CN105734305A - 一种用于处理高杂质金属锍的精炼脱杂*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于处理高杂质金属锍的精炼脱杂***，包括盛锍容器、精炼炉、进液管、出液管、真空泵、驱动气体管、顶吹喷嘴、冷凝器以及升降装置；本发明比较彻底地，且在最靠近整个铜冶炼流程的源头的地方将杂质元素从整个铜冶炼流程中脱除出去，有利于下游工序正常生产，提高了企业的生产效率，降低了企业的生产成本，且提高了杂质元素的回收率，为企业创造了效益。本发明使得杂质元素以氧化物形态被冷凝收集，得到一堆松散的、类似于细小沙粒的氧化物颗粒或氧化物粉末，方便运出和后续处理，提高了精炼脱杂工序的工作效率，保证了整个铜冶炼流程的正常生产节奏。

Description

一种用于处理高杂质金属锍的精炼脱杂***

技术领域

本发明涉及有色金属冶炼技术领域，尤其是涉及一种用于处理高杂质金属锍的精炼脱杂***。

背景技术

在铜冶炼行业内，从硫化铜精矿提铜通常采用火法冶金的方法，其流程一般为：硫化铜矿石→采选工序→铜精矿→熔炼工序→冰铜→吹炼工序→粗铜→阳极精炼工序→阳极铜→电解精炼工序→高纯阴极铜。

近年来，随着铜冶炼行业飞速发展，老冶炼厂和新建冶炼厂挖潜改造使铜产量增加较快，而且这种趋势还会一直持续下去，造成优质铜精矿的供应变得越来越紧张。对于买矿企业来说，采购优质的铜精矿比采购含杂质高的铜精矿成本要高。因此，冶炼厂从自身效益出发，采购的原料变得越来越复杂，杂质成分越来越高，主要有铅、锌、砷、锑、铋、锡等杂质元素。这些高杂质铜精矿投入生产后，使得熔炼工序需要承受和面对处理高杂质铜精矿所带来的一系列困难和问题，使得吹炼工序需要承受和面对处理高杂质冰铜所带来的一系列困难和问题，使得阳极精炼工序需要承受和面对处理高杂质粗铜所带来的一系列困难和问题，使得电解精炼工序需要承受和面对处理高杂质阳极铜所带来的一系列困难和问题，使用高杂质铜精矿给整个生产***的正常生产带来了显著的消极影响；且自从高杂质铜精矿源源不断地进入熔炼工序被处理，即意味着上述高杂质元素进入了铜冶炼流程，但是目前的整个铜冶炼流程中没有有效地将上述杂质元素从铜冶炼流程中脱除的工序或方法，从而形成了一种“杂质元素只进不出”的模式，造成上述杂质元素随着高杂质铜精矿源源不断地进入铜冶炼流程，而在整个铜冶炼流程中不断地循环且逐渐地富集，从而进一步地提高了上述各个生产工序所处理的原料中的杂质含量水平，进一步地增加了上述各个工序在处理高杂质原料的过程中所遇到的困难的程度，以上两点结合显著地降低了企业的生产效率，显著地提高了企业的生产成本。

因此，如何尽量彻底地，且尽量在靠近整个铜冶炼流程的源头的地方将杂质元素铅、锌、砷、锑、铋和/或锡从整个铜冶炼流程中脱除出去，以利于下游工序正常生产，提高企业的生产效率，降低企业的生产成本，且提高杂质元素铅、锌、砷、锑、铋和/或锡的回收率，为企业创造效益是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

基于上述说明，本发明的目的在于提供一种用于处理高杂质金属锍的精炼脱杂***，该精炼脱杂***能够较彻底地，且在紧邻整个铜冶炼流程的源头的地方将杂质元素铅、锌、砷、锑、铋和/或锡从整个铜冶炼流程中脱除出去，以利于下游工序正常生产，提高企业的生产效率，降低企业的生产成本，且提高杂质元素铅、锌、砷、锑、铋和/或锡的回收率，为企业创造效益。

为解决上述的技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于处理高杂质金属锍的精炼脱杂***，包括用于盛装金属锍熔液的盛锍容器、精炼炉、进液管、出液管、真空泵、驱动气体管、顶吹喷嘴、用于对精炼脱杂过程中产生的气态挥发物以及烟气进行冷却的冷凝器以及用于升降所述精炼炉的升降装置；

所述精炼炉的外形是立式柱状，内部中空形成空腔，所述精炼炉包括钢制外壳以及砌筑在所述钢制外壳内表面的耐火材料内衬，所述精炼炉的顶部设置有用于与所述真空泵连接的出气口，所述精炼炉的出气口与所述冷凝器的进气口连通，所述冷凝器的出气口与所述真空泵连通；

所述进液管与所述出液管均包括钢制内壳、设置在所述钢制内壳的内表面的耐火材料内衬以及设置在所述钢制内壳的外表面的耐火材料外衬；

所述进液管与所述出液管固定设置于所述精炼炉的底壁上且与所述精炼炉的底壁密封连接，所述精炼炉内的空腔与所述进液管中的空腔通道相互连通，所述精炼炉内的空腔与所述出液管中的空腔通道相互连通，所有与所述精炼炉连接的装置在与所述精炼炉连接的部位均进行密封处理以防止破坏所述精炼炉内的真空状态；

所述驱动气体管设置在所述进液管上以向所述进液管内的金属锍熔液中喷吹带压的驱动气体；

所述顶吹喷嘴设置在所述精炼炉的顶壁上且可沿所述精炼炉的顶壁上下滑动以用于通过所述顶吹喷嘴以顶吹气体的方式向所述精炼炉内的空腔的上部空间吹送含氧气体；

所述顶吹喷嘴为包括多个内外套装的空心管的多层内外套管结构，所述顶吹喷嘴包括由空心管内的空腔或相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的空腔形成的且用于输送所述含氧气体的第一含氧气体通道，所述第一含氧气体通道与所述含氧气体的气源装置连通；

所述顶吹喷嘴还包括由相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的空腔形成的且用于对所述顶吹喷嘴进行冷却保护的冷却循环水通道，所述冷却循环水通道与冷却水供给装置连通；

所述顶吹喷嘴的出气口位于所述精炼炉内的金属锍熔液的上液面以上且与金属锍熔液的上液面相距一定距离，且所述顶吹喷嘴的出气口与金属锍熔液的上液面之间的距离大小满足防止含氧气体气流与下方的金属锍熔液接触或混合。

优选的，所述顶吹喷嘴还包括由空心管内的空腔或相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的空腔形成的且用于输送可燃气体的可燃气体通道，所述可燃气体通道与所述可燃气体的气源装置连通；

所述顶吹喷嘴还包括由空心管内的空腔或相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的空腔形成的且用于输送配合所述可燃气体燃烧的含氧气体的第二含氧气体通道，所述第二含氧气体通道与所述含氧气体的气源装置连通；

所述可燃气体通道与所述第二含氧气体通道为一体式结构，且所述可燃气体通道与所述第二含氧气体通道的一体式结构与所述第一含氧气体通道为分体式结构，所述可燃气体通道与所述第二含氧气体通道的一体式结构可相对于所述第一含氧气体通道在竖直方向上上下滑动。

优选的，所述盛锍容器为金属锍炉，所述金属锍炉包括在其炉壁上开设的且用于所述精炼炉下降进入或上升出去的开口。

优选的，所述盛锍容器为用于盛装冰铜熔液的冰铜炉或用于盛装镍锍熔液的镍锍炉。

与现有技术相比，本发明提供了一种用于处理高杂质金属锍的精炼脱杂***，该精炼脱杂***具有以下有益的技术效果：

1.对于铜冶炼行业，本发明对熔炼工序产出的冰铜进行精炼脱杂，将冰铜熔液中的杂质元素铅、锌、砷、锑、铋和锡比较彻底地脱除，产出脱杂净化后的冰铜熔液，从而可以为后续的吹炼工序提供优质的原料冰铜，可以为后续的阳极精炼工序提供优质的原料粗铜，可以为后续的电解精炼提供优质的原料阳极铜，使得除了第一个工序熔炼工序还需处理高杂质原料之外，后续的吹炼工序、阳极精炼工序以及电解精炼工序都无需再处理高杂质原料了，使得除了熔炼工序之外，后续的其它工序均无需再承受和面对处理高杂质原料所带来的一系列困难和问题；在第一个工序熔炼工序之后即把杂质元素比较彻底地从冰铜中脱除，即在最靠近整个铜冶炼流程的源头的地方将杂质元素脱除；在第一个工序熔炼工序之后即把杂质元素比较彻底地从冰铜中脱除，即在整个铜冶炼流程上开设了一个杂质元素出口，使得“杂质元素有进有出”，彻底改变了原来“只进不出”的模式，使得杂质元素从熔炼工序进入后，直接从熔炼工序和吹炼工序之间出去，不向后续工序传递或流动，彻底解决了原来杂质元素在整个铜冶炼流程中不断地循环且逐渐地富集的问题；在第一个工序熔炼工序之后即把杂质元素比较彻底地从冰铜中脱除，杂质元素从熔炼工序集中进入，然后从熔炼工序之后的精炼脱杂工序集中脱除，杂质元素不向后续工序传递或流动，不分散，从而显著地提高了杂质元素铅、锌、砷、锑、铋和锡的回收率。综上，本发明比较彻底地，且在最靠近整个铜冶炼流程的源头的地方将杂质元素铅、锌、砷、锑、铋和锡从整个铜冶炼流程中脱除出去，有利于下游工序正常生产，提高了企业的生产效率，降低了企业的生产成本，且提高了杂质元素铅、锌、砷、锑、铋和锡的回收率，为企业创造了效益。

2.本发明中，在所述精炼炉内，向所述精炼炉内的空腔的上部空间吹送含氧气体，利用所述含氧气体中的氧元素将变成气体挥发的杂质元素铅、锌、砷、锑、铋和/或锡的硫化物和单质氧化成氧化物，然后气体进入与精炼炉连通的冷凝器被冷凝，得到冷凝后的凝聚态的杂质元素铅、锌、砷、锑、铋和/或锡的氧化物混合物，由于氧化物的熔点比单质的熔点要高得多，使得携带大量氧化物的气流进入冷凝器后，该氧化物直接被冷凝成基本上没有粘连性的固态颗粒或粉末，该固态颗粒或粉末在下落过程中进一步地被冷却，至冷凝器底部后彻底失去粘连性，得到一堆松散的、类似于细小沙粒的氧化物颗粒或氧化物粉末，该氧化物颗粒或氧化物粉末即为上述的氧化物混合物。显而易见地，松散的、类似于细小沙粒的氧化物颗粒或氧化物粉末可以很容易地从冷凝器中运出，省时省力，彻底解决了上述体积太大的多元合金难以从冷凝器中运出的问题；且该氧化物混合物本身就是颗粒状或粉末状，无需后续再进行破拆粉碎，省时省力，同时彻底解决了上述多元合金由于质地较软难以粉碎为颗粒状或粉末状，从而提高了精炼脱杂工序的工作效率，保证了整个铜冶炼流程的正常生产节奏。

3.本发明通过改进加热方式提高了热量利用率以及传热效率，保证了进行精炼脱杂的金属锍熔液对温度的要求，提高了精炼脱杂的进行速度和完成程度；且同时该加热方式提高了精炼炉上部空间内的温度，防止了喷溅的金属锍熔液冷却凝固形成结瘤物，从而减少了结瘤物的生成；使得结瘤物受热熔化再次变成液体，顺着精炼炉的内壁向下流动，再次回流至循环流动的金属锍熔液中，完成精炼脱杂过程，从而减少了已经生成的结瘤物的数量，从而减弱了上述的结瘤物所带来的一系列消极影响。

附图说明

图1是本发明实施例提供的用于处理高杂质金属锍的精炼脱杂***的结构示意图。

图中：1精炼炉，101出气口，2进液管，201驱动气体管，3出液管，4顶吹喷嘴，5盛锍容器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“轴向”、“径向”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“水平”、“竖直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示或实际应用中的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，图1是本发明实施例提供的用于处理高杂质金属锍的精炼脱杂***的结构示意图。

一种用于处理高杂质金属锍的精炼脱杂***，包括用于盛装金属锍熔液的盛锍容器5、精炼炉1、进液管2、出液管3、真空泵、驱动气体管201、顶吹喷嘴4、用于对精炼脱杂过程中产生的气态挥发物以及烟气进行冷却的冷凝器以及用于升降精炼炉1的升降装置；

精炼炉1的外形是立式柱状，内部中空形成空腔，精炼炉1包括钢制外壳以及砌筑在钢制外壳内表面的耐火材料内衬，精炼炉1的顶部设置有用于与真空泵连接的出气口101，精炼炉1的出气口101与冷凝器的进气口连通，冷凝器的出气口与真空泵连通；

进液管2与出液管3均包括钢制内壳、设置在钢制内壳的内表面的耐火材料内衬以及设置在钢制内壳的外表面的耐火材料外衬；

进液管2与出液管3固定设置于精炼炉1的底壁上且与精炼炉1的底壁密封连接，精炼炉1内的空腔与进液管2中的空腔通道相互连通，精炼炉1内的空腔与出液管3中的空腔通道相互连通，所有与精炼炉1连接的装置在与精炼炉1连接的部位均进行密封处理以防止破坏精炼炉1内的真空状态；

驱动气体管201设置在进液管2上以向进液管2内的金属锍熔液中喷吹带压的驱动气体；

顶吹喷嘴4设置在精炼炉1的顶壁上且可沿精炼炉1的顶壁上下滑动以用于通过顶吹喷嘴4以顶吹气体的方式向精炼炉1内的空腔的上部空间吹送含氧气体；

顶吹喷嘴4为包括多个内外套装的空心管的多层内外套管结构，顶吹喷嘴4包括由空心管内的空腔或相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的空腔形成的且用于输送含氧气体的第一含氧气体通道，第一含氧气体通道与含氧气体的气源装置连通；

顶吹喷嘴4还包括由相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的空腔形成的且用于对顶吹喷嘴进行冷却保护的冷却循环水通道，冷却循环水通道与冷却水供给装置连通；

顶吹喷嘴4的出气口位于精炼炉内的金属锍熔液的上液面以上且与金属锍熔液的上液面相距一定距离，且顶吹喷嘴4的出气口与金属锍熔液的上液面之间的距离大小满足防止含氧气体气流与下方的金属锍熔液接触或混合。

本发明提供的用于处理高杂质金属锍的精炼脱杂***的工作模式为：包括以下步骤：

1)首先将熔融的金属锍熔液加入到用于盛装金属锍熔液的盛锍容器5中，优选的通过溜槽将金属锍熔液从熔炼炉引入盛锍容器5中；然后将设置在精炼炉1底壁上的进液管2和出液管3浸入到盛锍容器5内金属锍熔液的上液面以下一定深度，然后开启与精炼炉1连通的真空泵将精炼炉1内的空腔抽成真空状态，此时在精炼炉1内真空残压与外界大气压之间的大气压差的作用下盛锍容器5中的金属锍熔液沿进液管2和出液管3内的空腔通道上升流入精炼炉1的空腔内；

2)向进液管2内的金属锍熔液中喷吹带压的驱动气体，然后在大气压差及驱动气体的带动下盛锍容器5中的金属锍熔液不断地由进液管2上升流入精炼炉1内，然后精炼炉1内的金属锍熔液再通过出液管3不断地由精炼炉1流出返回至盛锍容器5内，在盛锍容器5、进液管2、精炼炉1以及出液管3之间形成金属锍熔液的循环流动；

同时，精炼炉1内的金属锍熔液中所包括的杂质元素的全部含量的一部分以硫化物形态直接挥发，全部含量的一部分以单质形态直接挥发，实现脱除杂质元素的精炼过程；

同时，在精炼炉1内，通过顶吹喷嘴4向精炼炉1内的空腔的上部空间吹送含氧气体，利用含氧气体中的氧元素将变成气体挥发的杂质元素的硫化物和单质氧化成氧化物，然后气体进入与精炼炉1连通的冷凝器被冷凝，得到冷凝后的凝聚态的杂质元素的氧化物混合物，且控制含氧气体气流的流体性质以用于防止含氧气体气流与下方的金属锍熔液接触或混合；

杂质元素包括铅、锌、砷、锑、铋和锡元素中的一种或多种或全部；

3)步骤2)进行一段时间后，取样化验精炼脱杂后的金属锍熔液的组分及含量，若化验结果达到目标设计要求，则首先破除精炼炉1内的真空状态，然后将设置在精炼炉1底壁上的进液管2和出液管3脱离盛锍容器5内的金属锍熔液，精炼脱杂处理结束；若化验结果未达到目标设计要求，继续精炼脱杂，直至化验结果达到目标设计要求；精炼脱杂结束得到脱杂后的金属锍熔液、凝聚态的杂质元素的氧化物混合物以及由真空泵排出的烟气。上述产出的脱杂后的金属锍熔液通过溜槽流入后续设备进行后续处理。

本发明中，金属锍熔液为冰铜熔液或镍锍熔液，在铜冶炼行业内为冰铜熔液，也称作铜锍；在镍冶炼行业内为镍锍。

本发明中，精炼脱杂处理仅是脱除金属锍中的杂质元素铅、锌、砷、锑、铋和/或锡元素，并没有改变金属锍熔液的性状，上述步骤3)中“精炼脱杂结束得到脱杂后的金属锍熔液、凝聚态的杂质元素的氧化物混合物以及由真空泵排出的烟气”提及的“脱杂后的金属锍熔液”仍然是金属锍熔液，是脱除了部分杂质元素的金属锍熔液，是得到了净化的金属锍熔液，该金属锍熔液相较于精炼脱杂前的金属锍熔液除了杂质元素铅、锌、砷、锑、铋和/或锡的含量显著降低之外，其余性状并没有明显改变，包括所含其它元素的种类和含量、熔点、粘度等等。

本发明中，精炼炉1内的金属锍熔液中所包括的杂质元素的全部含量的一部分以硫化物形态直接挥发，全部含量的一部分以单质形态直接挥发，实现脱除杂质元素的精炼过程。进一步的，精炼炉1内的金属锍熔液中所包括的杂质元素的全部含量的主要部分以硫化物形态直接挥发，其次以单质形态直接挥发，可能还有极少量的以氧化物形态挥发。

本发明中，上述含氧气体优选为空气或富氧空气，富氧空气中氧气的体积百分比为25％～95％。

本发明中，对于化验结果的目标设计要求，显而易见地，铅、锌、砷、锑、铋和锡这六种元素的挥发性有大有小，该六种元素不太可能同时脱除至理想值，因此，上述目标设计要求只能以上述6中元素中的某一个元素或某几个元素的含量作为目标参考，只能以对生产影响最大的某一个元素或某几个元素的含量作为目标参考，例如：铅和砷两种元素在铜精矿中含量最高，二者对生产的影响最大，因此可以以铅和砷这两种元素的含量作为上述化验结果的目标设计要求，只要取样化验的铅和砷的含量达到了目标设计要求，就意味着脱杂过程结束，则首先破除精炼炉1内的真空状态；至于其余杂质元素的脱除效果是否达到理想程度，不作深究。

本发明中，上述驱动气体为氮气或氩气，优选为氮气。

本发明中，上述真空残压即指精炼炉1内空腔在真空状态下所残余的气体的压力，与名词真空度的意义一样。优选的，步骤2)中的真空残压为100Pa～1000Pa。

本发明中，对用于盛装金属锍熔液的盛锍容器5的结构和类型不作限制，满足用于盛装金属锍熔液这个功能即可，该盛锍容器5顶面至少具有一个开口以允许精炼炉1上下升降。

本发明中，通过设置在进液管2上的驱动气体管201向进液管2内的金属锍熔液中喷吹带压的驱动气体。

本发明中对上述用于升降精炼炉1的升降装置的种类和规格不做限制，采用现有技术中的升降装置满足升降精炼炉1这个功能即可，可以是顶升，也可以是起吊。

本发明对该冷凝器的种类和规格不做限制，采用现有技术中的冷凝器满足冷却蒸馏产出的气态挥发物与烟气的功能即可。

本发明中，高杂质金属锍意指金属锍中杂质元素的含量较高，杂质元素包括铅、锌、砷、锑、铋和锡元素中的一种或多种或全部，杂质元素的含量超过行业对其含量的通用的要求范围。

本发明中，实际生产中，上述金属锍熔液不一定包括全部的上述六种杂质元素，可能包括上述六种杂质元素的一种或几种，也可能包括全部的上述六种元素。实际生产中，即使上述金属锍熔液包含上述的六种杂质元素的某一种，但该杂质元素的含量可能也不超过行业通用标准，而是所含的其它某种杂质元素的含量超过行业通用标准。实际生产中，只要上述金属锍熔液中所含的杂质元素是上述六种杂质元素之一且该杂质元素含量超过行业通用标准，该金属锍熔液就为高杂质金属锍熔液。

本发明可处理的高杂质冰铜中可能存在的上述六种杂质元素的重量百分比的优选的上限值为：铅≤10％、锌≤10％、砷≤15％、锑≤15％、铋≤5％、锡≤5％。

本发明提供了一种用于处理高杂质金属锍的精炼脱杂***，显而易见地，该精炼脱杂***并不是只能处理高杂质金属锍，处理高杂质金属锍仅是该精炼脱杂***的众多功能中的比较突出的一点；既然该精炼脱杂***能够处理高杂质金属锍，显然，其也能够处理元素含量正常的金属锍。

本发明精炼脱杂的原理为：

(1)在真空环境及同一温度条件下，冰铜熔液中的杂质元素铅、锌、砷、锑、铋、锡具有较高的蒸气压，容易变成气态挥发，挥发形态可能是单质态，也可能是硫化物态；而冰铜熔液中Cu₂S、FeS的蒸气压比较小，基本不挥发，从而达到从冰铜熔液中脱除元素铅、锌、砷、锑、铋、锡，净化冰铜的目的。

(2)冰铜中，铜主要以Cu₂S形态存在，不会与元素铅、锌、砷、锑、铋、锡形成化合物，没有化学结合力的影响，元素铅、锌、砷、锑、铋、锡可以挥发得更好。

(3)金属硫化物的挥发性通常大于其对应金属单质的挥发性。元素铅、锌、砷、锑、铋、锡可以与冰铜中部分硫形成硫化物，然后以硫化物形态挥发，可以获得比以金属态挥发更高的挥发率和挥发速率。

(4).金属锍熔液循环流动的原理：当将设置在精炼炉1底面上的进液管2和出液管3浸入到盛锍容器5内熔液的上液面以下一定深度，然后开启与精炼炉1连通的真空泵将精炼炉1内的空腔抽成真空状态，此时在精炼炉1内真空残压与外界大气压之间的大气压差的作用下盛锍容器5中的熔液沿进液管2和出液管3的空腔通道上升流入精炼炉1的空腔内；此时的金属锍熔液并不循环流动；为使金属锍熔液循环流动，向进液管2内的熔液中喷吹带压的驱动气体，驱动气体进入进液管2内的熔液后由于受热膨胀和压力下降，引起等温膨胀，在进液管2内瞬间产生大量的气泡核并迅速膨胀，膨胀的气体驱动金属锍熔液上升，在大气压差及驱动气体的带动下盛锍容器5中的熔液不断地由进液管2上升流入精炼炉1内，然后精炼炉1内的熔液再通过出液管3不断地由精炼炉1流出返回至盛锍容器5内，在盛锍容器5、进液管2、精炼炉1以及出液管3之间形成熔液的循环流动。

对于铜冶炼行业，本发明对熔炼工序产出的冰铜进行精炼脱杂，将冰铜熔液中的杂质元素铅、锌、砷、锑、铋和锡比较彻底地脱除，产出脱杂净化后的冰铜熔液，从而可以为后续的吹炼工序提供优质的原料冰铜，可以为后续的阳极精炼工序提供优质的原料粗铜，可以为后续的电解精炼提供优质的原料阳极铜，使得除了第一个工序熔炼工序还需处理高杂质原料之外，后续的吹炼工序、阳极精炼工序以及电解精炼工序都无需再处理高杂质原料了，使得除了熔炼工序之外，后续的其它工序均无需再承受和面对处理高杂质原料所带来的一系列困难和问题；在第一个工序熔炼工序之后即把杂质元素比较彻底地从冰铜中脱除，即在最靠近整个铜冶炼流程的源头的地方将杂质元素脱除；在第一个工序熔炼工序之后即把杂质元素比较彻底地从冰铜中脱除，即在整个铜冶炼流程上开设了一个杂质元素出口，使得“杂质元素有进有出”，彻底改变了原来“只进不出”的模式，使得杂质元素从熔炼工序进入后，直接从熔炼工序和吹炼工序之间出去，不向后续工序传递或流动，彻底解决了原来杂质元素在整个铜冶炼流程中不断地循环且逐渐地富集的问题；在第一个工序熔炼工序之后即把杂质元素比较彻底地从冰铜中脱除，杂质元素从熔炼工序集中进入，然后从熔炼工序之后的精炼脱杂工序集中脱除，杂质元素不向后续工序传递或流动，不分散，从而显著地提高了杂质元素铅、锌、砷、锑、铋和锡的回收率。综上，本发明比较彻底地，且在最靠近整个铜冶炼流程的源头的地方将杂质元素铅、锌、砷、锑、铋和锡从整个铜冶炼流程中脱除出去，有利于下游工序正常生产，提高了企业的生产效率，降低了企业的生产成本，且提高了杂质元素铅、锌、砷、锑、铋和锡的回收率，为企业创造了效益。

本发明中，杂质元素铅、锌、砷、锑、铋和/或锡元素主要以硫化物形态直接挥发，其次以单质形态直接挥发，可能还有极少量的以氧化物形态挥发。上述硫化物与单质变成气体挥发进入精炼炉1上部的自由空间后，由于精炼炉1上部的自由空间内的温度较高，且由于铅、锌、砷、锑、铋和/或锡元素的硫化物在高温下不稳定易发生热分解，使得上述的硫化物的绝大部分相应地热分解为单质铅、锌、砷、锑、铋和/或锡和单质硫，然后热分解产生的单质铅、锌、砷、锑、铋和/或锡、单质硫以及一开始就以单质形态挥发的单质铅、锌、砷、锑、铋和/或锡随气流一块进入后续的冷凝器冷凝，由于单质硫的熔点和沸点均较低，通常不会在冷凝器中冷凝，而是继续以气态流入后续的装置，因此冷凝器中通常仅冷凝上述的单质铅、锌、砷、锑、铋和/或锡。由于单质铅、锌、砷、锑、铋和/或锡的熔点较低，且进一步的，冷凝过程中单质铅、锌、砷、锑、铋和/或锡相互掺混，形成包括铅、锌、砷、锑、铋和/或锡元素的多元合金，该多元合金的熔点更低，比元素铅、锌、砷、锑、铋和锡中任何一个的熔点都低，使得多元合金虽被冷凝，但冷凝后通常是液态，至多是半液态半固态，基本不可能形成不具有粘连性的固态，使得冷凝后的多元合金仍然具有流动性和粘连性，多元合金的小液滴或者是半液态半固态且具有很强粘连性的小颗粒最终汇集于冷凝器的底部，进一步被冷凝，最终很容易冷凝形成体积很大的一大坨或一大块的固态多元合金，由于体积太大，该固态多元合金很难从冷凝器原本设计的物料出口中运出，需要先将冷凝器停止工作，然后等待冷凝器内部温度降至接近室温，然后打开冷凝器，让工人进入冷凝器进行破拆大块，费时费力；且由于体积太大，该固态多元合金即使从冷凝器中运出后，还必须对其进行破拆粉碎以方便后续处理，费时费力，且由于铅、锌、砷、锑、铋和/或锡元素的金属单质的硬度较低，使得上述的多元合金质地较软，因此很难将该大块多元合金粉碎成颗粒状或粉末状。综上，目前的工艺使得变成气体挥发脱除的杂质元素以单质形态在冷凝器中被冷凝，很容易形成体积很大的一大块多元合金，该多元合金由于体积太大、质地较软等原因，给后续的处理带来很多的消极影响，严重降低了精炼脱杂工序的工作效率，严重影响了整个铜冶炼流程的正常生产节奏。为此，本发明中，在精炼炉1内，通过顶吹喷嘴4向精炼炉1内的空腔的上部空间吹送含氧气体，利用含氧气体中的氧元素将变成气体挥发的杂质元素的硫化物和单质氧化成氧化物，然后气体进入与精炼炉1连通的冷凝器被冷凝，得到冷凝后的凝聚态的杂质元素的氧化物混合物，且控制含氧气体气流的流体性质以用于防止含氧气体气流与下方的金属锍熔液接触或混合；由于氧化物的熔点比单质的熔点要高得多，使得携带大量氧化物的气流进入冷凝器后，该氧化物直接被冷凝成基本上没有粘连性的固态颗粒或粉末，该固态颗粒或粉末在下落过程中进一步地被冷却，至冷凝器底部后彻底失去粘连性，得到一堆松散的、类似于细小沙粒的氧化物颗粒或氧化物粉末，该氧化物颗粒或氧化物粉末即为上述的氧化物混合物。显而易见地，松散的、类似于细小沙粒的氧化物颗粒或氧化物粉末很容易地从冷凝器中运出，省时省力，彻底解决了上述体积太大的多元合金难以从冷凝器中运出的问题；且该氧化物混合物本身就是颗粒状或粉末状，无需后续再进行破拆粉碎，省时省力，同时彻底解决了上述多元合金由于质地较软难以粉碎为颗粒状或粉末状，从而提高了精炼脱杂工序的工作效率，保证了整个铜冶炼流程的正常生产节奏。

在精炼炉1内，向精炼炉1内的空腔的上部空间吹送含氧气体时，由于含氧气体中的氧元素同样会氧化精炼炉1内底部的金属锍熔液，为了避免金属锍熔液的性状发生改变，使其仍然为金属锍熔液，满足后续吹炼工序对原料冰铜的需要，此时需要控制顶吹喷嘴4的出气口，包括第一含氧气体通道与第二含氧气体通道的出气口，与金属锍熔液的上液面之间的距离大小满足防止含氧气体气流与下方的金属锍熔液接触或混合，同时控制含氧气体气流的流体性质以用于防止含氧气体气流与下方的金属锍熔液接触或混合。上述含氧气体气流的流体性质主要是指含氧气体气流的出口流速，喷射角度等等。

本发明中，上述杂质元素铅、锌、砷、锑、铋和/或锡元素以硫化物形态或单质形态挥发的这个过程主要发生在盛锍容器5中的金属锍熔液的上表面附近处，当金属锍熔液上表面附近的杂质元素被脱除后，位于金属锍熔液内部和下部的杂质元素凭借扩散动力开始向上表面附近处扩散，恢复提高金属锍熔液上表面附近处的杂质元素含量，使得该处的杂质元素进入等待挥发脱除的状态，显然，在盛锍容器5、进液管2、精炼炉1以及出液管3之间形成熔液的循环流动，熔液如此大循环量地流动为脱除金属锍熔液中的上述杂质元素提高了极为有利的动力学条件，大循环量的流动提高了金属锍熔液内部和下部的杂质元素扩散至上液面附近处的速度，减少了扩散时间，也使得金属锍熔液内部和下部的杂质元素可以最大化地上升至金属锍熔液的上液面附近处，从而提高了精炼脱杂处理的脱杂速率和脱杂程度，降低了精炼脱杂处理的脱杂周期。

精炼脱杂过程是需要一定时间的，在该时间段内，金属锍熔液的温度会不可避免地下降，因此需要对金属锍熔液进行加热补充热量。目前行业里通用的加热方式为：在盛锍容器5的侧面炉壁上设置若干个燃烧可燃物与含氧气体的燃烧器对盛锍容器5内的金属锍熔液进行加热保温，燃烧器与盛锍容器5内的金属锍熔液的上液面相距一定距离，该加热方式存在几个问题：1.如此的加热方式类似于“大水漫灌”的模式，燃烧器产生的热量放任自流，燃烧器产生的热量没有全部地应用在真正需要的地方，热量浪费现象严重，热量利用率较低；2.燃烧器产生的热量首先将金属锍熔液液面以上空间内加热，然后上部空间内的热量以辐射传热的方式传递给下方的金属锍熔液，在该过程中传热模式有且仅有辐射传热模式这一种，而根据冶金热力学原理，辐射传热模式是众多传热模式中传热效率最小的几种之一，因此，目前的加热方式存在热量利用率低和传热速度较小的问题；3.由于通常盛锍容器5的长宽面面积较大，仅在盛锍容器5的侧面炉壁上设置若干个燃烧器是不合理的，显然，靠近燃烧器的金属锍熔液加热保温效果较好，离燃烧器越远的金属锍熔液，加热保温效果越差，对于盛锍容器5内的全部金属锍熔液来说，加热保温效果极不均匀。显而易见地，存在上述多个问题的目前的加热方式，不利于解决本发明中上述提及的技术问题，不利于精炼脱杂过程的正常顺利进行。

为此，在本发明的一个实施例中，顶吹喷嘴4还包括由空心管内的空腔或相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的空腔形成的且用于输送可燃气体的可燃气体通道，可燃气体通道与可燃气体的气源装置连通；

顶吹喷嘴4还包括由空心管内的空腔或相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的空腔形成的且用于输送配合可燃气体燃烧的含氧气体的第二含氧气体通道，第二含氧气体通道与含氧气体的气源装置连通；第二含氧气体通道输送的含氧气体只用于配合上述可燃气体燃烧，不参与第一含氧气体通道输送的含氧气体的精炼脱杂过程，实现专气专用，各自相互不影响，根据实际需要，第二含氧气体通道输送的含氧气体与第一含氧气体通道输送的含氧气体在含氧浓上可以不同。

可燃气体通道与第二含氧气体通道为一体式结构，且可燃气体通道与第二含氧气体通道的一体式结构与第一含氧气体通道为分体式结构，可燃气体通道与第二含氧气体通道的一体式结构可相对于第一含氧气体通道在竖直方向上上下滑动。如此设置，可以分开独立地调节顶吹喷嘴在精炼脱杂过程中第一含氧气体通道的出气口与下方金属锍熔液的上液面之间的距离大小，可以分开独立地调节顶吹喷嘴在加热过程中可燃气体通道与第二含氧气体通道的出气口与金属锍熔液的上液面之间的距离大小，分开独立地调节上述距离大小以满足各自的现实应用需要，各自独立，相互不影响，提高了顶吹喷嘴的实用性以及处理效果。

在精炼脱杂过程中，当精炼炉1内的空腔处于真空状态时，通过顶吹喷嘴4以顶吹气体的方式向精炼炉1内喷吹可燃气体和含氧气体，将可燃气体和含氧气体点燃燃烧，利用可燃气体和含氧气体的燃烧反应放出的热量对精炼炉1内的金属锍熔液进行补充加热处理，利用可燃气体和含氧气体的燃烧反应放出的热量对喷溅在精炼炉1内壁上的金属锍熔液冷却后形成的结瘤物进行清除处理。

优选的，可燃气体为天然气或煤气。

本发明，在精炼炉1内的空腔处于真空状态时，通过顶吹喷嘴4以顶吹气体的方式向精炼炉1内喷吹可燃气体和含氧气体，将可燃气体和含氧气体点燃燃烧，利用可燃气体和含氧气体的燃烧反应放出的热量对精炼炉1内的金属锍熔液进行补充加热处理，如此加热，由于杂质元素吸热变成气态挥发全部在精炼炉1内进行和完成，且通过顶吹喷嘴4的燃烧加热也全部在精炼炉1内进行，热量供应方和热量需要方均在精炼炉1内，因此产生的热量可以全部地且直接地传输给在精炼炉1内进行精炼脱杂的这部分金属锍熔液，产生的热量总量相较于改进前明显减少，但对于精炼炉1内进行精炼脱杂过程的这部分金属锍熔液已经足够，采用少量且充足的热量只对进行精炼脱杂的这部分金属锍熔液进行精确补充，产生的热量全部用在需要的地方，避免原来“大水漫灌”的加热模式，不过量，不浪费，提高了热量利用率，减少了可燃物和含氧气体的消耗量；多余的热量会随着金属锍熔液的大循环量流动从精炼炉1内传递到精炼炉1外，传递给盛锍容器5其余部位的金属锍熔液，对盛锍容器5内的金属锍熔液在进入精炼炉1进行精炼脱杂之前进行预热保温，大循环量流动传热在冶金热力学中属于对流传热，对流传热的传热效率相比于辐射传热的要高的多，因此本发明除了辐射传热这种传热效率较低的传热模式，还具有对流传热这种传热效率比较高的传热模式，从而显著地提高了本发明加热方式的传热效率；由于本发明只直接地对在精炼炉1内进行精炼脱杂的这部分金属锍熔液进行加热保温，显而易见地，不会存在上述的加热不均匀的现象。综上，本发明的加热方式保证了进行精炼脱杂的金属锍熔液对温度的要求，提高了精炼脱杂的进行速度和完成程度。

掺杂有驱动气体的金属锍熔液进入精炼炉1内的真空环境后，且在补吹外界含氧气体的情况下，精炼炉1内的金属锍熔液不会是平静地循环流动，而是剧烈的喷溅，如此，不可避免地就有一部分的金属锍熔液喷溅到精炼炉1的内壁上，由于精炼炉1上部空间及上部内壁的温度较低，液态的金属锍熔液会冷却凝固，久而久之，就在精炼炉1的内壁表面形成一层坚硬的结瘤物。显而易见地，该冷态结瘤物对精炼脱杂过程以及对精炼炉1的使用寿命都没有积极作用，例如：由于结瘤物内含有较高的铅、锌、砷、锑、铋等元素，当精炼脱杂结束后，该结瘤物会造成已经达到目标成分要求的金属锍熔液回铅、回锌、回砷等等，造成金属锍熔液中铅、锌或砷元素再次升高；结瘤物会侵蚀精炼炉1的耐火材料内衬；结瘤物还会降低精炼炉1的有效容积。为此，本实施例中，在精炼脱杂过程中，当精炼炉1内的空腔处于真空状态时，通过顶吹喷嘴4以顶吹气体的方式向精炼炉1内喷吹可燃气体和含氧气体，将可燃气体和含氧气体点燃燃烧，利用可燃气体和含氧气体的燃烧反应放出的热量对喷溅在精炼炉1内壁上的金属锍熔液冷却后形成的结瘤物进行清除处理，提高精炼炉1内上部空间及上部内壁的温度防止喷溅的金属锍熔液冷却凝固形成结瘤物，从而减少了结瘤物的生成；提高精炼炉1内上部空间及上部内壁的温度使得结瘤物受热熔化再次变成液体，顺着精炼炉1的内壁向下流动，再次回流至循环流动的金属锍熔液中，完成精炼脱杂过程，从而减少了已经生成的结瘤物的数量，从而减弱了上述的结瘤物所带来的一系列消极影响。

在本发明的一个实施例中，顶吹喷嘴4的具体结构为：顶吹喷嘴4为包括多个内外套装的空心管的多层内外套管结构，包括从内到外依次设置的可燃气体管、第二含氧气体管、第一含氧气体管及冷却水管，可燃气体管内的中空空腔形成上述的可燃气体通道，可燃气体管与第二含氧气体管的管壁之间的空腔形成上述的用于输送配合可燃气体燃烧的含氧气体的第二含氧气体通道，第二含氧气体管与第一含氧气体管的管壁之间的空腔形成上述的用于输送含氧气体的第一含氧气体通道，第一含氧气体管与冷却水管的管壁之间的空腔形成上述的冷却循环水通道。第一含氧气体通道的出气口在精炼炉内的空腔的上部空间，多数情况下在顶部空间，与下方金属锍熔液的上液面之间的距离较大，其喷出的含氧气体只负责氧化从下往上运动至此的蒸馏产生的气态挥发物，不对下方的金属锍熔液进行氧化改性。第二含氧气体管与可燃气体管为一体式结构，二者之间没有相对位置运动，二者的配合主要是为了可燃气体的燃烧放热，多数情况下，二者的出气口在精炼炉内的空腔的偏下部，紧挨着金属锍熔液的上液面，将产生的热及时地、全部地、快速地传递给下方的金属锍熔液，为了调整金属锍熔液的温度，可以调节可燃气体与含氧气体的配比、调节可燃气体的供应量，还可以调节第二含氧气体管与可燃气体管的出气口与金属锍熔液的上液面之间的距离大小，该距离大小调节通过第二含氧气体管与可燃气体管的一体式结构相对于第一含氧气体管的上升与下降运动实现，此时，只有第二含氧气体管与可燃气体管运动，而第一含氧气体管与冷却水管固定不动。

本发明针对想要解决的技术问题，提供了多个递进式的技术方案，多个递进式的技术方案相互组合叠加，相互配合，相互促进，形成一个整体方案，取得的技术效果远好于上述任何一个技术方案的技术效果，叠加效应显著。

本发明未详尽描述的方法和装置均为现有技术，不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，每个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

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。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对于这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (4)

1.一种用于处理高杂质金属锍的精炼脱杂***，其特征在于，包括用于盛装金属锍熔液的盛锍容器、精炼炉、进液管、出液管、真空泵、驱动气体管、顶吹喷嘴、用于对精炼脱杂过程中产生的气态挥发物以及烟气进行冷却的冷凝器以及用于升降所述精炼炉的升降装置；

所述精炼炉的外形是立式柱状，内部中空形成空腔，所述精炼炉包括钢制外壳以及砌筑在所述钢制外壳内表面的耐火材料内衬，所述精炼炉的顶部设置有用于与所述真空泵连接的出气口，所述精炼炉的出气口与所述冷凝器的进气口连通，所述冷凝器的出气口与所述真空泵连通；

所述进液管与所述出液管均包括钢制内壳、设置在所述钢制内壳的内表面的耐火材料内衬以及设置在所述钢制内壳的外表面的耐火材料外衬；

所述进液管与所述出液管固定设置于所述精炼炉的底壁上且与所述精炼炉的底壁密封连接，所述精炼炉内的空腔与所述进液管中的空腔通道相互连通，所述精炼炉内的空腔与所述出液管中的空腔通道相互连通，所有与所述精炼炉连接的装置在与所述精炼炉连接的部位均进行密封处理以防止破坏所述精炼炉内的真空状态；

所述驱动气体管设置在所述进液管上以向所述进液管内的金属锍熔液中喷吹带压的驱动气体；

所述顶吹喷嘴设置在所述精炼炉的顶壁上且可沿所述精炼炉的顶壁上下滑动以用于通过所述顶吹喷嘴以顶吹气体的方式向所述精炼炉内的空腔的上部空间吹送含氧气体；

所述顶吹喷嘴为包括多个内外套装的空心管的多层内外套管结构，所述顶吹喷嘴包括由空心管内的空腔或相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的空腔形成的且用于输送所述含氧气体的第一含氧气体通道，所述第一含氧气体通道与所述含氧气体的气源装置连通；

所述顶吹喷嘴还包括由相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的空腔形成的且用于对所述顶吹喷嘴进行冷却保护的冷却循环水通道，所述冷却循环水通道与冷却水供给装置连通；

所述顶吹喷嘴的出气口位于所述精炼炉内的金属锍熔液的上液面以上且与金属锍熔液的上液面相距一定距离，且所述顶吹喷嘴的出气口与金属锍熔液的上液面之间的距离大小满足防止含氧气体气流与下方的金属锍熔液接触或混合。

2.根据权利要求1所述的精炼脱杂***，其特征在于，所述顶吹喷嘴还包括由空心管内的空腔或相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的空腔形成的且用于输送可燃气体的可燃气体通道，所述可燃气体通道与所述可燃气体的气源装置连通；

所述顶吹喷嘴还包括由空心管内的空腔或相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的空腔形成的且用于输送配合所述可燃气体燃烧的含氧气体的第二含氧气体通道，所述第二含氧气体通道与所述含氧气体的气源装置连通；

所述可燃气体通道与所述第二含氧气体通道为一体式结构，且所述可燃气体通道与所述第二含氧气体通道的一体式结构与所述第一含氧气体通道为分体式结构，所述可燃气体通道与所述第二含氧气体通道的一体式结构可相对于所述第一含氧气体通道在竖直方向上上下滑动。

3.根据权利要求1所述的精炼脱杂***，其特征在于，所述盛锍容器为金属锍炉，所述金属锍炉包括在其炉壁上开设的且用于所述精炼炉下降进入或上升出去的开口。

4.根据权利要求3所述的精炼脱杂***，其特征在于，所述盛锍容器为用于盛装冰铜熔液的冰铜炉或用于盛装镍锍熔液的镍锍炉。