专利名称：一种熔融铜渣综合利用工艺及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及有色冶金及钢铁冶金技术领域，特别涉及一种熔融铜渣综合利用工艺 及其系统。
背景技术：
铜渣是火法冶炼过程中回收铜后的剩余物。在火法炼铜中每生产It铜产出约 2^3t铜渣，渣中含有大量的有价值的组分，其中含铜1. 5%左右，含铁40%左右，同时还含 有少量的锌、镍、钴等贵重金属。当前铜渣回收铜主要采用火法贫化法和浮选法，火法贫化后渣含铜量在0. 5%左 右，而浮选法在0. 4%左右，铜的回收率均不高。铜渣中的铁主要以铁橄榄石、四氧化三铁的 形式存在，二者互相嵌布，粒度都较小，回收难度大，成本高。目前铜渣中铁的回收提取研究 较少，尚处在初步研究阶段。主要研究路线是向装有液态铜渣的渣包中鼓吹富氧，使渣中的 氧化亚铁氧化成四氧化三铁，然后通过磁选方式进行回收，但铁的回收率及品位均不高。传统铜渣贫化都是对冷态渣进行的处理，对热态熔融铜渣综合利用的研究较少， 铜渣中的热量没有得到充分利用，渣中的大部分热量都被白白浪费，存在着成本高、能源浪 费严重等问题。目前铜渣的贫化形式比较单一，主要集中在单纯地回收铜或铁的技术方面，而作 为耐候钢原料的铜铁合金，相关回收技术却鲜见报道。耐候钢因其良好的耐候性和优良的 力学、焊接性能，目前广泛应用于轨道交通、桥梁工程和集装箱等领域，所以可以断言可作 为耐候钢原料的铜铁合金具有广阔的市场前景。
发明内容
本发明为克服上述铜渣中有价金属资源化存在的不足，研发了一种熔融铜渣综合 利用工艺及其系统，解决上述方法处理铜渣存在的有价金属提取率低、提取成本高、提取形 式单一、能源浪费严重等问题，该熔融铜渣综合利用工艺具有提取率高、成本低、节约能源 等特点。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种熔融铜渣综合利用工艺，它包括低温提铜工序、高温提铜铁合金工序以及余热回 收工序；其中，
低温提铜为将炼铜炉排出的1270°C— 1370°C的熔融热态铜渣送入提铜炉；随后加入 过量的还原剂I活性炭和CaO ；然后向提铜炉内喷入20kpa—30kpa的加压惰性气体，并利 用惰性气体喷枪喷出的气体对熔池产生搅拌作用；还原后铜水收集，炉渣送入高温提铜铁 合金工序；
提提铜铁合金工序，来自提铜炉的炉渣送入提铜铁合金炉中，将过量还原剂II水蒸
3汽送过喷枪送入炉内，喷枪一端浸入熔池中，对熔池产生搅拌作用，使炉渣与还原剂混合均 勻；纯氧从提铜铁合金炉底吹入，同样对熔池产生搅拌作用；熔池温度在1500°C -1600°C之 间，产生的1600°C -1700°C的高温煤气一部分为送入提铜炉保温，另一部分送余热回收工序。所述余热回收工序将高温烟气送入预热锅炉进行热交换，热交换后产生的蒸汽送 入蒸汽轮机发电，电能供给用户；热交换后的低温煤气经除尘后，分别作为提铜和提铜铁 中需要的辅料分解热源；剩余部分也送去汽轮机发电；除尘后收集的灰尘送入灰尘回收系 统。所述CaO预热温度为650°C _750°C之间。所述还原剂I为活性炭；还原剂II为水蒸汽。一种熔融铜渣综合利用工艺用系统，它包括提铜炉，提铜炉进料端与熔融热态铜 渣连接，同时提铜炉还设有还原剂I和惰性气体喷枪，喷枪末端浸入熔池内；提铜炉下部设 有铜水出口，提铜炉炉渣出口通过送料装置与提铜铁合金炉进料端连接，CaO通过料罐加 入提铜炉；提铜铁合金炉设有还原剂II添加喷枪，该喷枪末端浸入熔池内，提铜铁合金炉 底部设有纯氧吹枪；提铜铁合金炉设有铜铁合金排出口和弃渣排出口，弃渣排出口与造粒 装置连接；提铜铁合金炉的高温烟气一部分通过管道送入提铜炉，另一部分高温烟气送入 余热利用系统；余热利用系统包括换热装置，换热装置与蒸汽轮机连接，蒸汽轮机与用户连 接；同时换热装置还与除尘装置连接，除尘装置与灰尘回收系统连接，收集的烟气一部分作 为辅料分解热源，另一部分送入汽轮机发电。所述换热装置为余热锅炉；所述除尘装置为布袋除尘器。所述造粒装置为粒化器。本发明的工艺分多个部分低温阶段提铜，高温阶段提铜铁合金，高温渣余热回 收。1、提铜工序从炼铜炉排出的1270°C -1370°C的熔融热态铜渣通过溜槽流入提铜 炉中，等熔池液面达到一定高度后加过量的还原剂活性炭及CaO。提铜炉严格密封，还原剂 通过提铜炉周边的喷枪用20kpa—30kpa的加压氮气喷入，预热好的650°C -750°C的CaO从 提铜炉上面的料罐加入。喷枪的一端浸没在熔池中，对熔池产生搅拌作用。因提铜炉用铜 冷却壁冷却，散热较快，为了保持温度恒定，将来自提铜铁合金炉的一部分高温煤气引入提 铜炉中来补给热量的损失。提铜炉产生的烟气直接排放。在提铜炉下部的高温熔池中，热 态铜渣和还原剂及辅料发生的主要反应为
Cu2S+Ca0+aC=2Cu+CaS+(2a_l)CO+(l_a)C02
Fe304+C=3Fe0+C0
Fe 2 S i 04+Ca0=2Fe0+CaSi03
还原得到的铜水从炉子一侧下方较低开口流出，炉渣从另一侧下方较高开口流出进入 提铜铁合金炉中。2、提铜铁合金工序来自提铜炉的炉渣流入提铜铁合金炉中。还原剂用水蒸汽经 喷枪喷入炉中，喷枪的一端浸入熔池中，对熔池产生强烈的搅拌作用，使炉渣和还原剂混合 均勻。纯氧从提铜铁合金炉底部吹入，底吹的方式强化了对熔池的搅拌作用，可以加快反应 的速度。反应产生的高温热量通过辐射、传导提供反应所需要的还原热，熔池的温度维持在
415000C -1600°C左右。产生的1600°C -1700°C的高温煤气一部分提供给提铜炉保温，另一部 分去余热锅炉进行余热回收利用。在提铜铁合金炉内，熔池和二次燃烧区发生的主要反应 如下
Fe0+C=Fe+C0
Fe2Si04+2C=2Fe+Si02+2C0 Cu2S+Ca0+aC=2Cu+CaS+(2a_l)CO+(l_a)C02 2C0+02=2C02
产生的铜铁合金由下面的出口排出，弃渣由上面的出口排出，进入粒化器进行液态渣 干法造粒。3、余热回收工序从提铜铁合金炉出来的部分高温煤气，进入余热锅炉进行热交 换，热交换后产生的蒸汽推动蒸汽轮机发电，供给所需用户。热交换后的低温煤气经布袋除 尘器收尘后，部分作为提铜和提铜铁合金中需要的辅料分解热源，剩余的部分去汽轮机发 电。经布袋除尘器收集的灰尘则进入灰尘回收系统。本发明的有益效果是
1、工艺简单，低温阶段直接还原出铜，品位可达99%，可以直接送去阳极炉精炼，省去了 回收提取铜硫后再进一步进行吹炼生成粗铜的工艺；
2、极大地提高了铜渣中铜的回收率，改变了传统方法铜回收率低的状况，铜回收率可 达98%以上；
3、高温下可直接用粉状或粒状的非焦煤作还原剂，不用焦炭，也不用烧结，节省了成
本；
4、生成的铜铁合金铜含量0.Γ0. 8%，其他杂质也少，完全满足耐候钢对原料的要求，其 价值比纯铁高。5、在回收铜的基础上，剩余的铜和铁直接还原得到产物铜铁合金，方法简便，操作 灵活，易于推广。6、直接利用熔融热态渣进行铜及铜铁合金的提取，节约能源。7、对提铜铁后的热态渣进行余热回收利用，降低成本，节约能源。
图1是本发明的工艺系统图2是图1工艺流程图的余热回收部分系统图。其中，1熔融热态铜渣，2提铜炉，3还原剂I，4CaO, 5氮气，6料罐，7炉渣，8提铜铁 合金炉，9高温煤气，10余热锅炉，11粒化器，12铜铁合金，13烟气，14铜水，15还原剂II， 16纯氧，17蒸汽轮机，18用户，19布袋除尘器，20辅料分解热源，21汽轮机发电，22灰尘回 收系统。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。图1、图2中，熔融铜渣综合利用工艺用系统，包括提铜炉2，提铜炉2进料端与熔 融热态铜渣1连接，同时提铜炉2还设有还原剂I 3和氮气5的喷枪，喷枪末端浸入熔池内；
5提铜炉2的炉渣7出口通过送料装置与提铜铁合金炉8进料端连接，CaO 4通过料罐6加 入提铜炉2，提铜炉2下部还设有铜水14排出口 ；提铜铁合金炉8设有还原剂1115添加喷 枪，该喷枪末端浸入熔池内，提铜铁合金炉8底部设有纯氧16吹枪；提铜铁合金炉8设有铜 铁合金12排出口和弃渣排出口，弃渣排出口与造粒装置连接；提铜铁合金炉8的高温烟气 9 一部分通过管道送入提铜炉2，另一部分高温烟气9送入余热利用系统；余热利用系统包 括换热装置，换热装置与蒸汽轮机17连接，蒸汽轮机17与用户18连接，同时换热装置还与 除尘装置连接，除尘装置与灰尘回收系统22连接，收集的烟气13 —部分作为辅料分解热源 20，另一部分送入汽轮机发电21。所述换热装置为余热锅炉10 ；所述除尘装置为布袋除尘器19。所述造粒装置为粒化器11。 本发明的工艺为
实施例1
提铜流程从炼铜炉排出的1270°c的熔融热态铜渣1通过溜槽流入提铜炉2中，等熔 池液面达到一定高度后加过量的还原剂I 3活性炭及CaO 4。提铜炉2严格密封，还原剂 I 3通过提铜炉1周边的喷枪用20kpa的加压氮气5喷入，预热好的650°C的CaO 4从提铜 炉2上面的料罐6加入。喷枪一端浸没在熔池中，对熔池产生搅拌作用。因提铜炉2用铜 冷却壁冷却，散热较快，为了保持温度恒定，将来自提铜铁合金炉8的一部分高温煤气9引 入提铜炉2中来补给热量的损失。提铜炉2产生的烟气13直接排放。在提铜炉2下部的 高温熔池中，热态铜渣和还原剂及辅料发生的主要反应为 Cu2S+Ca0+aC=2Cu+CaS+(2a_l)CO+(l_a)C02 Fe304+C=3Fe0+C0 Fe 2 S i 04+Ca0=2Fe0+CaSi03
还原得到的铜水14从炉子一侧下方较低开口流出，炉渣7从另一侧下方较高开口流出 进入提铜铁合金炉8中。2、提铜铁合金流程来自提铜炉2的炉渣7流入提铜铁合金炉8中。还原剂II 15 为水蒸汽，经喷枪喷入炉中，喷枪的一端浸入熔池中，对熔池产生强烈的搅拌作用，使炉渣7 和还原剂II 15混合均勻。纯氧16从提铜铁合金炉8底部吹入，底吹的方式强化了对熔池 的搅拌作用，可以加快反应的速度。反应产生的高温热量通过辐射、传导提供反应所需要的 还原热，熔池的温度维持在1500°C。产生的1600°C的高温煤气9 一部分提供给提铜炉2保 温，另一部分去余热锅炉10进行余热回收利用。在提铜铁合金炉8内，熔池和二次燃烧区 发生的主要反应如下
Fe0+C=Fe+C0
Fe2Si04+2C=2Fe+Si02+2C0 Cu2S+Ca0+aC=2Cu+CaS+(2a_l)CO+(l_a)C02 2C0+02=2C02
产生的铜铁合金12由下面的出口排出，弃渣由上面的出口排出，进入粒化器11进行液 态渣干法造粒。3、高温渣余热回收从提铜铁合金炉出来的部分高温煤气9，进入余热锅炉10 进行热交换，热交换后产生的蒸汽推动蒸汽轮机17发电，供给所需用户18。热交换后的低温煤气经布袋除尘器19收尘后，部分作为提铜和提铜铁合金中需要的辅料分解热源20，剩 余的部分去汽轮机发电21。经布袋除尘器19收集的灰尘则进入灰尘回收系统22。实施例2:
提铜流程从炼铜炉排出的1300°C的熔融热态铜渣1通过溜槽流入提铜炉2中，等熔 池液面达到一定高度后加过量的还原剂I 3活性炭及CaO 4。提铜炉2严格密封，还原剂 I 3通过提铜炉1周边的喷枪用25kpa加压氮气5喷入，预热好的700°C的CaO 4从提铜 炉2上面的料罐6加入。喷枪一端浸没在熔池中，对熔池产生搅拌作用。因提铜炉2用铜 冷却壁冷却，散热较快，为了保持温度恒定，将来自提铜铁合金炉8的一部分高温煤气9引 入提铜炉2中来补给热量的损失。提铜炉2产生的烟气13直接排放。在提铜炉2下部的 高温熔池中，热态铜渣和还原剂及辅料发生的主要反应为 Cu2S+Ca0+aC=2Cu+CaS+(2a_l)CO+(l_a)C02 Fe304+C=3Fe0+C0 Fe 2 S i 04+Ca0=2Fe0+CaSi03
还原得到的铜水14从炉子一侧下方较低开口流出，炉渣7从另一侧下方较高开口流出 进入提铜铁合金炉8中。2、提铜铁合金流程来自提铜炉2的炉渣7流入提铜铁合金炉8中。还原剂II 15 为水蒸汽，经喷枪喷入炉中，喷枪的一端浸入熔池中，对熔池产生强烈的搅拌作用，使炉渣7 和还原剂II 15混合均勻。纯氧16从提铜铁合金炉8底部吹入，底吹的方式强化了对熔池 的搅拌作用，可以加快反应的速度。反应产生的高温热量通过辐射、传导提供反应所需要的 还原热，熔池的温度维持在1550°C。产生的1650°C左右的高温煤气9 一部分提供给提铜炉 2保温，另一部分去余热锅炉10进行余热回收利用。在提铜铁合金炉8内，熔池和二次燃烧 区发生的主要反应如下
Fe0+C=Fe+C0
Fe2Si04+2C=2Fe+Si02+2C0 Cu2S+Ca0+aC=2Cu+CaS+(2a_l)CO+(l_a)C02 2C0+02=2C02
产生的铜铁合金12由下面的出口排出，弃渣由上面的出口排出，进入粒化器11进行液 态渣干法造粒。3、高温渣余热回收从提铜铁合金炉出来的部分高温煤气9，进入余热锅炉10 进行热交换，热交换后产生的蒸汽推动蒸汽轮机17发电，供给所需用户18。热交换后的低 温煤气经布袋除尘器19收尘后，部分作为提铜和提铜铁合金中需要的辅料分解热源20，剩 余的部分去汽轮机发电21。经布袋除尘器19收集的灰尘则进入灰尘回收系统22。实施例3
提铜流程从炼铜炉排出的1370°C的熔融热态铜渣1通过溜槽流入提铜炉2中，等熔 池液面达到一定高度后加过量的还原剂I 3活性炭及CaO 4。提铜炉2严格密封，还原剂 I 3通过提铜炉1周边的喷枪用30kpa加压氮气5喷入，预热好的750°C的CaO 4从提铜 炉2上面的料罐6加入。喷枪一端浸没在熔池中，对熔池产生搅拌作用。因提铜炉2用铜 冷却壁冷却，散热较快，为了保持温度恒定，将来自提铜铁合金炉8的一部分高温煤气9引 入提铜炉2中来补给热量的损失。提铜炉2产生的烟气13直接排放。在提铜炉2下部的
7高温熔池中，热态铜渣和还原剂及辅料发生的主要反应为 Cu2S+Ca0+aC=2Cu+CaS+(2a_l)CO+(l_a)C02 Fe304+C=3Fe0+C0 Fe 2 S i 04+Ca0=2Fe0+CaSi03
还原得到的铜水14从炉子一侧下方较低开口流出，炉渣7从另一侧下方较高开口流出 进入提铜铁合金炉8中。2、提铜铁合金流程来自提铜炉2的炉渣7流入提铜铁合金炉8中。还原剂II 15 为水蒸汽，经喷枪喷入炉中，喷枪的一端浸入熔池中，对熔池产生强烈的搅拌作用，使炉渣7 和还原剂II 15混合均勻。纯氧16从提铜铁合金炉8底部吹入，底吹的方式强化了对熔池 的搅拌作用，可以加快反应的速度。反应产生的高温热量通过辐射、传导提供反应所需要的 还原热，熔池的温度维持在1600°C。产生的1700°C左右的高温煤气9 一部分提供给提铜炉 2保温，另一部分去余热锅炉10进行余热回收利用。在提铜铁合金炉8内，熔池和二次燃烧 区发生的主要反应如下
Fe0+C=Fe+C0
Fe2Si04+2C=2Fe+Si02+2C0 Cu2S+Ca0+aC=2Cu+CaS+(2a_l)CO+(l_a)C02 2C0+02=2C02
产生的铜铁合金12由下面的出口排出，弃渣由上面的出口排出，进入粒化器11进行液 态渣干法造粒。3、高温渣余热回收从提铜铁合金炉出来的部分高温煤气9，进入余热锅炉10 进行热交换，热交换后产生的蒸汽推动蒸汽轮机17发电，供给所需用户18。热交换后的低 温煤气经布袋除尘器19收尘后，部分作为提铜和提铜铁合金中需要的辅料分解热源20，剩 余的部分去汽轮机发电21。经布袋除尘器19收集的灰尘则进入灰尘回收系统22。
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权利要求
一种熔融铜渣综合利用工艺，其特征是，它包括低温提铜工序、高温提铜铁合金工序以及余热回收工序；其中，低温提铜为将炼铜炉排出的1270℃—1370℃的熔融热态铜渣送入提铜炉；随后加入过量的还原剂I和CaO；然后向提铜炉内喷入20kpa—30kpa的加压惰性气体，并利用惰性气体喷枪喷出的气体对熔池产生搅拌作用；还原后铜水收集，炉渣送入高温提铜铁合金工序；提铜铁合金工序，来自提铜炉的炉渣送入提铜铁合金炉中，将过量还原剂II水蒸汽送过喷枪送入炉内，喷枪一端浸入熔池中，对熔池产生搅拌作用，使炉渣与还原剂混合均匀；纯氧从提铜铁合金炉底吹入，同样对熔池产生搅拌作用；熔池温度在1500℃ 1600℃之间，产生的1600℃ 1700℃的高温煤气一部分为送入提铜炉保温，另一部分送余热回收工序。
2.如权利要求1所述的熔融铜渣综合利用工艺，其特征是，所述余热回收工序将高温 烟气送入预热锅炉进行热交换，热交换后产生的蒸汽送入蒸汽轮机发电，电能供给用户；热 交换后的低温煤气经除尘后，分别作为提铜和提铜铁中需要的辅料分解热源；剩余部分也 送去汽轮机发电；除尘后收集的灰尘送入灰尘回收系统。
3.如权利要求1所述的熔融铜渣综合利用工艺，其特征是，所述CaO预热温度为 6500C _750°C之间。
4.如权利要求1所述的熔融铜渣综合利用工艺，其特征是，所述还原剂I为活性炭；还 原剂II为水蒸汽。
5.一种权利要求1所述的熔融铜渣综合利用工艺用系统，其特征是，它包括提铜炉，提 铜炉进料端与熔融热态铜渣连接，同时提铜炉还设有还原剂I和惰性气体喷枪，喷枪末端 浸入熔池内；提铜炉下部设有铜水出口，提铜炉炉渣出口通过送料装置与提铜铁合金炉进 料端连接，CaO通过料罐加入提铜炉；提铜铁合金炉设有还原剂II添加喷枪，该喷枪末端浸 入熔池内，提铜铁合金炉底部设有纯氧吹枪；提铜铁合金炉设有铜铁合金排出口和弃渣排 出口，弃渣排出口与造粒装置连接；提铜铁合金炉的高温烟气一部分通过管道送入提铜炉， 另一部分高温烟气送入余热利用系统；余热利用系统包括换热装置，换热装置与蒸汽轮机 连接，蒸汽轮机与用户连接；同时换热装置还与除尘装置连接，除尘装置与灰尘回收系统连 接，收集的烟气一部分作为辅料分解热源，另一部分送入汽轮机发电。
6.如权利要求5所述的熔融铜渣综合利用工艺用系统，其特征是，所述换热装置为余 热锅炉；所述除尘装置为布袋除尘器。
7.如权利要求5所述的熔融铜渣综合利用工艺用系统，其特征是，所述造粒装置为粒化器。
全文摘要
本发明涉及一种熔融铜渣综合利用工艺及其系统。具有提取率高、成本低、节约能源等特点。其提铜炉进料端与熔融热态铜渣连接，提铜炉还设有喷枪，喷枪末端浸入熔池内；提铜炉炉渣出口通过送料装置与提铜铁合金炉进料端连接，CaO通过料罐加入提铜炉；提铜铁合金炉设有还原剂II水蒸汽添加喷枪，该喷枪末端浸入熔池内，提铜铁合金炉底部设有纯氧吹枪；提铜铁合金炉设有铜铁合金排出口和弃渣排出口，弃渣排出口与造粒装置连接；提铜铁合金炉烟气一部分送入提铜炉，另一部分送入余热利用系统；该系统包括换热装置，换热装置与汽轮发电机连接，换热装置还与除尘装置连接，除尘装置与灰尘回收系统连接，收集的烟气部分作为辅料分解热源，另一部分送入汽轮发电机。
文档编号C22B7/04GK101921919SQ20101027639
公开日2010年12月22日 申请日期2010年9月9日 优先权日2010年9月9日
发明者吴峰, 张波, 李帅俊, 王宏耀, 罗光亮, 谭凤娟, 陈强, 马晓健 申请人:山东天力干燥设备有限公司