簡介
銅在棄渣中的損失是火法煉銅過程中銅損失的主要原因，有效降低棄渣含銅是提高金屬回收率，節約成本，提高效益的重要手段。
侯馬北銅公司熔煉爐採用Ausmelt 富氧頂吹熔煉工藝，銅精礦、熔劑、粒煤、吹煉渣等混合物料連續加入爐內，在噴槍的強烈攪拌下發生反應，生成的冰銅和爐渣混合物連續流入沉降電爐進行沉降分離，爐渣採取連續溢流方式水淬後廢棄，熱冰銅採取定期打眼方式進入Ausmelt 吹煉爐，吹煉渣和陽極爐渣分別進行水淬粒化和破碎後返回Ausmelt 熔煉爐以回收其中的銅，電收塵部分菸灰及污酸處理後的石膏渣通過拌入精礦返回熔煉爐中和回收利用。熔煉棄渣設計要求w(Cu)≤0.6%，但許多時候會達到0.8%~1.0%，甚至超過1.2%，銅的損失增大，直收率降低 。
銅在棄渣中損失的形態
1 機械損失
冰銅細粒未能沉降到鋶層而夾帶於爐渣中或夾生料包裹在爐渣中，被爐渣帶去所造成損失，在Ausmelt 爐正常熔煉情況下，這種損失為主要原因。造成這種損失的主要原因有：爐渣黏度大，影響渣鋶有效分離；爐渣在爐內停留時間短，與冰銅分離時間不足；爐溫偏低；爐渣黏度增大；操作不當；冰銅面控制不當，以致放渣時帶走冰銅。由於化學反應不完全，銅以夾生料被渣包裹隨渣排出。
2 溶解損失
（1） 銅以CuO 的形態溶解於渣中引起的損失
在低氧勢下熔煉且冰品不高時，這部分損失所占比例較少，但在Ausmelt 爐高氧勢下熔煉且產出的高品位冰銅時，這部分損失也為主要途徑。
（2） 銅以CuS 的形態溶解於渣中引起的損失
影響渣中CuS 溶解的因素有爐渣成分、溫度和冰銅品位 。
影響棄渣含銅的主要因素
1 爐渣成分
爐渣的性質取決於爐渣的組成，從而對銅在渣中的損失產生重大影響。選擇合理的爐渣成分是減少棄渣含銅的主要措施，煉好渣才能煉好銅。
在一定範圍內，適當提高SiO在渣中含量，渣中硫化物溶解量下降，而且能降低爐渣比重，並能促使磁性氧化鐵的還原，銅的溶解損失降低，棄渣含銅降低；當SiO含量超過一定範圍後，爐渣黏度會增大，使渣層中冰銅粒子難於凝聚和沉降，從而增加銅的機械損失，棄渣含銅升高。而且爐渣熔點也會隨之升高，需要更高的操作溫度保持渣的流動性。
隨著FeO 含量的增加，渣中硫化物的溶解度增加；增加FeO 量，雖然可降低黏度，但熔點升高；並且渣中FeO含量增大，使爐渣的黏度升高，比重增大，機械損失增大，棄渣含銅升高。並且渣與鋶的結構接近，使微細鋶滴聚合條件惡化，從而大大增加了銅的機械損失，而且更容易燒損噴槍。
適當增加爐渣中CaO 含量，渣中硫化物溶解量下降，而且可降低爐渣的比值和黏度，有利於冰銅粒子在渣層的沉降，減少銅的機械損失。但CaO 過量，爐渣熔點升高黏度增加。
原設計渣中m(Fe)/m(SiO)為1.2~1.4，w(CaO)=5%~8%，多年的實踐表明，m(Fe)/m(SiO)大於1.2 棄渣含銅更容易超標（見表1），而超過1.4 容易造成噴槍燒損。生產中，從技術、經濟、和有利於操作等方面考慮，將m(Fe)/m(SiO)控制在0.9~1.2，w(CaO)=5%~8%，效果較為理想。
2 冰銅品位
冰銅品位對棄渣含銅有直接影響，冰品升高，棄渣含銅升高，根據分配定律，棄渣中銅的溶解損失增大；同時過高的冰銅品位會導致渣中FeO過高，爐渣的性質相對變差，銅的機械損失增大，操作溫度的要求也變高；再者冰銅品位愈高，爐渣數量愈多，銅在渣中的總損失愈大。
侯馬北銅冰銅品位（銅的質量分數）目標控制在55%~60%，生產實踐表明，冰銅品位（銅的質量分數）超過62%，棄渣含銅升高趨勢明顯。近幾年造成冰銅品位（銅的質量分數）異常，棄渣含銅升高的主要因素有：
（1）精礦來源廣，成分波動大，備料設施不完善，配料方面的不穩定給冰銅和渣型的控制帶來困難，使棄渣含銅升高。
（2）Ausmelt 熔煉主要通過噴槍供給粉煤補充熱量，同時加入塊煤作為還原劑控制渣中磁鐵含量，塊煤也可作為提供熱量的一個途徑，但其燃燒效率沒有粉煤高，且有一定比例的煤末會在爐膛和煙道中燃燒，調整不及時使冰銅品位及m(Fe)/m(SiO)升高，銅損失增大。
3 FeO
（1） FeO對棄渣含銅的影響
高富氧濃度和高冰銅品位更容易產生Fe3O4，爐渣中Fe3O4含量增加，會使爐渣熔點升高黏度增大，比重增大，惡化了渣與鋶的沉清分離。當熔體溫度下降時，Fe3O4會析出沉出在沉降電爐爐底及爐牆周圍形成爐結，還會在冰銅與爐渣界面形成一層黏渣隔膜層，影響銅粒子的沉降速度。
（2）Fe3O4的生成、來源
Ausmelt 爐反應機理是在強氧化氣氛下主要氧化渣層通過Fe3O4達到傳遞氧的目的，同時需加入少量還原煤以控制渣中磁鐵含量。主要反應如下：
6FeO（渣）+O2（氣）=2Fe3O4（渣）
3Fe3O4（渣）+FeS（冰）=10FeO（渣）+SO2（氣）
3Fe3O4（渣）+FeS（冰）+SiO2（渣）=5(2FeO·SiO2)（渣）+SO2（氣）- Q
Fe3O4（渣）+C（固）=3FeO（渣）+CO（氣）
C（固）+O2（氣）=CO2（氣）
Fe3O4另一個來源為返回熔煉爐的吹爐渣，吹煉渣磁鐵含量高，棄渣含銅高。
（3）渣中Fe3O4的控制
生產中Fe3O4生成不可避免，如何控制渣中Fe3O4的含量不能過高（w(Fe3O4)<10%）至關重要。為控制過程中Fe3O4的量，根據反應機理，應採取以下措施：
1）儘量提高熔池溫度。
2）適當增加SiO2量，以控制m(Fe)/m(SiO)。
3）控制冰銅品位不要過高，以保持足夠的FeS量。
4）保證爐內良好的攪動，以創造物料良好的接觸機會。
5）熔煉爐加適當的還原煤量或從沉降爐入口堰處加還原煤。
4 熔體溫度
爐渣的黏度均隨爐溫的升高而降低，熔體溫度過低會產生黏性泡渣或形成夾生料，影響渣銅分離造成棄渣含銅升高，而且在沉降爐的爐底和爐牆周圍迅速產生黏結容積變小爐況惡化而使棄渣含銅超標。熔體的熱量主要來自熔煉爐反應，近幾年引起溫度低的主要原因有：
1）噴槍燒損或夾雜大塊造成爐內反應差熔體溫度下降冰品下降。
2）爐蓋或水套漏水、精礦濕等原因引起的爐內熱平衡失調熔體溫度低。
5 夾生料
夾生料是棄渣含銅高的主要原因，由於熔煉爐連續作業的性質，入爐物料在熔煉爐內來不及熔化或熔化不徹底以生料塊或生料顆粒的形式被熔體夾帶進入沉降爐，在沉降爐內或是形成沉積使容積驟減爐況惡化；或是被渣包裹直接隨渣排出，導致銅隨熔渣機械夾帶損失增大，造成棄渣含銅的升高。
引起夾生料的原因有：入爐物料夾雜塊料或粒度等超標；噴槍燒損；爐溫偏低；噴槍風量小攪動區域小或氧氣濃度不夠等等，常見的原因主要為前兩種。
（1） 入爐物料夾雜塊料或粒度等超標
Ausmelt 熔煉爐雖然對原料的適應性較強，但由於採用溢流堰構造連續作業的性質，入爐物料在爐內的停留反應時間相對短，所以對入爐物料粒度、水分等有要求，達不到要求會引起棄渣含銅增高。
①精礦
結塊的精礦會因反應熔化不完全形成夾生料使棄渣含銅升高，而且會造成溢流堰熔體流動不暢，嚴重時堵塞堰口造成熔煉爐液面上升爐況惡化。引起精礦結塊主要原因為精礦凍結成塊或長期堆放氧化板。
② 吹煉渣
Ausmelt 吹煉爐渣Fe3O4含量高，棄渣含銅高且主要以Cu2O、Cu 的形態存在，採取粒化水淬後直接返回熔煉爐，由於Ausmelt 熔煉爐中大量的FeS 的存在及塊煤的作用可以被硫化或還原，達到脫銅的目的。反應如下：
3Fe3O4+FeS+5SiO2=5(2FeO·SiO2)+SO2
Fe3O4+C=3FeO+CO
2Cu+FeS=Cu2S+Fe
2Cu2O·SiO2+2FeS=2Cu2S+2FeO·SiO2
吹煉渣往往夾有清理溜槽塊料或有明顯的銅顆粒或銅塊，返回熔煉爐料會造成反應不完全而使棄渣含銅高，含銅高同時會引起冰銅品位增高。
③ 石英石
石英粒超標熔化反應不徹底在沉降爐內堆積，而且會引起m（Fe）/m（SiO2）升高，從而使棄渣含銅高。
④其他
菸灰含銅10%~25%，在精礦中拌入量大且不均勻，未融化的菸灰會漂浮在渣表面隨渣排出，或者形成菸灰塊被渣包裹排出，並且菸灰中富含Zn，容易在冰銅和爐渣之間形成難熔而粘稠的隔膜層，破壞冰銅和爐渣的分離，並在溫度變化時形成爐結和堵塞排放口。
石膏渣濕度大，w(H2O)=35%~40%，與精礦混成團、陽極爐渣粒度大都會造成棄渣含銅增高。
（2）噴槍燒損
Ausmelt 熔煉爐採取出口堰溢流連續作業方式，噴槍頭相對固定在靜態渣面以下200 mm 的位置，可保證爐內氣、液、固三相的充分混合快速反應，但如果噴槍燒損爐內不能充分混合反應而引起爐況的惡化。
噴槍燒損現象有：熔體溫度下降，煙氣溫度上升；噴槍反壓下降；SO2濃度下降；冰銅品位的下降；噴槍晃動不好或不晃動；出口堰根據燒損嚴重程度依次表現為混合熔體溫度偏低黏度大流動差有夾生料；間斷流冰銅或流渣；只流冰銅不流渣；堰口堵塞熔體不流。
引起噴槍燒損原因有：長時間在高溫熔體中作業逐漸腐蝕；下槍作業之前槍頭沒有掛好渣；爐溫過高噴槍燒損；m(Fe)/m(SiO2)過高造成噴槍燒損。其中第一條為主要原因，在實際生產中多次發生判斷滯後引起爐況的惡化棄渣含銅增高。
6 沉降電爐爐結
沉降電爐容積大小決定著冰銅與爐渣澄清分離時間，是棄渣含銅合格的關鍵，爐結形成嚴重，容積減少，爐渣在爐內澄清時間短，棄渣含銅將上升。生產過程中形成爐結的主要原因有：夾生料在爐內堆積；冰銅面控制太低，爐渣黏底；熔體溫度太低在爐底和爐牆周圍黏結；冰銅品位超高、渣型或Fe3O4含量超標。
7 冰銅層和渣層厚度
沉降電爐採用溢流式連續排渣方式，當渣面達到渣口水平時，渣會自動溢流而出。冰銅層過高渣層太薄，爐渣流速提高，在爐內停留時間縮短，爐渣與冰銅分離時間得不到保證棄渣含銅上升，嚴重時冰銅隨渣排出導致水淬發生爆炸；冰銅層過低，爐渣容易黏結在爐底形成爐結，爐況惡化，棄渣含銅增高。以前經常發生由於給吹煉爐備熱冰銅或其他原因不及時水淬導致冰銅面增高，棄渣含銅升高，或只考慮本班次棄渣含銅而頻繁水淬導致爐渣黏底爐況惡化 。
降低棄渣含銅的措施
1 加強入爐物料的管理
合格的入爐物料是保證棄渣含銅合格的首要因素。及時掌握入爐物料的情況，加強生產的協調管理，保證入爐物料粒度合格、混合均勻。在皮帶轉運處及原料倉頂安裝篦子，防止大塊入爐。對結塊精礦根據情況的不同採取不同的方法：凍結精礦塊挑揀後自然解凍後處理；氧化板結嚴重的精礦採取水浸泡後與乾精礦混拌的方式配料，同時加強物料的循環管理，避免精礦長期堆放發生氧化結塊的現象；嚴格控制入廠物料的質量，保證石英石的粒度並考慮採取石英沙替代石英石塊；加強陽極爐渣的細碎；控制精礦水分，降低煙塵率，減少菸灰的返回循環量，控制菸灰配比且在精礦中攪拌均勻。改造污酸污水過濾機，降低石膏渣的w(H2O)=25%，防止與精礦黏結成團。
2 加強配料配料管理
針對精礦來源複雜、成分多變、個別雜成分高的情況，嚴格執行分倉堆放管理制度，科學配料，保證雜質含量合理，入爐物料成分穩定；改造精礦給料系統，保證精礦料速穩定，根據爐況合理配加吹煉渣和陽極爐渣。
3 加強熔煉爐操作管理
（1）控制熔煉爐冰銅品位、渣型、爐溫、料速等措施。加強熔煉爐技術操作，防止渣型和冰品失控導致棄渣含銅超標，控制好工藝參數，確保爐溫的基礎上保證合理爐渣成分和冰銅品位，控制爐溫為1 180~1 250 ℃，m(Fe)/m(SiO2)=0.9~1.2，冰銅品位（銅的質量分數）為55%~60%，控制渣中磁鐵質量分數低於10%，穩定熔煉爐爐況。
（2）通過定期點檢制度,檢查噴槍燒損的措施，有效防止因噴槍燒損所造成的反應不好而使爐況惡化的情況，有效防止因爐蓋或水套漏水對爐況的影響。
（3）對入爐物料夾雜塊料或粒度等超標的問題除加強原料管理外，技術上採取降低料速、減小配比、提高爐溫、提高富氧濃度、提高氧料比等手段。
4 加強沉降電爐的操作管理
（1） 加強排放作業管理
加強排冰銅排渣管理，控制合理冰銅層和渣層厚度：冰銅層為300~800 mm，渣層為300~800 mm。嚴禁冰銅水淬帶渣爐渣黏底產生爐結；做好熔煉爐、沉降電爐、吹煉爐的協調配合，及時水淬，防止冰銅層過高，杜絕堵渣口、憋液面等操作導致棄渣含銅升高。
（2） 加強熔池溫度控制
根據熔煉爐出料情況合理使用電極，保證熔體溫度在1 180~1 250 ℃；通過檢尺測量或通過水淬冰銅流量、壓力的大小、間隔時間及燒口難易、帶渣情況判別爐結嚴重程度並及時採取措施化爐結：熔煉爐降低料速、減少或停加返渣、提高爐溫、造低品位冰銅作業；沉降電爐採取持續水淬增大電流深下電極過熱熔池化爐結；從入口堰添加塊煤或從爐頂加鐵球還原。
5 加強考核管理
通過加強考核，開展勞動競賽，提高職工的責任心，主操手及時調整熔煉爐爐況，爐前工嚴格執行排放制度並根據爐況合理使用電極 。
總結
降低棄渣含銅，提高金屬回收率，合理配料，加強入爐物料的管理是前提；控制工藝參數，保證熔煉爐爐況是基礎；嚴格沉降電爐操作是關鍵，侯馬北銅通過加強技術和生產過程的管理，有效降低了棄渣含銅，2012 年7 月w(Cu)達到0.56%的歷史最好水平 。
