CN104131170A - 低品位废杂铜的冶炼工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低品位废杂铜的冶炼工艺，包括以下步骤：1)初始熔池生成；2)熔炼过程：向顶吹炉内连续加入配料，将喷枪插入熔体中，向熔体中喷入富氧空气和燃料，进行浸没燃烧顶吹熔炼，待顶吹炉内熔体的液面比排渣口高出0.3m-0.5m时停止配料加入，打开排渣口排渣，之后再往复进行熔炼、排渣作业，直到顶吹炉内的黑铜熔体面升至排渣口的下方100mm-200mm时停止加料熔炼；3)吹炼过程：排尽顶吹炉内炉渣，将喷枪插入黑铜，喷入富氧空气和燃料进行浸没燃烧吹炼，产出的粗铜和吹炼渣分别从排铜口、排渣口排出；4)重复熔炼、吹炼过程。采用本发明公开的技术方案冶炼废杂铜操作灵活，对原料的适应性强，安全性高，且铜及有价金属的回收率高。

Description

低品位废杂铜的冶炼工艺

技术领域

本发明涉及铜的冶炼技术领域，具体涉及一种低品位废杂铜的冶炼工艺。

背景技术

我国是铜矿产资源贫乏的国家，但经济的发展使我国一跃成为世界上精炼铜消费最大的国家。为了解决铜的资源和需求之间的矛盾，开发废杂铜冶炼工艺，利用铜的再生资源生产精炼铜已成为我国铜冶炼工业发展的重要方向。可利用的铜再生资源包括铜边角料、铜屑、铜线、废电缆、废旧铜部件等高品位的含铜物料，以及废电机、含铜合金废料、汽车拆解含铜废料、含铜工业残渣、电子废料、电积电镀泥等低品位含铜废料。废杂铜的冶炼工艺包括固定式反射炉、倾动式反射炉、竖炉、PS转炉、卡尔多炉、TBRC炉、奥斯麦特炉、艾萨炉等工艺，其中固定式反射炉和倾动式反射炉只能处理含铜90％以上的高品位废杂铜，竖炉只能产出黑铜，需要进行吹炼(PS转炉或其它吹炼炉)才能产出粗铜，PS转炉需要与熔炼炉配合作业，卡尔多炉单炉生产能力低，工艺复杂。

艾萨炉/奥斯麦特炉原设计用于铅精矿、铜精矿、镍精矿等的冶炼，1997年开始进行贵金属废料的处理，2002年开始用于处理低品位废杂铜，但应用的业绩很少。艾萨炉和奥斯麦特炉属顶吹浸没燃烧冶金炉，但均是立式冶金炉，存在以下问题：

1)由于是固定立式冶金炉，只能用皮带运输机通过炉顶固定的加料口加料，所处理的物料形状和大小受到限制；

2)由于是立式炉，高度达10m左右，直接加入大块物料将造成熔体喷溅，或损坏炉衬，甚至会发生严重的安全事故，因此无法处理大块的粗铜或其他大块的再生物料；

3)排烟口位于炉顶，烟气与加入的物料逆向，部分物料和喷溅物随烟气进入锅炉。

4)锅炉为立式，在漏水故障时，由于冶金炉是固定的，不能倾转，水流入高温的炉内，严重地损坏耐火材料。

基于以上缺陷，如何实现低品位废杂铜的安全冶炼，这是技术人员需要考虑的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种安全、可靠、稳定地进行低品位废杂铜冶炼的工艺。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种低品位废杂铜冶炼工艺，包括以下工艺步骤：

S1)初始熔池生成：按照10-15、55-65、20-25、1-5的重量份数比向卧式顶吹炉内投入煤炭、水淬渣、硫化矿和熔剂进行混合，顶吹喷枪向顶吹炉内喷入氧气和天然气燃烧至上述物料熔化形成初始熔池，所述熔剂为石英石，所述顶吹炉中的温度控制在1200℃-1300℃；所述顶吹炉内炉渣中的磁性氧化铁控制在小于或等于20％；

S2)熔炼过程：将废杂铜、煤炭和熔剂混合得到配料，以30t/h-100t/h的速度向顶吹炉内连续加入，所述顶吹炉内炉渣中铜的含量控制在小于0.6％，待顶吹炉内熔体的液面比顶吹炉两端的排渣口高出0.3m-0.5m时，停止配料加入，同时将顶吹喷枪上提至高出顶吹炉的液面0.5m以上，打开排渣口排渣，排渣完成后，重复加料熔炼与排渣作业，待顶吹炉内的金属铜熔体面上涨至排渣口以下100mm-200mm时停止熔炼，此时顶吹炉内仅有黑铜及少量的炉渣，所述炉渣中铜的含量低于0.6％，铁的含量为30％-35％，氧化硅的含量为30％-32％，所谓的黑铜也就是粗铜或者白冰铜；

S3)吹炼过程：将顶吹喷枪再插入熔体，喷入富氧空气和燃料，进行浸没燃烧吹炼，吹炼产出含铜95％以上的粗铜和富集Sn-Pb的吹炼渣，产出的粗铜从排铜口排出，产出的吹炼渣从排渣口或炉口排出，这里所述的燃料为粉煤、重油、柴油或者天然气均可；

S4)重复熔炼、吹炼：待顶吹炉底部的粗铜熔体排尽或熔体层达到200mm时，用堵口泥堵塞排铜口，向顶吹炉中加料重复熔炼和吹炼过程。

在冶炼铜品位较高、杂质含量较低的废杂铜时，无需进行吹炼作业，由熔炼过程直接产出粗铜，可以间断地通过排渣口排渣，通过排铜口排铜，连续地进行加料冶炼作业，而鉴于低品位废杂铜，其冶炼过程需要进行吹炼作业以除去黑铜中较多的杂质，提高产品的纯度。

进一步地，所述步骤S3的吹炼过程中顶吹炉内的温度控制在1150℃-1250℃，氧气的浓度为21％-60％，氧气的吹入压力为150KPa-200KPa，优选的，所述步骤S3的吹炼过程中顶吹炉内的温度控制在1200℃-1250℃，氧气的浓度为21％-50％。

关于物料的加入方式，所述步骤S1是先将顶吹喷枪提出，通过皮带机由加料口向顶吹炉内加入煤炭、水淬渣、硫化矿和熔剂等粒度小于100mm的物料，然后周向转动卧式顶吹炉至炉口的开口朝上且与水平方向呈锐角布置，之后用船形斗将粒度大于100mm的块状含铜杂料从顶吹炉的炉口加入；所述步骤S2中的混合物料通过皮带机由加料口加入，混合物料的粒度小于或等于100mm，大块物料加入时需要提出喷枪、转动炉体使炉口至合适的位置，用船形斗从炉口加入，所述的炉口同时作为顶吹炉的排烟口，这样在顶吹冶炼运行时，改从加料口加料，这样可以有效避免诸如艾萨炉、奥斯麦特炉的炉料和烟气从炉顶进出，或者说是逆向流动而将部分物料和喷溅物带入锅炉的问题。

实际生产中，所述顶吹炉的内径大于或等于4m，所述步骤S1中物料熔化后的液面高度为0.5m-0.8m；所述步骤S2是先将废杂铜、煤炭和熔剂混合后配料,配料的含水率低于10％，实际配料中各原料的配入比例无特别要求，根据不同配入原料制得的配料，后续在熔炼过程中通过定期检测顶吹炉内炉渣中铜、铁和氧化硅的含量来适当调整即可。

所述的顶吹喷枪在喷氧时要求其枪口要浸入液面内，这样氧气在喷入时既可以实现物料燃烧及氧化的目的，又对熔池内的熔体进行搅动，从而提高熔炼及吹炼效率，但是顶吹喷枪浸入熔体中的深度有一定的要求，枪口浸入熔体过深会加速喷枪的侵蚀，影响顶吹喷枪的使用寿命，枪口浸入过浅时一方面熔体的搅动强度过低，另一方面液面处的熔体容易喷溅到顶吹炉的内壁上从而影响顶吹炉的使用寿命，优选方案是，所述顶吹喷枪在工作状态下其枪口插入熔体的深度为200-300mm。

在实际生产中，卧式顶吹炉上的加料口处于负压状态，从而避免高温烟气由加料口逸出；所述烟气中含有较多的SO₂和二噁英，因此在后续烟气处理中，可采用余热锅炉使烟气从1200℃的温度降至350℃左右，回收余热，通过除尘设备收集烟尘作为副产品出售，烟气通过除二噁英装置后送硫酸厂制酸，或者进行脱硫后再排放，以避免烟气对环境的污染。

鉴于奥斯麦特炉/艾萨炉在冶炼低品位废杂铜中存在的问题，本发明的冶炼工艺采用卧式回转式炉体代替立式固定式的顶吹炉，顶吹炉的炉体中央设置一个大的炉口，作为大块物料的进料口，同时作为排烟口；炉口的两侧各设置一支浸没式的顶吹喷枪插入熔体中，向熔体喷入反应所需的富氧空气和燃料，所述的燃料为粉煤、柴油、重油或者天然气，进行顶吹浸没燃烧熔池熔炼；靠近顶吹喷枪的位置各设置一个加料口，用皮带运输机向炉内加入粉状、泥料、粒料、碎杂铜、碎煤、石英砂等；由炉口排出的高温烟气，采用卧式余热锅炉回收余热，在冶金炉体与锅炉之间采用水冷烟道连接；在顶吹炉的炉体两端的端墙上各设置一支燃料烧嘴，在烘炉和故障时进行炉体的升温和保温；在顶吹炉的炉体中部靠近炉底的位置设置一个排铜口，在一端墙中心的下方设置一个排渣口，正常情况下，炉渣和粗铜(冰铜)通过排渣口和排铜口排放，也可以回转顶吹炉，通过炉口排放炉渣和粗铜。

总体上来说，本发明采用卧式回转顶吹浸没燃烧熔池熔炼工艺进行低品位废杂铜的冶炼，其具备以下几个方面的优点：

1)炉体是卧式的，可以回转，大块物料可以通过炉口加入炉内，在锅炉漏水事故及其他需要的情况下，可以转动炉口至安全位置，可以通过炉口排渣或倒出粗铜熔体，很好地解决了艾萨炉、奥斯麦特炉等立式固定炉存在的问题；

2)在炉口两侧各设一只浸没式顶吹喷枪进行送风和加燃料，这样可以提高熔体的搅拌强度，提高炉内温度、成分的均匀程度和冷料熔化的速度，提高冶炼能力；

3)为顶吹炉配置的烟气余热锅炉为卧式，通过水冷烟道相连，锅炉漏水时不会有水进入顶吹炉内，不会影响炉体砖衬的寿命；

4)可以通过皮带机13从顶吹喷枪附近的加料口加入碎料，也可以通过船形斗从炉口加入炉料，包括大块料，加料方式灵活，物料的块度不受限制；

5)可以通过固定的排铜口、排渣口放铜、放渣，也可以通过炉口排渣、倒铜，作业方式灵活；

6)低品位废杂铜的冶炼工艺既可以连续作业，也可以间断作业。

本发明的低品位废杂铜冶炼工艺，用一台特殊设计的卧式回转浸没燃烧顶吹炉进行含铜废料的熔炼，并对产出的黑铜进行吹炼，产出粗铜送阳极精炼，熔炼产出含铜低于0.6％的水淬炉渣和高锌烟尘均作为副产品出售，吹炼产出的高Sn/Pb吹炼渣，单独处理生产Sn/Pb合金。

附图说明

图1是本发明所使用的顶吹炉的结构示意图。

具体实施方式

为进一步地说明本发明公开的技术方案，以下通过2个实例来做进一步的说明：

实施例1：

1)将废杂铜、煤炭和熔剂石英石混合后形成配料，所述配料的含水率低于10％；

2)按照15：60：25：5的重量份数比向卧式的顶吹炉1内投入煤炭、水淬渣、硫化矿和熔剂进行混合，顶吹喷枪3向顶吹炉1内喷入氧气和天然气燃烧至上述物料熔化，所述熔剂为石英石，所述顶吹炉1中的温度控制在1250℃-1300℃；定期检测顶吹炉1内的炉渣中磁性氧化铁的含量，保持炉渣中的磁性氧化铁的百分含量小于或等于20％；

3)将步骤1制得的配料以5t/h-70t/h的速度向顶吹炉1内连续加入配料，定期检测顶吹炉1内的炉渣中铜、铁、氧化硅和磁性氧化铁的含量，保持炉渣中铜的百分含量小于0.6％，铁在30％-35％之间，氧化硅在30％-32％之间，磁性氧化铁小于或等于20％；

4)待顶吹炉1内熔化物的液面比顶吹炉1端墙上的排渣口7高出0.3m-0.5m时，停止配料加入，先打开排渣口7排渣，排渣结束后，关闭排渣口7，恢复加料进行熔炼，重复排渣与加料过程，直到铜面上涨至排渣口7以下100-200mm时，停止熔炼过程；

5)将顶吹喷枪3再插入熔体，喷入富氧空气和燃料，进行浸没燃烧吹炼，吹炼产出含铜95％以上的粗铜和富集Sn-Pb的吹炼渣，分别从排铜口8、排渣口7或炉口5排出；吹炼过程中顶吹炉1内的温度控制在1200℃-1250℃，氧气的浓度为40％-50％，氧气的吹入压力为170KPa，经检测，吹炼后得到的粗铜中铜的含量为97.2％。

实施例2：

1)将废杂铜、煤炭和熔剂石英石混合后形成配料，所述配料的含水率低于10％；

2)按照10:55:20:2的重量份数比向卧式的顶吹炉1内投入煤炭、水淬渣、硫化矿和熔剂进行混合，顶吹喷枪3向顶吹炉1内喷入氧气和天然气燃烧至上述物料熔化，所述熔剂为石英石，所述顶吹炉1中的温度控制在1250-1300℃；定期检测顶吹炉1内的炉渣中磁性氧化铁的含量，保持炉渣中的磁性氧化铁的百分含量小于或等于20％；

3)以60-100t/h的速度向顶吹炉1内连续加入步骤1得到的配料，定期检测顶吹炉1内的炉渣中铜、铁、氧化硅和磁性氧化铁的含量，保持炉渣中铜的百分含量小于0.6％，铁在30％-35％之间，氧化硅在30％-32％之间，磁性氧化铁小于或等于20％，上述各组分的含量通过调整步骤1中配料的加入来实现；

4)待顶吹炉1内熔化物的液面比顶吹炉1端墙上的排渣口7高出0.4m时，停止配料加入，将喷枪提出熔体面，停止熔炼，先打开排渣口7排渣，排渣结束后，关闭排渣口7，将喷枪放入熔体，恢复加料进行熔炼，重复排渣与加料过程，直到铜面位于排渣口7的下方200mm时，将喷枪提出熔体面，停止加料，打开排铜口8排放粗铜；

5)经检测，连续作业得到的粗铜中铜的含量为95.8％。

Claims (10)

1.一种低品位废杂铜的冶炼工艺，包括以下步骤：

S1)初始熔池生成：按照10-15、55-65、20-25、1-5的重量份数比向卧式的顶吹炉(1)内投入煤炭、水淬渣、硫化矿和熔剂进行混合，顶吹喷枪(3)向顶吹炉(1)内喷入氧气和天然气燃烧至上述物料熔化形成初始熔池，所述熔剂为石英石，所述顶吹炉(1)中的温度控制在1200℃-1300℃，所述顶吹炉(1)内炉渣中的磁性氧化铁的百分含量控制在小于或等于20％；

S2)熔炼过程：将废杂铜、煤炭和熔剂混合得到配料，以30t/h-100t/h的速度向顶吹炉(1)内连续加入配料，所述顶吹炉(1)内炉渣中铜的百分含量控制在小于0.6％，待顶吹炉(1)内熔体的液面比顶吹炉(1)上的排渣口(7)高出0.2m-0.3m时，停止配料加入，同时将顶吹喷枪(3)上提至高出顶吹炉(1)内的液面0.5m以上，打开排渣口(7)排渣，排渣完成后，重复加料熔炼与排渣作业，待顶吹炉(1)内的铜面位于排渣口(7)的下方100mm-200mm时停止熔炼，此时顶吹炉(1)内仅有黑铜及少量的炉渣，所述炉渣中铜的含量低于0.6％，铁的含量为30％-35％，氧化硅的含量为30％-32％；

S3)吹炼过程：将顶吹喷枪(3)再插入熔体，喷入富氧空气和燃料进行浸没燃烧吹炼，吹炼产出含铜95％以上的粗铜和富集Sn-Pb的吹炼渣，吹炼产出的粗铜从排铜口(8)排出，吹炼渣从排渣口(7)或炉口(5)排出；

S4)重复熔炼、吹炼：待顶吹炉(1)底部的粗铜熔体排尽或熔体层达到200mm时，用堵口泥堵塞排铜口(8)，向顶吹炉(1)中加料重复熔炼和吹炼过程。

2.根据权利要求1所述低品位废杂铜的冶炼工艺，其特征在于：所述步骤S2中从排渣口(7)排出的炉渣通过水淬处理，得水淬渣待售。

3.根据权利要求1所述低品位废杂铜的冶炼工艺，其特征在于：所述步骤S3中从排渣口(7)或炉口(5)排出的吹炼渣送至还原炉反应生成Sn/Pb合金待售。

4.根据权利要求1所述低品位废杂铜的冶炼工艺，其特征在于：所述步骤S3的吹炼过程中顶吹炉(1)内的温度控制在1150℃-1300℃，氧气的浓度为21-60％，氧气的吹入压力为150KPa-200KPa。

5.根据权利要求1所述低品位废杂铜的冶炼工艺，其特征在于：所述步骤S1是先将顶吹喷枪(3)取出，然后周向转动卧式顶吹炉至炉口(5)的开口朝上且与水平方向呈锐角布置，之后再将粒度大于100mm块状含铜杂料从顶吹炉(1)的炉口(5)加入。

6.根据权利要求1或4所述低品位废杂铜的冶炼工艺，其特征在于：所述步骤S3的吹炼过程中顶吹炉1内的温度优选控制在1200℃-1250℃，氧气的浓度为21％-50％。

7.根据权利要求1或5所述低品位废杂铜的冶炼工艺，其特征在于：所述步骤S2中的混合物料是通过皮带机(13)输送至从顶吹炉(1)上靠近顶吹喷枪(3)的加料口(12)加入，混合物料的粒度小于或等于100mm。

8.根据权利要求1所述低品位废杂铜的冶炼工艺，其特征在于：所述顶吹炉(1)的内径大于或等于4m，所述步骤S1中物料熔化后的液面高度为0.5m-0.8m。

9.根据权利要求1所述低品位废杂铜的冶炼工艺，其特征在于：所述步骤S2是先将废杂铜、煤炭和熔剂混合后配料,配料的含水率低于10％。

10.根据权利要求7所述低品位废杂铜的冶炼工艺，其特征在于：所述顶吹喷枪(3)在工作状态下其枪口插入顶吹炉(1)内的液面200m-300mm。