CN111020207A - 铜吹炼渣的处理装置及处理方法 - Google Patents

铜吹炼渣的处理装置及处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铜吹炼渣的处理装置及处理方法。该装置包括：铜吹炼渣供应装置，用于供应铜吹炼渣；CR炉，包括炉体和加热电极，加热电极穿过炉体的炉壁延伸至炉体的内腔中，加热电极延伸至内腔的体积占内腔总容积的3～10％，且加热电极的底端距离内腔底壁的高度为80～120cm，炉体还设置有铜吹炼渣进口、还原剂进口、熔剂进口，铜吹炼渣进口和铜吹炼渣供应装置相连，CR炉用于回收铜吹炼渣中的有价金属；还原剂供应装置，与还原剂进口相连，用于供应还原剂；熔剂供应装置，与熔剂进口相连，用于供应熔剂。使用该装置有效解决了铜吹炼渣含铅高不宜返回熔炼***，或者P‑S转炉改造处理时需重新硫化且无法回收铅锌金属的问题。

Description

铜吹炼渣的处理装置及处理方法
技术领域
本发明涉及冶金领域，具体而言，涉及一种铜吹炼渣的处理装置及处理方法。
背景技术
目前的火法炼铜中，通常是将铜精矿依次进行铜熔炼和冰铜吹炼，冰铜吹炼过程炉渣的产出率一般为10％～20％，称为铜吹炼渣。不同于铜熔炼渣，铜吹炼渣的含铜一般为10～25％、含铅1～20％、含锌1～10％，目前铜吹炼渣主要是返回熔炼***。
但在工业实践中，吹炼产出的铜吹炼渣返回熔炼***，由于其中渣含铅较高，造成循环富集，使得冰铜和粗铜中铅含量较高，给后续铜的精炼作业带来麻烦。而且，返回熔炼***时，铜吹炼渣需进行冷却破碎，也会造成能量的浪费。
申请号为201110288211.6的专利中提出将P-S转炉改造为具有将燃料喷射进炉膛保温和还原剂喷入熔池的还原转炉，用以处理铜吹炼渣以回收其中铜资源，但该技术需要加入硫化剂将金属态铜重新硫化，且未能综合回收渣中铅、锌等有价金属。
基于以上原因，有必要提供一种新的铜吹炼渣的处理工艺，以解决现有技术中铜吹炼渣含铅高不宜返回熔炼***，或者P-S转炉改造处理时需重新硫化且无法回收铅锌金属的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种铜吹炼渣的处理装置及处理方法，以解决现有技术中铜吹炼渣含铅高不宜返回熔炼***，或者P-S转炉改造处理时需重新硫化且无法回收铅锌金属的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种铜吹炼渣的处理装置，其包括：铜吹炼渣供应装置，用于供应铜吹炼渣；CR炉，CR炉包括炉体和加热电极，加热电极穿过炉体的炉壁延伸至炉体的内腔中，且加热电极延伸至内腔的体积占内腔总容积的3～10％，且加热电极的底端距离内腔底壁的高度为80～120cm；炉体还设置有铜吹炼渣进口、还原剂进口、熔剂进口，铜吹炼渣进口和铜吹炼渣供应装置相连；CR炉用于回收铜吹炼渣中的有价金属；还原剂供应装置，与还原剂进口相连，用于供应还原剂；熔剂供应装置，与熔剂进口相连，用于供应熔剂。
进一步地，炉体为卧式炉体，炉体的内腔按水平方向分为相连通的第一部分和第二部分，第一部分和第二部分的底部位于同一水平高度，第一部分的顶部高于第二部分的顶部，加热电极延伸至第二部分内部。
进一步地，第一部分的顶部还设置有含尘烟气出口，且铜吹炼渣进口设置在第一部分的侧部。
进一步地，第一部分的高度为第二部分高度的1.5～2倍，第二部分的容积为第一部分容积的3～6倍。
进一步地，还原剂进口和熔剂进口均位于第二部分的顶部。
进一步地，第二部分的顶部还设置有黄铁矿进口，且铁矿进口、还原剂进口和熔剂进口处于同一位置；铜吹炼渣的处理装置还包括铁矿供应装置，其与黄铁矿进口相连。
进一步地，铜吹炼渣的处理装置还包括：余热回收锅炉，余热回收锅炉的进口与含尘烟气出口相连；收尘器，收尘器的进口与余热回收锅炉的出口相连，收尘器用于对余热回收锅炉排出的烟气进行收尘处理以得到含铅锌烟尘。
进一步地，炉体还设置有金属放出口和尾渣放出口，金属放出口设置在炉体的侧部靠近底部的位置，尾渣放出口设置在炉体的侧部且高于金属放出口的位置。
根据本发明的另一方面，还提供了一种铜吹炼渣的处理方法，其是采用上述装置为铜吹炼渣的处理装置；该处理方法包括以下步骤：将铜吹炼渣通过铜吹炼渣进口通入炉体的内腔中；在加热电极的供热状态及还原剂、熔剂的存在下，回收铜吹炼渣中的有价金属。
进一步地，回收铜吹炼渣中的有价金属的步骤中，内腔中的温度为1400～1550℃，优选为1460～1550℃，内腔中的功率密度为200kW/m2～300kW/m2，优选为260kW/m2～300kW/m2。
进一步地，在回收铜吹炼渣中的有价金属的步骤中，同时向内腔中投入铁矿，并控制出渣的铁硅比为1.2～1.6。
进一步地，在回收铜吹炼渣中的有价金属的步骤中，还原剂为铜吹炼渣重量的5～10％，熔剂为铜吹炼渣重量的2～5％
进一步地，还原剂为粉煤、天然气、液化石油气及碎煤中的一种或多种，熔剂为铁矿石、黄铁矿、红土镍矿中的一种或多种。
进一步地，回收铜吹炼渣中的有价金属的步骤中产生了含尘烟气，处理方法还包括：将含尘烟气依次进行预热回收和收尘处理，得到净化烟气和含铅锌烟尘。
本发明提供的铜吹炼渣的处理装置，采用的CR炉包括炉体和加热电极，加热电极穿过炉体的炉壁延伸至炉体的内腔中，且加热电极延伸至内腔的体积占内腔总容积的3～10％，且加热电极的底端距离内腔底壁的高度为80～120cm；炉体还设置有铜吹炼渣进口、还原剂进口、熔剂进口，铜吹炼渣进口和铜吹炼渣供应装置相连。将铜吹炼渣通入该CR炉，能够在加热电极的供热状态和还原剂、熔剂的作用下，将铜还原出来并造渣。该过程中，铅、锌也能够随烟气排出得到回收。且加热电极延伸至内腔的体积占内腔总容积的3～10％，且加热电极的底端距离内腔底壁的高度为80～120cm，这样的设置使得内腔中具有更高的能量密度，对铜吹炼渣中铜的还原更为彻底，且渣和金属化铜锍分层更为彻底。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明一种实施例的铜吹炼渣的处理装置的结构示意图；以及
图2示出了根据本发明一种实施例的铜吹炼渣的处理装置中的CR炉的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、CR炉；11、炉体；12、加热电极；20、还原剂供应装置；30、熔剂供应装置；40、铁矿供应装置；50、余热回收锅炉；60、收尘器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术部分所描述的，现有技术中铜吹炼渣含铅高不宜返回熔炼***，或者P-S转炉改造处理时需重新硫化且无法回收铅锌金属的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种铜吹炼渣的处理装置，如图1和2所示，该处理装置包括：铜吹炼渣供应装置，用于供应铜吹炼渣A；CR炉10，CR炉10包括炉体11和加热电极12，加热电极12穿过炉体11的炉壁延伸至炉体11的内腔中，且加热电极12延伸至内腔的体积占内腔总容积的3～10％，且加热电极12的底端距离内腔底壁的高度为80～120cm；炉体11还设置有铜吹炼渣进口、还原剂进口、熔剂进口，铜吹炼渣进口和铜吹炼渣供应装置相连；CR炉10用于回收铜吹炼渣中的有价金属；还原剂供应装置20，与还原剂进口相连，用于供应还原剂B；熔剂供应装置30，与熔剂进口相连，用于供应熔剂C。
将铜吹炼渣通入该CR炉，能够在加热电极的供热状态和还原剂、熔剂的作用下，将铜还原出来并造渣。该过程中，铅、锌也能够随烟气排出得到回收。因此，利用本发明的装置无需重新硫化就能够较为全面地回收铜吹炼渣中的有价金属。且加热电极延伸至内腔的体积占内腔总容积的3～10％，且加热电极的底端距离内腔底壁的高度为80～120cm，这样的设置使得内腔中具有更高的能量密度，对铜吹炼渣中铜的还原更为彻底，且渣和金属化铜分层更为彻底。
同时，本发明可以直接处理液态的铜吹炼渣，充分利用液态铜吹炼渣热资源，节约能源、降低能耗。除此以外，本发明的铜吹炼渣处理装置在节约能源、保证生产率、降低投资和生产成本、减少占地面积方面也具有明显优势，非常适合工业化大规模应用。
在一种优选的实施方式中，炉体11为卧式炉体，炉体11的内腔按水平方向分为相连通的第一部分和第二部分，第一部分和第二部分的底部位于同一水平高度，第一部分的顶部高于第二部分的顶部，加热电极12延伸至第二部分内部。这样，铜吹炼渣和还原剂、熔剂反应过程中产生的烟气能够向第一部分内腔的顶部聚集，更便于在尽量减少热能损耗的状况下排出烟气。而将加热电极12延伸至第二部分内部，能够使其更靠近铜吹炼渣的渣层设置，使能量更为集中，从而有利于铜吹炼渣的充分还原。更优选地，第一部分的顶部还设置有含尘烟气出口(用于排出含尘烟气G)，且铜吹炼渣进口设置在第一部分的侧部。这样，能够在连续处理铜吹炼渣的过程中，使铜吹炼渣从第一部分的侧部进入，有利于维持第二部分中渣层的受热稳定性。
为了使烟气更顺利排出，同时使渣层所处的热量环境更稳定，优选地，第一部分的高度为第二部分高度的1.5～2倍，第二部分的容积为第一部分容积的3～6倍。更优选地，还原剂进口和熔剂进口均位于第二部分的顶部。且为了便于进料，减少热量逸散，优选还原剂进口和熔剂进口为同一进口。
如前文所述，本发明装置用以处理铜吹炼渣时无需接入硫化剂重新硫化。为了提高出渣效果，在一种优选的实施方式中，第二部分的顶部还设置有铁矿进口，且铁矿进口、还原剂进口和熔剂进口处于同一位置；如图1所示，铜吹炼渣的处理装置还包括铁矿供应装置40，其与铁矿进口相连，用于供应铁矿D。
在一种优选的实施方式中，上述铜吹炼渣的处理装置还包括：余热回收锅炉50，余热回收锅炉50的进口与含尘烟气出口相连；收尘器60，收尘器60的进口与余热回收锅炉50的出口相连，收尘器60用于对余热回收锅炉50排出的烟气进行收尘处理以得到含铅锌烟尘。这样能够一次对高温的含尘烟气进行余热回收和收尘处理，经过收尘，铅锌有价金属得以更充分地回收。
更优选地，炉体11还设置有金属放出口(用于放入冰铜E)和尾渣放出口(用于放出尾渣F)，金属放出口设置在炉体11的侧部靠近底部的位置，尾渣放出口设置在炉体11的侧部且高于金属放出口的位置。
根据本发明的另一方面，还提供了一种铜吹炼渣的处理方法，其采用的装置为上述铜吹炼渣的处理装置；该处理方法包括以下步骤：将铜吹炼渣通过铜吹炼渣进口通入炉体11的内腔中；在加热电极12的供热状态及还原剂、熔剂的存在下，回收铜吹炼渣中的有价金属。采用本发明的方法无需重新硫化就能够较为全面地回收铜吹炼渣中的有价金属。
利用本发明提供的方法处理铜吹炼渣，能够将尾渣中的含铜量降至0.38％以下，铅锌下降至0.3％以下，铅锌挥发率超过92％，铜回收率达到96％以上，产出30～90％铜品位的冰铜。且在铜还原的过程中，金、银等有价金属元素也能够进入冰铜被富集出来，且回收率能够达到90％以上，也可通过返回铜冶炼过程进行捕集。
为了更充分地还原回收铜吹炼渣中的铜，在一种优选的实施方式中，回收铜吹炼渣中的有价金属的步骤中，内腔中的温度为1400～1550℃，优选为1460～1550℃，内腔中的功率密度为260kW/m2～300kW/m2，优选为260kW/m2～300kW/m2；
在一种优选的实施方式中，在回收铜吹炼渣中的有价金属的步骤中，同时向内腔中投入铁矿，并控制出渣的铁硅比为1.0～1.6。这样有利于提高出渣效果。更优选地，为了进一步提高有价金属的回收率，在回收铜吹炼渣中的有价金属的步骤中，还原剂为铜吹炼渣重量的5～10％，所述熔剂为所述铜吹炼渣重量的2～5％
上述还原剂和熔剂可以选用冶金领域的常用类型，比如，还原剂包括但不限于粉煤、天然气、液化石油气及碎煤中的一种或多种，熔剂包括但不限于铁矿石、黄铁矿、红土镍矿中的一种或多种。
在一种优选的实施方式中，上述回收铜吹炼渣中的有价金属的步骤中产生了含尘烟气，铅锌从挥发尘中回收，烟尘中铅含量达到40％以上，锌含量15％以上，该处理方法还包括：将含尘烟气依次进行预热回收和收尘处理，得到净化烟气和含铅锌烟尘。
在实际操作过程中，铜吹炼渣可由溜槽或渣包转运进入CR炉进行反应。回收的冰铜排出口可由水碎后返回铜冶炼***。炉渣由CR炉出渣口排出，为一般固废。
在实际操作过程中，优选通过炉体11顶部或侧部利用喷枪向内腔中喷入还原性气体或含氧气体或惰性气体，比如氧气、空气、富氧空气、天然气、液化石油气、氮气及粉煤中的一种或多种，以搅动熔体，加强烟尘和渣的混合及处理速度，并将烟气排出。当然，如果喷入的是还原性气体、粉煤、这些气体可以同时参与反应。此处所述“富氧空气”是指氧气浓度大于空气中氧气浓度的气体，比如可以通过在空气中掺入氧气获得。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例1
利用图1和2所示CR炉装置及处理装置进行铜吹炼渣渣的综合回收，其中加热电极延伸至内腔的体积占内腔总容积的7％；加热电极的底端距离内腔底壁的高度为100cm。
装置工艺条件如下：
将液态铜吹炼渣从吹炼炉内经溜槽流入CR炉内，配入吹炼渣总重量的5％铁矿石和5％碎煤(粒度5mm～30mm)，提升炉内渣的温度至1450℃，能量密度为300kW/m2，出渣铁硅比为1.3，所得金属返回熔炼炉，所得含铅锌烟尘外售。
处理结果：年处理铜吹炼渣10万吨，吹炼渣含铜19.43％，含锌4.77％，含铅13.52％；吹炼渣经CR炉处理后，渣含铜0.32％，渣含锌0.15％，渣含铅0.23％。整个***铜回收率约98.5％，铅锌回收率均超过95％，得到冰铜的铜含量为75％。
实施例2
处理装置和方法同实施例1，不同之处在于：
加入还原剂粉煤，其加入量为吹炼渣总重量的4％；添加3％铁精矿；炉内温度为1480℃，能量密度为260kW/m2，出渣铁硅比为1.6；所得金属返回熔炼炉，所得含铅锌烟尘外售。
处理结果：年处理吹炼渣11万吨，吹炼渣含铜21.52％，吹炼渣含锌3.03％，含铅9.56％；吹炼渣处理后渣含铜0.4％，渣含锌0.08％，含铅0.12％。整个***铜回收率约98.5％，铅锌回收率均超过96％，所得冰铜中含铜85％。
实施例3
处理装置和方法同实施例1，不同之处在于：
加入还原剂粉煤，其加入量为熔炼渣总重量的5％；加入4％铁精矿；提升炉内渣的温度至1460℃，能量密度为280kW/m2，出渣铁硅比为1.25；所得金属返回吹炼炉，所得含铅锌烟尘外售。且为加强还原剂和渣的混合及反应速度，在CR炉炉体上部设4个小喷枪，喷入的还原气体天然气。
处理结果：年处理吹炼渣10万吨，吹炼渣含铜15.36％，含锌2.05％，含铅11.46％；熔炼渣还处理后渣含铜0.35％，含锌0.11％，含铅0.16％。整个***铜回收率约98.5％，铅锌回收率均超过93％，所得冰铜含铜88％。
实施例4
处理装置及方法同实施例3，不同之处在于：
加入还原剂块煤，其加入量为吹炼渣总重量的10％；石英砂加入量为吹炼渣总重量的4％；提升炉内渣的温度至1400℃，能量密度为273kW/m2，出渣铁硅比为1.32。
处理结果：年处理吹炼渣15万吨，吹炼渣含铜16.58％，含锌2.71％，含铅7.65％；吹炼渣处理后渣含铜0.30％，含锌0.12％，含铅0.19％，所得冰铜含铜54％。
实施例5
处理装置及方法同实施例1，不同之处在于：
加热电极延伸至内腔的体积占内腔总容积的6％；加热电极的底端距离内腔底壁的高度为110cm。
处理过程中内腔的温度为1500℃，能量密度为295kW/m2。
处理结果：年处理吹炼渣6万吨，吹炼渣含铜18.30％，含锌3.12％，含铅12.35％；吹炼渣处理后渣含铜0.32％，含锌0.10％，含铅0.08％，所得冰铜含铜67.2％。
实施例6
处理装置及方法同实施例1，不同之处在于：
加热电极延伸至内腔的体积占内腔总容积的3％；加热电极的底端距离内腔底壁的高度为120cm。
处理过程中内腔的温度为1450℃，能量密度为260kW/m2。
处理结果：年处理吹炼渣7万吨，吹炼渣含铜16.42％，含锌3.49％，含铅11.31％；吹炼渣处理后渣含铜0.33％，含锌0.25％，含铅0.27％，所得冰铜含铜60.2％。
实施例7
处理装置及方法同实施例1，不同之处在于：
加热电极延伸至内腔的体积占内腔总容积的5％；加热电极的底端距离内腔底壁的高度为80cm。
处理过程中内腔的温度为1490℃，能量密度为300kW/m2。
处理结果：年处理吹炼渣11万吨，吹炼渣含铜20.22％，吹炼渣含锌3.42％，含铅9.27％；吹炼渣处理后渣含铜0.34％，渣含锌0.11％，含铅0.14％。整个***铜回收率约98.9％，铅锌回收率均超过96％，所得冰铜中含铜86％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种铜吹炼渣的处理装置，其特征在于，包括：
铜吹炼渣供应装置，用于供应所述铜吹炼渣；
CR炉(10)，所述CR炉(10)包括炉体(11)和加热电极(12)，所述加热电极(12)穿过所述炉体(11)的炉壁延伸至所述炉体(11)的内腔中，且所述加热电极(12)延伸至所述内腔的体积占所述内腔总容积的3～10％，且所述加热电极(12)的底端距离所述内腔底壁的高度为80～120cm；所述炉体(11)还设置有铜吹炼渣进口、还原剂进口、熔剂进口，所述铜吹炼渣进口和所述铜吹炼渣供应装置相连；所述CR炉(10)用于回收所述铜吹炼渣中的有价金属；
还原剂供应装置(20)，与所述还原剂进口相连，用于供应还原剂；
熔剂供应装置(30)，与所述熔剂进口相连，用于供应熔剂。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述炉体(11)为卧式炉体，所述炉体(11)的所述内腔按水平方向分为相连通的第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分的底部位于同一水平高度，所述第一部分的顶部高于所述第二部分的顶部，所述加热电极(12)延伸至所述第二部分内部。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一部分的顶部还设置有含尘烟气出口，且所述铜吹炼渣进口设置在所述第一部分的侧部。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一部分的高度为所述第二部分高度的1.5～2倍，所述第二部分的容积为所述第一部分容积的3～6倍。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述还原剂进口和所述熔剂进口均位于所述第二部分的顶部。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二部分的顶部还设置有黄铁矿进口，且所述铁矿进口、所述还原剂进口和所述熔剂进口处于同一位置；所述铜吹炼渣的处理装置还包括铁矿供应装置(40)，其与所述黄铁矿进口相连。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述铜吹炼渣的处理装置还包括：
余热回收锅炉(50)，所述余热回收锅炉(50)的进口与所述含尘烟气出口相连；
收尘器(60)，所述收尘器(60)的进口与所述余热回收锅炉(50)的出口相连，所述收尘器(60)用于对所述余热回收锅炉(50)排出的烟气进行收尘处理以得到含铅锌烟尘。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述炉体(11)还设置有金属放出口和尾渣放出口，所述金属放出口设置在所述炉体(11)的侧部靠近底部的位置，所述尾渣放出口设置在所述炉体(11)的侧部且高于所述金属放出口的位置。
9.一种铜吹炼渣的处理方法，其特征在于，所述处理方法采用的装置为权利要求1至8中任一项所述的铜吹炼渣的处理装置；
所述处理方法包括以下步骤：
将所述铜吹炼渣通过所述铜吹炼渣进口通入炉体(11)的内腔中；
在所述加热电极(12)的供热状态及还原剂、熔剂的存在下，回收所述铜吹炼渣中的有价金属。
10.根据权利要求9所述的处理方法，其特征在于，回收所述铜吹炼渣中的有价金属的步骤中，所述内腔中的温度为1400～1550℃，所述内腔中的功率密度为200kW/m2～300kW/m2。
11.根据权利要求9所述的处理方法，其特征在于，在回收所述铜吹炼渣中的有价金属的步骤中，同时向所述内腔中投入铁矿，并控制出渣的铁硅比为1～1.6。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的处理方法，其特征在于，在回收所述铜吹炼渣中的有价金属的步骤中，所述还原剂为所述铜吹炼渣重量的5～10％，所述熔剂为所述铜吹炼渣重量的2～5％。
13.根据权利要求12所述的处理方法，其特征在于，所述还原剂为粉煤、天然气、液化石油气及碎煤中的一种或多种，所述熔剂为铁矿石、黄铁矿、红土镍矿中的一种或多种。
14.根据权利要求9至11中任一项所述的处理方法，其特征在于，回收所述铜吹炼渣中的有价金属的步骤中产生了含尘烟气，所述处理方法还包括：
将所述含尘烟气依次进行预热回收和收尘处理，得到净化烟气和含铅锌烟尘。
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