CN107338339A - 一种处理铜渣的系统及方法 - Google Patents

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刘占华
王欣
陈文亮
丁银贵
曹志成
经文波
邓鑫
吴道洪
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Abstract

本发明公开一种处理铜渣的系统及方法。所述系统包括依次连接的混料装置、造球机、干燥机、筛选装置、转底炉和冶炼炉，转底炉的炉底设有除瘤器，用于去除炉底上的粘结瘤，冶炼炉具有进料口和铁水出口，转底炉的出料口和出瘤口连接冶炼炉的进料口。本发明在铜渣的球团中加入工业碱和固体粘结剂，可有效降低系统的能耗，在转底炉中设置除瘤器，避免了粘结瘤导致的卡炉现象。

Description

一种处理铜渣的系统及方法
技术领域
本发明属于金属冶炼技术领域，尤其涉及一种处理铜渣的系统及方法。
背景技术
铜渣是火法冶炼铜而产生的一种人造矿石废渣，铜渣的数量随着铜冶炼产量增加而增加。铜渣是一种含有价金属化合物的复合矿冶金渣，具有数量大、粒度细、类型繁多、成分复杂等特点，含有大量的可回收利用的有价金属。例如，铜渣中含铁一般在40％左右，远大于铁矿石的29.1％的平均工业品位。随着环境保护要求的提高和矿产资源的日益枯竭，回收和利用这些宝贵的资源具有十分重要意义。
现阶段有多种工艺处理上述铜渣，其中，最高效、环保的处理方式以转底炉为主。在转底炉处理过程中，在高温下往往料层表面会出现一些熔融物质。这些熔融物质的熔点较低，在转底炉出料时，其粘黏在炉底侧面，而再次进入转底炉的低温区时其固结成瘤。经过一段时间，瘤体逐渐长大，会与转底炉侧壁摩擦，影响炉体正常运行，甚至卡炉，影响转底炉正常生产。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种处理铜渣的系统及方法，在转底炉中设置除瘤器，可有效清除炉底上的粘结瘤，将瘤体和转底炉产生的金属化球团一同送入冶炼炉冶炼，保证转底炉正常运转的同时，提高了系统的生产效率。
本发明的目的之一是提供一种处理铜渣的系统，包括：
混料装置，具有进料口和混合料出口；
造球机，具有混合料进口和生球团出口，所述混合料进口连接所述混料装置的混合料出口；
干燥机，具有生球团进口和干球团出口，所述生球团进口连接所述造球机的生球团出口；
筛选装置，具有干球团进口和筛选球团出口，所述干球团进口连接所述干燥机的干球团出口；
转底炉，具有进料口和出料口，所述转底炉的进料口连接所述筛选装置的筛选球团出口，所述转底炉还包括设置在炉底侧面的除瘤器；
所述除瘤器包括：固定在所述转底炉炉顶的安装架，可旋转的安装在所述安装架上的转轴，固定在所述转轴上的螺旋叶片，及位于所述螺旋叶片下方的出瘤槽；所述出瘤槽连接所述转底炉侧壁上的出瘤口；
冶炼炉，具有进料口和铁水出口，所述转底炉的出料口和出瘤口连接所述冶炼炉的进料口。
作为本发明优选的方案，所述筛选装置还包括粉料出口，所述筛选装置的粉料出口连接所述混料装置的进料口。制备球团的过程中，粉料和球团混合在一起，若粉料进入转底炉，不利于球团受热，所以需将粉料筛选出来。筛选下的粉料可作为原料进入混料装置，进行再生产。
优选的，所述转底炉的炉内空间依次分为布料区、加热区和出料区，所述除瘤器位于所述布料区。
作为本发明优选的方案，所述除瘤器还包括刮板，所述刮板的一端与所述安装架固定，另一端位于所述螺旋叶片的末端。
作为本发明优选的方案，所述除瘤器的安装架包括固定臂和旋转臂，所述固定臂的一端固定在所述转底炉的炉顶上，另一端与所述旋转臂铰接，所述转轴可旋转的安装在所述旋转臂上。
作为本发明优选的方案，所述转轴的轴线与所述炉底的除瘤器处的切线平行；所述除瘤器的螺旋叶片为哑铃状。
本发明的另一目的是提供一种利用上述系统处理铜渣的方法，包括以下步骤：
A、将铜渣、还原煤、石灰石、工业碱、膨润土、固体粘结剂送入所述混料装置混匀，获得混合料；
B、将所述混合料送入所述造球机造球，获得生球团；
C、将所述生球团送入所述干燥机进行干燥，获得干球团；
D、将所述干球团送入所述筛选装置，获得筛选球团；
E、将所述筛选球团送入所述转底炉，加热进行还原反应，产生金属化球团和粘结瘤，利用所述除瘤器将所述粘结瘤从所述炉底上脱离，获得瘤体；
F、将所述金属化球团、瘤体和石灰石、还原剂送入所述冶炼炉加热，获得铁水。
作为本发明优选的技术方案，在所述步骤D中，获得筛选球团的同时产生粉料，将所述粉料送入所述混料装置。
进一步的，在所述步骤A中，所述铜渣、还原煤、石灰石、工业碱、膨润土、固体粘结剂的质量比为100:22～26:4～6:9～11:3～5:2～4。
作为本发明优选的方案，在所述步骤F中，所述金属化球团、瘤体、石灰石、还原剂的质量比为100:5～10:3～5:4～8；所述步骤A中的所述固体粘结剂为腐植酸钠。
本发明提供的处理铜渣的系统及方法，在制备球团时，加入工业碱和固体粘结剂，可有效降低生产金属化球团所需的温度，提高金属化球团的品质，降低转底炉的能耗；在转底炉炉底的侧面设置除瘤器，去除粘结在炉底上的瘤体，解决了低熔点粘结瘤导致的卡炉问题；瘤体送入冶炼炉处理，提高了整个系统的生产效率。
附图说明
图1是本发明实施例处理铜渣的系统示意图；
图2是本发明实施例转底炉除瘤器的局部视图；
图3是本发明实施例除瘤器的主视图；
图4是本发明实施例处理铜渣的方法流程图。
图中：
1-混料装置，2-造球机，3-干燥机，4-筛选装置，5-转底炉，51-转底炉的炉顶，52-转底炉的炉底，6-冶炼炉，7-螺旋出料器，71-动力装置，8-除瘤器，81-安装架，82-转轴，83-螺旋叶片，84-刮板，85-出瘤槽，811-固定臂，812-旋转臂。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
在处理铜渣时，发明人发现向铜渣中加入工业碱和固体粘结剂，可有效提高球团的还原效果，并降低物料的熔点。本发明实施例中固体粘结剂为腐殖酸钠。由于在球团中加入了工业碱和腐殖酸钠，转底炉预热区的温度可由1200℃降低至1050-1100℃，还原区温度可由1250℃降至1100-1240℃。此温度节省燃气，起到节能减排的效果。
其反应机理为：碳酸钠能结合SiO2和Al2O3生成硅酸钠和铝酸钠，一定程度上减少了铁橄榄石和铁铝尖晶石的生成，对提高金属化率有利。在800℃以上，碳酸钠自身还能够快速分解生产Na2O，即使有铁橄榄石和铁铝尖晶石的生成，Na2O也能将其中的FeO置换出来，有利于铁氧化物的进一步还原。此外，碱金属盐在碳还原铁氧化物的过程中一方面能够直接进入氧化铁晶格，使之发生畸变；另一方面提高碳的反应活性，加速了碳的气化反应的进行，从而间接促进铁氧化物的还原。
在转底炉的生产过程中，由于布料不均，有部分区域料层厚度会小于10mm，且这些部位大多集中在炉底外环与内环边缘位置。此部分物料由于受热较多出现粘结现象，在出料过程中会导致少量物料粘黏在炉底或者炉底砖侧边，这些残料在转底炉长时间停留后会产生熔化，最后在炉底砖侧边积累，使得转底炉会出现卡停，因此此种残料需要通过一种转底炉除瘤设备进行清除。
如图1所示，本发明实施例提供一种处理铜渣的系统，包括混料装置1、造球机2、干燥机3、筛选装置4、转底炉5和冶炼炉6。
混料装置1为搅拌机，用于原料的混合，具有进料口和混合料出口。原料在混料装置1中混合均匀后，由混合料出口排出。
造球机2为圆盘造球机，具有混合料进口和生球团出口，混料装置1的混合料出口连接造球机2的混合料进口。混合料在造球机2中被制作成生球团，生球团由生球团出口排出。
干燥机3为链篦机，用于生球团的烘干，具有生球团进口和干球团出口，造球机2的生球团出口连接干燥机3的生球团进口。生球团在干燥机3被干燥为干球团，干球团由干球团出口排出。
筛选装置4为振动筛，可将干球团中的粉料筛出，具有干球团进口、筛选球团出口和粉料出口。干燥机3的干球团出口连接筛选装置4的干球团进口，筛选装置4的粉料出口连接混料装置1的进料口。干球团在筛选装置4中被筛选，筛选出的球团由筛选球团出口排出。筛选落下的粉料被输送至混料装置1，与其他原料混合，用于球团的制备。
本发明中的混料装置1、造球机2、干燥机3、筛选装置4并不限于实施例中选用的设备，本领域技术人员也可选用其他相同功能的设备。
转底炉5燃烧燃气，用于筛选球团的加热，使其发生还原反应，生成金属化球团。转底炉5的炉内空间可分为布料区、加热区和出料区，转底炉5的进料口位于布料区，出料口位于出料区。筛选装置4的筛选球团出口连接转底炉5的进料口。
如图2和图3所示，在转底炉的出料区设有螺旋出料器7，用于金属化球团的出料。
在转底炉5的布料区的炉底52侧面设有除瘤器8。在转底炉的进料口和出料口之间，炉底上的粘结瘤不会板结，有一定的软度，所以将除瘤器8设置在布料区。
除瘤器8的安装架81固定在炉顶51上，安装架81包括固定臂811和旋转臂812，固定臂811的一端固定在转底炉的炉顶51上，另一端与旋转臂812铰接。转轴82可旋转的安装在旋转臂812上。固定臂811和旋转臂812的铰接带有阻尼，阻尼力可保证正常工作时，除瘤器去除粘结瘤体，但当除瘤器受到的力过大时，旋转臂812带动转轴82摆动，避免除瘤器8受损。
转轴82上固定安装有螺旋叶片83，螺旋叶片83位于炉底52的外台的边缘。旋转的螺旋叶片可去除炉底52上粘结的瘤体。优选的，螺旋叶片83为哑铃状，即两端的螺旋叶片高度大，中部的螺旋叶片的高度小，使得螺旋叶片的边缘形成一条曲线，与炉底52的边缘相配合。
转轴82的轴线与炉底52的除瘤器处的切线平行，炉底52的除瘤器处的切线指的是与转底炉中心和除瘤器的中心连线相垂直的那条炉底的切线。这样布置除瘤器，更便于粘结瘤的清除。
本发明实施例中，转轴的长度为80-100cm，中部螺旋叶片高度为10-15cm，两端螺旋叶片的高度为39-51cm，转轴轴线与炉底边缘的距离为40-52cm。
在旋转臂812上固定有刮板84，刮板84延伸到螺旋叶片83的末端，用于刮除螺旋叶片83上附着的瘤体。
在螺旋叶片83的下方设有出瘤槽85，螺旋叶片83刮除的瘤体落入出瘤槽85，出瘤槽85的长度大于转轴82的长度。转底炉的侧壁上设有出瘤口，出瘤槽85连接出瘤口，瘤体由出瘤口排出转底炉。
冶炼炉6为燃气熔分炉，具有进料口和铁水出口，转底炉5的出料口和出瘤口连接冶炼炉6的进料口。所述转底炉的出料口和出瘤口连接冶炼炉的进料口中的连接只是工艺性连接，如皮带运送或者天车与吨装包调运物料至冶炼炉的进料口进行投料。
转底炉5排出的金属化球团和瘤体，配加石灰石和还原剂进入冶炼炉6，生产铁水。冶炼炉6与转底炉5共用一个燃气供气系统。冶炼炉6剩余的水淬渣可作为制作渣棉的原料。
如图4所示，本发明实施例提供一种利用上述系统处理铜渣的方法，包括以下步骤：
1、将铜渣、还原煤、石灰石、工业碱、膨润土、固体粘结剂送入所述混料装置混匀，获得混合料；所述铜渣、还原煤、石灰石、工业碱、膨润土、固体粘结剂的质量比为100:22～26:4～6:9～11:3～5:2～4。
2、将所述混合料送入所述造球机造球，获得生球团。
3、将所述生球团送入所述干燥机进行干燥，获得干球团。
4、将所述干球团送入所述筛选装置，获得筛选球团和粉料，将粉料送入混料装置，作为原料制备生球团。
5、将所述筛选球团送入转底炉，加热进行还原反应，产生金属化球团和粘结瘤，利用所述除瘤器将所述粘结瘤从所述炉底上脱离，获得瘤体；转底炉中，预热区的温度为1050-1100℃，还原区的温度为1100-1240℃。
6、将所述金属化球团、瘤体和石灰石、还原剂送入所述冶炼炉加热，获得铁水；所述金属化球团、瘤体、石灰石、还原剂的质量比为100:5～10:3～5:4～8。
优选的，上述步骤1中的所述固体粘结剂为腐植酸钠。本领域技术人员也可将选择其他可实现相同作用的粘结剂替代腐植酸钠，铜渣含水量在4-10％之间，还原煤的灰熔点在1000-1150℃之间
本实施中，加入冶炼炉的还原剂为兰炭，兰炭灰熔点低，煤灰中氧化钙较高，有益于燃气熔分炉的造渣工艺。冶炼炉剩余的水淬渣可作为制作渣棉的原料。
在步骤5的转底炉中，料层厚度为10-20mm，只有布料为该厚度时才会使得热传导效率高，受热均匀，金属化率高。
本实施例利用除瘤器，解决了低熔点的物质粘结在炉底侧面导致卡炉、生产不顺的问题。在混合料中加入了工业碱和固体粘结剂，降低了铜渣生成金属化球团的温度，并提高了球团的品质，提高了物料的利用率，降低了转底炉的能耗。利用燃气熔分炉对瘤体进行处理，节省了处理瘤体的设备。
实施例1
1、将铜渣、还原煤、石灰石、工业碱、膨润土、固体粘结剂送入所述混料装置混匀，获得混合料；所述铜渣、还原煤、石灰石、工业碱、膨润土、固体粘结剂的质量比为100:22:6:9:5:4。
2、将混合料送入造球机造球，获得生球团。
3、将生球团送入干燥机进行干燥，获得干球团。
4、将干球团送入筛选装置，获得筛选球团和粉料，将粉料送入混料装置，作为原料制备生球团。
5、将筛选球团送入转底炉，加热进行还原反应，产生金属化球团和粘结瘤，利用所述除瘤器将所述粘结瘤从所述炉底上脱离，获得瘤体；转底炉中，预热区的温度为1050℃，还原区的温度为1100℃。
6、将所述金属化球团、瘤体和石灰石、还原剂送入所述冶炼炉加热，金属化球团、瘤体、石灰石、还原剂的质量比为100:5:3:4。通过调节空燃比使冶炼炉内O2平均浓度在18％，冶炼结束后得到Fe品位85％，水淬渣作为制作渣棉的原料。
实施例2
1、将铜渣、还原煤、石灰石、工业碱、膨润土、固体粘结剂送入所述混料装置混匀，获得混合料；铜渣、还原煤、石灰石、工业碱、膨润土、固体粘结剂的质量比为100:26:4:11:3:3。
2、将混合料送入造球机造球，获得生球团。
3、将生球团送入干燥机进行干燥，获得干球团。
4、将干球团送入筛选装置，获得筛选球团和粉料，将粉料送入混料装置，作为原料制备生球团。
5、将筛选球团送入转底炉，加热进行还原反应，产生金属化球团和粘结瘤，利用除瘤器将所述粘结瘤从所述炉底上脱离，获得瘤体；转底炉中，预热区的温度为1100℃，还原区的温度为1240℃。
6、将所述金属化球团、瘤体和石灰石、还原剂送入所述冶炼炉加热，金属化球团、瘤体、石灰石、还原剂的质量比为100:7:4:6。通过调节空燃比使冶炼炉内O2平均浓度在18％，冶炼结束后得到Fe品位85.5％，水淬渣作为制作渣棉的原料。
实施例3
1、将铜渣、还原煤、石灰石、工业碱、膨润土、固体粘结剂送入所述混料装置混匀，获得混合料；所述铜渣、还原煤、石灰石、工业碱、膨润土、固体粘结剂的质量比为100:25:5:10:4:2。
2、将混合料送入所述造球机造球，获得生球团。
3、将生球团送入干燥机进行干燥，获得干球团。
4、将干球团送入筛选装置，获得筛选球团和粉料，将粉料送入混料装置，作为原料制备生球团。
5、将筛选球团送入转底炉，加热进行还原反应，产生金属化球团和粘结瘤，利用除瘤器将粘结瘤从炉底上脱离，获得瘤体；转底炉中，预热区的温度为1070℃，还原区的温度为1200℃。
6、将所述金属化球团、瘤体和石灰石、还原剂送入所述冶炼炉加热，金属化球团、瘤体、石灰石、还原剂的质量比为100:10:5:8。通过调节空燃比使冶炼炉内O2平均浓度在18％，冶炼结束后得到Fe品位86％，水淬渣作为制作渣棉的原料。
实施例4
1、将铜渣、还原煤、石灰石、工业碱、膨润土、固体粘结剂送入所述混料装置混匀，获得混合料；所述铜渣、还原煤、石灰石、工业碱、膨润土、固体粘结剂的质量比为100:25:5:10:4:3。
2、将混合料送入所述造球机造球，获得生球团。
3、将生球团送入干燥机进行干燥，获得干球团。
4、将干球团送入筛选装置，获得筛选球团和粉料，将粉料送入混料装置，作为原料制备生球团。
5、将筛选球团送入转底炉，加热进行还原反应，产生金属化球团和粘结瘤，利用除瘤器将粘结瘤从炉底上脱离，获得瘤体；转底炉中，预热区的温度为1080℃，还原区的温度为1150℃。
6、将所述金属化球团、瘤体和石灰石、还原剂送入所述冶炼炉加热，金属化球团、瘤体、石灰石、还原剂的质量比为100:10:5:8。通过调节空燃比使冶炼炉内O2平均浓度在18％，冶炼结束后得到Fe品位86％，水淬渣作为制作渣棉的原料。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种处理铜渣的系统，其特征在于，包括：
混料装置，具有进料口和混合料出口；
造球机，具有混合料进口和生球团出口，所述混合料进口连接所述混料装置的混合料出口；
干燥机，具有生球团进口和干球团出口，所述生球团进口连接所述造球机的生球团出口；
筛选装置，具有干球团进口和筛选球团出口，所述干球团进口连接所述干燥机的干球团出口；
转底炉，具有进料口和出料口，所述转底炉的进料口连接所述筛选装置的筛选球团出口，所述转底炉还包括设置在炉底侧面的除瘤器；
所述除瘤器包括：固定在所述转底炉炉顶的安装架，可旋转的安装在所述安装架上的转轴，固定在所述转轴上的螺旋叶片，及位于所述螺旋叶片下方的出瘤槽；所述出瘤槽连接所述转底炉侧壁上的出瘤口；
冶炼炉，具有进料口和铁水出口，所述转底炉的出料口和出瘤口连接所述冶炼炉的进料口。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述筛选装置还包括粉料出口，所述筛选装置的粉料出口连接所述混料装置的进料口。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述转底炉的炉内空间依次分为布料区、加热区和出料区，所述除瘤器位于所述布料区。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述除瘤器还包括刮板，所述刮板的一端与所述安装架固定，另一端位于所述螺旋叶片的末端。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述除瘤器的安装架包括固定臂和旋转臂，所述固定臂的一端固定在所述转底炉的炉顶上，另一端与所述旋转臂铰接，所述转轴可旋转的安装在所述旋转臂上。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述转轴的轴线与所述炉底的除瘤器处的切线平行；所述除瘤器的螺旋叶片为哑铃状。
7.一种利用权利要求1～6任一所述系统处理铜渣的方法，其特征在于，包括步骤：
A、将铜渣、还原煤、石灰石、工业碱、膨润土、固体粘结剂送入所述混料装置混匀，获得混合料；
B、将所述混合料送入所述造球机造球，获得生球团；
C、将所述生球团送入所述干燥机进行干燥，获得干球团；
D、将所述干球团送入所述筛选装置，获得筛选球团；
E、将所述筛选球团送入所述转底炉，加热进行还原反应，产生金属化球团和粘结瘤，利用所述除瘤器将所述粘结瘤从所述炉底上脱离，获得瘤体；
F、将所述金属化球团、瘤体和石灰石、还原剂送入所述冶炼炉加热，获得铁水。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤D中，获得筛选球团的同时，产生粉料，将所述粉料送入所述混料装置。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤A中所述铜渣、还原煤、石灰石、工业碱、膨润土、固体粘结剂的质量比为100:22～26:4～6:9～11:3～5:2～4。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤F中所述金属化球团、瘤体、石灰石、还原剂的质量比为100:5～10:3～5:4～8；所述步骤A中的所述固体粘结剂为腐植酸钠。
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