CN103981371B

CN103981371B - 一种铜工业深度脱氧用还原剂nfa

Info

Publication number: CN103981371B
Application number: CN201410201249.9A
Authority: CN
Inventors: 刘中华; 陈雯
Original assignee: LIGONG JINGCHENG SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd KUNMING
Current assignee: Yunnan quankai Metallurgical Materials Co.,Ltd.
Priority date: 2014-05-14
Filing date: 2014-05-14
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2034-05-14
Also published as: CN103981371A

Abstract

本发明是一种铜工业深度脱氧用还原剂NFA。？属于有色冶金技术领域。选取无烟煤或石油焦、沥青焦经过脱杂，选取Al、Si、Ca、Mg的氧化矿经强还原成为单质或合金，将两者分别破碎筛分至0.1~5？mm的颗粒后根据精炼工艺需要将两者混合，即为还原剂NFA；也可以是将前述两种原料直接混合，在高温下通过强还原，再破碎、筛分而成。在粗铜火法精炼后期的还原阶段，单独使用还原剂NFA或与传统还原剂结合使用可以达到火精铜的深度脱氧目的，使残氧达到<30~1500？ppm。本发明同时适用于铜冶炼行业和铜加工行业。

Description

一种铜工业深度脱氧用还原剂NFA

技术领域

本发明属于有色冶金技术领域，具体涉及一种铜工业深度脱氧用还原剂NFA。

背景技术

铜火法冶炼生产中，通用的工业精炼流程是先将粗铜用压缩空气氧化，使欲脱除的杂质生成氧化物进入炉渣（如FeO、NiO、SnO、As₂O₅、Sb₂O₅、Bi₂O₅等）或进入气相（如ZnO、SO₂、As₂O₃、Sb₂O₃），净渣后将还原剂喷入铜液，脱除铜中的氧，再将火精铜浇铸送下一步工序处理。因为粗铜含Cu一般在98.5%以上，氧化过程Cu原子与O₂分子发生碰撞的几率更大，在1200℃下Cu₂O在液态铜中的饱和浓度可达12.4%左右，而杂质的形态因其含量很低一般认为是溶解在粗铜中。所以公认的反应机制可以描述为：

氧化过程：2Cu+0.5O₂=[Cu₂O]

[Cu₂O]+[Me′]=（Me′O）+2Cu

还原过程：[Cu₂O]+R=（RO）+2Cu

反应式中，Me′表示杂质元素，R表示还原剂，[]表示在溶解在金属Cu中，（）表示在渣相或气相中。

上述还原过程一般采用的还原剂为煤基还原剂（ZL02113269.0，ZL02113268.2）、LPG、木炭粉、柴油、重油、液氨等，还原后火精铜的含氧一般可达到1500-2500ppm。当采用先进的后续处理工艺（比如ISA电解）时，降低所浇铸阳极板的氧含量在大极板、大电流密度条件下可以降低阳极泥量和残极率。随着社会发展，由二次资源直接生产再生铜占铜总产量比例越来越大（国内38.5%，2010年；作为对比~24%，2002及2003年），而由废紫杂铜直接精炼成火精铜，然后连铸连轧成无氧铜管铜线工艺对氧含量有着更高的要求（如降低氧含量可以提高铜的电导率和连铸连轧性能）。前述还原剂因为成分、来源、物理性质或者具体反应机制等原因难以经济有效地大幅度降低火精铜中的残氧。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜工业深度脱氧用还原剂NFA，使用它不改变工业上现有使用粒状还原剂的工艺和操作习惯，可使精铜中的氧含量大幅度下降而为后续处理工序提供低氧（或无氧）铜原料，使用该原料可以明显改善电解的技术经济指标或实现铜的轧制或连铸连轧。

本发明所采取的技术方案为：

方案一：

（1）选取无烟煤或石油焦、沥青焦，采用物理方法（例如蒸馏或选矿）和/或化学方法（例如酸浸或碱浸）脱硫、脱灰、脱挥发分，控制总硫0.3~0.5%，灰分5~25%，挥发分3~15%，得到低硫、低灰、低挥发分的固体含碳、含氢物料；将合格物料破碎筛分成0.1~5mm的颗粒，备用；

（2）选取的含Al、Si、Ca、Mg的氧化矿，经强还原后制成Al、Si、Ca或Mg的单质或合金，将其破碎筛分成0.1~5mm的颗粒，备用，单质或合金>0~100%；

（3）将步骤（1）和步骤（2）的产物混合，混合比例为：步骤（1）物料：步骤（2）物料=5～10:1，即为还原剂NFA。

方案二：

将成分符合要求的无烟煤、石油焦、沥青焦中的一种或几种与含Al、Si、Ca或Mg的氧化矿直接混合，混合比例为前者：后者=3～10：1，加入反应器（比如电炉），在高温1000~1400℃下反应1－2h直接生成含单质碳（C）、金属及其合金和少量挥发分的产物，破碎、筛分即为还原剂NFA。

本发明所涉及还原剂NFA的有益效果在于：①克服铜工业传统还原剂的不足，达到深度脱氧的工艺目的，将铜中残氧降至1500ppm以下，最好效果可到30ppm以下，其使用范围由冶炼行业扩展到铜加工行业。②既可以独立使用，又可以与传统还原剂配合使用，便于降低成本、实现减排。③还原剂NFA在化学成分上不含易燃易爆物质，便于运输贮存和现场管理。④制造还原剂NFA的原料来源稳定、广泛，利于工业推广。

具体实施方式

为使本领域技术人员详细了解本发明的生产工艺和技术效果，下面以具体的生产实例来进一步介绍本发明的应用和技术效果。

实施例1：

选取普通无烟煤，重选，分析组成为总硫0.3%，灰分20%，挥发分6%，破碎筛分成0.1~1mm的颗粒；用工业级氧化铝制备成金属Al，将其制备成0.1~1mm的颗粒。两种颗粒按照前者：后者=5:1的比例混合后，即为还原剂NFA。

将所制备还原剂NFA用于250t反射炉的矿铜精炼工艺，先用煤基还原剂还原20min，单耗8kg/t铜，检测氧含量2500ppm；再用还原剂NFA还原10min，单耗2kg/t铜，检测氧含量900ppm，达到预期要求。

实施例2：

用石油焦，脱硫、脱灰、脱挥发分，控制总硫0.4%，灰分7%，挥发分5%，得到低硫、低灰、低挥发分的固体含碳、含氢物料；破碎筛分成0.1~1mm的颗粒；用工业级石英砂制备成金属Si，将其制备成0.1~1mm的颗粒，两种颗粒按照前者：后者=7:1的比例混合后，即为还原剂NFA。

将所制备还原剂NFA按实施例1的方法应用。

实施例3：

用沥青焦，脱硫、脱灰、脱挥发分，控制总硫0.5%，灰分3%，挥发分2%，得到低硫、低灰、低挥发分的固体含碳、含氢物料；用工业级氧化铝制备成金属Al，将其制备成0.1~1mm的颗粒，两种颗粒按照前者：后者=10:1的比例混合，即为还原剂NFA。

将所制备还原剂NFA按实施例1的方法应用。

实施例4：

将无烟煤:沥青焦按照1:1的比例混合入炉，然后加入20%的工业级纯度的石英砂和石灰的混合物（混合比例：石英砂：石灰=3:1），两者混合物按照前者：后者=3：1的比例加入炉中，在1300℃高温下反应2h，即成含单质C、少量挥发分和含有合金的还原剂NFA，破碎、筛分至1~2mm的粒度。

将所制备的粒状还原剂NFA用于100t感应炉的紫杂铜精炼工艺，还原时间45min，单耗11kg/t铜，检测氧含量25ppm。达到预期要求。

实施例5：

将无烟煤:沥青焦按照5:1的比例混合入炉，然后加入20%的工业级纯度的石英砂和石灰的混合物（混合比例：石英砂：石灰=4:1），两者混合物按照前者：后者=7：1的比例加入炉中，在1200℃高温下反应1.5h，即成含单质C、少量挥发分和含有合金的还原剂NFA，破碎、筛分至1~2mm的粒度。

按实施例4的方法应用。

实施例6：

将无烟煤:石油焦按照8:1的比例混合入炉，然后加入20%的工业级纯度的石英砂和石灰的混合物（混合比例：石英砂：石灰=5:1），两者混合物按照前者：后者=10：1的比例加入炉中，在1400℃高温下反应1h，即成含单质C、少量挥发分和含有合金的还原剂NFA，破碎、筛分至1~2mm的粒度。

按实施例4的方法应用。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，凡对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神（即利用活泼金属对氧的超强结合作用进而实现铜液深度脱氧）和范围的任何修改或局部替换，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种铜工业深度脱氧用还原剂NFA，其特征在于按以下方法制备得到：

（1）选取无烟煤或石油焦、沥青焦，脱硫、脱灰、脱挥发分，控制总硫0.3～0.5%，灰分5～25%，挥发分3～15%，得到低硫、低灰、低挥发分的固体含碳、含氢物料；将其破碎筛分成0.1～5mm的颗粒，备用；

（2）选取含Al、Si、Ca的的氧化矿，经强制还原后制成Al、Si、Ca的单质或合金，将其破碎筛分成0.1～5mm的颗粒，备用；

（3）将步骤（1）和步骤（2）的产物混合，混合比例为：步骤（1）物料：步骤（2）物料=5～10：1，即得还原剂NFA；

或者将无烟煤、石油焦、沥青焦中的一种或几种与含Al、Si、Ca、Mg的氧化矿直接混合，混合比例按照前者：后者=3～10：1加入反应器，在高温1000～1400℃下反应1～2h直接生成含单质C、金属及其合金和少量挥发分的产物，破碎、筛分，即得还原剂NFA。