利用底吹炉处理热态铜渣生产铜基抑菌合金材料的方法与流程

本发明属于有色冶金领域，尤其是涉及利用铜渣生产抑菌材料的方法。

背景技术：

目前，工业铜熔炼渣处理的方法主要有电炉贫化法和缓冷选矿法。前者是使热态铜熔炼渣在电炉贫化，加入还原剂后静置使铜渣和冰铜分离，冰铜运往转炉吹炼，贫化后渣进行水淬，尾渣含铜一般为0.6%～0.8%。缓冷选矿法目前渣含铜最好控制在0.2%-0.3%之间，但存在渣场占地面积大，水资源遭受污染等问题。铜熔炼渣主要处理方法存在以下局限和不足，主要表现在：（1）铜熔炼渣尚未实现高效利用，电炉贫化难以突破弃渣含铜0.6%的技术瓶颈。（2）渣选生产厂占地面积大，设备繁杂，运行成本高、投资多。（3）尾渣大部分被堆存在渣场，既占用土地又污染环境，也造成巨大的资源浪费。因此有待进一步开发新的铜熔炼渣处理方法，克服以上不足，提高铜二次资源综合利用水平，彻底解决资源利用率较低、有价元素难以综合回收等问题，实现高效生产。

技术实现要素：

本发明的目的在于避免现有技术的不足而提供利用底吹炉处理热态铜渣生产铜基抑菌合金材料的方法。

本发明的技术方案是：利用底吹炉处理热态铜渣生产铜基抑菌合金材料的方法，包括以下步骤：

1）将热态铜熔炼渣用渣包吊运至新型贫化炉，从炉体端头的热态加料口加入，实现铜熔炼渣的适度贫化；

2）在配料中添加硫化剂，熔炼温度为1200℃-1300℃，沉降时间为30min-60min，硫化剂加入量为铜熔炼渣总质量的3%-9%；

3）在熔炼过程加入组合式熔剂，使渣的黏度与温度维持在一个比较合理的区间，维持熔炼温度为1200℃-1300℃，沉降时间为30min-60min，组合式熔剂加入量为铜熔炼渣总质量的6%-19%；

4）新型贫化炉底部喷枪喷入气体，根据工艺需要自动切换氧气、天然气、空气或氮气四种气体，燃料在熔体内部进行加热，完成氧化还原反应，使渣锍分离，铜锍进入火精炉冶炼；

5）采用优化结构喷枪进行天然气喷吹铜渣实现深度贫化，从铜渣中直接回收有价金属元素形成铜基抑菌合金材料，尾渣可用于制备透水砖等建筑材料。

步骤1）中铜熔炼渣主要成分是：含铜约3%-4.7%（质量百分比），含铁约40.18%-44.02%（质量百分比），含锌约4.1%-5.7%（质量百分比），含二氧化硅约15.6%-21.9%（质量百分比）。

步骤2）中硫化剂为硫铁矿（fes），fes加入量为3%-9%时，随着fes加入量的增加，渣中尖晶石相减小。

步骤3）中组合式熔剂为硼砂（b2o3）、萤石（caf2）和石英砂（sio2），sio2加入量为铜熔炼渣总质量的3%-12%，随着sio2的增加，冰铜液滴在渣中逐渐凝聚长大，沉淀效果良好；b2o3或caf2加入量为铜熔炼渣总质量的3%-7%，随着加入量的增加，渣表面的冰铜液滴逐渐消失。

步骤4）中四种气体为喷枪喷入氧气、天然气、空气和氮气，根据工艺需求实现精准控制与实时切换，使初次贫化渣含铜降至0.6%-0.7%。

步骤5）中反应温度为1300℃-1500℃，天然气通入量为理论计算量的1.2-2.0倍，碱度为0.6-1.2，保温时间为30min-90min，在适宜条件下经深度贫化后，尾渣含铜可降至0.03%-0.035%（质量百分比），金属回收率（fe+cu）＞94%，同时形成铜基抑菌合金材料。

利用底吹炉处理热态铜渣生产铜基抑菌合金材料的方法，优选的技术方案为：

1）原料为熔融铜熔炼渣，熔剂为硼砂、萤石和石英砂，硫化剂为硫铁矿，还原剂为天然气，铜熔炼渣中含铜约3%-4.7%（质量百分比），含铁约40.18%-44.02%（质量百分比），含锌约4.1%-5.7%（质量百分比），含二氧化硅约15.6%-21.9%（质量百分比）；

2）炉内温度升至设计要求时，进行造熔池作业，待熔池完成之后，开始从氧枪供入天然气、氧气和空气进行供热，并将炉体转入生产位，同时控制氧气与天然气比例为1.7：1（体积比），控制富氧浓度60%，待生产稳定之后，根据工艺需要，氧气、天然气、空气或氮气四种气体进行比例切换；

3）熔炼温度是1280℃，沉降时间分别为60min，铁硅比1.6：1（质量比）的条件下，分别加入10%（质量百分比）sio2、6%质量百分比）b2o3或caf2，同时加入8%（质量百分比）的fes，氧气与天然气比值控制在1.7：1（体积比），初次贫化渣含铜达到0.62%（质量百分比）；

5）在适宜条件下，反应温度为1465℃，碱度为1.1，保温时间为60min，天然气通入量为理论量的1.4倍，实现铜渣的深度贫化，形成铜基抑菌合金材料，产生的尾渣含铜降至0.032%（质量百分比）。

与现有技术相比，本心知肚明的优点是：

（1）提高铜熔炼渣中有价元素回收率，提升资源综合利用水平。

（2）解决长期困扰铜渣还原铁水含铜应用的技术问题，实现资源高效利用。

（3）采用气相还原剂，更有利于界面传质和界面化学反应，同时减少污染性物质的产生，解决环保问题。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式：

利用底吹炉处理热态铜渣生产铜基抑菌合金材料的方法，包括以下步骤：

1）将热态铜熔炼渣用渣包吊运至新型贫化炉，从炉体端头的热态加料口加入，实现铜熔炼渣的适度贫化；

2）在配料中添加硫化剂，熔炼温度为1200℃-1300℃，沉降时间为30min-60min，硫化剂加入量为铜熔炼渣总质量的3%-9%；

3）在熔炼过程加入组合式熔剂，使渣的黏度与温度维持在一个比较合理的区间，维持熔炼温度为1200℃-1300℃，沉降时间为30min-60min，组合式熔剂加入量为铜熔炼渣总质量的6%-19%；

4）新型贫化炉底部喷枪喷入气体，根据工艺需要自动切换氧气、天然气、空气或氮气四种气体，燃料在熔体内部进行加热，完成氧化还原反应，使渣锍分离，铜锍进入火精炉冶炼；

5）采用优化结构喷枪进行天然气喷吹铜渣实现深度贫化，从铜渣中直接回收有价金属元素形成铜基抑菌合金材料，尾渣可用于制备透水砖等建筑材料。

步骤1）中铜熔炼渣主要成分是：含铜约3%-4.7%（质量百分比），含铁约40.18%-44.02%（质量百分比），含锌约4.1%-5.7%（质量百分比），含二氧化硅约15.6%-21.9%（质量百分比）。

步骤2）中硫化剂为硫铁矿（fes），fes加入量为3%-9%时，随着fes加入量的增加，渣中尖晶石相减小。

步骤3）中组合式熔剂为硼砂（b2o3）、萤石（caf2）和石英砂（sio2），sio2加入量为铜熔炼渣总质量的3%-12%，随着sio2的增加，冰铜液滴在渣中逐渐凝聚长大，沉淀效果良好；b2o3或caf2加入量为铜熔炼渣总质量的3%-7%，随着加入量的增加，渣表面的冰铜液滴逐渐消失。

步骤4）中四种气体为喷枪喷入氧气、天然气、空气和氮气，根据工艺需求实现精准控制与实时切换，使初次贫化渣含铜降至0.6%-0.7%。

步骤5）中反应温度为1300℃-1500℃，天然气通入量为理论计算量的1.2-2.0倍，碱度为0.6-1.2，保温时间为30min-90min，在适宜条件下经深度贫化后，尾渣含铜可降至0.03%-0.035%（质量百分比），金属回收率（fe+cu）＞94%，同时形成铜基抑菌合金材料。

实施例1：

铜熔炼渣主要成分含铜约4.5%，含铁约43.8%，含锌约5.6%，含二氧化硅约20.8%。

1）原料为熔融铜熔炼渣，熔剂为硼砂、萤石和石英砂，硫化剂为硫铁矿，还原剂为天然气。

2）炉内温度升至设计要求时，进行造熔池作业，待熔池完成之后，开始从氧枪供入天然气、氧气和空气进行供热，并将炉体转入生产位，同时控制氧气与天然气比例为1.6，控制富氧浓度60%，待生产稳定之后，根据工艺需要，氧气、天然气、空气或氮气四种气体进行比例切换。

3）在熔炼温度分别是1250℃，沉降时间分别为30min，铁硅比1.7的条件下，进行熔剂、硫化剂和还原剂等对渣贫化效果的影响试验，摸索最优综合研究技术条件。

4）在优化的综合技术条件下，即熔炼温度1250℃、沉降时间30min、fe/sio2=1.7，分别加入6%sio2、5%b2o3或caf2，同时加入6%的fes，氧气与天然气比值控制在1.6时，初次贫化渣含铜可达到0.67%。

5）在适宜条件下，反应温度为1425℃，碱度为1.0，保温时间为30min，天然气通入量为理论量的1.3倍，在该条件下实现铜渣的深度贫化，尾渣含铜降至0.034%。

实施例2：

铜熔炼渣主要成分含铜约3.9%，含铁约42.3%，含锌约4.6%，含二氧化硅约20.5%。

1）原料为熔融铜熔炼渣，熔剂为硼砂、萤石和石英砂，硫化剂为硫铁矿，还原剂为天然气。

2）炉内温度升至设计要求时，进行造熔池作业，待熔池完成之后，开始从氧枪供入天然气、氧气和空气进行供热，并将炉体转入生产位，同时控制氧气与天然气比例为1.7，控制富氧浓度60%，待生产稳定之后，根据工艺需要，氧气、天然气、空气或氮气四种气体进行比例切换。

3）在熔炼温度分别是1280℃，沉降时间分别为60min，铁硅比1.6的条件下，进行熔剂、硫化剂和还原剂等对渣贫化效果的影响试验，摸索最优综合研究技术条件。

4）在优化的综合技术条件下，即熔炼温度1280℃、沉降时间60min、fe/sio2=1.6，分别加入10%sio2、6%b2o3或caf2，同时加入8%的fes，氧气与天然气比值控制在1.7时，初次贫化渣含铜可达到0.62%。

5）在适宜条件下，反应温度为1465℃，碱度为1.1，保温时间为60min，天然气通入量为理论量的1.4倍，在该条件下实现铜渣的深度贫化，形成铜基抑菌合金材料，该产品可为下游生产特种不锈钢企业提供原材料。同时产生的尾渣含铜降至0.032%，可用于制作建筑材料。

综上所述，本发明利用底吹炉处理热态铜渣生产铜基抑菌合金材料的方法，解决了铜渣长期堆存造成的环境污染等问题，实现铜二次资源的高效回收，提升我国铜冶炼领域资源综合利用水平，有利于促进有色行业的可持续发展，具有良好的社会效益。