一种硫化铜精矿连续熔炼粗铜的冶炼炉及其熔炼方法

摘要

一种硫化铜精矿连续熔炼粗铜的冶炼炉及其熔炼方法。所述冶炼炉是前端顶吹熔炼、中间电炉沉降、末端冰铜连续吹炼的一体式冶金炉，包括有底部依序连通的前端顶吹熔炼炉、中间沉降电炉、末端冰铜连续吹炼炉，熔炼方法是不需要经过转炉连续地将硫化铜精矿熔炼成冰铜和炉渣的混合熔体后连续进行冰铜与炉渣沉降分离再连续将冰铜吹炼成粗铜。本发明可连续完成硫化铜精矿熔炼成冰铜和炉渣的混合熔体、冰铜和炉渣的沉降分离、冰铜连续吹炼为粗铜的三个冶金过程，设备结构及操作工艺简单、能耗低、环保、安全。

说明书

技术领域

本发明涉及有色金属冶金设备及方法技术林瑜，具体涉及硫化铜精矿的火法冶炼设备及 方法。

背景技术

硫化铜精矿冶炼生产铜的方法一般分为两个主要冶炼生产工艺步骤，第一步是将硫化铜 精矿冶炼为冰铜和低铜的炉渣，第二步是将冰铜吹炼成粗铜。传统的铜冶炼工艺为用鼓风炉 熔炼铜精矿和用反射炉吹炼冰铜为粗铜，特点是工艺方法简单，规模小、能耗高、劳动强度 大，环境污染严重。

围绕着大气污染防控和节能两个中心课题，不同国家发展了许多各具特点的炼铜新工 艺，并得到工业应用。其中，将硫化铜精矿熔炼为冰铜的新方法主要包括：(1)诺兰达炼铜 法：由加拿大诺兰达矿业公司开发于1967年。所用的诺兰达炉实际上是一座超大尺寸的PS 转炉，带有回转驱动装置的炉外壳，内衬铬镁砖。诺兰达炼铜炉既可以直接生产粗铜，也可 以生产高品位冰铜，但直接生产粗铜存在粗铜质量较差，硫及稀散元素等杂质含量高、渣含 铜高、炉子寿命短等缺点。(2)三菱连续炼铜法：系日本三菱金属公司开发于1974年。该方 法是由熔炼炉(S炉)、吹炼炉(C炉)和炉渣贫化电炉(CL炉)三座炉相互独立、但冰铜和 炉渣由溜槽相互连通的炉子组成。熔炼炉产出的高品位冰铜和炉渣混合物连续地流入电炉澄 清分离，分离出的炉渣连续地流出水淬，冰铜连续地流入吹炼炉。吹炼炉产出的粗铜连续地 流出入阳极炉，少量吹炼渣连续地水淬返回熔炼炉。熔炼炉(S炉)、电炉(CL炉)、吹炼炉 (C炉)及2台阳极炉必须同时运行，并且紧密关联。该方法的缺点是三座炉子之间关联度 太高，互相制约性较大，操作稍有不慎就导致工艺难以连续，因此该工艺目前推广应用少。 (3)INCO氧气闪速熔炼法：亦称国际镍公司氧气闪速熔炼。该方法是含水份为0.1％的干燥 炉料和含氧95％的工业氧气从炉子两端的精矿喷嘴水平喷入炉内。精矿喷嘴为内衬陶瓷的水 冷不锈钢管。生成品位45～55％的冰铜送PS转炉吹炼。含铜约0.7％的炉渣直接水碎废弃。含 SO₂为70～80％的烟气自设于炉子中部的上升烟道排出并直接送烟气收尘系统。烟气用以制造 液体二氧化硫、元素硫或硫酸。该方法的缺点是铜精矿熔炼辅助配套设施多，物料需要做炉 前预处理，冶炼成本高，炉子对入炉前物料性能要求高。(4)特尼恩特转炉熔炼法：是智利 国家铜业公司特尼恩特分公司的卡勒托内斯冶炼厂研发的在转炉中吹炼冰铜的同时加入铜精 矿进行熔炼的技术。其原理是将普通冰铜吹炼过程大量的剩余热用于熔化铜精矿。所使用的 设备基本与PS转炉或诺兰达炉相似。该方法的特点和不足是大量精矿入炉前需干燥处理，对 精矿入炉含水控制要求高，炉前处理成本高，熔炼产出的渣含铜较高，还需要配套还原沉降 炉渣的回转炉，以便降低渣含铜。(5)顶吹自热熔炼法：该方法是苏联北方镍业公司首先采 用，用来处理铜镍精矿。顶吹自热熔炼法的原理类似于瓦纽科夫法。它是一个固定的在炉子 顶部设精矿加入口和氧气顶吹喷枪，使用95％浓度的工业氧气。氧枪距液面保持一定高度， 靠高压气流的冲击，搅动熔体和氧化精矿。产出品位60％的冰铜送转炉吹炼，炉渣含铜约1.5％ 送电炉贫化处理。该方法的特点和不足是处理能力小，仅能通过增加炉子来提高产能，熔炼 过程产出的渣含铜较高，炉内渣铜分离效果差。(6)IAS/Ausmelt熔炼法：属于熔池熔炼范 畴，已广泛用于铜、锡、铅、钢铁等领域。近10年来发展较快，全世界已建或在建的已超过 40家。顶吹浸没熔炼法技术具有熔炼浓度高，炉体密封性好，车间环保条件好，结构简单， 精矿无需专门干燥，投资相对较低等优点。该方法的缺点是处理能力难以实现突破，目前只 能通过增加炉子来实现产量提升。(7)奥托昆普闪速熔炼：奥托昆普闪速炉工业化于1949年， 目前世界铜产量的50％左右由奥托昆普闪速炉生产。单台闪速炉最大铜产量超过400kt。因 为要设置精矿深度干燥装置、闪速炉安装大量铜水套等原因，当设计规模较小时，存在单位 产量的建设投资偏高的问题。将冰铜吹炼成粗铜的工艺方法主要是采用PS转炉。PS转炉是 被普遍采用的传统工艺，世界上大约85％的冰铜采用转炉吹炼。PS转炉吹炼技术成熟可靠， 但是因PS转炉间断操作、烟气量波动大、炉口漏风率高、SO₂烟气泄漏等原因，导致低空烟 气污染等问题难以根治。为此国内外都在研究开发和推广使用连续吹炼新工艺取代PS转炉， 或对PS转炉设备进行改良，如闪速吹炼、Ausmelt顶吹浸没吹炼、霍勃肯虹吸转炉等，改良 后，工艺吸收了闪速吹炼处理能力大、沉降面积大、产渣率低的优点，吸收了Ausmelt顶吹 浸没吹炼对物料性能要求低、无需炉前处理、脱杂能力强的优点，吸收了霍勃肯虹吸转炉冰 铜虹吸进吹炼区域，直接吹炼，实现冰铜与熔炼炉渣分离的优点等，摒弃前面所述各炉型缺 点。

上述设备和方法不仅设备复杂、投资大、工艺复杂，而且都存在一个共同的问题，即将 硫化铜精矿冶炼为冰铜和低铜的炉渣工艺与将冰铜吹炼成粗铜的工艺不连续，两段工艺之间 需要转炉，即要将前段工艺的熔炼得到的冰铜和低铜炉渣和混合熔体通过中间设备转移到吹 炼粗铜的吹炼炉，耗能、费时、工效低，转炉过程烟气溢出对环境污染大，还存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术存在的问题，提供一种可连续完成硫化铜精矿熔炼成 冰铜和炉渣的混合熔体、冰铜和炉渣的沉降分离、冰铜连续吹炼为粗铜的三个冶金过程，设 备结构及操作工艺简单、能耗低、环保、安全的硫化铜精矿连续熔炼粗铜的冶炼炉及其熔炼 方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种硫化铜精矿连续熔炼粗铜的冶炼炉，所述冶炼炉是前端顶吹熔炼、中间电炉沉降、 末端冰铜连续吹炼的一体式冶金炉，包括有底部依序连通的前端顶吹熔炼炉、中间沉降电炉、 末端冰铜连续吹炼炉；所述前端顶吹熔炼炉包括顶部设有硫化铜精矿入口的熔炼区炉体、从 熔炼区炉体顶部插入熔炼区炉膛的硫化铜精矿熔炼喷枪、设置于熔炼区炉体顶部的熔炼烟气 出口；所述中间沉降电炉包括有电炉区炉体、设置于电炉区炉体炉壁上的电炉渣排放口、从 电炉区炉体顶部插入电炉区炉膛的电极、设置于电炉区炉体顶部的沉降电炉区烟气排放口； 所述末端冰铜连续吹炼炉包括有顶部设置有吹炼熔剂加入口的吹炼区炉体、从吹炼区炉体顶 部插入吹炼区炉膛的吹炼喷枪、设置于吹炼区炉体底部的粗铜放出口、设置于吹炼区炉体炉 壁的吹炼炉渣放出口、设置于吹炼区炉体炉顶部的吹炼区烟气出口；熔炼区炉膛的底部与电 炉区炉膛的底部连通，电炉区炉膛的底部与吹炼区炉膛的底部连通。

本发明熔炼区炉膛的底面和电炉区炉膛的底面为向后逐渐降低的连续斜面，吹炼区炉膛 的底面低于电炉区炉膛的底面。

一种硫化铜精矿连续熔炼粗铜的冶炼炉的熔炼方法，该方法是不需要经过转炉连续地将 硫化铜精矿熔炼成冰铜和炉渣的混合熔体后连续进行冰铜与炉渣沉降分离再连续将冰铜吹炼 成粗铜，具体为：将冶炼物料从前端顶吹熔炼炉的硫化铜精矿入口加入到熔炼区炉膛下部的 混合熔体熔池中，将氧气和压缩空气从熔炼喷枪喷入熔炼熔池中，将硫化铜精矿氧化熔炼， 得到液态冰铜和炉渣的混合熔体，含SO₂的烟气从熔炼烟气出口排出；液态冰铜和炉渣的混合 熔体通过熔炼区炉膛与电炉区炉膛的底部通道直接流入中间沉降电炉，在电炉区炉膛内沉降 分离成冰铜层和浮于冰铜层上的电炉渣层，通过电极通电加热保持熔体温度，电炉区产生的 烟气通过沉降电炉区烟气排放口排出炉外，电炉渣从电炉渣排放口排放出炉外；沉降于电炉 区炉膛底部的冰铜通过电炉区炉膛与吹炼区炉膛底部的通道流入末端冰铜连续吹炼炉，从吹 炼熔剂加入口加入熔剂与吹炼区炉膛下部吹炼区熔池冰铜和冰铜层上的吹炼炉渣混合，将氧 气和压缩空气通过吹炼喷枪加入到吹炼区熔池炉渣层中，将冰铜吹炼成粗铜，吹炼产生的烟 气通过吹炼区炉膛并经吹炼区烟气出口排出炉外；吹炼产生的粗铜通过粗铜放出口放出炉外。

本发明方法含SO₂的烟气从熔炼烟气出口排出后，可经余热锅炉和收尘处理后送去制酸。 电炉区产生的烟气通过沉降电炉区烟气排放口排出炉外后，可进行收尘和尾气处理。吹炼产 生的烟气通过吹炼区炉膛并经吹炼区烟气出口排出炉外后，也可进行收尘和尾气处理。

本发明克服了过去铜冶炼工艺存在的不足，主要优点在于：

(1)只需要用一座冶金炉就可以连续地完成硫化铜精矿熔炼成冰铜和炉渣的混合熔体、 冰铜和炉渣的沉降分离、冰铜连续吹炼为粗铜的三个冶金过程，一步冶炼出高质量的粗铜， 得到的粗铜含铜量大于98％，熔炼渣含铜量小于0.65％，吹炼渣含铜量小于12％。

(2)冰铜和炉渣热量得到充分利用，节能效果明显。

(3)采用本发明方法，SO₂浓度波动小，冶炼炉产生的烟气含SO₂浓度稳定在8～15％， 尾气可以实现连续稳定地制酸，SO₂的利用率大于98％，环保条件好，最终尾气可实现达标排 放。

(4)采用本发明方法，原料制备简单，除了沉降电炉需要消耗一定电能外，熔炼和吹炼 均实现自热熔炼，不需要外加燃料，能耗低。

附图说明

图1是本发明冶炼炉的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示的硫化铜精矿连续熔炼粗铜的冶炼炉是前端顶吹熔炼、中间电炉沉降、末端 冰铜连续吹炼的一体式冶金炉，包括有底部依序连通的前端顶吹熔炼炉、中间沉降电炉、末 端冰铜连续吹炼炉；所述前端顶吹熔炼炉包括顶部设有硫化铜精矿入口1的熔炼区炉体5、 从熔炼区炉体顶部插入熔炼区炉膛4的硫化铜精矿熔炼喷枪2、设置于熔炼区炉体顶部的熔 炼烟气出口3；所述中间沉降电炉包括有电炉区炉体7、设置于电炉区炉体炉壁上的电炉渣排 放口10、从电炉区炉体顶部插入电炉区炉膛17的电极21、设置于电炉区炉体顶部的沉降电 炉区烟气排放口22；所述末端冰铜连续吹炼炉包括有顶部设置有吹炼熔剂加入口18的吹炼 区炉体11、从吹炼区炉体顶部插入吹炼区炉膛16的吹炼喷枪19、设置于吹炼区炉体底部的 粗铜放出口12、设置于吹炼区炉体炉壁的吹炼炉渣放出口15、设置于吹炼区炉体炉顶部的吹 炼区烟气出口20；熔炼区炉膛4的底部与电炉区炉膛17的底部连通，电炉区炉膛17的底部 与吹炼区炉膛16的底部连通。熔炼区炉体5上部与电炉区炉体7上部之间以及电炉区炉体7 上部与吹炼区炉体11上部之间分别由隔墙23、24分隔为互不连通的三个区域。熔炼区炉膛 4的底面和电炉区炉膛17的底面为向后逐渐降低的连续斜面，吹炼区炉膛16的底面低于电 炉区炉膛17的底面，以使熔炼区炉膛的液态冰铜和炉渣的混合熔体能够依靠自重顺利地自行 流入电炉区炉膛，电炉区炉膛的冰铜液体能够依靠自重顺利地自行流入吹炼区炉膛。

本发明将硫化铜精矿连续熔炼成粗铜的熔炼方法，不需要经过转炉即可连续地将硫化铜 精矿熔炼成冰铜和炉渣的混合熔体后连续进行冰铜与炉渣沉降分离再连续将冰铜吹炼成粗 铜，具体为：将冶炼物料从前端顶吹熔炼炉的硫化铜精矿入口1加入到熔炼区炉膛4下部的 混合熔体熔池6中，将氧气和压缩空气从熔炼喷枪2喷入熔炼熔池中，将硫化铜精矿氧化熔 炼，得到液态冰铜和炉渣的混合熔体，含SO₂的烟气从熔炼烟气出口3排出，经余热锅炉和收 尘处理后送去制酸。液态冰铜和炉渣的混合熔体通过熔炼区炉膛4与电炉区炉膛17的底部通 道直接流入中间沉降电炉，在电炉区炉膛17内沉降分离成冰铜层9和浮于冰铜层上的电炉渣 层8，通过电极21通电加热保持熔体温度，电炉区产生的烟气通过沉降电炉区烟气排放口22 排出炉外，进行收尘和尾气处理，电炉渣从电炉渣排放口10排放出炉外。沉降于电炉区炉膛 底部的冰铜通过电炉区炉膛与吹炼区炉膛底部的通道流入末端冰铜连续吹炼炉，从吹炼熔剂 加入口18加入熔剂17与吹炼区炉膛16下部吹炼区熔池冰铜和冰铜层上的吹炼炉渣14混合， 将氧气和压缩空气通过吹炼喷枪19加入到吹炼区熔池炉渣层中，将冰铜吹炼成粗铜13，吹 炼产生的烟气通过吹炼区炉膛16并经吹炼区烟气出口20排出炉外，进行收尘和尾气处理。 吹炼产生的粗铜13通过粗铜放出口12放出炉外。

本发明提供了一种硫化铜精矿连续熔炼成冰铜——冰铜与炉渣沉降分离——冰铜吹炼成 粗铜的新型设备及其连续熔炼的新方法，将前端顶吹熔炼、中间电炉沉降、末端冰铜连续吹 炼形成一个连续不断的生产过程，具有生产效率高、设备及工艺简单、能耗低、环保安全等 显著优点。