專利名稱：粗銅無氧化摻氮還原火法精煉工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粗銅火法精煉工藝，具體地說是一種粗銅無氧化摻氮還原火法精煉工藝。
背景技術(shù)：
世界礦產(chǎn)銅火法冶煉工藝一般為“硫化銅精礦-熔煉成冰銅-吹煉成粗銅-火法精煉成陽極銅-電解成高純陰極銅”。粗銅在進入電解工序之前，一般都必須經(jīng)過陽極爐火法精煉以便生產(chǎn)出化學成份和物理規(guī)格都符合電解需求的陽極板。傳統(tǒng)的火法精煉工藝為氧化還原法，該工藝主要是將轉(zhuǎn)爐吹煉后的液態(tài)粗銅倒入陽極爐內(nèi)，鼓入空氣(或富氧空氣)進行氧化，將雜質(zhì)生成氧化物造渣或揮發(fā)除去，然后再鼓入還原劑將多余的氧還原脫除，之后即可澆鑄合格的陽極板。目前國內(nèi)外銅冶煉廠粗銅火法精煉工藝普遍采用這種方法，該法的主要缺點是氧化和還原是兩個相反對立的作業(yè)過程，作業(yè)周期長，生產(chǎn)效率低，能源消耗高，黑煙污染嚴重。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)粗銅火法精煉工藝存在的上述缺陷，取消了傳統(tǒng)的氧化作業(yè)過程，而還原作業(yè)采用摻氮還原。本發(fā)明火法精煉工藝操作簡單，作業(yè)周期短，生產(chǎn)效率高，能源消耗低，消除了黑煙污染，且易于實現(xiàn)大工業(yè)生產(chǎn)。
按本發(fā)明所提出的無氧化工藝，就是要合理控制轉(zhuǎn)爐出銅終點[S]、[O]，即在臨近終點時，適當過吹1-5分鐘，使[S]含量為0.025-0.040％，(250-400ppm)，[O]含量為0.40-0.50％，(4000-5000ppm)，取消陽極爐氧化作業(yè)，即合適的[S]、[O]的銅液倒入陽極爐后，無需氧化即可直接進行還原作業(yè)。雖然銅液中[S]含量沒有達到傳統(tǒng)氧化終點的含[S]量50ppm以下，但本發(fā)明特點是還原過程中仍然能除去部分硫，讓部分氧化脫硫任務(wù)由還原過程取代，即進入還原前沒有必要把硫徹底除凈。
無氧化工藝原理如下在傳統(tǒng)氧化還原火法精煉中，氧化主要目的是除去粗銅中的雜質(zhì)和硫，還原目的是除去氧化帶入粗銅中的過剩氧。對于礦產(chǎn)粗銅來說，由于大部分雜質(zhì)已在前兩道工序(熔煉和吹煉)中除去，故礦產(chǎn)銅火法精煉氧化的主要作用就是除硫。要想取消陽極爐氧化過程，關(guān)鍵是如何提供一種在陽極爐內(nèi)既不另外增加氧量，又能有效地除去銅水中的硫的一種新方法。
首先從陽極爐氧化機理來分析，當空氣鼓入陽極爐與銅液進行氧化時，由于銅液占主體，所以空氣中氧除少部分與銅液中的硫反應(yīng)外，大部分是與銅起反應(yīng)，生成氧化亞銅，當Cu2O在銅液中溶解度達到飽和后，即在操作溫度下，Cu2O在銅液中溶解度達到8％--12％時，脫硫反應(yīng)才劇烈進行。生產(chǎn)實踐表明氧化2.0小時之前，脫硫效果不大，當出現(xiàn)銅液表面有Cu2O析出呈油亮狀時，脫硫反應(yīng)才快速進行，十幾分鐘后基本將硫脫凈，達到傳統(tǒng)標準氧化終點樣，即[S]＝20-50ppm，[O]＝5500-8000ppm。國內(nèi)外銅冶煉廠目前基本采用此傳統(tǒng)深度氧化作業(yè)工藝。這種氧化作業(yè)既增加了作業(yè)時間，降低了生產(chǎn)效率，又過多增加銅液中的氧量，加重還原負擔，從而延長了還原時間，增加了還原劑的消耗。
從氧化機理可見，陽極爐氧化時間大部分消耗在生成Cu2O上面，由于陽極爐上風口少，送風量小，一般只有400-700Nm3/h左右，而轉(zhuǎn)爐風口多，送風量大，一般風量都在30000-45000Nm3/h左右，即轉(zhuǎn)爐吹煉1分鐘相當于陽極爐氧化1小時，基于這種現(xiàn)狀，只要轉(zhuǎn)爐過吹一定時間，即可有效地除去粗銅中的硫，達到取消陽極爐氧化的目的。但是由于轉(zhuǎn)爐送風量大，轉(zhuǎn)爐內(nèi)反應(yīng)激烈。若轉(zhuǎn)爐過吹到含[S]量達到陽極爐氧化終點時的含[S]量50ppm以下的話，則銅液中含氧量過大，轉(zhuǎn)爐易產(chǎn)生稀渣，而且還易造成Cu2O的揮發(fā)損失，導(dǎo)致生產(chǎn)困難。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐出銅終點一般為[S]＝400-550ppm、[O]＝3000-4000ppm。經(jīng)過不斷研究實驗摸索，找出了既可保證正常生產(chǎn)又可取消陽極爐氧化過程的合適轉(zhuǎn)爐出銅終點為[S]＝250-400ppm、[O]＝4000-5000ppm。即在轉(zhuǎn)爐傳統(tǒng)出銅終點上過吹1-5分鐘。
按本發(fā)明所提出的摻氮還原工藝，就是在還原劑中摻入一定比例的隋性氣體氮氣進行還原。
摻氮還原工藝原理如下銅液中含有大量氧對澆鑄和電解不利，必需用還原劑將多余氧進行還原除去。還原劑一般有木柴、粉煤、柴油、重油、液化石油氣(LPG)、天然氣、氫氣、氨氣等。最常用的還原劑一般為碳氫化合物，如重油、柴油、LPG和天然氣等等。由于純還原劑在銅液中攪拌強度不大，與銅液接觸時間短不充分，還原劑在高溫下熱解裂化的碳和氫大部分還沒來得及與銅液中[O]接觸反應(yīng)就逸出銅液表面排出，特別是裂解出的碳活性差，還原能力弱，大部分都成為碳黑排出。所以陽極爐用純還原劑還原作業(yè)時普遍存在還原效率低現(xiàn)象，還原效率一般為20-35％左右。這樣不僅造成還原劑大量浪費，而且引起黑煙污染，造成大氣公害，這是世界陽極爐火法精煉普遍存在的一大難題。本發(fā)明采用摻氮工藝還原，當還原劑混入惰性氣體氮氣并鼓入銅液后，既增強了銅液的攪拌強度，改善了還原反應(yīng)的動力學條件，又可驅(qū)逐出溶于銅液中的部分SO2等氣體，從而提高了還原劑還原效率，減少了還原劑消耗，解決了黑煙污染問題。此外，氮氣的存在還阻止了銅液表面與空氣接觸，防止重新溶解氧現(xiàn)象的發(fā)生。
本發(fā)明其它特點為特點之一就是帶硫還原。傳統(tǒng)氧化觀點認為，硫必須氧化除凈后，方可進行還原作業(yè)，即必須深氧化作業(yè)，經(jīng)過多次試驗研究摸索，發(fā)現(xiàn)進入還原前，可以帶部分硫，這部分硫可以在還原階段附帶除去，其原理是銅液中的[S]主要以溶解在銅液中的Cu2S和SO2存在。還原反應(yīng)進行同時，借助混合氣體(還原劑+N2)攪拌，使銅液中Cu2S和Cu2O碰撞結(jié)合生成SO2析出隨氮氣泡帶出。另外，氮氣的存在降低了SO2的分壓和銅液的溫度，從而降低了SO2在銅液中的溶解度，析出的SO2隨氮氣泡帶出，從而達到附帶除硫的目的。
特點之二回轉(zhuǎn)式陽極爐排渣時，一般向爐內(nèi)鼓入空氣，既可以攪拌排渣，又可防止風口灌銅，但會增加銅液中的氧量，增加還原負擔。本發(fā)明使用氮氣替代空氣，可以解決這一問題。
特點之三本發(fā)明搖爐時使用氮氣。傳統(tǒng)搖爐時，一般使用還原劑，由于搖爐時還原劑與銅液距離較近，還原劑利用率很低，故在爐子轉(zhuǎn)動期間，陽極爐冒黑煙嚴重。本發(fā)明解決這個問題方式就是在爐子轉(zhuǎn)動時，停止送入還原劑，只通氮氣。
本發(fā)明使用陽極爐精煉粗銅時的工藝參數(shù)為轉(zhuǎn)爐出銅終點控制小蟲銅～平板銅Cu99.00-99.50％ S0.025-0.O40％ O20.40-0.50％氮氣含N299％以上流量50-600Nm3/h溫度60℃-80℃入爐壓力0.35-0.45Mpa還原劑流量50-400Nm3/h壓力0.30-0.35Mpa作業(yè)時間2.0-2.5小時/爐(450噸/爐)本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、生產(chǎn)出的陽極板含Cu 99.5-99.8％，S 0.002-0.005％，O 0.13～0.2％?；瘜W成份完全符合電解要求。
2、生產(chǎn)陽極板無飛邊毛刺，表面平整，組織致密，合格品率由93％提高到98％。
3、作業(yè)時間縮短一半，即對450噸陽極爐而言，由傳統(tǒng)氧化還原工藝的4.5～5.0小時/爐減少到2.0～2.5小時/爐，同等設(shè)備條件下，提高了50％生產(chǎn)能力。此外重油單耗降低了30％。
4、還原劑單耗降低50％，如LPG單耗由原來的6.0kg/t-Cu降低到3.0kg/t-Cu以下。
5、排放黑煙林格曼黑度由4.0降到1.0，基本消除了黑煙污染。


圖1為傳統(tǒng)火法精煉工藝流程圖，圖中所示該工藝有一個氧化作業(yè)過程。
圖2為本發(fā)明工藝流程圖，圖中所示已去除氧化作業(yè)過程，并在排渣和還原作業(yè)過程中加入氮氣。
圖3為使用回轉(zhuǎn)式陽極爐時的無氧化摻氮工藝的設(shè)備流程圖，采用氣態(tài)還原劑，詳細說明見實施例1。
圖4為在回轉(zhuǎn)式陽極爐底部增設(shè)多孔塞透氣磚結(jié)構(gòu)示意圖。右側(cè)為左視圖。詳細說明見實施例2。
圖5為使用反射式陽極爐的無氧化摻氮工藝的設(shè)備流程圖，采用液態(tài)還原劑，詳細說明見實施例3。
具體實施方式
實施例1如圖3所示，將液態(tài)粗銅裝入回轉(zhuǎn)式陽極爐(10)，鼓入氮氣排渣后，將制氧站排出的廢氮氣通過氮氣壓縮機(2)輸送入氮氣罐(3)貯存，當需要熔煉作業(yè)時，先打開N2調(diào)節(jié)閥(8)，氮氣經(jīng)過減壓閥(4)降至0.35～0.40Mpa，并使用加熱器(5)進行加熱，觀察壓力表(6)和流量計(7)，轉(zhuǎn)動陽極爐(10)，使噴槍(11)埋入銅液面下600～800mm處，然后打開調(diào)節(jié)閥(1)(閥度50％)，使還原劑與N2在混合容器(9)內(nèi)得到充分混合，再合理調(diào)整閥(1)和閥(8)，調(diào)至需要的還原劑和N2的流量，使N2/還原劑＝1.0-1.5，進行還原作業(yè)至終點。
實施例2如圖4所示，回轉(zhuǎn)式陽極爐精煉粗銅時，為了更加有效地增強銅液攪拌性能，改善反應(yīng)動力學條件，可在爐(10)底部根據(jù)爐子大小和裝銅量增設(shè)若干個多孔塞透氣磚(16)(本實施例設(shè)2個)，使N2+還原劑從爐底噴入熔體。并根據(jù)銅液面的高低，合理控制N2壓力。
實施例3如圖5所示，當采用反射式陽極爐(15)時，還原劑通過調(diào)節(jié)閥(1)調(diào)整流量，觀察齒輪流量計(13)流量，使還原劑進入噴嘴(14)內(nèi)腔中。氮氣經(jīng)過氮氣壓縮機(2)輸送至貯氣罐(3)貯備，使用時，經(jīng)過減壓閥(4)和流量計(7)通過調(diào)整調(diào)節(jié)閥(8)調(diào)至合理的氮氣流量值(一般控制為N2/還原劑＝1.0-1.3)將氮氣送到噴嘴(14)的外腔內(nèi)，使還原劑在噴嘴前端混腔內(nèi)得到充分混合。由于氮氣的高壓沖擊作用，還原劑迅速變成分散狀態(tài)噴入反射爐(15)內(nèi)的銅液里，進入還原作業(yè)，從而提高還原效率。
權(quán)利要求
1.一種粗銅無氧化摻氮還原火法精煉工藝，主要是將轉(zhuǎn)爐吹煉后的液態(tài)粗銅倒入陽極爐內(nèi)精煉而成陽極板，其特征在于在轉(zhuǎn)爐吹煉臨近終點時對轉(zhuǎn)爐適當過吹1-5分鐘時間，合理控制轉(zhuǎn)爐吹煉后出銅終點的[S]、[O]，即[S]含量為0.025～0.040％，[O]含量為0.40～0.50％，取消陽極爐氧化作業(yè)過程；在還原作業(yè)過程中，還原劑中摻入一定比例的隋性氣體氮氣進行還原。
2.按權(quán)利要求1所述的無氧化摻氮還原火法精煉工藝，其特征在于在回轉(zhuǎn)式陽極爐排渣時，對爐內(nèi)銅液鼓入氮氣以代替原有的鼓入空氣來進行排渣。
3.按權(quán)利要求1或2所述的無氧化摻氮還原火法精煉工藝，其特征在于搖爐時，爐子轉(zhuǎn)動期間停止輸入還原劑，只輸入氮氣。
4.按權(quán)利要求1或3所述的無氧化摻氮還原火法精煉工藝，其特征在于在使用回轉(zhuǎn)式陽極爐時，在陽極爐底部增設(shè)若干個多孔塞透氣磚。
5.按權(quán)利要求1所述的無氧化摻氮還原火法精煉工藝，其特征在于當采用回轉(zhuǎn)式陽極爐時，其輸入N2(99％以上)流量為50～600Nm3/h，溫度60～80℃；輸入還原劑流量為50～400Nm3/h，N2/還原劑＝1.0-1.5。
6.按權(quán)利要求1所述的無氧化摻氮還原火法精煉工藝，其特征在于當采用反射式陽極爐時，還原劑和氮氣經(jīng)調(diào)節(jié)流量，在噴嘴前端混腔內(nèi)充分混合后，使還原劑迅速變成分散狀態(tài)由噴嘴噴入反射爐內(nèi)的銅液里，進行還原作業(yè)。
全文摘要
一種粗銅無氧化摻氮還原火法精煉工藝。在轉(zhuǎn)爐吹煉時合理控制出銅終點的[S]、[O]，使部分脫硫任務(wù)由還原過程附帶完成，從而取消了傳統(tǒng)的陽極爐氧化作業(yè)過程，并用氮氣來代替空氣進行排渣，還原作業(yè)時還原劑中摻入一定比例氮氣進行還原。本工藝操作簡單，作業(yè)周期短，生產(chǎn)效率高，能源消耗低，生產(chǎn)的陽極板質(zhì)量高，并且消除了黑煙污染，適宜于實現(xiàn)大工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號C22B15/14GK1390962SQ02120509
公開日2003年1月15日 申請日期2002年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月22日
發(fā)明者周松林, 黃永峰 申請人:金隆銅業(yè)有限公司