CN104278160B - 一种低品位铜原料的低成本装备的环保冶炼方法 - Google Patents

Abstract

一种低品位铜原料的低成本装备的环保冶炼方法，属于铜加工技术领域。现有的独立氧化还原炉及其烟尘综合处理系统冶炼废杂铜排放大气的烟尘中粉尘最优水平达到30mg/m³，但粉尘80～95％为PM2.5细颗粒物，且含毒性更大的二噁英，与人民群众对细颗粒物浓度日益严格的要求的变化不相适应。本发明方法使低品位铜原料采用低成本装备冶炼成为可能，且本发明方法发明由旋风急冷除尘器、烟尘温度调节器、布袋除尘器、湿法脱硫脱硝塔、雨淋过滤器、调频风机、污水絮凝沉淀池组成的烟尘综合处理系统及完整的技术，实现低品位铜原料低成本装备连续冶炼成阳极铜工业废气的排放中粉尘浓度低于0.500mg/m³，检测不到二噁英。

Description

一种低品位铜原料的低成本装备的环保冶炼方法

背景技术

一方面，重金属冶炼烟尘排放污染治理虽经过大量艰苦卓绝的努力，取得了长足的进步，铜反射炉冶炼烟尘中粉尘浓度达到30mg/m³，优于GB907-1996规定铜冶炼反射炉粉尘低于200mg/m³的标准值。但现有研究结果表明在粉尘浓度达到30mg/m³的烟尘中80～95％为PM2.5细颗粒物。

另一方面，近二十多年以来，铜加工在我国每年以两位数的速度增长，铜加工产品在我国国民经济及高技术领域发挥越来越重要的作用，但制约我国铜加工行业发展的瓶颈是高纯度铜原材料的短缺，我国铜精矿资源贫乏，从废杂铜、紫杂铜中再生高纯度的铜材是必然的选择，但入炉的废杂铜、紫杂铜中难免混含塑料、含溴芳烃的阻燃物等，因此冶炼废杂铜、紫杂铜会产生二噁英。二噁英的生成要借助含Cu等金属离子细颗粒物的催化，二噁英传播依附在PM2.5细颗粒物上。到目前为止，还未见铜反射炉冶炼烟尘中二噁英的减排技术的研发。

众所周知PM2.5直接进入肺部深处，对人体生命健康产生重要的危害。关于PM2.5，国家标准《环境空气质量标准》GB3095-2012颗粒物(粒径小于等于2.5μm)规定24小时平均浓度35μg/m³为一级，75μg/m³为二级，标准从2016年1月1日开始实施。但我国现有的空气质量形势严峻，高于75μg/m³轻度污染、中度污染、重度污染、严重污染的天气时有发生。二噁英是剧毒物质，对人体的危害更大，但现有的铜冶炼未见相关减排研究。因此，相对于现有低品位铜反射炉冶炼烟尘处理的最佳水平，对含紫杂铜、废杂铜之一的低品位铜原料采用低成本装备冶炼技术、进一步研发大幅度降低烟尘中PM2.5排放的浓度、同时大幅度削减二噁英浓度甚至消除二噁英产生的方法，具有重大的社会效益。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术采用反射炉加烟尘处理系统最优的大气排放粉尘含量30mg/m³但其中80～95％为PM2.5细颗粒物、且熔化含废杂铜低品位铜原料烟尘中存在二噁英的现状，发明一种方法实现含竖炉的低成本装备冶炼低品位铜原料、大幅度削减排放的废气中细颗粒物的浓度、消除二噁英。

本发明一种低品位铜原料的低成本装备的环保冶炼方法，低成本冶炼装备包括一台竖炉及其至少有两个预留的排铜口和保温溜槽、至少有两台与保温溜槽分别相连的氧化还原炉、一套烟尘综合处理系统；在本发明中低品位铜原料能正常且连续冶炼成合格阳极板，原料中总铜含量60wt％及以上，低品位铜原料为下列原料的至少一种：紫杂铜、废杂铜、由废杂铜冶炼的次粗铜、由铜锍冶炼的粗铜；

在本发明中，控制氧化还原炉预热的燃气为还原性、铜熔液还原过程的燃气为还原性，氧化还原炉还原性的燃气经过保温管道、开关、高温鼓风机进入竖炉底部，参与竖炉料柱预热、支持竖炉料柱底部熔化，控制竖炉和氧化还原炉的高温鼓风机使氧化还原炉处于微负压、杜绝氧化还原炉燃气和烟尘无组织排放；竖炉熔化低品位铜，考虑氧化还原炉的还原性燃气进入竖炉底部的影响，通过多个竖炉燃烧器的空气和燃料量供应的调节、实现整个料柱从下到上温度递减、并只在料柱底部熔化，在竖炉最下排形成循环高温燃气流，该循环高温燃气流为还原性，不断熔化低品位铜料柱底部，料柱不断下行、在竖炉的顶部加料维持整个料柱高度基本不变，而且该循环高温燃气流裹挟低品位铜熔液斜下行一程、然后在铜熔液流的上方折返，一方面其中部分折返的燃气离开循环高温燃气流、沿竖炉料柱上行一段、并通过竖炉保温管道、开关、高温鼓风机分别进入与竖炉相连的氧化还原炉，该部分折返燃气的量由竖炉最下排负责料柱底部熔化的燃烧器向循环高温燃气流补充；另一方面低品位铜熔液与循环高温燃气流分离后借助惯性经过最短的最顺畅的高温路径、通过排铜口、加盖保温溜槽、进入预热的氧化还原炉，加盖保温溜槽有还原性燃气协同、保证低品位铜熔液的正常流动，该循环高温燃气流、该保温溜槽的还原性燃气在1120～1400℃随着原料中铜含量的降低分别增高；当通过其中一个排铜口和保温溜槽流入一个氧化还原炉的铜熔液达到其额定容量时，减小与该排铜口相对应的竖炉燃烧器的燃料和空气的供应量，使该循环高温燃气流降温、暂停竖炉料柱底部的熔化，封堵该排铜口，在该氧化还原炉内然后依序进行铜熔液的氧化、还原、保温浇铸阳极板；同时，打开竖炉预留的与另一预热的氧化还原炉相连的排铜口，控制与该排铜口相对的竖炉燃烧器形成另一循环高温燃气流，重新开始熔化竖炉料柱底部、通过该排铜口和与之相通的加盖保温溜槽向后一氧化还原炉排铜熔液，直至达到该氧化还原炉的额定铜熔液量，再暂停竖炉低品位铜料柱的熔化，在该氧化还原炉开展氧化、还原、保温浇铸阳极板；形成低品位铜原料低成本装备的连续冶炼；在铜熔液氧化过程中、还原过程中，氧化还原炉燃烧器均采取无焰燃烧方式；

烟尘综合处理系统由旋风急冷除尘器、烟尘温度调节器、布袋除尘器、湿法脱硫脱硝塔、雨淋过滤器、调频风机、污水絮凝沉淀池组成；竖炉烟尘通过其保温管道、开关、高温鼓风机分别在氧化还原炉燃烧器旁进入氧化还原炉；氧化还原炉从收集低品位铜熔液开始铜熔液的氧化过程，燃气为氧化性；当至少两台氧化还原炉轮流氧化、还原、保温浇铸时，完全打开燃气为氧化性的氧化还原炉的烟尘开关，控制打开燃气为还原性的氧化还原炉的烟尘开关达一定开度，部分还原性烟尘与全部氧化性烟尘分别先后经烟尘排出口、烟尘保温管道、烟尘开关、汇聚到烟尘主管道、烟尘综合处理系统；该烟尘主管道外焊气管，气管外装有良好的保温材料，至少两种气管利用该烟尘主管道内流过的高温烟尘分别对干燥空气气管、空分干燥氮气气管进行加热，预热干燥空气通过控制分配给竖炉燃烧器助燃、氧化还原炉燃烧器助燃、烟尘综合处理系统的烟尘温度调节器按需使用，预热干燥氮气通过安全电磁阀通入正在还原过程的氧化还原炉内的气体匀喷器，均匀进入铜熔液池参与铜熔液的还原；空分干燥氧气通过安全电磁阀通入正在氧化过程的氧化还原炉内的气体匀喷器，均匀进入铜熔液池参与铜熔液的氧化；尽量降低低品位铜冶炼过程的水分，在低品位铜原料料仓除湿、保持低品位铜原料干燥；

竖炉烟尘保温管道与竖炉相接处距竖炉底部的高度占整个竖炉高度的一半到三分之二，在该相接处以上、竖炉内壁与从顶部加入的低品位铜原料之间的间隙小于该相接处以下竖炉内壁与竖炉料柱之间的间隙，通过竖炉高温鼓风机的控制杜绝竖炉烟尘从竖炉顶部逃逸；竖炉烟尘自进入氧化还原炉、经氧化还原炉燃烧器燃烧、部分原竖炉烟尘随氧化还原炉的部分还原性燃气重新进入竖炉、另一部分原竖炉烟尘随氧化还原炉烟尘进入烟尘综合处理系统，在该过程中竖炉烟尘至少经历高于850℃、4s以上，其中经历1120℃以上温度2s以上；

控制从氧化还原炉排出的烟尘在进入旋风急冷除尘器时温度为500℃～550℃，一方面，该旋风急冷除尘器的烟尘入口旁通入高压干燥冷空气，与烟尘急速充分混合冷却，同时带动烟尘混合气体高速旋转，在边旋转边向上的运动过程中、烟尘混合气体又与旋风急冷除尘器内通冷却水的金属管道强制高速交换热量，通过调节干燥冷空气的温度以及气流速度、调节通往金属管道内的冷却水的温度以及水流速度，使烟尘混合气体在0.2s内降到195℃～200℃；另一方面，烟尘混合气体中大的颗粒物在离心力的作用下边旋转边向下进入旋风急冷除尘器的料斗，通过观察窗当大的颗粒物达到一定量时被自动清除；旋风急冷除尘器内的通冷却水管道外壁通过低频声波吹灰器保持清洁、高效高速与烟尘混合气体交换热量；

随后，烟尘混合气体进入烟尘温度调节器，通过提前检测烟尘混合气体的温度，采取干燥冷空气、烟尘主管道预热的部分干燥空气来调节烟尘混合气体的温度，使其在离开布袋除尘器前温度高于烟尘混合气体的露点；

烟尘混合气体经过塔表面密闭的控制烟尘混合气体出入的湿法脱硫脱硝塔，进入密闭的控制其出入的雨淋过滤器，刚进雨淋过滤器烟尘混合气体运动速度立即降低至少50％以上，雨淋过滤器喷淋雨滴量至少为200mm/h，喷淋雨滴的速度在接触雨淋器底板前速度达1.0m/s～5.0m/s；雨淋过滤器由多个格组成，每相邻两格之间大部分面积由隔板隔开，在烟尘混合气体运动的大方向、单个格尽头设有过滤网，烟尘混合气体经过过滤网进入下一格，烟尘混合气体运动大方向180°改变，如此运动、反复改变方向，烟尘混合气体在雨淋过滤器内被处理至少10min，最后被调频风机排入大气；烟尘混合气体在雨淋过滤器内处于紊流，相邻两格有烟尘混合气体交换结构，保证烟尘混合气体流动的位置相对雨淋过滤器的单格内的上层、中层和下层的位置始终在改变，保证烟尘混合气体被雨淋过滤器均匀处理；过滤网对PM2.5具有良好的过滤功能，过滤网上不停有完整的雨膜带走截留的细颗粒物；烟尘混合气体从高温被雨淋过滤器很快喷淋到低温、从干燥马上到弥散的雨滴内达到饱和湿度，处在露点之下的烟尘混合气体中的细颗粒物凝聚长大，有利被过滤网截留；最终排入大气的粉尘低于0.500mg/m³，没能检测到二噁英；

雨淋过滤器的雨水循环使用，定期补水，污水定期泵入污水絮凝沉淀池，收集的泥浆没能检测到二噁英，泥浆随后集中进行重金属提取；

氧化还原炉的炉渣水淬冷却，之后球磨和物理分选、湿法处理、冶金处理，回收有价金属。

本发明一种低品位铜原料的低成本装备的环保冶炼方法，该烟尘综合处理系统应用在除含竖炉之外的低品位铜原料冶炼装备上的烟尘处理、在除含竖炉之外的高品位铜原料冶炼装备上的烟尘处理，处理后排入大气的粉尘低于0.500mg/m³，不会检测到二噁英。

与现有技术相比，本发明具有如下的显著优越性：

1.对低品位铜，现有的反射炉冶炼最优的大气排放水平为30mg/m³的，但本发明专利采用低成本冶炼装备加发明的烟尘综合处理系统，烟尘大气排放粉尘浓度低于0.500mg/m³；对低品位铜，现有的含竖炉的发明技术还不能工业冶炼，因此还未见现有的铜冶炼中对粉尘处理的技术报道；

2.当低品位铜中含废杂铜、紫杂铜时，因易混入塑料、含溴芳烃的阻燃物等，现有冶炼及烟尘处理技术肯定在烟尘中产生二噁英，本发明技术使得经本发明烟尘综合处理系统处理的排放到大气的烟尘中消除了二噁英的存在，检测不到二噁英，具有重大的社会效益。

具体实施方式

实施例1

原料铜含量60.0wt％的废杂铜与铜锍冶炼的粗铜；低成本装备的配置为1台竖炉、2台氧化还原炉、1套烟尘综合处理系统；燃油用重油；控制氧化还原炉预热的燃气为还原性、铜熔液还原过程的燃气为还原性，氧化还原炉还原性的燃气经过保温管道、开关、高温鼓风机进入竖炉底部，参与竖炉料柱预热、支持竖炉料柱底部熔化，控制竖炉和氧化还原炉的高温鼓风机使氧化还原炉处于微负压、杜绝氧化还原炉燃气和烟尘无组织排放；竖炉熔化低品位铜，考虑氧化还原炉的还原性燃气进入竖炉底部的影响，通过多个竖炉燃烧器的空气和燃料量供应的调节、实现整个料柱从下到上温度递减、并只在料柱底部熔化，在竖炉最下排形成循环高温燃气流，该循环高温燃气流为还原性，不断熔化低品位铜料柱底部，料柱不断下行、在竖炉的顶部加料维持整个料柱高度基本不变，而且该循环高温燃气流裹挟低品位铜熔液斜下行一程、然后在铜熔液流的上方折返，一方面其中部分折返的燃气离开循环高温燃气流、沿竖炉料柱上行一段、并通过竖炉保温管道、开关、高温鼓风机分别进入与竖炉相连的氧化还原炉，该部分折返燃气的量由竖炉最下排负责料柱底部熔化的燃烧器向循环高温燃气流补充；另一方面低品位铜熔液与循环高温燃气流分离后借助惯性经过最短的最顺畅的高温路径、通过排铜口、加盖保温溜槽、进入预热的氧化还原炉，加盖保温溜槽有还原性燃气协同、保证低品位铜熔液的正常流动，该循环高温燃气流、该保温溜槽的还原性燃气1400℃随着原料中铜含量的降低分别增高；当通过其中一个排铜口和保温溜槽流入一个氧化还原炉的铜熔液达到其额定容量时，减小与该排铜口相对应的竖炉燃烧器的燃料和空气的供应量，使该循环高温燃气流降温、暂停竖炉料柱底部的熔化，封堵该排铜口，在该氧化还原炉内然后依序进行铜熔液的氧化、还原、保温浇铸阳极板；在铜熔液氧化过程中、还原过程中，氧化还原炉燃烧器均采取无焰燃烧方式；烟尘综合处理系统由旋风急冷除尘器、烟尘温度调节器、布袋除尘器、湿法脱硫脱硝塔、雨淋过滤器、调频风机、污水絮凝沉淀池组成；竖炉烟尘通过其保温管道、开关、高温鼓风机分别在氧化还原炉燃烧器旁进入氧化还原炉；氧化还原炉从收集低品位铜熔液开始铜熔液的氧化过程，燃气为氧化性；完全打开燃气为氧化性的氧化还原炉的烟尘开关，控制打开燃气为还原性的氧化还原炉的烟尘开关达一定开度，部分还原性烟尘与全部氧化性烟尘分别先后经烟尘排出口、烟尘保温管道、烟尘开关、汇聚到烟尘主管道、烟尘综合处理系统：该烟尘主管道外焊气管，气管外装有良好的保温材料，至少两种气管利用该烟尘主管道内流过的高温烟尘分别对干燥空气气管、空分干燥氮气气管进行加热，预热干燥空气通过控制分配给竖炉燃烧器助燃、氧化还原炉燃烧器助燃、烟尘综合处理系统的烟尘温度调节器按需使用，预热干燥氮气通过安全电磁阀通入正在还原过程的氧化还原炉内的气体匀喷器，均匀进入铜熔液池参与铜熔液的还原；空分干燥氧气通过安全电磁阀通入正在氧化过程的氧化还原炉内的气体匀喷器，均匀进入铜熔液池参与铜熔液的氧化；尽量降低低品位铜冶炼过程的水分，在低品位铜原料料仓除湿、保持低品位铜原料干燥；竖炉烟尘保温管道与竖炉相接处距竖炉底部的高度占整个竖炉高度的一半到三分之二，在该相接处以上、竖炉内壁与从顶部加入的低品位铜原料之间的间隙小于该相接处以下竖炉内壁与竖炉料柱之间的间隙，通过竖炉高温鼓风机的控制杜绝竖炉烟尘从竖炉顶部逃逸；竖炉烟尘自进入氧化还原炉、经氧化还原炉燃烧器燃烧、部分原竖炉烟尘随氧化还原炉的部分还原性燃气重新进入竖炉、另一部分原竖炉烟尘随氧化还原炉烟尘进入烟尘综合处理系统，在该过程中竖炉烟尘经历855℃、4.2s，其中经历1125℃以上温度2.3s；控制从氧化还原炉排出的烟尘在进入旋风急冷除尘器时温度为500℃，一方面，该旋风急冷除尘器的烟尘入口旁通入高压干燥冷空气，与烟尘急速充分混合冷却，同时带动烟尘混合气体高速旋转，在边旋转边向上的运动过程中、烟尘混合气体又与旋风急冷除尘器内通冷却水的金属管道强制高速交换热量，通过调节干燥冷空气的温度以及气流速度、调节通往金属管道内的冷却水的温度以及水流速度，使烟尘混合气体在0.2s内降到195℃；另一方面，烟尘混合气体中大的颗粒物在离心力的作用下边旋转边向下进入旋风急冷除尘器的料斗，通过观察窗当大的颗粒物达到一定量时被自动清除；旋风急冷除尘器内的通冷却水管道外壁通过低频声波吹灰器保持清洁、高效高速与烟尘混合气体交换热量；随后，烟尘混合气体进入烟尘温度调节器，通过提前检测烟尘混合气体的温度，采取干燥冷空气、烟尘主管道预热的部分干燥空气来调节烟尘混合气体的温度，使其在离开布袋除尘器前温度高于烟尘混合气体的露点185℃；烟尘混合气体经过塔表面密闭的控制烟尘混合气体出入的湿法脱硫脱硝塔，进入密闭的控制其出入的雨淋过滤器，刚进雨淋过滤器烟尘混合气体运动速度立即降低至少56％，雨淋过滤器喷淋雨滴量为200mm/h，喷淋雨滴的速度在接触雨淋器底板前速度达1.0m/s；雨淋过滤器由多个格组成，每相邻两格之间大部分面积由隔板隔开，在烟尘混合气体运动的大方向、单个格尽头设有过滤网，烟尘混合气体经过过滤网进入下一格，烟尘混合气体运动大方向180°改变，如此运动、反复改变方向，烟尘混合气体在雨淋过滤器内被处理10min，最后被调频风机排入大气；烟尘混合气体在雨淋过滤器内处于紊流，相邻两格有烟尘混合气体交换结构，保证烟尘混合气体流动的位置相对雨淋过滤器的单格内的上层、中层和下层的位置始终在改变，保证烟尘混合气体被雨淋过滤器均匀处理；过滤网对PM2.5具有良好的过滤功能，过滤网上不停有完整的雨膜带走截留的细颗粒物；烟尘混合气体从高温被雨淋过滤器很快喷淋到低温、从干燥马上到弥散的雨滴内达到饱和湿度，处在露点之下的烟尘混合气体中的细颗粒物凝聚长大，有利被过滤网截留；雨淋过滤器的雨水循环使用，定期补水，污水定期泵入污水絮凝沉淀池，收集的泥浆没能检测到二噁英，泥浆随后集中进行重金属提取；氧化还原炉的炉渣水淬冷却，之后球磨和物理分选、湿法处理、冶金处理，回收有价金属；硫化物和氮化物的排放浓度与现有技术相同；低成本装备能正常冶炼出阳极板，平均铜含量98.75wt％；最终排入大气的粉尘低于0.495mg/m³，没能检测到二噁英。

比较例1

对原料铜含量60.0wt％的废杂铜与铜锍冶炼的粗铜，采取现有技术采用反射炉和现有的烟尘处理系统，粉尘大气排放浓度为30mg/m³，二噁英PCDFs毒性当量在0.200ng/g～3.250ng/g。而采取现有含竖炉的低成本装备及现有烟尘处理技术，由于现有发明技术无法连续冶炼低品位铜原料，所有还没有相关粉尘浓度数据和二噁英的数据。

实施例2

原料为Cu含量72.8wt％废杂铜及废杂铜冶炼的次粗铜；燃料为天然气；干燥富氧气体含氧85％接匀喷器顶吹，循环高温燃气流温度1360℃、保温溜槽的还原性燃气在1250℃；竖炉烟尘保温管道与竖炉相接处距竖炉底部的高度占整个竖炉高度的55％，在该相接处以上、竖炉内壁与从顶部加入的低品位铜原料之间的间隙小于该相接处以下竖炉内壁与竖炉料柱之间的间隙，通过竖炉高温鼓风机的控制杜绝竖炉烟尘从竖炉顶部逃逸；竖炉烟尘自进入氧化还原炉、经氧化还原炉燃烧器燃烧、部分原竖炉烟尘随氧化还原炉的部分还原性燃气重新进入竖炉、另一部分原竖炉烟尘随氧化还原炉烟尘进入烟尘综合处理系统，在该过程中竖炉烟尘经历851℃、4.5s，其中经历1130℃以上温度2.8s；控制从氧化还原炉排出的烟尘在进入旋风急冷除尘器时温度为550℃，一方面，该旋风急冷除尘器的烟尘入口旁通入高压干燥冷空气，与烟尘急速充分混合冷却，同时带动烟尘混合气体高速旋转，在边旋转边向上的运动过程中、烟尘混合气体又与旋风急冷除尘器内通冷却水的金属管道强制高速交换热量，通过调节干燥冷空气的温度以及气流速度、调节通往金属管道内的冷却水的温度以及水流速度，使烟尘混合气体在0.18s内降到200℃；随后，烟尘混合气体进入烟尘温度调节器，通过提前检测烟尘混合气体的温度，采取干燥冷空气、烟尘主管道预热的部分干燥空气来调节烟尘混合气体的温度，使其在离开布袋除尘器前温度高于烟尘混合气体的露点180℃；烟尘混合气体经过塔表面密闭的控制烟尘混合气体出入的湿法脱硫脱硝塔，进入密闭的控制其出入的雨淋过滤器，刚进雨淋过滤器烟尘混合气体运动速度立即降低至少78％，雨淋过滤器喷淋雨滴量为230mm/h，喷淋雨滴的速度在接触雨淋器底板前速度达5.0m/s；雨淋过滤器由多个格组成，每相邻两格之间大部分面积由隔板隔开，在烟尘混合气体运动的大方向、单个格尽头设有过滤网，烟尘混合气体经过过滤网进入下一格，烟尘混合气体运动大方向180°改变，如此运动、反复改变方向，烟尘混合气体在雨淋过滤器内被处理12min，最后被调频风机排入大气；烟尘混合气体在雨淋过滤器内处于紊流，相邻两格有烟尘混合气体交换结构，保证烟尘混合气体流动的位置相对雨淋过滤器的单格内的上层、中层和下层的位置始终在改变，保证烟尘混合气体被雨淋过滤器均匀处理；过滤网对PM2.5具有良好的过滤功能，过滤网上不停有完整的雨膜带走截留的细颗粒物；烟尘混合气体从高温被雨淋过滤器很快喷淋到低温、从干燥马上到弥散的雨滴内达到饱和湿度，处在露点之下的烟尘混合气体中的细颗粒物凝聚长大，有利被过滤网截留；其它与实施例1相同；上述低成本装备能正常冶炼出阳极板，平均铜含量98.95wt％，最终排入大气的粉尘低于0.479mg/m³，没能检测到二噁英。

实施例3

原料为Cu含量88.3wt％废杂铜及废杂铜冶炼的次粗铜；燃料为天然气；干燥富氧气体含氧75％接匀喷器顶吹和侧吹，循环高温燃气流温度1340℃、保温溜槽的还原性燃气在1240℃；竖炉烟尘自进入氧化还原炉、经氧化还原炉燃烧器燃烧、部分原竖炉烟尘随氧化还原炉的部分还原性燃气重新进入竖炉、另一部分原竖炉烟尘随氧化还原炉烟尘进入烟尘综合处理系统，在该过程中竖炉烟尘经历851℃、4.0s，其中经历1130℃以上温度2.1s；控制从氧化还原炉排出的烟尘在进入旋风急冷除尘器时温度为530℃，一方面，该旋风急冷除尘器的烟尘入口旁通入高压干燥冷空气，与烟尘急速充分混合冷却，同时带动烟尘混合气体高速旋转，在边旋转边向上的运动过程中、烟尘混合气体又与旋风急冷除尘器内通冷却水的金属管道强制高速交换热量，通过调节干燥冷空气的温度以及气流速度、调节通往金属管道内的冷却水的温度以及水流速度，使烟尘混合气体在0.17s内降到200℃；随后，烟尘混合气体进入烟尘温度调节器，通过提前检测烟尘混合气体的温度，采取干燥冷空气、烟尘主管道预热的部分干燥空气来调节烟尘混合气体的温度，使其在离开布袋除尘器前温度高于烟尘混合气体的露点180℃；烟尘混合气体经过塔表面密闭的控制烟尘混合气体出入的湿法脱硫脱硝塔，进入密闭的控制其出入的雨淋过滤器，刚进雨淋过滤器烟尘混合气体运动速度立即降低至少90％，雨淋过滤器喷淋雨滴量为240mm/h，喷淋雨滴的速度在接触雨淋器底板前速度达5.0m/s；雨淋过滤器由多个格组成，每相邻两格之间大部分面积由隔板隔开，在烟尘混合气体运动的大方向、单个格尽头设有过滤网，烟尘混合气体经过过滤网进入下一格，烟尘混合气体运动大方向180°改变，如此运动、反复改变方向，烟尘混合气体在雨淋过滤器内被处理11min，最后被调频风机排入大气；烟尘混合气体在雨淋过滤器内处于紊流，相邻两格有烟尘混合气体交换结构，保证烟尘混合气体流动的位置相对雨淋过滤器的单格内的上层、中层和下层的位置始终在改变，保证烟尘混合气体被雨淋过滤器均匀处理；过滤网对PM2.5具有良好的过滤功能，过滤网上不停有完整的雨膜带走截留的细颗粒物；烟尘混合气体从高温被雨淋过滤器很快喷淋到低温、从干燥马上到弥散的雨滴内达到饱和湿度，处在露点之下的烟尘混合气体中的细颗粒物凝聚长大，有利被过滤网截留；其它与实施例1相同；上述低成本装备能正常冶炼出阳极板，平均铜含量98.96wt％，最终排入大气的粉尘低于0.481mg/m³，没能检测到二噁英。

实施例4

低品位铜原材料含Cu85wt％，含废杂铜，采取反射炉加本发明的烟尘综合处理系统冶炼，烟尘排入大气中粉尘浓度为0.480mg/m3，检测不到二噁英。

实施例5

低品位铜原材料含Cu98wt％，含废杂铜采取反射炉加本发明的烟尘综合处理系统冶炼，烟尘排入大气中粉尘浓度为0.475mg/m3，检测不到二噁英。

Claims (2)

1.一种低品位铜原料的低成本装备的环保冶炼方法，低成本冶炼装备包括一台竖炉及其至少有两个预留的排铜口和保温溜槽、至少有两台与保温溜槽分别相连的氧化还原炉、一套烟尘综合处理系统，其特征在于：

1)低品位铜原料能正常且连续冶炼成合格阳极板，原料中总铜含量60wt％及以上，低品位铜原料为下列原料的至少一种：紫杂铜、废杂铜、由废杂铜冶炼的次粗铜、由铜锍冶炼的粗铜；

2)控制氧化还原炉预热的燃气为还原性、铜熔液还原过程的燃气为还原性，氧化还原炉还原性的燃气经过保温管道、开关、高温鼓风机进入竖炉底部，参与竖炉料柱预热，支持竖炉料柱底部熔化，控制竖炉和氧化还原炉的高温鼓风机使氧化还原炉处于微负压，杜绝氧化还原炉燃气和烟尘无组织排放；竖炉熔化低品位铜，考虑氧化还原炉的还原性燃气进入竖炉底部的影响，通过多个竖炉燃烧器的空气和燃料量供应的调节实现整个料柱从下到上温度递减并只在料柱底部熔化，在竖炉最下排形成循环高温燃气流，该循环高温燃气流为还原性，不断熔化低品位铜料柱底部，料柱不断下行，在竖炉的顶部加料维持整个料柱高度基本不变，而且该循环高温燃气流裹挟低品位铜熔液斜下行一程，然后在铜熔液流的上方折返，一方面其中部分折返的燃气离开循环高温燃气流，沿竖炉料柱上行一段，并通过竖炉保温管道、开关、高温鼓风机分别进入与竖炉相连的氧化还原炉，该部分折返燃气的量由竖炉最下排负责料柱底部熔化的燃烧器向循环高温燃气流补充；另一方面低品位铜熔液与循环高温燃气流分离后借助惯性经过最短的最顺畅的高温路径通过排铜口、加盖保温溜槽进入预热的氧化还原炉，加盖保温溜槽有还原性燃气协同保证低品位铜熔液的正常流动，该循环高温燃气流、该保温溜槽的还原性燃气在1120～1400℃随着原料中铜含量的降低分别增高；当通过其中一个排铜口和保温溜槽流入一个氧化还原炉的铜熔液达到其额定容量时，减小与该排铜口相对应的竖炉燃烧器的燃料和空气的供应量，使该循环高温燃气流降温，暂停竖炉料柱底部的熔化，封堵该排铜口，在该氧化还原炉内然后依序进行铜熔液的氧化、还原、保温浇铸阳极板；同时，打开竖炉预留的与另一预热的氧化还原炉相连的排铜口，控制与该排铜口相对的竖炉燃烧器形成另一循环高温燃气流，重新开始熔化竖炉料柱底部，通过该排铜口和与之相通的加盖保温溜槽向后一氧化还原炉排铜熔液，直至达到该氧化还原炉的额定铜熔液量，再暂停竖炉低品位铜料柱的熔化，在该氧化还原炉先后开展氧化、还原、保温浇铸阳极板；形成低品位铜原料低成本装备的连续冶炼；在铜熔液氧化过程中、还原过程中，氧化还原炉燃烧器均采取无焰燃烧方式；

3)烟尘综合处理系统由旋风急冷除尘器、烟尘温度调节器、布袋除尘器、湿法脱硫脱硝塔、雨淋过滤器、调频风机、污水絮凝沉淀池组成；竖炉烟尘通过其保温管道、开关、高温鼓风机分别在氧化还原炉燃烧器旁进入氧化还原炉；氧化还原炉从收集低品位铜熔液开始铜熔液的氧化过程，燃气为氧化性；当至少两台氧化还原炉轮流氧化、还原、保温浇铸时，完全打开燃气为氧化性的氧化还原炉的烟尘开关，控制打开燃气为还原性的氧化还原炉的烟尘开关达一定开度，部分还原性烟尘与全部氧化性烟尘分别先后经烟尘排出口、烟尘保温管道、烟尘开关、汇聚到烟尘主管道、烟尘综合处理系统；该烟尘主管道外焊气管，气管外装有良好的保温材料，至少两种气管利用该烟尘主管道内流过的高温烟尘分别对干燥空气气管、空分干燥氮气气管进行加热，预热干燥空气通过控制分配给竖炉燃烧器助燃、氧化还原炉燃烧器助燃、烟尘综合处理系统的烟尘温度调节器按需使用，预热干燥氮气通过安全电磁阀通入正在还原过程的氧化还原炉内的气体匀喷器，均匀进入铜熔液池参与铜熔液的还原；空分干燥氧气通过安全电磁阀通入正在氧化过程的氧化还原炉内的气体匀喷器，均匀进入铜熔液池参与铜熔液的氧化；尽量降低低品位铜冶炼过程的水分，在低品位铜原料料仓除湿，保持低品位铜原料干燥；

4)竖炉烟尘保温管道与竖炉相接处距竖炉底部的高度占整个竖炉高度的一半到三分之二，在该相接处以上竖炉内壁与从顶部加入的低品位铜原料之间的间隙小于该相接处以下竖炉内壁与竖炉料柱之间的间隙，通过竖炉高温鼓风机的控制杜绝竖炉烟尘从竖炉顶部逃逸；竖炉烟尘进入氧化还原炉，经氧化还原炉燃烧器燃烧，部分原竖炉烟尘随氧化还原炉的部分还原性燃气重新进入竖炉，另一部分原竖炉烟尘随氧化还原炉烟尘进入烟尘综合处理系统，在该过程中竖炉烟尘至少经历高于850℃4s以上，其中经历1120℃以上温度2s以上；

5)控制从氧化还原炉排出的烟尘在进入旋风急冷除尘器时温度为500℃～550℃，一方面，该旋风急冷除尘器的烟尘入口旁通入高压干燥冷空气，与烟尘急速充分混合冷却，同时带动烟尘混合气体高速旋转，在边旋转边向上的运动过程中，烟尘混合气体又与旋风急冷除尘器内通冷却水的金属管道强制高速交换热量，通过调节干燥冷空气的温度以及气流速度，调节通往金属管道内的冷却水的温度以及水流速度，使烟尘混合气体在0.2s内降到195℃～200℃；另一方面，烟尘混合气体中大的颗粒物在离心力的作用下边旋转边向下进入旋风急冷除尘器的料斗，通过观察窗当大的颗粒物达到一定量时被自动清除；旋风急冷除尘器内的通冷却水管道外壁通过低频声波吹灰器保持清洁高效高速与烟尘混合气体交换热量；

6)随后，烟尘混合气体进入烟尘温度调节器，通过提前检测烟尘混合气体的温度，采取干燥冷空气、烟尘主管道预热的部分干燥空气来调节烟尘混合气体的温度，使其在离开布袋除尘器前温度高于烟尘混合气体的露点；

7)烟尘混合气体经过塔表面密闭的控制烟尘混合气体出入的湿法脱硫脱硝塔，进入密闭的控制其出入的雨淋过滤器，刚进雨淋过滤器烟尘混合气体运动速度立即降低至少50％以上，雨淋过滤器喷淋雨滴量至少为200mm/h，喷淋雨滴的速度在接触雨淋器底板前速度达1.0m/s～5.0m/s；雨淋过滤器由多个格组成，每相邻两格之间大部分面积由隔板隔开，在烟尘混合气体运动的大方向单个格尽头设有过滤网，烟尘混合气体经过过滤网进入下一格，烟尘混合气体运动大方向180°改变，如此运动反复改变方向，烟尘混合气体在雨淋过滤器内被处理至少10min，最后被调频风机排入大气；烟尘混合气体在雨淋过滤器内处于紊流，相邻两格有烟尘混合气体交换结构，保证烟尘混合气体流动的位置相对雨淋过滤器的单格内的上层、中层和下层的位置始终在改变，保证烟尘混合气体被雨淋过滤器均匀处理；过滤网对PM2.5具有良好的过滤功能，过滤网上不停有完整的雨膜带走截留的细颗粒物；烟尘混合气体从高温被雨淋过滤器很快喷淋到低温，从干燥马上到弥散的雨滴内达到饱和湿度，处在露点之下的烟尘混合气体中的细颗粒物凝聚长大，有利被过滤网截留；最终排入大气的粉尘低于0.500mg/m³，没能检测到二噁英；

8)雨淋过滤器的雨水循环使用，定期补水，污水定期泵入污水絮凝沉淀池，收集的泥浆没能检测到二噁英，泥浆随后集中进行重金属提取；

9)氧化还原炉的炉渣水淬冷却，之后球磨和物理分选，湿法处理，冶金处理，回收有价金属。

2.根据权利要求1所述的一种低品位铜原料的低成本装备的环保冶炼方法，其特征是该烟尘综合处理系统应用在除含竖炉之外的低品位铜原料冶炼装备上的烟尘处理，处理后排入大气的粉尘低于0.500mg/m³，不会检测到二噁英。