CN108277361B - 一种粗铜火法连续精炼炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种粗铜火法连续精炼炉，该连续精炼炉包括炉体、加料口、出烟口、放铜口和排渣口，炉体内具有相互连通的氧化区和还原区，出烟口设置于所述炉体的顶部，加料口设置于氧化区，放铜口设置于还原区，排渣口设置于氧化区和还原区。通过在炉内设置互通的氧化区和还原区，运行时氧化、还原反应过程同时进行，烟气量小，可缩短作业时间，提高设备利用率，有效解决SO₂烟气排放量大造成的严重污染问题和传统工艺中粗铜包壳冷料的问题。同时烟气量和烟气成分较稳定，还原区产生的可燃烟气可在排放前经氧化区燃烧二次利用，使还原烟气余热得到有效的利用，具有能耗低、环境友好、烟气量小、生产效率高等优点。

Description

一种粗铜火法连续精炼炉

技术领域

本发明涉及有色金属冶金技术领域，特别涉及一种粗铜火法连续精炼炉。

背景技术

铜的火法冶金工艺一般包括铜精矿熔炼、铜锍吹炼和粗铜精炼三个步骤。铜锍吹炼产出的粗铜一般含铜98.5～99.5％，其余杂质元素有硫、氧、铁、砷、锑、锌、锡、铅、铋、镍、钴等，通常还含有硒、碲、金和银等稀有金属和贵金属。杂质元素会对铜的导电性和机械性能产生不良影响，而稀有金属和贵金属等有价元素则需要综合回收，提高资源利用率。铜火法精炼是指在熔融高温条件下，除去矿产粗铜和再生铜中的硫、铁、铅、锌、镍、砷、锑、锡、秘和氧等杂质，产出粗铜的火法炼铜过程。

粗铜火法精炼主要包括氧化和还原两个过程。氧化阶段是在高温下，将氧化剂送入熔融粗铜中，熔体中的Cu首先氧化成Cu₂O，Cu₂O再与其它金属杂质元素作用使其氧化，生成的金属氧化物在铜液中溶解度很小，且比重较轻，可以迅速浮出液面形成炉渣并排出。氧化完成后，铜液中的氧在凝固时会以Cu₂O形态析出，分布于Cu的晶界上，给电解精炼造成危害，需进行还原脱氧。还原阶段是在高温下，将还原剂送入铜液中，还原剂与熔体中的Cu₂O反应脱氧，当铜液中含氧量下降至一定程度后，即可进行浇铸。

对于传统的粗铜火法精炼工艺而言，一般采用精炼反射炉来处理固态铜料或液体粗铜，每一炉次的生产工艺过程分为进料、(铜料)熔化、(铜水)氧化、(铜水)还原以及浇铸(阳极板)五个阶段。由于受反射炉炉型结构的先天限制，无论是人工加料还是机械化加料，进料速度均较慢，整个过程的补热以及反射炉较低的热效率，均导致阳极板的燃料成本居高不下。传统的反射炉5个阶段完成后，再继续下一炉期操作，生产率低，生产成本高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种粗铜火法连续精炼炉，该精炼炉可实现从粗铜到阳极铜的连续冶炼，具有能耗低、环境友好、烟气量小、生产效率高等优点。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种粗铜火法连续精炼炉，包括炉体、加料口、出烟口、放铜口和排渣口，炉体内具有相互连通的氧化区和还原区，出烟口设置于所述炉体的顶部，加料口设置于氧化区，放铜口设置于还原区，排渣口设置于氧化区和还原区。

进一步地，所述氧化区和还原区之间设有隔墙。

进一步地，所述隔墙与所述炉体的底部之间均具有间隙。

进一步地，所述隔墙与所述炉体的顶部之间均具有间隙。

进一步地，所述氧化区和还原区的顶部和/或底部分别设有氧化喷枪和还原喷枪。

进一步地，所述氧化喷枪和还原喷枪为水冷喷枪。

进一步地，所述氧化喷枪和还原喷枪分别设置多个。

进一步地，所述出烟口位于所述氧化区的顶部。

进一步地，所述加料口位于所述氧化区的侧壁和/或顶壁上，所述放铜口位于所述还原区的侧壁和/或顶壁上。

进一步地，所述放铜口为虹吸放铜口。

进一步地，所述排渣口分别在氧化区和还原区的侧壁上设置一个或多个。

本发明所提供的粗铜火法连续精炼炉，通过在炉内同时设置氧化区和还原区，使加热后的液态粗铜能够实现在该炉中的连续精炼，运行时氧化、还原过程同时进行，可缩短作业时间，同时本发明的连续精炼炉还具有还原区气体燃烧再利用的优点，可有效降低能耗、减少烟气排放量、降低污染，具有环境友好、自动化水平高、生产效率高等优点。

附图说明

图1为本发明一个实施方式的粗铜火法连续精炼炉的结构示意图；

图2为利用本发明的粗铜火法连续精炼炉进行连续精炼的流程图。

其中，附图标记说明如下：

1：炉体；

101：氧化区；

102：还原区；

2：加料口；

3：出烟口；

4：隔墙；

5：放铜口；

61：氧化喷枪；

62：还原喷枪；

7：排渣口。

具体实施方式

下面根据具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。本发明的保护范围不限于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本发明。

图1为本发明一个实施方式的粗铜火法连续精炼炉的结构示意图，如图1所示，粗铜火法连续精炼炉包括炉体1、加料口2、出烟口3、放铜口5和排渣口7所述放铜口5优选为虹吸放铜口。炉体1内具有相互连通的氧化区101和还原区102，可以同时进行粗铜的氧化和还原过程。所述出烟口3设置于所述炉体的顶部，所述加料口2设置于氧化区101的侧壁，所述放铜口5设置于还原区102的侧壁，排渣口7设置于氧化区和还原区，且可根据实际需要分别在氧化区和还原区的侧壁上设置一个或多个。

炉体1由耐火材料砌筑而成，其炉膛空间通过隔墙4将氧化区101和还原区102隔开，即隔墙4设置在加料氧化区101和还原区102之间。该隔墙4固定在炉体1的两侧侧壁上，其与炉体1的底壁和顶壁均不接触，即隔墙4与炉体1的底部之间具有间隙，该间隙可根据实际生产需要设置高度，足以使铜液可以流动通过。例如，当隔墙体积为高×宽×长：1100mm×460mm×2800mm时，可设置间隙约为高×宽×长：200mm×460mm×400mm。通过上述隔墙和间隙的设置，可以使粗铜热料流体连续加入炉中，保证精炼工艺不受精炼工段的影响，从而可使精炼工艺连续进行，实现粗铜连续进料、阳极铜连续浇铸，缩短总的作业时间，提高设备利用率和生产效率。

隔墙4与炉体1的顶部之间也具有间隙，该间隙可使炉膛上部形成一个统一的气体空间，以使精炼过程中产生的烟气通过而在炉体1的上部炉膛空间汇集，共同从炉体1顶部的出烟口3排出，使反应产生的烟气能够合并处理，形成的烟气成分、烟气量和烟气温度都比较稳定，后续的烟气处理***简单，并可以回收余热。出烟口3优选设置在氧化区101的顶部，更优选设置在氧化区101靠侧壁顶部，当还原反应进行到一定程度时，还原区产生的可燃烧气体通过隔墙4与炉膛顶部的间隙流经氧化区时，被燃烧加以利用，还原烟气余热得到了有效的利用，可大大降低能耗。

在氧化区101和还原区102的炉膛顶部和/或底部分别设有氧化喷枪61和还原喷枪62，该氧化喷枪61和还原喷枪62可以为水冷喷枪，且可分别设置多个。氧化喷枪61向氧化区101喷入氧化剂，如压缩空气或氧气浓度为21％-50％体积百分比(V％)的富氧空气等，通过氧化剂的加入量来控制氧化深度，即控制铜液含氧量。富氧空气射流速度高，为超音速射流，但流股很小，每支喷枪流量约为85Nm³/h，所以既能射入熔体而又不会造成大的喷溅。还原喷枪62向还原区102喷入还原剂，如天然气、液化石油气、氨、丙烷、粉煤、重油等，通过还原剂的加入量来控制还原深度，即控制铜液含氧量。通过喷枪向熔体中喷入氧化剂和还原剂，熔体搅动充分，氧化区101和还原区102分别控制氧化性气氛和还原性气氛，传质传热条件好，氧化剂和还原剂的利用率高，同时工艺及其装置自动化水平高，可以自动控制氧化剂、还原剂喷入情况。氧化喷枪61和还原喷枪62与水平面的夹角为90°，并且通常不在靠近隔墙4的位置安设，以保证熔体稳定流动。

还原区102的侧壁和/或顶壁上设有放铜口5，优选为虹吸放铜口，连续精炼后的铜液可通过该放铜口连续排放，再进行浇铸工艺。由于在炉内不进行浇铸工艺，没有了浇铸和短时空炉保温期，且烟气余热得到了充分利用，能耗会比传统作业有显著的降低。

氧化区101和还原区102的侧壁上还设有排渣口7，氧化过程产生的氧化渣定期从排渣口7排出。排渣口7通常靠近隔墙4设置，可将浮出液面的炉渣排出，以免对铜液造成污染，同时排渣口7也可作为取样观察口，以便操作者随时观察加料氧化区101中铜液的状态，可在线监测氧含量或取样观察。

图2为利用本发明的粗铜火法连续精炼炉进行连续精炼的流程图，如图2所示，粗铜火法连续精炼工艺包括以下步骤：

步骤S101，连续地从加料口2将粗铜加入到连续精炼炉的氧化区101内，熔融得到铜液；

步骤S102，通过氧化喷枪61通入氧化气体，使炉内的铜液氧化并将杂质元素氧化生成氧化精炼渣；

步骤S103，排出氧化精炼渣，氧化后的铜液通过连续精炼炉的隔墙4的下部间隙流入还原区102内；

步骤S104：还原喷枪62喷入还原剂，使氧化后的铜液进行还原反应；

步骤S105：还原区102产生的可燃烧气体通过连续精炼炉的隔墙4与炉膛顶部流经氧化区101时，燃烧发生放热反应；

步骤S106：还原后的铜液经放铜口流出，产生的烟气随氧化区的烟气从出烟口3一同排出。

由于氧化区101和还原区102相互连通并在同一炉体1内，可连续进行氧化、还原过程，保证了连续精炼工艺不受工段的影响，从而实现粗铜的连续精炼。

在步骤S101中，炉内温度控制在1150～1250℃。

在步骤S102中，氧化喷枪喷入的氧化气体可为压缩空气或氧气浓度为21-50％体积百分比(V％)的富氧空气。Cu首先被氧化形成Cu₂O，Cu₂O再与杂质元素(如其它金属元素等)反应生成可与铜液分离的氧化精炼渣，或者杂质元素氧化成金属氧化物后再与熔剂结合形成氧化精炼渣。富氧空气射流速度大，为超音速射流，每支喷枪流量约为85Nm³/h，由于其射流速度高，但流股很小，所以既能射入熔体而又不会造成大的喷溅。

在步骤S103中，氧化精炼渣通过排渣口7连续或间断排出，之后氧化后的铜液通过连续精炼炉的隔墙4的下部间隙流入还原区102内。在氧化后的铜液流入还原区102之前，控制氧化后铜液中的含氧量为0.5～1.0％。可通过压缩空气或富氧空气的鼓入量来控制氧化深度，即控制铜液含氧量，在排渣口7处可在线检测氧含量，或取样观察。

在步骤S104中，通过还原喷枪62向铜液中加入还原剂，使氧化后的铜液进行还原反应。所用的还原剂为天然气、液化石油气、氨、丙烷、粉煤、重油中的一种或多种，铜液中饱和的Cu₂O与还原剂反应生成Cu。

在步骤S105中，当还原剂如天然气、液化石油气等，经还原喷枪61连续高速喷入熔池进行还原反应时，还原区产生的可燃烧气体如CO，流经氧化区101时燃烧，放出的热量加以利用，可降低能耗。此外，还可通过还原喷枪62向炉内一起鼓入还原剂和不会与铜反应的气体，如氮气或惰性气体，从而搅拌熔体，改善传质传热条件，强化冶炼反应强度。

在步骤S106中，还原后的铜液通过还原区102的放铜口连续流出，在铜液流出之前，控制还原后的铜液中的含氧量在0.05-0.2％。产生的烟气随氧化区101的烟气从出烟口3一同排出。由于氧化、还原反应连续进行，反应连续稳定，烟气连续稳定，而且烟气量小，解决了传统精炼炉烟气量波动大，烟气成分各阶段也不相同带来的问题。

综上所述，本发明的粗铜火法连续精炼炉可实现从粗铜到阳极铜的连续冶炼，运行时氧化、还原反应过程同时进行，烟气量小，可缩短作业时间，提高设备利用率，有效解决SO₂烟气排放量大造成的严重污染问题和传统工艺中粗铜包壳冷料的问题。同时烟气量和烟气成分较稳定，还原区产生的可燃烟气可在排放前经氧化区燃烧二次利用，使还原烟气余热得到有效的利用，没有了浇铸和短时空炉保温期，能耗会比传统作业有显著的降低。总之，本发明的粗铜火法连续精炼炉具有能耗低、环境友好、自动化水平高、生产效率高等优点。

本领域技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本发明的范围内做出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种粗铜火法连续精炼炉，其特征在于，包括炉体、加料口、出烟口、放铜口和排渣口，所述炉体内具有相互连通的氧化区和还原区，所述出烟口设置于所述炉体的顶部，所述加料口设置于氧化区，所述放铜口设置于还原区；

所述氧化区和还原区之间设有隔墙；所述隔墙与所述炉体的底部和顶部之间均具有间隙；

所述氧化区和还原区的顶部分别设有多个氧化喷枪和多个还原喷枪；

所述氧化区和所述还原区的侧壁上分别设置第一排渣口和第二排渣口，并且所述第一排渣口和第二排渣口靠近所述隔墙设置；所述第一排渣口和第二排渣口作为取样观察口并在线检测氧含量；

在所述氧化区，将粗铜氧化形成氧化亚铜，所述氧化亚铜与杂质元素反应生成可与铜液分离的氧化精炼渣，所述氧化精炼渣通过所述第一排渣口排出，控制氧化后铜液中的氧含量为0.5-1.0％；

在所述还原区，通过所述多个还原喷枪向铜液中加入还原剂，将所述铜液中饱和氧化亚铜还原得到铜，并控制还原后的铜液中的氧含量为0.05-0.2％。

2.如权利要求1所述的粗铜火法连续精炼炉，其特征在于，所述多个氧化喷枪和多个还原喷枪为水冷喷枪。

3.如权利要求1所述的粗铜火法连续精炼炉，其特征在于，所述出烟口位于所述氧化区的顶部。

4.如权利要求1所述的粗铜火法连续精炼炉，其特征在于，所述加料口位于所述氧化区的侧壁和/或顶壁上，所述放铜口位于所述还原区的侧壁和/或顶壁上。

5.如权利要求1所述的粗铜火法连续精炼炉，其特征在于，所述放铜口为虹吸放铜口。

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