CN113817924B - 一种铜浮渣熔炼生产粗铜的方法及其熔炼装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铜浮渣熔炼生产粗铜的方法，本发明的方法熔炼强度高，能够高效处理铜浮渣并一步产出粗铅、粗铜产品，降低后续工艺处理难度。本发明的方法铜铅在不同区域分别熔炼，第一可以分隔熔炼区和吹炼区上部烟气，方便两个空间分别控制气体分压，实现不同阶段的功能；第二可以防止熔炼渣和铜吹炼渣混溶，实现含铜废渣的高效循环利用；第三可以实现冰铜向吹炼区的流动；因而通过分区熔炼的方法，各组分分离效果更好，金属回收率高。本发明的方法中，熔炼后，铅液层温度为700～800℃，可降低粗铅中含铜量，也可增加铜的回收率。

Description

一种铜浮渣熔炼生产粗铜的方法及其熔炼装置
技术领域
本发明属于有色冶金火法炼铜领域，具体涉及一种铜浮渣熔炼生产粗铜的方法及其熔炼装置。
背景技术
铜浮渣是粗铅火法精炼过程中熔析脱铜及加硫除铜产出的中间产物，主要组成物相有Cu、CuS、Cu3As、Cu3Sb、Pb、PbS等，通常含铜15-25％，含铅60-80％。铜浮渣中有价金属含量高且通常含有100-1000g/t的Ag等贵金属，若不能有效综合回收，势必造成资源浪费，给生产企业带来经济损失。
铜浮渣处理工艺通常分为湿法和火法两种，湿法冶炼工艺主要有酸浸法、氨浸法等，由于湿法处理在浸出时会产生大量的铅渣，固液分离较为困难，因此应用较少。
目前铅冶炼企业主要采用火法工艺处理铜浮渣，其中又大致分为传统火法熔炼和强化熔池熔炼两类。传统火法处理工艺有反射炉法、鼓风炉法、电炉法等，反射炉法能耗高、耐材寿命短、劳动强度大、作业环境较差；鼓风炉法铜、铅分离不彻底，金属回收率较低；电炉法电耗高，且需要加入焦炭做还原剂，生产成本较高。
近年来也有许多企业提出了采用强化熔池熔炼处理铜浮渣的思路，例如富氧顶吹、富氧底吹、转炉侧吹等。通常思路为向铜浮渣中加入铁屑、碳酸钠、石英砂等熔剂，将Pb置换出来沉淀于熔池下层，中间层造冰铜捕集铜元素，上层造渣吸收As、Sb等杂质元素，放渣后进一步分离冰铜和铅液。但在分离过程中，冰铜相会溶解或夹杂一定量的铅，形成铅冰铜，不仅会造成有价元素的损失，还给后续炼铜工艺带来一定困难。
综上可见，铜浮渣处理工艺尚存在许多问题，不能满足当前固废处置低碳、环保、高效的要求。为了进一步提高资源循环利用效率，结合铜浮渣熔池熔炼及传统冰铜顶吹吹炼的思路，本发明提出了一种能够高效处理铜浮渣物料的冶炼方法，可在一台处理装置中通过不同冶炼区域的配合，实现杂质造渣、铅液与冰铜分离、冰铜吹炼等全过程，产出粗铅与粗铜，实现多种有价金属的低能耗综合回收，该工艺对提高铅冶炼企业技术水平具有重要意义。
本发明的目的是提供一种铜浮渣熔炼生产粗铜的方法及其熔炼装置，该方法中通过富氧侧吹熔炼和富氧顶吹吹炼结合的工艺，解决了铜浮渣处理工艺中铜铅分离不彻底、产品需二次处理的技术问题。
本发明这种铜浮渣熔炼生产粗铜的方法，包括以下步骤：
1)熔炼装置从功能上是分为侧吹熔炼区和顶吹吹炼区，两个区域通过错开的炉膛上部隔墙和炉膛下部隔墙隔开，由于炉膛上部隔墙和炉膛下部隔墙位置是错开的，两个隔墙之间会形成隔墙通道；
2)从侧吹熔炼区的加料口加入混合后的铜浮渣、铁屑和纯碱，接着从侧吹喷枪鼓入富氧进行熔炼，随着熔炼的进行，熔融原料中原有的单质铅和铁屑还原出的单质铅会下沉于炉缸底部，中间的冰铜层静置分离，因而熔炼区会分为三层，从上至下依次为熔渣层、冰铜层以及铅液层；产生的冰铜会通过隔墙通道溢流至顶吹吹炼区；
3)通过顶吹吹炼区的加料口加入石英砂，炉体上部的顶吹喷枪鼓入富氧进行吹炼，杂质元素氧化后上浮至渣层或挥发进入烟尘，冰铜氧化产出粗铜沉于吹炼区炉缸底部，此时熔池分为三层，从上至下依次为铜渣层、冰铜层以及铜液层；铜液可在下部沉淀形成金属熔池，由顶吹吹炼区端墙底部铜口放出。
所述步骤1)中的熔炼装置由侧吹熔炼区和顶吹吹炼区组成；侧吹熔炼区的顶部设置有熔炼区加料口和熔炼区烟道，侧壁的中间部位设置有排渣口和若干浸没式的侧吹喷枪，端墙底部设置有虹吸口用于排铅液；顶吹吹炼区顶部设置有吹炼区加料口和吹炼区烟道和高度可调节的顶吹喷枪，中间位置开设有铜渣口，端墙底部设置有铜口；所述的炉膛上部隔墙设置于炉膛中上部，下部留有通道，炉膛上部隔墙的底端位于冰铜层；炉膛下部隔墙的顶端高于炉膛上部隔墙的底端，高度也位于冰铜层的高度。
所述步骤2)中，铜浮渣中含Cu15-25wt％，含Pb60-80wt％，含As3-5wt％，铜浮渣、铁屑和纯碱的质量比为100:(6-8):(8-10)；铜浮渣在侧吹熔炼区完成熔化及液相分层过程，氧化熔炼温度为1200-1300℃，可满足冰铜及熔渣体系的完全熔融；熔炼过程中，需要加入燃料以补充热量，燃料可由加料口加入粒煤或由侧吹喷枪喷入粉煤；熔炼过程中还需要定期排铅，保证铅液层高度低于上部隔墙的底端高度；熔炼阶段结束后，粗铅由虹吸口放出，冰铜由中间隔墙通道溢流至吹炼区，熔渣由渣口放出，烟气可经水冷烟道后送入收尘装置，净化后烟气汇入制酸系统。
所述步骤3)中，吹炼过程：将高度可调顶吹氧枪下探至冰铜层鼓入富氧进行吹炼，顶吹喷枪可控制氧气分压实现造渣和造铜两步吹炼；吹炼温度为1200-1300℃；吹炼区低共熔点铜渣渣型主要包括：FeO-SiO2型，FeO-SiO2-Cu2O型和FeO-SiO2-Cu2O-PbO型；吹炼所得粗铜可在顶吹区沉降分离，上层铜渣自铜渣口放出，冷却后可返回配料系统，下层铜液自炉缸底部铜口放出，产出粗铜；吹炼区烟气可经水冷烟道后送入收尘装置，净化后烟气汇入制酸系统。
本发明的有益效果：1)本发明的方法熔炼强度高，能够高效处理铜浮渣并一步产出粗铅、粗铜产品，降低后续工艺处理难度。2)本发明的方法铜铅在不同区域分别熔炼，第一可以分隔熔炼区和吹炼区上部烟气，方便两个空间分别控制气体分压，实现不同阶段的功能；第二可以防止熔炼渣和铜吹炼渣混溶，实现含铜废渣的高效循环利用；第三可以实现冰铜向吹炼区的流动；因而通过分区熔炼的方法，各组分分离效果更好，金属回收率高。3)本发明的方法中，熔炼后，铅液层温度为700～800℃，可降低粗铅中含铜量，也可增加铜的回收率。
附图说明
图1为铜浮渣熔炼装置结构示意图；
图2为铜浮渣富氧侧吹熔炼-富氧顶吹吹炼工艺流程图；
其中：1-熔炼区加料口，2-侧吹喷枪，3-渣口，4-虹吸口，5-吹炼区加料口，6-顶吹喷枪，7-铜渣口，8-铜口，9-熔炼区烟道，10-吹炼区烟道，11-上部隔墙，12-下部隔墙。
具体实施方式
实施例1
下面参考附图描述本发明的铜浮渣富氧侧吹熔炼-富氧顶吹吹炼一步炼铜的装置。
如图1所示，本发明的富氧侧吹熔炼-富氧顶吹吹炼处理铜浮渣的装置是矩形结构，从功能上主要分为侧吹熔炼区和顶吹吹炼区。侧吹熔炼区和顶吹吹炼区这两个区域设置在炉膛内，由隔墙隔开，其中隔墙由位置错开的炉膛上部隔墙11和炉缸下部隔墙12构成，所述的炉膛上部隔墙11设置于炉膛中上部，下部留有通道；炉缸下部隔墙12高于炉膛上部隔墙11的底端，两个隔墙之间会形成隔墙通道，在实现冰铜层连通的情况下，有效分离熔炼区沉淀的铅液和吹炼区沉淀的铜液。其中侧吹熔炼区的顶部设置有熔炼区加料口1和熔炼区烟道9；中间部位的侧壁上设置有两排侧吹喷枪2和渣口3，端墙下部设置有虹吸口4。顶吹吹炼区的顶部设置有吹炼区加料口5、高度可调的顶吹喷枪6和吹炼区烟道10，中间位置的侧壁上设置有铜渣口7，顶部侧壁上设置有铜口8。
本发明中富氧侧吹熔炼-富氧顶吹吹炼一步炼铜装置的左侧为熔炼区，上部为空区，熔炼过程，下部熔池分为三层，从上至下依次为熔渣层、冰铜层以及铅液层。熔渣层两侧炉墙上相对设置两排侧吹喷枪2，浸没于熔渣中，可向炉内鼓入富氧空气调节氧化性气氛并扰动熔体，或同时鼓入燃料以提供热源。由于风口设置在整个熔池的上部，只有熔渣被强烈搅拌，下部的冰铜层和铅液层相对处于静止状态。熔体中熔化的铅液、铁屑置换出的铅液以及硫化铜氧化产生的冰铜可以沉淀于熔池下部，并静置分层，由于炉缸内铅液不能被喷枪鼓入的燃料加热，其热量主要来源于熔池传导，因此温度相对较低，有利于降低粗铅液中的含铜量。熔渣层风口以上高度设置直排渣口定期将熔炼渣排出，熔炼区端墙下部设置虹吸口可将铅液放出。
上述处理装置熔炼区与吹炼区之间设置两层隔墙，左侧的炉膛上部隔墙11设置于炉膛中上部，下部留有通道，隔墙底端高度位于冰铜层中，该结构主要有三个功能：首先可以分隔熔炼区和吹炼区上部烟气，方便两个空间分别控制气体分压，实现不同阶段的功能；第二可以防止熔炼渣和铜吹炼渣混溶，实现含铜废渣的高效循环利用；第三可以实现冰铜向吹炼区的流动，但需注意的是，操作时要定期放铅，保证铅液层高度低于炉膛上部隔墙11的底端高度。炉内右侧的炉膛下部隔墙12设置于下部，隔墙顶端高度高于左侧隔墙底端高度，但同样位于冰铜层中。该结构主要有两个功能：首先是将炉缸分为两个区域，实现铜、铅金属熔池的分离，减少液相在静置过程中的二次互溶；第二可以使冰铜从熔炼区溢流至吹炼区，完成冰铜的顶吹吹炼。
顶吹吹炼区上部设置有可升降的顶吹氧枪6，吹炼过程中，下部熔池分为三层，从上至下依次为铜渣层、冰铜层以及铜液层。吹炼时氧枪可下探至冰铜层，并随冰铜层厚度的变化及时调整下探深度。枪口以下位置熔池相对静止，氧化生成的铜液可在下部沉淀形成金属熔池，由吹炼区端墙底部铜口放出。杂质元素氧化造渣后上浮，由铜渣口放出循环利用。
侧吹熔炼区烟气和顶吹吹炼区烟气可通过水冷烟道送入除尘系统回收烟尘，之后可将烟气净化送制酸系统。
下面参考附图描述本发明富氧侧吹熔炼-富氧顶吹熔炼处理铜浮渣的工艺。
如图2所示，本发明富氧侧吹熔炼-富氧顶吹熔炼处理铜浮渣工艺包括：原料铜浮渣含Cu量17wt％，含Pb量70wt％，含As量4wt％。将铜浮渣、铁屑、纯碱按照100:6:8的比例混合后由皮带送至加料口加入处理装置侧吹熔炼区，设置于熔渣层的侧吹喷枪鼓入富氧，熔炼6小时，熔炼温度为1250℃。铜浮渣在侧吹熔炼区完成熔化及液相分层过程，下层铅液层温度为700～800℃，可降低粗铅中含铜量。若原料含硫较低时可加入2wt％硫铁矿(相对于铜浮渣)，将Cu元素硫化捕集至冰铜中，同时加入15wt％燃料(相对于铜浮渣)以补充热量，燃料可由加料口加入粒煤或由侧吹喷枪喷入粉煤。
熔炼区加入纯碱目的是改善熔渣的流动性，并且与As、Sb、Si的氧化物形成盐类造渣。加入铁屑可以将PbS中的Pb元素还原出来，沉淀于炉缸底部，最终由虹吸口放出粗铅。CuS氧化后与FeS形成铜品位65-75％的冰铜相，经由隔墙通道溢流至顶吹吹炼区。
所产冰铜流入处理装置顶吹吹炼区后，将1.5wt％石英砂(相对于铜浮渣)由吹炼区加料口加入熔池，设置于炉体上部的顶吹喷枪鼓入富氧进行吹炼，喷枪可控制氧气分压实现造渣和造铜两步吹炼，吹炼时间12h，吹炼温度为1300℃。Fe等杂质元素氧化后上浮与加入的酸性熔剂造渣，吹炼区低共熔点铜渣渣型主要包括：FeO-SiO2型，FeO-SiO2-Cu2O型，FeO-SiO2-Cu2O-PbO型，铜渣自铜渣口放出，冷却后可返回配料系统。冰铜氧化产出粗铜沉于吹炼区炉缸底部，铜液自炉缸底部铜口放出。通过此工艺可实现铜浮渣中铜铅的有效分离，并一步产出粗铜。
熔炼及吹炼烟气由熔炼区水冷烟道及吹炼区水冷烟道冷却后送入收尘装置，经净化工艺汇入制酸系统。
本实施例的方法，熔炼段产出冰铜含Pb 3％，含Cu 70％。相较于传统火法冶炼产出的铅冰铜而言，其Pb含量降低8～10％，铜品位提高约20％。本实施例中粗铜的铜含量≥95％，Pb含量≤0.3％，Pb元素脱除率≥99.5％，相较于传统反射炉火法熔炼工艺，粗铜品位提高15％，且实现了一台设备完成铜浮渣熔炼+吹炼过程，将原来每炉几天至十几天的熔炼周期缩短至24h以内，大幅提高了熔炼效率。

Claims (8)

1.一种铜浮渣熔炼生产粗铜的方法，包括以下步骤：
1）熔炼装置从功能上是分为侧吹熔炼区和顶吹吹炼区，两个区域通过错开的炉膛上部隔墙和炉膛下部隔墙隔开，由于炉膛上部隔墙和炉膛下部隔墙位置是错开的，两个隔墙之间会形成隔墙通道；
2）从侧吹熔炼区的加料口加入混合后的铜浮渣、铁屑和纯碱，接着从侧吹喷枪鼓入富氧进行熔炼，随着熔炼的进行，熔融原料中原有的单质铅和铁屑还原出的单质铅会下沉于炉缸底部，中间的冰铜层静置分离，因而熔炼区会分为三层，从上至下依次为熔渣层、冰铜层以及铅液层；产生的冰铜会通过隔墙通道溢流至顶吹吹炼区；
3）通过顶吹吹炼区的加料口加入石英砂，炉体上部的顶吹喷枪鼓入富氧进行吹炼，杂质元素氧化后上浮至渣层或挥发进入烟尘，冰铜氧化产出粗铜沉于吹炼区炉缸底部，此时熔池分为三层，从上至下依次为铜渣层、冰铜层以及铜液层；铜液可在下部沉淀形成金属熔池，由顶吹吹炼区端墙底部铜口放出；
所述步骤1）中，顶吹吹炼区顶部设置有吹炼区加料口和吹炼区烟道和高度可调节的顶吹喷枪，中间位置开设有铜渣口，端墙底部设置有铜口；所述的炉膛上部隔墙设置于炉膛中上部，下部留有通道，炉膛上部隔墙的底端位于冰铜层；炉膛下部隔墙的顶端高于炉膛上部隔墙的底端，高度也位于冰铜层的高度；
所述步骤3）中，吹炼过程：将高度可调顶吹氧枪下探至冰铜层鼓入富氧进行吹炼，顶吹喷枪可控制氧气分压实现造渣和造铜两步吹炼；吹炼温度为1200-1300°C。
2.根据权利要求1所述浮渣熔炼生产粗铜的方法，其特征在于，所述步骤1）中，熔炼装置由侧吹熔炼区和顶吹吹炼区组成；侧吹熔炼区的顶部设置有熔炼区加料口和熔炼区烟道，侧壁的中间部位设置有排渣口和若干浸没式的侧吹喷枪，端墙底部设置有虹吸口用于排铅液。
3.根据权利要求1所述浮渣熔炼生产粗铜的方法，其特征在于，所述步骤2）中，铜浮渣中含Cu 15-25wt%，含Pb 60-80wt%，含As 3-5wt%，铜浮渣、铁屑和纯碱的质量比为100:(6-8):(8-10)。
4.根据权利要求1或3所述浮渣熔炼生产粗铜的方法，其特征在于，所述步骤2）中，铜浮渣在侧吹熔炼区完成熔化及液相分层过程，氧化熔炼温度为1200-1300°C，可满足冰铜及熔渣体系的完全熔融。
5.根据权利要求1或3所述浮渣熔炼生产粗铜的方法，其特征在于，所述步骤2）中，熔炼过程中，需要加入燃料以补充热量，燃料可由加料口加入粒煤或由侧吹喷枪喷入粉煤；熔炼过程中还需要定期排铅，保证铅液层高度低于上部隔墙的底端高度。
6.根据权利要求1或3所述浮渣熔炼生产粗铜的方法，其特征在于，所述步骤2）中，熔炼阶段结束后，粗铅由虹吸口放出，冰铜由中间隔墙通道溢流至吹炼区，熔渣由渣口放出，烟气可经水冷烟道后送入收尘装置，净化后烟气汇入制酸系统。
7.根据权利要求1所述浮渣熔炼生产粗铜的方法，其特征在于，所述步骤3）中，吹炼区低共熔点铜渣渣型主要包括：FeO-SiO2型，FeO-SiO2-Cu2O型和FeO-SiO2-Cu2O-PbO型；吹炼所得粗铜可在顶吹区沉降分离，上层铜渣自铜渣口放出，冷却后可返回配料系统，下层铜液自炉缸底部铜口放出，产出粗铜。
8.根据权利要求1所述浮渣熔炼生产粗铜的方法，其特征在于，所述步骤3）中，吹炼区烟气可经水冷烟道后送入收尘装置，净化后烟气汇入制酸系统。
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