降低废杂铜冶炼渣含铜研究.pdf
《降低废杂铜冶炼渣含铜研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《降低废杂铜冶炼渣含铜研究.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、铜业工程 COPPER ENGINEERINGTotal 182No.4 2023总第182期2023年第4期引文格式引文格式:程贵桃,刘亮强,罗波,郭从发,陈河银,陈千乐.降低废杂铜冶炼渣含铜研究 J.铜业工程,2023(4):146-152.降低废杂铜冶炼渣含铜研究程贵桃1,刘亮强2,罗波1,郭从发1,陈河银1,陈千乐1(1.江西铜业(清远)有限公司,广东 清远 511545;2.江西铜业技术研究院有限公司,江西 南昌 330096)摘要:某厂以300 t固定式阳极炉冶炼高品位废杂铜,产出的炉渣含铜率较高,在25%35%之间,因缺乏炉渣冶炼回收装置,只能将这些炉渣直接折价对外销售,导致冶炼
2、生产中铜损失较大。为了降低冶炼炉渣的含铜率,在分析该厂原料杂质成分和含量的基础上,结合铜冶炼原理,选择合适的渣型,试验不同造渣剂在冶炼时对渣含铜率的控制情况,最终探索出一种有利于控制渣含铜率的复合造渣剂。在工业生产试验中,分别从渣型选择、氧化时间、渣温控制、保温时间、造渣剂配比等方面对生产操作工艺进行优化,最终实现了将渣含铜率控制在18%以下的目标,可大幅减少炉渣销售损失。关键词:阳极炉;杂铜;降低渣含铜;复合造渣剂;工艺优化doi:10.3969/j.issn.1009-3842.2023.04.021中图分类号:TF114 文献标识码:A 文章编号:1009-3842(2023)04-01
3、46-07中国是世界上最大的铜生产国和消费国,但是中国的铜资源并不丰富,再生铜逐渐成为中国铜冶炼加工过程中重要的原料。再生铜的来源主要包括报废的电缆、电器等高品位含铜物料和含铜废渣、含铜废屑等低品位含铜物料。当前高品位废杂铜火法精炼工艺,主要选用固定式阳极炉、回转式阳极炉(即 NGL 炉)、倾动式阳极炉三种炉型。渣含铜率是再生铜冶炼的一项重要指标,国内外很多相关企业对降低渣含铜率进行了大量的研究1-2。因再生铜原料来源复杂,不同企业的再生铜原料结构不尽相同,杂质成分和含量也千差万别,再加上炉型的差异等因素,导致不同企业之间降低渣含铜率的技术无法做到复制照搬,仅能作为参考,甚至同一企业在原料结构
4、发生变化时,降低渣含铜率的方式也需要相应调整3。因此,如何有效降低渣含铜率是再生铜行业要持续研究的重要课题。某厂采用300 t固定式阳极炉进行再生铜火法精炼,原料来源复杂,既有矿产粗铜,也有从废杂铜中提取的粗铜,通常品位在85%97%之间。该厂阳极炉炉型设计最初是用来处理品位94%以上的紫杂铜原料,但冶炼原料的实际品位有着较大的变动。这使得其冶炼过程中产生的渣量显著增大,渣含铜率也居高不下(渣含铜率为 25%35%),导致铜损失大幅增加,对企业经济效益的负面影响明显。以渣含铜率26%、铜价6.6万元/t、铜销售折价系数85%计算,每销售1 t炉渣约损失2574元。若将渣含铜率降低至18%以内,
5、每销售1 t炉渣将可减少损失792元。按年产生炉渣1万t计算,每年可从渣中回收铜金属800 t,减少炉渣销售损失792万元。因此,进行降低废杂铜冶炼渣含铜率科研攻关十分必要。对于如何降低废杂铜冶炼渣含铜率,现有的文献资料多是从工艺优化或造渣剂选型优化单方面进行论述4-6。本文以该厂原料为模型,结合实验室实验和工业化生产试验,分别从冶金原理和工艺优化两个方面展开研究。1 实验1.1原料分析为确定某厂原料的杂质成分和含量,对连续两个月进厂的约12000 t原料进行了杂质检测和统计分析。分析结果:入厂原料平均含 Cu 94.67%,杂质含量均值为 Fe 1.91%,Zn 1.18%,Pb 0.39%
6、。其中,98%的入厂原料 Cu 平均品位 93.44%,平均含收稿日期:2022-07-08;修订日期:2023-04-28基金项目:降低渣含铜一粗杂铜冶炼造渣工艺改进和优化项目(QYYJ2020001)资助作者简介:程贵桃(1985),男,江西高安人,学士,工程师,研究方向:有色金属火法冶炼,E-mail:Fe 2.44%,Zn 1.45%,Pb 0.48%,其他杂质 2.19%(主要包括S,Sn,Se,Co,Ni)。原有的生产工艺选定为硅铁渣型,由于研究实验是在原有生产工艺基础上进行的,因此杂质铁被单独考虑,以铁含量的高低作为数据模型进行研究。1.2实验设计实验主要设备为硅钼棒气氛炉,见图
7、1。实验化学试剂见表1。在火法精炼阶段进行除杂,其原理是先对熔融的铜液进行大面积氧化,产生大量的氧化亚铜,之后氧化亚铜接触到杂质金属M,发生化学反应,得到杂质的氧化物渣和金属铜。反应如下7:Cu2O+M=2Cu+MO式(1)依据上述反应,氧化充分时铜和氧化亚铜的活度可以视为1,可知化学平衡常数K为:K=aMOaM=MOCMO0MCM式(2)CM=MOCMO0MK式(3)式中,表示浓度,表示活度系数。由式(23)可知,杂质在铜液中残存的极限浓度主要受K值影响。在1473 K下,贵金属K值低于110-4,同时,这些杂质在铜熔体中活度系数也小,因此会保留在铜熔体中;Fe,Zn,Si,Ca,Al这些元
8、素K值较大,同时在铜熔体中活度系数也大,比较容易脱除;As,Sb,Bi具有较小的K值和较低的活度系数,属于难脱除的杂质,这类杂质的脱除需要足够的溶解氧。氧化造渣阶段,在相同的温度下,当氧化到一定深度时熔体中氧浓度接近饱和,此时杂质的氧化脱除效果基本稳定。若氧化较深,则氧化亚铜不再与铜互溶,而是进入渣相,引起渣含铜率进一步升高;若氧化不足,则部分难脱除的杂质(As,Sb)残存浓度会偏大。因此,可以根据氧化后铜样的杂质含量来判断氧化是否完全,通过炉渣的含铜率来判断渣型是否合适。图2为FeO-SiO2的炉渣渣型相图,可以看出,炉渣在2FeO SiO2时具有较好的除铁效果和较低的渣温。在铜冶炼过程中,
9、常见的渣型为铁硅渣型和铁硅钙渣型。不同冶炼环节选用的渣型和辅料也不尽相同。降低渣含铜率的辅料包括碳酸钠、硼图1硅钼棒气氛炉示意图Fig.1Silicon molybdenum bar atmosphere furnace diagram表1实验用化学试剂Table 1Chemical reagent for experiment图2铁-硅渣型相图Fig.2Phase diagram of FeO-SiO2 slag146程贵桃等 降低废杂铜冶炼渣含铜研究2023年第4期Fe 2.44%,Zn 1.45%,Pb 0.48%,其他杂质 2.19%(主要包括S,Sn,Se,Co,Ni)。原有的生产工
10、艺选定为硅铁渣型,由于研究实验是在原有生产工艺基础上进行的,因此杂质铁被单独考虑,以铁含量的高低作为数据模型进行研究。1.2实验设计实验主要设备为硅钼棒气氛炉,见图1。实验化学试剂见表1。在火法精炼阶段进行除杂,其原理是先对熔融的铜液进行大面积氧化,产生大量的氧化亚铜,之后氧化亚铜接触到杂质金属M,发生化学反应,得到杂质的氧化物渣和金属铜。反应如下7:Cu2O+M=2Cu+MO式(1)依据上述反应,氧化充分时铜和氧化亚铜的活度可以视为1,可知化学平衡常数K为:K=aMOaM=MOCMO0MCM式(2)CM=MOCMO0MK式(3)式中,表示浓度,表示活度系数。由式(23)可知,杂质在铜液中残存
11、的极限浓度主要受K值影响。在1473 K下,贵金属K值低于110-4,同时,这些杂质在铜熔体中活度系数也小,因此会保留在铜熔体中;Fe,Zn,Si,Ca,Al这些元素K值较大,同时在铜熔体中活度系数也大,比较容易脱除;As,Sb,Bi具有较小的K值和较低的活度系数,属于难脱除的杂质,这类杂质的脱除需要足够的溶解氧。氧化造渣阶段,在相同的温度下,当氧化到一定深度时熔体中氧浓度接近饱和,此时杂质的氧化脱除效果基本稳定。若氧化较深,则氧化亚铜不再与铜互溶,而是进入渣相,引起渣含铜率进一步升高;若氧化不足,则部分难脱除的杂质(As,Sb)残存浓度会偏大。因此,可以根据氧化后铜样的杂质含量来判断氧化是否
12、完全,通过炉渣的含铜率来判断渣型是否合适。图2为FeO-SiO2的炉渣渣型相图,可以看出,炉渣在2FeO SiO2时具有较好的除铁效果和较低的渣温。在铜冶炼过程中,常见的渣型为铁硅渣型和铁硅钙渣型。不同冶炼环节选用的渣型和辅料也不尽相同。降低渣含铜率的辅料包括碳酸钠、硼图1硅钼棒气氛炉示意图Fig.1Silicon molybdenum bar atmosphere furnace diagram表1实验用化学试剂Table 1Chemical reagent for experiment序号123456789名称氧化钙氢氧化钠硼砂碳酸钠二氧化硅淀粉铁粉锌粉铅粉规格分析纯分析纯分析纯分析纯工业
13、级工业级分析纯分析纯分析纯用途渣型调控渣型调控渣型调控渣型调控渣型调控还原杂质模拟杂质模拟杂质模拟图2铁-硅渣型相图Fig.2Phase diagram of FeO-SiO2 slag147总第182期铜业工程Total 182砂、淀粉等,这些将组成实验研究要素。同时,渣温、氧化深度、减少炉渣铜粒子也是需要研究的内容。这些研究将通过硅钼棒气氛炉进行生产环境模拟,并通过调节对应的参数来实现降低渣含铜率的目的。1.3实验步骤1.3.1渣型选择阳极炉的工作过程可以划分为加料熔化、氧化、造渣、还原、出铜五个阶段。其核心工艺是先对熔体进行氧化,保证熔体具备充分的氧浓度,使得杂质被氧化,进而进行造渣。本
14、文研究内容是如何降低渣含铜,研究重点为氧化和造渣阶段。由于实验环境下坩埚相对较小,氧化过程通气压力小,对熔体的搅拌能力有限。因此,经统一配料后进行熔化-氧化-铜渣分离的实验模拟。由已分析出的原料杂质数据可知,进厂原料的主要杂质为Fe,因此需要研究出一种含铁且黏度低、流动性好、渣温低、渣含铜率低的渣型8。依据铁硅钙渣型相图(图3)可知,钙的引入使得炉渣有更低温度(11001150)的选择空间,在相同的造渣条件下,有更好的流动性和更低的黏度,有利于降低渣含铜率。铁-硅钙渣型相图中,在硅钙摩尔比(物质的量之比)接近1 1的位置,炉渣有较低的温度。因此,后续在渣型选择上引入氧化钙时,优先选择硅钙摩尔比
15、1 1进行配料。以淀粉降低渣含铜率的主要原因在于,淀粉(C6H10O5)n为长链碳氢化合物,具备较高的还原性见式(4)。C6H10O5+12Cu2O=6CO2+5H2O+24Cu 式(4)碳酸钠属于碱性钠盐,在高温冶炼过程中常用于脱除一些易挥发的杂质或者改善炉渣的酸碱度,同时Na在熔体中具有改善炉渣流动性的作用。因其具备较高的碱度,后续先采用 SiO2Na2CO3=4 1的摩尔比引入碳酸钠造渣。硼砂9在高温冶炼过程中作为溶剂,通常可以部分取代二氧化硅的作用,同时,因硼砂中钠的存在,会使得炉渣具有较好的流动性。结合生产实际,在渣型选择上引入硼砂时,硼砂和二氧化硅质量按1 1比例配入。由实验数据表
16、2可知,淀粉、氧化钙和碳酸钠均能有效降低炉渣含铜率;硼砂对坩埚的明显腐蚀表明硼砂的引入增加了炉渣的侵蚀能力,这对冶炼过程耐火砖的寿命存在不利影响;单独引入碳酸钠存在渣铜分离困难的现象。后期换用刚玉坩埚进行添加硼砂的重复实验,发现炉渣对坩埚的腐蚀有所减轻,但同样存在铜渣无法分离的情形。张宁轩等10通过研究表明,造渣时加入的钠基碱性熔剂会加剧对铜阳极炉镁铬砖的侵蚀。同时,比较各物料的价格和来源渠道可知,氧化钙相对其他物料更加便宜也更容易获得,并且,氧化钙的引入对降低渣含铜的效果较为显著,因此,实验研究时优先进行将氧化钙引入造渣工艺的研究,在氧化钙不能有效降低渣含铜率情况下,再针对其他试剂进行研究。
17、1.3.2氧化时间在生产过程中,氧化时间决定了氧化深度。文献显示,氧化不足时,杂质脱除效果较差,而氧化过深则会导致炉渣含铜率大幅升高。因此,氧图3铁硅钙渣型相图Fig.3Phase diagram of FeO-SiO2-CaO slag表2不同造渣剂的直接效果Table 2Direct effect of different slag-making agents添加辅料氧化钙淀粉硼砂碳酸钠直观效果铜金黄,易分离铜暗红,易分离坩埚腐蚀,难分离铜色黑,不易分离渣含铜/%14.1021.139.56铜品位/%97.6498.6894.16148程贵桃等 降低废杂铜冶炼渣含铜研究2023年第4期化深
18、度是控制炉渣含铜率的一个关键因素9。为了确定合适的氧化时间,进行了一系列的实验。实验时,先将物料升温到 1200,然后向熔体内通气氧化,通气时间分别控制在 0,40,60,80 s,之后以 1200 保温 30 min。整个实验过程中,炉内依靠引风机抽气保持微负压环境。反应完成后冷却至室温,观察炉渣和铜的分层情况,并进行铜渣分离,再分别进行检测。铜渣分离过程中,不可避免地会有一些炉渣夹带在金属上,因此金属的实际品位会略高于检测值,杂质含量的检测值也会偏高。在已知的氧化过程中,Fe,Zn属于易氧化脱除杂质且检测数据有较大的失真,而As,Sb,Bi属于难脱除的杂质。因此,在As,Sb,Bi中选取一
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 降低 废杂铜 冶炼 渣含铜 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。