CN107532234A - 粗铜的火法精炼 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种火法精炼粗铜的方法，包括以下步骤：(a)将熔融的粗铜提供到阳极炉中；(b)当步骤(a)中提供的熔融的粗铜的硫浓度高于第一规定目标值时，通过将含氧气体吹入熔融的粗铜中来氧化熔融的粗铜中的硫，直至达到第一规定目标值；(c)随后通过向熔融的粗铜中吹入惰性气体来降低粗铜中的硫和氧含量，直至达到第二规定目标值，其中惰性阶段(c)持续到氧浓度的第二规定目标值低于4000ppm，硫浓度的第二规定目标值低于500ppm；(d)当步骤(c)中获得的熔融的粗铜的硫和/或氧浓度高于第三规定目标值时，随后通过将还原剂提供到熔融的粗铜中来还原粗铜中的氧，直至达到第三规定目标值并获得阳极铜；和(e)任选地浇铸所获得的阳极铜。

Description

粗铜的火法精炼
技术领域
本发明涉及粗铜的火法精炼，更具体地涉及以三阶段火法精炼粗铜的方法。
背景技术
在吹炼炉中生产或直接进入粗铜熔炼炉的粗铜在其能够浇铸成阳极之前必须除去硫和氧。这是以称为火法精炼的方法在阳极炉(AF)中进行的。
典型地，粗铜的火法精炼以两个阶段进行，氧化阶段和还原阶段。在氧化阶段，空气被吹入粗铜，空气中包含的氧将硫氧化为气态二氧化硫。在氧化阶段，一些氧也溶解在熔融的粗铜中。在还原阶段，溶解的氧被除去，在该还原阶段中还原剂例如天然气被吹入氧化的粗铜中。
为了获得用于阳极铸造的良好品质的阳极铜，粗铜的硫浓度必须降低到低于50ppm。然而，为了实现所需的硫浓度，在氧化阶段结束时，引起了粗铜中的溶解氧的快速增加。这导致铜损失为炉渣且导致引起高的还原剂消耗的长时间的还原阶段。
CN101314819B提出了一个阶段的火法精炼方法，其中氩、工业氮、饱和蒸汽或其混合物被吹入铜，并且省略了氧化和还原阶段。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于粗铜的火法精炼的方法，以克服在火法精炼过程中与粗铜的过度氧化相关的上述问题。本发明的目的通过独立权利要求中所述的方法来表征。本发明的优选实施方案公开于从属权利要求中。
本发明基于这样一种认识：惰性气体如氮气的吹入避免了粗铜的过度氧化，并且在精炼具有降低的硫浓度的粗铜时使还原剂的使用最小化。本方法改善了粗铜的火法精炼的能源效率，并降低了成为阳极炉渣的铜损失，导致冶炼厂内部铜循环的下降。也减少了与还原阶段相关的所有污染。
附图说明
在下文中，将参考附图通过优选实施方案更详细地描述本发明，其中，
图1是本方法的第一实施例的流程图；
图2是本方法的第二实施例的流程图；和
图3是本方法的第三实施例的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种火法精炼粗铜的方法，包括以下步骤：
(a)将熔融的粗铜提供到阳极炉中；
(b)当步骤(a)中提供的熔融的粗铜的硫浓度高于第一规定目标值时，通过将含氧气体吹入熔融的粗铜中来氧化熔融的粗铜中的硫直至达到第一规定目标值；
(c)随后通过将惰性气体吹入熔融的粗铜中来降低粗铜的硫和氧含量直至达到第二规定目标值，其中惰性阶段(c)持续到氧浓度的第二规定目标值低于4000ppm，且硫浓度的第二规定目标值低于500ppm，
(d)当步骤(c)中获得的熔融的粗铜的硫和/或氧，特别是氧的浓度高于第三规定目标值时，随后通过将还原剂提供到熔融粗铜中来还原粗铜中的氧，直至达到第三规定目标值并获得阳极铜；和
(e)任选地浇铸所获得的阳极铜。
参考图1、图2和图3，其示出了根据本发明的方法的替代示例性工艺流程，将熔融的粗铜1提供到阳极炉(100)，其中将其进行火法精炼。作为第一实施例，图1示出了包含步骤(b)的氧化阶段30、步骤(c)的惰性阶段40和步骤(d)的还原阶段40的完全三阶段方法。根据本方法，进行该方法的步骤(b)、(c)和(d)的所有三个阶段可能不是必要和/或最佳的。在特定情况下，仅进行两个阶段就足够了，且可仅进行步骤(b)、(c)和(d)中的两个阶段。然而，根据本方法，总是进行步骤(c)。作为第二实施例，图2示出了其中省略了步骤(d)的还原阶段40的示例性方法，作为第三实施例，图3示出了其中省略步骤(b)的氧化阶段20的替代示例性方法。通过轮换处理条件，在相同的阳极炉内进行各方法中包含的步骤(b)、(c)和(d)的所有阶段。
在本方法的步骤(b)20中，将例如氧气、富氧空气或空气的含氧气体21注入到不纯的液体金属，熔融的粗铜中。杂质，特别是硫，在熔化之前氧化并作为氧化物渣或挥发性氧化物气体被除去。
在该第一阶段中，步骤(b)-氧化阶段20-熔融的粗铜中所含的大部分硫被除去。作为直接吹泡(direct blister)或闪速吹炼方法的结果，粗铜通常含有1000至5000ppm的硫。氧化阶段持续规定的时间，使得粗铜中的硫浓度接近第一规定目标值。作为步骤(b)20的氧化阶段的结果，粗铜2a通常在惰性阶段开始时含有2000至5000ppm，特别是2100至3100ppm的溶解氧。
在氧化阶段之后，粗铜2a的硫浓度期望地降低至200ppm至2000ppm，优选400至1000ppm硫的目标水平。
当达到粗铜2a的第一规定目标值时，开始本方法的步骤(c)。在步骤(c)开始时，开始吹入诸如氩气、蒸汽、氮气或氦气的惰性气体31，并且中断含氧气体的吹入。优选惰性气体31为氮气。可以使用与含氧气体相同的设备将惰性气体31吹入粗铜。
在该第二阶段中，步骤(c)-惰性阶段30-包含在熔融的粗铜中的硫和氧都被除去。惰性阶段30持续规定的时间段，使粗铜中的氧和硫浓度接近第二规定目标值。在惰性阶段之后，粗铜2b的氧浓度期望地降低至低于4000ppm，通常为1500至2500ppm，优选为2000至2300ppm氧的目标水平。在惰性阶段之后，粗铜2b的硫浓度期望地降低到低于500ppm，通常低于200ppm，优选为75至150ppm硫的水平。
在氧化和惰性阶段期间形成一些炉渣且除渣50通常在氧化阶段(b)和/或惰性阶段(c)的末了进行，优选在惰性阶段(c)之后进行。在除渣中，阳极炉100通常围绕其纵向轴线旋转，使得炉渣51可以通过炉口除去，同时将粗铜2c保持在阳极炉100中。
为了获得阳极纯度的粗铜3，通过引入还原剂41并当达到第二规定目标值时停止吹入惰性气体31，开始步骤(d)。还原剂41可以是用于常规火法精炼方法的还原阶段中的任何常规还原剂，包括还原气体，例如氢气、天然气、烃、液化石油气、重油、柴油、粉煤、一氧化碳和氨，或其任何混合物。还原剂41也可以是包含烃和空气的混合物。因此，粗铜是脱氧的。
在第三阶段，步骤(d)-还原阶段40-将粗铜的氧水平调整到电解精炼的最佳水平，由此获得阳极铜3。还原阶段持续规定的时间段，使粗铜中的氧浓度接近第三规定目标值。还原后，阳极铜3的目标氧含量低于3000ppm，通常低于2300ppm，优选为500至1500ppm。在还原期间，阳极铜3的硫浓度也降低到低于50ppm的目标水平。
如图2所例示，当步骤(c)中获得的熔融的粗铜2b的硫和/或氧，特别是氧的浓度低于第三规定目标值，优选低于3500ppm，更优选低于3000ppm时，可以省略步骤(d)的还原阶段40，仅进行步骤(b)的氧化阶段20和步骤(c)的惰性阶段30。
或者，当步骤(a)中提供的熔融的粗铜1的硫浓度低于第一规定目标值，优选低于2000ppm，更优选低于1000ppm时，步骤(b)的氧化阶段20可以省略且仅进行步骤(c)的惰性阶段30和步骤(d)的还原阶段40。进行单独的连续惰性和还原阶段20和30允许更容易地分离炉渣。此外，当粗铜的氧水平不过早降低时，可以更好地控制除硫。而且，当使用液体还原剂时，进行单独的连续惰性和还原阶段是有益的。进一步，步骤(b)的氧化阶段20的省略缩短了步骤(d)的还原阶段40所需的时间。
因此，本文提供了一种如本文所定义的方法，包括以下步骤：(a)将熔融的粗铜提供到阳极炉中；(b)通过将含氧气体吹入熔融的粗铜中来氧化熔融的粗铜中的硫，直至达到第一规定目标值；(c)随后通过将惰性气体吹入熔融的粗铜中来降低粗铜中的硫和氧含量，直至达到第二规定目标值并获得阳极铜；和(e)直接在步骤(c)之后任选地浇铸所获得的阳极铜。
而且，本文提供了一种如本文所定义的方法，包括以下步骤：(a)将熔融的粗铜提供到阳极炉中；(c)直接在步骤(a)之后，通过将惰性气体吹入熔融的粗铜中来降低粗铜中的硫和氧含量，直至达到第二规定目标值；(d)随后通过向熔融的粗铜中提供还原剂来还原粗铜中的氧，直至达到第三规定目标值并获得阳极铜；和(e)任选地浇铸所获得的阳极铜。
特别地，本文提供了如本文所定义的方法，包括以下步骤：(a)将熔融的粗铜提供到阳极炉中；(b)通过将含氧气体吹入熔融的粗铜中来氧化熔融的粗铜中的硫，直至达到第一规定目标值；(c)随后通过将惰性气体吹入熔融的粗铜中来降低粗铜中的硫和氧含量，直至达到第二规定目标值；(d)随后通过向熔融的粗铜提供还原剂来还原粗铜中的氧，直至达到第三规定目标值并获得阳极铜；和(e)任选地浇铸所获得的阳极铜。
参照图1至图3，作为本发明的方法的结果，从吹炼炉获得的粗铜1在阳极炉中被精炼为较高纯度的铜(即阳极铜3)。然后，熔融的阳极铜3从阳极炉100排出并通过阳极流槽转移到阳极铸造模具并进行铸造60。
在火法精炼期间，粗铜和阳极铜，1、2a至2c和/或3的组成可以用本领域技术人员已知的方法进行监测，并且阶段之间的切换点可以通过以下步骤来确定：测量选自来自粗铜的硫和/或氧浓度、来自废气管线的SO2浓度、以及废气组成的光学监测，优选氧浓度的一个或多个参数；将参数的测量值与相应参数的预定参考值进行比较；并且当达到预定参考值时，指示下一个阶段可以开始和/或开始下一个阶段。
对于本领域技术人员显而易见的是，随着技术的进步，本发明的概念可以以各种方式实现。本发明及其实施方案不限于上述实施例，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (13)

1.一种火法精炼粗铜的方法，包括以下步骤：
(a)将熔融的粗铜提供到阳极炉中；
(b)当步骤(a)中提供的熔融的粗铜的硫浓度高于第一规定目标值时，通过将含氧气体吹入熔融的粗铜中来氧化熔融的粗铜中的硫直至达到第一规定目标值；
(c)随后通过将含氧气体吹入熔融的粗铜中来降低粗铜中的硫和氧含量直至达到第二规定目标值，其中惰性阶段(c)持续到氧浓度的第二规定目标值低于4000ppm，且硫浓度的第二规定目标值低于500ppm，
(d)当步骤(c)中获得的熔融的粗铜的硫和/或氧浓度高于第三规定目标值时，随后通过将还原剂提供到熔融的粗铜中来还原粗铜中的氧直至达到第三规定目标值并获得阳极铜；和
(e)任选地浇铸所获得的阳极铜。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧化阶段(b)持续到所述粗铜中的硫浓度的第一规定目标值为200ppm至2000ppm，优选为400至1000ppm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述氧化阶段(b)持续到熔融的粗铜中的氧浓度的第一规定目标值为2000至5000ppm，优选为2100至3100ppm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述惰性气体是氮气。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述惰性阶段(c)持续到氧浓度的第二规定目标值为1500至2500ppm，优选为2000至2300ppm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述惰性阶段(c)持续到硫浓度的第二规定目标值低于200ppm，优选为75至150ppm。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中在氧化阶段(b)和/或惰性阶段(c)的末了，优选在惰性阶段(c)之后进行除渣。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述还原阶段(d)持续到氧浓度的第三规定目标值低于3000ppm，通常低于2300ppm，优选为500至1500ppm。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述还原阶段(d)持续到所述硫浓度的第三规定目标值低于50ppm。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中在火法精炼期间监测粗铜的组成，并且通过以下方式确定阶段之间的切换点：测量选自来自粗铜的硫和氧浓度、来自废气管线的SO2浓度和废气组成的光学监测的一个或多个参数；将参数的测量值与相应参数的预定参考值进行比较；并且当达到预定参考值时，指示下一个阶段可以开始和/或开始下一个阶段。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，包括以下步骤：
(a)将熔融的粗铜提供到阳极炉中；
(b)通过将含氧气体吹入熔融的粗铜中来氧化熔融的粗铜中的硫，直至达到第一规定目标值；
(c)随后通过将惰性气体吹入熔融的粗铜中来降低粗铜中的硫和氧含量，直至达到第二规定目标值并获得阳极铜；和
(e)直接在步骤(c)之后任选地浇铸所获得的阳极铜。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，包括以下步骤：
(a)将熔融的粗铜提供到阳极炉中；
(c)直接在步骤(a)之后，通过将惰性气体吹入熔融的粗铜中来降低粗铜中的硫和氧含量，直至达到第二规定目标值；
(d)随后通过向熔融的粗铜中提供还原剂来还原粗铜中的氧，直至达到第三规定目标值并获得阳极铜；和
(e)任选地浇铸所获得的阳极铜。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，包括以下步骤：
(a)将熔融的粗铜提供到阳极炉中；
(b)通过将含氧气体吹入熔融的粗铜中来氧化熔融的粗铜中的硫，直至达到第一规定目标值；
(c)随后通过将惰性气体吹入熔融的粗铜中来降低粗铜中的硫和氧含量，直至达到第二规定目标值；
(d)随后通过向熔融的粗铜中提供还原剂来还原粗铜中的氧，直至达到第三规定目标值并获得阳极铜；和
(e)任选地浇铸所获得的阳极铜。
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