CN103334014B - 铜冶炼熔融炉渣贫化的方法 - Google Patents

铜冶炼熔融炉渣贫化的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铜冶炼熔融炉渣贫化的方法，该方法在贫化装置中，将铜冶炼熔融炉渣和还原剂及带压力的惰性气体混合后进行贫化，得到贫化后的炉渣；所述惰性气体的压力为100kPa～800kPa。本发明利用铜冶炼熔融炉渣的显热熔化还原剂，通过所述还原剂将炉渣中的Cu2O和Fe3O4还原，并通过惰性气体的强烈搅拌，促进反应物质的快速更新，强化了反应进程，使渣性迅速被改变，同时提高了液滴间的碰撞结合几率，因此能降低最终炉渣中的铜含量，贫化后的炉渣无需再进行选矿等处理，可直接粒化后用作其他工业的原料。另外，上述方法还具有工艺简单，控制、操作方便等优点。本发明还提供了一种用于铜冶炼熔融炉渣贫化的贫化装置。

Description

铜冶炼熔融炉渣贫化的方法
技术领域
本发明涉及有色冶金技术领域，特别涉及一种铜冶炼熔融炉渣贫化的方法及用于铜冶炼熔融炉渣贫化的贫化装置。
背景技术
在铜火法冶金行业，一种方法是由硫化物铜精矿间接生成粗铜，这种方法一般包括两个步骤：首先将硫化物铜精矿进行脱硫除铁，熔炼得到高品位铜锍，然后将得到的铜锍进一步脱硫除铁，吹炼得到粗铜。另一种方法是采用铜精矿直接生产粗铜，在实际生产中，澳大利亚的OlympicDam冶炼厂、波兰的Glogow冶炼厂以及赞比亚的KCM冶炼厂采用的就是由铜精矿直接生产粗铜的工艺。这些铜冶炼的方法具有一个共同的特点，就是在生产所得炉渣中，Cu2O和Fe3O4的量都较高，一般说来，铜含量为10%～20%（重量比），Fe3O4含量为30%～50%（重量比）。
由于炉渣中铜含量较高，上述工艺都采用电炉贫化的方式，对炉渣进行处理，以降低炉渣中的含铜量。在电炉贫化的过程中，一般添加还原剂，通过还原反应来处理炉渣，并且电炉可以维持温度，保证还原反应的热力学基础。但是，电炉贫化只为还原反应提供了热力学基础，反应效率较低，不但致使渣中Cu2O和Fe3O4被还原的时间过长，即贫化的时间长，能耗高，而且处理后的炉渣含铜量为1%～4%（重量比），即炉渣的含铜量仍然较高，需要再进行选矿等处理才能再应用，这样就带来了投资和生产成本较高的问题，不利于生产。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种铜冶炼熔融炉渣贫化的方法及用于铜冶炼熔融炉渣贫化的贫化装置，该方法贫化炉渣的反应效率高，能使最终炉渣中的铜含量降低，无需再进行选矿等处理即可应用。
本发明提供一种铜冶炼熔融炉渣贫化的方法，包括以下步骤：
在贫化装置中，将铜冶炼熔融炉渣和还原剂及带压力的惰性气体混合后进行贫化，得到贫化后的炉渣；所述惰性气体的压力为100kPa～800kPa。
优选的，所述贫化装置包括：
炉体，所述炉体内包括熔池，所述炉体上设置有气体喷嘴、加料口和炉渣排放口；
所述气体喷嘴位于所述炉体的侧墙上，且通向所述熔池的中部。
优选的，所述铜冶炼熔融炉渣和还原剂分别通过流槽由所述加料口引到贫化装置中；
所述惰性气体通过所述气体喷嘴导入贫化装置中。
优选的，所述炉体的顶部设置有燃料烧嘴；
向所述燃料烧嘴内导入燃料和助燃剂。
优选的，所述助燃剂为氧浓度大于95%（重量比）的工业氧气。
优选的，所述惰性气体为氮气。
优选的，所述铜冶炼熔融炉渣的温度为1050℃～1350℃。
优选的，所述还原剂为含有FeS和Cu2S的铜精矿。
优选的，所述还原剂中含硫量与所述铜冶炼熔融炉渣中含氧量之比为（0.6～1.5）：1（质量比）。
本发明提供一种用于铜冶炼熔融炉渣贫化的贫化装置，包括：
炉体，所述炉体内包括熔池，所述炉体上设置有气体喷嘴、加料口和炉渣排放口；
所述气体喷嘴位于所述炉体的侧墙上，且通向所述熔池的中部。
与现有技术相比，本发明将铜冶炼熔融炉渣和还原剂引到贫化装置中，并向所述贫化装置中导入带压力的惰性气体，所述惰性气体的压力为100kPa～800kPa，混合后进行贫化，得到贫化后的炉渣。本发明利用铜冶炼熔融炉渣的显热使还原剂熔化，通过所述还原剂将炉渣中的Cu2O和Fe3O4还原；导入的惰性气体对反应物料形成强烈的搅拌，使熔融炉渣沸腾，并将还原剂卷入熔融炉渣中，迫使Cu2O、Fe3O4和还原剂碰撞聚合进行交互反应，形成渣相。本发明通过惰性气体的强烈搅拌，促进反应物质的快速更新，强化了反应进程，使渣性迅速被改变，同时提高了液滴间的碰撞结合几率，因此，本发明此强化过程能使最终炉渣中的铜含量降低。实践表明，本发明最终炉渣中的铜含量降低到0.35%（重量比）以下，Fe3O4含量降低到4%（重量比）以下，贫化后的炉渣无需再进行选矿等处理，可直接采用粒化工艺粒化后用作其他工业的原料。
附图说明
图1为本发明实施例提供的用于铜冶炼熔融炉渣贫化的贫化装置的结构示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明提供了一种铜冶炼熔融炉渣贫化的方法，包括以下步骤：
在贫化装置中，将铜冶炼熔融炉渣和还原剂及带压力的惰性气体混合后进行贫化，得到贫化后的炉渣；所述惰性气体的压力为100kPa～800kPa。
为适应冶金工艺的发展，克服现有技术的不足，本发明提供的铜冶炼熔融炉渣贫化的方法是一种炉渣贫化的改进方法，能降低处理后的炉渣中的含铜量，使最终炉渣无需再进行选矿等处理，粒化后即可作为其他工业的原料，投资和生产成本较低。
并且，本发明对铜冶炼熔融炉渣进行贫化的同时，能生产得到铜锍，即冰铜，其可作为冷原料返回到上道铜冶炼工序。
本发明实施例将铜冶炼熔融炉渣和还原剂引到贫化装置中，并向所述贫化装置中导入带压力的惰性气体，所述惰性气体的压力为100kPa～800kPa，混合后进行贫化，得到贫化后的炉渣。
在本发明中，所述铜冶炼熔融炉渣为本领域技术人员熟知的铜冶炼过程中产生的富含Cu2O和Fe3O4、呈熔融状态的炉渣。本发明对所述铜冶炼熔融炉渣的组分没有特殊限制，其中，铜是氧化态的，含量一般为10%～20%（重量比）；Fe3O4一般为含量为30%～50%（重量比）。所述铜冶炼熔融炉渣具有显热，其温度优选为1050℃～1350℃。本发明利用铜冶炼熔融炉渣的显热使还原剂熔化，无需补充额外的热量来帮助还原剂熔化，节能效果较好，节省经济成本。
本发明采用还原剂与所述铜冶炼熔融炉渣混合，将炉渣中的Cu2O和Fe3O4还原，炉渣中的铜得到富集并沉降在贫化装置底部，使上层炉渣得到贫化。本发明对所述还原剂没有特殊限制，优选为含有FeS和Cu2S的铜精矿，生产成本较低，且较为环保。所述含有FeS和Cu2S的铜精矿为本领域普通铜冶炼工艺采用的含有锍化物的铜精矿，以黄铜矿为主，本发明对其来源没有特殊限制。
在本发明实施例的贫化过程中，所述铜精矿中的FeS将原炉渣中携带的铜的氧化物Cu2O转化成硫化物Cu2S，新生成的Cu2S与铜精矿中携带的Cu2S和FeS能结合形成铜锍；所述铜精矿中的FeS同时将炉渣中的铁的高价氧化物Fe3O4还原成低价氧化物FeO而改变渣型，即炉渣中携带的铁的化合物发生转变，由高熔点的Fe3O4转换为低熔点的FeO，FeO进一步的与炉渣中携带的SiO2造渣，形成更低熔点的2FeO·SiO2，使最终炉渣的性质发生转变，粘性降低，利于铜锍的沉降、分离，使上层炉渣铜含量降低。所述熔融炉渣与铜精矿成比例混合，所述铜精矿中含硫量与所述铜冶炼熔融炉渣中含氧量之比（S/O）优选为（0.6～1.5）：1（质量比），更优选为（0.6～1.2）：1（质量比）。
本发明通过向上述反应物料中导入带压力的惰性气体，提供使熔融炉渣沸腾和产生强烈的搅拌作用的动力。在本发明实施例中，导入的惰性气体对反应物料形成强烈的搅拌，使熔融炉渣沸腾，并将含有FeS和Cu2S的铜精矿卷入熔融炉渣中，迫使Cu2O、Fe3O4和FeS碰撞聚合进行交互反应，促使生成的Cu2S与FeS小液滴相互结合生成铜锍，生成的FeO与SiO2造渣，形成分开的渣相和铜锍相。
本发明通过惰性气体的强烈搅拌，促进反应物质的快速更新，强化了反应进程，使渣性迅速被改变，同时提高了液滴间的碰撞结合几率，因此，本发明此强化过程能使最终炉渣中的铜含量降低。另外，采用惰性气体进行搅拌，能避免还原剂和被还原的Cu2S、FeO被氧化，还原剂的使用量不会增加，效率较高，成本较低。
在本发明中，所述惰性气体的压力为100kPa～800kPa，优选为200kPa～600kPa，更优选为300kPa～500kPa。所述惰性气体优选为氮气，增加反应物料之间的接触，提高反应效率，同时氮气作为惰性气体不会将还原的Cu2S和FeO再次被氧化，利于炉渣贫化。
本发明优选将铜冶炼熔融炉渣引到贫化装置中，按比例加入还原剂，并向所述贫化装置中导入带压力的惰性气体。在本发明中，所述贫化装置优选采用以下的贫化装置。
本发明提供了一种用于铜冶炼熔融炉渣贫化的贫化装置，包括：
炉体，所述炉体内包括熔池，所述炉体上设置有气体喷嘴、加料口和炉渣排放口；
所述气体喷嘴设置于所述炉体的侧墙上，且通向所述熔池的中部。
本发明提供的贫化装置用于铜冶炼熔融炉渣贫化，利于降低处理后的炉渣中的含铜量。
本发明实施例提供的用于铜冶炼熔融炉渣贫化的贫化装置为侧吹冶金炉，其结构参见图1，图1为本发明实施例提供的用于铜冶炼熔融炉渣贫化的贫化装置的结构示意图。
在图1中，1为铜冶炼熔融炉渣，2为还原剂，3为带压力的惰性气体，4为炉体，411为气体喷嘴，412为燃料烧嘴，413为加料口，414为上升烟道，415为铜锍排放口，416为炉渣排放口，5为燃料，6为助燃剂，7为炉渣层，8为铜锍层。
在本发明中，炉体4内包括熔池，主要在其中进行炉渣贫化。在本发明的一个实施例中，炉体4内还包括与所述熔池相通的上升烟道414，贫化过程中产生的含有SO2的炉气由上升烟道414排出，经过降温、除尘后排空。
炉体4上设置有加料口413，通过其加入铜冶炼熔融炉渣和还原剂。作为优选，铜冶炼熔融炉渣1和还原剂2分别通过流槽由加料口413引到贫化装置中。
炉体4上设置有气体喷嘴411，其位于炉体4的侧墙上，且通向所述熔池的中部；所述熔池的中部也就是形成的渣层所对应的位置。气体喷嘴411可以位于炉体4的一个侧墙上，也可以位于炉体4的两个侧墙上。在本发明中，一个侧墙上的所述气体喷嘴的数量可以为1个或多个，优选为5个。
在本发明中，惰性气体3优选通过气体喷嘴411导入贫化装置中。由于气体喷嘴411位于炉体4的侧墙上，且能浸没于熔池的熔体中，也就是能导入渣层中，导入的惰性气体3能更好地提供使熔融炉渣沸腾和产生强烈搅拌的动力，不会将产物重新搅起而进入炉渣，利于产物的沉降、分离，效率较高。
在本发明的一个实施例中，炉体4的顶部设置有燃料烧嘴412，向其中导入燃料5和助燃剂6。本发明优选通过在燃料烧嘴412内燃烧燃料5，产生的热量可维持还原反应的热平衡。所述燃料采用本领域常用的即可；所述助燃剂优选为氧浓度大于95%（重量比）的工业氧气，以保证较小的炉气量，从而使由炉气带走的热量损失足够小。本发明对所述燃料和助燃剂的用量没有特殊限制，燃烧产生的热量能维持还原反应的热平衡即可。
在本发明中，炉体4上设置有炉渣排放口416。在本发明的一个实施例中，加料口413位于炉体4的一端的顶部，可成比例地连续加入反应物料，而炉渣排放口416位于炉体4的另一端的下部，新炉渣可由此连续排出并被粒化，用作其他工业的原料。
在本发明的一个实施例中，炉体4上设置有铜锍排放口415，其位于炉体4的最下部，与炉渣排放口416同一端。铜锍可由铜锍排放口415排出并被粒化，用作生产粗铜的原料。
本发明对所述炉体、气体喷嘴、燃料烧嘴的材质和尺寸没有特殊限制，采用本领域常用的即可。所述加料口、炉渣排放口、铜锍排放口、熔池和上升烟道的尺寸为本领域技术人员熟知的技术内容，本发明对此也无特殊限制。
本发明实施例进行炉渣贫化时，在炉体4的一端，铜冶炼熔融炉渣1通过流槽由加料口413引到炉体4中，通过流槽由加料口413按比例加入含有FeS和Cu2S的铜精矿2，并通过炉体4的两个侧墙上的、浸没于熔池的熔体中的气体喷嘴411连续导入带压力的惰性气体3，使熔融炉渣沸腾，并将铜精矿卷入熔融炉渣中，形成混合体。
在此过程中，炉渣的显热使铜精矿熔化，铜精矿中的FeS将炉渣中的Cu2O还原成Cu2S，同时将炉渣中的Fe3O4还原成FeO，而导入的惰性气体对反应物料形成强烈的搅拌，迫使Fe3O4、Cu2O、FeS碰撞聚合进行交互反应，促使生成的Cu2S与FeS小液滴相互结合生成铜锍，生成的FeO与SiO2造渣，在炉体4内形成分开的炉渣层7和铜锍层8。
并且，本发明实施例向设置于炉体4顶部的燃料烧嘴412中导入燃料5和助燃剂6，通过在其中燃烧燃料5维持还原反应的热平衡，而用于燃料5燃烧的助燃剂6是工业氧气，其氧浓度大于95%（重量比），以保证较小的炉气量，从而保证由炉气带走的热量损失足够小。
在炉体4的另一端，最下部的铜锍排放口415排出液相的铜锍，而贫化后的液相的炉渣通过炉渣排放口416排出。另外，上述过程中产生的含有SO2的炉气由上升烟道414排出，经过降温、除尘、脱硫后排空。
贫化完成后，得到分开的铜锍和贫化后的炉渣。按照本领域的检测标准，所述炉渣含铜在0.35%（重量比）以下，其粒化后可作为其他工业的原料；所述铜锍含铜45%～65%（重量比），其粒化后可作为冷原料返回到上道铜冶炼工序。
综上所述，本发明提供的铜冶炼熔融炉渣贫化的方法反应效率高，尾渣含铜低。另外，本发明所述方法不但工艺简单，控制、操作方便，而且设备小，能耗低，投资少，适于推广。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的铜冶炼熔融炉渣贫化的方法及用于铜冶炼熔融炉渣贫化的贫化装置进行具体描述。
以下实施例中使用的铜冶炼熔融炉渣中铜含量为20%、含氧量为30%，其温度为1250℃；铜精矿中铜、硫、铁三种主要成分的质量比为1:1:1，这三种主要成分的质量占铜精矿总质量的75%。
实施例1
在图1所示的贫化装置中，铜冶炼熔融炉渣1通过流槽由加料口413引到炉体4中，通过流槽由加料口413按比例加入含有FeS和Cu2S的铜精矿2，并通过炉体4的两个侧墙上的、浸没于熔池的熔体中的气体喷嘴411连续导入带压力的氮气3，混合后进行贫化，在炉体4内形成分开的炉渣层7和铜锍层8。
其中，处理原炉渣100t/h，投加铜精矿20t/h；氮气的压力为100kPa；铜精矿中含硫量与铜冶炼熔融炉渣中含氧量之比（S/O）为（0.6～1.2）：1（质量比）。
向设置于炉体4顶部的燃料烧嘴412中导入燃料5和工业氧气6，通过在其中燃烧燃料5维持还原反应的热平衡。
贫化后的液相的炉渣通过炉渣排放口416排出，最下部的铜锍经铜锍排放口415排出。另外，上述过程中产生的含有SO2的炉气由上升烟道414排出，经过降温、除尘、脱硫后排空。
得到分开的铜锍和贫化后的炉渣后，按照本领域的检测标准，所述炉渣含铜0.35%（重量比），所述铜锍含铜45%（重量比）。
实施例2
按照氮气的压力为800kPa，铜精矿中含硫量与铜冶炼熔融炉渣中含氧量之比（S/O）为（0.6～1.2）：1（质量比），采用实施例1的方法进行铜冶炼熔融炉渣贫化，得到分开的铜锍和贫化后的炉渣。
得到分开的铜锍和贫化后的炉渣后，按照本领域的检测标准，所述炉渣含铜0.35%（重量比），所述铜锍含铜45%（重量比）。
由以上实施例可知，本发明提供的铜冶炼熔融炉渣贫化的方法能降低处理后的炉渣中的含铜量，使最终炉渣无需再进行选矿等处理，粒化后即可作为其他工业的原料，投资和生产成本较低。并且，本发明对铜冶炼熔融炉渣进行贫化的同时，能生产得到铜锍，即冰铜，其可作为冷原料返回到上道铜冶炼工序。
另外，本发明所述方法还具有工艺简单，控制、操作方便等优点，适于推广。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种铜冶炼熔融炉渣贫化的方法，包括以下步骤：
在贫化装置中，将铜冶炼熔融炉渣和还原剂及带压力的气体混合后进行贫化，得到贫化后的炉渣；所述带压力的气体为带压力的惰性气体或带压力的氮气，所述带压力的气体的压力为100kPa～800kPa；所述还原剂为含有FeS和Cu2S的铜精矿；所述还原剂中含硫量与所述铜冶炼熔融炉渣中含氧量的质量之比为(0.6～1.5)：1；
所述贫化装置包括：
炉体，所述炉体内包括熔池，所述炉体上设置有气体喷嘴、加料口和炉渣排放口；
所述气体喷嘴位于所述炉体的侧墙上，且通向所述熔池的中部；
所述铜冶炼熔融炉渣和还原剂分别通过流槽由所述加料口引到贫化装置中；
所述惰性气体通过所述气体喷嘴导入贫化装置中；
所述炉体的顶部设置有燃料烧嘴；
向所述燃料烧嘴内导入燃料和助燃剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述助燃剂为氧浓度大于95％重量比的工业氧气。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述铜冶炼熔融炉渣的温度为1050℃～1350℃。
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