專利名稱：銅冶煉熱態(tài)爐渣提鐵工藝與裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及銅和鋼鐵冶金技術領域，特別涉及一種銅冶煉熱態(tài)爐渣提鐵工藝與裝置。
背景技術：
目前各種銅冶煉方法產生的熱態(tài)爐渣含Cu大于0.6X，含F(xiàn)e大于40X，目前，世 界上對銅冶煉爐渣回收的重點都放在回收銅方面，對于爐渣中的鐵都沒有回收。爐渣回收 銅的方法主要有兩種第一種是通過各種方式將熱態(tài)爐渣含Cu將到0. 3%以下后，用水淬 方式產生細顆粒黑砂，用于防腐噴砂除銹或廢棄；第二種是將熱態(tài)爐渣緩冷降溫后，用選礦 法回收渣中銅，選礦后產生的含Cu小于O. 30%的尾渣廢棄。銅冶煉熱爐態(tài)渣的這兩種處理 方法主要缺點一是熱爐態(tài)渣的熱量沒有利用，造成能源浪費；二是爐渣中的鐵沒有回收， 造成鐵資源的極大浪費。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種銅冶煉熱態(tài)爐渣提鐵工藝與裝 置，實現(xiàn)鐵資源和能源的回收利用。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案 —種銅冶煉熱態(tài)爐渣提鐵工藝，它的過程為，銅冶煉熱態(tài)爐渣在同一臺爐子內完 成貧化提銅和還原提鐵，提銅在第一熔池即銅貧化區(qū)進行，用電極弧或燃料提供熱能，用氮 氣攪拌使細冰銅顆粒碰撞長大，實現(xiàn)沉降分離，貧化后的渣自動流入第二熔池即鐵還原區(qū)， 用側吹或頂吹方法噴入煤、生石灰、富氧空氣實現(xiàn)還原提鐵。 所述在第二熔池液面上部噴入工業(yè)氧實現(xiàn)CO 二次燃燒，燃燒熱通過傳導和輻射 被噴濺渣吸收后帶入熔體，維持熔體的熱平衡。 所述第一熔池中熔體溫度控制在1250 1350°C ;第二熔池的熔體溫度控制在 1450 155(TC，煙氣溫度1500 1650。C，渣中CaO/Si02重量比為0. 8 1. 2，富氧空氣中 02含量在50 99 % ，爐內壓控制在-20 -lOOPa，，貧化區(qū)渣按質量比含Cu < 0. 3 % ，還
原區(qū)渣按質量比含F(xiàn)e < 2%。 所述可以在還原區(qū)加入石灰石替代生石灰；若銅熱態(tài)爐渣中含？6304較高，則從貧 化區(qū)加入固體冰銅或黃鐵礦還原。 —種銅冶煉熱態(tài)爐渣提鐵工藝用裝置，它包括爐體，爐體用上下部擋墻將爐體內 部分隔為兩個區(qū)第一熔池即銅貧化區(qū)和第二熔池即鐵還原區(qū)；在第一熔池上設有熱銅渣 加料口和冰銅排放口，在第一熔池上部設有氮氣管、燃料燒嘴、電極以及固體加料口 ；在第 二熔池內設有氧氣口和噴嘴口 ，在頂部設有溶劑加料口 ，側面設有爐渣排放口 ，下部設有鐵 水排放口 ；第二熔池與煙道連通。 本發(fā)明的另一種結構為，一種銅冶煉熱態(tài)爐渣提鐵工藝用裝置，它包括爐體，爐體 用上下部擋墻將爐體內部分隔為兩個區(qū)第一熔池即銅貧化區(qū)和第二熔池即鐵還原區(qū)；在第一熔池上設有熱銅渣加料口和冰銅排放口，在第一熔池上部設有氮氣管、燃料燒嘴、電極 以及固體加料口 ；在第二熔池內設有氧氣口，在頂部設有溶劑加料口和噴槍，噴槍內噴出 工業(yè)氧和富氧空氣、煤粉和生石灰，在第二熔池的側面設有爐渣排放口 ，下部設有鐵水排放 口 ；第二熔池與煙道連通。 所述兩個熔池煙氣區(qū)是相通的，還原區(qū)和貧化區(qū)的煙氣熱量可以互補。 所述兩熔池間與銅和鐵水接觸的下部擋墻采用耐火磚，與渣接觸的上部擋墻采用
水冷銅套和溢流口 ；兩個熔池的四周側墻采用水冷銅套加內襯耐火磚結構。 本發(fā)明的原理 銅冶煉熱態(tài)爐渣溫度1250 1350°C ，爐渣成分按重量份為Cu 0. 6 2. 5% ， Fe 40 45%， Si0230 35%， Ca0 1 2%，S 0. 5 0. 7%，其余為雜質。爐渣中銅主要以 Ci^S顆粒機械夾雜形式存在。由于銅比鐵的還原性強，所以，對銅冶煉熱態(tài)爐渣直接還原提 鐵時必然也把銅帶入鐵里。為此，必須首先用貧化法提銅，即將高溫熱融爐渣裝入貧化熔池 內，用電極弧或燃料燒嘴提供熱量，因銅主要以極細的Cu2S顆粒夾雜于爐渣中，故可以通入 氮氣攪拌爐渣，使細小的Cu2S顆粒碰撞長大，從而沉降于熔池底部，達到銅渣分離的目的。 另外，對于強氧化冶煉和高品位冰銅冶煉，爐渣中含有8 16%的Fe3(V增加了爐渣粘度， 阻礙了Ci^S顆粒的沉降分離，所以對于強氧化熔煉的爐渣，可以在第一熔池(銅貧化區(qū))加 入固體冰銅或黃鐵礦，使FeA還原，主要反應FeA+FeS — Fe0+Si02，降低爐渣粘性，促進冰 銅的沉降分離，貧化后得到的冰銅通過冰銅排放口放出。貧化后含銅低于0.3%的渣通過溢 流口流入到第二熔池(鐵還原區(qū))。當?shù)诙鄢匮b滿熱熔渣時，通過埋在渣層下部的噴嘴口 或安裝于爐頂?shù)膰姌寚娙朊?、生石灰和富氧空氣，煤既是還原劑也是熱源，煤中一部分碳將 氧化鐵還原成鐵并生成C0氣體，另一部分碳與氧一次反應生成C0氣體并提供熱量，產生的 鐵由于比重較大沉入熔池底分離，CO等氣體的上升引起渣熔體的噴濺，在渣熔體的上部通 入工業(yè)氧與CO形成二次燃燒，燃燒后的熱量通過傳導和輻射被噴濺渣吸收后帶入熔體。一 次燃燒和二次燃燒保證了爐子的熱平衡。鐵水通過鐵水排放口放出。渣通過爐渣排放口放 出，用于下一步生產水泥熟料或生產微晶玻璃等。煙氣通過余熱鍋爐回收蒸汽用于發(fā)電。
鐵還原區(qū)的主要反應
Fe0+C —Fe+C0 Fe203+C — Fe+C0 C+02 —C0+Q熱 Ca0+Si02 — Ca0 Si02 煙氣區(qū)的反應 C0+02 —C。2+Q熱 本發(fā)明的參數(shù)和指標 貧化區(qū)的熔體溫度1250 1350°C。還原區(qū)的熔體溫度1450 1550。C，煙氣溫度 1500 1650。C，爐內壓-20 -lOOPa ，還原區(qū)渣中Ca0/Si02重量比為0. 8 1. 2，富氧 空氣02含量為50 99%，富氧空氣流量和壓力隨爐子大小而定。氮氣流量和壓力隨爐子 大小而定。貧化區(qū)渣含Cu〈0. 3X，還原區(qū)渣含F(xiàn)e〈2X。銅回收率> 90%，鐵回收率> 95%。 本發(fā)明的優(yōu)點
1.充分回收了銅冶煉爐渣中的銅和鐵，銅回收率>90%，鐵回收率>95%。 2.充分利用了熱態(tài)爐渣的顯熱，節(jié)約了大量能源和成本。 3.在單臺爐子同時實現(xiàn)提銅和提鐵，節(jié)約了大量設備投資和占地面積。 4.提鐵后的渣適宜于做水泥熟料和微晶玻璃等，實現(xiàn)了資源利用最大化和污染的
零排放。


圖1為第一實施例結構示意圖；
圖2為第二實施例結構示意圖。 其中，l.熱銅渣加料口，2.氮氣管，3.電極，4.燃料燒嘴，5.水冷銅套，6.溢流口， 7.噴槍，8.氧氣口，9.鐵水排放口，IO.冰銅排放口，ll.爐渣排放口，12.煙道，13.噴嘴口， 14.第一熔池，15.第二熔池，16.固體加料口，17.溶劑加料口。
具體實施例方式
下面結合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步說明。
實施例1 : 圖l中，它包括爐體，爐體用上下部擋墻將爐體內部分隔為兩個區(qū)第一熔池14即 銅貧化區(qū)和第二熔池15即鐵還原區(qū)；在第一熔池14上設有熱銅渣加料口 1和冰銅排放口 10，在第一熔池14上部設有氮氣管2、燃料燒嘴4、電極3以及固體加料口 16 ;在第二熔池 15內設有氧氣口 8和噴嘴口 13，在頂部則設有溶劑加料口 17，側面設有爐渣排放口 ll，下 部設有鐵水排放口 9。第二熔池15與煙道12連通。 兩個熔池煙氣區(qū)是相通的，還原區(qū)和貧化區(qū)的煙氣熱量可以互補。
兩熔池間與銅和鐵水接觸的下部擋墻采用耐火磚，與渣接觸的上部擋墻采用水冷 銅套5和溢流口 6 ;兩個熔池的四周側墻采用水冷銅套加內襯耐火磚結構。
在冶煉時，將銅冶煉熱渣通過熱銅渣加料口 1送入爐內的第一熔池14(銅貧化 區(qū))，然后用氮氣管2通入氮氣攪拌熔體渣層，使細冰銅顆粒碰撞長大后從渣中沉降，完成 銅渣分離，熱能靠插入電極3提供或靠燃料燒嘴4燃燒燃料提供，沉降的冰銅通過虹吸從 冰銅排放口 IO放出。貧化后的渣通過虹吸從水冷銅套5的溢流口 6自動流入到第二熔池 15 (鐵還原區(qū))，通過下部噴嘴口 13向渣層噴入煤、生石灰、富氧空氣，使鐵從爐渣中還原出 來，通過上部氧氣口 8向爐內通入工業(yè)氧使CO二次燃燒，產生的熱量通過傳導和輻射被噴 濺渣吸收后帶入熔體，維持爐子熱平衡。產生的鐵水通過鐵水排放口 9放出，還原后的爐渣 通過虹吸從爐渣排放口 11排出，高溫煙氣通過煙道12進入余熱鍋爐回收蒸汽用于發(fā)電。
實施例2 : 圖2中，它包括爐體，爐體用上下部擋墻將爐體內部分隔為兩個區(qū)第一熔池14即 銅貧化區(qū)和第二熔池15即鐵還原區(qū)；在第一熔池14上設有熱銅渣加料口 1和冰銅排放口 10，在第一熔池14上部設有氮氣管2、燃料燒嘴4、電極3以及固體加料口 16 ;在第二熔池 15內設有氧氣口 8，在頂部設有溶劑加料口 17和噴槍7，噴槍7內噴出工業(yè)氧和富氧空氣、 煤粉和生石灰，在第二熔池15的側面設有爐渣排放口 11，下部設有鐵水排放口9 ;第二熔池 15與煙道12連通。
兩個熔池煙氣區(qū)是相通的，還原區(qū)和貧化區(qū)的煙氣熱量可以互補。
兩熔池間與銅和鐵水接觸的下部擋墻采用耐火磚，與渣接觸的上部擋墻采用水冷 銅套5和溢流口 6 ;兩個熔池的四周側墻采用水冷銅套5加內襯耐火磚結構。
在冶煉時，將銅冶煉熱渣通過熱銅渣加料口 1送入爐內的第一熔池14(銅貧化 區(qū))，然后用氮氣管2通入氮氣攪拌熔體渣層，使細冰銅顆粒碰撞長大后從渣中沉降，完成 銅渣分離，熱能靠插入電極3提供或靠燃料燒嘴4燃燒燃料提供，沉降的冰銅通過虹吸從 冰銅排放口 IO放出。貧化后的渣通過虹吸從水冷銅套5的溢流口 6自動流入到第二熔池 15 (鐵還原區(qū))，通過噴槍7向渣層噴入煤、生石灰、富氧空氣，使鐵從爐渣中還原出來，通過 噴槍7外部管或氧氣口 8向爐內通入工業(yè)氧使CO二次燃燒，產生的熱量通過傳導和輻射被 噴濺渣吸收后帶入熔體，維持爐子熱平衡。產生的鐵水通過鐵水排放口 9放出，還原后的爐 渣通過虹吸從爐渣排放口 11放出，高溫煙氣通過煙道12進入余熱鍋爐回收蒸汽用于發(fā)電。
實施例3 : 本發(fā)明在整個的冶煉過程中，銅冶煉熱態(tài)爐渣在同一臺爐子內完成貧化提銅和還 原提鐵，提銅在第一熔池即銅貧化區(qū)進行，用電極弧或燃料提供熱能，用氮氣攪拌使細冰銅 顆粒碰撞長大，實現(xiàn)沉降分離。貧化后的渣自動流入第二熔池即鐵還原區(qū)，用側吹或頂吹方 法噴入煤、生石灰、富氧空氣實現(xiàn)還原提鐵。 在第二熔池液面上部噴入工業(yè)氧實現(xiàn)C0 二次燃燒，燃燒熱通過傳導和輻射被噴 濺渣吸收后帶入熔體，維持熔體的熱平衡。 第一熔池中熔體溫度控制在1250°C ;第二熔池的熔體溫度控制在145(TC，煙氣
溫度1500°C ，渣中Ca0/Si02重量比為0. 8 1. 2，富氧空氣中02含量在50% ，爐內壓控制
在-20Pa。貧化區(qū)渣按質量比含Cu < 0. 3%，還原區(qū)渣按質量比含F(xiàn)e < 2%。 從還原區(qū)的溶劑加料口加入石灰石替代生石灰；若銅熱態(tài)爐渣中含？6304較高，則
從貧化區(qū)的固體加料口加入固體冰銅或黃鐵礦還原。
實施例4 : 本發(fā)明在整個的冶煉過程中，銅冶煉熱態(tài)爐渣在同一臺爐子內完成貧化提銅和還 原提鐵，提銅在第一熔池即銅貧化區(qū)進行，用電極弧或燃料提供熱能，用氮氣攪拌使細冰銅 顆粒碰撞長大，實現(xiàn)沉降分離，貧化后的渣自動流入第二熔池即鐵還原區(qū)，用側吹或頂吹方 法噴入煤、生石灰、富氧空氣實現(xiàn)還原提鐵。 在第二熔池液面上部噴入工業(yè)氧實現(xiàn)CO 二次燃燒，燃燒熱通過傳導和輻射被噴 濺渣吸收后帶入熔體，維持熔體的熱平衡。 第一熔池中熔體溫度控制在1300°C ;第二熔池的熔體溫度控制在150(TC，煙氣 溫度1600°C ，渣中CaO/Si02重量比為0. 8 1. 2，富氧空氣中02含量在70% ，爐內壓控制 在-60Pa。 從還原區(qū)的溶劑加料口加入石灰石替代生石灰；若銅熱態(tài)爐渣中含？6304較高，則 在貧化區(qū)的固體加料口加入固體冰銅或黃鐵礦還原。
實施例5 : 本發(fā)明在整個的冶煉過程中，銅冶煉熱態(tài)爐渣在同一臺爐子內完成貧化提銅和還 原提鐵，提銅在第一熔池即銅貧化區(qū)進行，用電極弧或燃料提供熱能，用氮氣攪拌使細冰銅 顆粒碰撞長大，實現(xiàn)沉降分離，貧化后的渣自動流入第二熔池即鐵還原區(qū)，用側吹或頂吹方法噴入煤、生石灰、富氧空氣實現(xiàn)還原提鐵。 在第二熔池液面上部噴入工業(yè)氧實現(xiàn)CO 二次燃燒，燃燒熱通過傳導和輻射被噴 濺渣吸收后帶入熔體，維持熔體的熱平衡。 第一熔池中熔體溫度控制在1350°C ;第二熔池的熔體溫度控制在155(TC，煙氣 溫度165(TC，渣中CaO/Si(^重量比為0. 8 1.2，富氧空氣中02含量在99%，爐內壓控制 在-lOOPa。 從還原區(qū)的溶劑加料口加入石灰石替代生石灰；若銅熱態(tài)爐渣中含？6304較高，則 從貧化區(qū)的固體加料口加入固體冰銅或黃鐵礦還原。
權利要求
一種銅冶煉熱態(tài)爐渣提鐵工藝，其特征是，將銅冶煉熱態(tài)爐渣在同一臺爐子內完成貧化提銅和還原提鐵，提銅在第一熔池即銅貧化區(qū)進行，用電極弧或燃料提供熱能，用氮氣攪拌使細冰銅顆粒碰撞長大，實現(xiàn)沉降分離。貧化后的渣自動流入第二熔池即鐵還原區(qū)，用側吹或頂吹方法噴入煤、生石灰、富氧空氣實現(xiàn)還原提鐵。
2. 如權利要求1所述的銅冶煉熱態(tài)爐渣提鐵工藝，其特征是，所述在第二熔池液面上部噴入工業(yè)氧實現(xiàn)CO 二次燃燒，燃燒熱通過傳導和輻射被噴濺渣吸收后帶入熔體，維持熔體的熱平衡。
3. 如權利要求1所述的銅冶煉熱態(tài)爐渣提鐵工藝，其特征是，所述第一熔池中熔體溫度控制在1250 1350°C ;第二熔池的熔體溫度控制在1450 155(TC，煙氣溫度1500 165(TC，還原區(qū)渣的Ca0/Si02重量比為0. 8 1. 2，富氧空氣中02含量在50 99%，爐內壓控制在-20 -lOOPa，貧化區(qū)渣按質量比含Cu < 0. 3 % ，還原區(qū)渣按質量比含F(xiàn)e < 2 % 。
4. 如權利要求1所述的銅冶煉熱態(tài)爐渣提鐵工藝，其特征是，還原區(qū)加入石灰石替代生石灰；若銅熱態(tài)爐渣中含F(xiàn)e304較高，則在貧化區(qū)加入固體冰銅或黃鐵礦還原。
5. —種權利要求1所述的銅冶煉熱態(tài)爐渣提鐵工藝用裝置，其特征是，它包括爐體，爐體用上下部擋墻將爐體內部分隔為兩個區(qū)第一熔池即銅貧化區(qū)和第二熔池即鐵還原區(qū)；在第一熔池上設有熱銅渣加料口和冰銅排放口，在第一熔池上部設有氮氣管、燃料燒嘴、電極以及固體加料口 ；在第二熔池內設有氧氣口和噴嘴口 ，在頂部設有溶劑加料口 ，側面設有爐渣排放口 ，下部設有鐵水排放口 ；第二熔池與煙道連通。
6. —種權利要求1所述的銅冶煉熱態(tài)爐渣提鐵工藝用裝置，其特征是，它包括爐體，爐體用上下部擋墻將爐體內部分隔為兩個區(qū)第一熔池即銅貧化區(qū)和第二熔池即鐵還原區(qū)；在第一熔池上設有熱銅渣加料口和冰銅排放口 ，在第一熔池上部設有氮氣管、燃料燒嘴、電極以及固體加料口 ；在第二熔池內設有氧氣口，在頂部設有溶劑加料口和噴槍，噴槍內噴出工業(yè)氧和富氧空氣、煤粉和生石灰，在第二熔池的側面設有爐渣排放口 ，下部設有鐵水排放口 ；第二熔池與煙道連通。
7. 如權利要求5或6所述的銅冶煉熱態(tài)爐渣提鐵工藝用裝置，其特征是，所述兩個熔池煙氣區(qū)是相通的，還原區(qū)和貧化區(qū)的煙氣熱量可以互補。
8. 如權利要求5或6所述的銅冶煉熱態(tài)爐渣提鐵工藝用裝置，其特征是，所述兩熔池間與銅和鐵水接觸的下部擋墻采用耐火磚，與渣接觸的上部擋墻采用水冷銅套和溢流口 ；兩個熔池的四周側墻采用水冷銅套加內襯耐火磚結構。
全文摘要
本發(fā)明公開一種銅冶煉熱態(tài)爐渣提鐵工藝與裝置，它將銅冶煉熱態(tài)爐渣在同一臺爐子內完成貧化提銅和還原提鐵，提銅在第一熔池即銅貧化區(qū)進行，用電極弧或燃料提供熱能，用氮氣攪拌使細冰銅顆粒碰撞長大，實現(xiàn)沉降分離。貧化后的渣自動流入第二熔池即鐵還原區(qū)，用側吹或頂吹方法噴入煤、生石灰、富氧空氣實現(xiàn)還原提鐵。本發(fā)明優(yōu)點一是充分回收了銅冶煉爐渣中的銅和鐵，銅回收率＞90％，鐵回收率＞95％；二是充分利用了熱態(tài)爐渣的顯熱，節(jié)約了能源和成本；三是在單臺爐子實現(xiàn)提銅和提鐵，節(jié)約了設備投資和占地面積。
文檔編號C22B7/04GK101705360SQ20091023070
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月26日 優(yōu)先權日2009年11月26日
發(fā)明者周松林 申請人:陽谷祥光銅業(yè)有限公司