铜火法精炼用煤基还原剂的制备方法

摘要

提供一种铜火法精炼使用的煤基新型还原剂以及制备方法，以煤或焦炭作为原料，经过破碎加工成粒度5mm以下制备成含固定碳15－90％、碳氢化合物为主的挥发份2－60％、全硫＜2和其它矿物成份，最终组份为100％的还原剂，再用高压风将其鼓入铜液体之中进行还原过程，当使用含铁较高的煤为还原剂的主体时，可在煤中加入＜10％的除铁剂石英砂，当使用含硫较高的煤为还原剂的主体时，可在煤中加入＜10％的脱硫剂。

说明书

所属技术领域本发明涉及有色冶金领域，尤其是铜火法精炼用煤基还原剂的制备方法。

背景技术现有的铜火法精炼生产工艺原理是在1200-1300℃的炉温下，向铜液中鼓入压缩空气，使空气中的氧与铜液发生反应：

              溶解在铜液中的Cu₂O与铜液中的杂质(Me′)接触使其氧化：

              然后用还原剂(R)进行还原过程，在还原气氛的条件下将铜液中多余的氧除去：

              

目前，世界上在铜精炼反射炉中使用的还原剂主要有：重油、液化石油气、柴油、天然气、氨、丙烷、原木、木炭粉。

使用重油、液化石油气、柴油等石油产品为还原剂时，其较高的价格使生产成本增加，同时由于受地理位置限制使供应受到影响，而且在还原过程中因为燃烧不完全冒出大量的黑烟造成环境污染。

当使用天然气、氨、丙烷这一类还原剂时，受资源条件和工业条件的限制较大。使用这类还原剂时，储存条件要求非常高，在铜冶炼的高温条件下使用时安全问题尤其需引起注意；另一方面，在还原过程中也会因为燃烧不完全冒出大量的黑烟造成环境污染。

当使用原木、木炭粉等作为还原剂时，由于这类还原剂是用自然的生态资源所制的，这样对自然环境会造成较大的影响，如引起砍伐森林、破坏植被、造成水土流失等。

发明内容本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种铜火法精炼使用的煤基新型还原剂作为传统还原剂的替代品以及与之相适应的运用方法，铜精炼炉新型煤基还原剂还原新工艺在工业上应用后，使铜的还原成本明显降低，防止了环境污染，铜冶炼的多项技术经济指标得到改善，同时为煤的非燃料化应用开辟了一条新的途径有着重要的工业价值和环保意义。

本发明是通过以下技术方案实现的：

方法一：在不加任何矿物质的情况下，用煤(包括泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤)或焦炭，破碎加工成粒度小于5mm以下的粉状状态，制成含固定碳15-90％、碳氢化合物为主的挥发份2-60％、全硫＜2和其它矿物成份、最终组份为100％的还原剂，替代前述的各种传统还原剂，再用高压风将其鼓入液体铜之中进行铜火法精炼的还原过程。

方法二：当使用含铁较高的煤为还原剂的主体时，可在煤中加入＜10％的除铁剂石英砂，需与煤一同进行破碎混合均匀后使用，粒度范围可在100-200目之间，视精炼炉铜液杂质、氧化的深浅和鼓入的空气量大小而定。石英在炉渣中的存在可大大降低FeO的活度，使铁进入炉渣而基本上不存留于液体铜之中。粉状混合均匀的煤基还原剂鼓入铜液中后，在脱去铜液中溶解氧的同时可避免煤中的铁污染铜液，达到精炼的目的。

方法三：当使用含硫较高的煤为还原剂的主体时，可在煤中加入＜10％的脱硫剂如碳酸钠、氟化钠、碳酸钙、CaC₂、CaO等。根据情况需要，可以加入一种或几种脱硫剂。使用前与煤一同制成粒度小于5mm以下的粉状状态，混合均匀用于替代前述的各种传统还原剂，将其鼓入液体铜之中，在脱去铜液中的溶解氧的同时可避免煤中的硫污染铜液，达到精炼的目的。

方法四：当使用含硫较高和含铁较高的煤为还原剂的主体时，方法一和方法二可同时使用或先后使用，在脱除铜液中的氧时，可减少或避免煤中的硫和铁进入铜液，达到精炼的目的。

在铜反射炉火法精炼的还原阶段，为了提高精炼效果，可以采用“深度氧化—深度还原”和反复的“氧化—还原”的新工艺以达到除杂还原的目的。也可在反射炉烟道中补充空气，使少量未反应还原剂及其分解物燃烧，使烟气的黑度下降，烟气中悬浮物含量大大降低，使烟气排放符合国家标准。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1.原料来源广泛，廉价易得。为了提高还原过程产物阳极铜的合格率，一般采用低硫低铁低灰分的煤为还原剂的基体。凡是成分符合低硫低铁低灰分的煤，无论是褐煤、烟煤、无烟煤，均可作为还原剂的基体。

2.煤的处理过程与使用过程合二为一，工艺简单。如果煤的杂质成分硫或铁偏高，在作为还原剂使用前，采用机械的方式加入添加剂碳酸钠、碳酸钙、CaC₂、CaO或石英砂，可在脱氧的同时避免杂质成分进入铜液，不引入杂质进入生产流程。

3.利于环境保护。以煤为还原剂的基体，在替代原木、木炭为还原剂时，可直接减少森林的砍伐；在替代前述的所有传统还原剂的条件下，由于在烟道内添加了空气，造成有机物的完全燃烧，使排放的烟气对环境无任何不利影响。

4.成本低。煤作为矿产资源在地质上储量丰富，廉价易得，容易运输、贮存、加工。以脱除单位质量的氧为基准计算，使用煤和添加剂比使用重油、液化石油气、柴油、天然气、氨、丙烷、原木、木炭粉等的成本要低得多。另外还原时工人的劳动程序简化，劳动强度下降，还原剂贮存和运输都比较方便。

以下为本发明的典型实施例。

实施例1

粗铜成分(％)：Cu 98.8，Fe 0.01，S 0.3，其他(略)。

工艺条件：输送风压0.2-0.7Mpa，精炼炉水平烟道和竖直烟道之间具备烟道闸板，氧化终点温度1150-1180℃，炉内气氛控制为还原气氛，炉内正压5-20Pa，炉内渣除净。

在以上工况条件时，把烟煤经过破碎形成粉状作为还原剂，不添加任何矿物质，用输送装置通过高压风将其鼓入液体铜之中进行还原精炼。

还原后的阳极铜成分(％)为：Cu 99.3，Fe 0.005，S 0.015，其他合格。

实施例2

粗铜成分(％)：Cu 98.5，Fe 0.03，S 0.02，其他(略)。

工艺条件：同实施例1。

还原剂为无烟煤，还原时间为1小时，空气搅拌，在烟道中补充空气。

在具备以上工况条件时，把无烟煤经过破碎形成粉状作为还原剂，加入＜10％石英砂等添加剂的矿物质，用专制的输送装置通过高压风将其鼓入液体铜之中进行还原精炼。

还原后的阳极铜成分(％)：Cu 99.0，Fe 0.003，S 0.010，其他合格。

实施例3

粗铜成份(％)：Cu 98.5，Fe 0.0 3，S 0.02，其他(略)。

工艺条件：同实施例1。

还原剂为褐煤，加入＜10％的碳酸钠、石灰石等矿物质，还原时间为1.5小时，空气搅拌，深度还原，适度氧化回调，烟道补充空气。

在具备以上工况条件时，把褐煤经过破碎形成粉状作为还原剂，加入＜10％石英砂等添加剂的矿物质，用专制的输送装置通过高压风将其鼓入液体铜之中进行还原精炼。

还原后的阳极铜成分：Cu 99.5，Fe 0.001，S 0.010，其他合格。

实施例4

粗铜成分(％)：Cu 99.0，Fe 0.01，S 0.4，其他(略)。

工艺条件：同实施例1。

还原剂为褐煤，先加入石英砂，多次扒渣，时间2.2小时，空气搅拌，烟道补充空气。

在具备以上工况条件时，把褐煤经过破碎形成粉状作为还原剂，不添加任何矿物质作为添加剂，用专制的输送装置通过高压风将其鼓入液体铜之中进行还原精炼。

还原后的阳极铜成分：Cu 99.7，Fe 0.002，S 0.005，其他合格。