CN106332549A - 吹炼含铜材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供将含铜材料吹炼成粗铜的方法、包括：(a)提供包含硫化铜和硫化铁的含铜材料、由此含铜材料包含含铜材料总重量的至少35重量％的铜；(b)在不存在助熔剂的情况下、在炉中使含铜材料与含氧气体反应以进行硫化铁和硫化铜的氧化、和控制含氧气体的注入和温度使得所得的吹炼炉炉渣是在熔融相中以获得粗铜和吹炼炉炉渣。
Description
发明领域
本发明是在火法冶金的铜生产领域，涉及将含铜材料例如冰铜或白合金(whitemetal)吹炼成粗铜的方法。
背景技术
用于火法冶金铜生产的通常方法是基于焙烧，在炉中熔炼，并吹炼,用于生产粗铜。这些步骤可继之以将粗铜进一步精炼成阴极铜。进行焙烧以减少矿石和/或精矿中的杂质，包括硫、锑、砷和铅。焙烧的产物(煅烧矿)用作熔炼炉的干燥和加热的装料。经焙烧的精矿的熔炼产生冰铜，硫化铜(Cu2S)、硫化铁(FeS)和一些重金属的熔融混合物。最后，冰铜的吹炼产生了高品位的“粗”铜，具有97.5-99.5％的铜。将来自熔炼炉的冰铜装料到吹炼炉，其中在空气的存在下将熔融的材料氧化以除去铁和硫杂质如吹炼炉炉渣和气态二氧化硫，并形成粗铜。通常，加入助熔剂并吹入空气通过熔融混合物以除去残余硫。通常，然后在阳极炉中火法精制粗铜，铸造成“阳极”，并传送到电解精炼厂用于进一步除去杂质。
对于吹炼，皮尔斯-史密斯(Pierce-Smith)和Hoboken吹炼炉是最常用的方法。皮尔斯-史密斯吹炼炉是衬有耐火材料的柱形的钢壳，其安装耳轴上任一端，并绕着用于装料和浇注的主轴旋转。在吹炼炉中心的开口作为嘴部发挥功能，通过该嘴部装料熔融冰铜，硅质助熔剂和废铜并排出气态产物。吹入空气或富氧空气通过熔融冰铜。将硫化铁进行氧化以形成铁氧化物(FeOx)和SO2。继续吹入和扒渣，直到在吹炼炉的底部积聚足量的相对纯的Cu2S(称为“白合金”)。最后的鼓风(“最后吹入”)将硫化铜氧化成SO2和粗铜的形式，其含有98-99％的铜。从吹炼炉移除粗铜用于后续精制。将整个操作过程中产生的SO2排放到污染控制装置。在三菱工艺中，助熔剂通常是石灰石(CaCO3)，导致含有CaO的炉渣。炉渣还通常包含12至18％的铜，主要是Cu2O形式，可以将其循环到熔炼炉中以优化铜产量。
闪速炉熔炼将焙烧和熔炼的操作结合起来，以从精矿和助熔剂生产高品位铜冰铜。在闪速熔炼中，将干燥的精矿和细研磨的助熔剂与氧、预热空气或两者的混合物一起注入到保持在约1000℃的炉中。也有一些取代焙烧、熔炼和吹炼的工艺，如Noranda和三菱。对于Noranda工艺反应器，相比于反射炉和电炉，闪速炉使用从它们的硫化物装料的部分氧化所产生的热量以提供大部分或全部的所需热量。
在熔炼和/或吹炼步骤中使用的助熔剂使吹炼炉炉渣更呈液态，因此允许较低的可能操作温度，但是它的使用也导致额外的能量消耗。
发明简述
因此，本发明的一个目的是提供在没有助熔剂的情况下将含铜材料吹炼为粗铜的方法。本发明的目的通过其特征在独立权利要求中指出的方法来实现。本发明的优选实施方案公开在从属权利要求中。
令人惊奇地认识到，在含铜材料中所包含的铜的一部分被氧化为氧化铜的氧化水平下进行吹炼步骤时，可以避免使用助熔剂。氧化铜的存在有助于液化吹炼炉炉渣，且不需添加的常规助熔剂。
本发明使得在不存在助熔剂的情况下运行任何吹炼工艺可行，尤其是闪速吹炼。该方法可以用于具有高铜含量的含铜材料例如冰铜和/或白合金(其中铜的浓度为至少35重量％)，和导致在粗铜中具有低于0.15％S，优选在粗铜中0.06-0.10％S的粗铜。
本发明的方法的一个优点是，可避免与助熔剂的熔炼相关的能耗。此外，在铜的火法精炼中不需要氧化步骤以从粗铜除去多余的硫。在闪速熔炼中，无助熔剂的炉渣也是比常规的铁酸钙炉渣更好的冷却剂，允许将更多的精矿进料到闪速熔炼炉。
附图的简要说明
在以下将参考所附[伴随]的图，通过优选实施方案更加详细的说明本发明，其中
图1是示出炉渣的液相线温度作为氧化程度的函数的图；
图2是示出炉渣的期望的铜含量作为温度的函数的图；
图3是示出粗铜产率作为温度的函数的图。
发明详述
本发明提供了将含铜的材料吹炼成粗铜的方法，包括：
(a)提供含铜材料，其包含铜硫化物和铁硫化物，由此含铜材料包含含铜材料总重量的至少35重量％的铜；
(b)在不存在助熔剂的情况下，在炉中使含铜材料与含氧气体反应以进行硫化铁和铜的氧化，和控制含氧气体的注入和温度使得所得的吹炼炉炉渣是在熔融相中以获得粗铜和吹炼炉炉渣。
本发明的方法特别适用于具有高铜含量的含铜材料，如冰铜和/或白合金，其中铜的浓度为含铜材料的总重量的至少35重量％，特别是40至78重量％，更优选55至75重量％。本发明的方法特别适合于包括铜、铁和硫的含铜材料。通常，这些组分以混合物硫化铜(Cu2S)和硫化铁(FeS)而存在。冰铜是这样的含铜材料的优选例子。取决于在熔炼炉中采用的原料，含铜材料也可包含少量的其它组分，如铅、锌、镍、砷、钴、锑、银、金、铂、钯和/或铋以及痕量元素。本发明的方法允许进料的更高废铜负载。
通过本发明的方法处理的含铜材料通常是通过焙烧和熔炼含铜矿石和/或精矿制造的。因而，含铜材料的确切组成取决于提供给先前加工步骤例如焙烧和熔炼的含铜矿石和/或精矿的性质。
通常在炉中进行该反应，且粗铜在熔炉的底部形成层，炉渣漂浮在顶部。当含铜材料在吹炼步骤中与含氧气体反应时，在含铜材料中包含的铁发生氧化，产生固体氧化铁相。同时，在含铜材料中包含的硫被氧化，产生气态二氧化硫，其可在酸洗设备中进行处理。
硫化物向氧化物的吹炼取决于局部的氧浓度和温度。可以向吹炼步骤(b)引入氧，例如富氧空气、纯氧或它们的任何混合物，优选富氧空气。吹炼步骤(b)中的需氧量取决于含铜材料的铜浓度和硫化物，以及炉渣中的所期望铜浓度和得到的粗铜中的所期望硫浓度。
在步骤(b)中的氧分压(pO2)还取决于含铜材料的性质，吹炼炉炉渣的所期望铜浓度和粗铜的所期望硫浓度。氧分压通常为1至100帕，优选2至70帕，更优选10至30Pa。
期望地，将含铜材料进行氧化从而将包含在含铜材料中的铜的一部分吹炼成氧化铜。吹炼炉炉渣中的氧化铜的存在有助于液化该吹炼炉炉渣。期望的是，氧化该含铜材料以在吹炼炉炉渣中获得吹炼炉炉渣的总重量的至少30重量％的氧化的铜。所期望的比例可以通过在如上所述的合适氧分压(pO2)下向吹炼炉喷射含氧气体来实现。优选地，吹炼炉炉渣中氧化的铜的浓度为吹炼炉炉渣的总重量的30-90重量％，更优选35-70重量％，最优选40-60重量％。
通过实施本发明，可将含铜材料吹炼成粗铜而不使用常规助熔剂。如本文和以下所使用的那样，术语“助熔剂”是加入到吹炼炉和/或熔炼的内容物的常规添加剂，也称为造渣剂(slag builder)，目的是使炉渣在熔炼温度下更呈液态，即随温度降低炉渣粘度，并提高炉渣在熔炼中的流动。在铜生产中的助熔剂的通常实例特别地包括二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)和/或碳酸钙(CaCO3)。
吹炼步骤(b)的所期望温度取决于氧化的铜在吹炼炉炉渣中所期望的浓度。温度通常为至少1200℃，以保证炉渣处于熔融相并获得可接受的铜产率。当在吹炼炉炉渣中存在越低的氧化铜浓度时，就需要越高的温度。温度优选为1220至1450℃，更优选1250至1400，最优选1300至1380℃。
图1示出了炉渣的液相线温度作为粗铜氧化程度的函数；图2示出了在吹炼炉炉渣中的铜浓度的操作温度的依赖性；和图3示出了到粗铜的铜产率作为温度的函数。
可以以单独的工艺步骤或以结合了吹炼与一个或多个其它工艺步骤例如焙烧和熔炼的工艺的组成部分来实施本发明的方法。优选地，以闪速熔炼工艺的组成部分来实施本发明的方法。因此，可以在本领域的技术人员认为合适的任何炉中进行吹炼步骤(b)。通常以悬浮熔炼或熔池熔炼，特别是以悬浮熔炼进行吹炼步骤(b)。例如，可以在选自闪速吹炼炉(FCF)、皮尔斯-史密斯吹炼炉(PS)、三菱吹炼炉、顶部浸入式喷枪吹炼炉(TSL)、和SKS吹炼炉的炉实现吹炼步骤。FCF是特别合适的，因为它允许连续操作和废气的更好的回收。
本发明的方法在熔炼过程中允许硫的有效氧化，因此减少了粗铜中硫的量，并避免通常可能在阳极炉通过空气氧化进行的最终除硫，并允许阳极炉的连续还原操作。还降低了在粗铜吹炼炉到阳极炉的转移中的清洗排放。
实施例
实施例1
通过FCF工艺的估算说明了以下实施例，其中没有使用助熔剂。炉渣仅由铁和铜的氧化物与少量的硫构成。对于下表1示出的四种冰铜组合物，计算了主固相和FCF炉渣的液相线温度，其中粗铜中S为0.03，0.06，0.10和0.15％。结果示于图1中。炉渣的组成计算为温度的函数。在图2中显示了炉渣中铜含量的结果。对于不同氧化程度和冰铜的铜等级计算了铜的产率。在图3中呈现了结果。
表1
| 组分 | A | B | C | D |
| CaO | 0 | 0 | 0 | 0 |
| SiO2 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Cu | 58 | 65 | 68 | 71 |
| Fe | 17.23 | 11.57 | 9.19 | 6.84 |
| S | 23.66 | 22.81 | 22.33 | 21.78 |
| O2 | 1.11 | 0.62 | 0.48 | 0.38 |
从估算中可以看出，可以在不存在常规助熔剂的情况下进行本发明的吹炼步骤。
对于本领域技术人员显而易见的是，随着技术的进步，可以以各种方式来实现本发明概念。本发明及其实施方案不限于上述的例子，而是可以在权利要求的范围内变化。
Claims (12)
1.将含铜材料吹炼成粗铜的方法，包括：
(a)提供含铜材料，其包含铜硫化物和铁硫化物，由此含铜材料包含含铜材料总重量的至少35重量％的铜；
(b)在不存在助熔剂的情况下，在炉中使含铜材料与含氧气体反应以进行硫化铁和硫化铜的氧化，和控制含氧气体的注入和温度使得所得的吹炼炉炉渣是在熔融相中以获得粗铜和吹炼炉炉渣。
2.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(b)中的氧分压(pO2)为1至100帕，优选2至70帕，更优选10至30帕。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中在步骤(b)中的温度为至少1200℃，优选1220至1450℃，更优选1300-1400℃。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中在步骤(b)中，吹炼炉炉渣中的氧化的铜的浓度为吹炼炉炉渣的总重量的至少30重量％，优选30-90重量％，更优选为35-70重量％，最优选40至60重量％。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中得到的粗铜的硫浓度为在粗铜中低于0.15％S，优选在粗铜中0.06-0.10％S。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中含铜材料包含含铜材料总重量的至少35重量％，优选40-78重量％，更优选55-75重量％的铜。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中含铜材料选自冰铜、白合金和它们的混合物。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中以悬浮熔炼或熔池熔炼特别是悬浮熔炼进行吹炼步骤(b)。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中吹炼是通过快速吹炼炉(FCF)完成的。
10.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中吹炼是通过皮尔斯-史密斯吹炼炉(PS)完成的。
11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其中含氧气体是富氧空气、纯氧和它们的任何混合物，优选富氧空气。
12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其中在步骤(b)中不存在作为助熔剂的二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)和碳酸钙(CaCO3)。
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