氧氣斜吹旋轉轉爐處理銅陽極泥的工藝設計

梁帥表

（中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038）

1 銅陽極泥的處理工藝

1.1 銅陽極泥處理的主要工藝

目前國內外陽極泥處理工藝主要有三大類：

（1）全濕法工藝流程。以美國OUTFORT公司為代表，流程為：銅陽極泥加壓浸出銅、碲－氯化浸出硒、金－堿浸分鉛－氨浸分銀－金銀電解；

（2）濕法為主，火法、濕法相結合的半濕法工藝流程。國內目前大多數廠家采用，主干流程為：銅陽極泥硫酸化焙燒蒸硒－稀酸分銅－氯化分金－亞鈉分銀－金銀電解；

（3）火法為主，濕法、火法相結合的火法流程。以波立登公司為代表，主干流程為：銅陽極泥加壓浸出銅、碲－火法熔煉、吹煉－銀電解－銀陽極泥處理金。在設備方面，波立登公司僅用1臺卡爾多爐來完成熔煉、吹煉[1～4]。

陽極泥處理工藝選擇的主要依據是陽極泥的化學成分和生產規模的大小。目前，我國冶煉廠主要采用以濕法為主的半濕法工藝，該工藝流程較長，環保效果不好。

1.2 半濕法工藝和卡爾多爐工藝比較

國內傳統的半濕法工藝主要通過焙燒蒸硒、分金和分銀三個工序才能完成，卡爾多爐工藝用1臺卡爾多爐就可完成，半濕法工藝流程較長，設備多。在廠房配置上，由于卡爾多爐工藝設備較為緊湊，占地面積大為減少。在生產周期方面，卡爾多爐工藝金的生產周期為13 d，銀為11 d；半濕法工藝金的生產周期為15 d，銀為13 d[1]。

兩種工藝的金銀回收率基本相同，卡爾多爐工藝數據由波立登公司提供?？柖酄t工藝Se的回收率為95.5%,明顯高于半濕法工藝流程的90%；Cu的回收率也高出3個百分點?？柖酄t工藝金銀收率從陽極泥算至多爾合金；半濕法工藝金銀收率從陽極泥算至粗金、銀粉，銅、硒、碲收率分別算至分銅液、粗硒、碲渣。

兩種工藝的運行成本比較見表1。

半濕法工藝噸陽極泥材料消耗約為6 000元，卡爾多爐工藝約為4 800元?？梢娍柖酄t工藝在運行成本上有明顯的優勢。但是固定投資方面，卡爾多爐工藝要高于半濕法工藝的一次性投資[1]。

兩種工藝的環保效果有很大差別，半濕法工藝的主要污染源有酸性廢水和二氧化硫、氯氣等廢氣。廢水經過處理回收其中的銅后，用石灰中和達標排放；廢氣用堿液吸收后達標排放；廢渣銷售給鉛冶煉廠，此流程中不存在固體污染?？柖酄t工藝的主要污染源有含鉛、砷等有害元素的煙氣和少量酸性廢水?？柖酄t煙氣處理考慮周全，煙氣采用濕法收塵先進技術，通過文丘里管、濕式靜電除塵后達標排放，少量酸性廢水處理方法和濕法工藝相同。而且卡爾多爐外罩環保煙罩，整個廠房環境很好。噸干陽極泥綜合能耗半濕法工藝約為2.9 t標準煤，而卡爾多爐工藝約為1.8 t標準煤。

表1 兩種工藝的輔助材料消耗[1～4]

綜合以上指標，卡爾多爐火法工藝的優點是主干流程短、工藝設備少、占地面積小、生產周期短、能耗低、勞動定員少、生產成本低、對原料適應性好，且卡爾多爐生產潛力大、環境條件好、廢水處理量小。但入爐料需干燥，廠房較高，投資相對較多?？傮w來說，在高環保、低能耗，以及陽極泥處理規模大型化的趨勢下，卡爾多爐工藝是陽極泥處理工藝的一個改進方向[5～6]。目前我國已經引進卡爾多爐處理鉛精礦工藝[7]，也有公司引進了波利登公司的卡爾多爐處理陽極泥工藝，但是引進費用太高。在這種情況下，恩菲公司和某冶煉廠合作對該工藝進行了自主研發設計。

2 氧氣斜吹旋轉轉爐處理陽極泥的理論研究和工藝設計

2.1 氧氣斜吹旋轉轉爐處理陽極泥的理論研究

本設計處理的陽極泥的主要成分見表2。

表2 陽極泥的成分（質量分數） %

陽極泥經濕法高壓浸出得到的浸出渣的主要成分見表3。

表3 陽極泥浸出渣的成分（質量分數） %

經過試驗得出，在合適的工藝條件下，通過加壓浸出銅能夠成功地從陽極泥里分離出來進入浸出液，渣率67%。除去陽極泥中的銅對后面的火法冶煉非常重要，因此一定要控制好浸出的工藝指標，保證后續熔煉的順利進行。

浸出渣干燥后進入氧氣斜吹旋轉轉爐進行熔煉，配好的物料首先在爐中完成還原熔煉過程，熔煉過程中配入焦粉、碎鉛、鐵屑和二氧化硅，鉛將金銀捕集到一起。PbO和SiO2形成硅酸鉛進入爐渣中，在加入焦粉的情況下，局部發生下列反應：

如果沒有其他能與SiO2結合的氧化物存在，爐內會形成鉛珠飽和著的海綿狀二氧化硅，不利于鉛捕集金銀。為了使鉛完全分離出來去捕集金銀，加入鐵屑和SiO2進行反應：

由此可見，在還原熔煉過程中,配入合適的焦粉量十分重要，首先要還原出足夠量的Pb捕集金銀，但焦粉不能過量，太多造成過強的還原氣氛，使其他金屬氧化物還原，提高了游離的SiO2含量，增加了渣的粘度。在熔煉過程中，其他次要元素，如砷主要揮發到煙氣中，少部分以PbO·As2O3的形式進入渣中；Sb2O3揮發較緩慢，同時能與熔劑作用，大部分進入渣和貴鉛中[2]。有研究表明，在合理的配料條件下，可以控制渣中含Ag 0.5%、Au 0.005%以下。

將熔煉過程產出的渣排出，剩余的貴鉛在爐內進行氧化精煉，保持爐溫1 000～1 100℃，將熔煉槍換為吹煉槍。貴鉛中的絕大多數雜質氧化成不溶于銀的氧化物，浮于熔體表面形成爐渣。吹煉時，雜質的氧化順序取決于氧化物的生成熱。雜質氧化的順序為：銻＞砷＞鉛＞鉍＞銅＞硒＞碲。另外氧化的難易和含量有關，含量最多的鉛首先氧化為PbO，然后由于PbO對氧的傳遞作用，使砷、銻氧化[8]。銅在貴鉛合金中起著不良的影響，它提高了貴鉛的熔點和氧化作業溫度，同時能和金銀形成固溶體，氧化次序也靠后，故較難從合金中除去。也有工廠在氧化末期加入硝石等提高氧化強度。對于硒和碲的氧化，有研究表明，由于硒氧化揮發，因此在精煉開始階段就開始氧化，但是碲的氧化是在熔體中的Se/Te比例小于0.55時才開始[9]。氧化精煉過程在以前傳統的金銀精煉爐中需要20多小時方能達到較好的效果，但是在氧氣斜吹旋轉轉爐中，由于轉動的爐體和強氧化噴槍的作用，使得反應時間大大縮短。在氧化過程中加入碳酸鈉，可以生成碲渣，有利于反應進行：

硒在氧化過程中，氧化成很容易揮發的SeO2進入煙氣中，在文丘里收塵器中捕集回收。

2.2 氧氣斜吹旋轉轉爐處理陽極泥的工藝設計

2.2.1 工藝流程

本設計采用的工藝流程見圖1。

圖1 氧氣斜吹旋轉轉爐處理陽極泥工藝流程圖

陽極泥浸出渣漿化后用泵打入壓濾機中，壓濾出的浸出渣含水30%左右，直接進入干燥機干燥至含水3%以內，配料后分批加入氧氣斜吹旋轉轉爐，經過熔煉和吹煉，得到的金銀合金送至合金保溫爐進行定量澆鑄；熔煉渣運走，前段吹煉渣返回爐子，末端吹煉渣送原有碲回收系統；煙氣采用文丘里收塵，文丘里泥返回爐子，從煙氣洗滌溶液中回收硒。

2.2.2 主要設備選擇

含水30%的浸出渣，水分高且粘性很大，試驗表明使用閃蒸干燥效果不理想。本設計最終選用帶式干燥機并改進了加料設備，使得陽極泥浸出渣能夠順利地加入到干燥機中。干燥工序基本實現自動化，取代了原烘箱式干燥中繁重的人工勞動。設計預期干燥后的陽極泥浸出渣水分含量低于3%且為塊狀，降低粉塵飛揚損失。干燥渣經定量給料機并和其他熔劑混合配料，通過密封膠帶機送往氧氣斜吹旋轉轉爐。

氧氣斜吹旋轉轉爐為本工藝的核心設備，設計規格為?內1 350 mm，爐膛高度3 000 mm，有效容積0.8～1.0 m3。其首次采用液壓傳動和傾動，轉動和旋轉更加平穩，吹煉角度28°。氧氣斜吹旋轉轉爐系統包括噴槍（熔煉槍和吹煉槍）、水冷煙罩、爐體、旋轉裝置、傾翻裝置、止推托輥和傾轉編碼器。

氧氣斜吹旋轉轉爐設有兩個噴槍，一根熔煉槍，一根吹煉槍。熔煉噴槍以柴油為燃料，吹煉槍吹壓縮空氣。兩只噴槍裝在一個槍架上，噴槍設編碼器，可自動控制噴槍位置。驅動系統中的液壓蓄能器可保證在停電或失去動力時，噴槍能從爐子的噴槍口移出。噴槍采用密閉循環水冷系統，并有滲漏檢測。

氧氣斜吹旋轉轉爐的煙罩為固定水冷煙罩，罩住爐子出口。煙罩上留有兩個噴槍插入口。頂部設一個正常排煙口和事故排煙口。

氧氣斜吹旋轉轉爐煙氣量約為3500～4000m3/h，煙氣成分在各個階段發生變化。煙氣的冷卻設計中采用膜式壁冷卻煙道，冷卻效果好。煙氣經過直升煙道后再經文丘里收塵器收塵，排出的氣體再經濕式電收塵器和洗滌塔洗滌后排空。文丘里粉塵進入沉淀池，進行壓濾，濾渣干燥后返回轉爐，濾液通入二氧化硫還原沉淀回收硒。

金銀合金采用直線澆鑄機澆鑄銀陽極板，澆鑄完后卸出銀錠，將銀錠吊開排架，取代原銀錠澆鑄中頻爐熔化、手工操作澆鑄，改善了勞動條件和環境狀況。

3 結論

氧氣斜吹旋轉轉爐有其獨到的優點：溫度和熔煉條件易于變動和控制，它具有熔化、還原、氧化吹煉、精煉等功能。特點是氣、液、固三相傳質和傳熱效果好，生產能夠適應多種礦物物料，如處理鉛精礦、銅精礦、雜銅和陽極泥等，在波蘭、墨西哥、美國等已經采用。氧氣斜吹旋轉轉爐處理陽極泥工藝在國內尚屬新型工藝，銅陵有色剛從國外引進了該工藝。恩菲公司是在自主開發的基礎上進行試驗和設計的，設備選型和參數選擇都留有余地，在工藝控制上自動化程度較高，環保措施較好，工藝流程打通后，冶煉廠處理陽極泥浸出渣規?？蛇_到2000t/a以上。

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[9] Manuel Perez-Tello.A Kinetic Model for the Oxidation of Selenium and Tellurium in an Industrial Kaldo Furnace[J].Pyrometallurgy Fundamentals,2004,12:52.