铜冶炼物料中铜的分析质量控制方法

杨得臣

（山西北方铜业有限公司计量检验部，山西 运城 043700）

铜作为现阶段最为紧缺的大宗有色金属，实际应用范围正进一步扩大。由于铜资源社会需求量增长速度与铜生产水平矛盾日渐凸显，因此需要加强铜冶炼环节的物料管控力度。具体而言，铜冶炼环节原料主要来源于国内矿山、进口矿、回收紫杂铜、废旧线路板等，原料成分极为复杂，实际处理期间的造价成本高，需要着重开展铜分析以及物料控制工作。

1 样品的加工与保存

依照现有金属冶炼标准，要求物料检验质量控制工作需严格遵守体系文件，从多角度实施质量管理机制，切实增强物料检测水平。因现有铜资源供应紧张，样品中多数掺杂了其他物料，还需要结合铜冶炼实际情况，做好样品加工与保存工作。

在接收铜物料样品后，需要充分分析样品来源、样品成分、样品中杂质元素特征，而后结合不同样品选择适宜的加工与分析方式。样品加工及保存的合理性是增强物料检测质量水平的重要基础，在实际工作开展期间，应当着重关注特殊样品管控力度，对管控方案进行切实优化及完善。

一方面，对于一般铜精矿样品而言，烘干工作需要在恒温箱内开展，温度应当控制在105℃左右[1]。因铜精矿中具有较多的硫化物，如温度过高会导致硫化物出现氧化情况，对分析结果造成不利影响，因此应当避免样品处于过高温度环境中；

另一方面，对于含水量较高的样品而言，如环保泥、铜泥等，烘干时间应当进一步延长，大约为12～48小时；

有金属铜样品，如冰铜或海绵铜等，需要在加工处理时使用破碎过筛方式。根据筛上、筛下物料重量加权计算结果，防止导致物料整体结果偏差。

样品中含有较高的酸性物质，则需要增加适当提高烘干温度，切实保障烘干效果。

在粉碎机加工时间过长的情况下，样品中的铜离子会出现氧化反应，导致含量下降。因此粉碎机需要每加工20秒就暂停一下，后续再加工20秒，间断进行。

样品加工处理时应当加强处理环境管控力度，避免样品出现相互污染等情况。在处理铜含量不同样品时，还需要对加工设备进行有计划清洗。

部分样品也会受其内部杂质影响而具有易氧化、易吸水的特性。样品中的铜含量会随样品在空气中放置时间的延长而发生变化，导致分析结果误差较大[2]。通过实验研究发现，在高温高湿环境下，铜样品含量的变化明显。一个季度的铜品位会下降至0.2%～0.3%。因此需要在样品开封后就立即开展测定工作，避免样品检测数据出现较大偏差。如需长时间保存样品，最好用铝箔袋密封保存。

2 铜分析技术环节

在接受正规矿山或冶炼企业的浮选铜精矿、粗铜等产品时，需要依照检验规范要求使用碘量测定方法。不明性质的铜冶炼物料分析时，需要采用电感耦合等离子原子发射光谱技术事先对样品中的杂质进行定性检测，而后使用碘量法测定。现有碘量法也可分为短碘法、长碘法、电解法等方式，需要结合实际分析要求灵活选择分析技术手段。

为有效控制分析误差，可使用三人三杯检测机制或两人四杯机制。要求检测团队中有一人必须是具备相关资质的专业技术人员或者具有丰富经验的操作人员，然后对分析全过程进行质量把控[3]。针对不同样品选择适宜的样品处理手段。如样品数据平衡性不佳，还需要注重关注样品自身的均匀性以及样品检测过程中的环境影响因素。

标准分析方法的注意事项：

（1）硫代硫酸钠标准溶液。

在使用硫代硫酸钠标准溶液过程中，该溶液可以与水中二氧化碳、微生物以及空气中的氧气发生反应，导致溶液浓度出现变化。因此硫代硫酸钠标准溶液配置工作需要严格开展，在配置各环节去除二氧化碳，消灭微生物。由于硫代硫酸钠溶液的见光分解性较强，还应当将其存放在棕色玻璃瓶中，并在暗处放置两周或更长时间，过滤后标定。储存溶液中的瓶子瓶口需要严密，尽量控制开盖时长与开盖次数。硫代硫酸钠标准溶液间隔一定时间必须重新标定，标定做空白试验。

（2）淀粉和硫氰酸钾的加入时机。

选择适宜的淀粉与硫氰酸钾加入时机，不得过早加入淀粉与硫氰酸钾。而是需要在硫代硫酸钠标准溶液呈现出淡黄色的情况下首先加入淀粉指示剂，在继续滴入至溶液呈现出浅蓝色的情况下再次加入硫氰酸钾，在充分振荡后用硫代硫酸钠滴定至溶液中的蓝色消除为主。

（3）碘化钾的用量。

就目前来看，日常操作工作开展时的碘化钾加入随意性较大，在碘化钾用量较少的情况下，难以有效测出试液中铜离子的定量值；在碘化钾用量较多的情况下，检测物资将被严重浪费[4]。因此在开展分析及检测工作期间，需实现称量碘化钾重量，用碘量法滴定铜，分析检测结果。依照铜精矿物料分析标准加入2～3克的碘化钾，依照粗铜标准加入4克碘化钾，使反应充分，物料投入成本得到根本上控制。

（4）空白实验。

空白实验主要目的就是排除所有试剂对铜分析结果的影响，需要结合铜物料样品分析标准，灵活选用空白实验方式。但在具体工作开展期间的空白实验经常会被忽视，导致碘化钾以及硫氰酸钾质量问题难以被及时发现，后续铜分析结果出现较大偏差。

（5）称样量。

要根据铜精矿物料的含铜质量分数，采取不同的称样量。

（6）针对含影响测定结果元素的试样处理。

针对含钙、镁等金属离子较高的试样，可通过加入氟化氢铵物质形成沉淀，包括铜离子，导致试验检测结果偏低[6]。在使用短碘法过程中，如高氯酸冒烟，则可以通过加大试液体积稀释钙镁浓度，消除干扰量。在钙镁含量到达高出指定标准较多的情况下，则需要使用长碘法，对钙镁离子进行分离。

针对铬、锰等多价态元素不稳定的样品检验工作，也需要消除不稳定离子对检验结果造成的不利影响。通过使用盐酸、硝酸溶液等方式，将铬、锰等变为高阶态化合物，避免此些成分对检验结果造成不利影响。针对铬含量较高的样品，也可以在高氯酸冒烟的情况下反复多次加入盐酸或氯化钠蒸至近干，生成容易挥发的气体。

针对硅元素含量较高的样品，需事先经过盐酸、硝酸溶解，加入氟化氢氨饱和溶液，加热分解并蒸发到三氧化硫白烟冒尽。由于试验样品中的复杂度较高，因此还需要在具体分析过程中落实三人三杯或两人四杯机制检测机制。在一个样品或两个样品中加入饱和氟化氢铵，另外两个样品采用常规分析方式，如果加入氟化氢铵的结果比常规检验结果高，则说明该样品中的硅含量较高。如加入氟化氢铵检测结果不高于常规结果，则说明试样中的硅含量较低，可不必在后续分析时再次加入氟化氢铵。

针对砷、锡、锑等含量较高的样品，还需要使用氢溴酸溶液分解样品。在硫酸介质中，采用1∶1的盐酸以及氢溴酸反复低温加热溶液两次，在加热至冒烟后，用硫酸赶尽氢溴酸。

在含碳量样品分析过程中，需要使用硝硫混酸以及高氯酸冒烟处理，直至其没有明显的黑色残渣。如样品中的碳含量较高，还需要在具体分析前对样品进行高温烧灼处理。在含铁量极少时，需补加少量三氯化铁溶液。在铅、铋含量较高时，需提前加入淀粉溶液。在用长碘法分离铜后滤液也需采用原子吸收光谱法测定铜量。

针对铜泥样品展开分析。铜泥极易吸水，在烘干时需要花费较长时间。但在烘干时间过长的情况下，样品会出现氧化现象，影响分析结果精准性[5]。因此在铜泥分析过程中，可以采取适宜温度的纯水对铜泥样品进行洗涤，含酸高可以多洗涤几次，直至PH试纸检测滤液至中性，洗涤水全部用合适的定量滤纸过滤收集，然后对洗至不含酸的样品进行烘干后制样、测定水份及分析铜含量，同时检测洗涤滤液中铜含量，最后两部分所检测的铜结果加权计算可得铜泥中含铜量。

铜粉、海绵铜及冰铜样品分析时，由于均含有金属铜，在样品制备时需要进行过筛处理。因样品中的金属铜含量不同，还应当着重调整称样量，使用硫酸代硫酸钠标准溶液滴定。

铜尾渣样品分析是判别铜金属平衡的重要考核标准。为进一步提升铜直收率，铜尾渣内的含铜量应当控制在设定范围内。在具体质控过程中，由于铜尾渣大部含铜低，针对含铜低的铜尾渣，应当采用高精度测量手段。利用原子吸收光谱仪检测铜试液大致含量，然后根据铜含量在标准系列中选择3个标准试液作为一个标准组，试液中的铜含量需要控制在标准系列范围内，而后开展精准测定。测定为空白、底标、中标、高标。取三次测量结果的平均值为最后测量结果。

做好测量体积定容工作，尽量控制稀释倍数，使用大容量瓶定容。标准系列及待测物质需要基体匹配。在具体测定工作开展期间应首先测定样品中杂质含量，依据测定结果确定基体元素，然后再进行匹配工作。

3 人员培训

工作人员专业技能、职业素养可直接影响到铜冶炼物料质量检验结果。又从根本上提升铜冶炼技术应用水平，相关单位还需要着重做好人员培训工作。

在具体检验过程中对能够影响到检验结果质量的不利因素进行预先管控，将因素控制范围缩小至可接受程度。现有人员培训工作主要涉及以下要点：

第一，操作培训。要求分析人员能够明确认知到可对分析结果造成直接影响的操作方式如滴定管操作等。现有滴定管操作可分为酸式滴定管与碱式滴定管两种方式。在滴定管操作时，应当严格注重检验手法，遵循边滴边摇、半滴变色等原则[7]。同时，在滴定读数过程中的眼睛与液面保持在同一水平面上，避免在读数读取时出现误差问题，对分析结果造成不利影响。装好标准溶液或滴定到终点后，应当等待1～2分钟，确保溶液能够完全从器壁上流下后再读数。在滴定期间，相关工作人员还需要着重控制滴定速度，采用先快后慢、快到终点时边滴边摇的方式。在使用碱式滴定管过程中，工作人员的左手需要捏在玻璃珠位置上部，避免在测量时的空气进入到空隙内，对检测结果质量与效率造成严重不利影响。

第二，做好样品处理培训工作。在培养操作人员样品处理技能过程中，需强调应首先观察样品溶液的重要性，结合样品溶液特征采用适宜的解决方式。如样品溶液冒出高氯酸浓烟、溶液变红，说明物料内的铬离子含量较高；在试样分解期间，如果溶液表面及杯底有黑色悬浮物质，说明物料的碳含量较高；在物料粘杯底，不易摇散的情况下，说明物料中的硅含量较高；如物料加入氟化氢铵时出现白色浑浊物质，则说明物料中的钙离子与镁离子含量较高；

第三，制定导师带徒等培训手段。为最大限度提升操作人员专业操作水平，确保操作人员能够规范化开展样品处理与样品分析工作，还可以实施导师带徒等培训方式。具体而言，为使丰富的操作经验能够得到传承，相关部门可结成互帮互助学习小组。以班组为单位实施每周一考核、每月一讲解、每季度一竞赛等活动。促进操作人员职业教育培训工作常规化发展。在每个班组中普及操作理论知识，针对实际生产工作中遇到的各类问题展开细致讨论，确保存在于实际工作中的各类问题能够得到及时解决。

4 做好质量抽查，严格考核

为进一步提升铜冶炼物料中的铜质量控制水平，还需要加强铜冶炼物料抽检力度，制定出严格的考核机制。着重开展人员分析技术的教育培训活动，确保其能够独立完成铜物料分析作业。对实验室内样品进行抽检、外部样品抽检以及带标检测，使铜冶炼物料中的铜分析结果更加全面精准。

4.1 内部质量检查

具体分析实物量大小，依照每月实物量10%的比例开展抽检工作。为从根本上控制样品的精准度，要求实验量应当与现行国际规定相符。针对当月抽检时的铜、金、银等抽检工作展开数据分析，判断检测过程是否出现误差问题。对偏差较大的检测结果进行原因全面评估，全面优化及完善检测流程，确保检测结果更为精准。将物料抽查结果与人员绩效考核机制充分融合在一起，营造出更加积极严谨的抽检工作氛围，最大限度降低抽检结果不合格问题发生几率。

制定出专项可行的年度抽检计划，要求每月办公室需要遵照计划内容对各班组的分析元素进行质量抽查，抽查误差需要严格遵照现行国家标准控制。

4.2 外部质量检查

每月需要以7%～10%的比例将抽检样品送到权威抽检机构开展对比分析工作，为后续体系分析提供重要参考依据。对比多家实验室样品检测结果，在发现样品检测结果存在较大差异的情况下，需要找寻出偏差原因，并对检测流程进行进一步优化。

4.3 带控制样或者标准样

在带控制样品或标准样检验工作开展过程中，需要切实保障检验样品的准确度，判断检测标液浓度是否受到环境因素影响而出现变化。控制样的制作需要与样品分析工作保持一致，并将得到的分析数据作为铜冶炼物料质量管控依据。

所有抽检工作开展效果与工作人员专业水平、分析能力与学习相关。因此在物料分析人员上岗前，也需要通过专业理论知识、操作技能考核。上岗后的分析人员也应当不断投入到新技术及操作技术的学习过程中，进一步增强铜冶炼物料中的铜分析质量水平。

定期针对铜冶炼物料质量分析工作开展质量分析会议。在出现质量分析结果偏差问题后，需要召集技术人员和有丰富经验的操作人员分析问题出现的原因。通过对比实验流程，判断影响分析结果精准度的各类不利因素，然后针对此些因素制定出专项可行的质量管控机制。加大质量偏差问题惩治力度，要求当事人及其他参与人员需要吸取工作教训，并落实具体防范机制。

做好质量检验分析的技术交流工作。与同行业单位、国内外权威机构展开定期交流，组织技术人员实施探索性试验。积极开展同行业技术培训、疑难样品分析合作等活动，以从根本上提升铜冶炼物料分析质量水平。

铜冶炼期间的铜分析质量控制对铜冶炼经济效益及安全效益的影响巨大，因此还需要配合使用控制图、加回收试验、管理样测试以及标准物质测试等方式，对成分复杂、性质容易出现变化的铜物料进行细致分析，并结合具体生产要求制定出专项可行的分析技术方案。

5 结语

总而言之，铜冶炼工作开展期间，物料分析结果对冶炼质量与效率影响最大。要从根本上提升物料分析质量水平，不仅需要配合使用常规质量管控机制，还应当积极引进更为先进分析理念以及分析技术。结合铜冶炼工作开展特征，制定出专项可行的物料分析技术方案，进一步增强质量分析结果的全面性与精准度。