专利名称：一种喷吹氮气的火法精炼粗铜方法
技术领域：
本发明属于金属的精炼，特别涉及一种粗铜的火法精炼方法。
在铜的生产过程中，粗铜的火法精炼是一个重要的环节。火法精炼的目的是为铜电解生产提供化学成分与物理规格均合格的阳极板。目前，世界上绝大多数炼铜厂的粗铜都要进行火法精炼，然后再进行电解，产出适于应用的电解铜。火法精炼方法，主要由氧化和还原两个阶段组成。其精炼工艺是将待精炼的粗铜溶液装入精炼炉内，在一定条件下向熔融的粗铜中喷入空气。空气中的氧与熔体中的铜发生反应，生成氧化亚铜，并溶于铜液中。氧化亚铜与铜液中杂质反应，生成氧化物与烟气一起挥发脱除或与熔剂造渣脱除。在氧化阶段中，虽然硫等杂质被氧化脱除，而铜液中的氧含量却增加了，过多氧的存在对阳极铸造和电解有害。为此，在氧化阶段后还要进行还原，一般采用重油作还原剂，喷入炉内，将氧化了的铜，还原成金属铜。此种工艺存在着作业时间长，燃料和还原剂消耗较高的问题。
在《JOVRNalOFMETALS》(1982.12和1983.12)上曾报道过P.Goyal等人在回转式精炼炉的底部安装多孔塞透气砖，在火法精炼粗铜的过程中，通过多孔塞透气砖向铜液中吹氮气脱硫的试验，此种方法在吹氮以后，还需要用氢气进行还原，仍需消耗较多的还原剂，且设备比较复杂，工业上不易于实现。
本发明的目的在于提供一种精炼作业时间短，燃料与还原剂消耗少，设备简单，易于在工业上应用的火法精炼粗铜的方法。
本发明是在对一些矿铜冶炼厂冰铜转炉吹炼产出粗铜质量较高的分析、研究基础上提出的。我矿粗铜质量较高，其含铜量在98.6～99.5%，除硫含量稍高外，其它杂质皆较低。接近阳极铜允许的杂质含量，国外一些国家矿粗铜的铜含量也在99.0～99.7%。
阳极铜的化学成分要求杂质 Pb Sn Ni As Sb Bi O2%＜0.20.0750.50.040.030.040.1～0.05我国某些工厂粗铜化学成分(%)成分CuSONiFePb沈冶98.620.080.420.10.0460.25大冶99.490.040.220.050.04750.05中条山99.010.0410.520.140.00260.009成分ZnAsSbBi沈冶0.0280.100.040.016大冶0.0020.040.020.008中条山0.00050.0040.00050.0005以上分析表明一些矿粗铜火法精炼的主要对象是硫，而不是其它难以除去的杂质。
还发现粗铜中含氧情况如下
吹炼程度〔O〕%〔S〕%吹炼适宜0.3210.042稍为过吹0.5610.035上述分析中可以看到转炉吹炼产出的粗铜含氧量为含硫量的8～16倍之多，超过了氧化脱硫反应需要的理论值。
基于这种分析，本发明采用惰性气体携带法从热力学和动力学方面创造条件，促使粗铜本身溶解氧将其中硫氧化除去。这样，就可以取消现行工艺中氧化-还原这两个对立的工序。
本发明的要点是将熔融的粗铜装入铜包、吹炼转炉、回转式精炼炉、或固定式精炼炉。通过喷枪将纯度为99.99%的氮气从顶部喷入温度为1100℃-1250℃的粗铜溶液中。
喷吹所用的喷枪为自耗式，有单孔喷枪和多孔喷枪两种。单孔喷枪为浸入式，采用内径5-15mm，外径25-35mm钢管制成，浸入熔体端外层包有高温耐火材料。多孔喷枪是在喷枪顶部多安几个喷管，有利于气流分散。
一般工艺参数喷吹温度1100℃-1250℃;
喷吹时间5-25分钟;
氮气流量0.1-1NM3/T·minCu;
喷枪插入深度0.7-0.8H(H为熔池深度);
喷吹方式顶吹;
氮气纯度99.99%以上。
原料要求成分CuNiFePbAsSbBi%98.50.00.020.00.000.00050.001-99.5-0.5-0.03-0.2-0.03-0.03-0.04用此种方法精炼粗铜在铜包、吹炼转炉、回转式精炼炉和固定式精炼炉中进行均可。
实施例1.如
图1(图1为在铜包中顶吹氮气精炼示意图)所示，在精炼过程中，装在氮气瓶(1、2、3)中的氮气经过氮气流量调节阀(4)、压力表(5)、转子流量计(6)通过插在铜包盖(7)上的喷枪(9)吹入盛在铜包(8)中的粗铜溶液中。在铜包中顶吹氮气精炼粗铜，除一般工艺参数外，要求铜包上部保留300-400mm的净空。喷枪插入深度使喷嘴距包底大于200mm。
实施例2，如图2(图2为在转炉中进行氮气顶吹精炼粗铜示意图)所示，在精炼过程中，装在氮气瓶(1、2、3)中的氮气经过氮气流量调节阀(4)、压力表(5)、转子流量计(6)，通过喷枪(8、9)吹入盛在转炉(7)中的粗铜溶液内。在转炉中顶吹氮气精炼粗铜除一般工艺参数外，要求将两根喷枪交叉插入炉内，喷枪与炉底成30-45°角布置，喷枪嘴距炉底大于200mm。
实施例3，如图3(图3为回转式精炼炉粗铜氮气顶吹精炼示意图)所示。在精炼过程中，装在氮气瓶(1、2、3)中的氮气经过氮气流量调节阀(4)、压力表(5)、转子流量计(6)，通过喷枪(8、9)吹入盛在回转式精炼炉(7)中的粗铜溶液内。在回转式精炼炉内顶吹氮气精炼除一般工艺参数外，要求将两根喷枪分别从回转式精炼炉的氧化口和还原口垂直插入炉内，喷枪的喷嘴距炉底要大于200mm。
实施例4，如图4(图4为固定式精炼炉粗铜氮气顶吹精炼示意图)所示。在精炼过程中，装在氮气瓶(1、2、3)中的氮气经过氮气流量调节阀(4)、压力表(5)、转子流量计(6)，通过喷枪(8)，吹入盛在固定式精炼炉(7)中的粗铜溶液内。除一般工艺参数外，要求用前端向下弯曲的喷枪从炉门插入熔池。也可用现行工艺中的鼓风管代替喷枪。喷嘴距炉底大于200mm。喷吹过程中，前后、左右搅动熔池。
采用氮气顶吹精炼方法，直接将氮气喷入温度为1100℃-1250℃的粗铜溶液中，促进了铜液内硫和氧的作用，生成SO2气体，随氮气泡排出，达到脱除铜液中硫和氧的目的。这样就有效地利用了粗铜本身的氧与粗铜中硫的反应，避免了过多的氧进入熔融的粗铜中，产生过氧化作用，造成铜的损失。
氮气顶吹精炼粗铜方法具有设备简单、工业上易于实现;作业时间短;可不用或少用还原剂;能大量节约燃料等优点。
应用本发明的工艺方法，可以得到高质量的阳极铜，粗铜含硫可降至0.0005～0.002%，含氧可降至0.2%。喷吹精炼后的铜表面和内部设有气孔，化学成分和物理规格符合要求。
权利要求
1.一种喷吹氮气火法精炼粗铜的方法，其特征在于精炼过程中满足一定的工艺参数和原料要求，从炉或包的顶部向熔融的粗铜液中喷吹高纯氮气。
2.如权利要求1所述的喷吹氮气火法精炼粗铜的方法，其特征在于所说的一定工艺参数是①喷吹温度1100-1250℃;②喷吹时间5-25分钟;③氮气流量0.1-1NM3/T·min Cu;④喷枪插入深度0.7-0.8H((H为熔池深度)。
3.如权利要求1所述的喷吹氮气火法精炼粗铜的方法，其特征在于所说的原料要求是粗铜中含Cu98.5-99.5%;Ni0.0～0.5%;Fe0.02-0.03%;Pb0.0-0.2%;As0.0-0.03%;Sb0.0005-0.03%;Bi0.001-0.04%。
4.如权利要求1、2、3所述的喷吹氮气火法精炼粗铜的方法，其特征在于当精炼过程在铜包中进行时要求铜包上部保留300-400mm的净空;其喷枪插入深度要求喷嘴距包底大于200mm。
5.如权利要求1、2、3所述的喷吹氮气火法精炼粗铜的方法，其特征在于，当精炼过程在转炉中进行时，要求将两根喷枪交叉插入炉内，喷枪与炉底成30-45°角布置，喷枪的喷嘴距炉底大于200mm。
6.如权利要求1、2、3所述的喷吹氮气火法精炼粗铜的方法，其特征在于当精炼过程在回转式精炼炉中进行时，要求将两根喷枪分别从回转式精炼炉的氧化口和还原口垂直插入炉内，喷枪的喷嘴距炉底要大于200mm。
7.如权利要求1、2、3所述的喷吹氮气火法精炼粗铜的方法，其特征在于当精炼过程在固定式精炼炉中进行时要求用向下弯曲的喷枪从炉门插入熔池，喷嘴距炉底大于200mm，喷吹过程中，前后、左右搅动熔池。
8.如权利要求1所述的喷吹氮气火法精炼粗铜的方法，其特征在于所说的高纯氮气其纯度为99.99%以上。
全文摘要
本发明属于金属的精炼方法，特别涉及对于粗铜的火法精炼。本发明的主要特征是对于质量较高的矿粗铜进行火法精炼时，在转炉、精炼炉或铜包的顶部用喷枪向熔融的粗铜溶液中吹入氮气，以达到脱除铜液中的硫、氧等杂质的目的，产出较高质量的阳极铜。本发明具有作业时间短、燃料消耗少，不用或少用还原剂、设备简单，易于实现等优点。
文档编号C22B15/14GK1034960SQ8810502
公开日1989年8月23日 申请日期1988年2月9日 优先权日1988年2月9日
发明者郎晓珍, 贺家齐, 叶国瑞, 黄贤盛, 张壬午 申请人:东北工学院, 中条山有色金属公司冶炼厂