銅冶煉中的轉爐渣的乾式處理方法及系統的製作方法

2023-06-07 16:35:36

專利名稱：銅冶煉中的轉爐渣的乾式處理方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及在銅冶煉的過程中從轉爐排出的爐渣進行乾式處理的方法以及系統。 本發明尤其涉及將在銅冶煉中從轉爐中排出的爐渣轉換為煉鐵原料的乾式處理方法以及 系統。
背景技術：
有關銅冶煉的常規順序如下。在熔化爐(日文自溶爐)中使作為原料的銅精礦 發生氧化反應，生成銅品位約68%的冰銅(matt)和以氧化鐵與矽酸作為主成分的熔化爐 爐渣，將它們分離。然後，將冰銅裝入轉爐中，生成銅品位約99%的粗銅和以矽酸類氧化鐵 為主成分的轉爐渣，將它們分離。粗銅在精煉爐中鑄造成銅純度進一步得到提高的陽極，將 該陽極電解精製得到了電解銅。另一方面，轉爐渣經固化後粉碎，然後，主要採用通過浮選回收銅組分的爐渣選礦 法(資源素材學會志，「資源與素材」 1993. 12，Vol 109 「非鐵冶煉號」第954，965頁，「資 源與素材」 1997. 12，Vol 113 「再利用大特集號」第996頁左欄，最終段落(日文資源素 材學會誌、[資源i素材]I"3. 12, Vol 109 [非鉄製鍊號]第％4，965頁、[資源i素 材]1997. 12，Volll3[ 'J ^ ^ 'J >夕 '大特集號]第996頁左欄、最終"7 7 )) 在 爐渣選礦工序中，可以分離成Cu品位高的爐渣銅精礦(約25% Cu)和Cu品位低的鐵精礦 (約0. 6% Cu)，爐渣銅精礦經過在熔化爐中反覆處理而再利用，鐵精礦主要作為水泥原料 而再利用。此外，在日本特開昭53-22115號公報中記載了下述爐渣處理方法，將焦炭、煤炭 等固體還原劑或者氣體、液體還原劑吹入爐渣中，使熔融狀態的轉爐渣中含有的氧化銅和 Fe304還原，從而得到銅品位1 %以下的脫銅爐渣和粗銅。智利的Codelco公司、Caletones冶煉所將下述方法實用化，即，將微碳粉吹入熔 融狀態下的轉爐渣中，還原爐渣中的磁鐵礦，從而回收爐渣中的銅組分(Rolando Campos and Luis Torres, CALETONES SMELTER :TW0 DECADES OF TECHNOLOGICAL IMPROVEMENTS, The Paul E. Queneau International Symposium，Ontario，GANADA(1993))。
背景技術：
專利文獻專利文獻1 日本特開昭53-22115號公報非專利文獻非專利文獻1 資源素材學會志、「資源和原材料」 1993. 12,Vol. 109 「非鐵冶煉號」 第 954,965 頁非專利文獻2 「資源和原材料」 1997. 12，Vol. 113 「再利用大特集號」第996頁左
欄、最終段落非專利文獻3 Rolando Campos and Luis Torres, CALETONESSMELTER :TW0DECADES OF TECHNOLOGICAL IMPROVEMENTS, The Paul E. Queneau International Symposium, Ontario, CANADA 1993)

發明內容
近年來，我國的水泥行業存在縮小的傾向，按照專利文獻1所記載的爐渣選礦法 處理轉爐渣而得到的鐵精礦的再利用場所難以確保，因此期待轉爐渣的新的再利用。從這 點考慮，雖然轉爐渣含有約50質量份％的鐵組分，存在可用作煉鐵原料的可能性，但由於 轉爐渣中含有約4質量％的銅組分、約2質量％的鋅組分，將其用作煉鐵原料時銅品位和鋅 品位太高。即使對於通過爐渣選礦法處理而得到的鐵精礦而言，雖然僅含有約0. 6質量％ 的銅組分、約2.5質量％的鋅組分，但將其作為煉鐵原料時銅品位和鋅品位還是高。為了用 做煉鐵原料，希望銅組分為0.3質量％以下、鋅組分為1質量％以下。而按照專利文獻2和 專利文獻3所記載的方法處理轉爐渣時，銅組分以及鋅組分的品位仍然高，不適合作為煉 鐵原料使用。於是，本發明的課題在於提供將在銅冶煉過程中從轉爐中排出的爐渣轉換為煉鐵 原料的處理方法及系統。本發明者為了解決上述課題進行深入研究，結果創造了一種爐渣的處理方法，該 方法採用在鋅冶煉過程中通常使用的爐渣煙化法(slag fuming)，在還原爐內將鋅從爐渣 中揮發除去的同時將銅還原，接著，在還原爐內，或者在將爐渣輸送到了與還原爐串聯排列 的沉降爐內之後的沉降爐內，使銅沉降而分離還原粗銅和爐渣的爐渣處理方法。通過該方 法，可將轉爐渣轉換為使銅品位和鋅品位降低至能夠用作煉鐵原料的水平的爐渣。此外，銅 的沉降分離不是在還原爐中進行而是在沉降爐中進行的另一方式，可以實現轉爐渣的連續 處理。通常情況下，爐渣煙化法是將熔融狀態下的爐渣加熱還原並使爐渣中的Zn、Pb、As 等金屬揮發的方法，例如，使用具有吹入氣體用的噴管(lance)或者在爐底部設置了噴氣 管的還原爐。從噴管或者噴氣管的前端向裝入爐內的爐渣噴出還原劑(例如，丙烷氣體或 重油)和燃燒用空氣，從而將爐渣中的金屬還原/揮發處理。從爐底部將處理後的爐渣取 出，從爐頂部回收揮發金屬。爐渣煙化法雖然在鋅冶煉的爐渣處理中是常規方法，但以往沒有應用於如本發明 的銅冶煉的轉爐渣處理中，也沒有其必要性。因此，本發明的最大特徵在於將爐渣煙化法應 用於銅冶煉的轉爐渣的處理中。此外，將從還原爐中取出的爐渣輸送到沉降爐中，此處，在 進行還原銅的沉降分離和回收銅的實施方式中，可以實現轉爐渣的連續處理，對於安裝行 業是非常有利的。從而，本發明的另一方面提供在銅冶煉過程中產生的轉爐渣的處理方法，其中，將 轉爐渣裝入還原爐，在所述還原爐中進行加熱還原所述爐渣中含有的鋅組分和銅組分，以 及揮發除去還原鋅的步驟。本發明的另一方面提供在銅冶煉過程中產生的轉爐渣的處理方法，其中，將轉爐 渣裝入還原爐，在所述還原爐中進行加熱還原所述爐渣中含有的鋅組分和銅組分，揮發除 去還原鋅，以及從爐渣中沉降分離還原銅的步驟。本發明的另一方面提供在銅冶煉過程中產生的轉爐渣的處理方法，其中，將轉爐
4渣裝入還原爐，在所述還原爐中進行加熱還原所述爐渣中含有的鋅組分和銅組分，以及揮 發除去還原鋅的步驟，接著，將還原銅與爐渣一起從還原爐輸送至沉降爐，在沉降爐內進行 沉降分離使還原銅從爐渣中分離的步驟。本發明所涉及的方法之一實施方式中，所述方法還包括對從爐渣中沉降分離了還 原銅後的爐渣進行粉碎處理的步驟。本發明所涉及的方法之另一實施方式中，在還原爐中，將爐渣中所含有的Fe304加 熱還原至FeO。本發明所涉及的方法之又一實施方式中，所述轉爐渣被從下述保持爐裝入至還原 爐，所述保持爐用於將轉爐渣保持在熔融狀態，並且調整向還原爐供給的轉爐渣的供給量。本發明的另一方面提供在銅冶煉的過程中產生的轉爐渣的處理系統，其包括還 原爐，用於加熱還原轉爐渣中含有的鋅組分和銅組分；排氣裝置，設置於用於除去已揮發的 還原鋅的還原爐；抽取裝置，用於從還原爐中抽取已沉降分離的還原銅。本發明所涉及的系統之一實施方式中，所述系統還包括爐渣的粉碎處理裝置和輸 送裝置，所述輸送裝置用於將從還原中排出的爐渣輸送至爐渣的粉碎處理裝置。本發明所涉及的系統的另一方面提供銅冶煉過程中所產生的轉爐渣的處理系統， 其包括還原爐，用於加熱還原轉爐渣中含有的鋅組分和銅組分；排氣裝置，設置於用於除去 已揮發的還原鋅的還原爐；沉降爐，用於從爐渣中沉降分離還原銅；輸送裝置，用於將從還 原爐中排出的爐渣輸送至沉降爐；抽取裝置，用於從沉降爐中抽取已沉降分離的還原銅。本發明所涉及的系統的另一實施方式中，所述系統還包括爐渣的粉碎處理裝置和 輸送裝置，該輸送裝置用於將沉降爐中排出的爐渣輸送至爐渣的粉碎處理裝置。本發明所涉及的系統之一實施方式中，所述系統還包括保持爐和輸送裝置，所述 保持爐用於將轉爐渣保持在熔融狀態，並調整向還原爐供給的轉爐渣的供給量，所述輸送 裝置用於將從保持爐中排出的轉爐渣輸送至還原爐。根據本發明，可將轉爐渣連續地轉換為銅品位以及鋅品位降低至可用作煉鐵原料 的水平的爐渣。此外，也可提高從爐渣中回收銅的效率。


圖1示出轉爐渣的連續處理系統之一發明例。圖2示出轉爐渣的成批處理系統之一發明例。符號說明1 接收槽2 保持爐3 爐■槽4 還原爐5 噴管6 煙囪7 袋式過濾器8 熔體槽9 沉降爐
10 粗銅槽11 爐漁槽12 爐渣粉碎設備
具體實施例方式下面，參考圖1和圖2說明本發明的轉爐渣的處理方法及系統的實施方式。通常，在銅冶煉的過程中，從轉爐排出的爐渣組成如下鐵組分(以Fe304和FeO為 主)50 60質量％ ；矽組分(以Si02為主)20 25質量％ ；銅組分(以CuS或者Cu20 和CuO為主)3 5質量％ ；鋅組分(以ZnO為主)3 6質量％ ；鋁組分(以A1203為 主)1 3質量％。因此，在本發明中，「轉爐渣」不僅指實際上在銅冶煉過程中從轉爐排出的爐渣，也 指與銅冶煉的轉爐渣具有相同組成的爐渣。例如，在銅冶煉的熔融爐渣中含有3 5%左 右的來自原料礦石和熔劑的矽酸礦A1203，將其作為煉鐵原料使用時氧化鋁(A1203)品位過 高。但是，原料礦石和矽酸礦中的氧化鋁品位低且在熔融爐渣中的氧化鋁品位低時，可應用 本發明。連續處理系統首先，說明可對轉爐渣進行連續處理的系統。參考圖1，將在1250 1330°C的熔 融狀態下從轉爐(圖中未示出)流入到接收槽1的爐渣，在保持熔融的狀態下導入到保持 爐2中。向保持爐2中導入爐渣也可以不在熔融狀態下，例如，可利用加料鬥裝入粒狀爐渣， 再導入到保持爐2中。導入到保持爐2中的爐渣可保持熔融狀態。保持爐2起到調整向還 原爐4供給的爐渣量。例如，通過向還原爐4供給一定流量的爐渣，可支援爐渣處理系統的 穩定的連續作業。從保持爐2排出的爐渣，以熔融狀態通過爐渣槽3，被裝入到還原爐4中。在還原 爐4中，爐渣中的鋅組分和銅組分以及其它的金屬成分被還原。此外，雖然在爐渣中含有相 當量的磁鐵礦(Fe304)，但由於被還原至FeO，從而可降低爐渣的粘性。若爐渣的粘性降低， 則在爐渣中滴落的還原銅容易進行沉降分離，提高了下一步驟的銅回收率。對於還原劑沒有特別限定，可以舉出焦炭以及煤碳等固體碳質還原劑，氫以及烴 (甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等)等氣體還原劑，石油及重油等液體還原劑。典型地可以使用 LPG。優選還原劑與燃燒用空氣同時從爐頂部插入的噴管6的前端噴出至裝入在還原爐4 內的爐渣的頂吹方法。由此，通過強烈攪拌還原爐4內熔融的爐渣，可以提高爐渣與還原劑 的反應效率。噴管的前端也可以浸漬在爐渣內。還原劑的供給也可以利用設置於爐底部的 噴氣管進行。此外，通過增加還原劑的導入量和還原時間，可以提高還原反應效率。即，可 以降低爐渣中的鋅品位以及銅品位。在還原爐4中，例如，使用丙烷作為還原劑時，產生如下所述的還原反應。10Cu20+C3H8 — 20CU+3C02+4H2010Zn0+C3H8 — 10Zn+3C02+4H2010Fe304+C3H8 — 30Fe0+3C02+4H20經還原後的鋅從爐渣相揮發，與其他揮發成分或者微細的爐渣顆粒一起作為爐渣 煙化物從煙 6排出。在煙道中設置有袋式過濾器7，通過其可回收鋅。此外，為了降低排氣溫度，可向煙道噴霧冷卻水也可以設置水冷卻塔(圖中未示出)。還原鋅向煙囪6輸送的 過程中，可被空氣等氧化而以氧化鋅的形式回收。爐渣煙化粉塵中通常含有鉛。還原反應結束後，含有還原銅的爐渣從還原爐4排出並通過熔體槽8，仍以熔融狀 態導入到沉降爐9中。此處，利用還原銅與爐渣之間的比重差進行沉降分離。由於沉降分 離不是在還原爐4中進行而是在另設的沉降爐9中進行，因此可實現連續作業。通過增加 沉降分離的時間，可提高沉降分離的效率，從而可降低爐渣中的銅品位。換言之，可以提高 銅的回收效率。在沉降分離之後，還原銅通過粗銅槽10而被取出。還原銅具有60 80質量％的 銅品位，可以重返迴轉爐。另一方面，分離出還原銅後的爐渣通過爐渣槽11被輸送到爐渣 粉碎設備12，粉碎成容易利用的適當粒度。作為粉碎設備沒有特別的限定，例如，可以舉出 水粉碎機、粉碎劑、磨碎機等的組合粉碎等。通過以上的步驟，可將爐渣中的銅品位降低至0.3質量％以下，將鋅品位降低至 以下。因此，根據本發明處理得到的爐渣可作為煉鐵原料使用。在本實施方式中，可以對轉爐渣進行連續處理。因此，在系統的連續運轉中可以同 時進行以下步驟在爐內的還原反應以及還原鋅的揮發除去、沉降爐中的還原銅的沉降分 離、在爐渣粉碎設備中的爐渣的粉碎處理。分批式處理系統接著，說明對轉爐渣進行分批式處理的系統。參考圖2，從轉爐(圖中未示出)中 在1250 1330°C的熔融狀態下流入到接收槽1的爐渣，在保持熔融的狀態下導入到還原 爐4中。在還原爐4中，爐渣的鋅組分、銅組分及其它金屬成分被還原。可使用的還原劑、 還原爐4內的還原反應與連續處理系統的情況相同。有關還原後的鋅的回收也與連續處理 系統的情況相同。還原反應結束後，還原銅在還原爐4內沉降分離。沉降分離後，還原銅通過粗銅槽 10取出。另一方面，分離出還原銅後的爐渣通過爐渣槽11而被輸送到爐渣粉碎設備12，粉 碎成容易利用的適當粒度。經處理後的爐渣可用作煉鐵原料。還原爐也可並列多臺而設置。實施例以下，說明本發明的實施例，但實施例僅以例示為目的，並不用於限定本發明。試驗1 (坩堝試驗)將從銅冶煉的轉爐中排出的1. 1kg爐渣在氮氣氛圍中加入到坩堝中，加熱到 1250°C使之熔融。接著，向坩堝中以8. 25L/hr吹入丙烷氣體、以8. 25L/hr吹入空氣，吹入 持續1小時，進行爐渣中的銅、鋅和磁鐵礦(Fe304)的還原反應。在反應中，所生成的還原鋅 自然地從坩堝的開口部揮發而被除去。之後，將生成的還原銅沉降，從爐渣中分離。對於試驗前後的轉爐渣中的銅品位以及鋅品位的變化示於表1中。表 1 試驗2 (模擬仿真試驗1)
鑑於上述坩堝試驗結果，構築圖1所記載的系統，在一定的條件下連續操作，將可 推知的處理結果的計算結果記載於表2。模擬操作條件如下。還原爐尺寸①3m X 8m (56m3)熔體溫度1250°C還原時間1小時還原劑LPG(436kg/hr)+空氣(3l78Nm3/hr)沉降時間1小時表2 試驗3 (模擬仿真試驗2)鑑於上述坩堝試驗結果，構築圖1所記載的系統，在另一條件下連續操作，將可推 知的處理結果的計算結果記載於表3。模擬操作條件如下。還原爐尺寸①3m X 8m (56m3)熔體溫度1250°C還原時間1小時還原劑重油(605kg/hr)+ 空氣(3883Nm3/hr)沉降時間1小時表 權利要求
在銅冶煉過程中產生的轉爐渣的處理方法，其中，將轉爐渣裝入還原爐，在所述還原爐中進行加熱還原所述爐渣中含有的鋅組分和銅組分，以及揮發除去還原鋅的步驟。
2.在銅冶煉過程中產生的轉爐渣的處理方法，其中，將轉爐渣裝入還原爐，在所述還原爐中進行加熱還原所述爐渣中含有的鋅組分和銅 組分，揮發除去還原鋅，以及從爐渣中沉降分離還原銅的步驟。
3.在銅冶煉過程中產生的轉爐渣的處理方法，其中，將轉爐渣裝入還原爐，在所述還原爐中進行加熱還原所述爐渣中含有的鋅組分和銅組 分，以及揮發除去還原鋅的步驟，接著，將還原銅與爐渣一起從還原爐輸送至沉降爐，在沉 降爐內進行沉降分離使還原銅從爐渣中分離的步驟。
4.根據權利要求1或2所述的方法，其中，所述方法還包括對從爐渣中沉降分離了還原銅後的爐渣進行粉碎處理的步驟。
5.根據權利要求1 3中任一項所述的方法，其中， 在還原爐中，將爐渣中所含有的Fe304加熱還原至FeO。
6.根據權利要求1 5中任一項所述的方法，其中，所述轉爐渣被從下述保持爐裝入至還原爐，所述保持爐用於將轉爐渣保持在熔融狀 態，並且調整向還原爐供給的轉爐渣的供給量。
7.在銅冶煉的過程中產生的轉爐渣的處理系統，其包括 還原爐，用於加熱還原轉爐渣中含有的鋅組分和銅組分； 排氣裝置，設置於用於除去已揮發的還原鋅的還原爐； 抽取裝置，用於從還原爐中抽取已沉降分離的還原銅。
8.根據權利要求7所述的系統，其中，所述系統還包括爐渣的粉碎處理裝置和輸送裝置，所述輸送裝置用於將從還原爐中排 出的爐渣輸送至爐渣的粉碎處理裝置。
9.在銅冶煉過程中產生的轉爐渣的處理系統，包括還原爐，用於加熱還原轉爐渣中含有的鋅組分和銅組分； 排氣裝置，設置於用於除去已揮發的還原鋅的還原爐； 沉降爐，用於從爐渣中沉降分離還原銅； 輸送裝置，用於將從還原爐中排出的爐渣輸送至沉降爐； 抽取裝置，用於從沉降爐中抽取已沉降分離的還原銅。
10.根據權利要求9所述的系統，其中，所述系統還包括爐渣的粉碎處理裝置和輸送裝置，該輸送裝置用於將從沉降爐中排出 的爐渣輸送至爐渣的粉碎處理裝置。
11.根據權利要求7 10中任意一項所述的系統，其中，所述系統還包括保持爐和輸送裝置，所述保持爐用於將轉爐渣保持在熔融狀態，並調 整向還原爐供給的轉爐渣的供給量，所述輸送裝置用於將從保持爐中排出的轉爐渣輸送至 還原爐。
全文摘要
本發明提供一種將在銅冶煉過程中從轉爐中排出的濾渣轉換為煉鐵原料的處理方法。該方法是在銅冶煉過程中產生的爐渣的處理方法，其中，將轉爐渣裝入還原爐，在所述還原爐中進行加熱還原所述爐渣中含有的鋅組分和銅組分，以及揮發除去還原鋅的步驟。
文檔編號C22B7/04GK101851704SQ20091017495
公開日2010年10月6日 申請日期2009年11月3日 優先權日2009年3月31日
發明者佐佐木崇文, 藤井孝悅 申請人:環太銅業株式會社