CN106164305B - 阴极铜的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于生产阴极铜的方法。该方法包括熔炼步骤，其包括将含有硫化铜的材料(1；1a，1b)和含氧反应气体(2)进料到悬浮熔炼炉(5；5a，5b)，以产生粗铜(7)；火法精炼步骤，其包括将粗铜(7)进料到阳极炉(12)以产生熔化铜阳极(13)；阳极铸造步骤以产生铸造阳极(15)；质量检查步骤(16)用于将铸造阳极(15)分为合格铸造阳极(17)，和不合格的铸造阳极(18)；电解精炼步骤，其包括在电解槽(19)中使合格的铸造阳极(17)经受电解精炼以产生阴极铜(20)和作为副产物的不合格的铸造阳极(21)；回收步骤，用于回收不合格的铸造阳极(21)的阳极铜。
Description
技术领域
本发明涉及一种如在独立权利要求1的前序部分所限定的用于制造阴极铜的方法。
从铜精矿生产具有大于99.9％纯度的阴极铜的一种已知制造方法涉及通过铜精矿的部分氧化在第一悬浮熔炼炉中在第一火法冶金阶段首先熔炼硫化铜精矿以得到冰铜相，然后在第二悬浮熔炼炉中在第二火法冶金阶段进一步氧化成金属铜，即粗铜。使用第一和第二悬浮熔炼炉的制造方法有时被命名为二次闪蒸过程。或者，可以在一个单一悬浮熔炼炉中执行的一个单一火法冶金阶段以直接到粗铜(direct-to-blister)的方法将硫化铜精矿直接熔炼成金属铜(即粗铜)。在这两种备选方案中，通过火法精炼将所获得的粗铜在阳极炉中进一步精炼以获得熔融阳极铜，将其倒入阳极模具以铸造铜阳极。生产阴极铜的这种公知制造方法还涉及另外使铸造阳极在电解槽中经受电解精炼以产生阴极铜。
在生产阴极铜中以两个阶段获得阳极废料。来自电解精炼的废铸造阳极构成阳极废料的主要来源。此外，在阳极铸造步骤中产生的一些铸造阳极不符合特定的质量要求，因此不合格的。废铸造阳极和不合格的铸造阳极包含以质量百分比计约99％的铜，这是产生的初级(primary)铜的总质量的约15％至20％。因此，必须回收这种材料。
传统上，在利用皮尔斯-史密斯(PS)转化的熔炼器中，将废铸阳极和不合格的铸造阳极进料到PS-转炉。很容易将废铸造阳极和不合格的铸造阳极进料到那里，并且通过转换反应所产生的多余热量对于熔化废铸造阳极和不合格的铸造阳极是富裕的。
在现代悬浮熔炼炉如二次闪蒸和直接到粗铜的炉中，不可得到将阳极废料进料到转炉的方案，因为这些炉子都不是皮尔斯-史密斯转炉。因此，通常的解决办法必须提供通过使用来自燃烧化石燃料的热熔炼废铸造阳极和不合格的铸造阳极的单独的炉。图1示出了根据现有技术的方法的例子，该方法包括直接到粗铜的熔炼的方法。
图1中示出的用于生产阳极铜的方法包括：包括通过燃烧器6将含有硫化铜的材料1、含氧反应气体2和造渣材料3如助熔剂进料到悬浮熔炼炉5的反应炉身4的熔炼步骤，该燃烧器布置在悬浮熔炼炉5的反应炉身4的顶部处，从而将进料的含有硫化铜的材料1、含氧反应气体2和造渣材料3在反应炉身4中反应成粗铜7和炉渣。在悬浮熔炼炉5的沉降器11中收集粗铜7和炉渣8以在悬浮熔炼炉5的沉降器11中形成含有粗铜7的粗铜层9和在粗铜层9的顶部含有炉渣8的炉渣层10。
在图1中示出的方法包括火法精炼步骤，该火法精炼步骤包括将在熔炼步骤中获得的粗铜7进料到阳极炉12和在阳极炉12中火法精炼粗铜以在阳极炉中产生熔化铜阳极13。
在图1所示的方法包括阳极铸造步骤，该阳极铸造步骤包括将在火法精炼步骤中获得的阳极铜13进料进入阳极铸造模具14以产生铸造阳极15。
在图1中示出的方法包括质量检查步骤16，用于将在阳极铸造步骤中获得的铸造阳极15分为合格的铸造阳极17和不合格的铸造阳极18。
在图1所示的方法包括电解精炼步骤，用于使合格的铸造阳极17在电解槽19中经受电解精炼以产生阴极铜20和作为副产物的废铸造阳极21。
在图1所示的方法包括回收步骤，用于回收不合格的铸造阳极18的阳极铜和废铸造阳极21的阳极铜。更精确地说，根据图1中所示的现有技术的方法的回收步骤包括将不合格的铸造阳极18和废铸件21进料到单独的废料熔化炉22，用于在废料熔炼炉22中熔炼不合格的铸造阳极18和废铸造阳极21，和将来自废料熔炼炉22的铜阳极熔炼料23进料到阳极铸造模具14以生产铸造阳极15。
在图1中所示的方案中，在竖炉22中熔化不合格的铸造阳极18和废铸造阳极21以制造不合格的铸造阳极18和废铸造阳极21的材料的新铸造阳极15。这是一个简单的解决方案，实现了从不合格的铸造阳极18和废铸造阳极21中回收铜的目标。这样的现有技术解决方案的缺点是构建和操作单独的废料熔炼炉22的费用。从能量消耗和温室气体排放的观点看，这种已知的解决方案也不能认为是良好的。
公开WO2013/186440A1披露了一种精炼铜精矿的方法和设备。
公开JP2000 239883A披露了一种在铜精炼中回收用于铸造的阳极回收材料等，和用于将铸造用阳极回收材料等填充到精炼炉中的装置。
公开JP H09 781 51 A披露了从废料回收有价值金属的方法。
公开WO 2004/005822 A1披露了用于将阳极进料到熔炼器的方法和设备。
本发明的目的
本发明的目的是提供一种精炼铜精矿的有效方法。
本发明的简短说明
本发明的精炼铜精矿的方法的特征在于独立权利要求1的限定。
该方法的优选实施方案限定在从属权利要求中。
本发明是基于使用在悬浮熔炼炉中的反应所产生的过量热能以熔炼不合格的铸造阳极和废铸造阳极。在悬浮熔炼工艺例如在二次闪蒸和直接到粗铜工艺中，经常存在悬浮熔炼炉中的氧化反应中产生的过剩热量，这意味着该反应产生的热比熔炼铜精矿所需的更多。对于下降的矿石品位尤其如此，因为铜品位下降通常伴有铁和硫含量且其含量减少，从而导致更多的反应热。往往，过剩热能甚至可能是一个问题，导致在悬浮熔炼炉中的瓶颈。在这种情况下，本发明的目的是有效地回收阳极废料和吸收在反应炉身中的过剩热量。
更精确地说，在该方法中将不合格的铸造阳极和废铸阳极机械破碎以产生不合格的铸造阳极和废铸造阳极的阳极铜粒料(grain)，且将阳极铜粒料送入悬浮熔炼炉的反应炉身。目标是，将阳极铜粒料在它们从悬浮熔炼炉的反应炉身的上部向悬浮熔炼炉的沉降器下降的路上而不是悬浮熔炼炉的沉降器中进行熔炼。出于这个原因，优选但不是必然地，将阳极铜粒料从反应炉身的顶部结构进料到反应炉身以使反应炉身中的铜粒料能有足够的时间熔化。即使在反应炉身中熔化阳极废料的目标不能完全达到，在反应炉身中仍会显著加热阳极铜粒料，因而降低熔化它的冷却效果会在炉沉降器上。
如果用还原的氧富集运行悬浮熔炼炉以对抗在铜精矿中的额外热量，可以通过在悬浮熔炼炉增加氧富集来提供熔炼阳极废料的热量。这增加了技术耗氧量。在氧比天然气显著便宜的地点，这在运行成本上是显著节省。考虑环境的影响和地球有限资源的可用性，氧消耗也比燃烧化石燃料更具可持续性。利用较高的氧富集也导致在悬浮熔炼工艺中较小体积的气体，降低了该工艺的某些费用。
如果在铜精矿中存在额外的热能，但因废气管线中的瓶颈而需要用最大氧富集运行燃烧器，那么吸收精矿的热可能是生产率的限制因素。在这种情况下，熔炼阳极废料将不会导致悬浮熔炼炉中的任何形式的增加能量消耗。相反，引入的冷却效果可以有助于在悬浮熔炼炉中增加生产率。
附图说明
以下将通过参照附图更详细地描述本发明，其中
图1是示出根据现有技术的方法的原理的示意图，
图2是示出本方法的第一实施方案的原理的示意图，
图3是示出本方法的第二实施方案的示意图，
图4是示出本方法的第三实施方案的原理的示意图，
图5是表示本方法的第四实施方案的示意图，以及
图6是示出本方法的第五实施方案的示意图。
本发明的详细描述
图2至6示出了用于生产阴极铜的方法的一些实施方案。
该方法包括熔炼步骤，其包括通过燃烧器6将含有硫化铜的材料1；1a，1b如硫化铜精矿1a或微细研磨的冰铜1b和另外的含氧反应气体2和造渣材料3如助熔剂进料到悬浮熔炼炉5；5a，5b的反应炉身4，该燃烧器布置在悬浮熔炼炉5；5a，5b的反应炉身4的顶部。
在该方法的熔炼步骤中，含有硫化铜的材料1、含氧反应气体2和造渣材料3在悬浮熔炼炉5；5a，5b的反应炉身4中反应成粗铜7和炉渣8，在悬浮熔炼炉5的沉降器11中收集粗铜7和炉渣8以在悬浮熔炼炉5；5a，5b的沉降器11中形成含有粗铜7的粗铜层9和在粗铜层9顶部上的含炉渣8的炉渣层10。
该方法还包括火法精炼步骤，其包括将在熔炼步骤中获得的粗铜7进料到阳极炉12中和在阳极炉12中火法精炼该粗铜7，从而在阳极炉12中生产熔融阳极铜13。
该方法另外包括阳极铸造步骤，其包括将在火法精炼步骤中获得的熔融阳极铜13进料到阳极铸造模具14中以产生铸造阳极15。
该方法还包括质量检查步骤16，用于将在阳极铸造步骤中获得的铸造阳极15分为合格铸造阳极17和不合格的铸造阳极18。
该方法还包括电解精炼步骤，其包括使合格的铸造阳极17在电解槽19中经受电解精炼以产生阴极铜20和作为副产物的废铸造阳极21。
该方法还包括回收步骤，用于回收不合格的铸造阳极18的阳极铜和废铸造阳极21的阳极铜。
回收步骤包括将不合格的铸造阳极18、废铸造阳极21进料到机械破碎器24例如粉碎机中用于机械破碎所述不合格的铸造阳极18和废铸造阳极21以产生阳极铜粒料25，且通过铜粒料进料装置27将阳极铜粒料25进料到悬浮熔炼炉5；5a，5b的反应炉身4中。
该方法可包括以离燃烧器6一定距离将阳极铜粒料25进料到悬浮熔炼炉5；5a，5b的反应炉身4中。
该方法可包括通过燃烧器6将阳极铜粒料25进料到悬浮熔炼炉5；5a，5b的反应炉身4。
该方法可包括从悬浮熔炼炉5；5a，5b的反应炉身4的顶部将铜粒料25进料到悬浮熔炼炉5；5a，5b的反应炉身4中。
该方法可包括在进料口(feeding)处将阳极铜粒料25进料到悬浮熔炼炉5；5a，5b的反应炉身4中，该进料口位于沉降器11和反应炉身4之间的连接点和反应炉身4的顶部之间，即该进料口位于沉降器11和反应炉身4之间的连接点和反应炉身4的顶部之间的垂直水平处。
该方法可包括另外将惰性气体例如氮气26进料到悬浮熔炼炉5；5a，5b的反应炉身4中以防止来自悬浮熔炼炉5；5a，5b的热气体进入铜粒料进料装置27。
该方法可以包括干燥步骤，用于在将阳极铜粒料25进料到悬浮熔炼炉5的反应炉身4中之前在干燥装置28中干燥阳极铜粒料25，如在图6所示的实施方案所示。
该方法可以包括预加热步骤，用于在将阳极铜粒料25进料到悬浮熔炼炉5的反应炉身4中之前在加热装置(在图中未示出)中预加热阳极铜粒料25。
该方法可以包括使用螺旋进料器，用于将阳极铜粒料25进料到悬浮熔炼炉5中。
在图5和6示出的第四和第五实施方案中，该方法包括将在第一熔炼步骤中获得的炉渣8进料到炉渣净化电炉29。该方法的第四和第五实施方案包括炉渣处理步骤，用于在炉渣净化电炉29中用进料到渣净化电炉29中的还原剂30处理炉渣8，以产生含有电炉炉渣32的电炉炉渣层31和含有电炉粗铜34的电炉粗铜层33。该方法的第四和第五实施方案包括将在炉渣处理步骤中获得的电炉粗铜34进料到阳极炉12。该方法的第四和第五实施方案包括将在炉渣处理步骤获得的电炉炉渣32进料到最终炉渣净化装置35中。该方法的第四和第五实施方案包括最终炉渣净化步骤，用于使电炉炉渣32经受最终炉渣净化处理以产生废炉渣36和渣浮选精矿或电炉炉渣32的其他含铜材料37。该方法的第四和第五实施方案包括将在浮选步骤获得的渣浮选精矿或其他含铜材料37进料到悬浮熔炼炉5的反应炉身4。
在图3中所示的第二实施方案和图4中所示的第三实施方案是所谓的二次闪蒸方法，而在图2中所示的第一实施方案，在图5中所示的第四实施方案和在图6中所示的第五实施方案是直接到粗铜的方法。很明显对于本领域技术人员来说，在图2，5或6中所示的实施方案中可以采用在图3和4中所示的第一悬浮熔炼炉5a和第二悬浮熔炼炉图5b，并且可以将阳极铜粒料25进料到第一悬浮熔炼炉5a和第二悬浮熔炼炉5b的至少一种中，如在图3和4中所示。
在图2，5和6中所示的在第一实施方案，第四实施方案和第五实施方案包括在悬浮熔炼炉5中的所谓的直接到粗铜的熔炼。在图2，5和6中所示的在第一实施方案，第四实施方案和第五实施方案中，熔炼步骤包括通过燃烧器6将硫化铜精矿1a形式的含有硫化铜的材料，含氧反应气体2和造渣材料3进料到悬浮熔炼炉5的反应炉身4，该燃烧器布置在悬浮熔炼炉5的反应炉身4的顶部。硫化铜精矿1a，含氧反应气体2和造渣材料3在悬浮熔炼炉5的反应炉身4中反应成粗铜和炉渣8。在悬浮熔炼炉5的沉降器11中收集冰铜1b和炉渣8以在悬浮熔炼炉5a的沉降器11中形成含有冰铜1b的冰铜层38和在冰铜层38的顶部上含有炉渣8的炉渣层10。
在图3和图3中所示的第二实施方案和第三实施方案包括所谓的二次闪蒸速熔炼。在图3和4中所示的第二和第三实施方案中，熔炼步骤包括第一熔炼步骤，其包括通过燃烧器6将硫化铜精矿1a，含氧反应气体2和造渣材料3进料到第一悬浮熔炼炉5a的反应炉身4中，该燃烧器布置在第一悬浮熔炼炉5a的反应炉身4的顶部上。硫化铜精矿1a，含氧反应气体2和造渣材料3在第一悬浮熔炼炉5的反应炉身4中反应成冰铜1b和炉渣8。在第一悬浮熔炼炉5的沉降器11中收集冰铜1b和炉渣8以在第一悬浮熔炼炉5a的沉降器11中形成含有冰铜1b的冰铜层38和在冰铜层38的顶部上含有炉渣8的炉渣层10。
在图3和4中所示的第二和第三实施方案中，熔炼步骤还包括第二熔炼步骤，其包括通过燃烧器6将在第一熔炼步骤中获得的冰铜1b，含氧反应气体2和造渣材料3进料到第二悬浮熔炼炉5b的反应炉身4，该燃烧器布置在第二悬浮熔炼炉5b的反应炉身4的顶部。冰铜1b，含氧反应气体2和造渣材料3在第二悬浮熔炼炉5b的反应炉身3中反应成粗铜7和炉渣8。在第二悬浮熔炼炉5的沉降器11中收集粗铜7和炉渣8以在第二悬浮熔炼炉5的沉降器11中形成含有冰铜7的层和在所述层顶部上含有炉渣8的炉渣层10。
在图3所示的第二实施方案中，在回收步骤中将阳极铜粒料25进料到第二悬浮熔炼炉5b的反应炉身4中。
在图4所示的第三实施方案中，在回收步骤中将阳极铜粒料25进料到第一悬浮熔炼炉5a的反应炉身4中。在该方法中，阳极铜粒料25对含氧反应气体2的要求会有影响，在控制该工艺中已考虑这一点。
对本领域技术人员明显的是，随着技术的进步，本发明的基本思想可以以各种方式来实现。因此本发明及其实施方案并不局限于上述实施例，而是它们可以在权利要求的范围内变化。
Claims (14)
1.一种生产阴极铜的方法，其中该方法包括：
熔炼步骤，其包括通过燃烧器(6)将含有硫化铜的材料(1；1a，1b)和另外的含氧反应气体(2)和造渣材料(3)进料到悬浮熔炼炉(5；5a，5b)的反应炉身(4)中，该燃烧器布置在悬浮熔炼炉(5；5a，5b)的反应炉身(4)的顶部，由此含有硫化铜的材料(1；1a，1b)、含氧反应气体(2)和造渣材料(3)在悬浮熔炼炉(5；5a)的反应炉身(4)中反应成粗铜(7)和炉渣(8)，且在悬浮熔炼炉(5；5a，5b)的沉降器(11)中收集粗铜(7)和炉渣(8)以在悬浮熔炼炉(5；5a，5b)的沉降器(11)中形成含有粗铜(7)的粗铜层(9)和在粗铜层(9)顶部上的含炉渣(8)的炉渣层(10)，
火法精炼步骤，其包括将在熔炼步骤中获得的粗铜(7)进料到阳极炉(12)中和在阳极炉(12)中火法精炼该粗铜(7)，从而在阳极炉(12)中产生熔融阳极铜(13)，
阳极铸造步骤，其包括将在火法精炼步骤中获得的熔融阳极铜(13)进料到阳极铸造模具(14)中以产生铸造阳极(15)，
质量检查步骤(16)，用于将在阳极铸造步骤中获得的铸造阳极(15)分为合格的铸造阳极(17)和不合格的铸造阳极(18)，
电解精炼步骤，其包括使合格的铸造阳极(17)在电解槽(19)中经受电解精炼以产生阴极铜(20)和作为副产物的废铸造阳极(21)，和
回收步骤，用于回收不合格的铸造阳极(18)的阳极铜和废铸造阳极(21)的阳极铜，
其特征在于
回收步骤包括将不合格的铸造阳极(18)和废阳极进料到机械破碎器(24)中用于机械破碎不合格的铸造阳极(18)和废铸造阳极(21)以产生阳极铜粒料(25)，且通过铜粒料进料装置(27)将阳极铜粒料(25)进料到悬浮熔炼炉(5；5a，5b)的反应炉身(4)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于以离开燃烧器(6)一定距离将阳极铜粒料(25)进料到悬浮熔炼炉(5；5a，5b)的反应炉身(4)中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于从悬浮熔炼炉(5；5a，5b)的反应炉身(4)顶部将阳极铜粒料(25)进料到反应炉身(4)中。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于在进料口处将阳极铜粒料(25)进料到悬浮熔炼炉(5；5a，5b)的反应炉身(4)中，该进料口位于沉降器(11)和反应炉身(4)之间的连接点和反应炉身(4)的顶部之间。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于用燃烧器(6)将阳极铜粒料(25)进料到悬浮熔炼炉(5；5a，5b)的反应炉身(4)中。
6.根据权利要求1或2或5所述的方法，其特征在于另外将惰性气体进料到悬浮熔炼炉(5；5a，5b)的反应炉身(4)中以防止来自悬浮熔炼炉(5；5a，5b)的热气体进入铜粒料进料装置(27)。
7.根据权利要求1或2或5所述的方法，其特征在于干燥步骤，其用于在将阳极铜粒料(25)进料到悬浮熔炼炉(5)的反应炉身(4)中之前在干燥装置(28)中干燥阳极铜粒料(25)。
8.根据权利要求1或2或5所述的方法，其特征在于使用螺旋进料器，用于将阳极铜粒料(25)进料到悬浮熔炼炉(5)中。
9.根据权利要求1或2或5所述的方法，其特征在于
将在熔炼步骤中获得的炉渣(8)进料到炉渣净化电炉(29)，
炉渣处理步骤，用于在炉渣净化电炉(29)中用还原剂(30)处理炉渣(8)以在炉渣净化电炉(29)中产生含有电炉炉渣(32)的电炉炉渣层(31)和含有电炉粗铜(34)的电炉粗铜层(33)，
将在炉渣处理步骤中获得的电炉粗铜(34)进料到阳极炉(12)中，
将在炉渣处理步骤中获得的电炉炉渣(32)进料到浮选装置(35)，
浮选步骤，用于使电炉炉渣(32)经受浮选处理以产生电炉炉渣(32)的渣浮选精矿(37)和废渣(36)，和
将在浮选步骤中获得的渣浮选精矿(37)进料到悬浮熔炼炉(5)的反应炉身(4)。
10.根据权利要求1或2或5所述的方法，其特征在于
所述熔炼步骤包括第一熔炼步骤，其包括通过燃烧器(6)将硫化铜精矿(1a)，含氧反应气体(2)和造渣材料(3)进料到第一悬浮熔炼炉(5a)的反应炉身(4)中，该燃烧器布置在第一悬浮熔炼炉(5)的反应炉身(4)的顶部，由此硫化铜精矿(1)，含氧反应气体(2)和造渣材料(3)在第一悬浮熔炼炉(5)的反应炉身(4)中反应成冰铜和炉渣(8)，和在第一悬浮熔炼炉(5)的沉降器(11)中收集冰铜和炉渣(8)从而在第一悬浮熔炼炉(5)的沉降器(11)中形成含有冰铜的冰铜层和在该层顶部上的含有炉渣(8)的炉渣层(10)，和
所述熔炼步骤包括第二熔炼步骤，其包括通过燃烧器(6)将在第一熔炼步骤中获得的冰铜(1b)，含氧反应气体(2)和造渣材料(3)进料到第二悬浮熔炼炉(5b)的反应炉身(4)中，该燃烧器布置在第二悬浮熔炼炉(5)的反应炉身(4)的顶部，由此冰铜，含氧反应气体(2)和造渣材料(3)在第二悬浮熔炼炉(5)的反应炉身(4)中反应成粗铜(7)和炉渣(8)，和在第二悬浮熔炼炉(5)的沉降器(11)中收集粗铜(7)和炉渣(8)从而在第二悬浮熔炼炉(5)的沉降器(11) 中形成含有粗铜(7)的层和在所述层顶部上的含有炉渣(8)的炉渣层(10)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在回收步骤中将阳极铜粒料(25)进料到第一悬浮熔炼炉(5a)的反应炉身(4)。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在回收步骤中将阳极铜粒料(25)进料到第二悬浮熔炼炉(5b)的反应炉身(4)。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，含有硫化铜的材料(1；1a，1b)是硫化铜精矿(1a)或微细研磨的冰铜(1b)。
14.根据权利要求6 所述的方法，其特征在于，惰性气体是氮气(26)。
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