CN103031447A - 一种炉外分离卧式熔池熔炼工艺及其专用设备 - Google Patents

Abstract

一种炉外分离卧式熔池熔炼工艺及其专用设备，其工艺为：将铜精矿、石英石、石灰石、冷料等混合均匀后，连续加入到熔池熔炼炉中，利用底部插入的氧枪鼓入富氧和压缩空气对熔体形成强烈的搅拌，使熔池内的传质、传热过程迅速完成，生成铜锍、熔炼渣和高温烟气，其特点是铜锍及熔渣经熔体溜槽连续流入电热前床，铜锍与熔炼渣在电热前床中进行静止、沉降、分离，得到铜锍和炉渣，铜锍经铜锍出口进入吹炼炉，炉渣经炉渣溜槽排出；其专用设备包括有炉外分离卧式熔池熔炼炉主体和电热前床，各设备之间由溜槽连接。本发明将铜锍与熔炼渣在炉外分离，渣含铜＜0.5%可直接弃掉，可处理多种低品位铜矿例如金精矿、高砷矿等。

Description

一种炉外分离卧式熔池熔炼工艺及其专用设备

技术领域

本发明涉及一种有色冶炼工艺及其专用设备,特别是涉及一种炉外分离卧式熔池熔炼生产铜锍或者其它金属的冶炼方法及其专用设备，属于有色金属火法冶炼技术领域。

背景技术

由于地理因素和精矿类型等原因，在世界各地形成了多种多样的铜冶炼工艺。总体上，铜的火法冶炼工艺分为两类：即闪速熔炼和熔池熔炼。

闪速熔炼系芬兰奥托昆普和加拿大INCO技术，该技术先进、处理能力大、环境保护及劳动条件好。因为要进行精矿深度干燥、渣贫化等过程，致使工序多，工艺流程长。炉体采用铜水套冷却使炉体结构复杂，能量损失较大。闪速熔炼投资大，当设计规模低于20万t/a时，吨铜建设投资偏高。另外，由于闪速熔炼反应过程是深度干燥的物料在反应塔中于悬浮状态下瞬间完成，烟尘率较高（6%～8%），要求进炉的原料必须经过干燥、磨碎等预处理。

熔池熔炼工艺种类较多。有诺兰达炼铜法、ISA法、Ausmelt法、三菱连续炼铜法和氧气底吹炼铜法等，这些熔炼工艺由于炉子的结构不同，氧枪的插入位置不同（分侧吹和顶吹工艺），各具特色，都具有熔炼强度高、物料处理能力大、环保好等优点。但是侧吹与顶吹工艺都存在不能完全自热，配煤率2～5%，且喷枪插在渣层有形成泡沫渣的可能，存在安全隐患，氧枪寿命短只有10～20天，炉体都要安装水套，热损失大，浪费能源。最主要的缺点是Fe/SiO₂低(1.1～1.4)，渣量大含铜高，铜回收率偏低。

以上几种熔池熔炼工艺都属于炉内分离，就是物料反应与铜锍和熔炼渣炉的沉降分离在同一炉内进行。现代化的熔炼都需要向炉内鼓入高压的富氧，使反应过程熔池剧烈搅动，提高了物料间反应强度和速度。而铜锍与熔炼渣分离过程是需要静止沉降，才能达到分离的目的。物料之间反应与沉降分离是两个相反的过程，反应过程中需要搅动，加快物料间的接触，使反应快速进行，反应后生成的铜锍与熔炼渣分离需要静止，沉降才能彻底分离。因此，在同一个炉内不可能很好地解决剧烈搅动与静止之间矛盾，产出的熔炼渣含铜都在5%～10%左右。目前，氧气底吹炉产出的渣含铜较低，最低可降到3%，渣要进行选矿处理回收其中的铜。需要增加几十个渣包把熔炼渣倒运到缓冷场，倒进渣坑冷却后再运到选矿场，渣缓冷场及选矿场均需要很大的占地面积，选矿前需要对熔炼渣进行破碎、磨细。由于高温熔炼出的渣特别难磨碎，磨机材质需要特殊材料制成的，延长了工艺流程，额外增加了人工及动力消耗，增加了投资。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，针对现有炼铜工艺熔炼渣含铜都高，以至于不得不采用渣选矿或电炉贫化的二次处理过程的世界级难题，和由此带来的工艺流程延长、运行成本升高、设备投资增加、占地面积增大等一系列问题，经过反复研究和大量实验，给出了一种炉外分离卧式熔池熔炼生产粗铜的冶炼方法及其专用设备。这种炉外分离卧式熔炼技术博取众长，克服了现有炼铜工艺技术的不足，整个工艺流程短、生产规模弹性大、投资适当、能耗低、渣含铜低、节能环保，是适合我国冶金行业现状的最佳熔炼技术。

为了达到本发明的目的，本发明给出的技术解决方案是: 这种炉外分离卧式熔池熔炼工艺，包括将铜精矿、石英石、石灰石、冷料等混合均匀后，经皮带给料机连续均匀的加入到熔池熔炼炉中，利用底部插入的氧枪鼓入高压富氧空气或/和压缩空气，对熔池内的熔体形成强烈的搅拌，使熔池内的传质、传热过程迅速进行，完成系列化学反应，生成铜锍、熔炼渣和高温烟气，其特点是铜锍和熔渣经熔池熔炼炉中的调节板放出口及熔体溜槽连续流入电热前床，所述的高压富氧空气的压强0.6～0.7MPa，氧气浓度70%～75%，压缩空气的压强0.7～0.8MPa，铜锍与熔炼渣在电热前床中进行静止、沉降、分离，得到铜锍（含铜大于60%）和炉渣（含铜小于0.5%），铜锍经铜锍出口进入吹炼炉，炉渣经炉渣溜槽排出。

本发明给出的这种炉外分离卧式熔池熔炼工艺的专用设备，包括有炉外分离卧式熔池熔炼炉主体和电热前床，其特点是炉外分离卧式熔池熔炼炉主体内衬有耐火砖并且不设水套，炉外分离卧式熔池熔炼炉主体的顶部设有进料口和上升烟道，炉外分离卧式熔池熔炼炉主体靠近进料口的侧壁上设有主烧嘴，炉外分离卧式熔池熔炼炉主体的底部设有氧枪，炉外分离卧式熔池熔炼炉主体靠近上升烟道的侧壁上设有放出口经熔体溜槽与电热前床相连接，电热前床的侧壁上设有铜锍出口和尾端设有炉渣溜槽。

为更好的实现本发明的目的，所述熔体溜槽上设有加热装置。

为更好的实现本发明的目的，所述熔体溜槽上的加热装置为等离子炉或感应线圈。

为更好的实现本发明的目的，所述炉外分离卧式熔池熔炼炉主体底部设置的氧枪插入角度为与垂直线夹角15～25°，最佳插入角度为与垂直线夹角20°。

为更好的实现本发明的目的，所述电热前床（含熔体溜槽）采用等离子炉或感应线圈或交直流电极混合的加热方式。其中等离子炉或感应线圈设置在熔体溜槽上，交直流电极设置在电热前床，当电热前床的加热装置为交直流电极时，其中交流电极设在电热前床内的加热端，直流电极设在电热前床内的放出端。该加热方式可以迅速、均匀、可控的提高渣温，减少电热前床的渣温梯度问题，有利于铜锍与炉渣的分离，达到降低渣含铜量，提高铜收率。

与现有技术相比,本发明的有益效果是：1、原料适应性强，设备处理能力弹性灵活。 

本发明对原料适应性强，精矿中铜的品位可以在10%～35%之间波动，可处理含金、银、砷较高的精矿，不用干燥，湿精矿可以直接入炉，不用磨碎，可以是块矿亦可以是粉料，烟尘率低。

铜锍生产能力可从1.6万t/a到33万t/a。根据原料情况，炉外分离熔炼炉处理原料量可以从5万t/a到110万t/a。即可以小规模生产，也可以大规模生产。

2、炉外分离，设备结构紧凑。

本发明使铜锍和熔渣在炉外进行分离，彻底解决了搅动与静止之间的矛盾。本发明的熔炼炉体积小，与前床之间结构紧凑，占地占空间小，便于布局、节省投资。对于生产规模小、没有扩建场地、需要技术改造的企业非常有利。

3、热能利用率高，能耗低。

本发明在熔炼时不添加任何燃料，反应过程全部靠化学反应放出的热量，炉体没有水套，热能利用率高。

4、多种加热方式。

本发明的电热前床内部构造设计有利于降低炉渣含铜量，电热前床的加热系统为多种加热方式，使熔体加热更快更直接有效，在电热前床内铜锍与炉渣分离彻底，渣流动性好，易放出。

5、环保效果好。

本发明采用氧枪的氧气浓度高，氧气浓度高70～75%，压强0.6-0.80MPa，压缩空气的压强0.6-0.8MPa。产生的烟气量小，烟气SO₂浓度高达10%～15%，从熔炼炉到电热前床用溜槽实现熔体的密闭转运，环境保护好。

6、弃渣含铜低、综合回收率高。

本发明实现了铜锍与熔炼渣的炉外分离，使炉渣含铜量小于0.5%，不需再进行渣选矿等二次处理，克服了缓冷渣包多，占地大，投资大的缺点。

产出的铜锍含铜高（60%以上），炉渣含铜底（低于0.5%），彻底解决了铜熔炼渣的再处理难题。

7、机械化程度高、操作简单。

采用机械化连续加料，连续出铜锍和炉渣，操作稳定，劳动强度低。

8、氧枪寿命长，更换方便。

氧枪位于炉子底部，最佳插入角度为与垂直线夹角20°，可以在±5°范围内变动。氧枪4～8个，单排排列效果最好。

氧枪的位置决定了氧枪的寿命比其它设备的使用寿命长，正常使用寿命为300天/枝。氧枪是普通的通用设备，采购容易，更换方便。

附图说明

图1为本发明给出的这种炉外分离卧式熔池熔炼工艺的专用设备的结构示意图。

图2为炉外分离卧式熔炼炉主视图。

图3为炉外分离卧式熔炼炉侧视图。

图4为电热前床采用等离子加热方式的示意图。

图5为电热前床采用感应电极加热方式的示意图。

图6为电热前床采用交/直流混合加热方式的示意图。

图中标记：1.炉外分离卧式熔池熔炼炉主体,2.电热前床,3.进料口,4.氧枪,5.上升烟道,6.调节板放出口,7.熔体溜槽,8.加热装置,9.铜锍出口,10.炉渣溜槽,11.主烧嘴,12.等离子加热装置,13.感应加热装置,14.交流电极,15.直流电极。

具体实施方式

为使本发明的优点和特点更加容易理解，下面结合实施例和附图，进一步阐述本发明。但实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

这种炉外分离卧式熔池熔炼工艺，将铜精矿、石英石、石灰石、冷料等混合均匀后，经皮带给料机连续均匀的加入到熔池熔炼炉中，利用底部插入的氧枪鼓入高压富氧空气和压缩空气，对熔池内的熔体形成强烈的搅拌，使熔池内的传质、传热过程迅速进行，完成系列化学反应，生成铜锍、熔炼渣和高温烟气，铜锍及熔渣经熔体溜槽连续流入电热前床，铜锍和熔渣经调节板放出口连续流入电热前床，所述的高压富氧空气的压强0.6MPa，氧气浓度70%%，压缩空气的压强0.7MPa，铜锍与熔炼渣在电热前床中进行静止、沉降、分离，得到含铜大于60%铜锍和含铜小于0.5%炉渣，铜锍经铜锍出口进入吹炼炉，炉渣经炉渣溜槽排出。

如图1～图3所示，这种炉外分离卧式熔池熔炼工艺的专用设备，包括有炉外分离卧式熔池熔炼炉主体1和电热前床2，炉外分离卧式熔池熔炼炉主体1内衬有耐火砖并且不设水套，炉外分离卧式熔池熔炼炉主体1的顶部设有进料口3和上升烟道5，炉外分离卧式熔池熔炼炉主体1靠近进料口3的侧壁上设有主烧嘴11，炉外分离卧式熔池熔炼炉主体1的底部设有氧枪4，炉外分离卧式熔池熔炼炉主体1靠近上升烟道5的侧壁上设有放出口6经熔体溜槽7与电热前床2相连接，电热前床2的侧壁上设有铜锍出口9和炉渣溜槽10，所述熔体溜槽7上设有加热装置8。

炉外分离卧式熔炼炉是熔池熔炼炉的一种，该设备为圆柱形，主视图见图2所示、侧视图见图3所示。可以根据需要处理的原料量确定炉子的直径和长度，与相应的吹炼设备配置，可年产粗铜1～20万t。熔体的放出口与电热前床相连。炉内衬耐火砖且炉内不设水套，根据需要进行转动。通过炉子底部的氧枪将氧气和压缩空气鼓入铜锍层，使熔池形成剧烈搅拌，炉料在熔池中完成造铜锍和造渣熔炼过程，产生的铜锍及熔炼渣经溜槽进入电热前床进行静止沉降、分离过程，彻底分离后，由铜锍口和渣口分别放出铜锍和炉渣。

如图4所示，本发明的电热前床2的加热系统为等离子加热装置12，该等离子加热装置12设置在熔体溜槽7上，即熔体溜槽7作为等离子加热装置12（炉），可以将放出的熔体瞬间加热到1500℃以上，炽热的熔体在电热前床2内进行澄清分离，产出的渣含铜﹤0.5%，从而保证了熔体加热更快更直接有效，在电热前床内铜锍与炉渣分离彻底，渣流动性好，易放出。

如图5所示，本发明的电热前床2的加热系统为感应加热装置13，该感应加热装置13设置在熔体溜槽7上，即熔体溜槽7作为等感应线圈，熔体从线圈内通过可以将放出的熔体快速均匀地加热到1500℃以上，同时石墨电极是消耗电极，在加热的同时还将渣中的铜还原，熔体在电热前床2内进行澄清分离，渣含铜﹤0.5%。

如图6所示，本发明的电热前床2的加热系统为交直流电极混合加热装置，该交直流电极设置在电热前床2内，其中交流电极设在电热前床内的加热端，直流电极设在电热前床内的放出端，在电热前床2内的加热端用交流电极14进行加热，保证渣的流动性好，铜锍排放容易。在放出端用直流电极15进行保温，有利于铜锍与炉渣分离，渣含铜﹤0.5%。

Claims (7)

1.一种炉外分离卧式熔池熔炼工艺，包括将铜精矿、石英石、石灰石、冷料等混合均匀后，经皮带给料机连续均匀的加入到炉外分离卧式熔池熔炼炉的熔池中，利用该熔池熔炼炉底部插入的氧枪鼓入高压富氧空气或/和压缩空气，对熔池内的熔体形成强烈的搅拌，使熔池内的传质、传热过程迅速进行，完成系列化学反应，生成铜锍、熔炼渣和高温烟气，其特征在于铜锍和熔渣经熔池熔炼炉中的调节板放出口及熔体溜槽连续流入电热前床，所述的高压富氧空气的压强0.6～0.7MPa，氧气浓度70%～75%，压缩空气的压强0.7～0.8MPa，铜锍与熔炼渣在电热前床中进行静止、沉降、分离，得到铜锍（含铜大于60%）和炉渣（含铜小于0.5%），铜锍经铜锍出口进入吹炼炉，炉渣经炉渣溜槽排出。

2.权利要求1所述的炉外分离卧式熔池熔炼工艺的专用设备，包括有炉外分离卧式熔池熔炼炉主体和电热前床，其特征在于炉外分离卧式熔池熔炼炉主体内衬有耐火砖并且不设水套，炉外分离卧式熔池熔炼炉主体的顶部设有进料口和上升烟道，炉外分离卧式熔池熔炼炉主体靠近进料口的侧壁上设有主烧嘴，炉外分离卧式熔池熔炼炉主体的底部设有氧枪，炉外分离卧式熔池熔炼炉主体靠近上升烟道的侧壁上设有放出口经熔体溜槽与电热前床相连接，电热前床的侧壁上设有铜锍出口和炉渣溜槽。

3.根据权利要求2所述的炉外分离卧式熔池熔炼工艺的专用设备，其特征在于熔体溜槽上设有加热装置。

4.根据权利要求3所述的炉外分离卧式熔池熔炼工艺的专用设备，其特征在于熔体溜槽上的加热装置为等离子炉或感应线圈。

5.根据权利要求2所述的炉外分离卧式熔池熔炼工艺的专用设备，其特征在于外分离卧式熔池熔炼炉主体底部设置的氧枪插入角度为与垂直线夹角15～25°。

6.根据权利要求5所述的炉外分离卧式熔池熔炼工艺的专用设备，其特征在于外分离卧式熔池熔炼炉主体底部设置的氧枪最佳插入角度为与垂直线夹角20°。

7.根据权利要求2所述的炉外分离卧式熔池熔炼工艺的专用设备，其特征在于电热前床的加热装置为交直流电极，其中交流电极设在电热前床内的加热端，直流电极设在电热前床内的放出端。

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