CN104032148A - 一种基于新型熔剂的火法炼铜造锍造渣方法 - Google Patents

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张建斌
梁富明
侯福祖
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Abstract

本发明提供了一种基于新型熔剂的火法炼铜造锍造渣方法，该方法具体过程为：以石英砂和工业生产中尾气脱硫处理产生的石膏为熔剂，将铜精矿与熔剂混合均匀后投入富氧侧吹熔池熔炼炉中进行熔炼；熔炼过程中向熔体不断充入富氧空气，熔炼初始时通过燃烧器对熔炼炉进行升温，炉膛温度升高到1100℃以上后熄灭燃烧器，使炉内物料进行自热熔炼。本发明的利用能够大幅降低造锍熔炼渣的含铜量，最低能使渣含铜低于0.4%，并缩短了造锍熔炼工艺流程，有效延长了现有熔炼炉运行寿命，同时大幅降低燃料用量。

Description

一种基于新型熔剂的火法炼铜造锍造渣方法
技术领域
本发明属于有色冶金技术领域，涉及一种基于新型熔剂的火法炼铜造锍造渣方法。
背景技术
目前国内火法炼铜造锍生产过程中产出的炉渣平均渣含铜高于1%；引进或引进改造的冶炼炉与同行业相似炉型相比，炉寿命明显偏低。这些都与造锍冶炼过程采用的渣型有很大的关系。被广泛采用的单一二氧化硅熔剂大部分情况下产出酸性造锍渣，炉渣浑浊发粘，不利于冰铜分离，造成渣含铜升高；同时酸性熔剂造成炉壁挂渣困难，对碱性炉壁的侵蚀比较严重，因而缩短了炉寿命。另外，采用单一二氧化硅体系熔剂的造锍熔炼方法生产时形成的SiO2—FeO二元系渣型，该渣型最低共熔点为1200℃，且共熔点附近炉渣温度曲线比较陡峭，渣型铁硅比偏高，对于熔池较大的炉型来说很容易形成Fe3O4炉结。炉结一旦形成，热量损失加快，造锍熔炼会产出含铜高达3～7%事故性炉渣。实际生产中一般控制铁硅质量比不大于2.8，其共熔温度约1470℃，处于共溶温度急剧上升的位置，供热不足的情况下很容易形成固态渣，夹杂有价金属。针对造锍渣含铜过高的问题，目前主要采用两种方式进一步处理：
1、与熔炼炉配套增设贫化炉，使用电热或燃料供热的贫化炉对造锍渣进一步处理，以降低渣含铜量；
2、与熔炼炉配套设置渣选矿工艺流程，对造锍渣进行重新选矿，富集有价金属后再熔炼。
这两种方式不仅需要增加投资，而且增加了单位产品成本，延长了工艺流程，不利于提高有价金属回收率。而且随着各冶炼厂产能的逐渐扩大，造锍熔炼产出大量的炉渣，用于炉渣处理的成本也非常可观，从而制约了铜冶炼企业的发展。综上可知，渣型的选择是火法炼铜工艺生产成本较高的重要原因之一。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种基于新型熔剂的火法炼铜造锍造渣方法，利用该方法能够显著降低渣含铜品位、提高造锍熔炼速度、缩短铜冶炼工艺流程、延长熔炼炉寿命。
为此，本发明采用如下技术方案：
一种基于新型熔剂的火法炼铜造锍造渣方法，其具体过程为：以石英砂和工业生产中尾气脱硫处理产生的石膏为熔剂，将铜精矿与熔剂混合均匀后投入富氧侧吹熔池熔炼炉中进行熔炼；熔炼过程中向熔体不断充入富氧空气，熔炼初始时通过燃烧器对熔炼炉进行升温，炉膛温度升高到1100℃以上后熄灭燃烧器，使炉内物料进行自热熔炼。
所述熔剂与铜精矿的配料计算以铜精矿中的铁元素含量为标准，配料质量比为，石膏：石英砂所含二氧化硅：铜精矿所含铁元素 = 0.4～0.45：0.38～0.44：1。
所述石膏由煤炭发电、集中供热以及冶金行业中采用石灰石或熟石灰进行尾气脱硫处理后产生的石膏废弃物提供。尾气脱硫石膏（主要成分为CaSO3和CaSO4）廉价易得，而在本发明中，大部分铜冶炼企业自产的尾气脱硫石膏即可就地用于配料。工业尾气脱硫处理产出石膏的反应原理如下：
Ca(OH)2 + SO2 = CaSO3 + H2O ——(1)
2CaSO3 + O2 = 2CaSO4 ——(2)
CaCO3 + SO2 = CaSO4 + CO2 ——(3)
由上可知，本发明实际是使用亚硫酸钙、硫酸钙、二氧化硅作为熔剂参与造锍熔炼，熔炼反应最终生成CaO—SiO2—FeO三元系渣型。该渣型熔点约1100℃，稳定性好，具有一系列良好的熔炼特性，产出炉渣型共溶温度低、渣型清亮，粘度小、与冰铜分离充分。
本发明中，作为入炉物料的石膏废弃物受热易分解，其中的亚硫酸钙600℃即开始分解，硫酸钙1100℃开始分解：
CaSO3 = CaO + SO2↑ ——(4)
2CaSO4 = 2CaO + 2SO2↑ + O2↑ ——(5)
分解生成的CaO与炉料参与造锍造渣反应；SO2与熔炼尾气一起进入烟道，用于制备工业浓硫酸；产生的氧气参与造锍熔炼反应。反应过程中不产生有害物质。
所述脱硫石膏用量可以根据热工方式和炉况进行调整，使造锍渣中CaO的含量保持在10～19%区间。当炉渣温度在1100-1200℃之间摆动时，说明当前炉渣中的CaO在10%附近，应当适当增加入炉物料中的脱硫石膏含量；当入炉物料的配料方式没有明显的调整，但炉渣温度从1100℃开始有缓慢上升的现象时，说明炉料中的铁元素有Fe3O4生成，致使产出渣中的钙含量升高。实际生产中可能达到了16%以上，此时需要降低入炉物料中脱硫石膏的配入量，增加石英石的配入量。
依据造锍熔炼渣CaO—FeO—SiO2三元系相图（参见李洪贵编《冶金原理》）可以看出本发明所采用熔剂能大幅降低入炉物料的熔点，反应吸热远低于SiO2或SiO2 + CaO熔剂熔融潜热。依据铜精矿成份控制入炉物料中石膏、石英砂的用量，可以使炉渣共溶温度控制在1100℃附近，使渣熔融温度较传统二元系渣型熔炼造锍熔炼温度降低370℃，从而大幅降低了燃料消耗，使炉内反应正常后即可进行自热熔炼，不再需要燃烧器提供热量。
本发明生成的三元系渣型性质稳定，共熔点温度曲线比较平坦，不会因为温度的轻微波动而结晶。进一步综合分析发现，本发明在采用石膏和石英砂混合熔剂后，入炉物料的溶解温度、熔炼渣粘度、熔体扩散系数、冰铜与炉渣界面性质等特性均优于原有单一二氧化硅熔剂。
另外，在煤炭发电、集中供热以及冶金行业中普遍采用石灰石或熟石灰脱硫处理尾气，脱硫产生大量的石膏废弃物。这些石膏废弃物中含有高达40～70%的亚硫酸钙，以及少量的氧化钙和碳酸钙，很难回收再利用。脱硫石膏直接废弃，其中的亚硫酸钙可能分解释放SO2，对环境造成污染。本发明采用这些石膏废弃物作为一种新型造锍熔炼熔剂，不需要提纯，能在大部分冶炼厂实现零石膏废料排放的循环经济。
综上所述，本发明的有益效果在于：
1、大幅降低造锍熔炼渣的含铜量，最低能使渣含铜低于0.4%，达到弃渣标准；
2、缩短了造锍熔炼工艺流程，并有效延长现有熔炼炉运行寿命；
3、本发明在不改变现有炉型以及热工方式的情况下实现三元系渣型熔炼，解决了二元系渣型造渣缓慢，共熔温度高的问题，从而大幅降低燃料用量；
4、所使用的原料为尾气脱硫系统固体废料，实现循环经济，避免了固体废弃物的排放。
具体实施方式
下述实施例所处理铜精矿成分如下：Cu：20.9%，Fe：28.5%，S：30%，SiO2：6.3%，铜精矿中含Al2O3、CaO组分之和不超过2%。
实施例1
一种基于新型熔剂的火法炼铜造锍造渣方法，其具体过程为：以石英砂和工业生产中尾气脱硫产生的石膏为熔剂，将铜精矿与熔剂混合均匀后投入富氧侧吹熔池熔炼炉中进行熔炼。入炉物料的配料标准为，石膏：石英砂所含二氧化硅：铜精矿所含铁元素 = 0.4：0.4：1，所用石膏水分含量 <9%；本实施例技术方案可应用于一种包括熔炼区和沉淀区的双室熔池熔炼炉。熔炼过程中向熔体不断充入37%富氧空气，熔炼初始时通过燃烧器对熔炼炉进行升温，炉膛温度升高到1100℃以上后熄灭熔炼室燃烧器，使炉内物料进行自热熔炼。本实施例产出渣温度为1100℃，成份如下所示：
表1 实施例1产出炉渣成份（%）
FeO SiO2 CaO Cu
49 35 16 0.4
相较于传统单一二氧化硅熔剂造锍，本发明入炉物料硫含量虽然有所降低，但炉料熔点得到较大降低且配入的石英砂用量减少，硫含量足以满足自热熔炼的需要。产出的渣型从酸性变为碱性渣，共熔温度为1100℃，是CaO—FeO—SiO2三元系渣型的最低共熔温度。炉渣在该区域温度曲线平缓，温度轻微变化不会导致炉渣结晶，非常有利于生产。
正常生产操作中，熔炼反应正常后可以熄灭熔炼室燃烧器，对沉淀室燃烧器的燃料和助燃风流量作适当的降低。在保证造锍反应完全的同时，降低燃料的消耗和尾气损失热量，提高了热效率。在该炉型的应用中燃料消耗可以降低40%以上。本实施例炉型通常物料处理能力为11t/(m2*d)，冶炼强度较低；采用本发明技术后，能够加快造渣速度，使处理量达到15 t/(m2*d)以上。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，入炉物料的配料标准为，石膏：石英砂所含二氧化硅：铜精矿所含铁元素 = 0.42：0.44：1。实施例2产出渣温度为1090℃，成份如下所示：
表2 实施例2产出炉渣成份（%）
FeO SiO2 CaO Cu
37 44 19 0.35
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，入炉物料的配料标准为，石膏：石英砂所含二氧化硅：铜精矿所含铁元素 = 0.45：0.38：1。实施例3产出渣温度为1190℃，成份如下所示：
表3 实施例3产出炉渣成份（%）
FeO SiO2 CaO Cu
42 45 13 0.5

Claims (3)

1. 一种基于新型熔剂的火法炼铜造锍造渣方法，其特征在于，该方法具体过程为：以石英砂和工业生产中尾气脱硫处理产生的石膏为熔剂，将铜精矿与熔剂混合均匀后投入富氧侧吹熔池熔炼炉中进行熔炼；熔炼过程中向熔体不断充入富氧空气，熔炼初始时通过燃烧器对熔炼炉进行升温，炉膛温度升高到1100℃以上后熄灭燃烧器，使炉内物料进行自热熔炼。
2.根据权利要求1所述的一种基于新型熔剂的火法炼铜造锍造渣方法，其特征在于，所述熔剂与铜精矿的配料计算以铜精矿中的铁元素含量为标准，配料质量比为，石膏：石英砂所含二氧化硅：铜精矿所含铁元素 = 0.4～0.45：0.38～0.44：1。
3.根据权利要求1所述的一种基于新型熔剂的火法炼铜造锍造渣方法，其特征在于，所述石膏由煤炭发电、集中供热以及冶金行业中采用石灰石或熟石灰进行尾气脱硫处理后产生的石膏废弃物提供。
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