一种铜冶炼渣的贫化方法与流程

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种铜冶炼渣的贫化方法。

背景技术：
随着铜冶炼技术的不断发展，熔炼强度、铜锍品味不断提高，一次熔炼渣含铜也不断提高，冶炼过程中产出的弃渣含铜高达0.4%-0.8%，富氧底吹渣含铜有时高达3-4%，远高于目前0.3%的铜矿开采品位。目前生产1吨铜约产生2.2吨铜渣，我国铜渣累计堆存已高达2.5亿吨左右。工业上铜渣贫化的方法有两类：选矿法和火法贫化法。选矿法可以通过磁选回收渣中磁性铁矿，且回收率较高，因此，在炼铜工业渣处理方面已广泛应用，但处理过程渣缓冷周期长、对渣包数量和缓冷场占地面积的要求高，以及会造成巨大能源浪费，且工艺需要大量水，其环境效益亦较低。火法贫化法是将热态炉渣直接电热贫化进行沉降和还原，能够将铜渣中的含铜量降低到渣-锍平衡水平。但目前火法贫化法经电炉沉清分离贫化后的弃渣中铜含量一般在0.6%以上，弃渣含铜仍然较高，对铜的回收率远未达到工业需求，主要问题在于普遍采用的固体碳质还原剂粉料容易浮于熔池表面，液-固反应界面传输条件不理想，导致反应不充分产生大量有害气体，并使铜渣中的含铜量达不到降低指标。申请号为201310311055.X的专利公开了一种铜冶炼熔融炉渣贫化的方法及贫化装置，该专利中涉及采用的还原剂为含有FeS和Cu2S的铜精矿，通过流槽由加料口引到贫化装置中，虽采用惰性气体侧吹搅拌熔池，但顶部加还原剂的加入方式仍难以避免还原剂的燃烧损失，污染环境，且还原剂与整个熔池的混合效果仍有限，难以达到贫化的效果。申请号为201510261859.2的专利提出了一种铜冶炼渣处理装置及其方法，涉及的还原剂从位于炉顶部的辅料加入口加入，还原剂的组分为：烟粉煤10-15%、无烟煤粉50-60%、炭焦粉2-30%，底部通入天然气和氧气，通过气体的喷吹对物料进行搅动混合，这种加料方式从一定程度上改善了混合效果，但仍存在以下两点问题：1.固体粉料的还原剂由顶部加料口加入过程中同样难以避免还原剂的烧损，并且污染环境；2.底部通入气体对物料进行搅动的方式容易导致体系受热不均，产生喷溅；3.通入氧气会产生大量CO气体，容易发生爆炸，增加了生产安全性的控制难度，并且如果不经处理还会对环境造成严重污染。

技术实现要素：
针对现有固相碳质还原剂利用率低、污染环境的问题，本发明提出了一种新的铜冶炼渣的贫化方法。在熔融铜冶炼渣贫化炉中引入偏心搅拌设备，将天然气经贫化炉底部或侧部的透气转喷吹到熔融铜渣熔池中，在机械搅拌和气体喷吹的双重作用下，天然气将熔渣中的Fe3O4充分还原，降低渣的粘度，提高了熔池的流动性，使弥散在熔渣中的冰铜并聚沉降到熔池底部，达到铜渣贫化的目的，贫化后铜渣中铜含量降至0.35%以下，本发明结合物理化学方法，安全性高，天然气用量少，尾气产生量较低且均经过回收处理，对环境污染极低。本发明的技术方案为：一种铜冶炼渣的贫化方法，按照以下工艺步骤进行：（1）在贫化炉中引入偏心机械搅拌设备，将1150~1350℃的高温熔融态铜冶炼渣导入贫化炉中，调整搅拌桨伸入至铜冶炼渣液面高度的1/3至1/2处，开启加热和搅拌，控制铜冶炼渣的温度为1150~1350℃，搅拌速度为50~200r/min；（2）在贫化炉的底部或侧部设置用于吹入气体的透气转，将天然气经透气砖底吹或侧吹入熔融铜渣中，控制喷吹压力为0.1~1.5MPa，喷吹流量为1.6~20m3/h，喷吹天然气并保温反应30~180min；（3）静置分层，分别收集下层冰铜和上层贫化后渣。上述方法中，所述下层冰铜的品位在70%以上，上层贫化后渣中含铜量在0.35%以下。上述方法中，铜冶炼渣在贫化过程产生的高温烟气通过锅炉回收余热以及旋风除尘，回收烟气中的锌、铅、钼和砷易挥发有价组分，最后通过洗涤装置除去烟气中所含的二氧化硫气体，达到排空要求后排入大气。本发明采用天然气贫化铜渣的原理为：在对温度和搅拌速度进行控制的前提下，使天然气（包括热解产生的C和H2）将Fe3O4还原成FeO进而与SiO2形成硅酸盐，该造渣过程可降低铜渣的粘度，促进铜渣中夹带的冰铜颗粒聚并和沉降，将铜渣的含铜量降低到0.35%以下。本发明涉及的反应方程式如下：Fe3O4+1/3CH4(g)=3FeO+2/3H2O(g)+1/3CO(g)Fe3O4+1/4CH4(g)=3FeO+1/4CO2(g)+1/2H2O(g)Fe3O4+CO(g)=3FeO+CO2(g)CH4(g)=C+2H2(g)Fe3O4+C=3FeO+CO(g)Fe3O4+1/2C=3FeO+1/2CO2(g)Fe3O4+H2(g)=3FeO+H2O(g)2FeO+SiO2=2FeO∙SiO2与现有的铜渣贫化技术相比，本发明的特点和有益效果是：1、本发明在贫化炉中设置偏心搅拌设备，机械搅拌使气泡微细化，从而有效抑制铜渣液面升高和喷溅现象，提高了熔池的流动性。2、本发明在贫化炉底部或侧部设置用于吹入气体的透气转，采用天然气作为还原剂，并通过底吹或侧吹方式经透气转引入贫化炉中，将铜渣中的Fe3O4还原成FeO以降低铜渣的粘度，并且在机械搅拌和气体喷吹的双重作用下，铜渣熔体中冰铜颗粒互相碰撞聚并机会增多，促进了冰铜颗粒的沉降，使弥散在熔渣中的冰铜并聚沉降到熔池底部，达到铜渣贫化的目的，贫化后铜渣中铜含量降至0.35%以下。3、本发明结合物理化学方法，引入的反应物质少，安全性高，天然气用量少，尾气产生量较低且均经过回收处理，对环境污染极低，具有较大的经济效益和环境效益。附图说明图1是本发明实施例1和实施例3的铜冶炼渣的贫化处理方法所采用的贫化炉的结构示意图；图2是本发明实施例2和实施例4的铜冶炼渣的贫化处理方法所采用的贫化炉的结构示意图；其中：1-排渣口，2-排冰铜口，3-搅拌桨，4-搅拌桨升降系统，5-铜渣溜槽，6-天然气底吹喷吹口，7-天然气侧吹喷吹口，8-旋风除尘系统，9-余热回收系统，10-洗涤塔。具体实施方式本发明实施例中所采用的贫化炉为自制设备。本发明实施例1和2中所用铜渣为富氧底吹铜熔炼渣，具体成分如表1所示。表1实施例1和2所采用的铜冶炼渣多元素分析结果（质量分数，%）本发明实施例3和4中所用铜冶炼渣为富氧底吹铜熔炼渣，具体成分如表2所示；表2实施例3和4所采用的铜冶炼渣多元素分析结果（质量分数，%）组分TFeFeOCuZnSAl2O3CaOMgOSiO2As含量45.5045.992.361.670.863.350.740.7427.540.018实施例1熔融态铜渣量为1t，组成如表1所示，采用的贫化炉如图1所示，贫化处理方法按照以下工艺步骤进行：（1）在贫化炉中引入偏心机械搅拌设备，将1150~1350℃的高温熔融态铜渣导入贫化炉中，调整搅拌桨伸入至铜冶炼渣液面高度的1/3处，开启加热和搅拌，控制铜冶炼渣的温度为1250℃，搅拌速度为80r/min；（2）在贫化炉的底部设置用于吹入气体的透气转，将天然气经透气砖底吹入熔融铜渣中，控制喷吹压力为1.0MPa，喷吹流量为8m3/h，喷吹天然气并保温反应60min；（3）静置分层，分别收集下层冰铜和上层贫化后渣，其中贫化后渣含铜量为0.34%，冰铜品位%(Cu)71。本实施例的铜冶炼渣在贫化过程产生的高温烟气通过锅炉回收余热以及旋风除尘，回收烟气中的锌、铅、钼和砷易挥发有价组分，最后通过洗涤装置除去烟气中所含的二氧化硫气体，达到排空要求后排入大气。实施例2熔融态铜渣量为1t，组成如表1所示，采用的贫化炉如图2所示，贫化处理方法按照以下工艺步骤进行：（1）在贫化炉中引入偏心机械搅拌设备，将1150~1350℃的高温熔融态铜渣导入贫化炉中，调整搅拌桨伸入至铜冶炼渣液面高度的1/2处，开启加热和搅拌，控制铜冶炼渣的温度为1200℃，搅拌速度为70r/min；（2）在贫化炉的侧部设置用于吹入气体的透气转，将天然气经透气砖侧吹入熔融铜渣中，控制喷吹压力为0.5MPa，喷吹流量为15m3/h，喷吹天然气并保温反应30min；（3）静置分层，分别收集下层冰铜和上层贫化后渣，其中贫化后渣含铜量为0.32%，冰铜品位%(Cu)70。本实施例的铜冶炼渣在贫化过程产生的高温烟气通过锅炉回收余热以及旋风除尘，回收烟气中的锌、铅、钼和砷易挥发有价组分，最后通过洗涤装置除去烟气中所含的二氧化硫气体，达到排空要求后排入大气。实施例3熔融态铜渣量为1t，组成如表1所示，采用的贫化炉如图1所示，贫化处理方法按照以下工艺步骤进行：（1）在贫化炉中引入偏心机械搅拌设备，将1150~1350℃的高温熔融态铜渣导入贫化炉中，调整搅拌桨伸入至铜冶炼渣液面高度的1/2处，开启加热和搅拌，控制铜冶炼渣的温度为1345℃，搅拌速度为60r/min；（2）在贫化炉的底部设置用于吹入气体的透气转，将天然气经透气砖底吹入熔融铜渣中，控制喷吹压力为0.8MPa，喷吹流量为10m3/h，喷吹天然气并保温反应40min；（3）静置分层，分别收集下层冰铜和上层贫化后渣，其中贫化后渣含铜量为0.28%，冰铜品位%(Cu)73。本实施例的铜冶炼渣在贫化过程产生的高温烟气通过锅炉回收余热以及旋风除尘，回收烟气中的锌、铅、钼和砷易挥发有价组分，最后通过洗涤装置除去烟气中所含的二氧化硫气体，达到排空要求后排入大气。实施例4熔融态铜渣量为1t，组成如表1所示，采用的贫化炉如图2所示，贫化处理方法按照以下工艺步骤进行：（1）在贫化炉中引入偏心机械搅拌设备，将1150~1350℃的高温熔融态铜渣导入贫化炉中，调整搅拌桨伸入至铜冶炼渣液面高度的1/2处，开启加热和搅拌，控制铜冶炼渣的温度为1300℃，搅拌速度为100r/min；（2）在贫化炉的侧部设置用于吹入气体的透气转，将天然气经透气砖侧吹入熔融铜渣中，控制喷吹压力为0.6MPa，喷吹流量为5m3/h，喷吹天然气并保温反应90min；（3）静置分层，分别收集下层冰铜和上层贫化后渣，其中贫化后渣含铜量为0.35%，冰铜品位%(Cu)74。本实施例的铜冶炼渣在贫化过程产生的高温烟气通过锅炉回收余热以及旋风除尘，回收烟气中的锌、铅、钼和砷易挥发有价组分，最后通过洗涤装置除去烟气中所含的二氧化硫气体，达到排空要求后排入大气。