CN114350968A - 一种高效节能的铜火法精炼工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效节能的铜火法精炼工艺，属于有色金属冶金技术领域，该铜火法精炼工艺包括以下步骤：S1、熔融过程:将粗铜从竖炉加料口内投入，开启烧嘴加热，得到铜液；S2、氧化过程:将铜液送入回转式精炼炉中，向回转式精炼炉中鼓入压缩空气；S3、还原过程:向除去氧化精炼渣后的铜液中通入掺杂有氮的天然气；S4、浇铸过程:将还原后的铜液送至铸模区缓冷后返回铜矿吹炼系统，最后在圆盘浇铸机的铜模内浇铸，得到阳极板；回转式精炼炉烟气出口连接有烟气处理装置，烟气处理装置包括依次管道连接的SCR脱硝反应器、换热器、布袋除尘器、脱硫塔、风机和烟囱。本发明解决了烟气泄漏，导致空气质量差且热量大量流失的问题。
Description
技术领域
本发明涉及有色金属冶金技术领域，更具体地说，它涉及一种高效节能的铜火法精炼工艺。
背景技术
粗铜火法精炼是为了除去一部分杂质，目的是为电解精炼提供合乎要求的阳极铜，并浇铸成表面平整、厚度均匀、致密的阳极板，以保证电解铜的质量和降低电解精炼的成本。
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。然而不管是利用哪种精炼炉，都会产生较多的烟气泄漏，这不仅影响空气质量，导致作业环境差，还存在大量的热量流失，不够环保节能，有鉴于此，本发明提供一种高效节能的铜火法精炼工艺。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高效节能的铜火法精炼工艺，其解决了烟气泄漏，导致空气质量差且热量大量流失的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种高效节能的铜火法精炼工艺，包括以下步骤：
S1、熔融过程
将粗铜从竖炉顶部的加料口内投入，开启烧嘴加热，以使铜熔融，得到铜液；
S2、氧化过程
将步骤S1中的铜液送入回转式精炼炉中，向回转式精炼炉中鼓入压缩空气，以使硫与其中的氧反应产生二氧化硫并通过回转式精炼炉的烟气出口向外排出，其他的杂质元素与氧反应生成氧化精炼渣，排出氧化精炼渣；
S3、还原过程
向除去氧化精炼渣后的铜液中通入掺杂有氮的天然气，氮与氧反应生产氮氧化物气体，除去铜液中多余的氧；
S4、浇铸过程
将还原后的铜液送至铸模区缓冷后返回铜矿吹炼系统，最后在圆盘浇铸机的铜模内浇铸，得到阳极板；
其中，所述回转式精炼炉烟气出口连接有烟气处理装置，所述烟气处理装置包括依次管道连接的SCR脱硝反应器、换热器、布袋除尘器、脱硫塔、风机和烟囱，所述SCR脱硝反应器进气口与所述烟气出口管道连接。
进一步优选为：所述布袋除尘器包括罐体、卸灰斗、卸灰阀、进风接管、清灰机构、底板、布袋、支撑板和出风接管；
所述卸灰斗位于所述罐体底部，所述卸灰斗底部设置有排渣口，所述卸灰阀安装在所述卸灰斗的所述排渣口处，所述进风接管连接在所述卸灰斗侧部，所述出风接管连接在所述罐体上部一侧；
所述底板、布袋、支撑板均位于所述罐体内，所述支撑板固定在所述罐体内壁上，所述底板位于所述支撑板下方且与所述罐体内壁上下滑动配合，所述布袋下端穿过所述底板且与所述卸灰斗连通设置，所述布袋下端固定在所述底板上，上端固定在所述支撑板底部，所述支撑板上开设有出气孔，所述出风接管与所述罐体连接处位于所述支撑板上方；
所述清灰机构用于带动所述底板、布袋上下振动，以将粘附在所述布袋内壁的粉尘抖落到所述卸灰斗内。
进一步优选为：所述清灰机构包括电机、转轴、凸轮和连接杆；
所述电机安装在所述罐体外部一侧，所述转轴位于所述罐体内且一端穿过所述罐体并与所述电机输出轴连接，另一端插设在所述罐体内壁上，所述凸轮固定在所述转轴上，所述连接杆上端固定在所述底板底部，下端与所述凸轮周向面接触。
进一步优选为：所述底板与所述支撑板之间设置有弹簧和凸台，所述凸台固定在所述罐体内壁上，所述弹簧上端固定在所述凸台上，下端固定在所述底板上。
进一步优选为：所述罐体侧壁设置有滑槽，所述底板上设置有滑块，所述滑块插在所述滑槽内且与所述滑槽上下滑动配合。
进一步优选为：所述布袋除尘器还包括反吹总管，所述反吹总管一端与外界供气系统连接，另一端穿过所述罐体侧壁且延伸在所述罐体内，所述反吹总管上连接有风管，所述风管一端与所述反吹总管连接，另一端穿过所述支撑板且与所述布袋连通，所述风管上安装有控制阀门。
进一步优选为：所述布袋设置有多个，多个所述布袋均布设置在所述支撑板和所述底板之间。
进一步优选为：所述铜模包括模体，所述模体表面开设有用于铜液浇铸的型腔，所述型腔内底部开设有起模顶出孔，所述模体两侧均设置有蓄水槽，所述蓄水槽上连接有出水管。
进一步优选为：所述模体两侧均固定有侧板，所述蓄水槽由所述侧板和所述模体围合形成，所述侧板顶面的水平高度低于所述模体顶面的水平高度，所述出水管连接在所述侧板上。
进一步优选为：所述模体外侧设置有散热翅片，所述模体底部固定有辅助散热板，所述辅助散热板设置有多个，多个所述辅助散热板均布在所述模体底部，所述起模顶出孔穿过所述辅助散热板。
综上所述，本发明具有以下有益效果：氧化过程中，回转式精炼炉内会产生粉尘、二氧化硫等有害气体，还原过程中，回转式精炼炉内会产生粉尘、氮氧化物气体等有害气体，若是不将其通过净化处理而直接排放，势必会影响空气质量，导致作业环境差，且存在大量的热量流失，为此本发明在回转式精炼炉烟气出口处设置了烟气处理装置。SCR脱硝反应器的设置主要用于去除烟气中的氮氧化物气体等物质，脱硫塔的设置主要用于去除烟气中的二氧化硫等物质，布袋除尘器设置主要用于去除烟气中的粉尘颗粒，而换热器主要用于回收烟气中的热量，减少热量损失。
烟气通过进风接管进入罐体内后，将由布袋底部进入布袋中，由于布袋可以拦截烟气中的粉尘颗粒，因此气流中的粉尘颗粒将无法穿过布袋，只能掉落到卸灰斗内，而穿过布袋的烟气将通过支撑板上的出气孔进入支撑板上方，最后再经出风接管进入脱硫塔中进行进一步净化处理。布袋除尘器长期使用过程中，布袋内壁会粘附有较多粉尘颗粒，若不将其清理掉，布袋容易造成堵塞，从而影响除尘效果，为此本发明在罐体内设置了反吹总管和清灰机构。清灰时，启动电机并打开风管上的控制阀门，电机启动时，转轴将带动凸轮转动，由于连接杆与凸轮周向面接触，因此当凸轮转动时，连接杆将带动底板、布袋上下振动，而此时风管内的风刚好送入布袋中，从而能辅助将粘附在布袋内壁上的杂质颗粒清除下来。风管送入罐体内的风，最后将通过布袋、出气孔、出风接管向外排出。
附图说明
图1是实施例的流程框图，主要用于体现铜火法精炼的工艺；
图2是实施例的工艺流程图，主要用于体现烟气处理装置的结构；
图3是实施例的局部剖视示意图，主要用于体现布袋除尘器的结构；
图4是实施例的结构示意图，主要用于体现清灰机构的结构；
图5是实施例的结构示意图，主要用于体现铜模的结构；
图6是实施例的俯视示意图，主要用于体现铜模的结构；
图7是实施例的结构示意图，主要用于体现铜模的结构。
图中，1、SCR脱硝反应器；2、换热器；3、布袋除尘器；301、罐体；302、卸灰斗；303、支腿；304、卸灰阀；305、进风接管；3061、电机；3062、转轴；3063、凸轮；3064、连接杆；307、底板；308、弹簧；309、滑槽；310、凸台；311、布袋；312、支撑板；313、出气孔、314、出风接管；315、反吹总管；316、风管；317、控制阀门；4、脱硫塔；5、风机；6、烟囱；71、模体；72、型腔；73、蓄水槽；74、出水管；75、起模顶出孔；76、散热翅片；77、侧板；78、辅助散热板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
实施例：一种高效节能的铜火法精炼工艺，如图1所示，包括以下步骤：
S1、熔融过程
将粗铜从竖炉顶部的加料口内投入，开启烧嘴加热，以使铜在竖炉内熔融，形成一股连续的熔融态金属流，即铜液；
S2、氧化过程
将步骤S1中的铜液送入回转式精炼炉中，向回转式精炼炉中鼓入压缩空气，以使硫与其中的氧反应产生二氧化硫并通过回转式精炼炉的烟气出口向外排出，其他的杂质元素与氧反应生成氧化精炼渣，排出氧化精炼渣；
S3、还原过程
向除去氧化精炼渣后的铜液中通入掺杂有氮的天然气，氮与氧反应生产氮氧化物气体并通过回转式精炼炉的烟气出口向外排出，从而除去了铜液中多余的氧，此时铜液中的含铜量可以达到99.5％以上；
S4、浇铸过程
将还原后的铜液送至铸模区缓冷后返回铜矿吹炼系统，最后在圆盘浇铸机的铜模内浇铸，得到阳极板。
参照图2，回转式精炼炉烟气出口连接有烟气处理装置，烟气处理装置包括依次管道连接的SCR脱硝反应器1、换热器2、布袋除尘器3、脱硫塔4、风机5和烟囱6。SCR脱硝反应器1进气口与烟气出口管道连接，换热器2的换热介质可以为冷水或冷空气，具体视情况而定，以便回收烟气中的热量，节能环保。进入布袋除尘器3中的烟气温度不应超过40℃。
在上述技术方案中，氧化过程中，回转式精炼炉内会产生粉尘、二氧化硫等有害气体，还原过程中，回转式精炼炉内会产生粉尘、氮氧化物气体等有害气体，若是不将其通过净化处理而直接排放，势必会影响空气质量，导致作业环境差，且存在大量的热量流失，为此本发明在回转式精炼炉烟气出口处设置了烟气处理装置。SCR脱硝反应器1的设置主要用于去除烟气中的氮氧化物气体等物质，脱硫塔4的设置主要用于去除烟气中的二氧化硫等物质，布袋除尘器3设置主要用于去除烟气中的粉尘颗粒，而换热器2主要用于回收烟气中的热量，减少热量损失。
参照图3-4，布袋除尘器3包括罐体301、支腿303、卸灰斗302、卸灰阀304、进风接管305、清灰机构、底板307、布袋311、支撑板312、出风接管314和反吹总管315。罐体301为立式圆筒状，卸灰斗302位于罐体301底部，卸灰斗302底部设置有排渣口，卸灰阀304安装在卸灰斗302的排渣口处。进风接管305连接在卸灰斗302侧部，出风接管314连接在罐体301上部一侧，进风接管305用于与换热器2管道连接，出风接管314用于与脱硫塔4管道连接。支腿303固定在罐体301底部，支腿303设置有两个，两个支腿303对称设置在罐体301的底部两侧。底板307、布袋311、支撑板312均位于罐体301内，支撑板312固定在罐体301内壁上，底板307位于支撑板312下方且与罐体301内壁上下滑动配合。优选的，罐体301侧壁设置有滑槽309，滑槽309长度方向与罐体301轴向方向相一致，底板307上一体连接有滑块，滑块插在滑槽309内且与滑槽309上下滑动配合。底板307、支撑板312均为圆板状且直径均与罐体301内径相同，以使底板307与罐体301内壁紧密接触。
参照图3-4，布袋311下端穿过底板307且与卸灰斗302连通设置，布袋311下端固定在底板307上，上端固定在支撑板312底部。布袋311设置有多个，多个布袋311均布设置在支撑板312和底板307之间。支撑板312上开设有多个圆形出气孔313，出气孔313位于相邻布袋311之间。出风接管314与罐体301连接处位于支撑板312上方。清灰机构用于带动底板307、布袋311上下振动，以将粘附在布袋311内壁的粉尘抖落到卸灰斗302内。优选的，清灰机构包括电机3061、转轴3062、凸轮3063和连接杆3064。电机3061安装在罐体301外部一侧，转轴3062位于罐体301内且一端穿过罐体301并与电机3061输出轴连接，另一端插设在罐体301内壁上。凸轮3063位于底板307下方且固定在转轴3062上，转轴3062长度方向与罐体301径向方向相一致。连接杆3064上端固定在底板307底部，下端与凸轮3063周向面接触。凸轮3063和连接杆3064均设置有两个，两个凸轮3063和两个连接杆3064位置一一对应，两个连接杆3064对称设置在转轴3062的中部两端。
参照图3-4，底板307与支撑板312之间设置有弹簧308和凸台310，凸台310固定在罐体301内壁上，弹簧308位于凸台310和底板307之间且上端固定在凸台310上，下端固定在底板307上。弹簧308和凸台310均设置有两个，两个弹簧308和两个凸台310位置一一对应，两个弹簧308对称设置在罐体301内部两侧。反吹总管315一端与外界供气系统连接，另一端穿过罐体301侧壁且延伸在罐体301内。反吹总管315上连接有风管316，风管316一端与反吹总管315连接，另一端由上往下穿过支撑板312且与布袋311连通，风管316上安装有控制阀门317。
在上述技术方案中，烟气通过进风接管305进入罐体301内后，将由布袋311底部进入布袋311中，由于布袋311可以拦截烟气中的粉尘颗粒，因此气流中的粉尘颗粒将无法穿过布袋311，只能掉落到卸灰斗302内，而穿过布袋311的烟气将通过支撑板312上的出气孔313进入支撑板312上方，最后再经出风接管314进入脱硫塔4中进行进一步净化处理。布袋除尘器3长期使用过程中，布袋311内壁会粘附有较多粉尘颗粒，若不将其清理掉，布袋311容易造成堵塞，从而影响除尘效果，为此本发明在罐体301内设置了反吹总管315和清灰机构。清灰时，启动电机3061并打开风管316上的控制阀门317，电机3061启动时，转轴3062将带动凸轮3063转动，由于连接杆3064与凸轮3063周向面接触，因此当凸轮3063转动时，连接杆3064将带动底板307、布袋311上下振动，而此时风管316内的风刚好送入布袋311中，从而能辅助将粘附在布袋311内壁上的杂质颗粒清除下来。风管316送入罐体301内的风，最后将通过布袋311、出气孔313、出风接管314向外排出。
参照图5-7，铜模包括模体71。模体71顶面开设有用于铜液浇铸的型腔72，型腔72内底部开设有起模顶出孔75，起模顶出孔75设置有两个，两个起模顶出孔75均位于型腔72筒一侧。模体71两侧均设置有蓄水槽73，蓄水槽73上连接有出水管74。模体71两侧均固定有侧板77，蓄水槽73由侧板77和模体71围合形成，侧板77顶面的水平高度低于模体71顶面的水平高度，出水管74连接在侧板77上。模体71外侧固定有散热翅片76，散热翅片76设置在型腔72相对于起模顶出孔75另一侧的外部。散热翅片76和蓄水槽73位于模体71的相邻两侧。模体71底部固定有辅助散热板78，辅助散热板78设置有多个，多个辅助散热板78沿两个起模顶出孔75的排布方向均布在模体71底部。起模顶出孔75穿过辅助散热板78。
在上述技术方案中，散热翅片76的设置，增大了换热面积，使得铜液浇铸过程中，热量能快速散去。辅助散热板78的设置，目的在于抬高模体71，以使模体71底部也能进风，从而增大铜液与空气的换热面积，避免模体71底部热量过于集中，不仅可以起到良好的散热效果，也能起到一定的保护作用，减少模体71开裂等。蓄水槽73的设置，可以利用水与铜液进行热交换，加快铜液冷却。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高效节能的铜火法精炼工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1、熔融过程
将粗铜从竖炉顶部的加料口内投入，开启烧嘴加热，以使铜熔融，得到铜液；
S2、氧化过程
将步骤S1中的铜液送入回转式精炼炉中，向回转式精炼炉中鼓入压缩空气，以使硫与其中的氧反应产生二氧化硫并通过回转式精炼炉的烟气出口向外排出，其他的杂质元素与氧反应生成氧化精炼渣，排出氧化精炼渣；
S3、还原过程
向除去氧化精炼渣后的铜液中通入掺杂有氮的天然气，氮与氧反应生产氮氧化物气体，除去铜液中多余的氧；
S4、浇铸过程
将还原后的铜液送至铸模区缓冷后返回铜矿吹炼系统，最后在圆盘浇铸机的铜模内浇铸，得到阳极板；
其中，所述回转式精炼炉烟气出口连接有烟气处理装置，所述烟气处理装置包括依次管道连接的SCR脱硝反应器(1)、换热器(2)、布袋除尘器(3)、脱硫塔(4)、风机(5)和烟囱(6)，所述SCR脱硝反应器(1)进气口与所述烟气出口管道连接。
2.根据权利要求1所述的一种高效节能的铜火法精炼工艺，其特征在于：所述布袋除尘器(3)包括罐体(301)、卸灰斗(302)、卸灰阀(304)、进风接管(305)、清灰机构、底板(307)、布袋(311)、支撑板(312)和出风接管(314)；
所述卸灰斗(302)位于所述罐体(301)底部，所述卸灰斗(302)底部设置有排渣口，所述卸灰阀(304)安装在所述卸灰斗(302)的所述排渣口处，所述进风接管(305)连接在所述卸灰斗(302)侧部，所述出风接管(314)连接在所述罐体(301)上部一侧；
所述底板(307)、布袋(311)、支撑板(312)均位于所述罐体(301)内，所述支撑板(312)固定在所述罐体(301)内壁上，所述底板(307)位于所述支撑板(312)下方且与所述罐体(301)内壁上下滑动配合，所述布袋(311)下端穿过所述底板(307)且与所述卸灰斗(302)连通设置，所述布袋(311)下端固定在所述底板(307)上，上端固定在所述支撑板(312)底部，所述支撑板(312)上开设有出气孔(313)，所述出风接管(314)与所述罐体(301)连接处位于所述支撑板(312)上方；
所述清灰机构用于带动所述底板(307)、布袋(311)上下振动，以将粘附在所述布袋(311)内壁的粉尘抖落到所述卸灰斗(302)内。
3.根据权利要求2所述的一种高效节能的铜火法精炼工艺，其特征在于：所述清灰机构包括电机(3061)、转轴(3062)、凸轮(3063)和连接杆(3064)；
所述电机(3061)安装在所述罐体(301)外部一侧，所述转轴(3062)位于所述罐体(301)内且一端穿过所述罐体(301)并与所述电机(3061)输出轴连接，另一端插设在所述罐体(301)内壁上，所述凸轮(3063)固定在所述转轴(3062)上，所述连接杆(3064)上端固定在所述底板(307)底部，下端与所述凸轮(3063)周向面接触。
4.根据权利要求3所述的一种高效节能的铜火法精炼工艺，其特征在于：所述底板(307)与所述支撑板(312)之间设置有弹簧(308)和凸台(310)，所述凸台(310)固定在所述罐体(301)内壁上，所述弹簧(308)上端固定在所述凸台(310)上，下端固定在所述底板(307)上。
5.根据权利要求4所述的一种高效节能的铜火法精炼工艺，其特征在于：所述罐体(301)侧壁设置有滑槽(309)，所述底板(307)上设置有滑块，所述滑块插在所述滑槽(309)内且与所述滑槽(309)上下滑动配合。
6.根据权利要求2所述的一种高效节能的铜火法精炼工艺，其特征在于：所述布袋除尘器(3)还包括反吹总管(315)，所述反吹总管(315)一端与外界供气系统连接，另一端穿过所述罐体(301)侧壁且延伸在所述罐体(301)内，所述反吹总管(315)上连接有风管(316)，所述风管(316)一端与所述反吹总管(315)连接，另一端穿过所述支撑板(312)且与所述布袋(311)连通，所述风管(316)上安装有控制阀门(317)。
7.根据权利要求2所述的一种高效节能的铜火法精炼工艺，其特征在于：所述布袋(311)设置有多个，多个所述布袋(311)均布设置在所述支撑板(312)和所述底板(307)之间。
8.根据权利要求1所述的一种高效节能的铜火法精炼工艺，其特征在于：所述铜模包括模体(71)，所述模体(71)表面开设有用于铜液浇铸的型腔(72)，所述型腔(72)内底部开设有起模顶出孔(75)，所述模体(71)两侧均设置有蓄水槽(73)，所述蓄水槽(73)上连接有出水管(74)。
9.根据权利要求8所述的一种高效节能的铜火法精炼工艺，其特征在于：所述模体(71)两侧均固定有侧板(77)，所述蓄水槽(73)由所述侧板(77)和所述模体(71)围合形成，所述侧板(77)顶面的水平高度低于所述模体(71)顶面的水平高度，所述出水管(74)连接在所述侧板(77)上。
10.据权利要求8所述的一种高效节能的铜火法精炼工艺，其特征在于：所述模体(71)外侧设置有散热翅片(76)，所述模体(71)底部固定有辅助散热板(78)，所述辅助散热板(78)设置有多个，多个所述辅助散热板(78)均布在所述模体(71)底部，所述起模顶出孔(75)穿过所述辅助散热板(78)。
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