì)效益。 另一方面，APT 冶煉企業(yè)由于工序多，生產(chǎn)流程長(zhǎng)，各類(lèi)儲(chǔ)罐、反應(yīng)釜多，難免出現(xiàn)一些跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，這類(lèi)現(xiàn)象將造成金屬損失。 因此，要加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)管，杜絕此類(lèi)生產(chǎn)事故的發(fā)生。一旦出現(xiàn)此類(lèi)事故，應(yīng)及時(shí)清理回收，盡可能少地減少金屬損失。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述， 金屬平衡管理工作的目的是提高金屬回收率，減少金屬損失。金屬平衡管理不僅要提高生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)的管理水平，還要提高原料采購(gòu)環(huán)節(jié)、取樣、制樣、分析檢驗(yàn)、產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)環(huán)節(jié)等的綜合管理水平。 一個(gè)APT 冶煉企業(yè)，要想追蹤企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)全過(guò)程的金屬流向，分析并發(fā)現(xiàn)金屬損失的原因，堵塞各環(huán)節(jié)金屬損失的漏洞， 強(qiáng)化對(duì)中間物料和廢棄物中有價(jià)金屬（特別是稀貴金屬）的回收，加強(qiáng)對(duì)各環(huán)節(jié)金屬損失風(fēng)險(xiǎn)敞口的控制，首先應(yīng)做好原料及產(chǎn)品的取樣、制樣和分析工作，最大限度降低金屬損失；其次應(yīng)嚴(yán)格控制鎢渣、外排水中的鎢含量，提升金屬回收率。 同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理，降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。