一步煉銅工藝及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有色金屬冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種一步煉銅工藝及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有銅火法冶金過程主要分為熔煉、吹煉和精煉三個(gè)工序。
[0003]熔煉方面，方法主要有閃速熔煉法和熔池熔煉法兩大類，具體有奧托昆普閃速熔煉、Inco閃速熔煉、諾蘭達(dá)熔煉、奧斯麥特熔煉、艾薩熔煉、氧氣底吹熔煉、白銀法熔煉、瓦紐柯夫熔煉、特尼恩特熔煉、三菱熔煉、卡爾多爐熔煉、旋浮熔煉以及傳統(tǒng)的反射爐熔煉、鼓風(fēng)爐熔煉、電爐熔煉等。目前傳統(tǒng)熔煉工藝正在被清潔強(qiáng)化熔煉技術(shù)所取代，但現(xiàn)代強(qiáng)化熔煉技術(shù)也各自存在一些問題，如閃速熔煉對(duì)原料要求高，需要細(xì)磨及深度干燥，煙塵率高；諾蘭達(dá)熔煉采用單面?zhèn)却?，氣液混合不均勻，生產(chǎn)環(huán)境差，302逸散嚴(yán)重；奧斯麥特/艾薩熔煉采用頂吹，噴槍保溫要用柴油或天然氣，價(jià)格較貴。
[0004]吹煉方面，世界上90%采用PS轉(zhuǎn)爐，間斷作業(yè)，熔煉產(chǎn)出的銅锍需用銅锍包在車間內(nèi)進(jìn)行倒運(yùn)，加上轉(zhuǎn)爐加料及吹煉過程，煙氣難以完全密封，存在不同程度的302煙氣逸散污染，使PS轉(zhuǎn)爐吹煉作業(yè)的操作環(huán)境很差。
[0005]精煉方面，目前用于火法精煉的爐型主要有反射爐、回轉(zhuǎn)精煉爐、傾動(dòng)式精煉爐等，主要存在自動(dòng)化水平低、過于依賴手工操作、爐體氣密性差、散熱損失大、煙氣泄漏多、銅液攪拌循環(huán)差、操作效率低等問題。
[0006]目前，大部分銅火法冶金生產(chǎn)中三個(gè)工序均獨(dú)立操作，分爐進(jìn)行，過程不連續(xù)，能耗高，環(huán)境污染嚴(yán)重，因此開發(fā)短流程、清潔銅冶煉工藝，進(jìn)行熔煉、吹煉、精煉工序集成，實(shí)現(xiàn)連續(xù)煉銅及一步煉銅，是未來銅冶金的發(fā)展方向。
[0007]在連續(xù)煉銅方面，目前有三菱法、閃速連續(xù)煉銅法、氧氣底吹連續(xù)煉銅法、諾蘭達(dá)法連續(xù)煉銅法等。三菱法需配置四臺(tái)爐子，安裝需要高度差，建筑成本較高，且電爐貧化后的棄渣含銅較高；閃速連續(xù)煉銅法，其液態(tài)銅锍需要水淬、干燥、細(xì)磨，能耗高，且所產(chǎn)爐渣含銅高達(dá)10%?20%，粗銅質(zhì)量欠佳；氧氣底吹連續(xù)煉銅法采用兩臺(tái)底吹爐或三臺(tái)底吹爐，呈“一”字階梯排布或者呈“品”字排布，為我國(guó)自主研發(fā)的技術(shù)；諾蘭達(dá)連續(xù)煉銅法初期在直接生產(chǎn)粗銅，因渣含銅高，粗銅雜質(zhì)多，渣的處理復(fù)雜，最后放棄生產(chǎn)粗銅，至今仍然生產(chǎn)高品位冰銅(70%Cu)。
[0008]一步煉銅是指在單一設(shè)備中進(jìn)行的連續(xù)煉銅，用含銅物料直接冶煉成銅。其中，旋浮一步煉銅法，通過旋浮冶煉與脈動(dòng)旋流噴嘴技術(shù)，將熔煉和吹煉合二為一，將普通銅精礦持續(xù)穩(wěn)定地直接冶煉出含銅98.5%以上的粗銅，目前該技術(shù)還未能完成精煉過程，難以生產(chǎn)陽極銅。
[0009]中國(guó)專利“201410156737.2”提出的一步煉銅工藝及其裝置，其爐體為底吹回轉(zhuǎn)臥式圓筒爐，擋墻將封閉爐腔水平方向上分為三個(gè)區(qū)，即熔煉區(qū)、吹煉區(qū)、精煉區(qū)，底部安裝氧槍。由于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)高溫熔體容易損壞侵蝕擋墻耐火材料，影響生產(chǎn)效率，因此該技術(shù)還需進(jìn)一步改進(jìn)提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、耐用、效率高、投資少、運(yùn)行成本低的一步煉銅裝置，還提供一種流程短、適應(yīng)性強(qiáng)、能耗低、環(huán)境友好的一步煉銅工藝。
[0011]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種一步煉銅裝置，包括具有封閉爐腔的爐體，所述封閉爐腔自底部由下至上依次設(shè)有精煉區(qū)、吹煉區(qū)和熔煉區(qū)，所述精煉區(qū)四周的爐壁上設(shè)有多個(gè)第一噴槍，所述吹煉區(qū)四周的爐壁上設(shè)有多個(gè)第二噴槍，所述熔煉區(qū)四周的爐壁上設(shè)有多個(gè)第三噴槍，所述精煉區(qū)四周的爐壁和/或底部還設(shè)有多個(gè)位于第一噴槍下方的第四噴槍，所述熔煉區(qū)上方的爐壁上設(shè)有排渣口，所述封閉爐腔的頂部設(shè)有加料口和煙道口，所述封閉爐腔的底部設(shè)有排銅口。
[0012]上述的一步煉銅裝置，優(yōu)選的，各第一噴槍、第二噴槍和第三噴槍與水平面之間的夾角為-60° ~ +60°。
[0013]上述的一步煉銅裝置，優(yōu)選的，位于精煉區(qū)四周的爐壁上的第四噴槍與水平面之間的夾角為-60° ~ +60°，位于精煉區(qū)底部的第四噴槍與豎直平面之間的夾角為-80° ~+80。。
[0014]上述的一步煉銅裝置，優(yōu)選的，所述爐壁為鋼板，所述爐壁的內(nèi)側(cè)設(shè)有耐火材料內(nèi)襯。
[0015]上述的一步煉銅裝置，優(yōu)選的，所述封閉爐腔的截面為圓形或橢圓形。
[0016]作為一個(gè)總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種一步煉銅工藝，包括以下步驟:
(1)將含銅物料、熔劑混合配料后，由加料口加入到爐體內(nèi)；
(2)通過第三噴槍將富氧空氣噴入熔煉區(qū)進(jìn)行熔煉，熔煉溫度控制在1180°C~1250°C，在熔煉區(qū)熔煉生成銅锍和爐渣，其中，銅锍下移進(jìn)入吹煉區(qū)；通過第二噴槍將富氧空氣噴入吹煉區(qū)進(jìn)行吹煉，吹煉溫度控制在1200°C ~1250°C，生成FeO、粗Cu和SO2，其中，F(xiàn)eO隨氣泡上浮進(jìn)入渣層造渣，粗Cu下沉進(jìn)入精煉區(qū)；通過第一噴槍將富氧空氣噴入精煉區(qū)進(jìn)行精煉，氧化粗Cu中的雜質(zhì)，精煉溫度控制在1100°C ~1200°C;通過第四噴槍將天然氣或煤粉噴入精煉區(qū)底部進(jìn)行還原，將銅液中O元素的深度脫除，得到陽極銅；
(3)通過排銅口將陽極銅放出，并澆鑄成陽極板，然后進(jìn)行電解精煉得到陰極銅；爐渣經(jīng)排渣口排出，將爐渣倒入渣坑緩冷后，經(jīng)破碎、選礦處理后，渣精礦返回步驟(I)中作為原料進(jìn)行配料，渣尾礦制備建材；冶煉煙氣從煙道口排出，經(jīng)過余熱鍋爐實(shí)現(xiàn)余熱發(fā)電，電收塵后的煙氣進(jìn)一步生產(chǎn)硫酸，煙塵返回步驟(I)中作為原料進(jìn)行配料。
[0017]上述的一步煉銅工藝，優(yōu)選的，所述熔煉溫度、吹煉溫度和精煉溫度通過調(diào)節(jié)富氧空氣中氧氣濃度和富氧空氣噴入速度來控制。
[0018]上述的一步煉銅工藝，優(yōu)選的，所述含銅物料為硫化銅精礦、多金屬伴生復(fù)雜礦、含銅廢雜料、渣精礦和返回?zé)焿m中的至少一種。
[0019]上述的一步煉銅工藝，優(yōu)選的，所述熔劑為石英砂、石灰或石灰石，爐渣渣型為鐵硅渣、鈣鐵渣或鈣鐵硅渣。
[0020]上述的一步煉銅工藝，優(yōu)選的，各噴槍噴入的富氧空氣中氧氣濃度范圍為22%~99%0
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明的一步煉銅裝置，其爐體為豎式爐，封閉爐腔由下至上依次分為無擋墻分隔的精煉區(qū)、吹煉區(qū)和熔煉區(qū)，充分利用了高溫熔體密度不同、互不相容等自身物化性質(zhì)差異，可同時(shí)完成熔煉、吹煉和精煉三個(gè)過程，從而將含銅物料直接冶煉成陽極銅，相比于現(xiàn)有技術(shù)該裝置的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，更耐用，效率更高，投資更少，運(yùn)行成本更低，還可避免SO2的低空逸散問題。采用該裝置的一步煉銅工藝通過控制封閉爐腔不同區(qū)域熔體的氧勢(shì)硫勢(shì)，逐步完成銅精礦到陽極銅冶煉過程，屬于熔池冶金范疇，相比于主要用脈動(dòng)旋流噴嘴技術(shù)，使礦料顆粒在爐膛內(nèi)旋轉(zhuǎn)懸浮，并與氧氣反應(yīng)，產(chǎn)物為粗銅傳統(tǒng)旋浮一步煉銅法(屬于空間冶金范疇)，該工藝是一種高效清潔的方法，對(duì)原料粒度、濕度等指標(biāo)要求更低，適應(yīng)性更強(qiáng)，且產(chǎn)出的陽極銅產(chǎn)品品位要比旋浮一步煉銅法產(chǎn)出的粗銅品位更高，純度更高，省去了后續(xù)的火法精煉工序，流程更短。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明一步煉銅裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明一步煉銅工藝的工藝流程圖。
[0024]圖例說明:
1、爐體；11、封閉爐腔；111、精煉區(qū)；112、吹煉區(qū)；113、熔煉區(qū)；12、排渣口 ；13、加料口 ；14、煙道口 ；15、排銅口 ；16、頂壁；2、第一噴槍；3、第二噴槍；4、第三噴槍；5、第四噴槍；6、基座。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]實(shí)施例1:
如圖1所示，本發(fā)明的一步煉銅裝置，包括具有封閉爐腔11的爐體1，爐體I的底部設(shè)有基座6，封閉爐腔11自底部由下至上依次設(shè)有精煉區(qū)111、吹煉區(qū)112和熔煉區(qū)113，精煉區(qū)111四周的爐壁上設(shè)有多個(gè)第一噴槍2，吹煉區(qū)112四周的爐壁上設(shè)有多個(gè)第二噴槍3，熔煉區(qū)113四周的爐壁上設(shè)有多個(gè)第三噴槍4，精煉區(qū)111四周的爐壁和底部還設(shè)有多個(gè)位于第三噴槍4下方的第四噴槍5，熔煉區(qū)113上方的爐壁上設(shè)有排渣口 12，爐體I的頂壁16上設(shè)有加料口 13和煙道口 14，封閉爐腔11的底部設(shè)有排銅口 15。在其他實(shí)施例中，還可僅在精煉區(qū)111四周的爐壁或底部設(shè)有第四噴槍5。
[0027]本實(shí)施例中，各第一噴槍2、第二噴槍3和第三噴槍4與水平面之間的夾角為-60°
~ +60°。位于精煉區(qū)111四周的爐壁上的第四噴槍5與水平面之間的夾角為-60° ~+60°，位于精煉區(qū)111底部的第四噴槍5與豎直平面之間的夾角為-80° ~ +80°。各區(qū)域的噴槍之間相互間隔一定距離，優(yōu)選為均勻間隔布置。
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