铜精矿熔池熔炼工艺的制作方法

本发明属于铜冶炼生产技术领域，具体涉及一种铜精矿熔池熔炼工艺。

背景技术：

铜精矿的熔池熔炼工艺包括顶吹的三菱炉、奥斯麦特炉和艾萨炉，侧吹的特尼恩特炉、白银炉、诺兰达炉、瓦纽可夫炉、富氧双侧吹炉等。其中，瓦纽可夫炉和富氧双侧吹炉属于竖式炉，其熔炼过程为：炉料由炉顶加入，熔炼产物和炉渣流向炉底，从炉底排出。由于竖式炉的熔炼过程是在炉料从上到下的流动过程中完成的，因此竖炉的炉体较高，具有占地小，床能力大等优势。然而，目前瓦纽可夫炉和富氧双侧吹炉均存在容易发生泡沫渣喷溅工艺事故、一次风、二次风区域容易生长炉结、烟道易粘结堵塞、炉渣贫化方法不经济等诸多缺陷，因而限制了它们的使用。例如中国发明专利申请号cn201511007195.3和zl200820135242.1分别公开了一种竖式双侧吹熔炼炉和一种铜镍矿熔炼炉，前者为浅熔池，虽不易形成横膈膜，但渣层高度较小，熔炼渣停留时间短，铜锍和炉渣难以得到有效澄清和分离；而后者虽是深熔池，但熔炼高品位铜锍时，粘滞时间长，易形成横膈膜，影响熔炼。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种既不易形成横膈膜，铜锍和炉渣又能得到有效澄清和分离的铜精矿熔池熔炼工艺，具有工艺操作安全性强，热稳定性好，渣含铜量低的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种铜精矿熔池熔炼工艺，具体步骤如下：

(1)进行熔池熔炼原料和燃料的配料，所述熔池熔炼原料由铜精矿、石英砂、返料构成；

(2)将富氧空气送入铜精矿熔炼炉的炉渣层中，形成炉渣泡沫层，随铜精矿向熔炼炉中加入燃料，调节熔炼炉熔池中的炉渣温度为1240℃-1260℃；

(3)向熔炼炉中加入熔池熔炼原料，在炉渣泡沫层中进行熔池熔炼，产出的铜锍和炉渣在炉缸中实现澄清和分离后，分别被排出。

关于步骤(1)，熔池熔炼原料和燃料的配制实际上是采用两级配料，一级配料工序为主配料工序，设置在精矿库附近，由皮带秤控制熔池熔炼原料的输出料量，并向原料中配入一定比例的燃料。二级配料为辅助配料工序，即配制焦粉/块煤，设置在熔炼炉加料平台附近。与现有技术中只有一级配料的方式相比，本发明所述的二级配料有如下两点优势：其一是可根据炉前检测的熔体温度和熔体排放状况，在熔池熔炼原料入炉之前配入适量的焦粉，能精确调节熔体温度至目标值。其二是当炉内熔体出现过氧化情况时，可通过投入适量的焦粉进行还原，能控制泡沫渣工艺事故的发生。特别的，焦粉也可用块煤来代替。

具体的，熔池熔炼原料和燃料均是通过皮带运输机输送至铜精矿熔炼炉加料平台附近的缓冲仓中，由各缓冲仓定量地向铜精矿熔炼炉炉顶的各加料口加料。由于每个缓冲仓下设置一条给料皮带机和一条计量皮带机，如此可实现定量加料。同时每个缓冲仓对应两个加料口，加料口在铜精矿熔炼炉顶上均匀配置，如此可保证在炉体长度方向上均匀布料，进而能避免发生泡沫渣的工艺事故。

关于泡沫渣工艺事故的发生原因：当炉内炉渣熔体过氧化时，其中有大量的fe3o4，当加入炉内的铜精矿与过氧化的炉渣接触时，将发生剧烈的氧化还原反应，在短时间内产生大量的so2气体，从炉渣中逸出，由于炉渣的粘度较大，因而将在炉渣中迅速产生大量的泡沫，严重时会有大量的熔体喷出冶金炉而发生事故。

关于铜精矿熔炼炉中熔池熔炼原料的组成和投加量，可根据铜精矿总的投加量、不同铜精矿的组成及设定的配料比例、热平衡、物料平衡计算得到的燃料和石英砂熔剂的配比等确定铜精矿、石英砂、燃料等的加料量，混合后送入加料平台上的缓冲仓，由缓冲仓经计量后投加入炉。作为优选，步骤(1)中的燃料为焦粉或碎煤，燃料：铜精矿＝0.02-0.05:1。

关于步骤(2)，由于炉渣泡沫层是熔池熔炼的反应区，因此其形成的好坏关系着熔炼反应能否均匀、稳定进行。影响着炉渣泡沫层好坏的最关键因素是炉渣泡沫层的静态深度、加料的均匀性和一次风口送风的均匀性，如果炉渣泡沫层的静态深度过低或加料/送风不均匀，那么就会出现部分铜精矿欠氧化，少部分铜精矿未氧化，形成生料而落入炉缸的情况，如此，炉缸中的炉渣层不均匀，温度低，渣流动性变差，铜锍-炉渣分离困难造成渣含铜升高，大量生料进入排烟系统，造成烟尘率升高，排烟系统堵塞等工艺故障。优选的，所述的炉渣泡沫层静态深度为300mm-500mm，炉渣泡沫层高度为2-2.5m。事实上，炉渣泡沫层的高度和均匀性又和富氧空气的氧浓度、风量和吹入压力、一次风口的位置以及炉渣泡沫层温度的均匀性有关。富氧空气通过浸没在炉渣泡沫层中的一次风口吹入炉中，富氧空气浓度为70％～90％，吹入压力为100～120kpa，一次风口水平设置，一次风口以上炉渣层的静态深度为300mm-500mm、炉缸中炉渣温度为1240℃-1260℃，铜锍温度1200℃-1240℃。少量生料和欠氧化的铜精矿能够在炉缸中均匀的厚炉渣层中发生交互氧化还原反应，使生料氧化熔化，使fe3o4被还原、硫化而其含量降低至较低的水平，过氧化和欠氧化的物料在炉缸中达到量的平衡而产生均匀的熔体，进而使渣含铜降低，也不会出现含fe3o4高的粘渣层。

具体的，炉渣和铜锍温度是通过步骤(2)中所述的焦粉实现精准调节的；一次风口处加装有捅风眼机，保证送风均匀。在上述高温、高氧势和富氧空气强烈的搅拌作用下，炉渣泡沫层中的炉渣分散均匀，如此可为熔炼反应提供一个稳定、氧化均匀的反应环境，保证炉体内热稳定性好，氧化程度均匀，过氧化程度低。

关于步骤(3)，第一，熔炼反应是在炉渣泡沫层中进行的，其熔炼过程如下：连续送入炉渣层中的富氧空气对炉渣进行强烈地搅拌，不断加入泡沫层的铜精矿对炉渣进行连续地还原、硫化，所形成的铜锍液滴连续地对炉渣进行洗涤，炉渣-铜锍在深炉缸中充分地澄清分离，如此，可将炉渣贫化的“还原硫化-洗涤-搅拌-澄清”四要素集于一体，为降低渣含铜量创造了有利的条件。

具体的，新的熔炼炉开炉时，泡沫层中的炉渣可通过如下两种途径获得：一是用木柴点燃焦炭，用焦炭熔化冷铜锍和炉渣等形成熔池，即为冷开炉；二是从其他熔炼炉转运来炉渣熔体倒入炉缸而形成熔池，即为热开炉。另外，在熔炼过程中，熔炼炉内会连续生成炉渣，而生成的炉渣又会从溢流口连续地流出。炉渣在生成和流出中达到平衡，保证炉渣泡沫层的高度不变。

第二、本发明所述的铜精矿熔炼炉采用深炉缸结构，优选的，所述的炉缸深度为1.5-1.9m，炉缸的顶面距离一次风口的中心线500-550mm，炉缸内铜锍液面的高度为700mm-1200mm。炉缸在一次风口的搅拌范围之外，为相对静止的区域。深炉缸为铜锍和炉渣提供了足够的储存空间和充分的澄清、分离时间，能降低炉渣中的含铜量。此外，为了维持炉缸的热平衡，防止炉结和横膈膜的生成，炉缸由隔热耐火砖砌筑，其中，炉底耐火砖高度1.1-1.3m，炉壁耐火砖厚度700-900mm，最外侧均用黏土砖隔热保温，如此，炉缸可通过熔炼区的反应热进行自保温，无需燃料。

关于炉渣的处理方法：第一种是在铜锍品位小于62％、炉渣fe/sio2为1.1-1.3时，产出的渣含铜小于0.6％，炉渣不需要再通过贫化炉处理，即可直接水淬外售。第二种是在铜锍品位大于62％、炉渣fe/sio2大于1.3时，产出的炉渣含铜大于0.6％，炉渣在缓冷后进行浮选处理选出尾矿即可。具体的，可通过控制送入炉内的氧/料比，使得产出的铜锍品位为50％-75％；通过控制配料的石英砂比例来控制炉渣的fe/sio2在1.1-2.0。

上述技术方案产生的有益效果在于：将富氧空气送入炉渣层中后，可以形成稳定、均匀的炉渣泡沫层，炉渣泡沫层内温度和熔体成分均匀、氧/料比均匀、氧化程度均匀，因而不易出现泡沫渣事故，同时能避免产生过量的fe3o4和生料而出现横膈膜。铜精矿在炉渣泡沫层中能同时完成熔炼氧化反应和炉渣的贫化过程，反应生成的炉渣和铜锍在深炉缸中进行充分地澄清分离，在高氧势和富氧空气的搅拌作用下，实现“还原硫化-洗涤-搅拌-澄清”的同步作用，获得的炉渣含铜量低。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明中熔炼炉的剖面示意图。

具体实施方式

为进一步地说明本发明公开的技术方案，以下通过3个实例来做进一步地说明：

实施例1：

一种铜精矿熔池熔炼工艺，具体步骤如下：

(1)分别配制熔池熔炼原料和燃料，所述熔池熔炼原料由铜精矿、石英砂、返料构成，燃料为焦粉或碎煤；

(2)富氧空气通过浸没在炉渣层10中的一次风口30吹入炉渣层10中，形成2m高的炉渣泡沫层，向铜精矿熔炼炉中加入燃料，调节炉渣温度为1240℃；所述一次风口30水平设置在熔炼炉沿炉体长度方向上的两侧壁上，一次风口30以上炉渣层10的静态深度为300mm；富氧空气浓度为70％，富氧空气的吹入压力为100kpa；

(3)以70t/h的加料速度从2个加料口40向熔炼炉中加入熔池熔炼原料，燃料与铜精矿的比值为0.05：1，熔池熔炼原料在炉渣泡沫层中进行熔池熔炼，熔池熔炼得到的铜锍和炉渣落入下部的炉缸20中进行澄清和分离；所述炉缸20位于熔池下方，深度为1.5m，炉缸20的顶面距离一次风口30的中心线520mm，炉缸20内铜锍液面的高度为700mm；经澄清和分离后，熔体表面的炉渣通过溢流口被排出，直接进行水淬处理或缓冷-选矿处理而被弃去或出售；炉缸20底部的铜锍通过虹吸口50排放到铜锍包中，送ps转炉吹炼或采用连续吹炼工艺生产粗铜；高温烟气流入余热锅炉回收余热，经收尘后送酸厂制酸，烟尘返回熔炼炉或者直接外售。

实施例2：

一种铜精矿熔池熔炼工艺，具体步骤如下：

(1)分别配制熔池熔炼原料和燃料，所述熔池熔炼原料由铜精矿、石英砂、返料构成，燃料为焦粉或碎煤；

(2)富氧空气通过浸没在炉渣层10中的一次风口30吹入炉渣层10中，形成2.5m高的炉渣泡沫层，向铜精矿熔炼炉中加入燃料，调节炉渣温度为1250℃；所述一次风口30水平设置在熔炼炉沿炉体长度方向上的两侧壁上，一次风口30以上炉渣层10的静态深度为400mm；富氧空气浓度为80％，富氧空气的吹入压力为110kpa；

(3)以90t/h的加料速度从3个加料口40向熔炼炉中加入熔池熔炼原料，燃料与铜精矿的比值为0.03：1，熔池熔炼原料在炉渣泡沫层中进行熔池熔炼，熔池熔炼得到的铜锍和炉渣落入下部的炉缸20中进行澄清和分离；所述炉缸20位于熔池下方，深度为1.7m，炉缸20的顶面距离一次风口30的中心线500mm，炉缸20内铜锍液面的高度为1200mm；经澄清和分离后，熔体表面的炉渣通过溢流口被排出，直接进行水淬处理或缓冷-选矿处理而被弃去或出售；炉缸底部的铜锍通过虹吸口50排放到铜锍包中，送ps转炉吹炼或采用连续吹炼工艺生产粗铜；高温烟气流入余热锅炉回收余热，经收尘后送酸厂制酸，烟尘返回熔炼炉或者直接外售。

实施例3：

一种铜精矿熔池熔炼工艺，具体步骤如下：

分别配制熔池熔炼原料和燃料，所述熔池熔炼原料由铜精矿、石英砂、返料构成，燃料为焦粉或碎煤；

(2)富氧空气通过浸没在炉渣层10中的一次风口30吹入炉渣层10中，形成3m高的炉渣泡沫层，向铜精矿熔炼炉中加入燃料，调节炉渣温度为1260℃；所述一次风口30水平设置在熔炼炉沿炉体长度方向上的两侧壁上，一次风口30以上炉渣层10的静态深度为500mm；富氧空气浓度为90％，富氧空气的吹入压力为120kpa；

(3)以120t/h的加料速度从4个加料口40向熔炼炉中加入熔池熔炼原料，燃料与铜精矿的比值为0.02：1，熔池熔炼原料在炉渣泡沫层中进行熔池熔炼，熔池熔炼得到的铜锍和炉渣落入下部的炉缸20中进行澄清和分离；所述炉缸20位于熔池下方，深度为1.9m，炉缸20的顶面距离一次风口30的中心线550mm，炉缸20内铜锍液面的高度为1000mm；经澄清和分离后，熔体表面的炉渣通过溢流口被排出，直接进行水淬处理或缓冷-选矿处理而被弃去或出售；炉缸底部的铜锍通过虹吸口50排放到铜锍包中，送ps转炉吹炼或采用连续吹炼工艺生产粗铜；高温烟气流入余热锅炉回收余热，经收尘后送酸厂制酸，烟尘返回熔炼炉或者直接外售。

使用本发明提供的工艺利用熔炼炉对铜精矿进行冶炼，在铜锍品位小于62％、炉渣fe/sio2小于1.3时，炉渣fe3o4含量低于8％，远低于fe3o4的饱和浓度，无fe3o4析出，无横膈膜出现；在铜锍品位为62％-70％、炉渣fe/sio2小于1.3时，炉渣fe3o4含量低于10％，也无横膈膜出现。此外，在铜锍品位小于62％时，渣含铜低于0.6％，继续延长澄清时间，渣含铜几乎不变化；即使采用电炉进一步进行澄清，渣含铜也仅从0.6％降低至0.58％。由此可见，本发明提供的熔池熔炼工艺既不易形成横膈膜，铜锍-炉渣又能在炉缸中得到有效的澄清分离。