影响粗铜质量的几大因素的研究

第３３卷第３期　２０１７年６月　湖南有色金属　

ＨＵＮＡＮ　ＮＯＮＦＥｌｑ．ＲＯＵＳ　ＭＥＴＡＬＳ　３７　

影响粗铜质量的几大因素的研究　黄燕海，胡华伟，罗喻文　（湖南水１：７山有色金属集团有限公司，湖南常宁４２１５１３）　摘要：通过选取一段时间内的粗铜生产情况，分析这段时间内粗铜的合格率（粗铜品位达９７％以　上批数占粗铜生产总批数的百分比）来研究影响粗铜质量的几大因素，目的在于找出粗铜质量与几　大影响因素关系，同时探索提高粗铜质量的方法。研究结果表明：影响粗铜质量的最关键因素是冰　铜的成分，其中Ｆｅ的影响最大。　关键词：转炉；冰铜成分；合格率；Ｆｅ　Ｏ　中图分类号：ＴＦ８１１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—５５４０（２０１７）０３—００３７—０５　

粗铜质量不合格（指ｃｕ品位在９７％以下）是因　为其杂质含量高，粗铜中的杂质主要有Ｆｅ、Ｓ、Ｐｂ、　Ａｓ、Ｎｉ、ｚｎ、ｓｂ等，具体各杂质含量变化较大。由于　水口山有色金属集团有限公司柏坊铜矿冶炼系统原　料供应方不稳定，各个来源的原料成分不同、数量不　一，造成冰铜各成分波动较大，导致转炉吹炼过程难　以把握，从而影响粗铜品位。选取粗铜车间２０１４年　１月１日至９月２５日这一期间的早班生产的粗铜，　筛选了其中的有效数据共计２１３个作为研究对象。　通过分析这２１３个原始数据，来寻出冰铜各成分的　百分含量与粗铜合格率之间的联系，阐述了这些因　素对粗铜质量影响原理，同时分析了炉前工的操作　技巧对粗铜的影响（本文数据来自柏坊铜矿铜冶炼　真实数据，因此可能存在与国内外同行业数据有一　定差别）。　１　冰铜各成分与粗铜合格率的关系　１．１　冰铜含Ｃｕ量与粗铜合格率的关系　柏坊铜矿熔炼车间所产出的冰铜含Ｃｕ量波动　较大，冰铜含ｃｕ量与粗铜合格率的关系见表１。　冰铜ｃｕ品位小于２６％时批数偏少，但粗铜合格　率较大；含Ｃｕ在２６％≤　＜３２％范围内时批数较　多，但合格率有所下降；在　≥３２％范围内时批数　也较少，而且合格率最低，总体趋势是含铜越高合格　率越低，原因是冰铜含Ｃｕ、Ｆｅ总和比较稳定，在ｓ及　作者简介：黄燕海（１９８８一），男，助理工程师，主要从事冶金工艺技术　管理及冶金计算分析工作。　其它杂质较稳定的情况下，含ｃｕ越高，含Ｆｅ则越　低，造渣期时间越短，放热越少，杂质挥发也越少。　表１　冰铜含Ｃｕ量与粗铜合格率的关系　

１．２冰铜含Ｆｅ量与粗铜合格率的关系　冰铜含Ｆｅ量在各个范围内与粗铜合格率的关　系见表２。　表２冰铜含Ｆｅ量与粗铜合格率的关系　３８　湖南有色金属　第３３卷　冰铜含Ｆｅ在∞　＜２２％范围内批数较少总共２０　批，粗铜合格率较大仅为２５％；含Ｆｅ在２２％≤∞　＜　２６％范围内共５２批，合格率为３６．５４％，批数及合格　率均有所提高；冰铜含Ｆｅ在２６％≤　。＜３２％范围　内比较集中，共８２批，合格率为４２．６８％；０３　≥３２％　时批数开始下降，但合格率较高为６６．６７％。Ｆｅ影　响粗铜合格率的总趋势是含Ｆｅ量越高，粗铜合格率　越高，刚好与冰铜含ｃｕ量对粗铜质量的影响相反。　１．３冰铜含Ｓ量与粗铜合格率的关系　冰铜含Ｓ量在各个范围内与粗铜合格率的关系　见表３。　表３　冰铜含ｓ量与粗铜合格率的关系　

冰铜含　＜１９％的批数较少共１７批，合格率也　较少为２９．４ｌ％；在１９％≤０３　＜２２％范围内比较集　中，共１８０批，合格率为４５％，合格率有所提高；在　

Ｉ＞２２％范围内批数为１６批，较少，粗铜合格率也　较低。总体的规律是ｓ越高，粗铜质量越好。在（ｃＪ　

ｉ＞２２％范围内合格率偏低，原因：一是操作影响，二　是批数较少偶然性较大，三是冰铜其它成分的影响。　１．４冰铜含Ｐｂ量与粗铜合格率的关系　作为影响粗铜质量的主要杂质，Ｐｈ在冰铜占据　较大分量，Ｐｂ的挥发是影响粗铜质量的重要因素。　冰铜含Ｐｂ量在各个范围内与粗铜合格率的关系见　表４。　表４　冰铜含Ｐｂ量与粗铜合格率的关系　

冰铜Ｐｂ含量集中在７％＜　Ｐｂ＜１２％，共计１８１　批，占总批数的８４．９８％，粗铜合格批数为７８批，合　格率为４３．０９％，比总合格率略高。Ｐｂ品位在７％＜　＜９％范围内共计６４批，占总数的３０．０５％，合格　率最高为５９．３８％。总趋势是含Ｐｈ量越高，残留在　粗铜的Ｐｂ越多，粗铜合格率越低。粗铜化验数据表　明，当粗铜含Ｐｂ低于０．８％时，粗铜合格率７６％；当　粗铜含Ｐｈ低于０．６％时，粗铜合格率９１％。　Ｐｂ在吹炼过程中的反应原理如下：冰铜中Ｐｈ　大部分以ＰｂＳ的形式存在，由于ＰｂＳ的沸点较低　（１　２８０℃），在吹炼温度下，有相当数量的ＰｂＳ直接　从熔体中挥发，然后被氧化为ＰｂＯ而进人烟尘中。　同时ＰｂＳ也会参与造渣反应，在造渣末期ＦｅＳ大量　被氧化造渣之后，ＰｂＳ才被氧化与ＳｉＯ　造渣。造渣　前期基本上不参与造渣。所以造渣前期转炉渣中含　Ｐｂ较低　。　２ＰｂＳ＋３０２－－２ＰｂＯ＋２５０２　ＰｂＯ＋ＳｉＯ２￣－ＰｂＯ・ＳｉＯ２　进入造铜期后，在造铜末期残余的ＰｂＳ与ＰｂＯ　交互反应：　ＰｂＳ＋２ＰｂＯ－＝３Ｐｂ＋ＳＯ２　生成的Ｐｆ】易挥发，大部分进入烟尘中。少部分　留在熔体中，与Ａｓ、Ｂｉ、ｓｂ生成化合物（Ｐｂ、Ｂｉ）：（Ｐｂ、　Ｓｂ）Ｏ　并熔于铜液中。研究以往其它数据表明，当　残留在粗铜的含Ｐｂ量低于冰铜含ＰＩ】量的３％时，Ｐｈ　的挥发率和造渣率大于９７％。　１．５冰铜Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓ、Ｐｈ、ｚｎ含量与粗铜合格率的关系　铜锍是一个整体，作为主要成分的ｃｕ、Ｆｅ、ｓ、Ｐｈ、　ｚｎ，其比例是影响粗铜质量最大的因素，它关系到吹　炼时问、温度、渣型，ｃｕ的回收率及杂质的挥发率。冰　铜Ｓ含量比较稳定，在２１３批中有１８０批集中在１９％　≤　＜２２％范围内，取在Ｓ含量此范围内冰铜为例，　对比各杂质元素对粗铜质量的影响。在１９％≤　＜　２２％范围内，Ｃｕ、Ｆｅ各自范围内对应批数见表５。　从表５可以看出，冰铜中随着Ｃｕ品位的升高，　Ｆｅ品位降低，Ｃｕ、Ｆｅ总和维持在５５％～６０％。同　时，冰铜的Ｃｕ品位主要分布范围在　：　≥２４％。　在１９％≤　＜２２％范围内，冰铜中Ｃｕ、Ｆｅ对应　粗铜合格炉数及合格率见表６、表７。　对比表５、表６、表７可以看出，粗铜合格率随着　ｃｕ品位升高而降低（中间略有波动）。中间波动为　偶然因素造成，如在　＜２４％、３２％≤（ｕ　＜３４％范　围内数量较少，不具代表Ｉ生。　２４≤∞Ｆｅ＜２６　２　３２　

Ｆｅ（１６　１６≤∞Ｆ　＜１８　１８≤∞Ｆ　＜２０　２０≤甜Ｆ　＜２２　２２≤　Ｆ　＜２４　２４≤∞Ｆ　＜２６　１　４　ｌ　２　５　１　６　８　

１　３　

Ｏ　２　７　１２　ｌ７　１３　

ａＪｈ＜１６　１６≤∞Ｆ　＜１８　１８≤甜Ｆ　＜２０　２０≤∞Ｆ　＜２２　２２≤　Ｆｅ＜２４　２４≤　Ｆ　＜２６　

０．Ｏ０　１００．Ｏ０　８０．Ｏ０　５０．００　４０．Ｏ０　３５．７１　０．Ｏ０　１００．Ｏ０　３３．３３　５０．Ｏ０　５０．Ｏ０　６０．Ｏ０　０．Ｏ０　０．Ｏ０　２５．Ｏ０　４４．４４　３３．３３　

０．Ｏ０　３３．３３　５０．Ｏ０　３８．７１　４５．９５　４０．６３　４０　湖南有色金属　第３３卷　表５、表６、表７可以反映出转炉吹炼的一些规　律，冰铜含铜越低，含铁就越高，吹炼时间越长温度　越高，杂质的挥发率越高，粗铜合格率越高；冰铜含　铜越高，则反之。当然炉前工操作也对粗铜合格率　有较大影响，所以合格率有一定波动。　根据离子理论，在熔融状态下，Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓ、Ｐｈ、ｚｎ　及其它杂质元素大部分以离子形式存在，而与ｓ卜结　合的顺序（吸引强度）为Ｃｕ　＞Ｐｂ　＞Ｆｅ“＞Ｚｎ“，　所以当熔体中ｓ　一不足时，又因Ｆｅ　较多会有一部　分的Ｆｅ　与Ｏ　结合会生成ＦｅＯ后又大部分氧化生　成磁性铁Ｆｅ　Ｏ　。在转炉吹炼的造渣过程中，磁性铁　Ｆｅ　Ｏ　对造渣会造成不良影响：一是Ｆｅ　Ｏ　是高熔点　氧化物，在冶炼作业温度（１　２００　～１　３００　ｏＣ）下其　黏度大、流动性差，导致吹炼困难和渣含铜偏高，易　造成炉口粘结增多影响操作，严重时会造成喷　炉［１“　；二是Ｆｅ　Ｏ　生成后只有在ＳｉＯ　存在时才可　能被ＦｅＳ还原，其反应原理为：　３Ｆｅ３Ｏ４＋ＦｅＳ＋５ＳｉＯ２＝＝５（２ＦｅＯ・ＳｉＯ２）＋ＳＯ２　此反应基本不放热，而且需加入过量的ＳｉＯ　才　能促使其反应，易造成造渣期热量不足，而过量的　ＳｉＯ，又加剧了温度下降，影响杂质的挥发率。在造　渣期往转炉中加入适量焦炭可以有效地将Ｆｅ　Ｏ　还　原成ＦｅＯ，后与ＳｉＯ：造渣并且放出大量热，同时减少　ＳｉＯ，的加入，提高熔体温度。　ｚｎ对吹炼过程也有一定影响，在造渣期ＺｎＳ被　Ｏ　或ＦｅＯ氧化成ＺｎＯ，然后与ＳｉＯ　造渣。这一部分　的锌占冰铜锌总量的７０％一８０％。１５％～２０％的　ｚｎ按下列反应生成锌蒸气进入炉气。　２ＺｎＯ＋ＺｎＳ＝３Ｚｎ＋ＳＯ２　ＺｎＳ＋２Ｃｕ：Ｃｕ２Ｓ＋Ｚｎ　另外ＺｎＯ对于渣与铜锍的界面张力成Ｓ型变　化，在冰铜含Ｐｂ在９％～１０％范围内时，ｚｎ适当偏　高有利于提高粗铜质量　。　１．６冰铜成分的稳定与粗铜合格率的关系　冰铜成分的稳定对炉前操作有较大的影响。对　于主要靠经验判断的操作来说，冰铜的稳定有利于　各个阶段的判断及火候的把握，炉前工操作时会习　惯性的与上一次的操作作对比，因此冰铜越稳定，越　利于操作，总体的的粗铜质量越好。冰铜不稳定，经　验往往会对操作有一定干扰，从而影响粗铜质量。　

２冷料对粗铜合格率的影响　

一般在转炉生产过程中加冷料主要目的有：一炉　

体过热时降温，二增加产量。现阶段冰铜中ｃｕ＋Ｆｅ＋　ｓ的总量一般在７７％～８０％，含Ｐｂ在７％～１２％，Ｚｎ　约２％，热量富裕，杂质偏高，加冷料的目的是为提高　产量。由于冷料的总体平均含Ｐｂ不会比冰铜含Ｐｈ　高，所以加入适量的冷料可以延长造渣期时间，及降　低熔体Ｐｂ浓度的作用，能够稍微降低粗铜含Ｐｂ。　

３　炉前操作对粗铜合格率的影响　炉前操作是影响粗铜质量的另一个主要因素。　在自动化程度低的情况下，影响更大。炉前工通过　肉眼观察及经验判断各阶段终点是有误差的。这些　很难提高，只有通过日复一日的精细操作、总结，才　能缓慢改善。但是还是可以通过改善一些操作上的　细节来提高粗铜质量。　３．１造渣　造渣是整个冰铜吹炼的关键，也是操作过程最　难把握的。渣型的好坏直接影响粗铜的质量及直收　率。冰铜的成分及吹炼的每一个操作如石英的控　制、冷料的控制、风量的控制、终点的判断、放渣，都　会对渣型造成影响。这些因素都是相互影响的。　３．２石英的加入　

一般在造渣期要求加石英石少量多次，而加入量　要通过炉前工自己的判断。各炉前工在这个方面差　别很大，特别是在冰铜成分较差的情况下。当冰铜中　Ｆｅ　Ｏ　含量较高时，需要加入过量的ＳｉＯ　才能促使其　反应造渣，而这个“过量”每名炉前工都不一样。有的　希望前面多加石英早点除去Ｆｅ　Ｏ　，有的通过筛炉期　多加石英除去Ｆｅ　Ｏ　。前期多加石英，通过早点除去　Ｆｅ　Ｏ　然后可以慢慢减少石英加入量，这个过程前期　温度低，然后慢慢升温，其它杂质Ｐｂ、ｚｎ等集中在筛　炉期除去（温度较高）。前期少加石英，是慢慢除去　Ｆｅ　Ｏ　，筛炉时可以加稍多石英，这个过程前期温度上　升快，之后较稳定，杂质在整个造渣期都会挥发，但后　期温度较前一种情况低（为防止造铜后期热量不足，　要过热进入造铜期）。每名炉前工的习惯及理解都不