專利名稱：一種銅吹煉渣還原貧化的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種銅吹煉渣還原貧化的方法和設備，屬于有色金屬冶金技術領域。
背景技術：
硫化銅精礦目前的火法冶煉工藝是銅精礦熔煉產出銅锍一銅锍吹煉產出粗銅一粗銅火法精煉、電解產出精銅(Cu > 99.95%)。銅锍吹煉成粗銅所用的設備有P-S轉爐、閃速爐、頂吹爐、連吹反射爐、三菱連吹爐等，無論用那種吹煉方式，在產出粗銅的同時還要產出吹煉渣。吹煉渣含銅較高(Cu > 2%)，含磁性氧化鐵(Fe3O4)通常在20% 50%，且銅大多數是以氧化物的形式化學溶解于渣中。吹煉渣回收銅的工藝目前有3種緩冷浮選法、電爐貧化法、水淬返熔煉配料法。緩冷浮選工藝要求有足夠的場地建緩冷場和磨浮生產線，如果渣中的銅以化學溶解的比例大，銅的回收率不高，通常渣精礦的含銅品位不高，又將大量的脈石成份帶回流程，并且尾礦的粒度細、比表面積大，有害金屬在尾礦中的活性高，無害化堆存成本較高；電爐貧化法是將吹煉渣投入電爐里，再同時投入還原劑、硫化劑對Fe3O4進行還原造渣反應和銅的硫化反應。在電爐里無論采用的還原劑是固態、液態或氣態，還原的動力學條件都不好，因此Fe3O4的還原率低，爐底凍結層較厚，惡化爐況；水淬返熔煉配料法是將吹煉渣水淬為小顆粒料與銅精礦、熔劑一起配料，投入到熔煉爐達到回收銅的目的，這種方法增加的設備少，過程簡單，主要缺點是導致熔煉工序的燃料率增加幅度大，配入的吹煉渣在正常熔煉過程中難以熔化，熔煉渣性質惡化，并形成機械夾雜，導致熔煉渣的棄渣含銅過高及后續處理困難。
發明內容
本發明的目的是改變現有吹煉渣貧化處理技術的缺陷，提供提出一種將P-S轉爐改造成具有調溫功能、固體還原劑噴入熔池功能的還原貧化方法及(轉爐)設備。鑒于現行吹煉渣貧化方法尚存不足，鑒于不少的煉銅廠由于產量的調整或是吹煉工藝的改變，用P-S轉爐通過改造或新建側吹貧化爐貧化吹煉渣，具有投資省、改造費用低、貧化效果好、作業費不高的優勢。本發明為吹煉渣的貧化處理提供了一種行之有效的方法的設備。本發明方法是將銅锍吹煉成粗銅過程中所產出的爐渣一吹煉渣投入還原轉爐，控制爐溫在1200°C 1300°C，在煤基還原劑和熔劑SiO2的作用下主要發生如下反應
2Fe304 + 3Si02 + C=3 (2 FeO · SiO2)+CO2 2Fe304 + 3Si02 +2C0=3 (2 FeO · SiO2)+2C02 C+H20=C0+H2 C02+C=2C0
2Cu20+2FeS+Si02=2Cu3S + 2Fe0 · SiO2由于上述反應的存在，消除了吹煉渣中熔點高比重大的Fe3O4，使渣的粘度、熔點降低， 利于渣锍分離，銅的物相轉變為與渣互不相溶的Cu2S,將經過渣型調整的吹煉渣放入電熱前床或沉降電爐進行沉清分離，可得到含銅低于0. 4%的棄渣。本發明通過對P-S轉爐進行了改進來完成。原P-S轉爐的風口的是水平的，壓縮空氣的射流在熔池中的分布只適應銅锍的吹煉，無論是吹煉第一周期還是吹煉第二周期，吹煉的產物比重均大于待反應物的比重，所以隨著吹煉的進行反應物上浮進入噴射區，無吹煉“死區”。如果采用原來的風口作為固體還原劑的噴入口，則在吹煉渣的貧化過程中由于反應物比重大于產物的比重，底部的吹煉渣不能上浮進到噴射區，必然存在貧化“死區”，因此還原劑噴射口要下移。為了節省改造費用，留用原來的工藝風管道設施，采用風口外壁的位置不變，以向下傾斜10° 30°的角度從耐火磚內壁上形成出口，這樣還原劑隨壓縮風噴入熔池形成的噴射區接近爐體底部， 貧化過程中不會出現無攪動的靜止區。本發明將傳統的具有氧化造渣(第一周期)、交互反應造銅(第二周期)功能的P-S轉爐改造為具有將燃料噴射進爐膛保溫和固體還原劑從風口噴入熔池功能的還原轉爐。本發明的P-S轉爐保留兩個風口(60噸轉爐原有36個風口，100噸轉爐原有54個風口)，此兩風口對稱在爐體兩側，分別距離端墻為1. 5 2. 1米(此兩個風口就是煤基還原劑的噴入口)，在外壁入口位置的風口向下傾斜10° 30°的角度，從耐火磚內壁上形成出口 ；在轉爐端墻上開口，設置燃燒噴槍(將燃油或燃氣或燃煤與空氣在燃燒器里混合，噴入爐內)；可根據不同的燃料組合設置不同的噴嘴及萬向節，保證噴嘴與爐體一起轉動；
對原轉爐的爐口進行收縮，并對砌筑在基礎上的耐火材料增加保溫層，減少轉爐還原作業的熱損失。還原熔煉
熔融吹煉渣從還原轉爐的爐口裝入爐內，根據渣中鐵與二氧化硅的含量，控制渣中的 Fe/Si02比值在1. 3 1. 8，從爐口補加不夠的SiO2量，從還原轉爐端墻上設置的燃燒噴槍將空氣與燃料混合物噴入爐內，控制熔體溫度在1200°C 1300°C，將含硫的煤基還原劑從還原轉爐的風口用壓縮空氣或氮氣噴入到熔渣，對吹煉渣中的磁性氧化鐵進行還原造渣反應，同時，將渣中Cu2O物相轉變為Cu2S。還原到終點，轉動爐體熔渣從爐口排出，用渣包將低含銅爐渣送到常規沉降電爐進行渣锍分離，高含銅熔體返回轉爐吹煉。所噴入的燃料為固體燃料中的煙煤、無煙煤或焦炭中的一種或幾種，或者為氣體燃料中的煤氣或天燃氣中的一種或幾種，或者為液體燃料中的重油、柴油、煤焦油中的一種或幾種。為滿足不同還原階段的工藝控制要求，還原熔煉過程可自由切換不同的還原劑噴吹氣源。與現有技術相比，本發明具有以下優點
(1)對P-S轉爐做增加燃燒噴槍和風口角度的調整，經濟地改造為還原轉爐，改造費用低；即使新建一臺還原貧化爐投資費用也不高。將煤基還原劑用壓縮空氣從傾斜側吹風口噴入熔池，反應的動力學條件好，反應時間短，不易產生爐結和堵塞風口，作業率高。(2)通過還原造渣，消除了吹煉渣中熔點高比重大的Fe3O4，使渣的粘度、熔點降低， 利于渣锍分離，銅的物相轉變為與渣互不相溶的Cu2S,將經過渣型調整的吹煉渣放入電熱前床或沉降電爐進行沉清分離，可得到含銅低于0. 4%的棄渣；且還原貧化爐底部的熔體含銅較高，可直接返回吹煉爐，提高吹煉爐直收率。(3)貧化作業是一次性投料，一次性放料，無須頻繁搖動轉爐，煙氣逸冒少；煤基還原劑與重油、天然氣、液化石油氣作還原劑相比較，優點是成本低、還原速率快、還原過程
不冒黑煙。
圖1是轉爐改造前噴槍與風口結構示意圖。圖2是本發明的轉爐新增燃燒噴槍及保溫層的結構示意圖。圖3是轉爐改造前后爐口結構示意圖。圖4是圖3中的B-B剖視圖。圖5是本發明的轉爐還原劑噴槍與爐口結構示意圖。圖6是圖5中的A-A剖視圖。圖中，1一增加的保溫層；2—燃燒噴槍；3—轉爐改造后爐口邊界；4一轉爐改造前爐口邊界；5—還原劑噴槍插入口 ；6—改造后的還原劑噴吹通道。
具體實施例方式實施例1
對于年產15萬噸的煉銅廠，改造一臺60噸P-S轉爐。在轉爐的一側端墻上開口安裝一只燃油噴槍，噴槍燃燒能力按燃油供給量IOOkg 500kg/h設計；轉爐爐口的耐火材料增加IOOmm保溫層；有兩只風口，風口中心距端墻1.6米，出風口在耐火磚內壁上的位置下移，形成14°角度的傾斜下插還原劑噴吹通道。投入50噸含Cu 3. 2%、Fe30446%、Fe/Si02 為1. 63的熔融吹煉渣到還原轉爐，噴入柴油使爐溫保持在1250°C左右，從風口噴煤基還原劑(固定炭65%、揮發份18%、硫1. 5%、粒度小于5mm)進入熔池，還原劑的噴吹速率控制為15kg/min·只槍，輸送還原劑的壓縮空氣量為300Nm3/h·只槍，還原34分鐘到終點，消耗柴油316kg、還原劑1010kg。轉動爐體將還原渣從爐口倒入渣包送沉降電爐，經沉清分離渣锍，得到的棄渣，含Cu 0. 34%、含磁性氧化鐵3. 55%，銅的回收率為89. 4%。實施例2
對于年產25萬噸的煉銅廠，改造一臺100噸P-S轉爐。在轉爐的兩側端墻上各安裝一只燃煤噴槍，噴槍燃燒能力按燃煤(低位熱值28. 5MJ/kg)供給量180kg 560kg/h·只槍設計；轉爐爐口的耐火材料增加IOOmm保溫層；轉爐上有兩只風口，風口中心距端墻1.9米， 出風口在耐火磚內壁上的位置下移，形成17°角度的傾斜下插還原劑噴吹通道。投入100 噸含Cu 3. 8%、Fe30444%、Fe/Si02為1. 5的熔融吹煉渣到還原轉爐，噴入燃煤使爐溫保持在 1250°C左右，從風口噴煤基還原劑(固定炭68%、揮發份17%、硫1. 6%、粒度小于5mm)進入熔池，還原劑的噴吹速率控制為27kg/min·只槍，輸送還原劑的壓縮空氣量為540Nm3/h·只槍，還原36分鐘到終點，消耗燃煤912kg、還原劑1960kg。轉動爐體將還原渣從爐口倒入渣包送沉降電爐，經沉清分離渣锍，得到的棄渣，含Cu 0. 36%、含磁性氧化鐵3. 41%，銅的回收率為90. 5%ο所噴入的燃料可為固體燃料中的煙煤、無煙煤或焦炭中的一種或幾種，或者為氣體燃料中的煤氣或天燃氣中的一種或幾種，或者為液體燃料中的重油、柴油、煤焦油中的一種或幾種。 若熔融吹煉渣中的Fe/Si02比值小于1. 3 1. 8時，可補充熔劑SiO2至要求量。
權利要求
1.一種銅吹煉渣貧化處理的方法，其特征在于將銅锍吹煉成粗銅過程中所產出的爐渣一吹煉渣投入還原轉爐，將空氣與燃料混合物噴入爐內，控制爐溫在1200°C 1300°C， 在煤基還原劑和熔劑SiO2的作用下進行還原反應；控制渣中的Fe/Si02比值在1. 3 1. 8， 將渣中Cu2O物相轉變為Cu2S,還原到終點，熔渣從爐口排出，將低含銅爐渣進行渣锍分離， 高含銅熔體返回轉爐吹煉。
2.根據權利要求1所述的銅吹煉渣貧化處理的方法，其特征在于所噴入的燃料為固體燃料中的煙煤、無煙煤或焦炭中的一種或幾種，或者為氣體燃料中的煤氣或天燃氣中的一種或幾種，或者為液體燃料中的重油、柴油、煤焦油中的一種或幾種。
3.—種如權利要求1所述的銅吹煉渣貧化處理的設備，其特征在于轉爐為P-S轉爐，有兩個風口，此兩風口對稱在爐體兩側，分別距離端墻為1. 5 2. 1米，在外壁入口位置的風口向下傾斜10° 30°的角度，從耐火磚內壁上形成出口；在轉爐端墻上開口，設置燃燒噴槍。
4.根據權利要求2所述的銅吹煉渣貧化處理的設備，其特征在于轉爐爐口的耐火材料增加保溫層。
全文摘要
本發明是一種銅吹煉渣貧化處理方法和設備。將P-S轉爐改造為具有將燃料噴射進爐膛保溫和還原劑噴入熔池的還原轉爐，熔融吹煉渣從還原轉爐的爐口裝入爐內，從還原轉爐端墻上設置的燃燒噴槍將空氣與燃料的混合物噴入爐內進行溫度調節，控制爐溫在1200℃～1300℃，將含硫的煤基還原劑從還原轉爐的風口噴入爐內，控制渣中的Fe/SiO2比值在1.3～1.8，將渣中Cu2O物相轉變為Cu2S，還原到終點，熔渣從爐口排出，將低含銅爐渣進行渣锍分離，高含銅熔體返回轉爐吹煉。渣中的銅物相變為冰銅，熔點和粘度得到改善，利于冰銅從渣中沉降分離，提高吹煉工序銅的直收率及銅火法冶煉的回收率。
文檔編號C22B7/04GK102304623SQ20111028821
公開日2012年1月4日 申請日期2011年9月26日 優先權日2011年9月26日
發明者代宏坤, 何云龍, 劉中華, 劉大方, 呂文帥, 張邦琪, 朱維忠, 沈強華, 王世明, 王沖, 田釋龍, 蔣鴻, 謝道慶, 陳雯, 高峰 申請人:云南銅業股份有限公司, 昆明理工大學, 昆明理工精誠科技有限責任公司