一种用于处理高杂质粗铜的浅氧化无还原的阳极精炼方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及有色金属冶炼技术领域，尤其是涉及一种用于处理高杂质粗铜的浅氧 化无还原的阳极精炼方法。
【背景技术】
[0002] 在铜冶炼行业内，其主工艺路线为:熔炼-吹炼-阳极精炼-电解精炼。吹炼工序 产出粗铜熔液，然后将粗铜熔液送入阳极炉进行阳极精炼，得到阳极铜和少量的炉渣。粗铜 熔液在阳极炉进行阳极精炼的大致过程为：吹炼炉产出的粗铜熔液沿溜槽流入阳极炉，达 到设定装炉量后，停止粗铜流入，将阳极炉转动至供氧氧化位，开始通过侧墙气管向粗铜熔 液吹送含氧气体，例如空气或富氧空气，经过经验时间，取样化验熔液中的硫含量，如果含 硫量不达标，继续氧化，直至取样化验合格，此过程为氧化作业过程;然后紧接着倒渣;然 后，开始通过上述的侧墙气管向熔液中吹送还原性气体，通常是天然气，经过经验时间，取 样化验熔液中的氧含量，如果含氧量不达标，继续还原，直至取样化验合格，此过程为还原 作业过程，最终得到阳极铜熔液;然后，浇铸，得到阳极铜板。
[0003] 在铜冶炼行业里，众所周知，上述的氧化作业和还原作业是两个相互对立的作业 过程，先吹氧脱硫，等到脱硫达标，根据冶金平衡原理，氧含量自动地、不可避免地升高以配 平反应平衡的理论需要，结果氧含量不可避免地超量了，然后再吹天然气脱氧，将氧含量降 下来，过程类似于"先低成本破坏，再高成本补救"，可见含氧气体中仅有一小部分用于氧化 脱硫，剩余的大部分含氧气体作的都是无用功，没有发挥任何有益作用;不仅没有发挥任何 有益作用，还产生了显著的负面作用：需要用成本更高的天然气去脱除，使得整个阳极精炼 过程需要浪费大量的空气或富氧空气等含氧气体，导致阳极精炼的成本很高。目前，铜冶炼 行业持续低迷以及效益低下，现有的阳极精炼工艺显然不适合行业的发展。
[0004] 因此，如何提高含氧气体中真正用于氧化脱硫的含氧气体比例，减少作无用功的 含氧气体比例，减少阳极精炼过程中含氧气体的实际使用量，减少含氧气体浪费，降低阳极 精炼的生产成本是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
【发明内容】
[0005] 基于上述说明，本发明的目的在于提供一种用于处理高杂质粗铜的浅氧化无还原 的阳极精炼方法，该方法能够提高含氧气体中真正用于氧化脱硫的含氧气体比例，减少作 无用功的含氧气体比例，减少阳极精炼过程中含氧气体的实际使用量，减少含氧气体浪费， 降低阳极精炼的生产成本。
[0006] 为解决上述的技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种用于处理高杂质粗铜的浅氧化无还原的阳极精炼方法，包括以下步骤：
[0008] 1)将熔融的粗铜熔液加入到用于盛装粗铜熔液的盛铜容器中；然后将设置在精炼 炉底壁上的进液管和出液管浸入到所述盛铜容器内铜熔液的上液面以下一定深度，然后开 启与所述精炼炉连通的真空栗将所述精炼炉内的空腔抽成真空状态，此时在精炼炉内真空 残压与外界大气压之间的大气压差的作用下所述盛铜容器中的铜熔液沿所述进液管和所 述出液管内的空腔通道上升流入所述精炼炉的空腔内；
[0009] 所述精炼炉的外形是立式柱状，内部中空形成空腔，所述精炼炉包括钢制外壳以 及砌筑在所述钢制外壳内表面的耐火材料内衬，所述精炼炉的顶部设置有用于与所述真空 栗连接的出气口；
[0010] 所述进液管与所述出液管均包括钢制内壳、设置在所述钢制内壳的内表面的耐火 材料内衬以及设置在所述钢制内壳的外表面的耐火材料外衬，所述进液管与所述出液管的 长度相同；
[0011]所述进液管与所述出液管固定设置于所述精炼炉的底壁上且与所述精炼炉的底 壁密封连接，所述精炼炉内的空腔与所述进液管中的空腔通道相互连通，所述精炼炉内的 空腔与所述出液管中的空腔通道相互连通，所有与所述精炼炉连接的装置在与所述精炼炉 连接的部位均进行密封处理以防止破坏所述精炼炉内的真空状态；
[0012] 2)向所述进液管内的铜熔液中喷吹带压的驱动气体，然后在大气压差及驱动气体 的带动下所述盛铜容器中的铜熔液不断地由所述进液管上升流入所述精炼炉内，然后所述 精炼炉内的铜熔液再通过所述出液管不断地由所述精炼炉流出返回至所述盛铜容器内，在 所述盛铜容器、进液管、精炼炉以及出液管之间形成铜熔液的循环流动；
[0013] 同时，在所述精炼炉内，向所述精炼炉内的铜熔液吹送含氧气体，所述含氧气体中 的氧元素将铜熔液中的硫元素氧化成硫的气态氧化物，所述含氧气体中的氧元素将铜熔液 中的铁元素氧化成铁的氧化物，实现脱硫脱铁的氧化作业过程；
[0014] 同时，所述精炼炉内的铜熔液中所包括的杂质元素的全部含量的一部分以单质形 态直接挥发，全部含量的剩余部分被所述含氧气体氧化成氧化物后以氧化物形态挥发，在 实现脱硫脱铁的氧化作业过程的同时，实现同时脱除杂质元素的精炼过程，所述杂质元素 包括铅、锌、砷、锑、铋和锡元素中的一种或多种或全部；
[0015] 同时，控制所述精炼炉内的真空残压水平以使得当铜熔液中的硫含量达到目标阳 极铜对硫含量的要求时，与该硫含量实现反应平衡的氧含量也达到目标阳极铜对氧含量的 要求；
[0016] 3)所述步骤2)进行一段时间后，取样化验阳极精炼后的铜熔液的组分及含量，若 化验结果达到目标阳极铜对硫含量以及铁含量的要求，则首先破除所述精炼炉内的真空状 态，然后将设置在所述精炼炉底壁上的进液管和出液管脱离所述盛铜容器内的铜熔液，氧 化作业结束;若化验结果未达到目标阳极铜对硫或铁二者中任意一个的要求，继续阳极精 炼，直至化验结果达到目标阳极铜对硫含量以及铁含量的要求;阳极精炼结束得到硫、铁以 及氧的含量达到目标要求的阳极铜熔液、含S02的烟气以及炉渣。
[0017] 优选的，所述步骤2)中，将所述含氧气体以浸没吹送的方式吹送至所述精炼炉内 的铜熔液的上液面以下，喷出所述含氧气体的出气口位于所述精炼炉内的铜熔液的上液面 以下。
[0018] 优选的，所述步骤2)中，通过氧枪以顶吹气体的方式将所述含氧气体吹送至所述 精炼炉内的铜熔液中，所述氧枪的出气口位于所述精炼炉内的铜熔液的上液面以上且与铜 熔液的上液面相距一定距离；
[0019] 所述氧枪为包括多个内外套装的空心管的多层内外套管结构，所述氧枪包括由空 心管内的空腔或相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的空腔形成的且用于输送所述含 氧气体的含氧气体通道，所述含氧气体通道与所述含氧气体的气源装置连通；
[0020] 所述氧枪还包括由相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的空腔形成的且用于 对所述氧枪进行冷却保护的冷却循环水通道，所述冷却循环水通道与冷却水供给装置连 通；
[0021] 所述氧枪还包括用于提高所述含氧气体喷出速度和控制所述含氧气体喷射方向 的喷头，所述喷头设置在所述氧枪的底端，所述氧枪的出气口设置在所述喷头上；
[0022] 所述氧枪设置在所述精炼炉的顶壁上且可沿所述精炼炉的顶壁上下滑动。
[0023] 优选的，所述步骤2)中，向所述精炼炉内的铜熔液中添加造渣剂，造渣剂与氧化作 业后得到的氧化物发生造渣反应，得到精炼渣，精炼渣上浮，在所述盛铜容器中的铜熔液上 液面处形成精炼渣层。
[0024] 优选的，所述步骤2)中，将混合有造渣剂粉末的带压气体以浸没吹送的方式喷吹 至所述精炼炉内的铜熔液的上液面以下，喷出所述带压气体的出气口位于所述精炼炉内的 铜熔液的上液面以下。
[0025] 优选的，所述步骤2)中，通过氧枪以顶喷气体的方式将混合有造渣剂粉末的所述 带压气体喷射至所述精炼炉内的铜熔液中，所述氧枪的出气口位于所述精炼炉内的铜熔液 的上液面以上且与铜熔液的上液面相距一定距离；
[0026] 所述氧枪为包括多个内外套装的空心管的多层内外套管结构，所述氧枪包括由空 心管内的空腔或相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的空腔形成的且用于输送混合有 所述造渣剂粉末的所述带压气体的带压气体通道，所述带压气体通道与气粉供给装置连 通；
[0027] 所述氧枪还包括由相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的空腔形成的且用于 对所述氧枪进行冷却保护的冷却循环水通道，所述冷却循环水通道与冷却水供给装置连 通；
[0028] 所述氧枪设置在所述精炼炉的顶壁上且可沿所述精炼炉的顶壁上下滑动。
[0029] 优选的，所述步骤3)中，当化验结果达到目标阳极铜对硫以及铁的要求时，在破除 所述精炼炉内的真空状态之前，将所述盛铜容器中的铜熔液进行纯循环处理一定时间，然 后再破除所述精炼炉内的真空状态。
[0030] 优选的，所述步骤3)中，当化验结果达到目标阳极铜对硫以及铁的要求时，在破除 所述精炼炉内的真空状态之前，通过设置于所述盛铜容器底部的底吹装置对所述盛铜容器 中铜熔液进行底吹气体处理，然后再破除所述精炼炉内的真空状态，所述底吹装置喷吹的 气体为氮气或氩气。
[0031] 优选的，在阳极精炼过程中，当所述精炼炉内的空腔处于真空状态时，通过氧枪以 顶吹气体的方式向所述精炼炉内喷吹可燃气体和含氧气体，将所述可燃气体和所述含氧气 体点燃燃烧，利用所述可燃气体和所述含氧气体的燃烧反应放出的热量对所述精炼炉内的 铜熔液进行补充加热处理，利用所述可燃气体和所述含氧气体的燃烧反应放出的热量对喷 溅在所述精炼炉内壁上的铜熔液冷却后形成的结瘤物进行清除处理；
[0032] 所述氧枪的出气口位于所述精炼炉内的铜熔液的上液面以上且与铜熔液的上液 面相距一定距离；
[0033]所述氧枪为包括多个内外套装的空心管的多层内外套管结构，所述氧枪包括由空 心管内的空腔或相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的空腔形成的且用于输送所述可 燃气体的可燃气体通道，所述可燃气体通道与所述可燃气体的气源装置连通；
[0034]所述氧枪还包括由空心管内的空腔或相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的 空腔形成的且用于输送所述含氧气体的含氧气体通道，所述含氧气体通道与所述含氧气体 的气源装置连通；
[0035]所述氧枪还包括由相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的空腔形成的且用于 对所述氧枪进行冷却保护的冷却循环水通道，所述冷却循环水通道与冷却水供给装置连 通；
[0036]所述氧枪设置在所述精炼炉的顶壁上且可沿所述精炼炉的顶壁上下滑动。
[0037]优选的，当所述精炼炉内的空腔处于大气压状态时，通过氧枪以顶吹气体的方式 向所述精炼炉内喷吹可燃气体和含氧气体，将所述可燃气体和所述含氧气体点燃燃烧，利 用所述可燃气体和所述含氧气体的燃烧反应放出的热量对喷溅在所述精炼炉内壁上的铜 熔液冷却后形成的结瘤物进行熔化清除处理，利用所述可燃气体和所述含氧气体的燃烧反 应放出的热量对所述精炼炉进行烘炉处理；
[0038]所述氧枪为包括多个内外套装的空心管的多层内外套管结构，所述氧枪包括由空 心管内的空腔或相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的空腔形成的且用于输送所述可 燃气体的可燃气体通道，所述可燃气体通道与所述可燃气体的气源装置连通；
[0039]所述氧枪还包括由空心管内的空腔或相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的 空腔形成的且用于输送所述含氧气体的含氧气体通道，所述含氧气体通道与所述含氧气体 的气源装置连通；
[0040]所述氧枪还包括由相邻两个内外套装的空心管的管壁之间的空腔形成的且用于 对所述氧枪进行冷却保护的冷却循环水通道，所述冷却循环水通道与冷却水供给装置连 通；
[0041]所述氧枪设置在所述精炼炉的顶壁上且可沿所述精炼炉的顶壁上下滑动。
[0042]与现有技术相比，本发明提供了一种用于处理高杂质粗铜的浅氧化无还原的阳极 精炼方法，该阳极精炼方法具有以下有益的技术效果：
[0043] 1.本发明中，铜熔液中自带的初始氧含量以及后期由外界补吹含氧气体所补充的 氧含量几乎全部地用来氧化脱硫和氧化脱铁，外界补吹的含氧气体不会像原来似地做大量 的无用功，氧化作业所消耗的外界补充的含氧气体量只占原阳极精炼氧化作业所消耗的含 氧气体量的10%~30%，相比于原阳极精炼氧化作业所消耗的含氧气体量减少了70%~ 90%，因此本发明是一种浅氧化阳极精炼，提高了含氧气体中真正用于氧化脱硫的含氧气 体比例，减少了作无用功的含氧气体比例，减少了阳极精炼过程中含氧气体的实际使用量， 减少了含氧气体浪费，降低了阳极精炼的生产成本。
[0044] 2.本发明在提高了含氧气体中真正用于氧化脱硫的含氧气体比例，减少了作无用 功的含氧气体比例的同时