一种铜熔炼-热态涡流贫化一体炉

本发明涉及铜精矿冶炼领域，具体涉及一种铜熔炼-热态涡流贫化一体炉。

背景技术：

火法炼铜依然是现代铜冶炼的主要工艺，其产出的铜占比铜产能的85％以上。火法炼铜的设备经过系列改造升级逐渐朝着节约能耗、控制污染物排放和规模化方向发展。目前，火法熔炼设备依据氧枪位置的不同可分为：顶吹熔炼、侧吹熔炼、底吹熔炼过程。其中，侧吹熔炼过程具有良好的节能、绿色环保、设备投资较小等优势被逐渐推广使用。但是，在铜精矿富氧吹炼强化冶炼强度的同时，不可避免地带来了冶炼渣中铜残留量的急剧增加，所以现代炼铜工艺都对铜渣进行了贫化回收铜的处理。火法贫化在理论上能够将渣含铜降低到渣-锍平衡水平。热态炉渣直接进行电热贫化将含铜炉渣放入贫化炉进行沉降和渣锍分离还原，渣含铜一般在0.5％以下。然而，火法贫化过程中贫化剂加入过程挥发严重，严重污染环境，贫化剂浮于熔渣表面，难以与熔池充分接触，从而制约了贫化剂的高效利用。综合来看，现有的火法贫化工艺，贫化铜渣中铜残留含量多在0.5％左右，铜回收率低。

冯亚平等发明的“高效铜侧吹熔炼炉，申请号：cn201721215760.x”公开一种高效铜侧吹熔炼炉，包括：炉缸、炉身、加热电极、副炉顶、主炉顶。熔炼炉所需的铜精矿、熔剂、烟灰、燃料等通过加料口连续进入铜侧吹熔炼炉，富氧空气通过风口连续鼓入渣层，生成冰铜、炉渣和二氧化硫气体，冰铜从虹吸口连续或间断放出，炉渣从渣口连续放出，高温烟气从炉顶烟道口排出。

刘燕庭等发明的“氧气侧吹连续吹炼炉，申请号：cn201120170039.x”公开一种氧气侧吹连续吹炼炉，具体包括炉缸、炉身和炉身上部的炉顶，并在炉身设有铜水套，炉顶设有钢水套。铜水套外一侧设有虹吸室，炉身一端设有与铜水套连通的进料口，炉身另一端设有与虹吸室连通的虹吸放出口，且在铜水套两侧下部分别设有一次风嘴，铜水套两侧上部分别设有二次风口；所述虹吸室一侧设有吹炼渣放出口。

上述发明虽然能实现铜的冶炼，但其冶炼周期较长，装备结构较为复杂，冶炼后铜渣中的含铜量仍较高，资源利用率较低。

技术实现要素：

为实现铜冶炼过程的绿色高效化，提高有价资源的利用效果并且显著降低冶炼熔融铜渣中铜含量，本发明提出了一种铜熔炼-热态涡流贫化一体炉，该铜熔炼-热态涡流贫化一体炉能够实现熔炼后，直接将熔融铜渣进行热态涡流贫化，充分利用熔融铜渣的热能，并得到的贫化铜渣中铜含量降低至0.25％以下。

为了实现上述目的，本发明提供的一种铜熔炼-热态涡流贫化一体炉，包括铜精矿熔炼区域和熔融铜渣贫化区域，铜精矿熔炼区域和熔融铜渣贫化区域串联，并且通过挡墙分隔；挡墙的一端和铜熔炼-热态涡流贫化一体炉顶部连接，挡墙的另一端延伸至冰铜层中，并和底部之间留有熔融铜渣贫化区域的冰铜入口；在挡墙位于熔融铜渣层的位置，设置至少一个通道为熔融铜渣贫化区域的熔融铜渣入口；

所述的铜精矿熔炼区域包括熔炼炉体，在熔炼炉体上方设置有物料加料口、在熔炼炉体侧方设置有至少一个富氧空气风口，熔炼炉体上方还设置有熔炼烟气排放口；

所述的熔融铜渣贫化区域还包括贫化炉体、加热装置、涡流搅拌装置、贫化剂加料口、排渣口、冰铜排出口和贫化烟气排放口；加热装置选用加热电极装置和/或燃料燃烧装置；涡流搅拌装置选用机械搅拌装置和/或气体喷吹装置。

进一步的，加热装置的燃料燃烧装置和涡流搅拌装置的气体喷吹装置为一套设备。

进一步的，富氧空气风口设置在熔炼炉体侧方的熔融铜渣层的位置或熔融铜渣层和冰铜层分界位置。

进一步的，富氧空气风口为孔型通道，其和富氧空气喷枪连接，喷吹富氧空气的富氧空气喷枪内部为富氧空气通过的通道，外部还配合设置有冷却装置。

进一步的，富氧空气喷枪和熔炼炉体平面形成的夹角为75～90°。

进一步的，当设置有多个富氧空气风口时，多个富氧空气风口沿熔炼炉体水平轴向等距均匀分布在两侧。

进一步的，富氧空气在两侧风口交替喷吹或以组合方式喷吹。

进一步的，所述的加热装置用于将熔融铜渣加热至1250℃～1450℃。

进一步的，贫化剂加料口设置在贫化炉体上方，排渣口设置在贫化炉体一侧并位于贫化铜渣层，冰铜排出口位于冰铜层。

进一步的，当加热装置为加热电极装置，加热电极装置的加热端延伸至上层熔融铜渣层，当涡流搅拌装置为机械搅拌装置时，机械搅拌的搅拌桨延伸至上层熔融铜渣层。

进一步的，贫化炉体上方还设置有贫化烟气排放口。

所述的加热电极装置为至少一个加热电极组成。

所述的燃料燃烧装置包括多个燃料喷嘴，用于喷吹富氧燃料，富氧燃料喷入贫化炉体内，完成燃烧，从而对熔融铜渣进行加热。所述的富氧燃料为燃料与含氧气体的混合物；燃料为碳质燃料和/或可燃气体；所述的碳质燃料优选为煤粉、焦炭、无烟煤、烟煤中的一种或几种；可燃气体为天然气、煤气、水煤气中的一种，含氧气体优选为氧气、富氧空气中的一种。

所述的机械搅拌装置包括机械搅拌桨、搅拌轴和搅拌电机，机械搅拌桨通过搅拌轴和搅拌电机连接，机械搅拌桨位于熔融铜渣层，机械搅拌桨的转速为50rpm～320rpm；机械搅动形成的涡流结构有利于贫化剂的快速卷吸与铜渣的均匀混合，提高了贫化剂的利用率并缩短了铜渣贫化时间。涡流也可以通过喷枪喷吹实现。

气体喷吹装置采用的气体喷吹设备，喷吹形成的涡流转速为50rpm～250rpm。

本发明提供的一种铜熔炼-热态涡流贫化一体炉的使用方法为：

将铜精矿、返渣、熔剂和燃料从熔炼炉体上方的物料加料口加入，通过富氧空气风口向熔炼炉内的熔体侧吹富氧空气，进行造锍熔炼，得到熔融铜渣和冰铜；熔炼温度为1150～1250℃；熔炼时间为0.5～2h；

冰铜直接通过挡墙形成的冰铜入口进入贫化炉体内，熔融铜渣经过熔融铜渣入口进入贫化炉体内，采用加热装置对熔融铜渣进行加热升温至1250℃～1450℃，得到熔融铜渣，通过贫化剂加料口加入贫化剂，通过涡流搅拌装置形成涡流，将贫化剂迅速卷吸到熔融铜渣中，进行涡流贫化，贫化完成后，冰铜层的冰铜通过冰铜排出口排出，形成的贫化铜渣经过排渣口排出。

本发明的一种铜熔炼-热态涡流贫化一体炉，相比于现有装置，其有益效果为：

本发明的铜熔炼-热态涡流贫化一体炉实现了铜精矿侧吹熔炼和熔融铜渣涡流贫化的一体化，有效地降低了贫化铜渣中的铜含量，贫化铜渣中铜残留量可控制在0.25％以下，实现了火法炼铜中铜的高效回收。

本发明设计的铜熔炼-热态涡流贫化一体炉，通过挡墙，将铜精矿熔炼和熔融铜渣贫化强制分开，并且在铜精矿熔炼中，熔融得到的冰铜直接进入熔融铜渣贫化区域，而不是进行外排另行处理，该过程能够使得冰铜在贫化过程中，继续沉积，使得渣金分离更有效。

附图说明

图1是采用电极加热的铜熔炼-热态涡流贫化一体炉结构示意图；

图2是采用燃气加热式侧吹的铜熔炼-热态涡流贫化一体化炉的结构示意图；

图3是采用燃气输送加热式侧吹的铜熔炼-热态涡流贫化一体化炉的结构示意图；

以上图中：1-铜冶炼炉主体；2-物料加料口；3-富氧空气风口；4-熔炼烟气排出口；5-挡墙；6-熔融铜渣入口；7-加热电极；8-贫化剂加料口；9-机械搅拌装置；10-贫化烟气排放口；11-排渣口；12-冰铜排出口；13-可燃气体燃烧喷嘴；14-可燃气体进口。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

一种铜熔炼-热态涡流贫化一体炉的结构示意图见图1，包括铜冶炼炉主体1，铜冶炼炉主体1分为熔炼炉体和贫化炉体，分别对应铜精矿熔炼区域和熔融铜渣贫化区域，铜精矿熔炼区域和熔融铜渣贫化区域串联，并且通过挡墙5分隔；挡墙5的一端和铜冶炼炉主体1顶部连接，挡墙5的另一端延伸至冰铜层中，并和底部之间留有熔融铜渣贫化区域的冰铜入口；在挡墙位于熔融铜渣层的位置，设置3个通道为熔融铜渣贫化区域的熔融铜渣入口6；

所述的铜精矿熔炼区域包括熔炼炉体，在熔炼炉体上方设置有物料加料口、在熔炼炉体的两侧设置有多个富氧空气风口3，熔炼炉体上方还设置有熔炼烟气排放口；

所述的熔融铜渣贫化区域还包括贫化炉体、加热电极7、机械搅拌装置9、贫化炉体上设置有贫化剂加料口8、贫化烟气排放口10，贫化炉体远离熔融铜渣入口的一侧设置有排渣口11、冰铜排出口12。

本实施例对应的操作例

(1)铜精矿熔炼过程：

首先铜精矿、返渣、熔剂等原料和燃料(煤)充分混合，混合后的物料由物料加料口2连续加入到炉体内，并加热至熔融状态，形成高温熔体，保证熔体的温度在≥1150℃；同时通过炉体双侧的富氧空气风口3喷吹富氧空气，富氧空气风口3的喷嘴设置在熔融铜渣层的位置，引发物料的氧化还原反应，形成高温熔池。铜精矿的熔炼过程持续0.5h～1.5h，直到炉内形成稳定高度的高温熔体(熔渣层+冰铜层)，此时冰铜经过底部的通道直接流入贫化区，熔融铜渣穿过挡墙5中部的孔型熔融铜渣入口6直接流入贫化区。

(2)连续贫化过程：

上层熔融铜渣溢流至贫化区，下层冰铜流入贫化区的冰铜区；将熔融铜渣采用加热电极7升温至1250～1350℃，得到高温熔融铜渣熔体；

铜锍和1150℃熔融铜渣连续流入贫化区内，将贫化剂从贫化剂加料口加入到贫化区内。将搅拌桨插入到高温铜渣中并开启搅拌，搅拌形成的涡流持续地将贫化剂卷吸进入熔融铜渣内。将加料速度调整到与搅拌转速和贫化操作温度相匹配的速度，此时贫化炉内高温熔体的液面高度是稳定的，铜锍和熔渣的排出速度都是稳定的；然后，按照该加料速度将铜精矿、返渣、熔剂等原料、燃料(煤)和贫化剂连续加入到一体炉内，即实现铜精矿侧吹熔炼和熔融铜渣涡流贫化的一体化。

其中，调整机械搅拌装置9的搅拌桨插入至熔融铜渣层深度的1/3～1/2处，进行中心搅拌，中心搅拌速度为50～200r/min，搅拌转速设定要保证熔池内涡流的特征旋转速度为5rpm～100rpm，并持续搅拌。

其中，贫化后产出的贫化铜渣可用于后续的还原提铁；产生的冰铜直接返回至铜冶炼主流程，用于后续的吹炼、精炼和电解生产金属铜。

实施例2

一种铜熔炼-热态涡流贫化一体炉的结构示意图见图2，同实施例1，不同之处在于：在熔融铜渣贫化区域采用可燃气体燃烧喷嘴13替代加热电极7；

本实施例对应的操作例

采用该装置进行铜熔炼-热态涡流贫化一体方法，包括以下步骤：

(1)首先将铜精矿、返渣、熔剂等原料和燃料(煤)混合，其中每吨粗铜配煤260kg。将混合后的物料由物料加料口2连续加入到熔炼区，同时将富氧空气通过浸没式富氧空气风口3以双侧喷吹的方式喷到熔炼区。富氧空气风口3设置在熔融铜渣层和冰铜层分界位置，富氧空气的氧气体积浓度控制在50％，水平喷吹，即为富氧空气风口和熔炼炉体平面形成的夹角为90°。通过富氧空气的喷吹使得熔体的温度控制在1160℃，熔炼时间为1h，得到熔融铜渣和冰铜。

上层熔融铜渣溢流至贫化区，下层冰铜流入贫化区的冰铜区；将熔融铜渣采用可燃气体燃烧喷嘴13升温至1250～1350℃，得到高温熔融铜渣熔体；

然后，将贫化剂fes通过贫化剂加料口8连续加入到高温的熔融的铜渣熔体中，其中贫化剂的质量为熔融铜渣质量的8％。同时控制机械搅拌转速为260rpm，实现对熔融铜渣的高效涡流贫化。贫化时间为45min。最后将高温贫化铜渣从排渣口11排出，将冰铜从冰铜排出口12排出。贫化铜渣中铜含量为0.27％。

实施例3

一种铜熔炼-热态涡流贫化一体炉的结构示意图见图3，同实施例1，不同之处在于：

熔融铜渣贫化区域还包括贫化炉体、机械搅拌装置9、贫化炉体上设置有贫化剂加料口8、贫化烟气排放口10和可燃气体进口14，贫化炉体远离熔融铜渣入口的一侧设置有排渣口11、冰铜排出口12，形成采用燃气输送加热式侧吹的铜熔炼-热态涡流贫化一体化炉。

本实施例对应的操作例：

首先将铜精矿、返渣、熔剂等原料和燃料(煤)混合，其中每吨粗铜配煤210kg。将混合后的物料由物料加料口2连续加入到熔炼区，同时将富氧空气通过浸没式富氧空气风口3以双侧喷吹的方式喷到熔炼区。富氧空气的氧气体积浓度控制在55％，和炉体平面形成的喷吹倾角为85°。熔体的温度控制在1170℃，熔炼时间为1.5h，得到熔融铜渣和冰铜。

上层熔融铜渣溢流至贫化区，下层冰铜流入贫化区的冰铜区；将熔融铜渣采用可燃气体进口14喷吹富氧燃料升温至1250～1350℃，得到高温熔融铜渣熔体；

然后，将贫化剂fes通过贫化剂加料口8连续加入到高温的熔融的铜渣熔体中，其中贫化剂的质量为铜渣质量的12％。同时控制可燃气体进口喷吹的可燃气体形成的涡流转速为320rpm，实现对熔融铜渣的高效涡流贫化。贫化时间为1.5min。最后将高温贫化铜渣从排渣口11排出，将冰铜从冰铜排出口12排出。贫化铜渣中铜含量为0.24％。