CN1300351C - 粗铜火法精炼的操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种精炼炉的操作方法，其特征在于在铜的精炼炉中，在还原工序的初期阶段(未满整个还原时间的1/2)，按相对还原气体的空气比为0.07～0.15吹入空气，强制搅拌铜水，使还原气体与氧的反应得以促进，之后，与初期相比，将空气比降低0.03～0.04进行操作，缩短精炼炉的作业时间。根据本发明，不增加以往的还原剂及空气等含氧气体的最大流量的基础上能够缩短还原工序的时间，并且使还原结束时的铜水温度可靠且稳定地确保在目标最低出铜水温度以上，以防止能源成本的提高。

Description

粗铜火法精炼的操作方法
技术领域
本发明是关于采用自熔炉、转炉及精炼炉冶炼铜精矿及铜原料，从而获得适合铜的电解精炼的精炼粗铜的铜精炼的操作方法。特别是关于在精炼炉中的氧化工序后的还原处理工序过程中，将做为还原剂的烃类气体与空气等含氧气体共同吹入粗铜的铜水中，进行还原的方法。
背景技术
一般，作为铜的冶炼工艺，有各种工艺在实施，但作为其代表性的工艺过程，有在自熔炉中先炼制出冰铜，用转炉处理该冰铜，制得铜含量达98.5mass％左右的粗铜，再对该粗铜进行精炼，使铜含量提高达到99.3mass％～99.5mass％左右之后，铸成铜阳极，最后进行电解精炼的工艺过程。
在这种情况下，作为粗铜的干式精炼的具体方法，通常是由向粗铜铜水中吹入空气，主要是为了氧化去除S的氧化工序，以及为除去(脱氧)已溶解在来自转炉的粗铜之中并在氧化处理工序中又溶解的0.6～1.0mass％的氧而通过向铜水中吹入还原剂后将氧含量降低到0.01～0.1mass％的还原工序组成。作为后者的还原工序中的还原剂，近来大多将石油类液化烃气体(LPG)与裂解用的空气同时吹入。
在上述那样在精炼炉中的还原工序结束后，通常是从精炼炉中将铜水出炉，通过流槽等将铜水导入铸造机，铸造成电解精炼用的铜阳极。因此，有必要使精炼炉的出铜水温度尽量接近铸造的最适宜温度，即预算了自精炼炉至铸造机之间产生的温度降低量的温度(以下将此记为“目标出铜水温度”)，或将出铜水温度设定在铸造机的允许最低铸造温度以上，即预算了自精炼炉至铸造机之间产生的温度降低量后的温度(以下将此记为“目标最低出铜水温度”)以上。
目标出铜水温度因精炼炉至铸造机的流槽等的长度及构造，或出铜水的程度等而各异。但一般多设定在1160～1200℃左右，因此通常将目标最低出铜水温度设定在1160℃以上。
一方面，在精炼炉中粗铜的还原即将开始之前的铜水温度，会因炉内的铜水量及炉的构造，或者来自转炉的浇注温度及氧化工序之前的保温条件、氧化工序的处理条件等而各异，但一般多在1100～1130℃左右。因此，当目标最低出铜水温度设定在1160℃的情况下，在还原工序中，30～60℃的升温是有必要的，通常该必要的升温量因每次的操作情况而各异。
如上述那样，在精炼炉中的还原工序的目的有2个，1个是粗铜的脱氧，另1个是为了作为后续工序的铸造工序的铜水的加热。具体而言，在还原工序中，在前者中，是将铜水中的氧浓度降低到0.01～0.1mass％，在后者中，是将铜水温度加热到1160℃以上。
作为达到上述那样的还原工序目的的手段，有特开2000-290735号(申请人：日鉱金属株式会社，「粗铜干式精炼中的还原处理方法」)的公开(特许文献1)。公开的方法是：测定还原开始之前的铜水温度，通过使铜水温度越低含氧气体的比例越大那样来调整还原剂(烃类气体)与空气等含氧气体的流量比，进行还原处理，使温度在还原后升高到目标最低出铜水温度。
于此，在考虑了还原工序时间的缩短的情况下，一般要考虑使还原剂(烃类气体)以及空气等含氧气体的流量增加。然而如果仅使还原剂的流量增加，则还原工序时间虽会被缩短，但还原中的铜水的升温量会不足，还原后的铜水温度则达不到目标温度，很可能有必要通过重油喷燃器等对还原后的铜水加温。并且如果使还原剂及空气等含氧气体的流量过度增加，则溅向排气管道的铜水便会增多，可预料会给操作带来障碍。再者因设备能力的限制，有时也无法那样增加还原剂或者空气等含氧气体的流量。
一方面，作为在还原工序途中使空气比变更的粗铜的还原法，有特开2000-178665号(申请人：三井金属鉱业株式会社)(特许文献2)的公开，但那是根据来自转炉的粗铜的硫浓度来调整空气比的，在还原工序途中使空气比降低的时间也是以粗铜的硫浓度的减少率来决定的，因此与本发明根本不同。
[特许文献1]特开2000-290735号
[特许文献2]特开2000-178665号
发明内容
本发明是以上述情况为背景的，其目的是对以前的还原剂及空气等含氧气体的吹入量不那么增加，而能够使还原工序的时间缩短，另外还原结束时的铜水温度可靠并稳定，且确保在目标最低出铜水温度以上，以防止能源成本的提高。
本发明的发明者们对于为实施还原处理而向粗铜铜水中吹入的烃类气体以及空气等含氧类气体的流量与成为还原工序中去除对象的氧及硫的特性之间的关系进行严密探究后的结果表明，通过在还原初期大量增加空气等含氧气体(以下作为代表例记为[空气])的流量，观察到氧及硫的去除反应得到促进，特别发现在还原初期的30分钟内，该两者的去除速度达到最高，并且该去除反应与铜水的搅拌力度有密切的关系。
即，本发明是：
(1)一种精炼炉的操作方法，在铜的精炼炉中，在还原工序的初期阶段(不满整个还原时间的1/2)，按相对还原气体为0.07～0.15的空气比吹入空气，强制搅拌铜水，使还原气体与氧的反应得以促进，以此进行操作，缩短精炼炉的操作时间。
(2)一种精炼炉的操作方法，在铜的精炼炉中，在还原工序的初期阶段(不满整个还原时间的1/2)，按相对还原气体为0.07～0.15的空气比吹入空气，强制搅拌铜水，使还原气体与氧的反应得以促进，之后与初期阶段相比，将空气比降低0.03～0.04后操作，缩短精炼炉的操作时间。
如果按照本发明
(1)能够将还原处理时间缩短10～20％(平均操作时间为110分钟的情况下，10～20分钟)。
(2)此外，能够将还原时的烃气体(本发明中为LPG)的单耗从3.4kg/t减少到3.2kg/t。
(3)还原工序结束后的铜水温度能够稳定地保持在目标最低出铜水温度(1160℃)以上，还原工序后没必要采用重油喷燃器等对铜水加热，有防止能源成本增加的效果。
附图说明
图1表示本发明的一个简单的实施形式
图2表示在精炼炉的还原处理中粗铜铜水中O、S浓度的随时间变化曲线图。
具体实施方式
首先，对本发明的包括还原处理的精炼炉中的粗铜的精炼工艺进行说明。
精炼炉，例如圆筒型卧式倾转式的精炼炉，将来自前序工艺的转炉的粗铜铜水用钢包等注入该精炼炉中。当然也可以将2转炉以上的粗铜铜水依次注入精炼炉中。
如上所述那样，将来自转炉的给定量的粗铜铜水注入精炼炉后，实施使铜水中的S氧化去除的氧化工序。该氧化工序通常一般是通过从精炼炉内的铜水下面的风口吹入空气等气体氧化剂来进行，但在本发明中不是特别限定的。此外，在氧化工序之前，通常是进行将浮起在铜水上面的氧化铁等氧化物扒出的处理(扒炉渣)。
如上所述那样，完成氧化工序后，实施还原工序。该还原工序是为了将存在于来自转炉的粗铜中，且在氧化处理时又溶解进来的氧去除(脱氧)而进行的。然而在脱氧的同时，通过与因搅拌而卷入的空气中的氧以及原已溶解在铜水中的氧发生氧化反应，S也可被去除。
该还原工序是通过将还原剂(烃类气体)与空气一同从铜水下面的风口吹入精炼炉内来进行。作为还原剂的代表性物质，有将以丁烷(C4H10)为主要成分的石油类液化烃(LPG)气化而成的还原剂，即使作为本发明的方法，一般也是采用LPG，但并不局限于此，当然也可以使用天然气等。再就是作为含氧气体，空气是其代表气体，但也可以使用富氧空气及含有大量氧成分的任何气体(当然必要的是氧元素之外的成分不对铜水产生影响)。
在该还原工序中，空气是为了使烃类气体部分燃烧，使之分解成CO、H2、CmHn(m≤4；n≤10)，加快脱氧的速度的，在空气被吹入铜水中时，该吹入的空气中的氧与烃类气体(例如C4H10)发生如下反应。
(m≤4；n≤10)
通过该反应，CO、H2、CmHn(m≤4；n≤10)有助于还原去除铜水中的氧。此外，上述反应是部分燃烧反应，吹入的氧成分量越多，产生的热量越大，还原处理中的铜水温度上升量越大。
因此在该发明中，与特开2000-290735号相同，先测定氧化工序完成后还原工序即将开始之前(开始吹入烃类气体及空气之前)的铜水温度，针对该铜水的温度，调整烃类气体及空气的吹入流量比。具体而言，在还原开始前的铜水温度较低情况下，将空气的比例调高，使还原处理中的温度升高量增大，相反，在还原开始前铜水温度较高情况下，将空气的比例调低，抑制还原处理中温度的升高量，以此进行控制，使还原处理结束时铜水温度接近目标出铜水温度。
即在本发明中，在还原工序的初期阶段(未满整个还原时间的1/2)，按相对还原气体为0.07～0.15的空气比吹入空气，强制搅拌铜水。
更具体地讲，在本发明中，如图1所示，仅在还原初期30分钟以内，通过吹入以往的1.5～2.0倍的空气(相当于相对还原气体的空气比为0.07～0.15)，提高还原初期的铜水搅拌能力，使脱氧及脱硫反应得到促进。这是基于注意到O、S的去除速度在还原初期30分钟以内最快。
在此所言及的空气比的定义如以下公式
空气比＝实际使用的空气量/还原剂完全燃烧所需要的理论空气量
例如：在使用LPG气体时，1kg的LPG完全燃烧需要的空气约为12Nm3。相对LPG 1kg实际吹入的空气量为6Nm3时，则空气比为0.5。
并且还有在还原初期使铜水温度上升的目的，这是基于注意到在还原初期铜水温度上升量的增加会使铜水的黏度降低，有使反应速度加快的效果。
此外，还原开始后30分钟起至还原结束之间，将空气比设定为0.03～0.15，而对于从风口吹入的还原剂与空气流量的操作条件，本发明与以往的没有不同。
其结果在本发明中，由于在还原处理初期30分钟以内铜水搅拌能力及铜水温度上升量的增加，脱氧反应得到促进，1次操作的还原时间可以从以往的110分钟缩短到90～100分钟，同时可将还原剂(例如LPG)的单耗从3.4kg/t减少到3.2kg/t。
如上所述，还原开始初期30分钟以内，即使大幅度增加空气量，也可将还原结束时的铜水温度确保在所定的温度(目标出铜水温度，或目标最低出铜水温度以上)，还原结束后，仍没有必要另外再用重油喷燃器等对铜水加热。
在以上情况下，在即将还原开始之前，测定铜水温度的具体手段是任意的，例如，若采用消耗型热电偶也可以。并且，根据已经测定的还原开始前的铜水温度而进行的烃类气体与空气的流量比的调整，操作者既可以采用手动调整，也可以按照预先确定的图表及关系式自动地进行调整。
再者，因为烃类气体是为还原在本来铜水中的氧而吹入的，与烃类气体一同吹入的空气的量必须少于烃类气体的理论空气燃烧量，以便不会使烃类气体完全燃烧后只生成CO2及H2O。具体而言，理想的是吹入的空气量设定在理论空气燃烧量的3～30％(空气比0.03～0.30)范围内，因此即使在根据还原开始前的铜水温度确定烃类气体与空气的吹入流量时，理想的是设定成按照烃类气体的成分组成获得空气比为0.03～0.30范围内的空气吹入量。
(精炼炉内的氧及硫的浓度变化确认试验)
采用400吨的圆筒卧式倾转式的精炼炉，以如下方法对410吨Cu纯度为98.5mass％的粗铜进行了精炼。即向预先利用重油喷燃器的燃烧来保温的精炼炉中注入来自转炉的第1炉粗铜铜水205吨后，又注入来自转炉的第2炉粗铜205吨。并且该粗铜经扒渣后变为400吨。且在注入粗铜的过程中，精炼炉炉内仍在用重油喷燃器保温。
这样在将来自转炉的第2炉粗铜铜水注入后，再经过炉渣扒渣后，作为氧化处理工序，从铜水下面的风口，以500Nm3/h的流量，自始吹起算，吹入空气2.0小时。作为氧化工序结束后的还原工序，将以丁烷(C4H10)为主要成分的石油类液化烃气化而成的气体(LPG)及空气从铜水面下方的风口吹入。
在此，为调查还原处理时的粗铜铜水中的O、S浓度的变化，对还原处理中的铜水取样，测定了O、S浓度的随时间变化。在图2中，显示了一例以流量为800kg/h的LPG及流量为1200Nm3/h空气对400吨的粗铜进行还原处理情况下的铜水中O、S的浓度变化。
根据图2，O、S均在初期的30分钟(图中涂以灰色的部分)之内出现最显著的浓度下降。并且，这样的取样调查虽进行了多次，得到的O浓度、S浓度的变化也是与图2基本相同的。
在精炼炉中的粗铜铜水的还原反应是气液反应，反应速度快，一般被称为质量传递控制反应。因此根据该结果，O、S的除去速度特别大，这可推测为在还原处理的初期30分钟内通过使铜水的搅拌能力增加，还原反应得到促进。
实施例1
为确认在还原处理中空气流量增加(铜水搅拌能力的增加)的效果，与以往的还原条件(在表2中后述)相比，进一步使空气流量增加，进行还原处理，调查了其对还原时间及LPG单耗的影响。此外，使空气流量增加的时区按本发明中为还原开始起至30分钟之间、比较例1为还原开始起至45分钟之间、比较例2为还原开起始至结束那样变化，调查了该变化的影响。
                                                表1
  空气流量增加时间   粗铜量t   还原前铜水温度℃   LPG流量kg/h   空气流量Nm3/h   空气比   还原时间min   LPG单耗kg/t
  本发明   自开始起30分钟   402   1110   870   1200→30分后750   0.115→0.072   90   2.99
  比较例1   自开始起45分钟   415   1115   1000→30分后850   1000→45分后640   0.083→0.068   110   3.11
  比较例2   白始至终   402   1110   850   1000(以往750)   0.098   120   3.17
根据表1，在比较例1、2中，还原时间在110分钟以上，LPG单耗为3.11kg/t以上，然而使空气流量自还原开始起仅在30分钟之内增加的本发明之例中，还原时间最短，为90分钟，并且LPG的单耗也最少，为2.99kg/t。
另外即使在实施例1的本发明中表明的条件下，通过还原处理，O浓度也从0.6～1.0mass％降到了0.1mass％以下，S的浓度也从60～80mass ppm降低到了30mass ppm以下。
[实施例2]
为在实际操作中证实实施例1的效果，在如下的精炼炉上进行了3个月作业，将还原时间及LPG的单耗的实际结果与以往的实际结果进行了比较。
即，在还原处理开始前，用消耗型热电偶测定铜水的温度，针对该铜水温度，如表2所示，确定本发明的LPG吹入流量及空气流量，进行了还原处理。
在以往还原处理中的空气比是0.03～0.15，在本发明中，将还原处理初期30分钟以内的空气比比以往增大了0.03～0.04。
另外在表2中，在还原开始前铜水温度从1115℃到1130℃以上的各例中，在中途经改变LPG流量，改变了LPG/空气的流量比。
再者，该试验结果示于表3。
                                                表2
  以往   本发明
  还原前铜水温度   LPG流量   空气流量   空气比   LPG流量   空气流量   空气比
  1130℃以上   1000→1h后850kg/h   400Nm3/h   0.033→0.039   950→30分后870kg/h   800→30分后400Nm3/h   0.070→0.035
  1125℃   1000→1h后850kg/h   450Nm3/h   0.038→0.044   950→30分后870kg/h   850→30分后450Nm3/h   0.074→0.039
  1120℃   1000→1h后850kg/h   550Nm3/h   0.046→0.054   950→30分后870kg/h   950→30分后550Nm3/h   0.083→0.048
  1115℃   1000→1h后850kg/h   640Nm3/h   0.053→0.063   950→30分后870kg/h   1040→30分后640Nm3/h   0.091→0.056
  1110℃   850kg/h   750Nm3/h   0.074   870kg/h   1200→30分后750Nm3/h   0.115→0.077
                                    表3
  还原时间   还原前铜水温度   以往   本发明   效果
  1130℃以上   114分   96分   18分(16％)缩短
  1125℃   108分   96分   12分(11％)缩短
  1120℃   113分   91分   22分(19％)缩短
  1115℃   112分   100分   12分(11％)缩短
  1110℃   116分   100分   16分(14％)缩短
  平均   114分   97分   17分(15％)缩短
  LPG的单耗   3.36kg/t   3.23kg/t   0.13kg/t(4％)降低
若根据表3，在还原前铜水温度从1110℃到1130℃以上的各例中，在本发明的LPG、空气流量的条件下，与以往相比，观察到在所有的温度范围内还原时间的缩短效果。
并且平均还原时间可缩短约15％，从以往的114分钟降低至97分钟。LPG的单耗可从以往的3.36kg/t减少到3.23kg/t。
此外，通过还原处理，O浓度从0.6～1.0mass％降低至0.1mass％以下，S浓度从60～80mass ppm降低至30mass ppm以下，精炼粗铜的品质则与以往的没有不同。

Claims (1)

1、一种粗铜的火法精炼的操作方法，其特征在于：在粗铜的火法精炼炉中，在还原工序的初期阶段即未满整个还原时间的1/2的阶段，按相对还原气体的空气比为0.07～0.15吹入空气，强制搅拌铜水，之后，与初期相比，将空气比降低0.03～0.04来进行操作。
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