熔炼炉渣发黏的原因及应对措施

李 强，吴法光，代红坤

（中铜东南铜业有限公司，福建 宁德 352000）

铜精矿造铜熔炼反应过程中，熔炼渣不仅量大，而且其物理化学性质对冰铜的分离程度有着决定性的影响。当渣发黏时会造成与冰铜分离不清、排渣带铜，渣中铜损失增加；溜槽易粘结，炉内液面不能快速降低，因无法维持薄渣层导致热传导率降低，冰铜因温度降低而使排放更加困难；当Fe3O4高时会从冰铜和渣中析出，沉积在炉底形成炉结或粘结在侧墙形成“墙坝”，导致沉淀池有效容积减小。因此，有必要研究熔炼反应过程中渣发黏的原因和应对措施，以便快速调整炉况，确保生产平稳运行。

1 熔炼反应机理

铜精矿、吹炼渣、渣精矿、石英砂等物料经过配料、干燥后，得到含水小于0.3%的物料与烟灰一起投进熔炼炉，与工艺氧充分接触发生一系列物理化学反应，主要包括[1，2]：水分蒸发、高价硫化物或硫酸盐分解、硫化物直接氧化、造锍反应和造渣反应。其中水分蒸发、分解反应、氧化反应在反应塔内完成，造渣、造锍反应在沉淀池内完成。本文还采用Factsage 2.0 热力学软件计算各反应的吉布斯自由能变△rG 与温度的关系，为熔炼反应提供一定的理论依据，各反应△rG 如图1～3 所示。

首先，含水0.3%的入炉混合物料进入高温区后，水分迅速蒸发进入烟气。当混合物料进入高于分解反应初始温度的温区，因△rG＜0kJ/mol 分解反应能够自发进行。当混合物料进入高氧势区后开始发生氧化反应，除了Fe3O4在高于1500℃以上△rG＞0kJ/mol 以外，其余反应均能自发进行。其中，黄铁矿(FeS2)发生氧化反应，生成物可能性大小顺序依次为：Fe3O4＞Fe2O3＞FeO＞FeS；在相同温度下，FeS氧化反应△rG 远小于Cu2S,说明FeS 对氧的亲和势远高于Cu2S，故FeS 可将Cu2O 还原；FeS 发生氧化反应生成物可能性大小顺序依次为：Fe3O4＞Fe2O3＞FeO。由图3 可知，造锍反应极易发生。而在Fe3O4还原造渣反应过程中，当有石英砂参与，可将该反应温度由1500℃的初始温度降低至1150℃。

图1 分解反应△rG

图2 氧化反应△rG

图3 造铜造渣反应△rG

2 渣粘原因和应对措施

根据熔炼反应机理查找反应物和生成物对应的熔点，具体如表1 所示。

表1 熔炼反应过程某些物质熔点

一般熔炼渣温控制在1270～1310℃，冰铜温度1240～1280℃。对照表2所示，可知硅灰石、FeO、Fe3O4、Fe2O3、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、ZnO熔点均高于熔体控制温度。因此，合理控制熔体中这些物质的含量显得尤为重要，否则夹杂或悬浮在渣中，使渣粘度增大、渣含铜高、排放困难。此外，热负荷不够熔体温度偏低、反应塔下生料等也会导致渣发黏。

2.1 温度

熔体黏度、扩散系数与温度关系密切[3]。提温可降低熔体黏度、提高流动性，措施如下：①降低烟灰加入量。②增加天然气燃烧量。③提高氧浓或氧系数。

2.2 炉内有“生料”

当出现入炉混合物料含水分高、精矿喷嘴流化器堵塞、氧料比偏低、工艺氧压力波动使氧料分布不均等因素，物料未能与氧有效反应直接落入沉淀池造成炉内出现“生料”情况，炉内因大量的、未反应的冷料导致反应塔热负荷下降，渣发黏。措施如下。

（1）分析配料单中是否存在焙烧矿，检查混合物料含水量是否偏高。

（2）检查工艺氧压力和流量、失重称给料系统给料量有无大幅波动。

（3）检查精矿喷嘴流化器有无堵塞、流化风量流量与压力有无大幅波动。

（4）适当调高氧系数，为沉淀池“生料”与氧气再次接触反应创造条件。

（5）适当提高温度，将熔体及时排出炉外。

2.3 Fe3O4 偏高

为提高冰铜品位需增加氧系数，但氧势偏高也会造成Fe3O4增多。虽然渣对Fe3O4有一定的溶解能力，但生成的Fe3O4量一旦超过渣的溶解能力，便从冰铜和渣中析出，造成排渣困难。一般控制Fe3O4不超过15%，当Fe3O4高引起渣粘时，措施如下[4，5]。

（1）优化操作参数，改善混合物料反应效率。

（2）反应塔加焦粉。焦粉因着火点高，部分会在反应塔下方氧势低的条件下生成CO，无论焦粉还是CO 都是良好的还原剂，高温易将Fe3O4还原为FeO 而造渣。

（3）加生铁有助于降低Fe3O4，一般加生铁后30min 需排放熔体。

（4）适当提高SiO2含量，有助于Fe3O4反应造渣。

（5）降低氧系数，可减少Fe3O4的产生量。

（6）提高温度，及时将熔体排出炉外。

2.4 石英砂偏高

石英砂作为熔炼造渣熔剂，其粒度要适当。颗粒过大则不容易熔化；颗粒过细的则容易进人烟尘[4]。另外，加入量也要合理控制。一般渣中Fe/SiO2控制1.25～1.35。石英砂过少则不能造渣；过多则易造成固体石英砂析出。此外还会加速镁铬耐火材料的化学腐蚀。措施如下。

（1）严格控制石英砂粒度。

（2）调整石英砂加入量，提高Fe/SiO2比。

2.5 其他因素

当入炉物料含钙镁铝锌量增多时，其氧化物因熔点高夹杂或悬浮在渣中，也会造成渣发黏。因此，在配料过程中，合理控制钙镁铝锌的含量显得尤为重要。实践发现，配料要控制锌不超过3%、氧化镁和氧化钙都不超过2.5%，氧化铝不超过4%。当出现钙镁铝锌高导致渣发黏，一方面要及时调整配料单；另一方面可提高温度，将熔体及时排出炉外。

3 结论

渣发黏的原因多种多样，应对措施也不尽相同。因此，当出现渣发黏时，要找到问题的根源所在，才能做到“对症下药”。