研究简报不同渣型的铜熔炼中冰铜品位对伴生元素分配行为的影响谭鹏夫 张传福(中南工业大学有色冶金系 长沙410083)摘 要 利用已开发的多相多成份系统平衡计算模型,对铜熔炼过程进行了模拟,研究了冰铜品位对伴生元素Ni 、Co 、Sn 、Pb 、Zn 、As 、Sb 和Bi 在造硅酸铁炉渣和铁酸钙炉渣的铜熔炼体系中分配行为的影响.结果表明:在生产高品位冰铜时,As 、Sb 和Bi 的脱除率较低,铁酸钙炉渣对脱除有害杂质As 和Sb 比硅酸铁炉渣有效得多,N i 、Co 、Pb 和Zn 则大量进入这两种渣中,得以脱除.关键词 铜熔炼,分配率,冰铜品位,平衡计算模型中图分类号 TF811,O2421 前 言铜冶炼的关键技术在于控制伴生元素的行为,因为优质铜是由伴生元素的有效控制和脱除产生的.由于节能和改善环境的需要,硫化矿熔炼已逐步采用富氧和生产高品位冰铜等强化熔炼措施,因此极大改变了硫化矿中伴生元素在熔炼和吹炼过程中的分配行为.同时,随着矿石品位的下降及其成份的复杂化,矿石中的杂质元素对环境的污染及在产品中的富集亦日趋严峻,从而导致冶炼过程操作困难和产品质量下降.Itagaki 和Yazawa [1]在热力学数据的基础上评价了第VA 族元素As 、Sb 和Bi 在造硅酸铁炉渣的铜熔炼中的分配行为.Chaubal [2]和Seo 等[3]以传质方程为基础,开发了As 、Sb 和Bi 在铜闪速熔炼过程中的挥发模型.但他们均未考虑Ni 、Co 、Sn 、Pb 和Zn 在铜冶炼中的分配,也未讨论伴生元素在造铁酸钙炉渣的铜冶炼中的行为.本研究利用已开发的多相多组份系统平衡计算模型,对铜熔炼过程进行了模拟,研究了冰铜品位对伴生元素Ni 、Co 、Sb 、Pb 和Zn 分配行为的影响.2 伴生元素在铜冶炼过程中分配行为的数学模型在铜火法冶炼的提铜期,冶炼过程的物理化学性质基本是不变的.伴生元素的行为主要受金属铜相的存在所控制.而在提取冰铜时,伴生元素的行为是过程的另一重要操作参数 冰铜 国家经贸委资助项目收稿日期: 1997-04-14,修回日期: 1997-05-15谭鹏夫:男,27岁,博士后,有色冶金专业第19卷第2期1998年 5月化 工 冶 金Engineering Chem istry &Metallurgy Vol 19No 2M ay 1998品位的函数.由于冰铜品位和其它过程参数一样可以改变,因而在控制伴生元素的行为方面有很大的灵活性.作者已开发了多相多成份系统平衡计算模型[5-7](活度系数数据见文献[6]中表3),模拟了铜闪速熔炼过程.对贵溪冶炼厂闪速熔炼过程的模拟结果与实际生产数据[5]的对比见表1.表1 贵溪冶炼厂闪速熔炼过程的模拟结果与实际生产数据的对比Table 1 Comparison of the prediction w ith the commercial data froma flash smelting process at Guix i Smelter in ChinaCom p.( ,%)Cu S Fe SiO 2Pb Zn As Bi Sb Co Au Ag Sn Ni Charge21.0728.3626.3412.240.130.330.120.0410.0920.010.00070.00770.0010.01Ind.matte51.9422.63-0.240.240.350.100.0610.0830.0160.00170.01820.0020.018Pred.matte51.4720.9722.650.640.230.360.060.0140.0860.0130.00170.01900.0030.014Ind.slag1.130.5739.0832.940.0370.460.12<0.0050.110.0030.000020.0008<0.0050.002Pred.slag 0.900.4045.1531.430.0270.410.09<0.0050.120.0030.000020.00020.000090.0023 冰铜品位对伴生元素在铜熔炼中分配行为的影响贵溪冶炼厂1993年7月的混合矿成份见表1.其实际生产操作条件如下:混合矿量:60000kg/h,平均鼓风量:41.3kNm 3/h,平均工业氧气量: 4.046kNm 3/h,富氧浓度:27%,氧气利用率:99%,熔炼温度:1483K,重油消耗量:780kg /h.图1 伴生元素在造硅酸铁炉渣的铜熔炼过程中的分配行为与冰铜品位的关系Fig.1 Distributions of accessory elements and mat te gradeduring fayalite slag making copper smelt ing图1为伴生元素在造硅酸铁炉渣的铜熔炼过程中的分配行为与冰铜品位的关系,(M)g 、<M >sl 和[M]M t 分别表示M 在气相、炉渣和冰铜中的分配率.由图1可知:随着冰铜品位的升高,1672期谭鹏夫等:不同渣型的铜熔炼中冰铜品位对伴生元素分配行为的影响As 在冰铜中的分配率有增大的趋势,Sb 和Bi 的变化不明显.这是由于As 在冰铜中的活度系数随着冰铜品位的升高而急剧下降,从而说明As 对高品位冰铜有较强的亲合力.Sn 、Pb 、Zn 、Ni 和Co 在冰铜中的分配率随冰铜品位的升高反而大大减小.对于上述所有伴生元素,它们在渣中的分配率都随冰铜品位的升高而明显增大.这是因为冰铜品位越高,渣量越大,从而渣中带走的伴生元素的量就越多.因此,在处理有害杂质As 、Sb 和Bi 含量高的精矿时,不宜采用生产高品位冰铜的技术方案.上面讨论的铜熔炼过程为造硅酸铁炉渣.现将渣中的SiO 2用CaO 来取代,这样,硅酸铁炉渣就转换成了铁酸钙炉渣,渣中各化学组份的活度系数亦相应采用铁酸钙炉渣的活度系数[4,5].假定其精矿成份及操作条件保持不变,只改变风量来调整冰铜品位.图2为造铁酸钙炉渣的铜熔炼体系中伴生元素的分配行为与冰铜品位的关系.与图1对比可知:As 、Sb 在铁酸钙炉渣中的脱除率远远高于它们在硅酸铁炉渣中的脱除率,而Pb 、Zn 则相反.这是由于As 和Sb 在铁酸钙渣中的活度系数远小于在硅酸铁渣中的活度系数,从而说明As 和Sb 对铁酸钙渣有较强的亲合力,而Pb 、Zn 则相反.无论是造硅酸铁炉渣,还是铁酸钙炉渣,在生产高品位冰铜时,Pb 、Zn 、Ni 和Co 均很难进入冰铜相中得以回收.图2 造铁酸钙炉渣的铜熔炼体系中伴生元素的分配行为与冰铜品位的关系Fig.2 Distributions of accessory elements and mat te grade during ferrit e slag making c opper smelt ing 4 结 论在铜熔炼过程中,冰铜品位是一个十分重要的控制参数,它对冶炼过程有重大影响.借助多相多成份系统平衡计算模型,模拟了铜闪速熔炼过程,结果显示了冰铜品位对伴生元素Ni 、Co 、Sn 、Pb 、Zn 、As 、Sb 和Bi 在造硅酸铁炉渣和铁酸钙炉渣的铜冶炼体系中分配行为的影响.(1)无论是硅酸铁炉渣体系,还是铁酸钙炉渣体系,伴生元素Ni 、Co 、Sn 、Pb 、Zn 、As 、Sb 和Bi 168 化 工 冶 金19 卷在渣中的分配率均随冰铜品位的升高而明显增大.(2)在处理As 、Sb 等有害杂质含量高的精矿或冰铜时,宜采用生产低品位冰铜的技术方案.(3)对于这两种渣型,在生产高品位冰铜时,Pb 、Zn 、Ni 和Co 均大量进入渣中.参考文献1 Itagak i K.,Yazawa A.Thermodynamic Evalution of Distri bution Behavi ors of VA Elements and Effect of the Use of Oxygen inCopper Smelting.M etallurgical Review of M M IJ,1986,3(3):87-1002 Chaubal P.C.M athematical M odeli ng of M inor-Elem ent Behavior in Flash Sm elting of Copper Concentrates and Flash Concerting of Copper M attes.M etallurgical Transactions,1989,20B(2):39-513 Seo K.W.,Sohn H.Y.M athemati cal M odeling of Sulfide Flash Smelting Process:Part 3:Vol atilization of M inor Elements.M etallurgical Transacti ons,1991,22B(12):791-7994 T akeda Y.,Ishinata S.,Yazaw a A.Di stribution of M inor Elements betw een Liquid Copper and Calcium Ferrite Slag.Trans actions of the Japan Institute of M etals,1983,24(7):518-5285 谭鹏夫.硫化矿冶炼过程的计算机模拟.中南工业大学博士学位论文,19966 T an Pengfu,Zhang puter M odel of Copper Smelting Process and Distributi on Behaviors of Accessory Elements.Journals of Central South University of T echnology,1997,4(1):36 417 谭鹏夫,张传福.镍造硫熔炼过程及伴生元素行为的计算机模型,化工冶金,1997,18(1):81EFFECT OF MATTE GRADE UPO N DISTRIBUTIO NBEHAVIORS OF AC CESSORY ELEMENTS INFAYALITE SLAG MAKING AND FERRITE SLAG MAKINGPROCESSES FOR CO PPER SMELTINGTAN Pengfu ZHANG Chuanfu(Dep t.N onf er rous Metall.,Centr al South Univ.T echnol.,Changsha 410083,China)ABSTRAC T By use of the developed equilibrium calculation model,the distribution behavior of ac cessory elements in copper smelting was simulated w ith emphasis on effect of matte grade upon dis tribution of accessory elements such as Ni,Co,Sn,Pb,Zn,As,Sb and Bi matte,gaseous phase and fayalite slag or ferrite slag during copper smelting.Ferrite slag is show n to be more efficient in removing As and Sb than fay alite slag.Fayalite slag and ferrite slag are equally efficient for the re moval of Ni,Co,Pb and Zn from matte.KEY WORDS Copper smelting,Distribution ratio,M atte grade,Equilibrium calculation model 1692期谭鹏夫等:不同渣型的铜熔炼中冰铜品位对伴生元素分配行为的影响。