CN107502754B

CN107502754B - 一种粗铜的生产方法

Info

Publication number: CN107502754B
Application number: CN201710756779.3A
Authority: CN
Inventors: 陈家斌
Original assignee: Yingkou Shenghai Chemical Co ltd
Current assignee: Yingkou Shenghai Chemical Co ltd
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2020-06-23
Anticipated expiration: 2037-08-29
Also published as: CN107502754A

Abstract

本发明公开了一种粗铜的生产方法，具体包括：首先，将铜精矿、石灰石和硫化亚铜同时由熔炉顶部的进料口加入熔炉中，从熔炉侧壁通入高压甲烷和氧气的混合气体，并点燃，反应10h～12h，熔融态的混合物发生迅速的氧化反应和脱硫反应，反应生成的二氧化硫通过余热回收***后送至制酸***；然后，从熔炉侧壁通入高压的甲烷和氮气的混合气体，发生还原反应，反应3h～5h，分别得到粗铜和反应后的炉渣。通过改进位于熔炉侧壁的风眼的位置和排布，可以熔炉内形成多层流体和湍流区，增强炉内熔融物的流动性，保证铜矿和辅料的均匀混合，提高产率。

Description

一种粗铜的生产方法

技术领域

本发明涉及一种金属冶炼领域，更具体地，涉及一种粗铜的生产方法。

背景技术

目前世界上从硫化矿中提取铜，85%~90%使用的是火法炼铜方法。该方法主要包括：铜精矿的造锍熔炼、铜锍吹炼成粗铜、粗铜火法精炼以及阳极铜电解精炼的工艺步骤，最终得到纯度高达99.95%的适合工业使用的纯铜。

粗铜的生产方法就是将铜精矿进行脱硫除铁冶炼成含铜为95%以上的粗铜，目前世界上广泛使用的主要有三种冶炼方法，分别是闪速法、爱萨法和鼓风炉法等。鼓风炉法由于污染难以治理，而且消耗焦炭，所以基本淘汰。闪速法最早出现于50年代，是目前最成熟的技术，各项配套设备和技术先进完善，可以实现非常高的自动化，污染排放可以做到非常低，适合10~40万吨的大规模铜冶炼工艺，但是，缺点是整体工艺能耗高、渣含铜高、直升烟道粘结重等。爱萨法最早出现于70年代，总体投资低于闪速法，工艺流程比闪速法短，对矿石的品味要求比较低，在10万吨以下的规模具有一定优势。

无论使用哪种方法生产粗铜，其实质都是对铜精矿通过氧化和还原反应脱硫除铁，铜精矿中的硫被氧化以二氧化硫的形式脱除，经回收用于制造硫酸，铁被氧化生成氧化亚铁，并通过造渣反应被去除，当在富氧环境中的氧化反应时间过长，氧化亚铁易于被过氧化成四氧化三铁，由于四氧化三铁的熔点高，易于板结，造成炉渣的流动性差、烟道易于堵塞、渣中含铜量高等缺点，因此，需要再通过还原反应，消耗多余的氧气，使被过氧化的四氧化三铁还原成氧化亚铁。但是实际工艺中，由于生产装置中一次投入的原物料至少1吨，熔融状态温度高（1080℃~1800℃），氧化和还原反应都不会非常充分，导致炉渣中含有铜和四氧化三铁，造成炉渣在被进一步回收提炼纯铁的工艺成本高、难度大，以致造成大量炉渣被丢弃搁置，不仅浪费资源，而且对环境产生污染。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种粗铜的生产方法及用于粗铜生产的生产装置，使氧化和还原反应足够充分，提高去硫率，减少炉渣中的含铜量，便于从炉渣中提炼铁。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种粗铜的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将铜精矿、石灰石和硫化亚铜同时由熔炉顶部的进料口加入熔炉中，从熔炉侧壁通入高压甲烷和氧气的混合气体，并点燃，反应10h~12h，熔融态的混合物发生迅速的氧化反应和脱硫反应，反应生成的二氧化硫通过余热回收***后送至制酸***；

S2：从熔炉侧壁通入高压的甲烷和氮气的混合气体，发生还原反应，反应3h~5h，分别得到粗铜和反应后的炉渣；

其中，所述甲烷和氧气的混合气体的压力为0.1~0.2MPa，流速为150~300m3/t，甲烷与氧气的体积比为1:4~9；

所述甲烷和氮气的混合气体的压力为0.1~0.2MPa，流速为150~300m3/t，甲烷与氮气的体积比为1:10~20；

所述铜精矿的重量百分比为85%~90%，所述石灰石的重量百分比为10%~15%，所述硫化亚铜的重量百分比为0~5%。

进一步地，所述从熔炉侧壁通入气体的方法为：将所述熔炉设置为圆柱形结构，在所述熔炉的侧壁设置风眼，通过风眼向熔炉的内腔通入气体；其中，所述风眼在圆周方向上呈水平均匀分布，沿轴线方向设置一层或多层，所述风眼与所述熔炉的环向圆周的切线夹角小于90°，每层的各个风眼与熔炉的环向圆周的切线夹角相等，在轴线方向上相邻两层的风眼的夹角大于45°。

进一步地，所述风眼在一个圆周方向上的个数为3~8个。

从上述技术方案可以看出，本发明通过由一层或多层呈螺旋排布的风眼通入高压混合气体，可以对熔融物料起到充分的搅拌作用，使氧化和还原反应更彻底，降低炉渣中的含铜量，通过以甲烷为燃料，降低了燃料的使用量，节约成本，通过加入少量硫化亚铜，加速炉腔内的交互反应，得到高质量的粗铜，通过以石灰石为造渣剂，得到更利于回收铁的优质炉渣。因此，本发明具有的显著特点。

附图说明

图1是本发明的一种粗铜的生产方法的流程图；

图2是本发明的熔炉结构示意图；

图3是图2的熔炉在一层风眼处的横截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图1，图1是本发明的一种粗铜的生产方法的流程图。如图所示，包括以下步骤：

S1：将铜精矿、石灰石和硫化亚铜同时由熔炉顶部的进料口加入熔炉中，从熔炉侧壁通入高压甲烷和氧气的混合气体，并点燃，反应10h~12h，熔融态的混合物发生迅速的氧化反应和脱硫反应，反应生成的二氧化硫通过余热回收***后送至制酸***。

具体地，甲烷和氧气的混合气体的压力为0.1~0.2MPa，流速为150~300m3/t，甲烷与氧气的体积比为1:4~9；所述铜精矿的重量百分比为85%~90%，所述石灰石的重量百分比为10%~15%，所述硫化亚铜的重量百分比为0~5%。

现有工艺中，几乎全部采用煤作燃剂熔融原料，煤燃烧产生的粉尘对环境污染大，并且冶炼时间长，大约20h小时左右，成本较高，通过用天然气代替煤作为燃剂，可以将冶炼时间缩短接近一半，并且提高熔炉内的温度至1200℃，更利于反应进行，以及消除烟道板结现象。

以石灰石作为造渣剂，和氧化亚铁生成FeO-CaO系炉渣，利于炉渣在提炼铁的工艺中提纯出铁。

通过从熔炉侧壁吹入甲烷和氧气的混合气体，可以激烈搅动熔融状态的原料，让搅拌更充分，由于在熔融过程中需要持续通入甲烷和氧气的混合气体，因此，混合较现有技术更充分。和现有技术使用煤做燃料相比，甲烷的燃烧能更快的使炉内温度达到1200°左右，熔融态的混合物发生迅速的氧化反应和脱硫反应，通常在高温下铁的硫化物在富氧作用下生成Fe₃O₄和SO₂；铜的硫化物主要与过氧化的Cu₂O和Fe₃O₄发生交互反应生成粗铜，在原料中添加一定比例的硫化亚铜，可以促进铜精矿中的铜元素被反应成粗铜，加快反应速度，减少炉渣中铜的含量，发生的化学反应如下：

3FeS₂+8O₂=Fe₂O₃+ FeO+6SO₂

2FeS+3O₂=2FeO+2SO₂

Cu₂S+2Cu₂O=6Cu+SO₂

Cu₂S+2Fe₂O₃=4FeO+2Cu+SO₂

CuS+2Cu₂O=5Cu+SO₂

CuS+2Fe₂O₃=4FeO+Cu+SO₂

S2：氧化反应完成后，再通入高压的甲烷和氮气的混合气体，发生还原反应，得到粗铜和反应后的炉渣。优选地，甲烷和氮气的混合气体的压力为0.1~0.2MPa，流速为150~300m3/t，甲烷与氮气的体积比为1:10~20。

经过步骤S1，仍然存在大量过氧化的Cu₂O和Fe₃O₄，由于Fe₃O₄熔点高，导致炉渣易板结，流动性差，因此，需要加入还原剂去除炉渣中的过氧化的Cu₂O和Fe₃O₄，将铜离子进一步还原成粗铜。

甲烷在高温无氧的条件下，与水蒸气发生反应生成还原剂CO和H₂，还原剂CO和H₂将过氧化的Cu₂O和Fe₃O₄还原为Cu和FeO，Cu经熔炉的虹吸口被收集制成粗铜，FeO与造渣剂石灰石生成FeO-CaO系炉渣，利于炉渣在提炼铁的工艺中提纯出铁，还原反应如下：

CH₄+H₂O=CO+3H₂

2Cu₂O+ CO+H₂=4Cu+CO₂+H₂O

3Fe₃O₄+CO+H₂=9FeO+CO₂+H₂O

为了让上述氧化和还原反应足够充分，减少炉渣中的铜含量，提高炉渣质量，本发明对侧通气体的装置进行了改进。参阅图2，图2为本发明的熔炉结构示意图。如图所示，熔炉具有底座1、位于底座上的底板2、位于融炉侧壁的围板3、顶部盖板4、位于盖板4上的进料口5和排气口6、位于炉腔底部的虹吸口7、位于下端的炉渣口8；由底板2、围板3和顶部盖板4构成炉腔9，炉腔内层设有耐火材料层，耐火材料层由内到外依次包括镁质耐火材料和黏土质耐火材料，例如底板2的上面依次铺设底部黏土质耐火材料层10和弧形镁质耐火材料层11，在围板3由外到内依次铺设侧壁黏土质耐火材料层12和侧壁镁质耐火材料层13，在顶部盖板4的下方加装顶部拉杆14和顶部镁质耐火材料层15，围板3的四周由***钢立板16加固，熔炉整体呈圆柱形。

本发明对风眼的位置及分布进行了改进，在本实施例中，在熔炉侧壁轴线方向上设置底层风眼17和顶层风眼18，每层风眼在圆周方向上水平均匀分布，为4个，每个风眼与熔炉的环向圆周的切线夹角19小于90°，各个风眼与熔炉的环向圆周的切线夹角相等，底层与顶层相邻两层风眼的夹角20大于45°，如图3所示。上述方式分布的风眼在炉体内可以形成多层流体和湍流区，增强炉内熔融物的流动性，保证铜矿和辅料的均匀混合，提高产率。优选地，风眼在一个圆周方向上的个数为3~8个。

由于通过特别排布的风眼向熔融物中持续通入混合气体，无论是氧化反应阶段，还是还原反应阶段，熔融物都得到充分搅拌，发生的反应更充分，因此，降低了炉渣中Cu的含量，以及去除炉渣中的Fe₃O₄，得到高质量的FeO-CaO系炉渣，为后续的Fe元素提纯简化了工艺步骤，不仅节约工艺成本，而且避免炉渣废弃污染环境。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种粗铜的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述铜精矿的重量百分比为85%~90%，所述石灰石的重量百分比为10%~15%，所述硫化亚铜的重量百分比为0~5%；

所述从熔炉侧壁通入气体的方法为：将所述熔炉设置为圆柱形结构，在所述熔炉的侧壁设置风眼，通过风眼向熔炉的内腔通入气体；其中，所述风眼沿轴线方向设置多层，同一层的风眼在圆周方向上呈水平均匀分布，所述风眼与所述熔炉的环向圆周的切线夹角小于90°，每层的各个风眼与熔炉的环向圆周的切线夹角相等，顶层与底层相邻两层风眼在垂直于熔炉的轴线的面上的投影的夹角大于45°，顶层和底层风眼在熔炉周向上的吹气方向不同。

2.根据权利要求1所述的一种粗铜的生产方法，其特征在于，同一层的风眼在一个圆周方向上的个数为3~8个。