CN108588442B - 一种粗铜火法连续精炼工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种粗铜火法连续精炼工艺，包括：将粗铜加入到加料氧化区内，熔融得到铜液；向铜液中通入氧化气体，使铜液中杂质元素氧化生成氧化精炼渣，氧化精炼渣定期排出；氧化后的铜液流入还原区内；在所述还原区内加入还原剂，使氧化后的铜液进行还原反应；以及使还原后的铜液流入浇铸区内，其中，所述加料氧化区、所述还原区和所述浇铸区由隔墙隔开但底部相互连通并在同一炉体内。本发明的粗铜火法连续精炼工艺具有能耗低、环境友好、自动化水平高、生产效率高等优点，可实现粗铜连续进料、阳极铜连续浇铸，运行时氧化、还原过程同时进行，可缩短作业时间，提高设备利用率，同时烟气量和烟气成分稳定，可集中处理并回收余热。

Description

一种粗铜火法连续精炼工艺

技术领域

本发明涉及有色金属冶金技术领域，特别涉及一种粗铜火法连续精炼工艺。

背景技术

铜的火法冶金工艺一般包括铜精矿熔炼、铜锍吹炼和粗铜精炼三个步骤。铜锍吹炼产出的粗铜一般含铜98.5～99.5％，其余杂质元素有硫、氧、铁、砷、锑、锌、锡、铅、铋、镍、钴等，通常还含有硒、碲、金和银等稀散金属和贵金属。杂质元素会对铜的导电性和机械性能产生不良影响，而稀散金属和贵金属等有价元素则需要综合回收，提高资源利用率。粗铜火法精炼的目的一方面是尽可能地去除杂质元素，以减少杂质元素对电解精炼的影响；另一方面要浇铸出板面平整光滑、厚薄均匀，无飞边毛刺，悬吊垂直度好的阳极板，以满足电解精炼的工艺要求。

粗铜火法精炼主要包括氧化和还原两个过程。氧化阶段是在高温下，将氧化剂送入熔融粗铜中，熔体中的Cu首先氧化成Cu₂O，Cu₂O再与其它金属杂质元素作用使其氧化，生成的金属氧化物在铜水中溶解度很小，且比重较轻，可以迅速浮出液面形成炉渣并排出。氧化完成后，铜液中含有0.5～1.5％的氧，在凝固时会以Cu₂O形态析出，分布于Cu的晶界上，给电解精炼造成危害，需进行还原脱氧。还原阶段是在高温下，将还原剂送入铜液中，还原剂与熔体中的Cu₂O反应脱氧，当铜液中含氧降至0.1～0.2％后，即可进行浇铸。

目前在国内外普遍采用反射炉、回转式精炼炉和倾动炉进行粗铜火法精炼。其中，反射炉自动化程度低、人工插管氧化还原劳动强度大、烟气泄漏多导致作业环境差、能耗高、生产效率低下；回转式精炼炉有较高的自动化水平，处理能力大，生产效率较高，但由于其熔池深，受热面积小，化料慢，而不适于处理冷料，且转炉控制系统复杂；倾动炉结合了反射炉和回转式精炼炉的特点，但是炉体形状特殊、结构复杂、投资高，而且操作时炉体倾转，对炉顶、炉墙的稳定性都有较大影响。更为重要的是，这三种广泛应用的粗铜火法精炼工艺具有共同的缺点，就是周期性作业，精炼过程分为加料熔化期、氧化扒渣期、还原期和浇铸期四个周期。采用周期性作业时，氧化期烟气含SO₂浓度高需要单独处理，还原期烟气含CO浓度高需要二次燃烧，四个周期的烟气量波动大，无法集中处理，后续烟气处理系统复杂，且烟气带走的热量无法回收。同时，周期性作业导致每炉作业时间长，燃料消耗量大，浇铸装置设备利用率低，影响生产效率。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种可实现粗铜连续进料、阳极铜连续浇铸并可将烟气集中处理的粗铜火法连续精炼工艺。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种粗铜火法连续精炼工艺，包括以下步骤：

将粗铜加入到加料氧化区内，熔融得到铜液；

向铜液中通入氧化气体，使铜液中杂质元素氧化生成氧化精炼渣；

排出所述氧化精炼渣，并使氧化后的铜液流入还原区内；

在所述还原区内加入还原剂，使氧化后的铜液进行还原反应；以及

使还原后的铜液流入浇铸区内，

其中，所述加料氧化区、所述还原区和所述浇铸区隔墙隔开，但底部相互连通并在同一炉体内。

在本发明的粗铜火法连续精炼工艺的一个实施方式中，所述氧化气体为压缩空气或氧气浓度为22-80vol％(体积百分百)的富氧空气。

在本发明的粗铜火法连续精炼工艺的另一个实施方式中，氧化后的铜液中的含氧量为0.5-1.5wt％(质量百分百)。

在本发明的粗铜火法连续精炼工艺的另一个实施方式中，所述加料氧化区内的温度保持在1150-1250℃。

在本发明的粗铜火法连续精炼工艺的另一个实施方式中，所述还原剂为天然气、液化石油气、氨、丙烷、粉煤、重油中的一种或多种。

在本发明的粗铜火法连续精炼工艺的另一个实施方式中，还原后的铜液中的含氧量为0.1-0.2wt％。

在本发明的粗铜火法连续精炼工艺的另一个实施方式中，所述浇铸区内铜液的温度保持在1150-1250℃。

在本发明的粗铜火法连续精炼工艺的另一个实施方式中，还包括向所述浇铸区内加入还原剂，以控制氧含量。

在本发明的粗铜火法连续精炼工艺的另一个实施方式中，所述加料氧化区、所述还原区和所述浇铸区产生的烟气通过同一烟道口排出。

在本发明的粗铜火法连续精炼工艺的另一个实施方式中，所述烟道口设置在所述加料氧化区或所述浇铸区。

在本发明的粗铜火法连续精炼工艺的另一个实施方式中，还包括在所述加料氧化区、所述还原区和所述浇铸区内向铜液中鼓入氮气或惰性气体。

本发明的粗铜火法连续精炼工艺具有能耗低、环境友好、自动化水平高、生产效率高等优点，可实现粗铜连续进料、阳极铜连续浇铸，运行时氧化、还原过程同时进行，可缩短作业时间，提高设备利用率，同时烟气量和烟气成分稳定，可集中处理并回收余热。

附图说明

图1为本发明一个实施方式的粗铜火法连续精炼装置的结构示意图；

图2为本发明一个实施方式的粗铜火法连续精炼工艺的流程图。

其中，附图标记说明如下：

1：炉体

101：加料氧化区

102：还原区

103：浇铸区

2：隔墙

3：冷料加入口

4：热料加入口

5：排渣口

6：烟道口

7：放铜口

8：第一喷枪

9：第二喷枪

11：气体鼓入装置

12：燃烧器

13：取样观察口

具体实施方式

下面根据具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。本发明的保护范围不限于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本发明。

图1为本发明一个实施方式的粗铜火法连续精炼工艺所用装置的结构示意图，如图1所示，粗铜火法连续精炼装置包括炉体1和设置于炉体1顶部的烟道口6，炉体1内具有由隔墙隔开但底部相互连通的加料氧化区101、还原区102和浇铸区103，同时进行加料熔化、氧化、还原和浇铸过程，四个周期在同一台炉子中同时进行，其中还原区102位于加料氧化区101和浇铸区103之间，以使作业过程中铜液依序经过加料氧化区101、还原区102和浇铸区103。

炉体1由耐火材料砌筑而成，其炉膛空间通过隔墙2将加料氧化区101、还原区102和浇铸区103彼此隔开但底部相互连通，即隔墙2设置在加料氧化区101和还原区102之间、以及还原区102和浇铸区103之间。

隔墙2固定在炉体1的两侧侧壁上，其与炉体1的底壁和顶壁均不接触，即隔墙2与炉体1的底部之间具有间隙，该间隙可具有一定高度，足以使铜液可以流动通过，因此粗铜热料可以连续加入炉中，使精炼工艺连续进行，可实现粗铜连续进料、阳极铜连续浇铸，缩短总的作业时间，提高设备利用率和生产效率，并在客观上保证连续吹炼工艺不受精炼操作的影响。

隔墙2与炉体1的顶部之间也具有间隙，该间隙可使炉膛上部形成一个统一的气体空间，以使精炼过程(即加料熔化、氧化、还原和浇铸)中产生的烟气通过而在炉体1的上部炉膛空间汇集，最终使加料氧化区101、还原区102和浇铸区103所产生的烟气均通过同一个烟道口6排出，加料熔化、氧化、还原和浇铸四个周期产生的烟气合并处理，形成的烟气成分、烟气量和烟气温度都比较稳定，后续的烟气处理系统简单，并可以回收余热。

隔墙2的高度需视不同规模时铜液的液面高度而定，其应高于理论上铜液的最高液面并保留一定的安全高度，从而将加料氧化区101、还原区102和浇铸区103中的铜液在上层分隔开来，铜液只能通过隔墙2与炉体1的底部之间的间隙流动通过三个区域，同时加料氧化区101中产生的炉渣则由于浮出液面而被隔墙2所阻挡。

加料氧化区101的侧壁和/或顶壁上设有冷料加入口3和热料加入口4，可通过其向加料氧化区101内加入熔融的铜(热料)或含铜的固体料(冷料)，同时冷料加入口3和热料加入口4还可作为熔剂加入口，通过其向加料氧化区101内加入熔剂以在必要时调整渣型。考虑到热料的特殊性，热料加入口4通常设置于加料氧化区101的顶壁上，而冷料加入口3的位置则无特殊要求，即可设置于加料氧化区101的顶壁上，也可设置于加料氧化区101的侧壁上。

加料氧化区101的侧壁上还设有排渣口5，排渣口5通常靠近隔墙2设置，可将浮出液面的炉渣排出，同时排渣口5也可作为取样观察口，以便操作者随时观察加料氧化区101中铜液的状态，可在线监测氧含量或取样观察。

冷料加入口3和排渣口5均设有炉门，以保证炉体1的密闭性，杜绝有烟气外逸。

烟道口6设置于炉体1的顶部，通常设置在靠近加料氧化区101或浇铸区103的区域，这样还原区102产生的烟气通过加料氧化区101或浇铸区103再向外排放，还原过程中未完全燃烧的气体在加料氧化区101或浇铸区103进行燃烧，从而在简化烟气处理的同时有效节省燃料，降低生产成本。

还原区102和浇铸区103的侧壁上也分别设有取样观察口13，以便操作者随时观察还原区102和浇铸区103中铜液的状态，可在线监测氧含量。

加料氧化区101的侧壁上设有多个第一喷枪8，还原区102的侧壁上设有多个第二喷枪9。

第一喷枪8为氧化剂喷枪，可向加料氧化区101喷入氧化剂，如压缩空气或氧气浓度为22-80体积百分比(vol％)的富氧空气等，通过氧化剂的加入量来控制氧化深度，即控制铜液含氧量。

第二喷枪9为还原剂喷枪，可向还原区102喷入还原剂，如天然气、液化石油气、氨、丙烷、粉煤、重油等，通过还原剂的加入量来控制还原深度，即控制铜液含氧量。

通过喷枪向熔体中喷入氧化剂和还原剂，熔体搅动充分，氧化区和还原区分别控制氧化性气氛和还原性气氛，传质传热条件好，氧化剂和还原剂的利用率高，同时工艺及其装置自动化水平高，可以自动控制氧化剂、还原剂喷入情况。

第一喷枪8和第二喷枪9与水平面的夹角为-90°-0-90°，例如为60°，并且通常不在靠近隔墙2的位置安设，以保证熔体稳定流动。如图1所示，加料氧化区101和还原区102两面侧墙分别设有六支第一喷枪8和五支第二喷枪9。

加料氧化区101和浇铸区103的侧壁上设有燃烧器12，可以燃烧天然气、重油、柴油、粉煤等燃料向炉内补热以调节温度，促进加料氧化区101中冷料的熔化以及保持浇铸区103的温度。燃烧器12所产生的烟气也可通过烟道口6排出。燃烧器12通常设置在加料氧化区101和浇铸区103的端墙上，以合理利用空间。

浇铸区103的端墙下方具有放铜口7，以将浇铸区103内的阳极铜液连续排放至浇铸装置，浇铸成阳极板送电解。阳极铜连续排放，可以提高浇铸装置设备利用率，提高生产效率。

炉体的底部设有多个气体鼓入装置11，可向铜液中鼓入不会与铜反应的气体如氮气或惰性气体，从而搅拌熔体，改善传质传热条件，强化冶炼反应强度。

图2为为本发明一个实施方式的粗铜火法连续精炼工艺的流程图，如图2所示，粗铜火法连续精炼工艺包括以下步骤：

步骤S101，将粗铜加入到加料氧化区内，熔融得到铜液。

步骤S102，向铜液中通入氧化气体，使铜液中杂质元素氧化生成氧化精炼渣。

步骤S103，排出氧化精炼渣，并使氧化后的铜液流入还原区内。

步骤S104，在还原区内加入还原剂，使氧化后的铜液进行还原反应。

步骤S105，使还原后的铜液流入浇铸区内。

在步骤S101中，熔融粗铜通过热料加入口4连续加入至加料氧化区101，冷料通过冷料加入口3加入至加料氧化区101，利用热料自身的高温或燃烧器12所产生的热量使冷料熔化，最终所有粗铜熔融得到铜液。该工艺可以在处理粗铜热料的同时加入冷料，对原料的适应性强。

由于加料氧化区101、还原区102和浇铸区103相互连通并在同一炉体1内，可连续地进行加料熔化、氧化、还原和浇铸过程，因此可实现粗铜连续精炼、阳极铜连续浇铸，缩短总的作业时间，提高设备利用率和生产效率。

加料氧化区101的温度控制在1150～1250℃，化冷料时根据实际情况提高温度，设在端墙的燃烧器12可以燃烧天然气、重油等燃料向炉内补热以调节温度。

在步骤S102中，可通过加料氧化区101的第一喷枪8向铜液中通入氧化气体。

所用的氧化气体可为压缩空气或氧气浓度为22-80vol％的富氧空气。Cu首先被氧化形成Cu₂O，Cu₂O再与杂质元素(如其它金属元素等)反应生成可与铜液分离的氧化精炼渣，或者杂质元素氧化成金属氧化物后再与熔剂结合形成氧化精炼渣。

在步骤S103中，氧化精炼渣通过排渣口5连续或间断排出，之后氧化后的铜液通过加料氧化区101和还原区102之间隔墙2的下部间隙流入还原区102内。

在氧化后的铜液流入还原区102之前，控制氧化后铜液中的含氧量为0.5～1.5wt％，如0.8wt％。可通过压缩空气或富氧空气的鼓入量来控制氧化深度，即控制铜液含氧量，在排渣口5处可在线检测氧含量，或取样观察。

在步骤S104中，通过还原区102的第二喷枪9向铜液中加入还原剂，使氧化后的铜液进行还原反应。

所用的还原剂为天然气、液化石油气、氨、丙烷、粉煤、重油中的一种或多种，铜液中饱和的Cu₂O与还原剂反应生成Cu。

在步骤S105中，还原后的铜液通过还原区102和浇铸区103之间隔墙2的下部间隙流入浇铸区103内，在阳极铜液达到浇铸要求后，通过浇铸区103底部的放铜口7将其连续排放至后续的浇铸装置，浇铸成阳极板送电解。该工艺中阳极铜连续排放，可以提高浇铸装置设备利用率，提高生产效率。

在还原后的铜液流入浇铸区103之前，控制还原后的铜液中的含氧量为0.1-0.2wt％，如0.15wt％。可通过还原剂的加入量来控制还原深度，即控制铜液含氧量，在取样观察孔13在线检测氧含量，或取样观察。

浇铸区103端墙上的燃烧器12可以通过燃烧天然气、重油等燃料来保持浇铸区103内铜液的温度在1150℃～1250℃，从而顺利进行后续的浇铸作业。

加料氧化区101、所述还原区102和浇铸区103产生的烟气在炉膛上部空间汇集后通过同一烟道口6排出，由于三个区域同时作业，烟气汇集后烟气成分、烟气量和烟气温度都比较稳定，还原区102烟气中燃烧产生的CO可由加料氧化区101或浇铸区103的烟气含氧进行补充燃烧，省去了兑入二次燃烧风工艺及其装置，同时烟气可以送入余热利用装置回收余热。

此外，还可进一步通过设在炉底的气体鼓入装置11向加料氧化区101、所述还原区102和浇铸区103内的铜液中鼓入适量的氮气或惰性气体，使熔体充分搅拌，改善传质传热条件，强化冶炼反应强度，提高氧化剂、还原剂利用率和生产效率。

综上所述，本发明的粗铜火法连续精炼工艺可实现粗铜连续进料、阳极铜连续浇铸，运行时氧化、还原过程同时进行，可缩短作业时间，提高设备利用率，同时烟气量和烟气成分稳定，可集中处理并回收余热。总而言之，本发明的粗铜火法连续精炼工艺具有能耗低、环境友好、自动化水平高、生产效率高等优点。

本领域技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

Claims (6)

1.一种粗铜火法连续精炼工艺，其特征在于，包括以下步骤：

将粗铜加入到加料氧化区内，熔融得到铜液；

向铜液中通入氧化气体，使铜液中杂质元素氧化生成氧化精炼渣；

排出所述氧化精炼渣，控制氧化后铜液中的氧含量为0.5-1.5wt％，并使氧化后的铜液流入还原区内；

在所述还原区内加入还原剂，使氧化后的铜液进行还原反应，将铜液中的饱和氧化亚铜还原得到铜，并控制还原后的铜液中的氧含量为0.1-0.2wt％；以及使还原后的铜液流入浇铸区内，

其中，所述加料氧化区、所述还原区和所述浇铸区由第一隔墙和第二隔墙依次分隔而成且底部相互连通并在同一炉体内，所述第一隔墙和第二隔墙都与所述炉体底部之间具有第一间隙，所述第一间隙具有一定高度，足以使铜液流动通过，所述第一隔墙和第二隔墙都与所述炉体顶部之间具有第二间隙，所述第二间隙使所述炉体上部形成一个统一的气体空间，以使所述加料氧化区、所述还原区和所述浇铸区所产生的的烟气汇集并通过烟道口排出；所述烟道口设置在所述炉体顶部，并且靠近所述加料氧化区或浇铸区，放铜口设置在所述浇铸区的端墙下方。

2.根据权利要求1所述的粗铜火法连续精炼工艺，其特征在于，所述氧化气体为压缩空气或氧气浓度为22-80vol％的富氧空气。

3.根据权利要求1所述的粗铜火法连续精炼工艺，其特征在于，所述加料氧化区内的温度保持在1150-1300℃。

4.根据权利要求1所述的粗铜火法连续精炼工艺，其特征在于，所述还原剂为天然气、液化石油气、氨、丙烷、粉煤、重油中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的粗铜火法连续精炼工艺，其特征在于，所述浇铸区内铜液的温度保持在1150-1300℃。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的粗铜火法连续精炼工艺，其特征在于，还包括在所述加料氧化区、所述还原区和所述浇铸区内向铜液中鼓入氮气或惰性气体。

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