CN108103319B

CN108103319B - 一种含铜多金属物料高温强化精炼方法

Info

Publication number: CN108103319B
Application number: CN201711481577.9A
Authority: CN
Inventors: 郭学益; 闫书阳; 王亲猛; 田庆华; 李栋
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2020-04-14
Anticipated expiration: 2037-12-29
Also published as: CN108103319A

Abstract

本发明涉及一种含铜多金属物料特别是废弃电路板处理后产生的含碳含铜物料及其它含铜二次物料的高温强化精炼方法，该方法包括以下两个步骤，步骤一：氧化除杂期，将含碳含铜多金属物料投入高温强化精炼炉，喷吹富氧气体作为氧化剂，物料中碳作为燃料并辅以天然气以维持炉内高温，搭配造渣剂，实现物料中杂质元素造渣脱除；步骤二：还原精炼期，向炉内加入还原剂和富氧气体、天然气，对粗铜进行还原精炼，最终产出合格阳极铜，同时实现贵金属的高效富集。本发明采用高温强化精炼炉实现了含铜多金属物料的一步精炼直接产出阳极铜，填补了含铜多金属物料高效回收的技术空缺，具有过程连续、经济环保、流程短、效率高等优点。

Description

一种含铜多金属物料高温强化精炼方法

技术领域

本发明属于资源回收技术领域，尤其涉及一种含铜多金属物料高温强化精炼方法。

背景技术

含铜多金属物料来源有两种方式：(1)废弃电路板通过低温裂解、清洁焚烧、热解等方式处理后得到的含碳含铜固体多金属物料；(2)废杂铜，包括回收的废电机、废五金、废旧铜线、废旧家电等，以及铜屑、残阳极、粗铜等有色金属加工企业产生的废料及其它含铜二次废料。

电子工业的迅速发展，给人类的生产和生活方式带来了深刻的变革，同时也产生了大量的电子废弃物，给环境造成了严重危害。以废弃电路板为代表的电子废弃物中蕴藏着铜、金、银等极具经济价值的金属，同时其中也含有铅、锡等重金属以及卤素阻燃剂、汞等有毒有害物质。因此，对废弃电路板的无害化与资源化处置，不仅能保护人类赖以生存的自然环境，还能实现资源的回收利用。

目前，处理废弃电路板的方法可分为机械物理处理法、直接熔炼法、搭配熔炼法、化学处理法、生物处理法和热裂解法等。机械物理处理法通过机械破碎和物理分选能够实现金属组分和非金属组分的初步解离，但分选效果依赖于破碎的粒度，能耗较高，一般仅作为金属提取的预处理方法；直接熔炼法是利用高温熔融炉直接处理废弃电路板，该方法的缺点是易产生二噁英等强致癌污染物；搭配熔炼法利用了重金属对贵金属的捕集作用，在传统铜、铅冶炼过程中搭配处理废弃电路板，但未经处理的废弃电路板中有机物燃烧后进入烟气容易发生重组反应，重新生成有机物，存在一定环境污染问题；化学处理法包括溶蚀法、酸洗法和电解法，贵金属回收效率高，但存在流程长、成本高、产生大量废水等缺点；生物处理法利用微生物代谢过程提取贵金属，在低浓度下选择性高，操作方便，但微生物的生长环境苛刻，效率低，难以完全回收贵金属；热裂解法仅将废弃电路板中有价金属与有机物分离，未对有价金属进行深度回收与提纯，经济价值较低。

废杂铜是一种重要的铜冶炼资源，主要包括废旧电机、废电线、废五金、废旧铜线等含铜物料，以及有色金属加工企业产生的铜屑、残阳极、粗铜等。现有废杂铜冶炼通常采用反射炉单炉作业，主要依靠炭质燃料提供热量，能耗高。而较先进的废杂铜冶炼工艺，如倾动炉、卡尔多炉等冶炼技术与装备，存在引进成本高、结构复杂，且冶炼周期长、单系列冶炼规模小等问题。

CN203976893U公布了一种一元炉炼铜装置，该装置炉体为卧式筒状，采用氧气底吹方式，对废杂铜、液态粗铜等再生物料进行预热后精炼回收，该工艺装置比传统冶炼工艺在能耗、效率、技术水平等方面有所提高，但对物料含铜品位要求高且未涉及废弃电路板处理后所得含碳含铜多金属物料。CN101638724A公布了一种采用氮气搅拌和富氧气体精炼废杂铜的工艺及其设备，行业内称为“NGL炉”，该工艺针对废杂铜进行回收，首先采用大量天然气作为燃料对固体物料进行熔化，随后分别采用浓度为21～50％的富氧气体作为氧化剂、天然气或液化石油气作为还原剂进行氧化还原，精炼过程全程采用氮气对熔池进行搅拌，生产效率高、环保效果较好但烟气量大、能耗较高且未涉及对废弃电路板处理后所得含碳含铜多金属物料的回收。CN103320618A公布了一种联合物理分离与生物浸出回收废弃电路板中贵金属的方法，该方法首先对废弃电路板进行破碎分离，然后采用微生物反应器浸出有价金属，最后通过金属置换器置换出贵金属。CN103468955A公布了一种废杂铜冶炼新技术，底吹氧气和天然气，采用精炼炉处理废杂铜，氧化后的废杂铜通过吊车倒入还原炉进行还原精炼后浇铸成阳极板。CN104611574A公布了一种废杂铜的精炼方法，该方法采用竖炉熔化和回转式阳极炉进行加料熔化、氧化除渣、还原去氧、浇铸阳极板等工序，实现了废杂铜的回收利用。CN106086416A公布了一种线路板废料处置技术方式，通过富氧熔池熔炼产出富含稀贵金属的粗铜，处理原料较为单一，工艺操作要求较高。

以上所述方法多为多工序耦合进行，流程较长且属于间断作业，因此，亟需研究一种短流程、低成本、过程连续的精炼回收含铜多金属物料方法，以满足现实需求。

发明内容

本发明的目的在于，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种低成本、短流程、过程连续、经济环保、回收率高的含铜多金属物料强化精炼方法，如图1所示。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种含铜多金属物料高温强化精炼方法，采用高温强化精炼炉，如图2所示，精炼产出阳极铜，具体包括以下两个步骤：

步骤一：氧化除杂期，将含碳含铜多金属物料投入高温强化精炼炉，喷吹富氧气体作为氧化剂，物料中碳作为燃料并辅以天然气以维持炉内高温，搭配造渣剂，实现物料中杂质元素造渣脱除，得到粗铜；

步骤二：还原精炼期，向炉内加入还原剂、富氧气体和天然气，对粗铜进行还原精炼，最终产出合格阳极铜，同时实现贵金属的高效富集。

所发生的主要化学反应为：

(1)氧化除杂期：C(有机碳)+O₂(g)＝CO₂(g)+Q(热量)

Cu(s)+Q(热量)＝Cu(l)

Me(杂质)+0.5O₂(g)+SiO₂＝MeO·SiO₂；

(2)还原精炼期：CH₄(g)+1.5O₂(g)＝CO(g)+2H₂O(g)

2Cu₂O+C＝4Cu+CO₂(g)

Cu₂O+CO(g)＝2Cu+CO₂(g)。

进一步的，上述处理方法中，所述的含铜多金属物料为废弃电路板通过低温裂解、清洁焚烧、热解方式处理后得到的含碳含铜固体多金属物料，和/或回收的废杂铜及其它含铜二次物料。

进一步的，上述处理方法中，所述的高温强化精炼炉采用浸没式喷吹方式，使得富氧气体和天然气从喷枪喷入，形成的微气流在熔体内产生涡流，增强熔池内部的搅动强度，为固态含铜物料熔化、氧化和还原提供良好的传热传质条件。

进一步的，上述处理方法中，所述浸没式喷吹方式包括顶吹、底吹、侧吹、底侧复合吹、顶底复合吹方式中的至少一种。根据炉内的生产情况选择合适的喷吹方式，气体利用率高，成本较低。

进一步的，上述处理方法中，所述精炼过程步骤一中，所述喷吹气体的富氧浓度为25～80％；氧化除杂期总气体流量为150～350Nm³/t物料；所述天然气占总气体流量的10～30％。氧气浓度对炉内氧势、温度有重要影响。浓度过大会导致炉内温度偏高，炉体耐火砖损耗快；浓度过小导致气体带走大量热量，造成热量损失。

进一步的，上述处理方法中，所述精炼过程步骤一中，所述的造渣剂为石英砂、石灰石中的至少一种；所述造渣剂的加入量为物料处理量的3～15％。多金属物料中含有大量铁等杂质成分，在氧化除杂期杂质被氧化为氧化物可与造渣剂化合生成硅酸铁渣型或铁酸钙渣型，从而与粗铜分离。造渣剂的使用实现了物料中杂质元素的造渣脱除。

进一步的，上述处理方法中，所述精炼过程步骤二中，所述的还原剂为煤粉、焦炭中的至少一种；所述还原剂的加入量为物料处理量的2～10％。煤粉和焦炭作为还原剂，成本低。

进一步的，上述处理方法中，所述精炼过程步骤二中，所述富氧气体的富氧浓度为20～35％；所述的天然气作为辅助还原剂和燃料；还原精炼期总气体流量为30～220Nm³/t粗铜；所述天然气占总气体流量的5～15％。所述富氧空气仅提供天然气燃烧所需氧气，过剩天然气作为辅助还原剂。

进一步的，上述处理方法中，所述精炼过程步骤二中，所述阳极铜含铜为98.5～99.8％，金、银等贵金属在阳极铜富集率为90～99％。

进一步的，上述处理方法中，所述精炼过程中炉内温度为1150～1250℃。熔炼温度控制精炼过程反应的正常进行。温度过高对耐火砖烧损严重，温度过低反应速率低。

与现有技术相比，本发明存在如下优点：

(1)本发明采用高温强化精炼方法对含铜多金属物料进行一步精炼，生产过程连续、经济环保、能耗低、流程短、效率高。

(2)本发明中高温强化精炼炉，可采用底吹、侧吹、底侧复合吹等多种浸没式喷吹方式，生产适应性强。

(3)本发明精炼过程中废弃电路板经过低温裂解、清洁焚烧、热解等方式处理后得到的含碳含铜固体多金属物料和废杂铜不产生二噁英气体，环保效果好，烟气易处理。

(4)本发明采用高温强化精炼法回收处理含铜多金属物料，配料简单、原料适应性强，且工艺简单、处理量大，能够实现连续生产，有价金属综合回收效率高，为废弃电路板裂解后产生的固体含铜含碳多金属物料和废杂铜等二次物料的资源化处理提供新途径。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种含铜多金属物料高温强化精炼方法的工艺流程图。

图2为本发明一种含铜多金属物料高温强化精炼方法的高温强化精炼炉结构示意图。

图例说明：

1备用加料口；2加料口；3烟道口；4放渣口；5放铜口；6多功能氧枪。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1

本实施例的精炼方法，如图1所示，将含碳含铜多金属物料作为原料投入到高温强化精炼炉内，如图2所示，高温强化精炼炉为卧式圆柱体结构，炉体上方分布一个圆形加料口2，通过圆形加料口加入含铜含碳多金属物料和废杂铜等二次物料；炉体右侧端面布置有一个方形备用加料口1，根据生产过程温度变化添加残阳极、粗铜等废料；烟道口3排放精炼烟气进入烟气处理系统；根据炉内液位判断分别通过放渣口4、放铜口5排放炉渣和阳极铜；底部布置有底吹、侧吹等复合排布方式的多功能氧枪6，通过多功能氧枪喷入富氧气体和天然气。

首先，通过多功能氧枪6喷入富氧气体和天然气，从圆形加料口2加入石英砂和石灰石作为造渣剂，调整富氧气体浓度为30％，精炼温度为1200℃，对原料进行氧化除杂。氧化期结束后，从圆形加料口2向炉内添加煤粉、焦炭作还原剂，并通过多功能氧枪6辅以富氧气体、天然气，对熔体进行还原精炼，最终得到含铜约为98.8％的阳极铜，贵金属在阳极铜中富集率达到93％。

实施例2

首先，通过多功能氧枪6喷入富氧气体和天然气，从圆形加料口2加入石英砂和石灰石作为造渣剂，调整富氧气体浓度为60％，精炼温度为1150℃，对原料进行氧化除杂。氧化期结束后，从圆形加料口2向炉内添加煤粉、焦炭作还原剂，并通过多功能氧枪6辅以富氧气体、天然气，对熔体进行还原精炼，最终得到含铜约为99.3％的阳极铜，贵金属在阳极铜中富集率达到96％。

实施例3

首先，通过多功能氧枪6喷入富氧气体和天然气，从圆形加料口2加入石英砂和石灰石作为造渣剂，调整富氧气体浓度为80％，精炼温度为1250℃，对原料进行氧化除杂。氧化期结束后，从圆形加料口2向炉内添加煤粉、焦炭作还原剂，并通过多功能氧枪6辅以富氧气体、天然气，对熔体进行还原精炼，最终得到含铜约为99.8％的阳极铜，贵金属在阳极铜中富集率达到98％。

对比例1

将含碳含铜多金属物料作为原料投入到传统高温熔炉内，喷入富氧气体和天然气，加入石英砂和石灰石作为造渣剂，调整富氧气体浓度为70％，回收温度为1200℃，对原料进行氧化除杂回收。氧化造渣结束后倒出含铜熔体，得到含铜约为90～93％的含铜合金，含铜量不能达到用于电解的阳极铜标准，未实现一步精炼回收含铜多金属物料。

通过本发明的方法可实现对含碳含铜多金属物料的一步精炼回收，直接产出可供电解生产阴极铜的含铜98％以上的阳极铜，是一种流程短，效率高，过程连续的新型绿色资源回收方法。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种含碳含铜多金属物料高温强化精炼方法，其特征在于，采用高温强化精炼炉精炼产出阳极铜，具体包括以下两个步骤：

步骤一：氧化除杂期，将含碳含铜多金属物料投入高温强化精炼炉，喷吹浓度为80 %的富氧气体作为氧化剂，物料中碳作为燃料并辅以天然气以维持炉内温度为1250 ℃，搭配石英砂和石灰石作为造渣剂，实现物料中杂质元素造渣脱除，得到粗铜；所述含碳含铜多金属物料为废弃电路板通过低温裂解、清洁焚烧、热解方式处理后得到的含碳含铜固体多金属物料；所述高温强化精炼炉为卧式圆柱体结构，炉体上方分布一个圆形加料口和一个烟道口，通过圆形加料口加入含碳含铜多金属物料和造渣剂，通过烟道口排放精炼烟气进入烟气处理系统；炉体侧面分布一个放渣口，炉体下方分布一个放铜口，根据炉内液位判断分别通过放渣口、放铜口排放炉渣和阳极铜；炉体底部布置有底吹、侧吹复合排布方式的多功能氧枪，所述的高温强化精炼炉采用浸没式喷吹方式使得富氧气体和天然气从多功能氧枪喷入，所述浸没式喷吹方式包括顶吹、底吹、侧吹、底侧复合吹、顶底复合吹方式中的至少一种；氧化除杂期总气体流量为150~350 Nm³/t 物料，所述天然气占总气体流量的10~30%；所述造渣剂的加入量为物料处理量的3~15 %；

步骤二：还原精炼期，向炉内加入还原剂、富氧气体和天然气，所述的还原剂为煤粉、焦炭中的至少一种，所述还原剂的加入量为物料处理量的2~10 %，所述富氧气体的富氧浓度为20~35 %，所述的天然气作为辅助还原剂和燃料，还原精炼期总气体流量为30~220 Nm³/t粗铜；所述天然气占总气体流量的5~15%，对粗铜进行还原精炼，最终产出合格阳极铜，同时实现贵金属的高效富集，所述阳极铜含铜为98.5~99.8 %，贵金属在阳极铜富集率为90~99%。