从铜冶炼的铅银铋渣中回收有价元素的方法及其装置

摘要

本发明属于有色金属冶金行业，尤其涉及一种从铜冶炼的铅银铋渣中回收铅、金、银、铋、铜、砷、硫几种有价元素的方法及其装置，通过底吹合金炉上部加料口加入铅银铋渣、铜渣、还原剂和造渣熔剂几种物料，在高温条件下发生还原反应，生成金属铅、金属铋和铜锍；在底部浸没燃烧装置所供高压燃气的搅拌作用下，沉积于底部的铅液不断被吹起弥散到上部熔体中，通过铅液对金、银、铋的不断捕集，得到富含金银的铅铋合金；铅银铋渣中的铜在高温及铁屑、还原剂的作用下形成铜锍，且富集有砷；本发明方法熔炼强度大、作业效率高、金属回收率高，装置密闭性好、热量损失少、能源消耗低，自动化水平高，劳动强度小，能够快速实现转炉，操作便捷，稳定性好。

说明书

技术领域

本发明属于有色金属冶金行业，尤其涉及一种从铜冶炼的铅银铋渣中回收铅、金、银、铋、铜、砷、硫几种有价元素的方法及其装置。

背景技术

 铜冶炼的铅银铋渣中主要含有铅、金、银、铋、铜、砷、硫等有价元素。目前，国内外对这种铅银铋渣的处理方法主要为鼓风炉熔炼产出铅铋合金的方法，铅铋合金经电解得到精铅和富含铋、金、银等有价金属的阳极泥，阳极泥通过湿法或火法工艺分离出各种金属。

由于鼓风炉熔炼过程中，烟气污染治理难度大，能源消耗比较高，因此国家已明令淘汰鼓风炉炼铜技术，鼓风炉炼铅也呈一种被淘汰趋热。另外，在鼓风炉生产过程中还存在作业效率低、稳定性差、金属回收率低等问题，因此有必要开发新技术来替代。

发明内容

本发明的目的在于克服传统鼓风炉处理铅银铋渣技术中存在的烟气污染治理难度大、能耗高、作业效率低、稳定性差、金属回收率低等不足，而提供从铜冶炼的铅银铋渣中回收有价元素的方法及其装置；该方法生产过程为通过底吹合金炉底部设置的气体浸没燃烧装置将氧气、燃料同步供入炉内熔体中，同时通过底吹合金炉上部加料口加入铅银铋渣、铜渣、还原剂和造渣熔剂几种物料；氧气、燃料燃烧放热使加入的物料熔化，维持熔炼过程的热需要，在高温煤粒的还原作用下，铅银铋渣中的硫酸铅及硫酸铋与铁屑及铜反应生成金属铅、金属铋和铜锍；在底部浸没燃烧装置所供高压燃气的搅拌作用下，沉积于底部的铅液不断被吹起弥散到上部熔体中，通过铅液对金、银、铋的不断捕集，得到富含金银的铅铋合金；铅银铋渣中的铜在高温及铁屑、还原剂的作用下形成铜锍，铜锍是铜和铁的共熔硫化物；铅银铋渣中的砷主要富集到铜锍中，少量分散到铅铋合金中。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种从铜冶炼的铅银铋渣中收有价元素的方法，该方法包括以下步骤：

1）、将铅银铋渣、铜渣、还原剂和造渣熔剂等物料计量、配料及混合制粒后形成粒料，从而减少粉状物料入炉后挥发到烟气中；

2）、打开气体浸没燃烧装置，使氧气和燃料喷到炉内，然后将料粒加入底吹合金炉内，燃料燃烧放出热量，保持炉内800℃~1200℃的温度，使加入底吹合金炉内物料不断熔化，形成熔池，且在气体的搅拌作用下，物料不断发生化学反应，还原出铅、铋等金属，还原后得到的铅液因为密度较大，沉降到最下层，经气体搅拌不断被吹起，实现铅对铋和金、银金属的捕集，最终形成富含金、银的铅铋合金熔液；

3）、步骤2）中反应后产生的物质按密度的不同形成三层熔体，从下到上依次为铅铋合金层、铜锍层和还原渣层，铅铋合金层中的铅铋合金溶液经合金虹吸口排放到炉外冷却成块状产品；铜锍层中的铜锍经铜锍排放口间断或连续排出炉体；还原渣层中的还原渣经出渣口间断或连续排出；反应过程中产生的高温烟气经降温除尘和尾气治理后，得到烟尘和达标排放尾气。

步骤1）中所述的铅银铋渣的主要成分的重量百分比为：Pb为30~60%，铋为1~10%，银为0.005%~0.5%，其中铅和铋均以硫酸盐状态存在，银以单质或硫化态形式存在；造渣熔剂为氧化铁矿或铁屑及石子，其配入量按照如下要求进行配料：FeO/SiO₂=0.6~2：1、CaO: SiO₂为0.2~0.8:1或Fe/SiO₂=0.8~2：1、CaO/SiO₂=0.3~0.8:1，铁屑或氧化铁铁矿含铁量不低于60%，石子粒度要求为50mm；还原剂为煤粒或碳粒，煤粒或碳粒用量与铅银铋渣重量比为1：20~1：3.3，煤粒或碳粒的固定碳含量不低于60%，粒度为5~50mm；铅银铋渣、铜渣、还原剂和造渣熔剂的重量比为：铅银铋渣：铜渣：还原剂：造渣熔剂=1：2：1：5，所加入的铜渣中的含铜量为5~20%。

步骤2）中所述的氧气纯度为50~99.99%，每吨物料消耗氧气量为20~200Nm³；燃料为天然气、或氢气、或煤气、或石油或其它液体燃料或粉煤等粉状固体燃料，当燃料为天然气时，氧气与天然气的用量体积比为1.5:1~3:1，供气压力为0.1~1.2MPa；当使用煤气燃料时，氧气与煤气的用量体积比为1.5:1~9:1，供气压力为0.1~1.2MPa；当使用氢气燃料时，氧气与氢气的用量体积比为1:2~1:4，供气压力为0.1~1.2MPa；当使用液体燃料时，液体燃料燃烧消耗氧气量为2~5m³/kg；当使用粉煤等粉状固体燃料时，除使用氧气或富氧空气助燃外，还需要使用用于粉煤输送的空气载体，粉煤燃烧消耗的氧气量为1~10 m³/kg。

步骤3）中所述的铜锍层为铜和铁的共熔硫化物，其中还富集有砷。

一种从铅银铋渣中回收有价金属的装置，包括底吹合金炉，其为卧式圆筒型，壳体为钢结构壳体，合金炉内壁衬有耐火砖；在底吹合金炉的顶部设有加料口和出烟口，一侧端上设有燃烧器口、出渣口、底渣口，另一端设有虹吸合金口，底部设有铜锍排放口，壳体外箍有滚圈和齿圈；滚圈靠托轮支撑，齿圈与减速机的小齿轮啮合，并通过电机传动；在底吹合金炉的底部安装有气体浸没燃烧装置，气体浸没燃烧装置是一种多层环槽型喷枪结构，能够将氧气和天然气通过各自的通道送至炉内，离开该装置后的氧气和天然气在炉内高温熔体发生燃烧，放出的热量不断维持炉内的温度需要。

所述的气体浸没燃烧装置安装在壳体的底部，其入口方向与铅垂线的夹角范围为0°≤α≤90°。

进一步，所述的气体浸没燃烧装置的入口方向与铅垂线的夹角范围为0°≤α≤20°。

本发明的有益效果在于：

1）熔炼强度大，作业效率高；熔炼强度比现有技术增强20~30%，作业效率比现有技术的作业效率提高30~40%。

2）密闭性好，生产环境好；

3）金属回收率高；比现有技术的金属回收率提高2~5个百分点。

4）热量损失少，能源消耗低；与现有技术相比热量损失减少10~30%，能源消耗减少10~20%）

5）能够快速实现转炉，操作便捷，稳定性好；

6）自动化水平高，劳动强度小。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是本发明的装置示意图。

具体实施方式

如图2所示，一种从铅银铋渣中回收有价金属的装置，包括底吹合金炉，其为卧式圆筒型，壳体为钢结构壳体5，合金炉内壁衬有耐火砖；在底吹合金炉的顶部设有加料口6和出烟口3，一侧端上设有燃烧器口2、出渣口1、底渣口13，另一端设有虹吸合金口8，底部设有铜锍排放口14，壳体外箍有滚圈4和齿圈7；滚圈4靠托轮12支撑，齿圈7与减速机10的小齿轮啮合，并通过电机9传动；在壳体的底部安装有气体浸没燃烧装置11，气体浸没燃烧装置11是一种双层环槽型喷枪，外层通氧气，内层通燃料，能够将氧气和天然气通过各自的通道送至炉内，离开该装置后的氧气和天然气在炉内高温熔体发生燃烧，放出的热量不断维持炉内的温度需要。

所述的气体浸没燃烧装置11安装在壳体5的底部，其入口方向与铅垂线的夹角范围为0°≤α≤90°，优选范围为0°≤α≤20°。

在生产遇到突然停电或其它突发事件需要紧急停炉是，通过传动系统完成底吹合金炉转动，使气体浸没燃烧装置11转动到脱离熔池的位置，避免熔体进入气体浸没燃烧装置中。

在底吹合金炉需要大修时，打开底渣口13，将炉内熔体放尽后，停止向炉内供热，等炉内温度降到与大气温度接近时，方可进入炉内进行维修作业。

将铅银铋渣、铜渣、还原剂和造渣熔剂等物料按照重量比为：铅银铋渣：铜渣：还原剂：造渣熔剂=1：2：1：5计量、配料及混合制粒后形成粒料，从而减少粉状物料入炉后挥发到烟气中；打开气体浸没燃烧装置，使氧气和燃料喷到炉内，然后从底吹合金炉顶部的加料口将料粒加入底吹合金炉内，燃料燃烧放出热量，保持炉内800℃~1200℃的温度，使加入底吹合金炉内物料不断熔化，形成熔池，且在气体的搅拌作用下，物料不断发生化学反应，还原出铅、铋等金属，还原后得到的铅液因为密度较大，沉降到最下层，经气体搅拌不断被吹起，实现铅对铋和金、银金属的捕集，最终形成富含金、银的铅铋合金熔液；反应后产生的物质按密度的不同形成三层熔体，从下到上依次为铅铋合金层、铜锍层和还原渣层，铅铋合金层中的铅铋合金溶液经合金虹吸口排放到炉外冷却成块状产品；铜锍层中的铜锍经铜锍排放口间断或连续排出炉体；还原渣层中的还原渣经出渣口间断或连续排出；反应过程中产生的高温烟气经降温除尘和尾气治理后，得到烟尘和达标排放尾气。

实施例1：如图1所示，一种从铜冶炼的铅银铋渣中收有价元素的方法，该方法包括以下步骤：

1）、将铅银铋渣、含铜量为5~20%的铜渣、还原剂和造渣熔剂等物料按照重量比为：铅银铋渣：铜渣：还原剂：造渣熔剂=1：2：1：5计量、配料及混合制粒后形成粒料；

2）、打开气体浸没燃烧装置，按每吨物料消耗氧气量为20~200Nm³加入纯度为50~99.99%的氧气和燃料喷到炉内，然后将步骤1）中所制成的料粒加入底吹合金炉内，燃料燃烧放出热量，保持炉内800℃~1200℃的温度，使加入底吹合金炉内物料不断熔化，形成熔池，且在气体的搅拌作用下，物料不断发生化学反应，还原出铅、铋等金属，还原后得到的铅液因为密度较大，沉降到最下层，经气体搅拌不断被吹起，实现铅对铋和金、银金属的捕集，最终形成富含金、银的铅铋合金熔液；

3）、步骤2）中反应后产生的物质按密度的不同形成三层熔体，从下到上依次为铅铋合金层、铜锍层和还原渣层，铅铋合金层中的铅铋合金溶液经合金虹吸口排放到炉外冷却成块状产品；铜锍层中的铜锍经铜锍排放口间断或连续排出炉体；还原渣层中的还原渣经出渣口间断或连续排出；反应过程中产生的高温烟气经降温除尘和尾气治理后，得到烟尘和达标排放尾气。

上述的铅银铋渣的主要成分的重量百分比为：Pb为30~60%，铋为1~10%，银为0.005%~0.5%，其中铅和铋均以硫酸盐状态存在，银以单质或硫化态形式存在；还原剂为煤粒，煤粒用量与铅银铋渣重量比为1：20~1：3.3，煤粒的固定碳含量不低于60%，粒度为5~50mm；造渣熔剂为氧化铁矿和石子，其配入量按照如下要求进行配料：FeO/SiO₂=0.6~2：1、CaO: SiO₂=0.2~0.8:1，氧化铁铁矿含铁量不低于60%，石子粒度要求为50mm。

上述步骤2）中所述的燃料为天然气，氧气与天然气的用量体积比为1.5:1~3:1，供气压力为0.1~1.2MPa。

上述步骤3）中所述铜锍层为铜和铁的共熔硫化物，其中还富集有砷。

实施例2：如图1所示，一种从铜冶炼的铅银铋渣中收有价元素的方法，该方法包括以下步骤：

1）、将铅银铋渣、含铜量为5~20%的铜渣、还原剂和造渣熔剂等物料按照重量比为：铅银铋渣：铜渣：还原剂：造渣熔剂=1：2：1：5计量、配料及混合制粒后形成粒料；

2）、打开气体浸没燃烧装置，按每吨物料消耗氧气量为20~200Nm³加入纯度为50~99.99%的氧气和燃料喷到炉内，然后将步骤1）中所制成的料粒加入底吹合金炉内，燃料燃烧放出热量，保持炉内800℃~1200℃的温度，使加入底吹合金炉内物料不断熔化，形成熔池，且在气体的搅拌作用下，物料不断发生化学反应，还原出铅、铋等金属，还原后得到的铅液因为密度较大，沉降到最下层，经气体搅拌不断被吹起，实现铅对铋和金、银金属的捕集，最终形成富含金、银的铅铋合金熔液；

3）、步骤2）中反应后产生的物质按密度的不同形成三层熔体，从下到上依次为铅铋合金层、铜锍层和还原渣层，铅铋合金层中的铅铋合金溶液经合金虹吸口排放到炉外冷却成块状产品；铜锍层中的铜锍经铜锍排放口间断或连续排出炉体；还原渣层中的还原渣经出渣口间断或连续排出；反应过程中产生的高温烟气经降温除尘和尾气治理后，得到烟尘和达标排放尾气。

上述的铅银铋渣的主要成分的重量百分比为：Pb为30~60%，铋为1~10%，银为0.005%~0.5%，其中铅和铋均以硫酸盐状态存在，银以单质或硫化态形式存在；还原剂为煤粒，煤粒用量与铅银铋渣重量比为1：20~1：3.3，煤粒的固定碳含量不低于60%，粒度为5~50mm；造渣溶剂为铁屑及石子，其配入量按照如下要求进行配料：Fe/SiO₂=0.8~2：1、CaO/SiO₂=0.3~0.8:1，铁屑含铁量不低于60%，石子粒度要求为50mm。

上述步骤2）中所述的燃料为煤气，氧气与煤气的用量体积比为1.5:1~9:1，供气压力为0.1~1.2MPa。

上述步骤3）中所述铜锍层为铜和铁的共熔硫化物，其中还富集有砷。

实施例3：如图1所示，一种从铜冶炼的铅银铋渣中收有价元素的方法，该方法包括以下步骤：

1）、将铅银铋渣、含铜量为5~20%的铜渣、还原剂和造渣熔剂等物料按照重量比为：铅银铋渣：铜渣：还原剂：造渣熔剂=1：2：1：5计量、配料及混合制粒后形成粒料；

2）、打开气体浸没燃烧装置，按每吨物料消耗氧气量为20~200Nm³加入纯度为50~99.99%的氧气和燃料喷到炉内，然后将步骤1）中所制成的料粒加入底吹合金炉内，燃料燃烧放出热量，保持炉内800℃~1200℃的温度，使加入底吹合金炉内物料不断熔化，形成熔池，且在气体的搅拌作用下，物料不断发生化学反应，还原出铅、铋等金属，还原后得到的铅液因为密度较大，沉降到最下层，经气体搅拌不断被吹起，实现铅对铋和金、银金属的捕集，最终形成富含金、银的铅铋合金熔液；

3）、步骤2）中反应后产生的物质按密度的不同形成三层熔体，从下到上依次为铅铋合金层、铜锍层和还原渣层，铅铋合金层中的铅铋合金溶液经合金虹吸口排放到炉外冷却成块状产品；铜锍层中的铜锍经铜锍排放口间断或连续排出炉体；还原渣层中的还原渣经出渣口间断或连续排出；反应过程中产生的高温烟气经降温除尘和尾气治理后，得到烟尘和达标排放尾气。

上述的铅银铋渣的主要成分的重量百分比为：Pb为30~60%，铋为1~10%，银为0.005%~0.5%，其中铅和铋均以硫酸盐状态存在，银以单质或硫化态形式存在；还原剂为碳粒，碳粒用量与铅银铋渣重量比为1：20~1：3.3，碳粒的固定碳含量不低于60%，粒度为5~50mm；造渣熔剂为氧化铁矿和石子，其配入量按照如下要求进行配料：FeO/SiO₂=0.6~2：1、CaO: SiO₂=0.2~0.8:1，氧化铁铁矿含铁量不低于60%，石子粒度要求为50mm。

上述步骤2）中所述的燃料为氢气，氧气与氢气的用量体积比为1:2~1:4，供气压力为0.1~1.2MPa。

上述步骤3）中所述铜锍层为铜和铁的共熔硫化物，其中还富集有砷。

实施例4：如图1所示，一种从铜冶炼的铅银铋渣中收有价元素的方法，该方法包括以下步骤：

1）、将铅银铋渣、含铜量为5~20%的铜渣、还原剂和造渣熔剂等物料按照重量比为：铅银铋渣：铜渣：还原剂：造渣熔剂=1：2：1：5计量、配料及混合制粒后形成粒料；

2）、打开气体浸没燃烧装置，按每吨物料消耗氧气量为20~200Nm³加入纯度为50~99.99%的氧气和燃料喷到炉内，然后将步骤1）中所制成的料粒加入底吹合金炉内，燃料燃烧放出热量，保持炉内800℃~1200℃的温度，使加入底吹合金炉内物料不断熔化，形成熔池，且在气体的搅拌作用下，物料不断发生化学反应，还原出铅、铋等金属，还原后得到的铅液因为密度较大，沉降到最下层，经气体搅拌不断被吹起，实现铅对铋和金、银金属的捕集，最终形成富含金、银的铅铋合金熔液；

3）、步骤2）中反应后产生的物质按密度的不同形成三层熔体，从下到上依次为铅铋合金层、铜锍层和还原渣层，铅铋合金层中的铅铋合金溶液经合金虹吸口排放到炉外冷却成块状产品；铜锍层中的铜锍经铜锍排放口间断或连续排出炉体；还原渣层中的还原渣经出渣口间断或连续排出；反应过程中产生的高温烟气经降温除尘和尾气治理后，得到烟尘和达标排放尾气。

上述的铅银铋渣的主要成分的重量百分比为：Pb为30~60%，铋为1~10%，银为0.005%~0.5%，其中铅和铋均以硫酸盐状态存在，银以单质或硫化态形式存在；还原剂为煤粒，煤粒用量与铅银铋渣重量比为1：20~1：3.3，煤粒的固定碳含量不低于60%，粒度为5~50mm；造渣熔剂为氧化铁矿和石子，其配入量按照如下要求进行配料：FeO/SiO₂=0.6~2：1、CaO: SiO₂=0.2~0.8:1，氧化铁铁矿含铁量不低于60%，石子粒度要求为50mm。

上述步骤2）中所述的燃料为石油，按石油燃烧消耗氧气量为2~5m³/kg加入石油。

上述步骤3）中所述铜锍层为铜和铁的共熔硫化物，其中还富集有砷。

实施例5：如图1所示，一种从铜冶炼的铅银铋渣中收有价元素的方法，该方法包括以下步骤：

1）、将铅银铋渣、含铜量为5~20%的铜渣、还原剂和造渣熔剂等物料按照重量比为：铅银铋渣：铜渣：还原剂：造渣熔剂=1：2：1：5计量、配料及混合制粒后形成粒料；

2）、打开气体浸没燃烧装置，按每吨物料消耗氧气量为20~200Nm³加入纯度为50~99.99%的氧气和燃料喷到炉内，然后将步骤1）中所制成的料粒加入底吹合金炉内，燃料燃烧放出热量，保持炉内800℃~1200℃的温度，使加入底吹合金炉内物料不断熔化，形成熔池，且在气体的搅拌作用下，物料不断发生化学反应，还原出铅、铋等金属，还原后得到的铅液因为密度较大，沉降到最下层，经气体搅拌不断被吹起，实现铅对铋和金、银金属的捕集，最终形成富含金、银的铅铋合金熔液；

3）、步骤2）中反应后产生的物质按密度的不同形成三层熔体，从下到上依次为铅铋合金层、铜锍层和还原渣层，铅铋合金层中的铅铋合金溶液经合金虹吸口排放到炉外冷却成块状产品；铜锍层中的铜锍经铜锍排放口间断或连续排出炉体；还原渣层中的还原渣经出渣口间断或连续排出；反应过程中产生的高温烟气经降温除尘和尾气治理后，得到烟尘和达标排放尾气。

上述的铅银铋渣的主要成分的重量百分比为：Pb为30~60%，铋为1~10%，银为0.005%~0.5%，其中铅和铋均以硫酸盐状态存在，银以单质或硫化态形式存在；还原剂为碳粒，碳粒用量与铅银铋渣重量比为1：20~1：3.3，碳粒的固定碳含量不低于60%，粒度为5~50mm；造渣熔剂为铁屑和石子，其配入量按照如下要求进行配料：Fe/SiO₂=0.8~2：1、CaO/SiO₂=0.3~0.8:1，氧屑含铁量不低于60%，石子粒度要求为50mm。

上述步骤2）中所述的燃料为粉煤，按粉煤燃烧消耗的氧气量为1~10 m³/kg加入煤粉，使用煤粉时需要使用用于粉煤输送的空气载体。

上述步骤3）中所述铜锍层为铜和铁的共熔硫化物，其中还富集有砷。