CN103388082A - 粗铜的生产方法及用于粗铜生产的生产装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种粗铜的生产方法，该方法在生产装置中，将铜冶炼熔融炉渣和含碳还原剂及带压力的惰性气体混合后进行反应，得到粗铜和反应后的炉渣；所述惰性气体的压力为100kPa～800kPa。本发明利用铜冶炼熔融炉渣的显热使含碳还原剂达到炽热状态，通过炽热的含碳还原剂将炉渣中的Cu2O还原成金属铜，并通过惰性气体的强烈搅拌，促进反应界面的快速更新，强化了反应进程，使渣性迅速被改变，同时提高了金属铜液滴间的结合率，因此能得到粗铜，且使新炉渣中的铜含量降低而无需再进行选矿等处理，可直接粒化后用作其他工业的原料。上述方法还具有工艺简单，控制、操作方便等优点。本发明还提供了一种用于粗铜生产的生产装置。

Description

粗铜的生产方法及用于粗铜生产的生产装置
技术领域
本发明涉及有色冶金技术领域，特别涉及一种粗铜的生产方法及用于粗铜生产的生产装置。
背景技术
在铜火法冶金行业，一种方法是由硫化物铜精矿间接生成粗铜，这种方法一般包括两个步骤：首先将硫化物铜精矿进行脱硫除铁，熔炼得到高品位铜锍，然后将得到的铜锍进一步脱硫除铁，吹炼得到粗铜。另一种方法是采用铜精矿直接生产粗铜，在实际生产中，澳大利亚的Olympic Dam冶炼厂、波兰的Glogow冶炼厂以及赞比亚的KCM冶炼厂采用的就是由铜精矿直接生产粗铜的工艺。这些铜冶炼的方法生产得到的粗铜含铜一般为98.5%（重量比），但是，这些方法还具有一个共同的特点，就是在生产所得炉渣中，Cu2O和Fe3O4的量都较高，一般说来，铜含量为10%～20%（重量比），Fe3O4含量为30%～50%（重量比），这会造成资源的大量浪费。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种粗铜的生产方法及用于粗铜生产的生产装置，该方法能生产得到粗铜，且所得炉渣含铜量较低。
本发明提供一种粗铜的生产方法，包括以下步骤：
在生产装置中，将铜冶炼熔融炉渣和含碳还原剂及带压力的惰性气体混合后进行反应，得到粗铜和反应后的炉渣；所述惰性气体的压力为100kPa～800kPa。
优选的，所述生产装置包括：
炉体，所述炉体内包括熔池，所述炉体上设置有气体喷嘴、加料口、粗铜排放口和炉渣排放口；
所述气体喷嘴位于所述炉体的侧墙上，且通向所述熔池的中部。
优选的，所述铜冶炼熔融炉渣和含碳还原剂分别通过流槽由所述加料口引到生产装置中；
所述惰性气体通过所述气体喷嘴导入生产装置中。
优选的，所述炉体的顶部设置有燃料烧嘴；
向所述燃料烧嘴内导入燃料和助燃剂。
优选的，所述助燃剂为氧浓度大于95%（重量比）的工业氧气。
优选的，所述惰性气体为氮气。
优选的，所述铜冶炼熔融炉渣的温度为1050℃～1350℃。
优选的，所述含碳还原剂为焦炭和煤炭中的至少一种。
优选的，所述含碳还原剂中含碳量与所述铜冶炼熔融炉渣中含氧量之比为（0.1～0.35）：1（质量比）。
本发明还提供一种用于粗铜生产的生产装置，包括：
炉体，所述炉体内包括熔池，所述炉体上设置有气体喷嘴、加料口、粗铜排放口和炉渣排放口；
所述气体喷嘴位于所述炉体的侧墙上，且通向所述熔池的中部。
与现有技术相比，本发明将铜冶炼熔融炉渣和含碳还原剂引到生产装置中，并向所述生产装置中导入带压力的惰性气体，所述惰性气体的压力为100kPa～800kPa，混合后进行反应，得到粗铜和反应后的炉渣。本发明利用铜冶炼熔融炉渣的显热使含碳还原剂达到炽热状态，通过所述炽热的含碳还原剂将炉渣中的Cu2O还原成金属铜，同时将炉渣中的Fe3O4还原成FeO；导入的惰性气体对反应物料形成强烈的搅拌，使熔融炉渣沸腾，并将含碳还原剂卷入熔融炉渣中，促使生成的金属铜小液滴相互结合，形成分开的粗铜相和渣相。本发明通过惰性气体的强烈搅拌，促进反应界面的快速更新，强化了反应进程，使渣性迅速被改变，降低渣粘度，在提高金属铜液滴间的碰撞结合几率的同时，有利于金属铜液滴的沉降，因此，本发明在强化过程能得到粗铜，并且使最终炉渣中的铜含量降低。实践表明，本发明能生产得到含铜量大于98.5%（重量比）的粗铜，最终炉渣中的铜含量降低到0.4%（重量比）以下。
附图说明
图1为本发明实施例提供的用于粗铜生产的生产装置的结构示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，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。
本发明提供了一种粗铜的生产方法，包括以下步骤：
在生产装置中，将铜冶炼熔融炉渣和含碳还原剂及带压力的惰性气体混合后进行反应，得到粗铜和反应后的炉渣；所述惰性气体的压力为100kPa～800kPa。
为适应冶金工艺的发展，克服现有技术的不足，本发明提供的粗铜的生产方法是一种由铜冶炼过程中产生的富含Cu2O和Fe3O4的熔融炉渣直接生产粗铜的方法，不但能得到粗铜，而且能降低处理后的炉渣中的含铜量，使最终炉渣无需再进行选矿等处理，粒化后即可作为其他工业的原料，投资和生产成本较低。因此，本发明所述方法也可以说是一种铜冶炼熔融炉渣贫化的方法。
本发明实施例将铜冶炼熔融炉渣和含碳还原剂引到生产装置中，并向所述生产装置中导入带压力的惰性气体，所述惰性气体的压力为100kPa～800kPa，混合后进行反应，得到粗铜和反应后的炉渣。
本发明以铜冶炼熔融炉渣为原料生产粗铜，具有较高的经济效益和社会效益。所述铜冶炼熔融炉渣为本领域技术人员熟知的铜冶炼过程中产生的富含Cu2O和Fe3O4、呈熔融状态的炉渣。本发明对所述铜冶炼熔融炉渣的组分没有特殊限制，其中，铜是氧化态的，含量一般为10%～20%（重量比）；Fe3O4一般为含量为30%～50%（重量比）。所述铜冶炼熔融炉渣具有显热，其温度优选为1050℃～1350℃。本发明利用铜冶炼熔融炉渣的显热使含碳还原剂达到炽热状态，无需补充额外的热量来帮助含碳还原剂升温，节能效果较好，节省经济成本。
本发明采用含碳还原剂与所述铜冶炼熔融炉渣混合，将炉渣中的Cu2O还原成金属铜，同时将Fe3O4还原，得到粗铜、且使炉渣贫化。所述含碳还原剂呈粒状，优选为煤炭和焦炭中的至少一种，更优选为焦炭；本发明对其来源没有特殊限制。在本发明中，所述含碳还原剂中含碳量与所述铜冶炼熔融炉渣中含氧量之比（C/O）优选为（0.1～0.35）：1（质量比）。
本发明通过向上述反应物料中导入带压力的惰性气体，提供使熔融炉渣沸腾和产生强烈的搅拌作用的动力。具体说来，导入的惰性气体对反应物料形成强烈的搅拌，使熔融炉渣沸腾，并将含碳还原剂卷入熔融炉渣中，促使生成的金属铜小液滴相互结合，形成分开的粗铜相和渣相。
本发明通过惰性气体的强烈搅拌，促进反应界面的快速更新，强化了反应进程，使渣性迅速被改变，降低渣粘度，在提高金属铜液滴间的碰撞结合几率的同时，有利于金属铜液滴的沉降，因此，本发明此强化过程能得到粗铜，并且使最终炉渣中的铜含量降低。另外，采用惰性气体进行搅拌，能避免含碳还原剂和生成的粗铜被氧化，降低含碳还原剂的使用量，效率较高，成本较低。
在本发明中，所述惰性气体的压力为100kPa～800kPa，优选为200kPa～600kPa，更优选为300kPa～500kPa。所述惰性气体优选为氮气，增加反应物料之间的接触，提高反应效率，同时氮气作为惰性气体不会将还原的Cu和FeO再次被氧化，利于粗铜生产。
本发明优选将铜冶炼熔融炉渣引到生产装置中，按比例加入含碳还原剂，并向所述生产装置中导入带压力的惰性气体。在本发明中，所述生产装置优选采用以下的生产装置。
本发明提供了一种用于粗铜生产的生产装置，包括：
炉体，所述炉体内包括熔池，所述炉体上设置有气体喷嘴、加料口、粗铜排放口和炉渣排放口；
所述气体喷嘴设置于所述炉体的侧墙上，且通向所述熔池的中部。
本发明提供的生产装置用于粗铜生产，利于得到粗铜和降低处理后的炉渣中的含铜量。
本发明实施例提供的用于粗铜生产的生产装置为侧吹冶金炉，其结构参见图1，图1为本发明实施例提供的用于粗铜生产的生产装置的结构示意图。
在图1中，1为铜冶炼熔融炉渣，2为含碳还原剂，3为带压力的惰性气体，4为炉体，411为气体喷嘴，412为燃料烧嘴，413为加料口，414为上升烟道，415为粗铜排放口，416为炉渣排放口，5为燃料，6为助燃剂，7为未反应的含碳还原剂层，8为炉渣层，9为粗铜层。
在本发明中，炉体4内包括熔池，主要在其中进行粗铜生产。在本发明的一个实施例中，炉体4内还包括与所述熔池相通的上升烟道414，生产过程中产生的炉气由上升烟道414排出，经过降温、除尘后排空。
炉体4上设置有加料口413，通过其加入铜冶炼熔融炉渣和含碳还原剂。作为优选，铜冶炼熔融炉渣1和含碳还原剂2分别通过流槽由加料口413引到生产装置中。
炉体4上设置有气体喷嘴411，其位于炉体4的侧墙上，且通向所述熔池的中部；所述熔池的中部也就是形成的渣层所对应的位置。气体喷嘴411可以位于炉体4的一个侧墙上，也可以位于炉体4的两个侧墙上。在本发明中，一个侧墙上的所述气体喷嘴的数量可以为1个或多个，优选为5个。
在本发明中，惰性气体3优选通过气体喷嘴411导入生产装置中。由于气体喷嘴411位于炉体4的侧墙上，且能浸没于熔池的熔体中，也就是能导入渣层中，导入的惰性气体3能更好地提供使熔融炉渣沸腾和产生强烈搅拌的动力，不会将产物重新搅起而进入炉渣，利于产物的沉降、分离，效率较高。
在本发明的一个实施例中，炉体4的顶部设置有燃料烧嘴412，向其中导入燃料5和助燃剂6。本发明优选通过在燃料烧嘴412内燃烧燃料5产生热量，另外，炉渣中的Cu2O和Fe3O4与含碳还原剂2反应时，会产生一定量的CO（未在图1中示出），产生的CO与空气和助燃剂6燃烧也产生热量，所述空气由加料口413吸入，产生的这些热量可维持还原反应的热平衡。所述燃料采用本领域常用的即可；所述助燃剂优选为氧浓度大于95%（重量比）的工业氧气，以保证较小的炉气量，从而使由炉气带走的热量损失足够小。本发明对所述燃料和助燃剂的用量没有特殊限制，燃烧产生的总热量能维持还原反应的热平衡即可。
在本发明中，炉体4上设置有粗铜排放口415，其位于炉体4的侧墙的下部，所述侧墙的下部也就是形成的粗铜层所对应的位置。粗铜由粗铜排放口415排出，可导入到阳极精炼炉中进行粗铜精炼。
在本发明中，炉体4上设置有炉渣排放口416，用于排放炉渣。在本发明的一个实施例中，加料口413位于炉体4的一端的顶部，可成比例地连续加入反应物料，而炉渣排放口416位于炉体4的另一端的下部，新炉渣由此连续排出并可被粒化，用作其他工业的原料。
本发明对所述炉体、气体喷嘴、燃料烧嘴的材质和尺寸没有特殊限制，采用本领域常用的即可。所述加料口、炉渣排放口、粗铜排放口、熔池和上升烟道的尺寸为本领域技术人员熟知的技术内容，本发明对此也无特殊限制。
本发明实施例进行粗铜生产时，在炉体4的一端，铜冶炼熔融炉渣1通过流槽由加料口413引到炉体4中，通过流槽由加料口413按比例加入含碳还原剂2，并通过炉体4的两个侧墙上的、浸没于熔池的熔体中的气体喷嘴411连续导入带压力的惰性气体3，使熔融炉渣沸腾，并将粒状的含碳还原剂卷入熔融炉渣中，形成混合体。
在此过程中，炉渣的显热使含碳还原剂达到炽热状态，通过此炽热的含碳还原剂，炉渣中携带的铜的化合物Cu2O被还原成金属铜；炉渣中携带的铁的化合物发生转变，由高熔点的Fe3O4转化为FeO，进一步的FeO与炉渣携带的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，利于铜与炉渣的沉降、分离。而导入的惰性气体对反应物料形成强烈的搅拌，促进反应界面的快速更新，强化了反应进程，使渣性迅速被改变，同时促使生成的金属铜小液滴相互结合，在炉体4内形成分开的炉渣层8和粗铜层9。
富余的未反应的含碳还原剂因其较轻的比重漂浮在渣面上，形成固态炽热的未反应的含碳还原剂层7。固相的未反应的含碳还原剂层7将液相的炉渣层8、粗铜层9与上部的空气层相隔离，杜绝渣层中的FeO和粗铜层中Cu与空气层中O2的接触，保证了还原后的铜、炉渣不会被重新氧化。
并且，本发明实施例向设置于炉体4顶部的燃料烧嘴412中导入燃料5和助燃剂6，通过在其中燃烧燃料5以及CO的燃烧维持还原反应的热平衡，而用于燃料5燃烧的助燃剂6是工业氧气，其氧浓度大于95%（重量比），以保证较小的炉气量，从而保证由炉气带走的热量损失足够小。
在炉体4的另一端，液相的炉渣通过炉渣排放口416排出，而炉体4的侧墙的下部的粗铜排放口415排出液相的粗铜。另外，上述过程中产生的炉气由上升烟道414排出，经过降温、除尘、脱硫后排空。
生产完成后，得到分开的粗铜和新炉渣。按照本领域的检测标准，所述炉渣含铜在0.4%（重量比）以下，其粒化后可作为其他工业的原料；所述粗铜含铜大于98.5%（重量比），可导入到阳极精炼炉进行粗铜精炼。
综上所述，本发明提供的粗铜的生产方法反应效率高，采用铜冶炼熔融炉渣生产得到粗铜，且尾渣含铜低。另外，本发明所述方法不但工艺简单，控制、操作方便，而且设备小，能耗低，投资少，适于推广。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的粗铜的生产方法及用于粗铜生产的生产装置进行具体描述。
以下实施例中使用的铜冶炼熔融炉渣中铜含量为20%、含氧量为30%，其温度为1250℃。
实施例1
在图1所示的生产装置中，铜冶炼熔融炉渣1通过流槽由加料口413引到炉体4中，通过流槽由加料口413按比例加入焦炭2，并通过炉体4的两个侧墙上的、浸没于熔池的熔体中的气体喷嘴411连续导入带压力的氮气3，混合后进行反应，在炉体4内形成分开的炉渣层8和粗铜层9，富余的未反应的焦炭形成未反应的焦炭层7。
其中，处理原炉渣100t/h，投加焦炭4.2t/h；氮气的压力为100kPa；焦炭中含碳量与铜冶炼熔融炉渣中含氧量之比（C/O）为（0.1～0.35）：1（质量比）。
向设置于炉体4顶部的燃料烧嘴412中导入燃料5和工业氧气6，通过在其中燃烧燃料5以及CO的燃烧维持还原反应的热平衡。
液相的炉渣通过炉渣排放口416排出，炉体4的侧墙的下部的粗铜排放口415排出液相的粗铜。另外，上述过程中产生的炉气由上升烟道414排出，经过降温、除尘、脱硫后排空。
得到分开的粗铜和新炉渣后，按照本领域的检测标准，所述炉渣含铜0.4%（重量比），所述粗铜含铜98.5%（重量比）。
实施例2
按照氮气的压力为800kPa，焦炭中含碳量与铜冶炼熔融炉渣中含氧量之比（C/O）为（0.1～0.35）：1（质量比），采用实施例1的方法进行反应，得到分开的粗铜和新炉渣。
得到分开的粗铜和新炉渣后，按照本领域的检测标准，所述炉渣含铜0.4%（重量比），所述粗铜含铜98.5%（重量比）。
由以上实施例可知，本发明提供的粗铜的生产方法不但能得到粗铜，而且能降低处理后的炉渣中的含铜量，使最终炉渣无需再进行选矿等处理，粒化后即可作为其他工业的原料，投资和生产成本较低。
另外，本发明所述方法还具有工艺简单，控制、操作方便等优点，适于推广。
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 (10)

1.一种粗铜的生产方法，包括以下步骤：
在生产装置中，将铜冶炼熔融炉渣和含碳还原剂及带压力的惰性气体混合后进行反应，得到粗铜和反应后的炉渣；所述惰性气体的压力为100kPa～800kPa。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述生产装置包括：
炉体，所述炉体内包括熔池，所述炉体上设置有气体喷嘴、加料口、粗铜排放口和炉渣排放口；
所述气体喷嘴位于所述炉体的侧墙上，且通向所述熔池的中部。
3.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，所述铜冶炼熔融炉渣和含碳还原剂分别通过流槽由所述加料口引到生产装置中；
所述惰性气体通过所述气体喷嘴导入生产装置中。
4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述炉体的顶部设置有燃料烧嘴；
向所述燃料烧嘴内导入燃料和助燃剂。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述助燃剂为氧浓度大于95%（重量比）的工业氧气。
6.根据权利要求1～5任一项所述的生产方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气。
7.根据权利要求1～5任一项所述的生产方法，其特征在于，所述铜冶炼熔融炉渣的温度为1050℃～1350℃。
8.根据权利要求1～5任一项所述的生产方法，其特征在于，所述含碳还原剂为焦炭和煤炭中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的生产方法，其特征在于，所述含碳还原剂中含碳量与所述铜冶炼熔融炉渣中含氧量之比为（0.1～0.35）：1（质量比）。
10.一种用于粗铜生产的生产装置，包括：
炉体，所述炉体内包括熔池，所述炉体上设置有气体喷嘴、加料口、粗铜排放口和炉渣排放口；
所述气体喷嘴位于所述炉体的侧墙上，且通向所述熔池的中部。
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