一種硫化銅精礦連續熔煉粗銅的冶煉爐及其熔煉方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及有色金屬冶金設備及方法技術林瑜，具體涉及硫化銅精礦的火法冶煉設備及方法。
【背景技術】
[0002]硫化銅精礦冶煉生產銅的方法一般分為兩個主要冶煉生產工藝步驟，第一步是將硫化銅精礦冶煉為冰銅和低銅的爐渣，第二步是將冰銅吹煉成粗銅。傳統的銅冶煉工藝為用鼓風爐熔煉銅精礦和用反射爐吹煉冰銅為粗銅，特點是工藝方法簡單，規模小、能耗高、勞動強度大，環境污染嚴重。
[0003]圍繞著大氣污染防控和節能兩個中心課題，不同國家發展了許多各具特點的煉銅新工藝，并得到工業應用。其中，將硫化銅精礦熔煉為冰銅的新方法主要包括:(I)諾蘭達煉銅法:由加拿大諾蘭達礦業公司開發于1967年。所用的諾蘭達爐實際上是一座超大尺寸的PS轉爐，帶有回轉驅動裝置的爐外殼，內襯鉻鎂磚。諾蘭達煉銅爐既可以直接生產粗銅，也可以生產高品位冰銅，但直接生產粗銅存在粗銅質量較差，硫及稀散元素等雜質含量高、渣含銅高、爐子壽命短等缺點。(2)三菱連續煉銅法:系日本三菱金屬公司開發于1974年。該方法是由熔煉爐(S爐)、吹煉爐(C爐)和爐渣貧化電爐(CL爐)三座爐相互獨立、但冰銅和爐渣由溜槽相互連通的爐子組成。熔煉爐產出的高品位冰銅和爐渣混合物連續地流入電爐澄清分離，分離出的爐渣連續地流出水淬，冰銅連續地流入吹煉爐。吹煉爐產出的粗銅連續地流出入陽極爐，少量吹煉渣連續地水淬返回熔煉爐。熔煉爐(S爐)、電爐(CL爐)、吹煉爐(C爐)及2臺陽極爐必須同時運行，并且緊密關聯。該方法的缺點是三座爐子之間關聯度太高，互相制約性較大，操作稍有不慎就導致工藝難以連續，因此該工藝目前推廣應用少。(3) INCO氧氣閃速熔煉法:亦稱國際鎳公司氧氣閃速熔煉。該方法是含水份為0.1 %的干燥爐料和含氧95 %的工業氧氣從爐子兩端的精礦噴嘴水平噴入爐內。精礦噴嘴為內襯陶瓷的水冷不銹鋼管。生成品位45?55%的冰銅送PS轉爐吹煉。含銅約0.7%的爐渣直接水碎廢棄。含SO2S 70?80%的煙氣自設于爐子中部的上升煙道排出并直接送煙氣收塵系統。煙氣用以制造液體二氧化硫、元素硫或硫酸。該方法的缺點是銅精礦熔煉輔助配套設施多，物料需要做爐前預處理，冶煉成本高，爐子對入爐前物料性能要求高。(4)特尼恩特轉爐熔煉法:是智利國家銅業公司特尼恩特分公司的卡勒托內斯冶煉廠研發的在轉爐中吹煉冰銅的同時加入銅精礦進行熔煉的技術。其原理是將普通冰銅吹煉過程大量的剩余熱用于熔化銅精礦。所使用的設備基本與PS轉爐或諾蘭達爐相似。該方法的特點和不足是大量精礦入爐前需干燥處理，對精礦入爐含水控制要求高，爐前處理成本高，熔煉產出的渣含銅較高，還需要配套還原沉降爐渣的回轉爐，以便降低渣含銅。(5)頂吹自熱熔煉法:該方法是蘇聯北方鎳業公司首先采用，用來處理銅鎳精礦。頂吹自熱熔煉法的原理類似于瓦紐科夫法。它是一個固定的在爐子頂部設精礦加入口和氧氣頂吹噴槍，使用95 %濃度的工業氧氣。氧槍距液面保持一定高度，靠高壓氣流的沖擊，攪動熔體和氧化精礦。產出品位60 %的冰銅送轉爐吹煉，爐渣含銅約1.5%送電爐貧化處理。該方法的特點和不足是處理能力小，僅能通過增加爐子來提高產能，熔煉過程產出的渣含銅較高，爐內渣銅分離效果差。(6) IAS/Ausmelt熔煉法:屬于熔池熔煉范疇，已廣泛用于銅、錫、鉛、鋼鐵等領域。近10年來發展較快，全世界已建或在建的已超過40家。頂吹浸沒熔煉法技術具有熔煉濃度高，爐體密封性好，車間環保條件好，結構簡單，精礦無需專門干燥，投資相對較低等優點。該方法的缺點是處理能力難以實現突破，目前只能通過增加爐子來實現產量提升。(7)奧托昆普閃速熔煉:奧托昆普閃速爐工業化于1949年，目前世界銅產量的50%左右由奧托昆普閃速爐生產。單臺閃速爐最大銅產量超過400kt。因為要設置精礦深度干燥裝置、閃速爐安裝大量銅水套等原因，當設計規模較小時，存在單位產量的建設投資偏高的問題。將冰銅吹煉成粗銅的工藝方法主要是采用PS轉爐。PS轉爐是被普遍采用的傳統工藝，世界上大約85%的冰銅采用轉爐吹煉。PS轉爐吹煉技術成熟可靠，但是因PS轉爐間斷操作、煙氣量波動大、爐口漏風率高、302煙氣泄漏等原因，導致低空煙氣污染等問題難以根治。為此國內外都在研究開發和推廣使用連續吹煉新工藝取代PS轉爐，或對PS轉爐設備進行改良，如閃速吹煉、Ausmelt頂吹浸沒吹煉、霍勃肯虹吸轉爐等，改良后，工藝吸收了閃速吹煉處理能力大、沉降面積大、產渣率低的優點，吸收了 Ausmelt頂吹浸沒吹煉對物料性能要求低、無需爐前處理、脫雜能力強的優點，吸收了霍勃肯虹吸轉爐冰銅虹吸進吹煉區域，直接吹煉，實現冰銅與熔煉爐渣分離的優點等，摒棄前面所述各爐型缺點。
[0004]上述設備和方法不僅設備復雜、投資大、工藝復雜，而且都存在一個共同的問題，即將硫化銅精礦冶煉為冰銅和低銅的爐渣工藝與將冰銅吹煉成粗銅的工藝不連續，兩段工藝之間需要轉爐，即要將前段工藝的熔煉得到的冰銅和低銅爐渣和混合熔體通過中間設備轉移到吹煉粗銅的吹煉爐，耗能、費時、工效低，轉爐過程煙氣溢出對環境污染大，還存在安全隱患。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是解決上述現有技術存在的問題，提供一種可連續完成硫化銅精礦熔煉成冰銅和爐渣的混合熔體、冰銅和爐渣的沉降分離、冰銅連續吹煉為粗銅的三個冶金過程，設備結構及操作工藝簡單、能耗低、環保、安全的硫化銅精礦連續熔煉粗銅的冶煉爐及其熔煉方法。
[0006]本發明的目的通過如下技術方案實現:
[0007]—種硫化銅精礦連續熔煉粗銅的冶煉爐，所述冶煉爐是前端頂吹熔煉、中間電爐沉降、末端冰銅連續吹煉的一體式冶金爐，包括有底部依序連通的前端頂吹熔煉爐、中間沉降電爐、末端冰銅連續吹煉爐；所述前端頂吹熔煉爐包括頂部設有硫化銅精礦入口的熔煉區爐體、從熔煉區爐體頂部插入熔煉區爐膛的硫化銅精礦熔煉噴槍、設置于熔煉區爐體頂部的熔煉煙氣出口 ；所述中間沉降電爐包括有電爐區爐體、設置于電爐區爐體爐壁上的電爐渣排放口、從電爐區爐體頂部插入電爐區爐膛的電極、設置于電爐區爐體頂部的沉降電爐區煙氣排放口 ；所述末端冰銅連續吹煉爐包括有頂部設置有吹煉熔劑加入口的吹煉區爐體、從吹煉區爐體頂部插入吹煉區爐膛的吹煉噴槍、設置于吹煉區爐體底部的粗銅放出口、設置于吹煉區爐體爐壁的吹煉爐渣放出口、設置于吹煉區爐體爐頂部的吹煉區煙氣出口 ；熔煉區爐膛的底部與電爐區爐膛的底部連通，電爐區爐膛的底部與吹煉區爐膛的底部連通。
[0008]本發明熔煉區爐膛的底面和電爐區爐膛的底面為向后逐漸降低的連續斜面，吹煉區爐膛的底面低于電爐區爐膛的底面。
[0009]—種硫化銅精礦連續熔煉粗銅的冶煉爐的熔煉方法，該方法是不需要經過轉爐連續地將硫化銅精礦熔煉成冰銅和爐渣的混合熔體后連續進行冰銅與爐渣沉降分離再連續將冰銅吹煉成粗銅，具體為:將冶煉物料從前端頂吹熔煉爐的硫化銅精礦入口加入到熔煉區爐膛下部的混合熔體熔池中，將氧氣和壓縮空氣從熔煉噴槍噴入熔煉熔池中，將硫化銅精礦氧化熔煉，得到液態冰銅和爐渣的混合熔體，含SO2的煙氣從熔煉煙氣出口排出；液態冰銅和爐渣的混合熔體通過熔煉區爐膛與電爐區爐膛的底部通道直接流入中間沉降電爐，在電爐區爐膛內沉降分離成冰銅層和浮于冰銅層上的電爐渣層，通過電極通電加熱保持熔體溫度，電爐區產生的煙氣通過沉降電爐區煙氣排放口排出爐外，電爐渣從電爐渣排放口排放出爐外；沉降于電爐區爐膛底部的冰銅通過電爐區爐膛與吹煉區爐膛底部的通道流入末端冰銅連續吹煉爐，從吹煉熔劑加入口加入熔劑與吹煉區爐膛下部吹煉區熔池冰銅和冰銅層上的吹煉爐渣混合，將氧氣和壓縮空氣通過吹煉噴槍加入到吹煉區熔池爐渣層中，將冰銅吹煉成粗銅，吹煉產生的煙氣通過吹煉區爐膛并經吹煉區煙氣出口排出爐外；吹煉產生的粗銅通過粗銅放出口放出爐外。
[0010]本發明方法含302的煙氣從熔煉煙氣出口排出后，可經余熱鍋爐和收塵處理后送去制酸。電爐區產生的煙氣通過沉降電爐區煙氣排放口排出爐外后，可進行收塵和尾氣處理。吹煉產生的煙氣通過吹煉區爐膛并經吹煉區煙氣出口排出爐外后，也可進行收塵和尾氣處理。
[0011]本發明克服了過去銅冶煉工藝存在的不足，主要優點在于:
[0012](I)只需要用一座冶金爐就可以連續地完成硫化銅精礦熔煉成冰銅和爐