一种铜火法冶炼熔渣原位贫化及同步在线护炉的方法

摘要

本发明提供了一种铜冶炼过程熔渣原位贫化及同步在线护炉的方法，按以下步骤进行:1）在铜熔炼炉或吹炼炉外部安装电磁场发生装置；2）熔炼或吹炼进行到一定阶段开启电磁发生装置，直至熔炼或吹炼结束。在熔炼或吹炼过程经引入电磁场进行干预，可干预铜锍熔池氧化反应过程生成的Fe3O4颗粒的迁移轨迹，抑制其进入上部熔渣中，避免熔渣粘度过度上升而造成铜锍夹带，减少造渣剂的添加量而降低渣量，显著降低铜冶炼渣中铜/铜锍夹带量。经实施本发明专利，富氧底吹熔炼炉的熔渣中铜夹带降至0.6%以下，转炉吹炼渣中铜夹带降至0.8%以下。

权利要求

1.一种铜火法冶炼熔渣原位贫化及同步在线护炉的方法，其特征在于，包括如下步骤：a) 在火法熔炼炉或吹炼炉的外部安装电磁场发生装置；

b) 待火法熔炼炉或吹炼炉冶炼达到一定阶段时，在高温冶炼状态开启电磁场发生装置，直至熔炼或吹炼结束，调节电磁场强度及方向，使得冶炼过程铜锍熔池中产生的高熔点Fe3O4颗粒在高温消磁状态下趋向炉壁运动；

c) Fe3O4颗粒趋向炉壁运动不仅避免上层熔渣粘度上升，且实现了高熔点Fe3O4颗粒粘壁护炉；

外加电磁场直接作用于铜冶炼过程熔体内产生的高温状态已消磁的Fe3O4颗粒；

电磁场发生装置通过高频电源在感应线圈内产生，高频电源与感应线圈之间用水冷铜电缆连接，感应线圈整体安装在一个可调节旋转角度的绝缘支架上；

开通电源后经调节高频电源交变频率及电流大小，在感应线圈内产生0.05T 0.3T的交~变磁场，通过调节感应线圈绝缘支架的旋转角度可调节交变磁场的方向，电磁感应线圈与炉体呈30°‑90°；

电磁场发生装置开启的持续时间为20分钟‑40分钟；

火法熔炼炉冶炼达到一定阶段指底部冰铜中铜含量达到40%以上；

吹炼炉冶炼达到一定阶段指底部冰铜中铜含量达到65%以上。

2.根据权利要求1所述的一种铜火法冶炼熔渣原位贫化及同步在线护炉的方法，其特征在于：所述熔炼炉包括密闭鼓风炉、反射炉、电炉及闪速炉。

3.根据权利要求1所述的一种铜火法冶炼熔渣原位贫化及同步在线护炉的方法，其特征在于：所述吹炼炉指转炉。

4.根据权利要求1所述的一种铜火法冶炼熔渣原位贫化及同步在线护炉的方法，其特征在于：引入交变磁场后，铜熔炼渣含铜低于0.6%，铜冶炼吹炼渣含铜降至0.8%以下；炉体内壁粘附有一层1cm~10cm厚的Fe3O4颗粒层；冶炼过程熔渣量减少10%~30%。

5.根据权利要求1所述的一种铜火法冶炼熔渣原位贫化及同步在线护炉的方法，其特征在于：冶炼温度1250℃ 1350℃。

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说明书

一种铜火法冶炼熔渣原位贫化及同步在线护炉的方法

技术领域

[0001] 本发明属于火法冶铜熔渣贫化领域，具体涉及一种铜冶炼过程熔渣原位贫化及同步在线护炉的方法。

背景技术

[0002] 现有铜冶炼采用造锍熔炼‑铜锍吹炼两步进行生产，其本质上是一个不断吹氧氧化的过程，熔炼过程获得底部铜锍熔体及上层的FeO‑SiO2系熔渣，吹炼过程经历铜锍不断氧化直至获得底部粗铜和上层FeO‑SiO2熔渣。在实际生产过程，由于FeO不可避免地与氧气接触反应生成高熔点Fe3O4颗粒析出，导致熔渣粘度增高，熔渣与铜锍或粗铜液滴分离困难，致使熔渣中夹带铜含量大幅上升，造成铜损失增加，渣含铜高达1% 8%，通常需进行选矿或~电炉贫化。

[0003] 现有铜渣的贫化方法均亟需改进。选矿回收可将渣含铜降至0.3%，但存在如下不足：1）熔渣需经缓冷过程，不仅浪费了大量热资源，且需要巨大的场地面积；2）熔渣经冷却后硬度大，选矿前的破碎工序耗能高，对设备部件损耗大。电炉贫化通过加入添加剂对高温熔渣进行改性，借助熔渣内铜/铜锍液滴的自然沉降实现渣与铜/铜锍的分离回收，虽工序简单且热态渣可直接利用，但如下问题不容忽视：1）尾渣含铜高达0.5% 1%，铜回收率低；2）~加入的固态还原剂利用不充分、易产生有毒有害气体，不仅污染环境且易产生喷溅和爆炸，威胁现场操作安全。

[0004] 针对电炉贫化铜冶炼熔渣存在的问题，很多专家学者提出了改进措施。申请号为CN201610144808.6及CN202110467927.6的专利提出一种搅拌协同喷吹气体携带硫化剂贫化铜渣的方法，在贫化炉内引入偏心搅拌设备对熔渣进行搅拌并协同气体喷吹，虽可实现渣含铜降至0.3%，但是搅拌设备浸没在1350 ℃的高温熔渣内对设备材质要求极高、且高压气体喷入熔渣内将加剧设备腐蚀损耗，存在较大的设备及操作安全隐患；申请号为CN201611056424.5的专利提出一种多元气体分步喷吹实现铜渣深度贫化的方法，提出气化脱硫将铜锍转化为氧化物再选择性还原获得铜铁合金，虽可实现深度贫化但产品铜铁合金无法并入现有铜冶炼主流程，增加了工艺衔接难度。

[0005] 除铜冶炼熔渣贫化方法亟需改进外，现有铜冶炼过程还存在冶炼炉内衬的耐火材料因在熔渣中存在一定的溶解度而被腐蚀的问题。炉体内的腐蚀需对炉渣进行非常规控制，增加了冶炼操作难度。

发明内容

[0006] 针对现有铜冶炼熔渣电炉贫化铜回收率低、添加的还原剂利用率不足、操作安全隐患大且炉体内衬耐材易腐蚀的问题，本发明提出一种铜冶炼过程熔渣原位贫化及同步在线护炉的方法。通过在铜冶炼熔炼炉或吹炼炉外壁安装电磁场发生装置，通过调节电磁场强度及方向，对冶炼过程生成的Fe3O4颗粒向炉体内壁进行诱导迁移，实现高熔点Fe3O4颗粒的在线分离以抑制其进入熔渣内，避免熔渣粘度上升，实现冶炼过程铜/铜锍与熔渣分离的实时强化，可将铜熔炼渣含铜降至0.6%以下，吹炼渣含铜降至0.8%以下。另外，可同时利用高熔点Fe3O4颗粒的趋壁迁移实现炉体内衬的防护。上述发明可实现熔渣在冶炼炉内实时贫化，无需额外的电炉贫化，避免了熔渣由冶炼炉转移至电炉贫化过程的热损且可同步实现炉体内衬的补护延寿。

[0007] 本发明的技术方案为：

[0008] 在火法熔炼炉或吹炼炉的外部安装电磁场发生装置。待熔炼炉或吹炼炉冶炼达到一定阶段时，在高温冶炼状态开启电磁发生装置，直至熔炼或吹炼结束，调节电磁场强度及方向，使得冶炼过程铜锍熔池中产生的高熔点Fe3O4颗粒趋向炉壁运动。Fe3O4颗粒趋向炉壁运动不仅避免上层熔渣粘度上升，且实现了高熔点Fe3O4颗粒粘壁护炉。

[0009] 上述的电磁场发生装置通过高频电源在感应线圈内产生，高频电源与感应线圈之间用水冷铜电缆连接，感应线圈整体安装在一个可调节旋转角度的绝缘支架上。

[0010] 上述开通电源后经调节高频电源交变频率及电流大小，可在感应线圈内产生0.05T 0.3T的交变磁场。通过调节感应线圈绝缘支架的旋转角度可调节交变磁场的方向，~
电磁感应线圈与炉体呈30°‑90°，电磁发生装置开启的持续时间为20分钟‑40分钟。

[0011] 上述所述熔炼炉包括密闭鼓风炉、反射炉、电炉及闪速炉，所述冶炼达到一定阶段指底部冰铜中铜含量达到40%以上；所述吹炼炉指转炉，所述冶炼达到一定阶段指底部冰铜中铜含量达到65%以上。

[0012] 基于上述方案引入交变磁场后，可使得铜熔炼渣含铜低于0.6%以下，铜冶炼吹炼渣含铜降至0.8%以下；炉体内壁粘附有一层1cm~10 cm厚的Fe3O4颗粒层；冶炼过程熔渣量减少10% 30%。~

[0013] 上述所述冶炼温度为1250℃ 1350℃。~

[0014] 现有铜冶炼采用造锍熔炼‑铜锍吹炼两步进行生产，其本质上是一个不断吹氧氧化的过程，该过程中由于易生成高熔点Fe3O4颗粒，导致熔渣粘度增高，熔渣与铜锍或粗铜液滴分离困难，致使熔渣中夹带铜含量大幅上升，造成铜损失增加。然而，冶炼过程温度高达1250℃以上，远超Fe3O4颗粒的居里温度，无法通过磁选的过程对生产过程产生的有害Fe3O4颗粒进行磁选分离，以实现高温状态下对其有害因素原位消除。现有方法都是对冶炼熔渣冷却后再进行选矿富集回收有价元素或对高温熔渣转移至另一炉体添加还原剂将Fe3O4颗粒重新还原为熔渣相，均属于离线处理过程，效率低、能耗大且造成热损。

[0015] 本发明借用电磁搅拌的思路，巧妙利用铜冶炼过程铜锍熔体电导率与非金属Fe3O4颗粒电导率存在显著差异的特征，通过对铜锍熔体施加交变的电磁场，在铜硫熔体内生成感应涡流及洛伦兹力，对Fe3O4颗粒产生挤压力，原位驱使高温状态熔体内Fe3O4颗粒定向移动，实现高温状态下非磁性Fe3O4颗粒的原位分离。另外，通过调节电磁场方向、强度及作用时间，可控制Fe3O4颗粒趋向冶炼铜内壁运动及在炉内壁粘附厚度，利用高熔点Fe3O4颗粒粘附于炉体内壁同步实现护炉。

[0016] 本发明专利首次将电磁搅拌的作用方式用于铜冶炼过程铜锍熔体内生成Fe3O4颗粒的去除及迁移调控，电磁搅拌是利用导电熔体与非导电颗粒之间的电导率差异从而对非3
导电颗粒产生挤压力而发生作用。铜锍熔体电导率为5.71×10，铜冶炼熔渣中Fe3O4颗粒含量高达5wt%~10wt%甚至更高，因此可通过Fe3O4颗粒向炉体内衬的趋壁运动实现原位保护炉体。炉体内壁粘附的高熔点Fe3O4颗粒层需达到一定厚度（大于1cm）才可起到保护炉体内衬的作用，太薄达不到护炉效果，另外保护层的均匀度对护炉效果有重要影响，通过调控电磁场的作用强度、作用时间及方向，可对炉体内壁粘附高熔点Fe3O4颗粒层的厚度及均匀度进行调节，而针对高温炉体内衬粘附颗粒厚度相对应的电磁场参数调节策略在其他任何领域均是不存在的。

[0017] 因此与现有冶炼铜渣贫化过程相比，本方法的特定和有益效果为：1）在线原位实现铜冶炼过程有害Fe3O4颗粒的原位去除，促进冶炼过程熔渣的实时贫化，无需额外配置电炉贫化装置，避免了熔融铜渣由冶炼炉转运至电炉贫化工序过程的热损；2）巧妙利用冶炼过程析出Fe3O4颗粒的高熔点特性，将其牵引至炉衬内壁实现同步在线护炉，化不利为有利。不仅实现了炉体耐材的延寿，在线护炉的实现还可延长检修周期；3）冶炼高温状体下Fe3O4颗粒已消磁，常规磁选难以对其进行干预处理。本方法采用导电熔体内电磁感应诱发的挤压力对已消磁Fe3O4颗粒的迁移进行调节，克服了常规磁选难以干预的难题。

附图说明

[0018] 图1为感应线圈与冶炼炉体间三种不同角度布局的示意图；

[0019] 图2为冶炼过程有/无电磁场影响下析出Fe3O4颗粒迁移行为示意图。

具体实施方式

[0020] 一种铜冶炼过程熔渣原位贫化及同步在线护炉的方法，按以下步骤进行:1）在铜熔炼炉或吹炼炉外部安装电磁场发生装置；2）熔炼或吹炼进行到一定阶段开启电磁发生装置，直至熔炼或吹炼结束。在熔炼或吹炼过程经引入电磁场进行干预，可干预铜锍熔池氧化反应过程生成的Fe3O4颗粒的迁移轨迹，抑制其进入上部熔渣中，避免熔渣粘度过度上升而造成铜锍夹带，减少造渣剂的添加量而降低渣量，显著降低铜冶炼渣中铜/铜锍夹带量。经实施本发明专利，富氧底吹熔炼炉的熔渣中铜夹带降至0.6%以下，转炉吹炼渣中铜夹带降至0.8%以下。

[0021] 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明。本发明的方法如无特殊说明，均为本领域常规方法。

[0022] 实施例1

[0023] 针对某小型闪速熔炼炉，熔炼温度1300℃，炉渣硅钙比控制在2.0，电磁感应线圈与炉体垂直。待底部铜锍熔池中铜含量达到40%后，启动电磁感应装置，调节磁感应强度为0.05T，保持30分钟后，熔渣中铜含量为0.6%，炉壁内衬渣‑金界面处富集一层1 cm厚的Fe3O4固体层。

[0024] 实施例2

[0025] 针对某小型密闭鼓风炉，熔炼温度1250℃，炉渣硅钙比控制在1.8，电磁感应线圈与炉体呈30°。待底部铜锍熔池中铜含量达到40%后，启动电磁感应装置，调节磁感应强度为0.2 T，保持40分钟后，熔炼渣中铜含量为0.4%，炉壁内衬中部富集一层10 cm厚的Fe3O4固体层。

[0026] 实施例3

[0027] 针对某小型反射炉，熔炼温度1350℃，炉渣硅钙比控制在2.2，电磁感应线圈与炉体呈60°。待底部铜锍熔池中铜含量达到40%后，启动电磁感应装置，调节磁感应强度为0.3 T，保持30分钟后，熔炼渣中铜含量为0.5%，炉壁内衬一侧中部富集一层6 cm厚的Fe3O4固体层。

[0028] 实施例4

[0029] 针对某小型电炉，熔炼温度1300℃，炉渣硅钙比控制在2.0，电磁感应线圈与炉体呈45°。待底部铜锍熔池中铜含量达到40%后，启动电磁感应装置，调节磁感应强度为0.3 T，保持20分钟后，熔炼渣中铜含量为0.3%，炉壁内衬一侧靠近渣‑金界面处富集一层5 cm厚的Fe3O4固体层。

[0030] 实施例5

[0031] 针对某小型转炉，熔炼温度1300℃，炉渣硅钙比控制在2.5，电磁感应线圈与炉体垂直。待底部铜锍熔池中铜含量达到65%后，启动电磁感应装置，调节磁感应强度为0.1 T，保持40分钟后，熔炼渣中铜含量为0.8%，炉壁内衬均匀富集一层10 cm厚的Fe3O4固体层。

[0032] 对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。