CN101851704A - 铜冶炼中的转炉渣的干式处理方法及系统 - Google Patents

铜冶炼中的转炉渣的干式处理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种将在铜冶炼过程中从转炉中排出的滤渣转换为炼铁原料的处理方法。该方法是在铜冶炼过程中产生的炉渣的处理方法，其中，将转炉渣装入还原炉，在所述还原炉中进行：加热还原所述炉渣中含有的锌组分和铜组分，以及挥发除去还原锌的步骤。

Description

铜冶炼中的转炉渣的干式处理方法及系统
技术领域
本发明涉及在铜冶炼的过程中从转炉排出的炉渣进行干式处理的方法以及系统。本发明尤其涉及将在铜冶炼中从转炉中排出的炉渣转换为炼铁原料的干式处理方法以及系统。
背景技术
有关铜冶炼的常规顺序如下。在熔化炉(日文：自溶)中使作为原料的铜精矿发生氧化反应，生成铜品位约68％的冰铜(matt)和以氧化铁与硅酸作为主成分的熔化炉炉渣，将它们分离。然后，将冰铜装入转炉中，生成铜品位约99％的粗铜和以硅酸类氧化铁为主成分的转炉渣，将它们分离。粗铜在精炼炉中铸造成铜纯度进一步得到提高的阳极，将该阳极电解精制得到了电解铜。
另一方面，转炉渣经固化后粉碎，然后，主要采用通过浮选回收铜组分的炉渣选矿法(资源素材学会志，“资源与素材”1993.12，Vol 109“非铁冶炼号”第954，965页，“资源与素材”1997.12，Vol 113“再利用大特集号”第996页左栏，最终段落(日文：資源
Figure B2009101749539D0000012
材学会誌、[資源と材]1993.12，Vol 109[
Figure B2009101749539D0000014
鉄製錬号]第954，965頁、[資源と
Figure B2009101749539D0000015
材]1997.12，Vol113[リサイクリング大特集号]第996頁左
Figure B2009101749539D0000016
、最終パラグラフ))。在炉渣选矿工序中，可以分离成Cu品位高的炉渣铜精矿(约25％Cu)和Cu品位低的铁精矿(约0.6％Cu)，炉渣铜精矿经过在熔化炉中反复处理而再利用，铁精矿主要作为水泥原料而再利用。
此外，在日本特开昭53-22115号公报中记载了下述炉渣处理方法，将焦炭、煤炭等固体还原剂或者气体、液体还原剂吹入炉渣中，使熔融状态的转炉渣中含有的氧化铜和Fe3O4还原，从而得到铜品位1％以下的脱铜炉渣和粗铜。
智利的Codelco公司、Caletones冶炼所将下述方法实用化，即，将微碳粉吹入熔融状态下的转炉渣中，还原炉渣中的磁铁矿，从而回收炉渣中的铜组分(Rolando Campos and Luis Torres，CALETONES SMELTER：TWO DECADES OF TECHNOLOGICAL IMPROVEMENTS，The Paul E.Queneau International Symposium，Ontario，CANADA(1993))。
背景技术
专利文献
专利文献1：日本特开昭53-22115号公报
非专利文献
非专利文献1：资源素材学会志、“资源和原材料”1993.12，Vol.109“非铁冶炼号”第954，965页
非专利文献2：“资源和原材料”1997.12，Vol.113“再利用大特集号”第996页左栏、最终段落
非专利文献3：Rolando Campos and Luis Torres，CALETONESSMELTER：TWO DECADES OF TECHNOLOGICAL IMPROVEMENTS，The Paul E.Queneau International Symposium，Ontario，CANADA 1993)
发明内容
近年来，我国的水泥行业存在缩小的倾向，按照专利文献1所记载的炉渣选矿法处理转炉渣而得到的铁精矿的再利用场所难以确保，因此期待转炉渣的新的再利用。从这点考虑，虽然转炉渣含有约50质量份％的铁组分，存在可用作炼铁原料的可能性，但由于转炉渣中含有约4质量％的铜组分、约2质量％的锌组分，将其用作炼铁原料时铜品位和锌品位太高。即使对于通过炉渣选矿法处理而得到的铁精矿而言，虽然仅含有约0.6质量％的铜组分、约2.5质量％的锌组分，但将其作为炼铁原料时铜品位和锌品位还是高。为了用做炼铁原料，希望铜组分为0.3质量％以下、锌组分为1质量％以下。而按照专利文献2和专利文献3所记载的方法处理转炉渣时，铜组分以及锌组分的品位仍然高，不适合作为炼铁原料使用。
于是，本发明的课题在于提供将在铜冶炼过程中从转炉中排出的炉渣转换为炼铁原料的处理方法及系统。
本发明者为了解决上述课题进行深入研究，结果创造了一种炉渣的处理方法，该方法采用在锌冶炼过程中通常使用的炉渣烟化法(slag fuming)，在还原炉内将锌从炉渣中挥发除去的同时将铜还原，接着，在还原炉内，或者在将炉渣输送到了与还原炉串联排列的沉降炉内之后的沉降炉内，使铜沉降而分离还原粗铜和炉渣的炉渣处理方法。通过该方法，可将转炉渣转换为使铜品位和锌品位降低至能够用作炼铁原料的水平的炉渣。此外，铜的沉降分离不是在还原炉中进行而是在沉降炉中进行的另一方式，可以实现转炉渣的连续处理。
通常情况下，炉渣烟化法是将熔融状态下的炉渣加热还原并使炉渣中的Zn、Pb、As等金属挥发的方法，例如，使用具有吹入气体用的喷管(lance)或者在炉底部设置了喷气管的还原炉。从喷管或者喷气管的前端向装入炉内的炉渣喷出还原剂(例如，丙烷气体或重油)和燃烧用空气，从而将炉渣中的金属还原/挥发处理。从炉底部将处理后的炉渣取出，从炉顶部回收挥发金属。
炉渣烟化法虽然在锌冶炼的炉渣处理中是常规方法，但以往没有应用于如本发明的铜冶炼的转炉渣处理中，也没有其必要性。因此，本发明的最大特征在于将炉渣烟化法应用于铜冶炼的转炉渣的处理中。此外，将从还原炉中取出的炉渣输送到沉降炉中，此处，在进行还原铜的沉降分离和回收铜的实施方式中，可以实现转炉渣的连续处理，对于安装行业是非常有利的。
从而，本发明的另一方面提供在铜冶炼过程中产生的转炉渣的处理方法，其中，将转炉渣装入还原炉，在所述还原炉中进行：加热还原所述炉渣中含有的锌组分和铜组分，以及挥发除去还原锌的步骤。
本发明的另一方面提供在铜冶炼过程中产生的转炉渣的处理方法，其中，将转炉渣装入还原炉，在所述还原炉中进行：加热还原所述炉渣中含有的锌组分和铜组分，挥发除去还原锌，以及从炉渣中沉降分离还原铜的步骤。
本发明的另一方面提供在铜冶炼过程中产生的转炉渣的处理方法，其中，将转炉渣装入还原炉，在所述还原炉中进行加热还原所述炉渣中含有的锌组分和铜组分，以及挥发除去还原锌的步骤，接着，将还原铜与炉渣一起从还原炉输送至沉降炉，在沉降炉内进行沉降分离使还原铜从炉渣中分离的步骤。
本发明所涉及的方法之一实施方式中，所述方法还包括对从炉渣中沉降分离了还原铜后的炉渣进行粉碎处理的步骤。
本发明所涉及的方法之另一实施方式中，在还原炉中，将炉渣中所含有的Fe3O4加热还原至FeO。
本发明所涉及的方法之又一实施方式中，所述转炉渣被从下述保持炉装入至还原炉，所述保持炉用于将转炉渣保持在熔融状态，并且调整向还原炉供给的转炉渣的供给量。
本发明的另一方面提供在铜冶炼的过程中产生的转炉渣的处理系统，其包括：还原炉，用于加热还原转炉渣中含有的锌组分和铜组分；排气装置，设置于用于除去已挥发的还原锌的还原炉；抽取装置，用于从还原炉中抽取已沉降分离的还原铜。
本发明所涉及的系统之一实施方式中，所述系统还包括炉渣的粉碎处理装置和输送装置，所述输送装置用于将从还原中排出的炉渣输送至炉渣的粉碎处理装置。
本发明所涉及的系统的另一方面提供铜冶炼过程中所产生的转炉渣的处理系统，其包括还原炉，用于加热还原转炉渣中含有的锌组分和铜组分；排气装置，设置于用于除去已挥发的还原锌的还原炉；沉降炉，用于从炉渣中沉降分离还原铜；输送装置，用于将从还原炉中排出的炉渣输送至沉降炉；抽取装置，用于从沉降炉中抽取已沉降分离的还原铜。
本发明所涉及的系统的另一实施方式中，所述系统还包括炉渣的粉碎处理装置和输送装置，该输送装置用于将沉降炉中排出的炉渣输送至炉渣的粉碎处理装置。
本发明所涉及的系统之一实施方式中，所述系统还包括保持炉和输送装置，所述保持炉用于将转炉渣保持在熔融状态，并调整向还原炉供给的转炉渣的供给量，所述输送装置用于将从保持炉中排出的转炉渣输送至还原炉。
根据本发明，可将转炉渣连续地转换为铜品位以及锌品位降低至可用作炼铁原料的水平的炉渣。此外，也可提高从炉渣中回收铜的效率。
附图说明
图1示出转炉渣的连续处理系统之一发明例。
图2示出转炉渣的成批处理系统之一发明例。
符号说明
1    接收槽
2    保持炉
3    炉渣槽
4    还原炉
5    喷管
6    烟囱
7    袋式过滤器
8    熔体槽
9    沉降炉
10   粗铜槽
11   炉渣槽
12   炉渣粉碎设备
具体实施方式
下面，参考图1和图2说明本发明的转炉渣的处理方法及系统的实施方式。
通常，在铜冶炼的过程中，从转炉排出的炉渣组成如下：铁组分(以Fe3O4和FeO为主)：50～60质量％；硅组分(以SiO2为主)：20～25质量％；铜组分(以CuS或者Cu2O和CuO为主)：3～5质量％；锌组分(以ZnO为主)：3～6质量％；铝组分(以Al2O3为主)：1～3质量％。
因此，在本发明中，“转炉渣”不仅指实际上在铜冶炼过程中从转炉排出的炉渣，也指与铜冶炼的转炉渣具有相同组成的炉渣。例如，在铜冶炼的熔融炉渣中含有3～5％左右的来自原料矿石和熔剂的硅酸矿Al2O3，将其作为炼铁原料使用时氧化铝(Al2O3)品位过高。但是，原料矿石和硅酸矿中的氧化铝品位低且在熔融炉渣中的氧化铝品位低时，可应用本发明。
连续处理系统
首先，说明可对转炉渣进行连续处理的系统。参考图1，将在1250～1330℃的熔融状态下从转炉(图中未示出)流入到接收槽1的炉渣，在保持熔融的状态下导入到保持炉2中。向保持炉2中导入炉渣也可以不在熔融状态下，例如，可利用加料斗装入粒状炉渣，再导入到保持炉2中。导入到保持炉2中的炉渣可保持熔融状态。保持炉2起到调整向还原炉4供给的炉渣量。例如，通过向还原炉4供给一定流量的炉渣，可支援炉渣处理系统的稳定的连续作业。
从保持炉2排出的炉渣，以熔融状态通过炉渣槽3，被装入到还原炉4中。在还原炉4中，炉渣中的锌组分和铜组分以及其它的金属成分被还原。此外，虽然在炉渣中含有相当量的磁铁矿(Fe3O4)，但由于被还原至FeO，从而可降低炉渣的粘性。若炉渣的粘性降低，则在炉渣中滴落的还原铜容易进行沉降分离，提高了下一步骤的铜回收率。
对于还原剂没有特别限定，可以举出焦炭以及煤碳等固体碳质还原剂，氢以及烃(甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等)等气体还原剂，石油及重油等液体还原剂。典型地可以使用LPG。优选还原剂与燃烧用空气同时从炉顶部插入的喷管6的前端喷出至装入在还原炉4内的炉渣的顶吹方法。由此，通过强烈搅拌还原炉4内熔融的炉渣，可以提高炉渣与还原剂的反应效率。喷管的前端也可以浸渍在炉渣内。还原剂的供给也可以利用设置于炉底部的喷气管进行。此外，通过增加还原剂的导入量和还原时间，可以提高还原反应效率。即，可以降低炉渣中的锌品位以及铜品位。
在还原炉4中，例如，使用丙烷作为还原剂时，产生如下所述的还原反应。
10Cu2O+C3H8→20Cu+3CO2+4H2O
10ZnO+C3H8→10Zn+3CO2+4H2O
10Fe3O4+C3H8→30FeO+3CO2+4H2O
经还原后的锌从炉渣相挥发，与其他挥发成分或者微细的炉渣颗粒一起作为炉渣烟化物从烟囱6排出。在烟道中设置有袋式过滤器7，通过其可回收锌。此外，为了降低排气温度，可向烟道喷雾冷却水也可以设置水冷却塔(图中未示出)。还原锌向烟囱6输送的过程中，可被空气等氧化而以氧化锌的形式回收。炉渣烟化粉尘中通常含有铅。
还原反应结束后，含有还原铜的炉渣从还原炉4排出并通过熔体槽8，仍以熔融状态导入到沉降炉9中。此处，利用还原铜与炉渣之间的比重差进行沉降分离。由于沉降分离不是在还原炉4中进行而是在另设的沉降炉9中进行，因此可实现连续作业。通过增加沉降分离的时间，可提高沉降分离的效率，从而可降低炉渣中的铜品位。换言之，可以提高铜的回收效率。
在沉降分离之后，还原铜通过粗铜槽10而被取出。还原铜具有60～80质量％的铜品位，可以重返回转炉。另一方面，分离出还原铜后的炉渣通过炉渣槽11被输送到炉渣粉碎设备12，粉碎成容易利用的适当粒度。作为粉碎设备没有特别的限定，例如，可以举出水粉碎机、粉碎剂、磨碎机等的组合粉碎等。
通过以上的步骤，可将炉渣中的铜品位降低至0.3质量％以下，将锌品位降低至1％以下。因此，根据本发明处理得到的炉渣可作为炼铁原料使用。
在本实施方式中，可以对转炉渣进行连续处理。因此，在系统的连续运转中可以同时进行以下步骤：在炉内的还原反应以及还原锌的挥发除去、沉降炉中的还原铜的沉降分离、在炉渣粉碎设备中的炉渣的粉碎处理。
分批式处理系统
接着，说明对转炉渣进行分批式处理的系统。参考图2，从转炉(图中未示出)中在1250～1330℃的熔融状态下流入到接收槽1的炉渣，在保持熔融的状态下导入到还原炉4中。在还原炉4中，炉渣的锌组分、铜组分及其它金属成分被还原。可使用的还原剂、还原炉4内的还原反应与连续处理系统的情况相同。有关还原后的锌的回收也与连续处理系统的情况相同。
还原反应结束后，还原铜在还原炉4内沉降分离。沉降分离后，还原铜通过粗铜槽10取出。另一方面，分离出还原铜后的炉渣通过炉渣槽11而被输送到炉渣粉碎设备12，粉碎成容易利用的适当粒度。经处理后的炉渣可用作炼铁原料。还原炉也可并列多台而设置。
实施例
以下，说明本发明的实施例，但实施例仅以例示为目的，并不用于限定本发明。
试验1(坩埚试验)
将从铜冶炼的转炉中排出的1.1kg炉渣在氮气氛围中加入到坩埚中，加热到1250℃使之熔融。接着，向坩埚中以8.25L/hr吹入丙烷气体、以8.25L/hr吹入空气，吹入持续1小时，进行炉渣中的铜、锌和磁铁矿(Fe3O4)的还原反应。在反应中，所生成的还原锌自然地从坩埚的开口部挥发而被除去。之后，将生成的还原铜沉降，从炉渣中分离。
对于试验前后的转炉渣中的铜品位以及锌品位的变化示于表1中。
表1
Figure B2009101749539D0000081
试验2(模拟仿真试验1)
鉴于上述坩埚试验结果，构筑图1所记载的系统，在一定的条件下连续操作，将可推知的处理结果的计算结果记载于表2。模拟操作条件如下。
还原炉尺寸：Φ3m×8m(56m3)
熔体温度：1250℃
还原时间：1小时
还原剂：LPG(436kg/hr)+空气(3178Nm3/hr)
沉降时间：1小时
表2
Figure B2009101749539D0000082
试验3(模拟仿真试验2)
鉴于上述坩埚试验结果，构筑图1所记载的系统，在另一条件下连续操作，将可推知的处理结果的计算结果记载于表3。模拟操作条件如下。
还原炉尺寸：Φ3m×8m(56m3)
熔体温度：1250℃
还原时间：1小时
还原剂：重油(605kg/hr)+空气(3883Nm3/hr)
沉降时间：1小时
表3
Figure B2009101749539D0000091

Claims (11)

1.在铜冶炼过程中产生的转炉渣的处理方法，其中，
将转炉渣装入还原炉，在所述还原炉中进行：加热还原所述炉渣中含有的锌组分和铜组分，以及挥发除去还原锌的步骤。
2.在铜冶炼过程中产生的转炉渣的处理方法，其中，
将转炉渣装入还原炉，在所述还原炉中进行：加热还原所述炉渣中含有的锌组分和铜组分，挥发除去还原锌，以及从炉渣中沉降分离还原铜的步骤。
3.在铜冶炼过程中产生的转炉渣的处理方法，其中，
将转炉渣装入还原炉，在所述还原炉中进行加热还原所述炉渣中含有的锌组分和铜组分，以及挥发除去还原锌的步骤，接着，将还原铜与炉渣一起从还原炉输送至沉降炉，在沉降炉内进行沉降分离使还原铜从炉渣中分离的步骤。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，
所述方法还包括对从炉渣中沉降分离了还原铜后的炉渣进行粉碎处理的步骤。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其中，
在还原炉中，将炉渣中所含有的Fe3O4加热还原至FeO。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的方法，其中，
所述转炉渣被从下述保持炉装入至还原炉，所述保持炉用于将转炉渣保持在熔融状态，并且调整向还原炉供给的转炉渣的供给量。
7.在铜冶炼的过程中产生的转炉渣的处理系统，其包括：
还原炉，用于加热还原转炉渣中含有的锌组分和铜组分；
排气装置，设置于用于除去已挥发的还原锌的还原炉；
抽取装置，用于从还原炉中抽取已沉降分离的还原铜。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，
所述系统还包括炉渣的粉碎处理装置和输送装置，所述输送装置用于将从还原炉中排出的炉渣输送至炉渣的粉碎处理装置。
9.在铜冶炼过程中产生的转炉渣的处理系统，包括：
还原炉，用于加热还原转炉渣中含有的锌组分和铜组分；
排气装置，设置于用于除去已挥发的还原锌的还原炉；
沉降炉，用于从炉渣中沉降分离还原铜；
输送装置，用于将从还原炉中排出的炉渣输送至沉降炉；
抽取装置，用于从沉降炉中抽取已沉降分离的还原铜。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，
所述系统还包括炉渣的粉碎处理装置和输送装置，该输送装置用于将从沉降炉中排出的炉渣输送至炉渣的粉碎处理装置。
11.根据权利要求7～10中任意一项所述的系统，其中，
所述系统还包括保持炉和输送装置，所述保持炉用于将转炉渣保持在熔融状态，并调整向还原炉供给的转炉渣的供给量，所述输送装置用于将从保持炉中排出的转炉渣输送至还原炉。
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