CN101705360B - 铜冶炼热态炉渣提铁工艺与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种铜冶炼热态炉渣提铁工艺与装置,它将铜冶炼热态炉渣在同一台炉子内完成贫化提铜和还原提铁,提铜在第一熔池即铜贫化区进行,用电极弧或燃料提供热能,用氮气搅拌使细冰铜颗粒碰撞长大,实现沉降分离。贫化后的渣自动流入第二熔池即铁还原区,用侧吹或顶吹方法喷入煤、生石灰、富氧空气实现还原提铁。本发明优点:一是充分回收了铜冶炼炉渣中的铜和铁,铜回收率>90%,铁回收率>95%;二是充分利用了热态炉渣的显热,节约了能源和成本;三是在单台炉子实现提铜和提铁,节约了设备投资和占地面积。
Description
技术领域
本发明涉及铜和钢铁冶金技术领域,特别涉及一种铜冶炼热态炉渣提铁工艺与装置。
背景技术
目前各种铜冶炼方法产生的热态炉渣含Cu大于0.6%,含Fe大于40%,目前,世界上对铜冶炼炉渣回收的重点都放在回收铜方面,对于炉渣中的铁都没有回收。炉渣回收铜的方法主要有两种:第一种是通过各种方式将热态炉渣含Cu降到0.3%以下后,用水淬方式产生细颗粒黑砂,用于防腐喷砂除锈或废弃;第二种是将热态炉渣缓冷降温后,用选矿法回收渣中铜,选矿后产生的含Cu小于0.30%的尾渣废弃。铜冶炼热炉态渣的这两种处理方法主要缺点:一是热炉态渣的热量没有利用,造成能源浪费;二是炉渣中的铁没有回收,造成铁资源的极大浪费。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题,提供一种铜冶炼热态炉渣提铁工艺与装置,实现铁资源和能源的回收利用。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种铜冶炼热态炉渣提铁工艺,将铜冶炼热态炉渣在同一台炉子内完成贫化提铜和还原提铁,提铜在第一熔池即铜贫化区进行,用电极弧或燃料提供热能,用氮气搅拌使细冰铜颗粒碰撞长大,实现沉降分离;贫化后的渣自动流入第二熔池即铁还原区,用侧吹或顶吹方法喷入煤、生石灰和富氧空气实现还原提铁;所述第一熔池中熔体温度控制在1250~1350℃;第二熔池的熔体温度控制在1450~1550℃,烟气温度1500~1650℃,还原区渣的CaO/SiO2重量比为0.8~1.2,富氧空气中O2含量在50~99%,炉内压控制在-20~-100Pa,贫化区渣按质量比含Cu<0.3%,还原区渣按质量比含Fe<2%。
所述在第二熔池液面上部喷入工业氧实现CO二次燃烧,燃烧热通过传导和辐射被喷溅渣吸收后带入熔体,维持熔体的热平衡。
还原区加入石灰石替代生石灰;若铜冶炼热态炉渣中含Fe3O4较高,则在贫化区加入固体冰铜或黄铁矿还原。
一种铜冶炼热态炉渣提铁工艺用装置,它包括炉体,炉体用上下部挡墙将炉体内部分隔为两个区:第一熔池即铜贫化区和第二熔池即铁还原区;在第一熔池上设有热铜渣加料口和冰铜排放口,在第一熔池上部设有氮气管、燃料烧嘴、电极以及固体加料口;在第二熔池内设有氧气口和喷嘴口,在顶部设有溶剂加料口,侧面设有炉渣排放口,下部设有铁水排放口;第二熔池与烟道连通。
本发明的另一种结构为,它包括炉体,炉体用上下部挡墙将炉体内部分隔为两个区:第一熔池即铜贫化区和第二熔池即铁还原区;在第一熔池上设有热铜渣加料口和冰铜排放口,在第一熔池上部设有氮气管、燃料烧嘴、电极以及固体加料口;在第二熔池内设有氧气口,在顶部设有溶剂加料口和喷枪,喷枪内喷出工业氧和富氧空气、煤粉和生石灰,在第二熔池的侧面设有炉渣排放口,下部设有铁水排放口;第二熔池与烟道连通。
所述第一熔池和第二熔池烟气区是相通的,还原区和贫化区的烟气热量可以互补。
所述第一熔池和第二熔池问与铜和铁水接触的下部挡墙采用耐火砖,与渣接触的上部挡墙采用水冷铜套和溢流口;两个熔池的四周侧墙采用水冷铜套加内衬耐火砖结构。
本发明的原理:
铜冶炼热态炉渣温度1250~1350℃,炉渣成分按重量份为:Cu 0.6~2.5%,Fe 40~45%,SiO230~35%,CaO 1~2%,S 0.5~0.7%,其余为杂质。炉渣中铜主要以Cu2S颗粒机械夹杂形式存在。由于铜比铁的还原性强,所以,对铜冶炼热态炉渣直接还原提铁时必然也把铜带入铁里。为此,必须首先用贫化法提铜,即将高温热融炉渣装入贫化熔池内,用电极弧或燃料烧嘴提供热量,因铜主要以极细的Cu2S颗粒夹杂于炉渣中,故可以通入氮气搅拌炉渣,使细小的Cu2S颗粒碰撞长大,从而沉降于熔池底部,达到铜渣分离的目的。另外,对于强氧化冶炼和高品位冰铜冶炼,炉渣中含有8~16%的Fe3O4,增加了炉渣粘度,阻碍了Cu2S颗粒的沉降分离,所以对于强氧化熔炼的炉渣,可以在第一熔池(铜贫化区)加入固体冰铜或黄铁矿,使Fe3O4还原,主要反应Fe3O4+FeS→FeO+SiO2,降低炉渣粘性,促进冰铜的沉降分离,贫化后得到的冰铜通过冰铜排放口放出。贫化后含铜低于0.3%的渣通过溢流口流入到第二熔池(铁还原区)。当第二熔池装满热熔渣时,通过埋在渣层下部的喷嘴口或安装于炉顶的喷枪喷入煤、生石灰和富氧空气,煤既是还原剂也是热源,煤中一部分碳将氧化铁还原成铁并生成CO气体,另一部分碳与氧一次反应生成CO气体并提供热量,产生的铁由于比重较大沉入熔池底分离,CO等气体的上升引起渣熔体的喷溅,在渣熔体的上部通入工业氧与CO形成二次燃烧,燃烧后的热量通过传导和辐射被喷溅渣吸收后带入熔体。一次燃烧和二次燃烧保证了炉子的热平衡。铁水通过铁水排放口放出。渣通过炉渣排放口放出,用于下一步生产水泥熟料或生产微晶玻璃等。烟气通过余热锅炉回收蒸汽用于发电。
铁还原区的主要反应:
FeO+C→Fe+CO
Fe2O3+C→Fe+CO
C+O2→CO+Q热
CaO+SiO2→CaO·SiO2
烟气区的反应:
CO+O2→CO2+Q热
本发明的参数和指标:
贫化区的熔体温度1250~1350℃。还原区的熔体温度1450~1550℃,烟气温度1500~1650℃,炉内压-20~-100Pa,还原区渣中CaO/SiO2重量比为0.8~1.2,富氧空气O2含量为50~99%,富氧空气流量和压力随炉子大小而定。氮气流量和压力随炉子大小而定。贫化区渣含Cu<0.3%,还原区渣含Fe<2%。铜回收率>90%,铁回收率>95%。
本发明的优点:
1.充分回收了铜冶炼炉渣中的铜和铁,铜回收率>90%,铁回收率>95%。
2.充分利用了热态炉渣的显热,节约了大量能源和成本。
3.在单台炉子同时实现提铜和提铁,节约了大量设备投资和占地面积。
4.提铁后的渣适宜于做水泥熟料和微晶玻璃等,实现了资源利用最大化和污染的零排放。
附图说明
图1为第一实施例结构示意图;
图2为第二实施例结构示意图。
其中,1.热铜渣加料口,2.氮气管,3.电极,4.燃料烧嘴,5.水冷铜套,6.溢流口,7.喷枪,8.氧气口,9.铁水排放口,10.冰铜排放口,11.炉渣排放口,12.烟道,13.喷嘴口,14.第一熔池,15.第二熔池,16.固体加料口,17.溶剂加料口。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
实施例1:
图1中,它包括炉体,炉体用上下部挡墙将炉体内部分隔为两个区:第一熔池14即铜贫化区和第二熔池15即铁还原区;在第一熔池14上设有热铜渣加料口1和冰铜排放口10,在第一熔池14上部设有氮气管2、燃料烧嘴4、电极3以及固体加料口16;在第二熔池15内设有氧气口8和喷嘴口13,在顶部则设有溶剂加料口17,侧面设有炉渣排放口11,下部设有铁水排放口9。第二熔池15与烟道12连通。
两个熔池烟气区是相通的,还原区和贫化区的烟气热量可以互补。
两熔池间与铜和铁水接触的下部挡墙采用耐火砖,与渣接触的上部挡墙采用水冷铜套5和溢流口6;两个熔池的四周侧墙采用水冷铜套加内衬耐火砖结构。
在冶炼时,将铜冶炼热渣通过热铜渣加料口1送入炉内的第一熔池14(铜贫化区),然后用氮气管2通入氮气搅拌熔体渣层,使细冰铜颗粒碰撞长大后从渣中沉降,完成铜渣分离,热能靠插入电极3提供或靠燃料烧嘴4燃烧燃料提供,沉降的冰铜通过虹吸从冰铜排放口10放出。贫化后的渣通过虹吸从水冷铜套5的溢流口6自动流入到第二熔池15(铁还原区),通过下部喷嘴口13向渣层喷入煤、生石灰、富氧空气,使铁从炉渣中还原出来,通过上部氧气口8向炉内通入工业氧使CO二次燃烧,产生的热量通过传导和辐射被喷溅渣吸收后带入熔体,维持炉子热平衡。产生的铁水通过铁水排放口9放出,还原后的炉渣通过虹吸从炉渣排放口11排出,高温烟气通过烟道12进入余热锅炉回收蒸汽用于发电。
实施例2:
图2中,它包括炉体,炉体用上下部挡墙将炉体内部分隔为两个区:第一熔池14即铜贫化区和第二熔池15即铁还原区;在第一熔池14上设有热铜渣加料口1和冰铜排放口10,在第一熔池14上部设有氮气管2、燃料烧嘴4、电极3以及固体加料口16;在第二熔池15内设有氧气口8,在顶部设有溶剂加料口17和喷枪7,喷枪7内喷出工业氧和富氧空气、煤粉和生石灰,在第二熔池15的侧面设有炉渣排放口11,下部设有铁水排放口9;第二熔池15与烟道12连通。
两个熔池烟气区是相通的,还原区和贫化区的烟气热量可以互补。
两熔池间与铜和铁水接触的下部挡墙采用耐火砖,与渣接触的上部挡墙采用水冷铜套5和溢流口6;两个熔池的四周侧墙采用水冷铜套5加内衬耐火砖结构。
在冶炼时,将铜冶炼热渣通过热铜渣加料口1送入炉内的第一熔池14(铜贫化区),然后用氮气管2通入氮气搅拌熔体渣层,使细冰铜颗粒碰撞长大后从渣中沉降,完成铜渣分离,热能靠插入电极3提供或靠燃料烧嘴4燃烧燃料提供,沉降的冰铜通过虹吸从冰铜排放口10放出。贫化后的渣通过虹吸从水冷铜套5的溢流口6自动流入到第二熔池15(铁还原区),通过喷枪7向渣层喷入煤、生石灰、富氧空气,使铁从炉渣中还原出来,通过喷枪7外部管或氧气口8向炉内通入工业氧使CO二次燃烧,产生的热量通过传导和辐射被喷溅渣吸收后带入熔体,维持炉子热平衡。产生的铁水通过铁水排放口9放出,还原后的炉渣通过虹吸从炉渣排放口11放出,高温烟气通过烟道12进入余热锅炉回收蒸汽用于发电。
实施例3:
本发明在整个的冶炼过程中,铜冶炼热态炉渣在同一台炉子内完成贫化提铜和还原提铁,提铜在第一熔池即铜贫化区进行,用电极弧或燃料提供热能,用氮气搅拌使细冰铜颗粒碰撞长大,实现沉降分离。贫化后的渣自动流入第二熔池即铁还原区,用侧吹或顶吹方法喷入煤、生石灰、富氧空气实现还原提铁。
在第二熔池液面上部喷入工业氧实现CO二次燃烧,燃烧热通过传导和辐射被喷溅渣吸收后带入熔体,维持熔体的热平衡。
第一熔池中熔体温度控制在1250℃;第二熔池的熔体温度控制在1450℃,烟气温度1500℃,渣中CaO/SiO2重量比为0.8~1.2,富氧空气中O2含量在50%,炉内压控制在-20Pa。贫化区渣按质量比含Cu<0.3%,还原区渣按质量比含Fe<2%。
从还原区的溶剂加料口加入石灰石替代生石灰;若铜热态炉渣中含Fe3O4较高,则从贫化区的固体加料口加入固体冰铜或黄铁矿还原。
实施例4:
本发明在整个的冶炼过程中,铜冶炼热态炉渣在同一台炉子内完成贫化提铜和还原提铁,提铜在第一熔池即铜贫化区进行,用电极弧或燃料提供热能,用氮气搅拌使细冰铜颗粒碰撞长大,实现沉降分离,贫化后的渣自动流入第二熔池即铁还原区,用侧吹或顶吹方法喷入煤、生石灰、富氧空气实现还原提铁。
在第二熔池液面上部喷入工业氧实现CO二次燃烧,燃烧热通过传导和辐射被喷溅渣吸收后带入熔体,维持熔体的热平衡。
第一熔池中熔体温度控制在1300℃;第二熔池的熔体温度控制在1500℃,烟气温度1600℃,渣中CaO/SiO2重量比为0.8~1.2,富氧空气中O2含量在70%,炉内压控制在-60Pa。
从还原区的溶剂加料口加入石灰石替代生石灰;若铜热态炉渣中含Fe3O4较高,则在贫化区的固体加料口加入固体冰铜或黄铁矿还原。
实施例5:
本发明在整个的冶炼过程中,铜冶炼热态炉渣在同一台炉子内完成贫化提铜和还原提铁,提铜在第一熔池即铜贫化区进行,用电极弧或燃料提供热能,用氮气搅拌使细冰铜颗粒碰撞长大,实现沉降分离,贫化后的渣自动流入第二熔池即铁还原区,用侧吹或顶吹方法喷入煤、生石灰、富氧空气实现还原提铁。
在第二熔池液面上部喷入工业氧实现CO二次燃烧,燃烧热通过传导和辐射被喷溅渣吸收后带入熔体,维持熔体的热平衡。
第一熔池中熔体温度控制在1350℃;第二熔池的熔体温度控制在1550℃,烟气温度1650℃,渣中CaO/SiO2重量比为0.8~1.2,富氧空气中O2含量在99%,炉内压控制在-100Pa。
从还原区的溶剂加料口加入石灰石替代生石灰;若铜热态炉渣中含Fe3O4较高,则从贫化区的固体加料口加入固体冰铜或黄铁矿还原。
Claims (7)
1.一种铜冶炼热态炉渣提铁工艺,其特征是,将铜冶炼热态炉渣在同一台炉子内完成贫化提铜和还原提铁,提铜在第一熔池即铜贫化区进行,用电极弧或燃料提供热能,用氮气搅拌使细冰铜颗粒碰撞长大,实现沉降分离;贫化后的渣自动流入第二熔池即铁还原区,用侧吹或顶吹方法喷入煤、生石灰和富氧空气实现还原提铁;所述第一熔池中熔体温度控制在1250~1350℃;第二熔池的熔体温度控制在1450~1550℃,烟气温度1500~1650℃,还原区渣的CaO/SiO2重量比为0.8~1.2,富氧空气中O2含量在50~99%,炉内压控制在-20~-100Pa,贫化区渣按质量比含Cu<0.3%,还原区渣按质量比含Fe<2%。
2.如权利要求1所述的铜冶炼热态炉渣提铁工艺,其特征是,所述第二熔池液面上部喷入工业氧实现CO二次燃烧,燃烧热通过传导和辐射被喷溅渣吸收后带入熔体,维持熔体的热平衡。
3.如权利要求1所述的铜冶炼热态炉渣提铁工艺,其特征是,还原区加入石灰石替代生石灰;若铜冶炼热态炉渣中含Fe3O4较高,则在贫化区加入固体冰铜或黄铁矿还原。
4.一种权利要求1所述的铜冶炼热态炉渣提铁工艺用装置,其特征是,它包括炉体,炉体用上下部挡墙将炉体内部分隔为两个区:第一熔池即铜贫化区和第二熔池即铁还原区;在第一熔池上设有热铜渣加料口和冰铜排放口,在第一熔池上部设有氮气管、燃料烧嘴、电极以及固体加料口;在第二熔池内设有氧气口和喷嘴口,在顶部设有溶剂加料口,侧面设有炉渣排放口,下部设有铁水排放口;第二熔池与烟道连通。
5.一种权利要求1所述的铜冶炼热态炉渣提铁工艺用装置,其特征是,它包括炉体,炉体用上下部挡墙将炉体内部分隔为两个区:第一熔池即铜贫化区和第二熔池即铁还原区;在第一熔池上设有热铜渣加料口和冰铜排放口,在第一熔池上部设有氮气管、燃料烧嘴、电极以及固体加料口;在第二熔池内设有氧气口,在顶部设有溶剂加料口和喷枪,喷枪内喷出工业氧和富氧空气、煤粉和生石灰,在第二熔池的侧面设有炉渣排放口,下部设有铁水排放口;第二熔池与烟道连通。
6.如权利要求4或5所述的铜冶炼热态炉渣提铁工艺用装置,其特征是,所述第一熔池和第二熔池的烟气区是相通的,还原区和贫化区的烟气热量可以互补。
7.如权利要求4或5所述的铜冶炼热态炉渣提铁工艺用装置,其特征是,所述第一熔池和第二熔池间与铜和铁水接触的下部挡墙采用耐火砖,与渣接触的上部挡墙采用水冷铜套和溢流口;两个熔池的四周侧墙采用水冷铜套加内衬耐火砖结构。
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GR01 | Patent grant |