CN102605191A - 一种铜精矿直接生产粗铜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铜精矿直接生产粗铜的方法，包括：a)将铜精矿、铜锍、造渣溶剂、富氧空气、吸热物料加入反应炉顶上段b)在反应炉的下段空间内加入还原剂；c)将生成的炽热焦炭、液相的炉渣导入电炉中，并加入铜精矿进行反应，生成电炉炉渣和铜锍；d)铜锍粒化精磨后再加入反应炉中。在下段空间加入还原剂，还原剂不燃烧，不增加反应炉的热负荷；过氧化的Cu2O和Fe3O4被炽热焦炭还原，提高了铜的直收率，改善炉渣性质，还能通过控制炽热焦炭层的厚度，控制炉渣含Cu2O和Fe3O4的量；铜锍回用于反应炉，可降低进入反应炉内的Fe量，进而减少反应炉的需氧量和发热量，减轻炉气量和热负荷，能够处理高Fe、低Cu的低品位铜精矿。

Description

一种铜精矿直接生产粗铜的方法
技术领域
本发明涉及有色金属冶炼技术领域，具体涉及铜精矿直接生产粗铜的方法。
背景技术
在有色火法铜冶金行业，由硫化物铜精矿生成粗铜一般要经过两个步骤，即先将硫化物铜精矿进行脱硫除铁熔炼得到高品位铜锍，再将铜锍进一步脱硫除铁吹炼得到粗铜。如传统的熔池熔炼+“PS”转炉吹炼，旋浮熔炼+“PS”转炉吹炼，优化的熔池熔炼+熔池吹炼，空间的闪速熔炼+闪速吹炼等。在空间熔炼上，通过调节氧/料比可以控制硫化铜精矿的氧化程度，可以直接生产粗铜，如1988年澳大利亚的Olympic Dam冶炼厂，采用的就是由铜精矿直接生产粗铜的工艺。但一般使用以上方法更适合处理高Cu、低Fe的品质较好的铜精矿，例如专利(CN101665877A)中只能处理高品位的铜锍；而用一般的高Fe、低Cu的铜精矿直接生产粗铜，例如专利(CN101903543A)中描述的方法，采用该方法可以由铜精矿直接生产粗铜，但渣含铜、含Fe3O4高，炉渣排放困难，且用氧量、炉渣量都较大。为降低加入到反应炉内物料的含铁量，从而降低反应炉的用氧量和炉渣量，专利(CN1167819C)中采用另外的冶金炉将铜精矿生产成冰铜，再与铜精矿混合后加入到反应炉中，但此方法需要增加额外的投资和运行成本，并且没有利用反应炉炉渣中的过氧化物(例如Cu2O和Fe3O4)且同样不能解决反应炉渣含铜、含Fe3O4高，炉渣排放困难，直收率低等问题。
铜精矿直接生产粗铜无论是两段法还是直接法，无论采用熔池熔炼还是空间旋浮熔炼，其结果都是以脱铁除硫为目的。铜精矿中的硫被氧化以SO2的形式脱除，铁被氧化与溶剂造渣脱除，铁在氧化与造渣过程中都会放出大量的热，铜精矿中的铁完全在空间反应炉中被脱除，将会增加耗氧量，增大生产成本；过多的发热量又会使热平衡难以维持，巨大的热负荷使反应炉难以承受；且由于铁具有不同化合价，在反应炉强氧化气氛的空间中极易被过氧化形成Fe3O4，造成铜在渣中损失大，炉渣的流动性差。专利(CN1456867A)采用钙质溶剂以提升炉渣对Fe3O4的溶解能力，但不能改变渣含铜量，又面临铜精矿中的脉石(SiO2)成份不能利用，反而要增加造渣成本，该系炉渣对炉衬的腐蚀等问题。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种铜精矿直接生产粗铜的方法，能够处理高Fe、低Cu的低品位铜精矿，减少反应炉的用氧量、热负荷和炉渣量，改善反应炉炉渣的性质。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种铜精矿直接生产粗铜的方法，包括以下步骤：
a)将铜精矿、铜锍、造渣溶剂、富氧空气、吸热物料同时由反应炉顶部加入反应炉中；
b)在所述反应炉的下段空间内加入还原剂，反应炉底部的熔池内形成炉气、固相的炽热焦炭层、液相的炉渣层、液相的粗铜层；
c)将生成的炽热焦炭、液相的炉渣导入电炉中，同时在电炉中加入硫化剂进行反应，生成电炉炉渣和铜锍；
d)所述铜锍粒化后由所述反应炉顶部回流入反应炉中。
作为优选，所述a)中铜精矿与铜锍、造渣溶剂、吸热物料的加入质量比例为7～9∶1～2∶1，所述富氧空气相对于铜精矿与铜锍的加入量为300Nm3/t～700Nm3/t，所述富氧空气中氧的体积浓度≥45％。
作为优选，所述反应炉为空间旋浮反应炉。
作为优选，所述吸热物料为所述反应炉排出的炉气中收集的烟尘。
作为优选，所述b)中还原剂为粒状的焦炭，粒度为2mm～25mm。
作为优选，所述b)中液相的粗铜导入到阳极精炼炉，进行粗铜精炼。
作为优选，所述c)中硫化剂为硫化物铜精矿，含水4％wt～10％wt，所述硫化物铜精矿与所述液相的炉渣的质量比例为4～6∶1。
作为优选，所述c)中电炉炉渣粒化后作为其他工业原料。
作为优选，在所述反应炉的上升烟道中导入富氧空气燃烧所述反应炉内生成的CO。
本发明提供一种铜精矿直接生产粗铜的方法，在反应炉的下段无氧的空间内加入还原剂，还原剂无法燃烧，不增加反应炉的热负荷；过氧化的Cu2O和Fe3O4在反应炉内被还原，提高了铜的直收率，降低了渣含Cu2O和Fe3O4，使炉渣的性质得到改善，更为有利的是通过控制炽热焦炭层的厚度，就可以控制炉渣含Cu2O和Fe3O4的量；将炉渣和炽热焦炭导入电炉，再加入硫化剂，优选为硫化物铜精矿，使铜精矿中的部分Fe在电炉中被脱除形成高铜低铁的铜锍，铜锍再回用于反应炉中，从而降低了进入到反应炉内的Fe的量，进而减少了反应炉的用氧量、反应的发热量和炉渣量，减轻了空间反应炉在炉气量和热负荷上的负荷，能够处理高Fe、低Cu的低品位铜精矿。
附图说明
图1为本发明一种具体实施方式所提供的提取粗铜的工艺示意图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明提供一种铜精矿直接生产粗铜的方法，其步骤请参考图1图1为本发明一种具体实施方式所提供的提取粗铜的工艺示意图。
a)本发明的反应炉采用空间旋浮反应炉1，将铜精矿、铜锍、造渣溶剂、富氧空气、吸热物料同时由空间旋浮反应炉1的顶部通过旋流喷嘴加入到空间旋浮反应炉的内部，铜精矿与铜锍、造渣溶剂、吸热物料的加入质量比例为7～9∶1～2∶1，造渣溶剂为本领域常用，比如SiO2，富氧空气相对于铜精矿的加入量为300Nm3/t～700Nm3/t，富氧空气中氧的体积浓度≥45％，吸热物料可为空间旋浮反应炉1排出的炉气中收集的烟尘。
在空间旋浮反应炉内，由铜精矿生产粗铜时实际上由Cu2S直接氧化生成粗铜的比例很小，不到10％wt，主要是通过过氧化的Cu2O和Fe3O4与欠氧化的Cu2S的交互反应生成粗铜，所以要增强过氧化物与欠氧化物的碰撞结合几率。在空间旋浮反应炉的上段空间11内富氧空气中的氧与铜精矿中的硫和铁反应将氧耗尽，产生部分粗铜、过氧化物和欠氧化物，在接下来空间旋浮反应炉的中段空间12内过氧化物和欠氧化物碰撞、聚合并交互反应脱除欠氧化物中的硫，同时产生大部分粗铜。
b)反应完成后仍然有大量的Cu2O和Fe3O4存在，炉渣中通常Cu2O要超过20％wt，Fe3O4要超过30％wt。为消除这两种物质不利影响，本发明提出在空间旋浮反应炉的下段空间13内导入粒状的还原剂，还原剂优选为粒状的焦炭，粒度为2mm～25mm，焦炭可通过简单的下料溜管或喷枪加入到空间旋浮反应炉的下段空间13内。在下段空间13内，由顶部加入的富氧空气中的氧已被消耗，粒状的焦炭还原剂进入炉内后不会燃烧而增加反应炉的热负荷，而是要吸收热量加热自身，有一定的冷却作用。当加入的焦炭吸热后自身温度升高，因焦炭颗粒度较大不会被气流带走，而是沉降于空间旋浮反应炉1底部的熔池14内，因其比重小，最终在熔池14内的表层形成固相的炽热焦炭层21。当Cu2O和Fe3O4下落穿过炽热焦炭层21时，Cu2O被C还原成粗铜，Fe3O4被C还原成FeO，改善了渣性又提高了粗铜的直收率。因此最后熔池内形成分开的相，即含有SO2的炉气、固相的炽热焦炭层21，液相的炉渣层22和液相的粗铜层23。液相的粗铜是通过铜精矿和铜锍中的Cu2S直接氧化、Cu2S与过氧化物的交互反应、过氧化的Cu2O被炽热焦炭还原所得。
空间旋浮反应炉1生成的含有SO2的炉气通过反应炉的上升烟道15经过降温、除尘后可引入到酸厂制酸，而反应过程会有一定量的CO产生并混于炉气中，为保证炉气由反应炉排出时不含有CO，避免对后续制酸***的影响，优选还向上升烟道15中供入使CO燃烧的富氧空气，还可消除上升烟道出口处的粘结。
最底部的液相粗铜可通过流槽导入到阳极精炼炉6，进行粗铜精炼。
c)将液相的炉渣和部分炽热焦炭则通过流槽3导入到电炉4中，同时在电炉中加入硫化剂，例如含铜低的硫化物铜精矿，可与加入到空间旋浮反应炉1内的铜精矿为同一种，但无须干燥，含水4％wt～10％wt，硫化物铜精矿与液相的炉渣的质量比例可为4～6∶1。炉渣中携带的Cu2O和Fe3O4与铜精矿中的FeS交互反应生成Cu2S和FeO，生成的FeO与炉渣中携带的SiO2造渣，生成的Cu2S与铜精矿中铜的硫化物结合，在电炉4中最终沉降分离形成分开的相，即上层低含铜的电炉炉渣41和下层高含铜的铜锍42。
在此过程中，炉渣中携带的铜的化合物发生转变，由Cu2O转换为Cu2S，并最终形成铜锍42；炉渣中携带的铁的化合物发生转变，由高熔点的Fe3O4转换为低熔点的FeO，进一步的FeO与炉渣中携带的SiO2造渣形成更低熔点的2FeO.SiO2，使炉渣的性质发生转变，粘性降低，利于铜锍42与电炉炉渣41的沉降分离，同时，造渣反应既给电炉4的生产提供了热能，降低了电炉4的能耗，又将空间旋浮反应炉1中的反应热量进行转移，进一步降低空间旋浮反应炉1的热负荷。上述过程，使电炉炉渣41中的铜降到0.4％wt，又脱除了铜精矿中的部分铁。
d)将铜锍42粒化并经磨机5细磨后作为原料由空间旋浮反应炉1顶部回流入炉体中，由于铜精矿中的铁在电炉4中被脱除，极大的改变了进入到空间旋浮反应炉1中的铜精矿的性质，使高Fe低Cu的铜精矿转换为高Cu低Fe的铜精矿进入到空间旋浮反应炉1的铜精矿中的铁量的减少，降低了铜精矿反应的需氧量和炉气量，也减少了反应热量和炉渣量，解决了由高Fe、S、低Cu的铜精矿直接生产粗铜中投资大、产能低、热负荷过大的关键问题。
电炉炉渣41则采用粒化工艺粒化后用做其他工业原料。粒化工艺是指传统的水淬工艺、改进的雾化工艺和干法的无水粒化工艺，优选无水粒化工艺；磨机5是指具有干燥功能的磨机，例如雷蒙磨机。
另外，在实际工业生产中，铜精矿的成份不是稳定不变的，主要成分：Cu、Fe、S会经常变化，根据本发明中的方法，控制加入到空间旋浮反应炉内粒状焦炭的速度，就可以控制炽热焦炭层21的料层厚度，通过炽热焦炭层21的料层高度的控制，实际上控制了Cu2O和Fe3O4在空间旋浮反应炉内的转化率，即在本发明中空间旋浮反应炉的直收率和炉渣中含Cu2O和Fe3O4的量可以控制，而炉渣中含Cu2O和Fe3O4的量决定了在电炉4中处理铜精矿的量，就决定了铜精矿中的铁在电炉4中被脱除的量，降低了进入到空间旋浮反应炉1内的Fe量。根据本发明的优选方案，铜精矿中的Fe在空间旋浮反应炉1和电炉4中共同被脱除，空间旋浮反应炉1处理的是铜精矿和铜锍，以此解决了由高Fe低Cu的铜精矿直接生产粗铜现有技术中的关键难题。
实施例：
投入到空间反应炉的物料合计284t/h，分别为：铜精矿178t/h，电炉铜锍48.4t/h，造渣溶剂(SiO2)29.8t/h，吸热物料(烟尘)27.8t/h。
其中铜精矿成份：铜(Cu)27.09％，铁(Fe)25.02％，硫(S)30.25％；富氧空气：120339Nm3/h(氧浓48.28％)。投入到空间反应炉内的铜锍实际上是由铜精矿除铁后转换得来，实际铜精矿的处理量超过了210t/h。
以上对本发明所提供的一种铜精矿直接生产粗铜的方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种铜精矿直接生产粗铜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将铜精矿、铜锍、造渣溶剂、富氧空气、吸热物料同时由反应炉顶部加入反应炉中；
b)在所述反应炉的下段空间内加入还原剂，反应炉底部的熔池内形成炉气、固相的炽热焦炭层、液相的炉渣层、液相的粗铜层；
c)将生成的炽热焦炭、液相的炉渣导入电炉中，同时在电炉中加入硫化剂进行反应，生成电炉炉渣和铜锍；
d)所述铜锍粒化后由所述反应炉顶部回流入反应炉中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述a)中铜精矿与铜锍、造渣溶剂、吸热物料的加入质量比例为7～9∶1～2∶1，所述富氧空气相对于铜精矿与铜锍的加入量为300Nm3/t～700Nm3/t，所述富氧空气中氧的体积浓度≥45％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述反应炉为空间旋浮反应炉。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述吸热物料为所述反应炉排出的炉气中收集的烟尘。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述b)中还原剂为粒状的焦炭，粒度为2mm～25mm。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述b)中液相的粗铜导入到阳极精炼炉，进行粗铜精炼。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述c)中硫化剂为硫化物铜精矿，含水4％wt～10％wt，所述硫化物铜精矿与所述液相的炉渣的质量比例为4～6∶1。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述c)中电炉炉渣粒化后作为其他工业原料。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述反应炉的上升烟道中导入富氧空气燃烧所述反应炉内生成的CO。
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