本发明属于有色金属火法冶炼技术领域，具体涉及一种高砷硫化铜矿的熔炼方法。
背景技术：
铜的火法冶炼分熔炼、吹炼、阳极精炼和电解精炼四个部分。在熔炼过程中主要脱去大量的硫和铁外，还要尽可能脱除砷、锑、铋、铅、锌等杂质元素。金属的冶炼过程中，造渣是非常重要的一个环节，可以说造铜过程就是造渣过程，使较多的砷、锑等杂质进入渣，以降低锍的杂质含量，且冶炼渣还必须具有流动性好、与金属(锍)易分离等特点。
随着资源的枯竭，贫矿越来越多，相应的杂质含量尤其是砷含量越来越高，当砷的含量超出工艺设计范围时，熔炼产生的铜锍含砷量就会升高，相应的阳极铜含砷量也会升高，这就加重了电解工序净液的压力，严重时影响阴极铜的质量。目前针对高砷矿的处理主要通过配入少量高砷矿，使配料后的含砷量达到工艺设计范围进行生产，这种方法不适合大规模高砷矿的处理。
而闪速熔炼技术作为目前世界上最先进、处理能力最大的技术，占世界火法铜产量的60％以上，是世界上公认的“吃细粮”的冶炼技术，一般要求铜精矿杂质含量低，如砷一般要低于0.3％，否则产生的粗铜以及阳极铜砷含量较高，影响电解生产。而现在的铜精矿一般很难满足这个设计要求，造成阳极铜砷含量超标，影响电解生产，如何开发一种能够处理高杂质特别是高砷铜精矿的铜冶炼技术，成为目前技术人员关注问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种高砷硫化铜精矿的熔炼方法，本发明提供的熔炼方法可以处理含砷量高的硫化铜精矿，产出的冰铜品位高，并且含砷量低。
本发明提供了一种高砷硫化铜精矿的熔炼方法，包括以下步骤：
(A)将高砷硫化铜精矿、石英砂和含CaO物料混合，得到混合物料；
(B)将所述混合物料与含氧反应气体加入冶炼炉，进行反应，得到冰铜、渣和含SO2的烟气。
优选的，所述步骤(B)具体为：
(B1)所述混合物料，经过倾角为10°～40°输料管(3)进入流化给料装置(2)，经流化给料装置(2)的流化作用进入铜精矿喷嘴(1)；
(B2)所述混合物料和所述含氧反应气体在铜精矿喷嘴(1)的作用下混合进入闪速炉反应塔(4)中进行反应，得到冰铜、渣和含含SO2的烟气。
优选的，所述高砷硫化铜精矿含砷0.3wt％～1.8wt％。
优选的，所述含CaO物料选自生石灰、石灰石或石膏。
优选的，所述含CaO物料的加入量为所述混合物料质量的1wt％～10wt％。
优选的，所述混合物料中含水量低于0.3wt％。
优选的，所述含氧反应气体的氧含量为50％～95％。
优选的，所述冰铜的品位为50％～70％。
优选的，所述冰铜中含砷0.2wt％～0.6wt％。
与现有技术相比，本发明提供了一种高砷硫化铜精矿的熔炼方法，包括以下步骤：将高砷硫化铜精矿、石英砂和含CaO物料混合，得到混合物料；将所述混合物料与含氧反应气体加入冶炼炉，进行反应，得到冰铜、渣和含SO2的烟气。本发明通过在冶炼的过程中加入CaO和SiO2，使精矿物料、CaO和SiO2在高温状态下反应，精矿中的砷的硫化物先被氧化，后与造渣熔剂CaO发生化学反应，生成以砷的钙基化合物、砷酸铁等形式进入渣相，降低铜锍中砷的含量。
结果表明，本发明提供的熔炼方法产出的冰铜的品位为50％～70％，冰铜中含砷0.2wt％～0.6wt％，砷的入渣率大于70％。
附图说明
图1为本发明提供的高砷硫化铜精矿熔炼装置的结构示意图。
其中：1为铜精矿喷嘴，2为硫化给料装置，3为输料管，4为闪速炉反应塔。
具体实施方式
本发明提供了一种高砷硫化铜矿的熔炼方法，包括以下步骤：
将高砷硫化铜精矿、石英砂和含CaO物料混合，得到混合物料；
将所述混合物料与含氧反应气体混合加热，进行反应，得到冰铜、渣和含SO2的烟气。
本发明提供的硫化铜精矿为高砷硫化铜精矿，在本发明中，所述高砷硫化铜精矿中含砷0.3wt％～1.8wt％，优选为0.4wt％～1.6wt％，在本发明的一些具体实施方式中，所述高砷硫化铜精矿中含砷0.4wt％，在本发明的另一些具体实施方式中，所述高砷硫化铜精矿中含砷0.6wt％，在本发明的另一些具体实施方式中，所述高砷硫化铜精矿中含砷0.8wt％，在本发明的另一些具体实施方式中，所述高砷硫化铜精矿中含砷1.0wt％，在本发明的另一些具体实施方式中，所述高砷硫化铜精矿中含砷1.6wt％。
在本发明中，所述高砷硫化铜精矿在进行熔炼之前需要干燥，经干燥水分低于0.3wt％。
将干燥的高砷硫化铜精矿、石英砂和含CaO物料混合，得到混合物料。
为了降低渣量和保证一定的脱杂率，在硫化铜矿熔炼过程中加入了含氧化钙物料，所述含CaO物料选自生石灰、石灰石或石膏。
所述含CaO物料的加入量为所述混合物料质量的1wt％～10wt％，优选为2wt％～8wt％，更优选为4wt％～6wt％。
得到的混合物料中含水量低于0.3wt％。
将所述混合物料与含氧反应气体加入冶炼炉，进行反应，得到冰铜、渣和含SO2的烟气。
本发明在对高砷硫化铜精矿进行熔炼所用的冶炼炉并没有特殊限制，本领域技术人员公知的冶炼炉即可，可以为闪速炉，也可以为熔池炉。根据熔炼设备的不同，在进行熔炼时，选用与设备相匹配的熔炼时间与熔炼温度。
在本发明中，优选采用具有图1结构的熔炼装置，图1为本发明提供的高砷硫化铜精矿熔炼装置的结构示意图。
图1中，1为铜精矿喷嘴，2为硫化给料装置，3为输料管，4为闪速炉反应塔。
本发明提供的高砷硫化铜精矿熔炼装置主要包括输料管3、闪速炉反应塔4、连通输料管3和闪速炉反应塔4的铜精矿喷嘴1，铜精矿喷嘴1与输料管3连通的部位设置有流化给料装置2。
如图1所示。本实施例中，增设流化给料装置2的作用，是为了使混合物料均匀能够更加均匀的进入到铜精矿喷嘴1的物料通道中，进而更加均匀的进入到反应塔中，从而最大程度的防止偏析现象的发生，令反应效果更加突出。
在得到混合物料后，本发明优选将所述混合物料输送至具有图1结构的熔炼装置中进行熔炼反应。
(B1)所述混合物料，经过倾角为10°～40°输料管(3)进入流化给料装置(2)，经流化给料装置(2)的流化作用进入铜精矿喷嘴(1)；
(B2)所述混合物料和所述含氧反应气体在铜精矿喷嘴(1)的作用下混合进入闪速炉反应塔(4)中进行反应，得到冰铜、渣和含含SO2的烟气。
具体的，本发明在采用闪速冶炼时，将混合物料，经过倾角为10°-40°输料管(3)进入流化给料装置(2)，经流化给料装置(2)的流化作用均匀的进入铜精矿喷嘴(1)；同时含氧反应气体经管道进入铜精矿喷嘴(1)；混合物料和含氧反应气体在铜精矿喷嘴(1)的作用下进入闪速炉反应塔(4)中进行反应，产生冰铜、渣和含SO2的烟气。
为了提高烟气浓度和反应效率，以及保证反应的热量平衡，在冶炼过程中一般通入的含氧反应气体氧含量为50％～95％，这样也有利于铜精矿中杂质的氧化进入熔炼渣中，降低冰铜中杂质含量。在本发明中，所述含氧反应气体的氧含量为50％～95％，优选为60％～90％，更优选为70％～80％。
混合物料与反应气体在冶炼炉反应塔内进一步混合，并随温度的升高发生分解和氧化后进入沉淀池进行造渣反应，生成冰铜、渣和含SO2的烟气，其中，冰铜和渣进入反应塔底部的沉降池进行沉降分离，含SO2的烟气经过冶炼炉上升烟道排出。按照上述熔炼方法，得到的冰铜的品位为50％～70％。所述冰铜中含砷0.2wt％～0.6wt％。
在熔炼设备中发生的化学反应如下：
分解反应：
2FeS2→2FeS+S2
4CuFeS2→2Cu2S+2FeS+S2
CaCO3→CaO+CO2
氧化反应：
4CuFeS2+5O2→2Cu2S·FeS+2FeO+4SO2
4FeS2+11O2→2Fe2O3+8SO2
3FeS2+8O2→2Fe3O4+6SO2
CuS+O2→Cu2S+SO2
2Cu2S+3O2→2Cu2O+2SO2
2As2S2+7O2→2As2O3+4SO2
造锍反应：
FeS+Cu2O→FeO+Cu2S
造渣反应：
2FeO+SiO2→2FeO·SiO2
As2O3+3CaO+O2→Ca3(AsO4)2
通过在冶炼的过程中加入CaO和SiO2，使精矿物料、CaO和SiO2进入炉内，在高温状态下反应。精矿中的砷的硫化物先被氧化，后与造渣熔剂CaO发生化学反应，生成以砷的钙基化合物、砷酸铁等形式进入渣相，降低铜锍中砷的含量。
所述高砷硫化铜矿中含有Fe元素，本发明在入炉物料配制时，按混合物料中Fe的质量与SiO2的质量比为1：(0.6～0.9)加入石英砂，使反应过程中生产的FeO形成熔渣，及发生2FeO+SiO2→2FeO·SiO2反应，保证熔炼渣的粘度较低，具有较好的流动性，有利于熔炼渣与铜锍的分离，降低熔炼渣中铜的含量。通过控制炉渣中Fe/SiO2的比值，调节炉渣整体流动性，利于排放。
具体反应如下：
CaCO3→CaO+CO2
2As2S2+7O2→2As2O3+4SO2
As2O3+3CaO+O2→Ca3(AsO4)2
还有少量的As2O3会与精矿氧化生成的Fe2O3，生成砷酸铁。反应如下：
As2O3+3Fe2O3+O2→FeAsO4
本发明提供的熔炼方法可以处理含砷0.3％～1.8％的铜精矿，产出的冰铜含砷低于0.4％；并且，得到的渣流动性好，渣含铜稳定且含铜量低；该熔炼方法处理高砷硫化铜矿能力大，适合大型工业化生产。
结果表明，本发明提供的熔炼方法产出的冰铜的品位为50％～70％，冰铜中含砷0.2wt％～0.6wt％，砷的入渣率大于70％。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的高砷硫化铜矿的熔炼方法进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
含砷0.4％的硫化铜精矿100t，配入18t石英砂和2.5t生石灰粉，经过混合，得到混合物料，所述混合物料经过倾角为15°输料管(3)进入流化给料装置(2)，经流化给料装置(2)的流化作用进入铜精矿喷嘴(1)；
混合物料和富氧浓度为80％的反应气体在铜精矿喷嘴(1)的作用下混合一起进入温度为1280℃的闪速炉反应塔，随着混合物料和反应气体温度的升高开始发生分解、氧化反应，最后进入底部沉淀池，产出36.7t冰铜，以及渣和含SO2的烟气，其中冰铜含Cu68％，含As0.25％，砷的入渣率为71.2％。
实施例2
含砷0.6％的流化铜精矿100t，配入16t石英砂和4t生石灰粉，经过混合，得到混合物料，所述混合物料经过倾角为20°输料管(3)进入流化给料装置(2)，经流化给料装置(2)的流化作用进入铜精矿喷嘴(1)；
混合物料和与富氧浓度为86％的反应气体在铜精矿喷嘴(1)的作用下混合一起进入温度为1300℃的闪速炉反应塔，随着混合物料和反应气体温度的升高开始发生分解、氧化反应，最后进入底部沉淀池，产出35.7t冰铜，以及渣和含SO2的烟气，其中冰铜含Cu67.2％，含As0.32％，砷的入渣率为77.9％。
实施例3
含砷0.8％的流化铜精矿100t，配入17t石英砂和6t生石灰粉，经过混合，得到混合物料，所述混合物料经过倾角为30°输料管(3)进入流化给料装置(2)，经流化给料装置(2)的流化作用进入铜精矿喷嘴(1)；
混合物料和与富氧浓度为84％的反应气体一起进入温度为1300℃的闪速炉反应塔，随着混合物料和反应气体温度的升高开始发生分解、氧化反应，最后进入底部沉淀池，产出36t冰铜，以及渣和含SO2的烟气，其中冰铜含Cu65.2％，含As0.38％，砷的入渣率为70.2％。
实施例4
含砷0.4％的硫化铜精矿100t，配入18t石英砂、2.5t生石灰粉及少量烟尘，经过混合，得到混合物料，所述混合物料经过倾角为35°输料管(3)进入流化给料装置(2)，经流化给料装置(2)的流化作用进入铜精矿喷嘴(1)；
混合物料和与富氧浓度为80％的反应气体一起进入温度为1260℃的闪速炉反应塔，随着混合物料和反应气体温度的升高开始发生分解、氧化反应，最后进入底部沉淀池，产出36.7t冰铜，以及渣和含SO2的烟气，其中冰铜含Cu68％，含As0.25％，砷的入渣率为71.2％。
实施例5
含砷0.6％的流化铜精矿100t，配入16t石英砂、4.5t石灰石粉及少量烟尘，经过混合，得到混合物料，所述混合物料经过倾角为30°输料管(3)进入流化给料装置(2)，经流化给料装置(2)的流化作用进入铜精矿喷嘴(1)；
混合物料和与富氧浓度为58％的反应气体一起进入温度为1300℃的闪速炉反应塔，随着混合物料和反应气体温度的升高开始发生分解、氧化反应，最后进入底部沉淀池，产出35.7t冰铜，以及渣和含SO2的烟气，其中冰铜含Cu67.2％，含As0.29％，砷的入渣率为77.9％。
实施例6
含砷1％的流化铜精矿100t，配入17t石英砂、7.5t石灰石粉及少量烟尘，经过混合，得到混合物料，所述混合物料经过倾角为25°输料管(3)进入流化给料装置(2)，经流化给料装置(2)的流化作用进入铜精矿喷嘴(1)；
混合物料和与富氧浓度为88％的反应气体一起进入温度为1240℃的闪速炉反应塔，随着混合物料和反应气体温度的升高开始发生分解、氧化反应，最后进入底部沉淀池，产出36t冰铜，以及渣和含SO2的烟气，其中冰铜含Cu65.2％，含As0.33％，砷的入渣率为79.2％。
实施例7
含砷1.6％的流化铜精矿100t，配入15.5t石英砂和9.5t生石灰粉，经过混合，得到混合物料，所述混合物料经过倾角为40°输料管(3)进入流化给料装置(2)，经流化给料装置(2)的流化作用进入铜精矿喷嘴(1)；
混合物料和与富氧浓度为95％的反应气体一起进入温度为1250℃的闪速炉反应塔，随着混合物料和反应气体温度的升高开始发生分解、氧化反应，最后进入底部沉淀池，产出36t冰铜，以及渣和含SO2的烟气，其中冰铜含Cu68％，含As0.43％，砷的入渣率为84.7％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。