CN102876902A - 一种铜精矿闪速-熔池复合熔炼方法及奥托昆普闪速炉 - Google Patents

一种铜精矿闪速-熔池复合熔炼方法及奥托昆普闪速炉 Download PDF

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陈卓
张劲松
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Abstract

本发明公开了一种铜精矿闪速-熔池复合熔炼方法及奥托昆普闪速炉，复合熔炼，它包括以下步骤：（1）将干燥铜精矿、石英砂、返尘及富氧空气、天然气精矿喷嘴和燃料烧嘴注入奥托昆普闪速炉的反应塔闪速熔炼，再进入奥托昆普闪速炉的沉淀池；（2）在沉淀池中进一步完成冰铜、炉渣的生成，并进行澄清分离；熔体上面的炉渣通过沉淀壁上的溢流口排出沉淀池，完成闪速熔炼；步骤2中用空气或富氧空气高速向熔体表面喷射固体还原剂。本发明大大提高奥托昆普闪速炉的产量，加速与冰铜的澄清分离，降低渣含铜。

Description

一种铜精矿闪速-熔池复合熔炼方法及奥托昆普闪速炉
技术领域
本发明涉及用于奥托昆普闪速炉的铜精矿熔炼方法及实现该方法的奥托昆普闪速炉。
背景技术
现代先进的硫化铜精矿冶炼工艺包括闪速熔炼和熔池熔炼，闪速熔炼主要有奥托昆普闪速熔炼（Outokumpu）和因柯（Inco）闪速熔炼工艺，熔池熔炼包括富氧底吹工艺（水口山法）、富氧侧吹（诺兰达法、瓦纽科夫法、金峰法、白银法等）、富氧顶吹（三菱法等）、浸没顶吹法（艾萨法、奥斯麦特法等）。奥托昆普闪速炉由反应塔、沉淀池、上升烟道三部分组成，铜精矿由反应塔顶部的精矿喷嘴喷入，在反应塔中完成氧化反应过程和部分冰铜、炉渣的生成过程，在沉淀池中完成冰铜、炉渣的生成过程，并进行澄清分离。目前，闪速炉的年精矿处理量达到了160万吨，进一步提高产能已经受到精矿计量加料***、精矿喷嘴、反应塔热负荷等能力的限制。沉淀池面积很大，冰铜和炉渣的生成过程在很短的时间内即可完成，冰铜和炉渣的澄清分离也可在较短的时间内达到较低的渣含铜，进一步降低渣含铜需要采取强化措施，包括还原和搅拌。目前的沉淀池虽然面积很大，但冶金过程的强度很低，炉床面积没有得到充分的利用，如果能够利用沉淀池进行熔池熔炼，则在提高闪速炉生产能力、降低炉渣含铜等方面仍有很大的提高。
发明内容
本发明的目的就是提供一种铜精矿闪速-熔池复合熔炼方法及奥托昆普闪速炉，充分利用沉淀池进行熔池熔炼，提高闪速炉生产能力、降低炉渣含铜。
本发明采用的技术方案是：一种铜精矿闪速-熔池复合熔炼方法，它是在奥托昆普闪速炉中进行熔炼，它包括以下步骤：
（1）将干燥铜精矿、石英砂、返尘及富氧空气、天然气由奥托昆普闪速炉精矿喷嘴和燃料烧嘴注入奥托昆普闪速炉的反应塔进行闪速熔炼，部分生成冰铜、炉渣的物料进入奥托昆普闪速炉的沉淀池；
（2）在沉淀池中进一步完成冰铜、炉渣的生成，并进行澄清分离；熔体上面的炉渣通过沉淀壁上的溢流口排出沉淀池，完成闪速熔炼；
其特征是所述的步骤2的完成冰铜、炉渣的生成过程中用空气或富氧空气高速向熔体表面喷射固体还原剂。所述的固体还原剂为入炉原料相同的干燥铜精矿、返尘、石英熔剂、煤混合物。
采用上述技术方案，部分铜精矿过氧化生成Fe3O4，部分铜精矿欠氧化，少部分铜精矿未氧化，呈生料状态落入沉淀池。过氧化精矿颗粒与欠氧化精矿颗粒及少量的生料在反应塔下方的沉淀池中混合，发生氧化还原反应，过氧化颗粒被欠氧化和生料还原，使Fe3O4含量降低，并进一步脱硫。在反应塔中的反应正常的情况下，从反应塔中下落到沉淀池熔体表面的Fe3O4、生料、欠氧化的精矿能够交互发生氧化还原反应，使生料氧化熔化，使Fe3O4含量降低至较低的水平，使欠氧化的物料氧化，达到量的平衡而产生均匀的沉淀池熔体，不会有生料的堆积，也不会出现Fe3O4高的粘渣层。但是，如果反应塔中反应状况恶化，就会出现生料堆，炉渣中有较厚的粘渣层，渣流动性变差，冰铜炉渣分离困难造成渣含铜升高，大量生料进入排烟***，造成烟尘率升高，排烟***堵塞等工艺故障。用富氧空气高速向熔体表面喷射干燥铜精矿、返尘、石英熔剂、煤等。固体物料在喷枪内与高速富氧空气混合，与富氧空气一起高速地喷向下方的熔体表面，在熔体中形成激烈的搅拌区。搅拌的熔体与喷入的富氧空气、固体物料形成了气-渣-冰铜泡沫和乳状液，固体物料在高温、强氧化气氛下迅速发生热分解、氧化、熔化等冶金反应，完成造渣、造冰铜的过程，并产生SO2烟气和少量烟尘。由于熔体激烈的翻动，并形成了气-渣-冰铜泡沫和乳状液，铜精矿与熔体和富氧空气的热量、质量传递非常迅速，熔化和冶金反应在很短的时间内完成，生成的冰铜、炉渣熔体向上升烟道侧的渣口方向流动，离开熔体搅拌区后，在沉淀池的后部进行澄清分离。
从反应塔落入沉淀池的反应产物，其反应程度和熔化程度是不均匀的，其中含有大量的Fe3O4和未反应完全的硫化物，以及少量的生料，在沉淀池中这些反应产物混合后发生交互反应，大部分Fe3O4被未反应完全的硫化物和生料还原，并与石英熔剂造渣，放热并释放SO2气体。在反应状况不正常时，过量的Fe3O4和生料将造成反应塔下生料堆的出现，或者炉渣含Fe3O4过高而流动性差，冰铜-炉渣无法澄清分离。在反应塔出口安装高速喷枪，用富氧空气向熔体表面高速喷射铜精矿、煤等还原剂，将熔体激烈的搅动，使反应塔的产物更好地进行热、质的传递，从而使Fe3O4与未反应完全的硫化物充分地接触反应，加速氧化还原过程；熔体的搅动将生料卷入熔体，作为Fe3O4的还原剂，氧化放热而熔化；喷入的煤既作为燃料，补充铜精矿反应的热量，又作为还原剂，还原Fe3O4和Cu2O，改善渣的流动性，加速与冰铜的澄清分离，降低渣含铜。
因此本发明采用的技术方案不但提高闪速炉的生产能力，也可以改善闪速炉炉渣的性质，降低炉渣含铜。
一种用于上述闪速-熔池复合熔炼方法的奥托昆普闪速炉，它包括反应塔、沉淀池和上升烟道，沉淀池上设有溢流口，其特征是所述的沉淀池的上方固定有喷枪，所述的喷枪与干矿风力输送压力罐管连接，干矿风力输送压力罐上方设有干矿仓，干矿仓出料口与干矿风力输送压力罐入口管连接。
所述喷枪为6至10个。
附图说明
图1为本发明奥托昆普闪速炉示意图。
具体实施方式
本实施例铜精矿的闪速-熔池复合熔炼方法，本实施例的冶炼过程是在一台奥托昆普闪速炉中进行的，本实施例的奥托昆普闪速炉如图1所示，反应塔的炉体设计、固体物料的计量加入***配置、精矿喷嘴设计、燃料枪的配置等均保持闪速熔炼的原有设计不变；反应塔处理的铜精矿、返尘、熔剂等固体物料及其处理量不变；热平衡、物料平衡的工艺控制方式不变。在反应塔出口沉淀池顶安装6~10只风-料高速喷枪，从沉淀池顶***沉淀池内，距离沉淀池熔体面300~500mm。每根喷枪由两根穿过炉顶的同心管构成，内管直径5cm，外管直径10cm，外管距熔体面300~500mm，内管在炉顶或炉顶之上。精矿和石英砂干燥至含水小于1%，输送至炉顶的干矿仓，与煤、返尘等一起加入风力输送压力罐，用风力输送并用气动给料器加入喷枪的内管，在内管出口与高速富氧空气混合，以130~150m/s的速度喷向熔体表面，强烈地搅拌熔体，完成铜精矿的冶金反应过程，并达到还原Fe3O4、改善炉渣性质的目的。
反应塔闪速冶炼产出的炉渣、冰铜熔体向喷枪顶吹熔池熔炼区流动，被喷枪射流激烈地翻动，形成气-冰铜-炉渣-精矿的泡沫和乳状液，卷入铜精矿，使其热分解、氧化、熔化，同时使熔体的Fe3O4还原。喷枪也使反应塔下的熔体搅动，加速热、质的传递而使反应塔下的物料交互反应加速，难以形成生料堆。通过喷枪熔池熔炼的熔体继续向上升烟道侧的渣口流动，进入相对平静的澄清区，进行冰铜和炉渣的分离。炉渣流入贫化电炉进一步贫化，降低渣含铜后水淬。或者直接溢流排放到渣包中，进行缓冷、浮选。
闪速-熔池复合熔炼的反应塔闪速反应和沉淀池熔池熔炼分别进行独立的工艺控制，以相同的目标冰铜品位、温度和炉渣组成，分别进行各自的热平衡和质量平衡计算，各自控制干矿投料量、富氧送风量和富氧浓度、燃料量。
由于沉淀池中喷枪的下方熔体激烈搅拌，喷枪下方的炉底不会有炉结的生成，炉底需要增加耐火砖的厚度。由于沉淀池的热负荷增加，特别是喷枪附近的热负荷增加，需要改进喷枪附近炉体结构的设计，增加特殊设计的冷却铜水套，加强炉体冷却。
反应塔闪速冶炼的精矿处理量可以到达200t/h，沉淀池富氧顶吹熔池熔炼的精矿处理量可以到100t/h，单套闪速-熔池复合熔炼工艺的生产能力可以提高50%。
如图1所示，闪速-熔池复合熔炼方法的奥托昆普闪速炉，它包括反应塔、沉淀池和上升烟道，沉淀池上设有溢流口，其特征是所述的沉淀池的上方固定有喷枪，所述的喷枪与干矿风力输送压力罐管连接，干矿风力输送压力罐上方设有干矿仓，干矿仓出料口与干矿风力输送压力罐入口管连接。本实施例的喷枪为9个。
本发明方法，申请人认为只要用空气或富氧空气向沉淀池熔体喷射固体还原剂，搅动熔体，以加速反应塔下沉淀池中物料的氧化还原反应，减少反应塔下生料的生成及危害，减少炉渣中粘渣的生成，改善炉渣的流动性，应落入本专利的保护范围。

Claims (3)

1.一种铜精矿闪速-熔池复合熔炼方法，它是在奥托昆普闪速炉中进行熔炼，它包括以下步骤：
（1）将干燥铜精矿、石英砂、返尘及富氧空气、天然气由奥托昆普闪速炉精矿喷嘴和燃料烧嘴注入奥托昆普闪速炉的反应塔进行闪速熔炼，部分生成冰铜、炉渣的物料进入奥托昆普闪速炉的沉淀池；
（2）在沉淀池中进一步完成冰铜、炉渣的生成，并进行澄清分离；熔体上面的炉渣通过沉淀壁上的溢流口排出沉淀池，完成闪速熔炼；
其特征是所述的步骤2的完成冰铜、炉渣的生成过程中用空气或富氧空气高速向熔体表面喷射固体还原剂，所述的固体还原剂为与入炉原料相同的干燥铜精矿、返尘、石英熔剂、煤混合物。
2.一种用于权利要求1所述闪速-熔池复合熔炼方法的奥托昆普闪速炉，它包括反应塔、沉淀池和上升烟道，沉淀池上设有溢流口，其特征是所述的沉淀池的上方固定有喷枪，所述的喷枪与干矿风力输送压力罐管连接，干矿风力输送压力罐上方设有干矿仓，干矿仓出料口与干矿风力输送压力罐入口管连接。
3.根据权利要求2所述的奥托昆普闪速炉，其特征是所述喷枪为6至10个。
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