一种铜冶炼炉渣连续贫化的装置及方法

摘要

本发明公开了一种铜冶炼炉渣连续贫化的装置及方法。本发明的铜渣贫化流程分为两部分，第一部分为熔渣缓冲过程，第二部分为熔渣流动贫化过程。将从铜熔炼炉出来的高温熔融铜渣直接导入缓冲装置，经再次升温和加热，使其具有良好的流动性；再引入到槽式贫化装置中；通过调节电场强度、进料温度和熔渣停留时间控制熔渣中铜及其它有用金属的含量。本发明具有缩短贫化时间，提高贫化效率，降低能耗等优点。

权利要求

1.一种铜冶炼炉渣连续贫化的装置，其特征在于，该装置由熔化缓冲装置和贫化装置两部分组成；

所述熔化缓冲装置，用于直接接收从铜熔炼炉出来的高温熔融铜渣，并对所述铜渣进行加热，使所述铜渣保持流动性；

所述贫化装置为槽式反应器，包括加热装置、进料口、阴极、阳极、出渣口和出锍口；所述加热装置用于加热所述槽式反应器；所述进料口用于加入熔化缓冲装置处理后的铜渣；

所述阴极和阳极垂直方向相对设置，用于对槽式反应器中的铜渣施加直流电场；所述出渣口用于排出贫化处理后的铜渣；所述出锍口用于排出铜锍；

所述槽式反应器还包括气体入口，且所述气体入口位于槽式反应器的前段。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述熔化缓冲装置包括可倾倒式电炉，用于将其中的铜渣直接导入贫化装置中。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述槽式反应器还包括导流槽，所述导流槽与进料口相连接，用于将铜渣导入贫化装置中。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阴极设置于槽式反应器的底部，并与铜锍层相连接；所述阳极设置于槽式反应器的顶部，并与焦炭层或碳粉层相连接；从熔化缓冲装置流入的铜渣位于铜锍层和焦炭层或碳粉层之间。

5.一种铜冶炼炉渣连续贫化的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将铜熔炼炉出来的高温熔融铜渣直接导入熔化缓冲装置，加热至1300～1500℃，并保温30min以上；

(2)在槽式反应器中按照顺序依次加入铜锍、高温熔融铜渣、以及碳粉或焦炭粉，控制贫化装置的温度为1300～1500℃，并保温30min以上；

(3)对槽式反应器施加电场，电场强度为0～2V/cm，铜渣停留时间为0～120min；

(4)通过间歇式或连续式加取料的方式，使处理后的铜锍、铜渣分别从出锍口和出 渣口排出。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的铜锍、铜渣、以及碳粉或焦炭粉熔化后的高度分别占槽式反应器高度的1/5、1/2和1/5。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在槽式反应器中通入搅拌气。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述搅拌气为惰性气体或还原性气体。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述搅拌气的流量为30-100L/min。

说明书

一种铜冶炼炉渣连续贫化的装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于铜渣贫化技术领域，特别是涉及一种铜冶炼炉渣连续贫化的装置及方法。

背景技术

[0002] 铜冶炼炉渣是铜火法冶金过程中重要的副产品，其中含有相当数量的Cu、Ni、Co等有价金属资源，现有工艺追求高品位铜锍的同时也增加了渣中铜的含量，铜渣贫化和综合应用已成为一个必不可少的过程。随着我国矿产资源的不断消耗，开发新型的铜渣贫化工艺和技术，拓展铜冶炼过程的产业链，对促进循环经济的不断进行、节能减排、可持续发展及环境保护等具有重要的战略意义。

[0003] 铜熔炼炉渣中的铜元素主要以铜硫或单纯的辉铜矿(Cu2S)形式存在，铜的硫化物呈细小珠滴的形式不连续分布在铁橄榄石和玻璃相间，而吹炼渣中的铜元素主要以金属单质的形式存在。现阶段铜渣贫化的主要方法为电炉强化贫化法，其过程重要分为两部分：还原和沉降，通过电炉中静态的渣锍平衡过程，使熔渣中铜或其它有色金属含量降到一定的水平。但目前通过电炉强化贫化澄清后的弃渣含铜量在0.6％以上，对铜的回收率远远没有达到工业化的要求，此外，渣中Ni、Co等有用金属没有得到有效的回收；另一方面，电炉贫化中熔渣需要很长的停留时间，造成了大量的电能和电极的消耗。

[0004] 近几年来，国内外对铜渣火法贫化过程进行了不同程度的研究，其主要集中在以下几个方面：(1)通过强还原过程，释放物理和化学夹杂的冰铜颗粒；(2)以流槽形式使铜渣直接进入到贫化炉中，通过喷吹惰性或还原性气体搅拌，加快铜锍颗粒的聚集和长大。尽管这些方法取得了一定的效果，但渣停留时间长、炉渣综合利用效率低、污染气体排出多和连续处理性差的情况本没有实质的改变。现阶段铜渣贫化处理的发展方向为低能耗和高效率，研究者普遍认为缩短铜渣贫化时间，提高铜渣处理效率，从而减小渣中铜的含量，降低能量消耗。

发明内容

[0005] 为了解决传统铜渣贫化工艺炉内停留时间长和连续能力差等问题，本发明提供了一种铜冶炼炉渣连续贫化的装置及方法。本发明具有缩短贫化时间，提高贫化效率，降低能耗等优点。

[0006] 为了达到上述的目的，本发明采取以下技术方案：

[0007] 一种铜冶炼炉渣连续贫化的装置，该装置由熔化缓冲装置和贫化装置两部分组成；

[0008] 所述熔化缓冲装置，用于直接接收从铜熔炼炉出来的高温熔融铜渣，并对所述铜渣进行加热，使所述铜渣保持流动性；

[0009] 所述贫化装置为槽式反应器，包括加热装置、进料口、阴极、阳极、出渣口和出锍口；所述加热装置用于加热所述槽式反应器；所述进料口用于加入熔化缓冲装置处理后的铜渣；所述阴极和阳极垂直方向相对设置，用于对槽式反应器中的铜渣施加直流电场；所述出渣口用于排出贫化处理后的铜渣；所述出锍口用于排出铜锍。

[0010] 本发明采取上述技术方案，从铜熔炼炉出来的高温熔融铜渣直接导入熔化缓冲装置，经再次升温和加热，使其具有良好的流动性，同时熔炼炉出渣直接进行熔化缓冲装置，并连续贫化，能够有效利用熔渣余热。

[0011] 本发明采用直流电场进行铜渣贫化的原理为：

[0012] (1)外加电场使离子在双电层中的扩散层重新排列，沿着液滴表面形成电荷密度梯度，电极表面离子的相互作用改变其表面张力，表面或界面张力随外加电势改变的现象称为电毛细现象；

[0013] (2)电场下，熔渣和铜锍液滴的界面张力发生改变，形成一个张力梯度，铜锍液滴表面从低界面张力区向高界面张力区流动，促使铜锍液滴向一定的方向迁移，铜锍在电场作用下往阴极方向迁移；

[0014] (3)铜渣在电场作用下发生电极反应，可以减少渣中磁铁矿含量，降低熔渣黏度，释放被夹杂的铜锍颗粒，其阴极界面的主要反应为：

[0015]

[0016]

[0017]

[0018]

[0019] 阳极界面主要反应为：

[0020]

[0021]

[0022]

[0023] 进一步地，所述熔化缓冲装置包括可倾倒式电炉，用于将其中的铜渣直接导入贫化装置中。

[0024] 进一步地，所述槽式反应器还包括导流槽，所述导流槽与进料口相连接，用于将铜渣导入贫化装置中。

[0025] 进一步地，所述阴极设置于槽式反应器的底部，并与铜锍层相连接；所述阳极设置于槽式反应器的顶部，并与焦炭层或碳粉层相连接；从熔化缓冲装置流入的铜渣位于铜锍层和焦炭层或碳粉层之间。

[0026] 进一步地，所述槽式反应器还包括气体入口，且所述气体入口位于槽式反应器的前半段。本发明通过气体入口喷吹气体对槽式反应器前半段的铜渣进行搅拌，提高熔渣的均匀性和流动性。

[0027] 本发明还提供另一种技术方案：

[0028] 一种铜冶炼炉渣连续贫化的方法，包括如下步骤：

[0029] (1)将铜熔炼炉出来的高温熔融铜渣直接导入熔化缓冲装置，加热至1300～1500℃，并保温30min以上；

[0030] (2)在槽式反应器中按照顺序依次加入铜锍、高温熔融铜渣、以及碳粉或焦炭粉，控制贫化装置的温度为1300～1500℃，并保温30min以上；

[0031] (3)对槽式反应器施加电场，电场强度为0～2V/cm，铜渣停留时间为0～160min；

[0032] (4)通过间歇式或连续式加取料的方式，使处理后的铜锍、铜渣分别从出锍口出和渣口排出。

[0033] 进一步地，所述步骤(2)中的铜锍、铜渣、以及碳粉或焦炭粉熔化后的高度分别占槽式反应器高度的1/5、1/2和1/5。

[0034] 进一步地，在槽式反应器中通入搅拌气，用于使铜渣搅拌均匀。优选的，所述搅拌气为惰性气体或还原性气体。更优选的，所述还原性气体为天然气。

[0035] 进一步地，所述搅拌气的流量为30-100L/min。

[0036] 与传统铜渣贫化工艺相对比，本发明具有以下优势：

[0037] (1)采用槽式反应器，在熔炼炉出渣过程中直接进行贫化，有效利用熔渣余热；

[0038] (2)通过外加直流电场加速铜锍颗粒沉降，缩短了贫化时间，从而提高了贫化效率，降低了熔渣熔化和保持贫化温度过程的热量消耗；

[0039] (3)本发明主要以渣锍之间的物理性质差异以及各自的反应特性为基础，渣铜含量可在很短时间(小于2h)降到较低(小于0.4wt.％)水平；

[0040] (4)本发明工艺过程中极少的引入还原剂和其它反应物质，尾气及排放物较少，具有很好的经济效益和社会效益。

附图说明

[0041] 图1本发明铜冶炼炉渣连续贫化的装置示意图一。

[0042] 图2本发明铜冶炼炉渣连续贫化的装置示意图二。

[0043] 图3实施例4中出渣铜和铅含量随时间的变化曲线。

[0044] 图中：1-加热装置；2-进料口；3-出气口；4-隔板；5-阳极；6-阴极；7-出锍口；8-出渣口；9-碳粉层或焦炭层(连接阳极)；10-铜渣；11-铜锍层(连接阴极)；12-气体入口。

具体实施方式

[0045] 以下具体实施例是对本发明提供的方法与技术方案的进一步说明，但不应理解成对本发明的限制。

[0046] 本发明具体实施方式中分别采用两种铜冶炼炉渣连续贫化的装置，如图1和图2所示。

[0047] 图1为实验室公斤级铜渣贫化装置示意图，该装置由熔化缓冲装置和贫化装置两部分组成；所述熔化缓冲装置，用于直接接收从铜熔炼炉出来的高温熔融铜渣，并对所述铜渣进行加热，使所述铜渣保持流动性；所述贫化装置为槽式反应器，包括加热装置1、进料口2、阴极6、阳极5、出渣口8、出锍口7、气体入口12、出气口3和隔板4；所述加热装置1位于槽式反应器的两侧，用于加热所述槽式反应器；所述进料口2和出气口3设于槽式反应器前段的上部，进料口2用于加入熔化缓冲装置处理后的铜渣，出气口3用于排出搅拌气；所述气体入口12设于槽式反应器前段中部；所述阴极6和阳极5垂直方向相对设置，位于槽式反应器的后段，用于对槽式反应器中的铜渣10施加直流电场；所述出渣口8用于排出贫化处理后的铜渣；所述出锍口7用于排出铜锍，槽式反应器的前段和后段用上下两块隔板4部分隔开。所述阴极6设置于槽式反应器的底部，并与铜锍层11相连接；所述阳极5设置于槽式反应器的顶部，并与碳粉层或焦炭层9相连接；从熔化缓冲装置流入的铜渣10位于铜锍层11和碳粉层或焦炭层9之间。隔板4的设置能够降低反应器前部喷吹搅拌对后部铜锍沉降过程的影响。

[0048] 图2为吨级扩大试验贫化设备示意图，与图1不同的是，图2中加热装置为热风炉，可通过鼓入热风对熔融铜渣进行加热和搅拌。

[0049] 以下，为本发明利用上述两种装置进行铜冶炼炉渣连续贫化的具体工艺的实施方式。其中，实施例1和实施例2处理的铜渣的物相组成及含量如表1所示：

[0050] 表1实施例1和实施例2处理的铜渣的物相组成及含量/wt.％

[0051]物相组分 FeO Fe3O4 SiO2 Al2O3 CaO Cu ZnO 其它
含量/wt.％ 38.6 19.1 33.2 1.3 0.5 3.6 1.9 1.8

[0052] 实施例3和实施例4处理的铜渣的物相组成及含量如表2所示：

[0053] 表2实施例3和实施例4处理的铜渣的物相组成及含量/wt.％

[0054]物相组分 FeO Fe3O4 SiO2 CaO Cu ZnO PbS 其它
含量/wt.％ 46.2 8.9 31.6 4.1 4.7 2.1 1.9 0.5

[0055] 实施例1

[0056] 喷吹还原性气体的间歇式出渣的铜渣贫化，熔渣处理总量约为2kg，熔渣组成如表1，贫化装置如图1所示，贫化步骤按以下过程进行：

[0057] (1)将从铜熔炼炉出来的高温熔融铜渣直接导入缓冲装置，经再次升温和加热，使其具有良好的流动性，并保温60min；

[0058] (2)在反应器中按顺序加入铜锍11、铜渣10和碳粉9，使熔化后高度分别占到反应器高度的1/5、1/2和1/5,控制贫化炉温度为1400℃，保温60min；施加电场强度1.5V·cm-1、通过口12喷吹天然气作为搅拌气，流量为100ml/min；

[0059] (3)每隔10min通过加料口2加渣100g，停留10min后，通过取渣口8取渣100g，进行渣含铜量分析，经过(10～12)加取料后，出渣中铜含量为0.39％，基本达到平衡。

[0060] 本实施例通过间歇式加取料的方式，实现了电场中铜渣贫化的半连续化处理，缩短了铜渣贫化处理的流程，使渣铜含量降到0.4wt％以下。

[0061] 实施例2

[0062] 喷吹还原性气体搅拌的连续性进出渣的铜渣贫化扩大型试验，熔渣处理总量约为1t，熔渣组成如表1，贫化装置如图2所示，贫化步骤按以下过程进行：

[0063] (1)铜渣贫化流程分为两部分，第一部分为熔渣缓冲过程，第二部分为熔渣流动贫化过程。将从铜熔炼炉出来的高温熔融铜渣直接导入缓冲装置，经再次升温和加热，控制其温度为1400℃，使其具有良好的流动性；

[0064] (2)在反应器底部铺设一层铜锍，使其熔化后高度约为反应器的1/5，并与阴极6相连；通过缓冲装置将熔融铜渣通过加料口2连续的加入到贫化炉内，当熔渣到炉体深度1/2处时，开启出渣口8，控制加料速度和出渣速度约为500kg/h；在熔渣上部铺设焦炭层9，连接阳极5；

[0065] (3)在贫化装置中引入热风口1，使槽式贫化炉内温度保持在1300～1350℃、施加电场强度1.0V·cm-1、通过口12喷吹天然气作为搅拌气，流量为50L/min。

[0066] 每隔20min通过通过取渣口8取渣100g，进行渣含铜量分析，经过120min流动处理后，出渣中铜含量为稳定在0.30～0.40wt.％，基本达到平衡。本实施通过渣锍之间的物理性质差异以及各自的反应特性，采取连续加取渣的方式，渣铜含量可在较短的时间(小于2h)内降到小于0.4wt.％水平。

[0067] 实施例3

[0068] 喷吹惰性气体的间歇式出渣的铜渣贫化，熔渣处理总量约为1kg，熔渣组成如表2，贫化装置如图1所示，贫化步骤按以下过程进行：

[0069] (1)将从铜熔炼炉出来的高温熔融铜渣直接导入缓冲装置，经再次升温和加热，使其具有良好的流动性，并保温60min；

[0070] (2)在反应器中按顺序加入铜锍11、铜渣10和碳粉9，使熔化后高度分别占到反应器高度的1/5、1/2和1/5,控制贫化炉温度为1350℃，保温60min；施加电场强度2V·cm-1、通过口12喷吹天然气作为搅拌气，流量为100ml/min；

[0071] (3)每隔10min通过加料口2加渣50g，停留10min后，通过取渣口8取渣50g，进行渣含铜量分析，经过(10～12)加取料后，出渣中铜含量为0.28％，渣中铅含量为0.24wt.％，基本达到平衡。

[0072] 本实施例通过间歇式加取料的方式，实现了电场中铜渣贫化的半连续化处理，缩短了铜渣贫化处理的流程，使渣铜含量降到0.3wt％以下；排出渣中重金属铅的含量也大大降低，很大程度的减少了熔渣后续处理的难度。

[0073] 实施例4

[0074] 喷吹惰性气体搅拌的连续性进出渣的铜渣贫化扩大型试验，熔渣处理总量约为1t，熔渣组成如表2，贫化装置如图2所示，贫化步骤按以下过程进行：

[0075] (1)铜渣贫化流程分为两部分，第一部分为熔渣缓冲过程，第二部分为熔渣流动贫化过程。将从铜熔炼炉出来的高温熔融铜渣直接导入缓冲装置，经再次升温和加热，控制其温度为1400℃，使其具有良好的流动性；

[0076] (2)在反应器底部铺设一层铜锍，使其熔化后高度约为反应器的1/5，并与阴极6相连；通过缓冲装置将熔融铜渣通过加料口2连续的加入到贫化炉内，当熔渣到炉体深度1/2处时，开启出渣口8，控制加料速度和出渣速度约为500kg/h；在熔渣上部铺设焦炭层9，连接阳极5；

[0077] (3)在贫化装置中引入热风口1，使槽式贫化炉内温度保持在1300～1350℃、施加电场强度1.5V·cm-1、通过口12喷吹天然气作为搅拌气，流量为30L/min。

[0078] 每隔20min通过通过取渣口8取渣100g，进行渣含铜量分析，经过120min流动处理后，出渣中铜含量为稳定在0.25～0.35wt.％，渣中铅含量稳定在0.2wt.％以下，基本达到平衡，其取样分析结果如图3所示。本实施通过渣锍之间的物理性质差异以及各自的反应特性，采取连续加取渣的方式，出渣中铜和渣铅的含量可在较短的时间(小于2h)内分别降到约0.3wt.％和0.2wt.％的水平；此外，工艺过程中极少的引入还原剂和其它反应物质，尾气及排放物较少，具有很好的经济效益和社会效益。

[0079] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护范围内。