銅陽極泥脫銅浸出渣的熔煉,過去曾廣泛使用小型反射爐或平爐。現今,國內外廣泛使用轉爐或電爐。浸出渣加入還原劑和熔劑,經還原熔煉,產出含金、銀總量30%~40%的貴金屬與鉛的合金(俗稱貴鉛)。故熔煉作業的冶金爐俗稱為貴鉛爐。
過去使用反射爐或平爐作貴鉛爐,由于操作人員勞動強度大,特別是爐口常殘留有低熔點的鉛合金不易清除干凈,當爐溫升高時,扎好的爐口常因低熔點合金熔蝕而發生“跑爐”。因此,許多工廠相繼改用圓筒形臥式轉爐和電爐。使用電爐熔煉,除便于操作外,更重要的是能縮短冶煉時間和提高生產效率。
某廠所用的2.5t圓筒形臥式轉爐,爐殼系由厚15mm鍋爐鋼板卷焊而成。內徑長2m、直徑1.1m,自爐殼向爐心襯以10mm石棉板一層、耐火磚半(橫)層和鎂磚一層。爐膛容積約5.4m3,按容積五分之二裝料,每爐可處理提出渣2.5t,或處理密度較大的返回渣3.5t。
轉爐爐體(圖1)由固定在底座上的兩對托輪(夾角60°)支承,電動機通過減速機傳動。爐口在向下35°(出料)和向上10°(加料)范圍內回轉。加料口400mm×400mm,設在爐頂兼作煙氣出口。出料口(爐口)寬400mm×高300mm,在爐體正前方。加熱由兩只3層〔里管供重油,油壓343.233~392.266kPa(3.5~4kg/cm2);中管供蒸汽,汽壓98.066~196.133kPa(1~2kg∕cm2);外管供壓縮空氣,風壓98.066~196.133kPa(1~2kg∕cm2)〕同心高壓噴嘴,于爐體兩側供入重油。為保證熔煉過程的爐溫,熔煉時用磚封閉爐口,煙氣經加料口進入總長約40m的煙道,再通過布袋收塵器經高35m的鋼煙囪排人大氣。
圖1 轉爐示意圖
一、貴鉛爐的烤爐與洗爐
新砌的轉爐或修理或停爐再生產,均應進行烤爐,使爐溫逐漸升高,以保護爐內砌體,延長爐齡。
新砌的爐子(全部換磚)需烤爐7d(168h)。開始用木炭緩慢烘烤24h,使爐溫升至200℃,經保溫16h后,再以每8h升溫66℃的速度烘120h使爐溫達到1100℃,然后保溫8h開始加料洗爐。中修(部分換磚)爐子需烤爐3天。停爐再生產根據爐內是否尚有余熱而定,一般需烤爐32~48h,使爐溫升至1200℃即加料熔煉,不必洗爐。全部換磚的大修或部分換磚的中修,一般先用木炭烤至爐溫100℃即開始向爐口和煙道口水套供冷卻水,爐溫至200℃后加木材升溫,至600℃后改用重油(或柴油)升溫至1200℃后洗爐。
洗爐,是向爐內加入廢鉛或氧化鉛煙塵(加煙塵洗爐應配入焦屑、碳酸鈉和螢石等還原劑和熔劑)。洗爐時間通常為24h,保持爐溫在1000℃左右,為了減少鉛的揮發損失,熔池液面應加碎焦屑覆蓋,使爐內保持還原氣氛。洗爐過程中每隔半小時需將爐體向前或向后交替轉動一次,以保證熔池液面以下的磚縫都充滿鉛,以免金、銀滲入磚縫,降低直收率。洗爐完畢,將鉛放出鑄錠供下次再用。
二、脫銅、硒浸出渣的熔煉
熔煉脫銅、硒浸出渣,是向洗爐后的爐中加入浸出渣,經還原熔煉產出貴鉛錠。某廠脫銅、硒浸出渣的組分為(%):H2O30±,Au1~1.5,Ag10~15,Cu<3,Pb15~20,SiO2<5,Se<0.3,Te0.3±。熔煉時配入8%~15%碳酸鈉、3%~5%螢石粉、6%~10%碎焦屑(或粉煤)、2%~4%鐵屑。碳酸鈉的配入量也可按浸渣中SiO2含量的1.8倍或稍過量。在熔煉過程中,如爐結太厚或粘渣過多,則可適當增加碳酸鈉量(稀渣過多則減少)。由于貴鉛熔煉是在微還原氣氛中進行的,故還原劑(碎焦或粉煤)的加入量應按還原浸出渣中所含的銅、鎳及部分鉛的需要計算加入(實際生產中根據生產實踐經驗配料),不使其過量。如過量過大,則會使大量雜質一起還原進入貴鉛中,而降低貴鉛中金、銀的含量。
在熔煉初期,爐料隨著爐溫的逐步升高,首先發生煅燒放出大量水分,繼而部分砷、銻被煙化。爐溫的進一步升高,爐料不斷熔融并開始發生還原反應和造渣過程。還原反應主要由焦屑和鐵屑與原料中的金屬化合物作用。其主要的反應有:
2MeO+C→ 2Me+CO2↑
MeO+Fe→ Me+FeO
MeSO4+4Fe→ Fe3O4+FeS+Me
還原產出的鉛、銅、鎳、鉍等金屬,能有效地捕集金、銀組成貴鉛。造渣則是爐料與熔劑的互相作用,主要反應有:
Na2CO3→ Na2O+CO2↑
Na2O+SiO2→ Na2O?SiO2
Na2O+Sb2O5→ Na2O?Sb2O5
CaO+SiO2→ CaO?SiO2
FeO+SiO2→ FeO?SiO2
還原反應和造渣結束后,使爐內轉為微氧化氣氛,這時主要是砷、銻的氧化。砷生成As2O3揮發是從爐溫700℃開始的,此時部分銻也生成Sb2O3揮發,部分銻呈Sb2O4浮于熔池表面。當爐溫超過900℃后,殘留的絕大部分砷、銻都生成不易揮發的五氧化物進入渣中。重金屬中除少量鉛被氧化揮發外,其余的鉛、銅、鎳、鉍等均進入貴鉛中。
熔煉初期升溫應緩慢些。經1~1.5h把爐溫升高至950~1000℃后,再加大風、油量升溫至1150~1200℃。待爐料熔化后用扒子徹底攪動熔池一次,以防爐料粘底。熔煉后期再升溫至1250~1300℃并保持此溫度到放完稀渣,熔煉后期(放渣前1~2h)的升溫能熔化粘結在爐壁上的渣,以便出渣時一道清出。否則,在扒完渣出貴鉛時,會因合金放出大量潛熱使爐溫升高,渣從爐壁熔下而影響貴鉛質量。放稀渣時,要經常觀測渣層厚度,正確控制放渣量。扒粘渣時,應適當抬高爐口,操作要平穩,以免攪動熔池中金屬,并盡量不要帶出金屬。根據生產實踐,在稀渣與粘渣的比例為1.5~2∶1時較好操作。扒渣后將貴鉛放入吊煲,再澆入鑄鐵模中產出貴鉛錠,送分銀爐熔煉銀陽極板。每爐貴鉛熔煉總冶煉時間為8~12h。貴鉛中金、銀總量在40%左右。
所產出的稀渣,通常含有0.1%~0.2%的銀和少量金,送鼓風爐富集后再入貴鉛爐熔煉銅銀合金,或者將稀渣送熔煉鉛。貴鉛爐產出的粘渣通常含有較多的金、銀,可再入貴鉛爐熔煉成“返回渣貴鉛”。煙塵的組分主要為砷、銻的氧化物,并含少量氧化鉛等。
三、返回渣的熔煉
貴鉛爐產出的粘渣和分銀爐熔煉的氧化渣(俗稱返回渣),入貴鉛爐熔煉產出返回渣貴鉛。由于返渣密度大,2.5t爐子可熔煉3.5t以上的這種渣,并配入7%~12%碳酸鈉、8%~10%碎焦屑、2%~4%螢石粉。固返渣中含鐵(Fe2O3和Fe3O4)多,一般不配鐵屑。
返渣的熔煉作業與脫銅、硒浸出渣基本相同。每爐總冶煉時間達19~23h,原料與熔劑入爐熔融,并在還原和造渣結束及清除液面渣以后,往熔池合金液中插入涂敷耐火泥的鋼管吹風,以加速賤金屬的氧化。為了使爐料中的賤金屬雜質按順序氧化,熔煉過程中熔池的氧化氣氛不宜過強,渣量(干渣)也不宜過多。
熔煉產出的返回渣貴鉛,含金、銀總量約15%~30%。送分銀爐精煉。稀渣和粘渣合并送鼓風爐富集后,返回貴鉛爐熔煉銅銀合金。
四、銅銀合金渣的熔煉
返回渣熔煉的稀渣和粘渣經鼓風爐富集后,再入貴鉛爐熔煉成銅銀合金。由于原料密度大,故上述的2.5t轉爐每爐可處理該原料6~8t,總冶煉時間為40~90h。
爐料經熔融后吹風氧化,至取樣斷面呈粉紅色,其中夾雜有粗粒的氧化銅結晶析出時終止熔煉。產出的爐渣送銅鼓風爐回收銅。
所產出的銅銀合金,經風淬器風淬成粉狀,加入濃硫酸焙炒使之硫酸鹽化,再于浸出脫銅槽浸出脫銅。脫銅浸出渣與陽極泥脫銅、硒浸出渣合并熔煉。
某廠使用的小型風淬器如圖2。風淬器由鋼板焊制成,進風管為25~40mm,供入風壓147.099~196.133kPa(1.5~2kg∕cm2),出風扎按圓周開8只直徑3.5mm的斜孔,孔斜10°~25°,各孔相交于同一中心點。熔融的銅銀合金注入鋼質內敷耐火泥和焦粉混合料搗制的漏斗中,由漏斗底部的中心孔流出,經風淬器出風孔組成的交叉點時,熔融合金被高壓風打碎成粉末(俗稱銅銀合金渣),送硫酸鹽化焙炒和浸出除銅。
圖2 風淬器示意圖(單位:mm)
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