專利名稱：一種熔融銅渣綜合利用工藝及其系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及有色冶金及鋼鐵冶金技術領域，特別涉及一種熔融銅渣綜合利用工藝 及其系統。
背景技術：
銅渣是火法冶煉過程中回收銅后的剩余物。在火法煉銅中每生產It銅產出約 2^3t銅渣，渣中含有大量的有價值的組分，其中含銅1. 5%左右，含鐵40%左右，同時還含 有少量的鋅、鎳、鈷等貴重金屬。當前銅渣回收銅主要采用火法貧化法和浮選法，火法貧化后渣含銅量在0. 5%左 右，而浮選法在0. 4%左右，銅的回收率均不高。銅渣中的鐵主要以鐵橄欖石、四氧化三鐵的 形式存在，二者互相嵌布，粒度都較小，回收難度大，成本高。目前銅渣中鐵的回收提取研究 較少，尚處在初步研究階段。主要研究路線是向裝有液態銅渣的渣包中鼓吹富氧，使渣中的 氧化亞鐵氧化成四氧化三鐵，然后通過磁選方式進行回收，但鐵的回收率及品位均不高。傳統銅渣貧化都是對冷態渣進行的處理，對熱態熔融銅渣綜合利用的研究較少， 銅渣中的熱量沒有得到充分利用，渣中的大部分熱量都被白白浪費，存在著成本高、能源浪 費嚴重等問題。目前銅渣的貧化形式比較單一，主要集中在單純地回收銅或鐵的技術方面，而作 為耐候鋼原料的銅鐵合金，相關回收技術卻鮮見報道。耐候鋼因其良好的耐候性和優良的 力學、焊接性能，目前廣泛應用于軌道交通、橋梁工程和集裝箱等領域，所以可以斷言可作 為耐候鋼原料的銅鐵合金具有廣闊的市場前景。
發明內容
本發明為克服上述銅渣中有價金屬資源化存在的不足，研發了一種熔融銅渣綜合 利用工藝及其系統，解決上述方法處理銅渣存在的有價金屬提取率低、提取成本高、提取形 式單一、能源浪費嚴重等問題，該熔融銅渣綜合利用工藝具有提取率高、成本低、節約能源 等特點。為實現上述目的，本發明采用如下技術方案
一種熔融銅渣綜合利用工藝，它包括低溫提銅工序、高溫提銅鐵合金工序以及余熱回 收工序；其中，
低溫提銅為將煉銅爐排出的1270°C— 1370°C的熔融熱態銅渣送入提銅爐；隨后加入 過量的還原劑I活性炭和CaO ；然后向提銅爐內噴入20kpa—30kpa的加壓惰性氣體，并利 用惰性氣體噴槍噴出的氣體對熔池產生攪拌作用；還原后銅水收集，爐渣送入高溫提銅鐵 合金工序；
提提銅鐵合金工序，來自提銅爐的爐渣送入提銅鐵合金爐中，將過量還原劑II水蒸
3汽送過噴槍送入爐內，噴槍一端浸入熔池中，對熔池產生攪拌作用，使爐渣與還原劑混合均 勻；純氧從提銅鐵合金爐底吹入，同樣對熔池產生攪拌作用；熔池溫度在1500°C -1600°C之 間，產生的1600°C -1700°C的高溫煤氣一部分為送入提銅爐保溫，另一部分送余熱回收工序。所述余熱回收工序將高溫煙氣送入預熱鍋爐進行熱交換，熱交換后產生的蒸汽送 入蒸汽輪機發電，電能供給用戶；熱交換后的低溫煤氣經除塵后，分別作為提銅和提銅鐵 中需要的輔料分解熱源；剩余部分也送去汽輪機發電；除塵后收集的灰塵送入灰塵回收系 統。所述CaO預熱溫度為650°C _750°C之間。所述還原劑I為活性炭；還原劑II為水蒸汽。一種熔融銅渣綜合利用工藝用系統，它包括提銅爐，提銅爐進料端與熔融熱態銅 渣連接，同時提銅爐還設有還原劑I和惰性氣體噴槍，噴槍末端浸入熔池內；提銅爐下部設 有銅水出口，提銅爐爐渣出口通過送料裝置與提銅鐵合金爐進料端連接，CaO通過料罐加 入提銅爐；提銅鐵合金爐設有還原劑II添加噴槍，該噴槍末端浸入熔池內，提銅鐵合金爐 底部設有純氧吹槍；提銅鐵合金爐設有銅鐵合金排出口和棄渣排出口，棄渣排出口與造粒 裝置連接；提銅鐵合金爐的高溫煙氣一部分通過管道送入提銅爐，另一部分高溫煙氣送入 余熱利用系統；余熱利用系統包括換熱裝置，換熱裝置與蒸汽輪機連接，蒸汽輪機與用戶連 接；同時換熱裝置還與除塵裝置連接，除塵裝置與灰塵回收系統連接，收集的煙氣一部分作 為輔料分解熱源，另一部分送入汽輪機發電。所述換熱裝置為余熱鍋爐；所述除塵裝置為布袋除塵器。所述造粒裝置為粒化器。本發明的工藝分多個部分低溫階段提銅，高溫階段提銅鐵合金，高溫渣余熱回 收。1、提銅工序從煉銅爐排出的1270°C -1370°C的熔融熱態銅渣通過溜槽流入提銅 爐中，等熔池液面達到一定高度后加過量的還原劑活性炭及CaO。提銅爐嚴格密封，還原劑 通過提銅爐周邊的噴槍用20kpa—30kpa的加壓氮氣噴入，預熱好的650°C -750°C的CaO從 提銅爐上面的料罐加入。噴槍的一端浸沒在熔池中，對熔池產生攪拌作用。因提銅爐用銅 冷卻壁冷卻，散熱較快，為了保持溫度恒定，將來自提銅鐵合金爐的一部分高溫煤氣引入提 銅爐中來補給熱量的損失。提銅爐產生的煙氣直接排放。在提銅爐下部的高溫熔池中，熱 態銅渣和還原劑及輔料發生的主要反應為
Cu2S+Ca0+aC=2Cu+CaS+(2a_l)CO+(l_a)C02
Fe304+C=3Fe0+C0
Fe 2 S i 04+Ca0=2Fe0+CaSi03
還原得到的銅水從爐子一側下方較低開口流出，爐渣從另一側下方較高開口流出進入 提銅鐵合金爐中。2、提銅鐵合金工序來自提銅爐的爐渣流入提銅鐵合金爐中。還原劑用水蒸汽經 噴槍噴入爐中，噴槍的一端浸入熔池中，對熔池產生強烈的攪拌作用，使爐渣和還原劑混合 均勻。純氧從提銅鐵合金爐底部吹入，底吹的方式強化了對熔池的攪拌作用，可以加快反應 的速度。反應產生的高溫熱量通過輻射、傳導提供反應所需要的還原熱，熔池的溫度維持在
415000C -1600°C左右。產生的1600°C -1700°C的高溫煤氣一部分提供給提銅爐保溫，另一部 分去余熱鍋爐進行余熱回收利用。在提銅鐵合金爐內，熔池和二次燃燒區發生的主要反應 如下
Fe0+C=Fe+C0
Fe2Si04+2C=2Fe+Si02+2C0 Cu2S+Ca0+aC=2Cu+CaS+(2a_l)CO+(l_a)C02 2C0+02=2C02
產生的銅鐵合金由下面的出口排出，棄渣由上面的出口排出，進入粒化器進行液態渣 干法造粒。3、余熱回收工序從提銅鐵合金爐出來的部分高溫煤氣，進入余熱鍋爐進行熱交 換，熱交換后產生的蒸汽推動蒸汽輪機發電，供給所需用戶。熱交換后的低溫煤氣經布袋除 塵器收塵后，部分作為提銅和提銅鐵合金中需要的輔料分解熱源，剩余的部分去汽輪機發 電。經布袋除塵器收集的灰塵則進入灰塵回收系統。本發明的有益效果是
1、工藝簡單，低溫階段直接還原出銅，品位可達99%，可以直接送去陽極爐精煉，省去了 回收提取銅硫后再進一步進行吹煉生成粗銅的工藝；
2、極大地提高了銅渣中銅的回收率，改變了傳統方法銅回收率低的狀況，銅回收率可 達98%以上；
3、高溫下可直接用粉狀或粒狀的非焦煤作還原劑，不用焦炭，也不用燒結，節省了成
本；
4、生成的銅鐵合金銅含量0.Γ0. 8%，其他雜質也少，完全滿足耐候鋼對原料的要求，其 價值比純鐵高。5、在回收銅的基礎上，剩余的銅和鐵直接還原得到產物銅鐵合金，方法簡便，操作 靈活，易于推廣。6、直接利用熔融熱態渣進行銅及銅鐵合金的提取，節約能源。7、對提銅鐵后的熱態渣進行余熱回收利用，降低成本，節約能源。
圖1是本發明的工藝系統圖2是圖1工藝流程圖的余熱回收部分系統圖。其中，1熔融熱態銅渣，2提銅爐，3還原劑I，4CaO, 5氮氣，6料罐，7爐渣，8提銅鐵 合金爐，9高溫煤氣，10余熱鍋爐，11粒化器，12銅鐵合金，13煙氣，14銅水，15還原劑II， 16純氧，17蒸汽輪機，18用戶，19布袋除塵器，20輔料分解熱源，21汽輪機發電，22灰塵回 收系統。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明。圖1、圖2中，熔融銅渣綜合利用工藝用系統，包括提銅爐2，提銅爐2進料端與熔 融熱態銅渣1連接，同時提銅爐2還設有還原劑I 3和氮氣5的噴槍，噴槍末端浸入熔池內；
5提銅爐2的爐渣7出口通過送料裝置與提銅鐵合金爐8進料端連接，CaO 4通過料罐6加 入提銅爐2，提銅爐2下部還設有銅水14排出口 ；提銅鐵合金爐8設有還原劑1115添加噴 槍，該噴槍末端浸入熔池內，提銅鐵合金爐8底部設有純氧16吹槍；提銅鐵合金爐8設有銅 鐵合金12排出口和棄渣排出口，棄渣排出口與造粒裝置連接；提銅鐵合金爐8的高溫煙氣 9 一部分通過管道送入提銅爐2，另一部分高溫煙氣9送入余熱利用系統；余熱利用系統包 括換熱裝置，換熱裝置與蒸汽輪機17連接，蒸汽輪機17與用戶18連接，同時換熱裝置還與 除塵裝置連接，除塵裝置與灰塵回收系統22連接，收集的煙氣13 —部分作為輔料分解熱源 20，另一部分送入汽輪機發電21。所述換熱裝置為余熱鍋爐10 ；所述除塵裝置為布袋除塵器19。所述造粒裝置為粒化器11。 本發明的工藝為
實施例1
提銅流程從煉銅爐排出的1270°c的熔融熱態銅渣1通過溜槽流入提銅爐2中，等熔 池液面達到一定高度后加過量的還原劑I 3活性炭及CaO 4。提銅爐2嚴格密封，還原劑 I 3通過提銅爐1周邊的噴槍用20kpa的加壓氮氣5噴入，預熱好的650°C的CaO 4從提銅 爐2上面的料罐6加入。噴槍一端浸沒在熔池中，對熔池產生攪拌作用。因提銅爐2用銅 冷卻壁冷卻，散熱較快，為了保持溫度恒定，將來自提銅鐵合金爐8的一部分高溫煤氣9引 入提銅爐2中來補給熱量的損失。提銅爐2產生的煙氣13直接排放。在提銅爐2下部的 高溫熔池中，熱態銅渣和還原劑及輔料發生的主要反應為 Cu2S+Ca0+aC=2Cu+CaS+(2a_l)CO+(l_a)C02 Fe304+C=3Fe0+C0 Fe 2 S i 04+Ca0=2Fe0+CaSi03
還原得到的銅水14從爐子一側下方較低開口流出，爐渣7從另一側下方較高開口流出 進入提銅鐵合金爐8中。2、提銅鐵合金流程來自提銅爐2的爐渣7流入提銅鐵合金爐8中。還原劑II 15 為水蒸汽，經噴槍噴入爐中，噴槍的一端浸入熔池中，對熔池產生強烈的攪拌作用，使爐渣7 和還原劑II 15混合均勻。純氧16從提銅鐵合金爐8底部吹入，底吹的方式強化了對熔池 的攪拌作用，可以加快反應的速度。反應產生的高溫熱量通過輻射、傳導提供反應所需要的 還原熱，熔池的溫度維持在1500°C。產生的1600°C的高溫煤氣9 一部分提供給提銅爐2保 溫，另一部分去余熱鍋爐10進行余熱回收利用。在提銅鐵合金爐8內，熔池和二次燃燒區 發生的主要反應如下
Fe0+C=Fe+C0
Fe2Si04+2C=2Fe+Si02+2C0 Cu2S+Ca0+aC=2Cu+CaS+(2a_l)CO+(l_a)C02 2C0+02=2C02
產生的銅鐵合金12由下面的出口排出，棄渣由上面的出口排出，進入粒化器11進行液 態渣干法造粒。3、高溫渣余熱回收從提銅鐵合金爐出來的部分高溫煤氣9，進入余熱鍋爐10 進行熱交換，熱交換后產生的蒸汽推動蒸汽輪機17發電，供給所需用戶18。熱交換后的低溫煤氣經布袋除塵器19收塵后，部分作為提銅和提銅鐵合金中需要的輔料分解熱源20，剩 余的部分去汽輪機發電21。經布袋除塵器19收集的灰塵則進入灰塵回收系統22。實施例2:
提銅流程從煉銅爐排出的1300°C的熔融熱態銅渣1通過溜槽流入提銅爐2中，等熔 池液面達到一定高度后加過量的還原劑I 3活性炭及CaO 4。提銅爐2嚴格密封，還原劑 I 3通過提銅爐1周邊的噴槍用25kpa加壓氮氣5噴入，預熱好的700°C的CaO 4從提銅 爐2上面的料罐6加入。噴槍一端浸沒在熔池中，對熔池產生攪拌作用。因提銅爐2用銅 冷卻壁冷卻，散熱較快，為了保持溫度恒定，將來自提銅鐵合金爐8的一部分高溫煤氣9引 入提銅爐2中來補給熱量的損失。提銅爐2產生的煙氣13直接排放。在提銅爐2下部的 高溫熔池中，熱態銅渣和還原劑及輔料發生的主要反應為 Cu2S+Ca0+aC=2Cu+CaS+(2a_l)CO+(l_a)C02 Fe304+C=3Fe0+C0 Fe 2 S i 04+Ca0=2Fe0+CaSi03
還原得到的銅水14從爐子一側下方較低開口流出，爐渣7從另一側下方較高開口流出 進入提銅鐵合金爐8中。2、提銅鐵合金流程來自提銅爐2的爐渣7流入提銅鐵合金爐8中。還原劑II 15 為水蒸汽，經噴槍噴入爐中，噴槍的一端浸入熔池中，對熔池產生強烈的攪拌作用，使爐渣7 和還原劑II 15混合均勻。純氧16從提銅鐵合金爐8底部吹入，底吹的方式強化了對熔池 的攪拌作用，可以加快反應的速度。反應產生的高溫熱量通過輻射、傳導提供反應所需要的 還原熱，熔池的溫度維持在1550°C。產生的1650°C左右的高溫煤氣9 一部分提供給提銅爐 2保溫，另一部分去余熱鍋爐10進行余熱回收利用。在提銅鐵合金爐8內，熔池和二次燃燒 區發生的主要反應如下
Fe0+C=Fe+C0
Fe2Si04+2C=2Fe+Si02+2C0 Cu2S+Ca0+aC=2Cu+CaS+(2a_l)CO+(l_a)C02 2C0+02=2C02
產生的銅鐵合金12由下面的出口排出，棄渣由上面的出口排出，進入粒化器11進行液 態渣干法造粒。3、高溫渣余熱回收從提銅鐵合金爐出來的部分高溫煤氣9，進入余熱鍋爐10 進行熱交換，熱交換后產生的蒸汽推動蒸汽輪機17發電，供給所需用戶18。熱交換后的低 溫煤氣經布袋除塵器19收塵后，部分作為提銅和提銅鐵合金中需要的輔料分解熱源20，剩 余的部分去汽輪機發電21。經布袋除塵器19收集的灰塵則進入灰塵回收系統22。實施例3
提銅流程從煉銅爐排出的1370°C的熔融熱態銅渣1通過溜槽流入提銅爐2中，等熔 池液面達到一定高度后加過量的還原劑I 3活性炭及CaO 4。提銅爐2嚴格密封，還原劑 I 3通過提銅爐1周邊的噴槍用30kpa加壓氮氣5噴入，預熱好的750°C的CaO 4從提銅 爐2上面的料罐6加入。噴槍一端浸沒在熔池中，對熔池產生攪拌作用。因提銅爐2用銅 冷卻壁冷卻，散熱較快，為了保持溫度恒定，將來自提銅鐵合金爐8的一部分高溫煤氣9引 入提銅爐2中來補給熱量的損失。提銅爐2產生的煙氣13直接排放。在提銅爐2下部的
7高溫熔池中，熱態銅渣和還原劑及輔料發生的主要反應為 Cu2S+Ca0+aC=2Cu+CaS+(2a_l)CO+(l_a)C02 Fe304+C=3Fe0+C0 Fe 2 S i 04+Ca0=2Fe0+CaSi03
還原得到的銅水14從爐子一側下方較低開口流出，爐渣7從另一側下方較高開口流出 進入提銅鐵合金爐8中。2、提銅鐵合金流程來自提銅爐2的爐渣7流入提銅鐵合金爐8中。還原劑II 15 為水蒸汽，經噴槍噴入爐中，噴槍的一端浸入熔池中，對熔池產生強烈的攪拌作用，使爐渣7 和還原劑II 15混合均勻。純氧16從提銅鐵合金爐8底部吹入，底吹的方式強化了對熔池 的攪拌作用，可以加快反應的速度。反應產生的高溫熱量通過輻射、傳導提供反應所需要的 還原熱，熔池的溫度維持在1600°C。產生的1700°C左右的高溫煤氣9 一部分提供給提銅爐 2保溫，另一部分去余熱鍋爐10進行余熱回收利用。在提銅鐵合金爐8內，熔池和二次燃燒 區發生的主要反應如下
Fe0+C=Fe+C0
Fe2Si04+2C=2Fe+Si02+2C0 Cu2S+Ca0+aC=2Cu+CaS+(2a_l)CO+(l_a)C02 2C0+02=2C02
產生的銅鐵合金12由下面的出口排出，棄渣由上面的出口排出，進入粒化器11進行液 態渣干法造粒。3、高溫渣余熱回收從提銅鐵合金爐出來的部分高溫煤氣9，進入余熱鍋爐10 進行熱交換，熱交換后產生的蒸汽推動蒸汽輪機17發電，供給所需用戶18。熱交換后的低 溫煤氣經布袋除塵器19收塵后，部分作為提銅和提銅鐵合金中需要的輔料分解熱源20，剩 余的部分去汽輪機發電21。經布袋除塵器19收集的灰塵則進入灰塵回收系統22。
8
權利要求
一種熔融銅渣綜合利用工藝，其特征是，它包括低溫提銅工序、高溫提銅鐵合金工序以及余熱回收工序；其中，低溫提銅為將煉銅爐排出的1270℃—1370℃的熔融熱態銅渣送入提銅爐；隨后加入過量的還原劑I和CaO；然后向提銅爐內噴入20kpa—30kpa的加壓惰性氣體，并利用惰性氣體噴槍噴出的氣體對熔池產生攪拌作用；還原后銅水收集，爐渣送入高溫提銅鐵合金工序；提銅鐵合金工序，來自提銅爐的爐渣送入提銅鐵合金爐中，將過量還原劑II水蒸汽送過噴槍送入爐內，噴槍一端浸入熔池中，對熔池產生攪拌作用，使爐渣與還原劑混合均勻；純氧從提銅鐵合金爐底吹入，同樣對熔池產生攪拌作用；熔池溫度在1500℃ 1600℃之間，產生的1600℃ 1700℃的高溫煤氣一部分為送入提銅爐保溫，另一部分送余熱回收工序。
2.如權利要求1所述的熔融銅渣綜合利用工藝，其特征是，所述余熱回收工序將高溫 煙氣送入預熱鍋爐進行熱交換，熱交換后產生的蒸汽送入蒸汽輪機發電，電能供給用戶；熱 交換后的低溫煤氣經除塵后，分別作為提銅和提銅鐵中需要的輔料分解熱源；剩余部分也 送去汽輪機發電；除塵后收集的灰塵送入灰塵回收系統。
3.如權利要求1所述的熔融銅渣綜合利用工藝，其特征是，所述CaO預熱溫度為 6500C _750°C之間。
4.如權利要求1所述的熔融銅渣綜合利用工藝，其特征是，所述還原劑I為活性炭；還 原劑II為水蒸汽。
5.一種權利要求1所述的熔融銅渣綜合利用工藝用系統，其特征是，它包括提銅爐，提 銅爐進料端與熔融熱態銅渣連接，同時提銅爐還設有還原劑I和惰性氣體噴槍，噴槍末端 浸入熔池內；提銅爐下部設有銅水出口，提銅爐爐渣出口通過送料裝置與提銅鐵合金爐進 料端連接，CaO通過料罐加入提銅爐；提銅鐵合金爐設有還原劑II添加噴槍，該噴槍末端浸 入熔池內，提銅鐵合金爐底部設有純氧吹槍；提銅鐵合金爐設有銅鐵合金排出口和棄渣排 出口，棄渣排出口與造粒裝置連接；提銅鐵合金爐的高溫煙氣一部分通過管道送入提銅爐， 另一部分高溫煙氣送入余熱利用系統；余熱利用系統包括換熱裝置，換熱裝置與蒸汽輪機 連接，蒸汽輪機與用戶連接；同時換熱裝置還與除塵裝置連接，除塵裝置與灰塵回收系統連 接，收集的煙氣一部分作為輔料分解熱源，另一部分送入汽輪機發電。
6.如權利要求5所述的熔融銅渣綜合利用工藝用系統，其特征是，所述換熱裝置為余 熱鍋爐；所述除塵裝置為布袋除塵器。
7.如權利要求5所述的熔融銅渣綜合利用工藝用系統，其特征是，所述造粒裝置為粒化器。
全文摘要
本發明涉及一種熔融銅渣綜合利用工藝及其系統。具有提取率高、成本低、節約能源等特點。其提銅爐進料端與熔融熱態銅渣連接，提銅爐還設有噴槍，噴槍末端浸入熔池內；提銅爐爐渣出口通過送料裝置與提銅鐵合金爐進料端連接，CaO通過料罐加入提銅爐；提銅鐵合金爐設有還原劑II水蒸汽添加噴槍，該噴槍末端浸入熔池內，提銅鐵合金爐底部設有純氧吹槍；提銅鐵合金爐設有銅鐵合金排出口和棄渣排出口，棄渣排出口與造粒裝置連接；提銅鐵合金爐煙氣一部分送入提銅爐，另一部分送入余熱利用系統；該系統包括換熱裝置，換熱裝置與汽輪發電機連接，換熱裝置還與除塵裝置連接，除塵裝置與灰塵回收系統連接，收集的煙氣部分作為輔料分解熱源，另一部分送入汽輪發電機。
文檔編號C22B7/04GK101921919SQ20101027639
公開日2010年12月22日 申請日期2010年9月9日 優先權日2010年9月9日
發明者吳峰, 張波, 李帥俊, 王宏耀, 羅光亮, 譚鳳娟, 陳強, 馬曉健 申請人:山東天力干燥設備有限公司