侧吹熔炼铜渣的直流电贫化研究.pdf

2 0 1 2 年1 1 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n d o i l o ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 2 ．1 1 ．0 0 6 侧吹熔炼铜渣的直流电贫化研究 韦其晋，袁朝新 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 摘要使用小型交直流矿热电炉对富氧侧吹熔炼工艺产出的水淬铜渣进行贫化研究。结果表明，采用 下负直流电贫化6 0m i n 后渣含铜从O ．7 3 ％降至o ．2 8 ％，铜回收率约6 5 ％，比交流电提高约1 0 个百分 点。在l1 6 0 ～l3 5 0 ℃时熔渣温度对铜回收率影响不明显。黄铁矿精矿添加量为渣重1 0 ％时，渣含铜 可降至o ．2 4 ％．铜回收率约7 0 ％。渣含铜随冰铜品位的增高稍有增大的趋势。 关键词铜渣；贫化；直流电；矿热电炉；回收率；富氧侧吹熔炼 中图分类号T F 8 1 1文献标识码A文章编号1 0 0 77 5 4 5 2 0 1 2 1 10 0 1 9 一0 4 S t u d y o nD i l u t i o no fC o p p e rS i d eB l o w i n g S m e l t i n g S l a gw i t hD i r e c tC u r r e n t ． W E I Q i j i n ，Y U A NC h a o x i n B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e l J l n g1 0 0 1 6 0 ，C h l n a A b s t r a c t T h ew a t e rq u e n c h i n gc o p p e rs l a gf r o mo x y g e ne n r i c h m e n ts i d eb l o w i n gs m e l t i n gp r o c e s sw a sd i l u t e di n l a b o r a t o r yt h r o u g ha l t e r n a t i n gc u r r e n t A C a n dd i r e c tc u r r e n t D C o r e l s m e l t i n ge l e c t r i cf u r n a c e ．T h er e s u l t s s h o wt h a tc o p p e rc o n t e n ti ns l a gi sr e d u c e df r o mo ．7 3 ％t oo ．2 8 ％a f t e r6 0m i n u t e sd i l u t i o nw i t hb o t t o m ～c a t h o d e D C ．T h ec o p p e rr e c o V e r yi sa b o u t6 5 ％，i n c r e a s i n g1 0p e r c e n t a g ec o m p a r e dw i t ht h a tw i t hA C ．A v a r i e t yo fs l a g t e m p e r a t u r eb e t w e e n11 6 0 ～13 5 0 ℃h a sn oo b v i o u se f f e c to nc o p p e rr e c o v e r y ． W i t ht h ed o s a g eo fp y r i t ec 。n c e n t r a t eo f1O ％o f s l a gq u a n t i t y ，t h ec o p p e rc o n t e n ti ns l a gw i l ld e c r e a s et oO ．2 4 ％，a n dt h ec o p p e rr e c o v e r yi sa b o u t 7 0 ％．T h ec o p p e rc o n t e n ti ns l a gi n c r e a s e ss l o w l yw i t ht h ei n c r e a s eo fm a t t eg r a d e ． K e yw o r d s c o p p e rs l a g ；d 订u t i o n ； d i r e c t c u r r e n t ； o r e s m e l t i n ge l e c t r i cf u r n a c e ；r e c o v e r y ；o x y g e ne n r i c h m e n ts i d eb l o w i n gs m e l t i n g 富氧侧吹炼铜工艺具有投资与生产运行成本低 等优点，近年来选择使用该工艺的铜冶炼企业较多， 但目前该工艺产出的弃渣含铜量仍为o ．5 ％左右， 在成本投入增加不大的情况下，尽量降低弃渣中的 含铜量对提高该工艺的竞争力具有现实意义。本文 使用小型交直流矿热电炉对经炉内贫化的侧吹熔炼 工艺产出的水淬铜渣进行贫化研究，希望能够进一 步降低弃渣含铜量。 收稿日期2 0 1 20 5 1 0 作者简介韦其晋 1 9 8 5 ，男，广西南宁人，硕士研究生 1 试验原料 试验原料为山东某厂经炉内贫化的侧吹熔炼工 艺产出的水淬铜渣，主要成分 ％ C uo ．7 3 、S 1 ．1 5 、T F e3 2 ．4 1 、F e 2 3 0 ．4 2 、F e 3 1 ．9 9 、F e 3 0 。 4 ．1 2 、P b0 ．2 8 、Z n4 ．4 9 、S i 0 23 3 。6 9 、C a o6 ．1 6 、 M g O2 ．4 3 、A l O 。3 ．6 1 。渣中铜的赋存情况裸露 硫化铜6 3 ．1 6 ％、包裹硫化铜2 1 ．0 5 ％、硅酸盐中铜 1 5 ．7 9 ％。添加剂黄铁矿精矿的主要成分 ％ C u O ．7 6 、Z n0 ．9 3 、T F e4 1 ．2 5 、T S4 1 ．3 7 、P b0 ．0 3 、S i 0 2 万方数据 2 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y I ．b g r i m m ．c n 2 0 1 2 年1 1 期 2 ．5 4 、M g o1 ．3 3 、C a 02 ．1 8 、A 1 2 0 30 ．1 9 。 2 试验设备与操作方法 主要设备为图1 所示的小型单电极交直流矿热 电炉。 接交流或 经侨式牲 流的随流， I _ 【极升降装置 炉体 图l小型交直流矿热电炉示意图 F i g ．1 S k e t c hm a po fl a b o r a t o r yA Ca n dD C o r e 。s m e l t i n ge l e c t r i cf u r n a c e 试验操作方法在石墨电极正下方的炉底石墨 板上放置一粒黄豆大小的焦炭，下降石墨电极直至 与焦炭接触起弧，然后从炉门加入称量好的5k g 水 淬铜渣，约2 0m i n 后铜渣即可完全熔化并到达试验 温度，开始计时，随后隔一定时间取样。5k g 铜渣 完全熔化后熔池深度约7 ．5c m ，钢钎取样插入熔渣 深度约4 ．5c m 。 3试验结果与讨论 3 ．1 电源种类试验 试验用矿热电炉有3 种电源接法1 下负直流 电，即导电炉底接电源负极，石墨电极接正极；2 上 负直流电，与下负直流电接法相反；3 交流电。分别 用这3 种电源接法进行贫化试验，其它固定条件为 电压3 0V 、熔渣温度12 5 0 ℃左右，试验结果见 表1 。 表1电源种类试验结果 T a b l elR e s u l t so fs l a gd i l u t i o nw i t hV a r i o u sp O w e r s u p p I y C u ／％0 ．4 20 ．3 8O ．3 6O ．3 50 ．3 5O ．3 4 交流电S i 0 2 ／％ 3 3 ．7 53 4 ．0 43 3 ．8 53 4 ．2 2 3 4 ．3 53 4 ．8 7 铜回收率／％ 4 z ．5 74 8 ．4 85 0 ．9 2 5 2 ．8 05 2 ．9 85 5 ．o o 试验结果表明，采用下负直流电贫化6 0m i n 后 渣含铜从O ．7 3 ％降至O ．2 8 ％，铜回收率约6 5 ％，比 采用交流电提高约1 0 个百分点，而接法相反的上负 直流电比交流电铜回收率降低1 1 个百分点左右。 研究表明[ 1 _ 5 ] ，在直流电场作用下，熔渣中金属铜滴 将通过电毛细运动向阴极富集，还有研究表 明[ 6 一] ，直流电对铜渣的贫化效果比交流电好，这 些研究结论与本文的试验结果相符。下负直流电接 法贫化2 0m i n 的贫化渣含铜0 ．3 3 ％，铜的赋存情 况裸露硫化铜5 1 ．5 2 ％、包裹硫化铜1 8 ．1 8 ％、硅酸 盐中铜3 0 ．3 0 ％。与水淬铜渣相比贫化渣锍相中铜 占有率明显降低，但它仍是铜在渣中的主要损失形 态 约占总铜的7 0 ％ ，这表明在贫化过程中主要发 生悬浮冰铜液滴的沉降，而硅酸盐中铜含量 很可能 为溶解态的铜 变化不明显。 通电约8 0m i n 包括铜渣熔化时间约2 0m i n 后下负直流电、上负直流电与交流电3 种接法石墨 电极消耗量分别为1 3 5g 、7 7g 、8 0g 。矿热电炉在 接直流电时可视为一个特殊的电解槽，在下负直流 电接法中石墨电极接电源正极，即为电解槽的阳极， 石墨电极将有一部分消耗于电解反应 式1 ，这可 能是下负直流电接法石墨电极消耗量比较高的原 因。不管何种接法石墨电极都有一部分消耗于与熔 渣间的热化学反应 式2 、3 。暴露于炉膛空间的石 墨电极与氧气的反应 式4 也会消耗一部分石墨电 极。在试验过程中观察到，在石墨电极与熔渣接触 处有蓝色火苗，应该是石墨电极反应产生的C O 在 燃烧。连续操作的传统交流贫化电炉电极糊消耗约 为每吨渣1k g [ 12 1 ，而采用下负直流电接法后电极糊 消耗即使按每吨渣2k g 计算，以每吨电极糊30 0 0 元计算，因此电极糊消耗多增加的成本为每吨渣3 元；按渣含铜降低o ．0 6 ％、每吨铜5 万元计算，使用 极 脚 ⋯ 底 洲 ⋯ ㈨ ㈣ 撇 ㈨ 纠 炉踟熔“ 导 万方数据 2 0 1 2 年1 1 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 1 下负直流电比交流电每吨渣多回收的铜的价值约为 3 0 元。 s i O 。4 一 2 c 一4 e 一2 C O 十 S i 0 2 1 C F e 。O 。 一3 F e O C 0 十 2 C F e O 一F e C O 十 3 C 0 2 一C 0 2 4 3 ．2 熔渣温度试验 熔渣温度试验采用下负直流电接法，电压3 0 V ，贫化时间2 0m i n 。使用矿热电炉熔化的铜渣刚 熔化并具有流动性时其温度为11 6 0 ℃左右，因此 熔渣温度最小值只能选为11 6 0 ℃。试验结果见 表2 。 表2 熔渣温度试验结果 T a b l e2T e s tr e s u l t so fd i l u t i o nt e m p e r a t u r e 温度／℃c u ／％s i z ／％铜回收率／％ 试验结果表明，熔渣温度在11 6 0 ～13 5 0 ℃时 对铜的回收率影响不明显。图2 为采用旋转式高温 熔体黏度仪测得的水淬铜渣的熔渣黏度曲线图，该 图与典型的碱性渣黏度曲线图相同，黏度曲线出现 拐点的温度为11 1 0 ℃左右，在11 6 0 ℃以上熔渣的 黏度均小于o ．5P a s ，这是熔渣温度对铜的回收率 影响不明显的主要原因。在相同温度下铜渣组成对 熔渣的黏度影响较大，当铜渣的成分发生改变，特别 是当渣中的磁性铁含量较高，导致熔渣的黏度随温 度变化较大时，熔渣温度对铜回收率就会有较明显 的影响。试验用的水淬铜渣由于熔点低、黏度小，渣 中磁性铁含量仅为4 ％左右，使得熔渣温度在 11 6 0 ～13 5 0 ℃区间对铜回收率的影响不明显。可 以说水淬铜渣的成分是熔渣温度对铜回收率影响不 明显的内因。 3 ．3 添加黄铁矿精矿试验 试验采用下负直流电，电压3 0V ，熔渣温度 1 2 3 0 ℃左右。黄铁矿精矿加入量按渣重的百分比 计，铜渣完全熔化后即向电炉中加入黄铁矿精矿，加 入的黄铁矿精矿完全熔入熔渣2 0m i n 后取样。试 验结果见表3 。 岔 ● 邑 、 蜊 穗 划 嫂 温度，℃ 图2 熔渣黏度曲线图 F i g ．2V i s c o s i t yc u r V eo fm o l t e ns l a g 表3 黄铁矿精矿添加量试验结果 T a b l e3T e s tr e s u l t so fp y r i t ec o n c e n t r a t ed o s a g e 表3 表明，添加不大于渣重1 ．5 ％的黄铁矿精 矿对铜回收率的影响不明显，当添加量为1 0 ％时， 渣含铜降至o ．2 4 ％，铜回收率约7 0 ％，添加量为 3 0 ％时，铜回收率达到将近9 0 ％。小型交直流矿热 电炉中5k g 铜渣完全熔化后熔渣深度仅为7 ．5c m 左右，约为工业贫化电炉炉渣厚度的1 0 ％，添加渣 重1 0 ％的黄铁矿精矿与工业贫化电炉添加1 ％的黄 铁矿精矿单位熔渣表面积的添加量是相近的。因此 添加量为1 0 ％的试验结果可能与工业贫化电炉添 加1 ％的贫化结果较为接近。黄铁矿精矿的加入可 以降低渣中的F e 。0 。含量，使渣中c u 。O 发生硫化 反应生成C u S ，而且黄铁矿分解产生的F e S 通过熔 渣时能够捕集渣中悬浮的细小冰铜颗粒，起到“洗 涤”渣中悬浮冰铜微粒的作用。由于铜在水淬铜渣 中的主要存在形态为硫化物，渣中磁性铁含量较低， 因此本试验中黄铁矿精矿的作用应以“洗涤”渣中微 细粒冰铜液滴为主。添加黄铁矿精矿对降低渣含铜 能起到较好的作用，但加入量过多会使炉底冰铜品位 下降过多，而低品位铜锍的处理是不经济的，黄铁矿 精矿升温也需要电炉提供一定的热能，这无疑会使贫 化电炉电耗增高，从经济角度出发，黄铁矿精矿的加 万方数据 2 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 2 年1 1 期 人量不宜过多，对于富氧侧吹熔炼工艺产出的含铜小 于1 ％的铜渣，黄铁矿精矿的加入量一般小于1 ％。 3 ．4 冰铜品位试验 熔化铜渣时，先加入约1k g 水淬铜渣然后即加 入约2k g 的固态冰铜，最后加入剩下的约4k g 铜 渣。炉料从熔化并达到试验温度需要约3 0m i n 。 采用下负直流电接法，电压3 0V ，贫化时间2 0m i n ， 熔渣温度约12 3 0 ℃。试验结果见表4 。 表4 冰铜品位试验结果 T a b l e4T e s tr e s u l t so fm a t t eg r a d e 冰铜主要成分／％ C uF eS 炉渣主要成分／％ S O ．8 3 1 ．0 1 O ．9 6 O ．8 3 O ．8 9 O ．．7 8 O ．8 】 笏等 铜分配系数 无炉底冰铜 2 7 ．8 83 6 ．3 62 3 ．5 9 3 3 ．1 43 1 ．9 92 4 ．1 6 4 3 ．4 02 3 ．0 52 3 ．3 6 4 8 ．6 32 2 ．5 02 2 ．8 0 5 0 ．7 92 0 ．7 02 3 ．6 1 5 3 ．8 41 7 ．0 82 3 ．2 2 从表4 可知，随着冰铜品位的增高，渣含铜有稍 微增大的趋势，铜回收率也有所降低。随着冰铜品 位的增高铜的分配系数 铜锍中铜除以炉渣中铜 增 大较快，这说明铜锍中铜含量的增幅远大于炉渣中 铜含量的增幅。对S i O 。接近饱和与磁性铁含量较 低的铜渣，铜渣中主要含铜物相为硫化物相，氧化物 形态损失的铜很少，炉底冰铜品位的改变对与之共 存的熔渣性质影响不大，因此冰铜品位的改变对渣 中机械夹杂的冰铜液滴的沉降回收影响不大，但随 着冰铜品位增高，渣中以硫化物和氧化物溶解的铜 都会稍微有些增加，因此冰铜品位增高使铜回收率 稍微有些降低。 4结论 1 采用下负直流电沉降贫化6 0m i n 可使渣含 铜从o ．7 3 ％降至o ．2 8 ％，铜回收率约6 5 ％，比采用 交流电提高约1 0 个百分点，而接法相反的上负直流 电铜回收率比交流电降低约1 0 个百分点。 2 下负直流电接法电极糊的消耗量比传统的交 流贫化电炉有些增加，但相对于多回收的铜的价值 来说增加的成本还是比较少的。 3 对本试验所用的水淬铜渣，熔渣温度在11 6 0 ～13 5 0 ℃时对铜回收率影响不明显。 4 黄铁矿精矿添加量为渣重的1 0 ％时，渣含铜 可降至o ．2 4 ％，铜回收率达到7 0 ％左右。 5 随着冰铜品位的增高渣含铜有稍微增大的趋势。 参考文献 [ 1 ] 方立武．电场下富F e o 渣中金属铜滴迁移行为的试验 研究[ D ] ．上海上海大学，2 0 0 6 ． [ 2 ] 李秋菊，陈鹏，林姜多，等．铜滴在富F e 熔渣中的电迁 移行为[ J ] ．材料与冶金学报，2 0 1 0 ，9 1 2 83 0 ， [ 3 ] 李长荣，江明丽．F e 一C a s i 。熔渣中金属铜滴的电毛 细迁移[ J ] ．中国有色冶金，2 0 1 0 ，3 9 3 6 3 6 5 ． [ 4 ] 李长荣，江明丽．铜渣中金属液滴电毛细迁移现象的显 微观察[ J ] ．现代矿业，2 0 1 1 2 4 44 6 ． [ 5 ] w a r c z o kA ，u t i g a r dT A ． s e t t l i n go fc o p p e rD r o p si n M 。l t e nS l a g s [ J ] ．M e t a l l u r g i c a la n dM a t e r i a l sT r a n s a c l i o n s ，1 9 9 5 2 6 B 1 1 6 51 1 7 3 ． [ 6 ] D e g e lR ， t e r d o o mH ，K u n z eJ ，e ta 1 ．I 。a t e s t r e s u l t so f t h es l a gc l e a n i n gr e a c t o rf o rc o p p e rr e c o v e r ya n di t s p o t e n t i a lf o rt h eP G Mi n d u s t r v 厂C ] ／／T h i r dI n t e r n a t i o n a l P l a t i n u mC o n f e r e n c e ”P l a t i n u mi nT r a n s f o r m a t i o n ”，T h e S o u t h e r nA f r i c a nI n s t i t u t eo f M i n i n ga n dM e t a U u r g y ， S u nC i t y ，S o u t hA f r i c a ，2 0 0 8 ． [ 7 ] w a r c z o kA ，R i v e r o sG ．s l a gc l e a n i n gi nc r o s s e de l e c t r i c a n dm a g n e t i cf i e l d s [ J ] ．M j n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 7 ，2 0 1 3 4 4 3 ． [ 8 ] D e g e lR ，s c h r e i t e rT ，s c h m i e d e nH ，e ta 1 ．R e c t a n g u l a r f u r n a c ed e s i g na n dr e v o l u t i o n a r yD C s l a gc l e a n i n gt e c h n o I o g yf o rt h eP G Mi n d u s t r y [ C ] ／／I n t e r n a t i o n a I P I a t i n u mC o n f e r e n c e ”P l a t i n u mS u r g e sA h e a d ”，T h eS o u t h e r nA f r i c a nI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，S u nC i t y ，S o u t hA f r i c a ，2 0 0 6 ． [ 9 ] w a r c z o kA ，R i v e r o sG ，M o n t e n e g r oV ． u t i l i z a t i o no f m a g n e t o h y d r o d y n a m i cp h e n o m e n ai ns l a gc l e a n i n g ，C o p p e r2 0 0 3 V o l u m e Ⅳ一P y r o m e t a l l u r g y o fC o p p e r [ C ] ／／ P r o c e e d i n g so fc o p p e r2 0 0 3 一C o b r e2 0 0 3t h e5 t hI n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c e ，S a n t i a g o ，C h i l e ，2 0 0 3 ． 下转第3 6 页 万方数据 3 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 2 年1 1 期 o ft h e p h o s p h o g y p s u mp r e c r y s t a l l i z a t i o np r o c e s s [ J ] ． K h i m ．I n d ．，1 9 8 8 4 1 5 8 1 6 0 ． i nB u l g a r i a n [ 1 8 ] A n d r i a n o vAM ，R u s i nNF ，B u r t n e n k o ，I ．M ，e ta l I n f l u e n c eo ft h ep r o c e s se s s e n t i a lp a r a m e t e r so nt h ee f f e c t i v e n e s so ft h es u l f u r i c a c i d l e a c h i n go f r a r ee a r t h s f r o mp h o s p h o g y p s u m [ J ] ．z h ．P r i k l ．k h i m ．，1 9 7 6 ，4 5 1 ／2 6 3 6 6 3 8 ． i nR u s s i a n 上接第2 2 页 [ 1 0 ] 白厚善，金哲男，郎晓珍，等．炼铜炉渣的直流电贫化 [ c ] ／／2 0 0 2 年全国铜冶炼生产技术及产品应用学术交 流会论文集，张家界，2 0 0 2 4 0 一4 5 ． [ 1 1 ] 魏国患，吾特w 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