CN105671326B - 一种搅拌协同喷吹气体携带硫化剂贫化铜渣的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种搅拌协同喷吹气体携带硫化剂贫化铜渣的方法,工艺步骤为:(1)在贫化炉中引入偏心机械搅拌设备,将1150~1350℃的高温熔融态铜渣导入贫化炉中,调整搅拌桨伸入至铜渣液面高度的1/3至1/2处,开启加热和搅拌,控制铜渣的温度为1150‑1350℃,搅拌速度为50~200r/min;(2)在贫化炉的底部或侧部设置用于喷吹携带硫化剂载气的透气转,将硫化剂通过载气经透气砖底吹或侧吹入熔融铜渣中,控制喷吹压力为0.1~1.5MPa,喷吹流量为5~60m3/h,硫化剂加入量为铜渣质量的0.3~8%,喷吹混合物并搅拌10~60min;(3)静置分层,分别收集下层冰铜和上层贫化后渣。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域,具体涉及一种搅拌协同喷吹气体携带硫化剂贫化铜渣的方法。
背景技术
随着铜冶炼技术的不断发展,熔炼强度、铜锍品味不断提高,一次熔炼渣含铜也不断提高,冶炼过程中产出的弃渣含铜高达0.4%-0.8%,富氧底吹渣含铜有时高达3-4%,远高于目前0.3%的铜矿开采品位。
目前,生产1吨铜产生2.2吨铜渣,我国铜渣累计堆存已高达2.5亿吨左右,2014年我国精铜产量为796万吨,可近似计算铜渣产量约为1500万吨。大宗废弃物,在一定程度上给生态环境造成了难以恢复的影响,而每年随着铜渣排放热量浪费的经济损失在2亿元以上。
工业上铜渣贫化的方法有两类:缓冷选矿法和火法贫化。选矿法铜回收率高,能耗较低,但热态铜渣缓冷过程的余热未经回收利用造成巨大的能源浪费,铜渣的缓冷周期长、对渣包数量和缓冷场占地面积的要求限制了中小型企业的使用,且工艺过程需要大量水,环境效益较低。火法贫化将热态炉渣直接进行电热贫化,目前经电炉沉清分离贫化后的弃渣中铜含量一般在0.6%以上,弃渣含铜仍然较高,主要问题在于硫化剂加入炉内,漂浮在熔池表面,除了燃烧掉部分以外,只能依靠于熔渣表面的“滑动接触”来进行化学反应过程,这种“滑动接触”的动力学条件造成贫化效率较低。
申请号为201310311055.X的专利公开了一种铜冶炼熔融炉渣贫化的方法及贫化装置,该专利中涉及铜冶炼熔融炉渣和还原剂分别通过流槽由加料口加到贫化装置中,虽喷吹惰性气体对熔体进行搅拌,使硫化剂与铜渣的接触过程有了一定程度地改善,但顶部加料方式仍未从根本上解决硫化剂加入后漂浮于熔渣表面,与熔体难以充分混合的问题。
申请号为200910088879.9的专利也提出了一种铜熔炼渣电热贫化工艺,该专利中硫化剂的加入方式也是通过炉壳顶部的加料口加入,仍未考虑硫化剂与铜熔炼渣的充分混合和反应问题,硫化剂利用效率低且环境污染较为严重。
申请号为201510261859.2的专利提出一种铜冶炼渣处理装置及其方法,该专利中硫化剂从炉体顶部加料口加入,并且该方法还引入还原剂,从炉体顶部的辅料加入口加入,之后在炉体底部及侧壁上通过喷枪喷入天然气和氧气搅动熔体,单纯靠天然气和氧气的喷入动力搅动熔体,存在以下几种弊病:首先顶部加料方式一直存在加入后硫化剂和还原剂浮于熔体表面,难以与铜渣熔体充分混合、反应,导致两者的利用率低,为了达到充分除铜的效果往往用量较大;其次,硫化剂和还原剂在反应过程中均会产生有毒有害气体,污染较大,和氧气混合后还可能存在***危险。因此,亟需一种新的贫化铜渣的方法,克服上述不足,彻底改变硫化剂加入方式,有效提高硫化剂利用率,降低尾渣含铜,提高铜熔炼渣贫化水平,改善现场环境。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提出了一种搅拌协同喷吹气体携带硫化剂贫化铜渣的方法,在熔融铜冶炼渣贫化炉中引入搅拌设备,然后将硫化剂通过喷吹气体携带到铜渣中,在机械搅拌与喷吹气体的双重作用下使硫化剂与熔渣充分混合。本发明的技术方案为:
一种搅拌协同喷吹气体携带硫化剂贫化铜渣的方法,按照以下步骤进行:
(1)在贫化炉中引入偏心机械搅拌设备,将1150~1350℃的高温熔融态铜渣导入贫化炉中,调整搅拌桨伸入至铜渣液面高度的1/3至1/2处,开启加热和搅拌,控制铜渣的温度为1150-1350℃,搅拌速度为50~200r/min;
(2)在贫化炉的底部或侧部设置用于喷吹携带硫化剂载气的透气转,将硫化剂通过载气经透气砖底吹或侧吹入熔融铜渣中,控制喷吹压力为0.1~1.5MPa,喷吹流量为5~60m3/h,硫化剂加入量为铜渣质量的0.3~8%,喷吹混合物并搅拌10~60min;
(3)静置分层,分别收集下层冰铜和上层贫化后渣。
上述方法中,所述载气为天然气、惰性气体或氮气。
上述方法中,所述硫化剂包括铜精矿或黄铁矿。
上述方法中,所述下层冰铜的品位在70%左右,上层贫化后渣中含铜量在0.3%及以下。
上述方法中,铜冶炼渣在贫化过程产生的高温烟气通过锅炉回收余热以及旋风除尘,回收烟气中的锌、铅、钼和砷易挥发有价组分,最后通过洗涤装置除去烟气中所含的二氧化硫气体,达到排空要求后排入大气。
上述方法中,当载气为惰性气体或氮气时,携带硫化剂通过透气砖喷吹入炉渣中,FeS与Fe3O4和SiO2反应生成2FeO·SiO2,降低渣粘度,硫化剂与Cu2O反应生成Cu2S从而回收铜渣中化学溶解的铜。涉及的反应方程式如下:
Cu2O+FeS=Cu2S+FeO
3Fe3O4+FeS+5SiO2=5(2FeO∙SiO2)+SO2
上述方法中,当载气为天然气时,天然气热解生成C和H2,将Fe3O4还原成FeO进而与SiO2形成硅酸盐;同时,硫化剂与渣中Cu2O反应生成Cu2S形成冰铜,与Fe3O4和SiO2反应生成2FeO∙SiO2。涉及的反应方程式如下:
Fe3O4+1/3CH4(g)=3FeO+2/3H2O(g)+1/3CO(g)
Fe3O4+1/4CH4(g)=3FeO+1/4CO2(g)+1/2H2O(g)
Fe3O4+CO(g)=3FeO+CO2(g)
CH4(g) = C + 2H2(g)
Fe3O4+C=3FeO+CO(g)
Fe3O4+1/2C=3FeO+1/2CO2(g)
Fe3O4+H2(g)=3FeO+H2O(g)
Cu2O+FeS=Cu2S+FeO
2FeO+SiO2=2FeO∙SiO2
3Fe3O4+FeS+5SiO2=5(2FeO∙SiO2)+SO2
与现有的铜渣贫化技术相比,本发明的特点和有益效果是:本发明在贫化炉中设置偏心搅拌设备,并采用喷吹气体携带硫化剂的方式进入熔融铜渣体系,在机械搅拌与喷吹气体的双重作用下使硫化剂与熔渣充分混合接触反应,优化硫化剂反应的动力学条件的同时有效抑制了泡沫渣的生成,避免了熔渣液面升高和喷溅现象,本发明方法可使硫化剂的利用率达到80%以上,贫化后渣中的含铜量达到0.3%以下,此外,本发明安全性高,尾气产生量较低且均经过回收处理,对环境污染极低,具有较大的经济效益和环境效益。
附图说明:
图1为本发明实施例1和实施例3的喷吹气体携带硫化剂贫化铜渣的方法所采用的贫化炉的结构示意图;
图2为本发明实施例2和实施例4的喷吹气体携带硫化剂贫化铜渣的方法所采用的贫化炉的结构示意图;
其中:1-排渣口,2-排冰铜口,3-搅拌桨,4-搅拌桨升降***,5-铜渣溜槽,6-天然气底吹喷吹口,7-天然气侧吹喷吹口,8-旋风除尘***,9-余热回收***,10-洗涤塔。
具体实施方式
本发明实施例中所采用的贫化炉为自制设备。
本发明实施例1和2中所用铜渣为富氧底吹铜熔炼渣,具体成分如表1所示。
表1 实施例1和2所采用的铜冶炼渣多元素分析结果(质量分数,%)
组分 | TFe | FeO | Cu | Zn | S | Al2O3 | CaO | MgO | SiO2 | Au g/t | As |
含量 | 42.47 | 43.14 | 4.51 | 5.67 | 1.55 | 3.02 | 0.96 | 1.09 | 20.82 | 1.2 | 0.075 |
本发明实施例3和4中所用铜冶炼渣为富氧底吹铜熔炼渣,具体成分如表2所示;
表2 实施例3和4所采用的铜冶炼渣多元素分析结果(质量分数,%)
组分 | TFe | FeO | Cu | Zn | S | Al2O3 | CaO | MgO | SiO2 | As |
含量 | 45.50 | 45.99 | 2.36 | 1.67 | 0.86 | 3.35 | 0.74 | 0.74 | 27.54 | 0.018 |
实施例1
熔融态铜渣量为1t,组成如表1所示,采用的贫化炉如图1所示,贫化处理方法按照以下工艺步骤进行:
(1)在贫化炉中引入偏心机械搅拌设备,将1150~1350℃的高温熔融态铜渣导入贫化炉中,调整搅拌桨伸入至铜渣液面高度的1/2处,开启加热和搅拌,控制铜渣的温度为1280℃,搅拌速度为90r/min;
(2)在贫化炉的底部设置用于喷吹携带硫化剂载气的透气转,将30kg铜精矿和20kg氧化钙粉料高度分散,喷吹天然气携带铜精矿和氧化钙粉料通过透气砖底吹入熔融铜渣中,控制喷吹压力为0.2MPa,喷吹流量为18m3/h,喷吹混合物并偏心搅拌反应30min;
(3)静置分层,分别收集下层冰铜和上层贫化后渣,其中贫化后渣含铜量为0.3%,含Fe3O41.43%,冰铜品位%(Cu)68。
铜冶炼渣在贫化过程产生的高温烟气通过锅炉回收余热以及旋风除尘,回收烟气中的锌、铅、钼和砷易挥发有价组分,最后通过洗涤装置除去烟气中所含的二氧化硫气体,达到排空要求后排入大气。
实施例2
熔融态铜渣量为1t,组成如表1所示,采用的贫化炉如图2所示,贫化处理方法按照以下工艺步骤进行:
(1)在贫化炉中引入偏心机械搅拌设备,将1150~1350℃的高温熔融态铜渣导入贫化炉中,调整搅拌桨伸入至铜渣液面高度的1/3处,开启加热和搅拌,控制铜渣的温度为1300℃,搅拌速度为85r/min;
(2)在贫化炉的侧部设置用于喷吹携带硫化剂载气的透气转,将36kg黄铁矿和25kg氧化钙粉料高度分散,喷吹天然气携带黄铁矿和氧化钙粉料通过透气砖侧吹入熔融铜渣中,控制喷吹压力为0.6MPa,喷吹流量为15m3/h,喷吹混合物并偏心搅拌反应40min;
(3)静置分层,分别收集下层冰铜和上层贫化后渣,其中贫化后渣含铜量为0.29%,含Fe3O41.52%,冰铜品位%(Cu)70。
铜冶炼渣在贫化过程产生的高温烟气通过锅炉回收余热以及旋风除尘,回收烟气中的锌、铅、钼和砷易挥发有价组分,最后通过洗涤装置除去烟气中所含的二氧化硫气体,达到排空要求后排入大气。
实施例3
熔融态铜渣量为1t,组成如表1所示,采用的贫化炉如图1所示,贫化处理方法按照以下工艺步骤进行:
(1)在贫化炉中引入偏心机械搅拌设备,将1150~1350℃的高温熔融态铜渣导入贫化炉中,调整搅拌桨伸入至铜渣液面高度的1/3处,开启加热和搅拌,控制铜渣的温度为1300℃,搅拌速度为80r/min;
(2)在贫化炉的底部设置用于喷吹携带硫化剂载气的透气转,将17kg黄铁矿和15kg氧化钙粉料高度分散,喷吹天然气携带黄铁矿和氧化钙粉料通过透气砖底吹入熔融铜渣中,控制喷吹压力为0.8MPa,喷吹流量为5m3/h,喷吹混合物并偏心搅拌反应40min;
(3)静置分层,分别收集下层冰铜和上层贫化后渣,其中贫化后渣含铜量为0.26%,含Fe3O41.64%,冰铜品位%(Cu)71。
铜冶炼渣在贫化过程产生的高温烟气通过锅炉回收余热以及旋风除尘,回收烟气中的锌、铅、钼和砷易挥发有价组分,最后通过洗涤装置除去烟气中所含的二氧化硫气体,达到排空要求后排入大气。
实施例4
熔融态铜渣量为1t,组成如表1所示,采用的贫化炉如图2所示,贫化处理方法按照以下工艺步骤进行:
(1)在贫化炉中引入偏心机械搅拌设备,将1150~1350℃的高温熔融态铜渣导入贫化炉中,调整搅拌桨伸入至铜渣液面高度的1/3处,开启加热和搅拌,控制铜渣的温度为1300℃,搅拌速度为90r/min;
(2)在贫化炉的侧部设置用于喷吹携带硫化剂载气的透气转,将25kg黄铁矿和20kg氧化钙粉料高度分散,喷吹天然气携带黄铁矿和氧化钙粉料通过透气砖侧吹入熔融铜渣中,控制喷吹压力为1.0MPa,喷吹流量为30m3/h,喷吹混合物并偏心搅拌反应20min;
(3)静置分层,分别收集下层冰铜和上层贫化后渣,其中贫化后渣含铜量为0.27%,含Fe3O41.58%,冰铜品位%(Cu)68。
铜冶炼渣在贫化过程产生的高温烟气通过锅炉回收余热以及旋风除尘,回收烟气中的锌、铅、钼和砷易挥发有价组分,最后通过洗涤装置除去烟气中所含的二氧化硫气体,达到排空要求后排入大气。
Claims (3)
1.一种搅拌协同喷吹气体携带硫化剂贫化铜渣的方法,其特征在于按照以下步骤进行:
(1)在贫化炉中引入偏心机械搅拌设备,将1150~1350℃的高温熔融态铜渣导入贫化炉中,调整搅拌桨伸入至铜渣液面高度的1/3至1/2处,开启加热和搅拌,控制铜渣的温度为1150-1350℃,搅拌速度为50~200r/min;
(2)在贫化炉的底部或侧部设置用于喷吹携带硫化剂载气的透气转,将硫化剂通过载气经透气砖底吹或侧吹入熔融铜渣中,控制喷吹压力为0.1~1.5MPa,喷吹流量为5~60m3/h,硫化剂加入量为铜渣质量的0.3~8%,喷吹混合物并搅拌10~60min;
(3)静置分层,分别收集下层冰铜和上层贫化后渣,所述上层贫化后渣中含铜量在0.3%以下。
2.根据权利要求1所述的一种搅拌协同喷吹气体携带硫化剂贫化铜渣的方法,其特征在于上述方法中,所述载气为天然气、惰性气体或氮气。
3.根据权利要求1所述的一种搅拌协同喷吹气体携带硫化剂贫化铜渣的方法,其特征在于所述硫化剂包括铜精矿或黄铁矿。
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