專利名稱：無氧化無還原火法精煉銅工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及銅冶煉技術(shù)領(lǐng)域，特別適用于銅的火法精煉工藝。
技術(shù)背景銅冶煉生產(chǎn)工藝流程為"銅精礦一熔煉一吹煉一火法精煉一電解一陰極銅"，其 中，火法精煉是銅冶煉生產(chǎn)中一個(gè)必不可少且非常重要的工序，目前，世界上銅冶煉 廠的火法精煉工藝基本上都是采用傳統(tǒng)的氧化還原法，即吹煉銅液裝入陽極爐后，先 鼓入空氣(氧)對(duì)其進(jìn)行氧化作業(yè)，將雜質(zhì)氧化除去后，再用還原劑對(duì)其進(jìn)行還原作 業(yè)，除去銅液中過量的氧，該法的主要缺點(diǎn)是氧化和還原是兩個(gè)相反對(duì)立的作業(yè)過程， 生產(chǎn)效率低，能源消耗高，黑煙污染嚴(yán)重。為了解決氧化還原法精煉存在的缺點(diǎn)，中國專利CN1184337C公開了一種粗銅無 氧化摻氮還原火法精煉工藝，即在精煉階段取消了鼓入空氣的氧化作業(yè)過程，在還原 劑中摻入氮?dú)膺M(jìn)行還原，該發(fā)明同傳統(tǒng)氧化還原法相比，省去了氧化作業(yè)過程，縮短 了作業(yè)時(shí)間，提高了還原效率，其缺點(diǎn)是沒有取消還原作業(yè)，仍然需要還原劑，沒有 從根本上消滅黑煙污染。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于克服銅火法精煉工藝存在的上述不足，提供一種無氧化無還原火 法精煉銅工藝，在精煉工藝中既取消了氧化作業(yè)又取消了還原作業(yè)，不需要任何還原 劑，徹底消滅了黑煙污染。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的控制吹煉終點(diǎn)銅液中的氧濃度，使氧重量百分比濃度控制 在0.05 0.30%;取消陽極爐氧化還原作業(yè)，直接向陽極爐中通入不與銅反應(yīng)的攪拌 氣體攪拌銅液直到精煉作業(yè)終點(diǎn)，利用銅液中自身的氧和雜質(zhì)反應(yīng)達(dá)到一步脫雜除 氧。本發(fā)明的原理吹煉工序所得銅液中都含有一定的雜質(zhì)，都必須經(jīng)過火法精煉除 雜，其中，火法精煉能除去的雜質(zhì)主要有0、 S、 Fe、 As、 Sb、 Bi、 Pb、 Zn、 Sn等。 吹煉銅液中，氧主要以0)20形式存在，硫主要以Cu2S和S02形式存在，其它雜質(zhì)與銅 互溶或成化合物溶于銅液中，根據(jù)熱力學(xué)分析，在工業(yè)生產(chǎn)溫度下，Cu20和Cu,S及其 它雜質(zhì)化學(xué)反應(yīng)熵厶G的負(fù)值都較大，說明這些反應(yīng)只要具備動(dòng)力學(xué)條件，都能自發(fā) 激烈進(jìn)行。另外，在吹煉工序生產(chǎn)中，吹煉作業(yè)結(jié)束的終點(diǎn)判斷是依據(jù)銅液中的氧硫含量，銅液中氧硫含量的比例可以在吹煉工序中人為操作控制，目前，世界大多數(shù)銅 冶煉廠實(shí)際控制吹煉終點(diǎn)銅液含氧為0.3 0.8%，含硫?yàn)?.03 0.08%，根據(jù)化學(xué)平 衡計(jì)算和生產(chǎn)實(shí)踐，氧化除去銅液中硫及其它雜質(zhì)所需氧量小于0.2%,可見，吹煉 銅液中自身含氧不僅足以將硫及其它雜質(zhì)脫除，而且還有富余，完全不需要從外界補(bǔ) 充氧，專利CN1184337C正是基于這種推斷，取消了鼓入空氣的氧化作業(yè)過程，而富 余的氧用還原劑脫除。綜上分析可見，同時(shí)取消陽極爐氧化和還原兩個(gè)作業(yè)過程的關(guān) 鍵， 一是如何創(chuàng)造銅液中氧和雜質(zhì)反應(yīng)的良好動(dòng)力學(xué)條件，即如何提高氧和雜質(zhì)反應(yīng) 效率，二是如何控制吹煉銅液中的含氧量，使之在滿足除雜所需氧量的情況下不出現(xiàn) 富余。本發(fā)明人通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)吹煉工序欠吹時(shí)，即吹煉終點(diǎn)銅液中的氧濃度在 0.05 0. 30%時(shí)，其硫含量通常在0.04 0. 20%，此時(shí)銅液中的氧含量可以滿足脫硫以 及脫除其它雜質(zhì)的要求，精煉作業(yè)終點(diǎn)所得銅液的含氧量也能夠符合電解標(biāo)準(zhǔn)，不需 要加入還原劑脫除。工業(yè)實(shí)踐也表明若吹煉終點(diǎn)銅液中的氧濃度大于0.3%，則火法 精煉時(shí)必須用還原劑進(jìn)行還原除氧。若控制銅液含氧小于0.3%,則氧和雜質(zhì)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件就不太好，反應(yīng)效率就 會(huì)降低，對(duì)于這個(gè)問題，可以用不與銅反應(yīng)的氣體強(qiáng)烈攪拌銅液來解決，攪拌方式越 劇烈，動(dòng)力學(xué)條件就越好，氧和雜質(zhì)反應(yīng)效率就越高，對(duì)于回轉(zhuǎn)式陽極爐來說，采用 爐底進(jìn)氣攪拌方式效果最理想。用于攪拌銅液的攪拌氣體可以是工業(yè)氬氣(Ar>96% )、工業(yè)氮?dú)?N2》96% )、 飽和蒸汽或它們的混合氣。對(duì)于能力在650噸(目前世界最大)以內(nèi)的陽極爐來說，攪拌氣體可以在0.2 0.8MPa壓力下以50 3000Nm'Vh的流量加入陽極爐的銅液中，在條件許可情況下，流 量越大，對(duì)銅液的攪拌效果越好，越有利于雜質(zhì)脫除和S02的排出。為了防止氣體攪拌過程中銅液表面從大氣中吸收氧，陽極爐一般采用微正壓操 作，即爐內(nèi)壓控制在5 20Pa左右。在實(shí)際吹煉生產(chǎn)作業(yè)中，因受各種人為因素的影響，肯定會(huì)出現(xiàn)吹煉終點(diǎn)判斷不 準(zhǔn)情況，若出現(xiàn)吹煉銅液含氧量偏多即氧含量〉0.3%時(shí)，則可以在精煉作業(yè)后期往攪 拌氣體中配入少量還原劑進(jìn)行攪拌作業(yè)；若出現(xiàn)吹煉銅液含氧量偏少即氧含量< 0.05%時(shí)，則可以采用陽極爐負(fù)壓操作，使銅液在氣體攪拌過程中從大氣中吸收一部 分氧量。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明利用銅液中自身的氧和雜質(zhì)反應(yīng)達(dá)到一步同時(shí)脫雜除氧，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，生產(chǎn)效率高；不需要任何還原劑(如天然氣、液化石油氣、重 油、柴油、粉煤等)，節(jié)約了能源；徹底解決了世界銅火法精煉普遍存在的黑煙污染 問題，實(shí)現(xiàn)黑煙零排放；生產(chǎn)出的陽極板Cu》99.5。/。、 S《0.005%、 0《0.2%，完全符 合電解標(biāo)準(zhǔn)；容易在銅工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。


圖l是本發(fā)明工藝流程圖。圖2是回轉(zhuǎn)式陽極爐氣體攪拌工藝設(shè)備流程圖。圖3為反射式陽極爐氣體攪拌工藝設(shè)備流程圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1如圖1和圖2所示，將'氧含量為0. 05 0. 30%的吹煉銅液裝入回轉(zhuǎn)式陽極爐10 內(nèi)，攪拌氣體通過壓縮機(jī)1送入儲(chǔ)氣罐2，經(jīng)過減壓閥3減壓至0. 2 0. 8MPa，觀察 壓力表4、溫度計(jì)5和流量計(jì)6，用調(diào)節(jié)閥7調(diào)節(jié)氣體流量至50 3000Nm7h，氣體經(jīng) 過爐底的透氣磚8進(jìn)入銅液進(jìn)行攪拌作業(yè)至終點(diǎn)，透氣磚的數(shù)量根據(jù)爐子的大小確定。 另外，攪拌氣體也可以通入回轉(zhuǎn)式陽極爐10的側(cè)風(fēng)口 9進(jìn)入銅液進(jìn)行攪拌作業(yè)。所 用攪拌氣體為氬氣(Ar》96% )、氮?dú)?N.2》96°/。)、飽和蒸汽中的一種或者幾種混合 氣，氣體溫度氬氣或氮?dú)鉃?5 12(TC、飽和蒸汽為143 17(TC。氣體攪拌作業(yè)時(shí)， 爐內(nèi)壓控制在5 20Pa左右。當(dāng)出現(xiàn)吹煉銅液含氧量偏多即氧含量〉0.3%時(shí)，在精煉 作業(yè)后期往攪拌氣體中配入少量還原劑進(jìn)行攪拌作業(yè)；當(dāng)吹煉銅液含氧量偏少即氧含 量<0.05%時(shí)，采用陽極爐負(fù)壓操作，使銅液在氣體攪拌過程中從大氣中吸收一部分 氧量。 實(shí)施例2如圖3所示，將氧含量為0.05 0. 30%的吹煉銅液裝入反射式陽極爐12內(nèi)，攪拌 氣體通過壓縮機(jī)1輸入儲(chǔ)氣罐2，經(jīng)過減壓閥3減壓至0. 2 0. 8MPa，作業(yè)時(shí)，打丌 調(diào)節(jié)閥7，觀察壓力表4、溫度計(jì)5和流量計(jì)6，攪拌氣體通過前端包有耐火泥的鐵管 ll進(jìn)入銅液進(jìn)行攪拌作業(yè)至終點(diǎn)。攪拌氣體種類、溫度、流量及爐內(nèi)壓同實(shí)施例l。
權(quán)利要求
1、一種無氧化無還原火法精煉銅工藝，其特征是控制吹煉終點(diǎn)銅液中的氧重量百分比濃度0.05～0.30％；取消陽極爐氧化還原作業(yè)，直接向陽極爐中通入不與銅反應(yīng)的攪拌氣體攪拌銅液直到精煉作業(yè)終點(diǎn)，利用銅液中自身的氧和雜質(zhì)反應(yīng)達(dá)到一步脫雜除氧。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無氧化無還原火法精煉銅工藝，其特征是所述攪拌氣體是 工業(yè)氬氣(Ar》96% )、工業(yè)氮?dú)?N.2》96% )、飽和蒸汽或它們的混合氣體。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的無氧化無還原火法精煉銅工藝，其特征是攪拌氣體流 量為50 3000 Nm'7h，壓力為0. 2 0. 8MPa，氬氣或氮?dú)獾臏囟葹?5 120°C，飽和 蒸汽溫度為143 170°C，陽極爐內(nèi)壓力在5 20Pa。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無氧化無還原火法精煉銅工藝，其特征是當(dāng)吹煉銅液含氧 量高于0. 30%時(shí)，在攪拌作業(yè)后期往不與銅反應(yīng)的攪拌氣體中配入還原劑進(jìn)行攪拌作 業(yè)；當(dāng)吹煉銅液含氧量低于0.05%時(shí)，采用陽極爐負(fù)壓操作，使銅液在氣體攪拌過程 中從大氣中吸收一部分氧量。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2和3所述的無氧化無還原火法精煉銅工藝，其特征是在回轉(zhuǎn)式 陽極爐中，攪拌氣體通過爐T底部若干個(gè)透氣磚進(jìn)入銅液進(jìn)行攪拌作業(yè)，或通過爐子 的側(cè)風(fēng)口進(jìn)入銅液進(jìn)行攪拌作業(yè)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2和3所述的無氧化無還原火法精煉銅工藝，其特征是在反射式 陽極爐中，攪拌氣體通過前端包有耐火泥的鐵管插入銅液進(jìn)行攪拌作業(yè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無氧化無還原火法精煉銅工藝，控制吹煉終點(diǎn)銅液中的氧濃度0.05～0.3％，取消陽極爐氧化還原作業(yè)，直接向陽極爐通入不與銅反應(yīng)的氣體強(qiáng)烈攪拌銅液至精煉作業(yè)終點(diǎn)，利用銅液中自身的氧和雜質(zhì)反應(yīng)達(dá)到一步同時(shí)脫雜除氧。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，操作方便，生產(chǎn)效率高，能源消耗低，不需要還原劑，消滅了黑煙污染，適宜大工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C22B9/00GK101314819SQ20071010937
公開日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2007年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月28日
發(fā)明者皓 周, 周松林 申請(qǐng)人:周松林