一種銅精礦直接生產粗銅的方法
2023-05-26 00:35:11 1
專利名稱：一種銅精礦直接生產粗銅的方法
技術領域：
本發明涉及有色金屬冶煉技術領域，具體涉及銅精礦直接生產粗銅的方法。
背景技術：
在有色火法銅冶金行業，由硫化物銅精礦生成粗銅一般要經過兩個步驟，即先將硫化物銅精礦進行脫硫除鐵熔煉得到高品位銅鋶，再將銅鋶進一步脫硫除鐵吹煉得到粗銅。如傳統的熔池熔煉+ 「PS」轉爐吹煉，旋浮熔煉+ 「PS」轉爐吹煉，優化的熔池熔煉+熔池吹煉，空間的閃速熔煉+閃速吹煉等。在空間熔煉上，通過調節氧/料比可以控制硫化銅精礦的氧化程度，可以直接生產粗銅，如1988年澳大利亞的Olympic Dam冶煉廠，採用的就是由銅精礦直接生產粗銅的工藝。但一般使用以上方法更適合處理高Cu JSFe的品質較好的銅精礦，例如專利(CN101665877A)中只能處理高品位的銅鋶；而用一般的高Fe、低Cu的銅精礦直接生產粗銅，例如專利(CN101903543A)中描述的方法，採用該方法可以由銅精礦直接生產粗銅，但渣含銅、含Fe3O4高，爐渣排放困難，且用氧量、爐渣量都較大。為降低加入到反應爐內物料的含鐵量，從而降低反應爐的用氧量和爐渣量，專利(CN1167819C)中採用另外的冶金爐將銅精礦生產成冰銅，再與銅精礦混合後加入到反應爐中，但此方法需要增加額外的投資和運行成本，並且沒有利用反應爐爐渣中的過氧化物(例如&120和Fe3O4)且同樣不能解決反應爐渣含銅、含Fe3O4高，爐渣排放困難，直收率低等問題。銅精礦直接生產粗銅無論是兩段法還是直接法，無論採用熔池熔煉還是空間旋浮熔煉，其結果都是以脫鐵除硫為目的。銅精礦中的硫被氧化以SO2的形式脫除，鐵被氧化與溶劑造渣脫除，鐵在氧化與造渣過程中都會放出大量的熱，銅精礦中的鐵完全在空間反應爐中被脫除，將會增加耗氧量，增大生產成本；過多的發熱量又會使熱平衡難以維持，巨大的熱負荷使反應爐難以承受；且由於鐵具有不同化合價，在反應爐強氧化氣氛的空間中極易被過氧化形成Fe3O4，造成銅在渣中損失大，爐渣的流動性差。專利(CN1456867A)採用鈣質溶劑以提升爐渣對Fe3O4的溶解能力，但不能改變渣含銅量，又面臨銅精礦中的脈石 (SiO2)成份不能利用，反而要增加造渣成本，該系爐渣對爐襯的腐蝕等問題。
發明內容
本發明解決的問題在於提供一種銅精礦直接生產粗銅的方法，能夠處理高Fe、低 Cu的低品位銅精礦，減少反應爐的用氧量、熱負荷和爐渣量，改善反應爐爐渣的性質。為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為一種銅精礦直接生產粗銅的方法，包括以下步驟a)將銅精礦、銅鋶、造渣溶劑、富氧空氣、吸熱物料同時由反應爐頂部加入反應爐中；b)在所述反應爐的下段空間內加入還原劑，反應爐底部的熔池內形成爐氣、固相的熾熱焦炭層、液相的爐渣層、液相的粗銅層；c)將生成的熾熱焦炭、液相的爐渣導入電爐中，同時在電爐中加入硫化劑進行反應，生成電爐爐渣和銅鋶；d)所述銅鋶粒化後由所述反應爐頂部回流入反應爐中。作為優選，所述a)中銅精礦與銅鋶、造渣溶劑、吸熱物料的加入質量比例為7 9 : I 2 : 1，所述富氧空氣相對於銅精礦與銅鋶的加入量為300Nm3/t 700Nm3/t，所述富氧空氣中氧的體積濃度> 45%。作為優選，所述反應爐為空間旋浮反應爐。作為優選，所述吸熱物料為所述反應爐排出的爐氣中收集的煙塵。作為優選,所述b)中還原劑為粒狀的焦炭,粒度為2mm 25mm。作為優選，所述b)中液相的粗銅導入到陽極精煉爐，進行粗銅精煉。作為優選,所述c)中硫化劑為硫化物銅精礦，含水4% wt 10% wt,所述硫化物銅精礦與所述液相的爐渣的質量比例為4 6 I。作為優選，所述c)中電爐爐渣粒化後作為其他工業原料。作為優選，在所述反應爐的上升煙道中導入富氧空氣燃燒所述反應爐內生成的 CO。本發明提供一種銅精礦直接生產粗銅的方法，在反應爐的下段無氧的空間內加入還原劑，還原劑無法燃燒，不增加反應爐的熱負荷；過氧化的Cu2O和Fe3O4在反應爐內被還原，提高了銅的直收率，降低了渣含Cu2O和Fe3O4，使爐渣的性質得到改善，更為有利的是通過控制熾熱焦炭層的厚度，就可以控制爐渣含Cu2O和Fe3O4的量；將爐渣和熾熱焦炭導入電爐，再加入硫化劑，優選為硫化物銅精礦，使銅精礦中的部分Fe在電爐中被脫除形成高銅低鐵的銅鋶，銅鋶再回用於反應爐中，從而降低了進入到反應爐內的Fe的量，進而減少了反應爐的用氧量、反應的發熱量和爐渣量，減輕了空間反應爐在爐氣量和熱負荷上的負荷， 能夠處理高Fe、低Cu的低品位銅精礦。
圖I為本發明一種具體實施方式
所提供的提取粗銅的工藝示意圖。
具體實施例方式為了進一步了解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特徵和優點，而不是對本發明權利要求的限制。本發明提供一種銅精礦直接生產粗銅的方法，其步驟請參考圖I圖I為本發明一種具體實施方式
所提供的提取粗銅的工藝示意圖。a)本發明的反應爐採用空間旋浮反應爐1，將銅精礦、銅鋶、造渣溶劑、富氧空氣、 吸熱物料同時由空間旋浮反應爐I的頂部通過旋流噴嘴加入到空間旋浮反應爐的內部，銅精礦與銅鋶、造渣溶劑、吸熱物料的加入質量比例為7 9 : I 2 : 1，造渣溶劑為本領域常用，比如SiO2,富氧空氣相對於銅精礦的加入量為300Nm3/t 700Nm3/t，富氧空氣中氧的體積濃度> 45%，吸熱物料可為空間旋浮反應爐I排出的爐氣中收集的煙塵。在空間旋浮反應爐內，由銅精礦生產粗銅時實際上由Cu2S直接氧化生成粗銅的比例很小，不到10% Wt,主要是通過過氧化的Cu2O和Fe3O4與欠氧化的Cu2S的交互反應生成
4粗銅，所以要增強過氧化物與欠氧化物的碰撞結合機率。在空間旋浮反應爐的上段空間11 內富氧空氣中的氧與銅精礦中的硫和鐵反應將氧耗盡，產生部分粗銅、過氧化物和欠氧化物，在接下來空間旋浮反應爐的中段空間12內過氧化物和欠氧化物碰撞、聚合併交互反應脫除欠氧化物中的硫，同時產生大部分粗銅。b)反應完成後仍然有大量的Cu2O和Fe3O4存在，爐渣中通常Cu2O要超過20% wt， Fe3O4要超過30% wt。為消除這兩種物質不利影響，本發明提出在空間旋浮反應爐的下段空間13內導入粒狀的還原劑，還原劑優選為粒狀的焦炭，粒度為2mm 25mm,焦炭可通過簡單的下料溜管或噴槍加入到空間旋浮反應爐的下段空間13內。在下段空間13內，由頂部加入的富氧空氣中的氧已被消耗，粒狀的焦炭還原劑進入爐內後不會燃燒而增加反應爐的熱負荷，而是要吸收熱量加熱自身，有一定的冷卻作用。當加入的焦炭吸熱後自身溫度升高， 因焦炭顆粒度較大不會被氣流帶走，而是沉降於空間旋浮反應爐I底部的熔池14內，因其比重小，最終在熔池14內的表層形成固相的熾熱焦炭層21。當Cu2O和Fe3O4下落穿過熾熱焦炭層21時，Cu2O被C還原成粗銅，Fe3O4被C還原成FeO，改善了渣性又提高了粗銅的直收率。因此最後熔池內形成分開的相，即含有SO2的爐氣、固相的熾熱焦炭層21，液相的爐渣層22和液相的粗銅層23。液相的粗銅是通過銅精礦和銅鋶中的Cu2S直接氧化、Cu2S與過氧化物的交互反應、過氧化的Cu2O被熾熱焦炭還原所得。空間旋浮反應爐I生成的含有SO2的爐氣通過反應爐的上升煙道15經過降溫、除塵後可引入到酸廠制酸，而反應過程會有一定量的CO產生並混於爐氣中，為保證爐氣由反應爐排出時不含有CO，避免對後續制酸系統的影響，優選還向上升煙道15中供入使CO燃燒的富氧空氣，還可消除上升煙道出口處的粘結。最底部的液相粗銅可通過流槽導入到陽極精煉爐6，進行粗銅精煉。c)將液相的爐渣和部分熾熱焦炭則通過流槽3導入到電爐4中，同時在電爐中加入硫化劑，例如含銅低的硫化物銅精礦，可與加入到空間旋浮反應爐I內的銅精礦為同一種,但無須乾燥,含水4% wt 10% wt，硫化物銅精礦與液相的爐渣的質量比例可為4 6 I。爐渣中攜帶的Cu2O和Fe3O4與銅精礦中的FeS交互反應生成Cu2S和？60，生成的FeO 與爐渣中攜帶的SiO2造洛，生成的Cu2S與銅精礦中銅的硫化物結合，在電爐4中最終沉降分離形成分開的相，即上層低含銅的電爐爐渣41和下層高含銅的銅鋶42。在此過程中，爐渣中攜帶的銅的化合物發生轉變，由Cu2O轉換為Cu2S，並最終形成銅鋶42 ;爐渣中攜帶的鐵的化合物發生轉變，由高熔點的Fe3O4轉換為低熔點的FeO，進一步的FeO與爐渣中攜帶的SiO2造渣形成更低熔點的2Fe0. SiO2，使爐渣的性質發生轉變，粘性降低，利於銅鋶42與電爐爐渣41的沉降分離，同時，造渣反應既給電爐4的生產提供了熱能，降低了電爐4的能耗，又將空間旋浮反應爐I中的反應熱量進行轉移，進一步降低空間旋浮反應爐I的熱負荷。上述過程，使電爐爐渣41中的銅降到0.4% wt，又脫除了銅精礦中的部分鐵。d)將銅鋶42粒化並經磨機5細磨後作為原料由空間旋浮反應爐I頂部回流入爐體中，由於銅精礦中的鐵在電爐4中被脫除，極大的改變了進入到空間旋浮反應爐I中的銅精礦的性質，使高Fe低Cu的銅精礦轉換為高Cu低Fe的銅精礦進入到空間旋浮反應爐 I的銅精礦中的鐵量的減少，降低了銅精礦反應的需氧量和爐氣量，也減少了反應熱量和爐渣量，解決了由高Fe、S、低Cu的銅精礦直接生產粗銅中投資大、產能低、熱負荷過大的關鍵問題。電爐爐渣41則採用粒化工藝粒化後用做其他工業原料。粒化工藝是指傳統的水淬工藝、改進的霧化工藝和幹法的無水粒化工藝，優選無水粒化工藝；磨機5是指具有乾燥功能的磨機，例如雷蒙磨機。另外，在實際工業生產中，銅精礦的成份不是穩定不變的，主要成分Cu、Fe、S會經常變化，根據本發明中的方法，控制加入到空間旋浮反應爐內粒狀焦炭的速度，就可以控制熾熱焦炭層21的料層厚度，通過熾熱焦炭層21的料層高度的控制，實際上控制了 Cu2O 和Fe3O4在空間旋浮反應爐內的轉化率，即在本發明中空間旋浮反應爐的直收率和爐渣中含Cu2O和Fe3O4的量可以控制，而爐渣中含Cu2O和Fe3O4的量決定了在電爐4中處理銅精礦的量，就決定了銅精礦中的鐵在電爐4中被脫除的量，降低了進入到空間旋浮反應爐I內的Fe量。根據本發明的優選方案，銅精礦中的Fe在空間旋浮反應爐I和電爐4中共同被脫除，空間旋浮反應爐I處理的是銅精礦和銅鋶，以此解決了由高Fe低Cu的銅精礦直接生產粗銅現有技術中的關鍵難題。實施例投入到空間反應爐的物料合計284t/h，分別為銅精礦178t/h，電爐銅鋶48. 4t/ h，造渣溶劑(SiO2) 29. 8t/h，吸熱物料(煙塵)27. 8t/h。其中銅精礦成份銅(Cu)27.09%，鐵(Fe)25.02%，硫(S) 30. 25 % ;富氧空氣 120339Nm3/h (氧濃48. 28% )。投入到空間反應爐內的銅鋶實際上是由銅精礦除鐵後轉換得來，實際銅精礦的處理量超過了 210t/h。以上對本發明所提供的一種銅精礦直接生產粗銅的方法進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。
權利要求
1.一種銅精礦直接生產粗銅的方法，其特徵在於，包括以下步驟a)將銅精礦、銅鋶、造渣溶劑、富氧空氣、吸熱物料同時由反應爐頂部加入反應爐中；b)在所述反應爐的下段空間內加入還原劑，反應爐底部的熔池內形成爐氣、固相的熾熱焦炭層、液相的爐渣層、液相的粗銅層；c)將生成的熾熱焦炭、液相的爐渣導入電爐中，同時在電爐中加入硫化劑進行反應，生成電爐爐渣和銅鋶；d)所述銅鋶粒化後由所述反應爐頂部回流入反應爐中。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述a)中銅精礦與銅鋶、造渣溶劑、吸熱物料的加入質量比例為7 9 : I 2 : 1，所述富氧空氣相對於銅精礦與銅鋶的加入量為 300Nm3/t 700Nm3/t，所述富氧空氣中氧的體積濃度彡45%。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，所述反應爐為空間旋浮反應爐。
4.根據權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，所述吸熱物料為所述反應爐排出的爐氣中收集的煙塵。
5.根據權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，所述b)中還原劑為粒狀的焦炭，粒度為 2mm 25mm。
6.根據權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，所述b)中液相的粗銅導入到陽極精煉爐，進行粗銅精煉。
7.根據權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，所述c)中硫化劑為硫化物銅精礦，含水4% wt 10% wt,所述硫化物銅精礦與所述液相的爐洛的質量比例為4 6 I。
8.根據權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，所述c)中電爐爐渣粒化後作為其他工業原料。
9.根據權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，在所述反應爐的上升煙道中導入富氧空氣燃燒所述反應爐內生成的CO。
全文摘要
本發明提供一種銅精礦直接生產粗銅的方法，包括a)將銅精礦、銅鋶、造渣溶劑、富氧空氣、吸熱物料加入反應爐頂上段b)在反應爐的下段空間內加入還原劑；c)將生成的熾熱焦炭、液相的爐渣導入電爐中，並加入銅精礦進行反應，生成電爐爐渣和銅鋶；d)銅鋶粒化精磨後再加入反應爐中。在下段空間加入還原劑，還原劑不燃燒，不增加反應爐的熱負荷；過氧化的Cu2O和Fe3O4被熾熱焦炭還原，提高了銅的直收率，改善爐渣性質，還能通過控制熾熱焦炭層的厚度，控制爐渣含Cu2O和Fe3O4的量；銅鋶回用於反應爐，可降低進入反應爐內的Fe量，進而減少反應爐的需氧量和發熱量，減輕爐氣量和熱負荷，能夠處理高Fe、低Cu的低品位銅精礦。
文檔編號C22B15/00GK102605191SQ201210111668
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月16日 優先權日2012年4月16日
發明者劉衛東, 周松林, 葛哲令 申請人:陽穀祥光銅業有限公司