專利名稱：消除硫化銅精礦火法冶煉過程產(chǎn)生磁性氧化鐵爐結(jié)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有色冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種消除硫化銅精礦火法冶煉過程產(chǎn) 生磁性氧化鐵爐結(jié)的方法。
背景技術(shù)：
以硫化銅礦為原料煉銅的化學(xué)本質(zhì)是脫硫除鐵。傳統(tǒng)的冶煉方法因冶煉強(qiáng)度不 大，體系的氧勢較低，磁性氧化鐵的危害雖有，但不突出。而現(xiàn)代銅冶金的發(fā)展趨勢是強(qiáng)氧 化熔煉，由于體系氧勢高、冶煉強(qiáng)度大、銅锍品位高，各種渣中磁性氧化鐵的含量升高是導(dǎo) 致渣含銅升高和形成爐結(jié)的重要原因。經(jīng)過氧化反應(yīng)，爐料中鐵的一部分形成Fe3O4，F(xiàn)e3O4 的熔點(diǎn)高(1597°C )在渣中以Fe-O復(fù)雜離子狀態(tài)存在，當(dāng)其量較多時(shí)，會(huì)使?fàn)t渣熔點(diǎn)升高， 比重增大，惡化了渣與锍的沉清分離。當(dāng)熔體溫度下降時(shí)，F(xiàn)e3O4會(huì)析出沉于爐底及底吹、側(cè) 吹爐的風(fēng)口周圍形成爐結(jié)(俗稱蘑菇頭)，使工藝風(fēng)難于送入熔池，危害正常操作。在現(xiàn)代的強(qiáng)氧化熔煉法中，熔池溫度為1150°C 1250°C，高價(jià)硫化物分解產(chǎn)生的 FeS被氧化2FeS+302 = 2Fe0+2S02，AGf500 = -358.70 kJ/(mol. FeS)在強(qiáng)氧化氣氛下，還會(huì)發(fā)生反應(yīng)
_6] 3FeO +全O2 = Fe3°4AGf5oo . _ι 11.93kJ/(mol · Fe3O4)硫化銅精礦在熔池中發(fā)生上述反應(yīng)，產(chǎn)生大量的Fe304。如何消除底吹、側(cè)吹爐風(fēng) 口附近形成的磁性氧化鐵爐結(jié)，是現(xiàn)代銅冶金關(guān)注的焦點(diǎn)和技術(shù)難題。用火法技術(shù)消除爐結(jié)的傳統(tǒng)方法是向熔池中加入黃鐵礦(主要成分為FeS2及 FeS)或硫化銅礦(利用其中的FeS2、FeS等)，在高溫下發(fā)生反應(yīng)2FeS2 = 2FeS+S23Fe304+FeS+5Si02 = 5 (2Fe0 · SiO2) +SO2
4Fe304+S2+6Si02 = 6 (2Fe0 · SiO2) +2S02由于爐結(jié)通常在熔池的中下部，在熔煉過程中比重較輕的石英難于接觸到爐結(jié)， 因此該法消除爐結(jié)的效率不高。國內(nèi)外有銅冶煉廠采用從熔池里加入鑄鐵的方法來消除爐 結(jié)，其化學(xué)反應(yīng)為Fe+Fe304 = 4FeO AG°500 = -63.62kJ / mol < 0該法效果良好，但也有消耗鐵資源、增大渣量的弊端。在現(xiàn)代強(qiáng)氧化熔煉裝置里通常不能創(chuàng)造出渣與锍較好沉清分離的條件，需 要將爐 渣和锍的混合熔體送到沉清分離電爐里進(jìn)行分離，在熔體沒有受強(qiáng)烈攪拌的情況下因渣與 锍不互溶且比重差異大而分層，沉清的結(jié)果是渣在熔池上層，锍(即冰銅)在熔池的下層。 在沉清分離過程中渣中的一部分磁性氧化鐵(Fe3O4)因熔點(diǎn)高和比重大會(huì)沉于電爐底形成 爐結(jié)，使電爐底增厚熔池有效容積減小。為了改變此存在的問題，現(xiàn)在慣用的做法是向電爐 熔池里噴入柴油，讓柴油里的炭氫物質(zhì)做還原劑還原熔體中的磁性氧化鐵，并定期向熔池中投入鑄鐵塊，讓鐵單質(zhì)來消除爐內(nèi)沉積的磁性氧化鐵。單質(zhì)鐵的投入能很有效地消除爐 結(jié)的影響，但增加了渣量同時(shí)也增加了處理成本。噴入熔池中的柴油由于與爐結(jié)中的磁性 氧化鐵反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件差，幾乎沒有消除爐結(jié)的作用。柴油的還原性對降低渣含磁性氧化 鐵的效果也有限，因此棄渣含銅較高(含Cu > 0. 7% )

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種消除硫化銅精礦火法冶煉過程產(chǎn) 生磁性氧化鐵爐結(jié)的新方法。本發(fā)明在爐型為底吹爐、側(cè)吹爐的熔池造锍熔煉過程采取如下方案予以實(shí)現(xiàn)在硫化銅精礦強(qiáng)氧化冶煉過程中加入廢雜銅以破壞爐結(jié)中的Fe304，以含Cu量計(jì) 廢雜銅的加入量為硫化銅精礦量的5 15%，使得送風(fēng)作業(yè)較為順暢；加入廢雜銅也可與硫化銅精礦同時(shí)加入熔煉爐中。具體反應(yīng)步驟為①向冶煉爐中添加廢雜銅，在高溫條件下它可置換出硫化物熔體中的鐵2Cu+FeS = Cu2S+Fe AGf500 = -9.86kJ/(mol ■ Cu)(A)反應(yīng)㈧中的FeS為冰銅中的硫化亞鐵，分析冰銅中的鐵或者是確定了冰銅品位， 就可算出此硫化亞鐵的量。置換出來的Fe單質(zhì)由于比重大存在于熔池的中下部與爐結(jié)中的Fe304充分反應(yīng)Fe+Fe304 = 4FeO AGf500 = -63.62kJ/(mol Fe)(B)②為了加速爐結(jié)的分解，可向熔池中添加造渣劑石英(Si02)，使?fàn)t結(jié)分解產(chǎn)生的 FeO與Si02結(jié)合，生成鐵橄攬石2Fe0+Si02 = 2Fe0 Si02 AGf500 = -9.355kJ/(mol -Si02)(C)使用上述
方法可使?fàn)t結(jié)中的磁性氧化鐵順利還原造渣，。本發(fā)明在渣锍混合熔體電爐沉清分離過程中本發(fā)明采取如下方案予以實(shí)現(xiàn)以含Cu量計(jì)廢雜銅的加入量為進(jìn)入電爐冰銅含F(xiàn)eS量的50% 140%。電爐沉 清分離過程廢雜銅也可與渣锍混合熔體同時(shí)加入電爐中。具體反應(yīng)步驟為①向沉清分離電爐中添加廢雜銅，在高溫條件下它可置換出硫化物熔體中的鐵2Cu+FeS = Cu2S+Fe AGf500 = -9.86kJ/(mol Cu)(A)反應(yīng)(A)中的FeS為渣锍混合熔體送入電爐時(shí)冰銅中的硫化亞鐵，分析冰銅中的 鐵或者是確定了冰銅品位，就可算出此硫化亞鐵的量。使置換出來的Fe與爐底沉積的Fe304發(fā)生反應(yīng)Fe+Fe304 = 4FeO AGf500 = -63.62kJ/(mol Fe)(B)在爐渣貧化溫度下因下列反應(yīng)存在2Cu+FeS+Fe304+2Si02 = Cu2S+2 (2Fe0 Si02)廢雜銅中的銅也能直接還原破壞渣中的Fe304②為了加速磁性氧化鐵的分解，可向熔池中添加造渣劑石英(Si02)，使產(chǎn)生的FeO 與Si02結(jié)合，生成鐵橄攬石
2Fe0+Si02 = 2Fe0 · SiO2 AGf500 = -9.355kJ/(mol-SiO2)(C)使用上述方法可消除爐結(jié)并使棄渣中的磁性氧化鐵降低到5%以下。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)對于底吹和側(cè)吹熔煉，采用本發(fā)明的方法能保證熔煉過程中風(fēng)口不堵氣流順暢，提高了送風(fēng)時(shí)率；對于底吹爐，可以免除停爐從爐子上部往下?lián)v毀爐結(jié)的作業(yè)，使?fàn)t子 可以設(shè)計(jì)為多風(fēng)口、大型化，更具競爭力；對于側(cè)吹爐，可以減少機(jī)械通風(fēng)眼的次數(shù)，延長了 風(fēng)口耐火磚的使用壽命，降低設(shè)備維修費(fèi)。[2]在熔煉過程應(yīng)用本發(fā)明，所產(chǎn)的銅冰銅品位比使用其它還原劑得到提高；(4)在上述任一過程中，廢雜銅中的銅均得到回收，并實(shí)現(xiàn)了廢雜銅中銅與雜質(zhì)的 分離。[5]與現(xiàn)有爐渣電爐貧化技術(shù)相比，本發(fā)明投入的廢雜銅與冰銅中的FeS發(fā)生置 換反應(yīng)產(chǎn)出了金屬鐵，金屬鐵的出現(xiàn)就很容易將爐結(jié)破壞形成氧化亞鐵造渣，過程中廢雜 銅里的銅變成了冰銅，同時(shí)原來冰銅中所含的FeS變化為FeO形成渣相，因此廢雜銅的加入 既消除了爐結(jié)又提高了冰銅品位。在良好的接觸條件下廢雜銅也能降低渣中的磁性氧化 鐵。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 傳統(tǒng)富氧底吹熔煉工藝在配套年產(chǎn)6. 5萬噸粗銅流程中的底吹爐 (Φ4.4Χ16. 5m)上，此爐處理銅精礦的量為每小時(shí)40噸，投入的硫化銅精礦含Cu 22. 14%、含F(xiàn)e 19. 16%、含SiO2 8. 00%，配入常規(guī)所需要的熔劑和燃料，控制正常鼓風(fēng)壓 力0.4 0. 6MPa，鼓入富氧空氣量為12500Nm3/h，富氧(體積)濃度65%，熔池溫度1180 1210°C，得到的銅锍品位55%。在造锍熔煉過程中，采用從放渣口連續(xù)溢流排渣和從冰銅放 出口連續(xù)虹吸放出冰銅的制度。熔煉作業(yè)進(jìn)行到20小時(shí)后鼓風(fēng)壓力升至0. 7 0. 8Mpa,送 風(fēng)逐漸困難。按操作規(guī)程要求，每天進(jìn)行一次清除風(fēng)口爐結(jié)作業(yè)。渣成份經(jīng)檢測如表1。表1傳統(tǒng)底吹工藝熔煉棄渣的Fe3O4及其它成分 在上述傳統(tǒng)工藝作業(yè)條件下，每小時(shí)隨上料皮帶向底吹爐內(nèi)額外加投廢雜銅(平 均含Cu 35% ) 10. 6噸、純度為90%的石英石1. 5噸(石英的加入量按渣中Fe/Si02的比 值在1. 2 1. 8之間確定，鐵來自于銅精礦，精礦中也會(huì)帶入SiO2，但其量通常不夠，需額外 加入熔劑即石英石達(dá)到渣中設(shè)定的鐵硅比。本實(shí)施例中Fe/Si02的比值設(shè)定為1. 7)、無煙 煤(26. 5MJ/kg)0. 4噸。熔煉作業(yè)進(jìn)行到72小時(shí)后鼓風(fēng)壓力仍然維持在0. 4 0. 6Mpa的 正常范圍內(nèi)，送風(fēng)順暢，免除了每天一次清除風(fēng)口爐結(jié)的作業(yè)。得到的銅锍品位73%，爐渣 成份經(jīng)檢測如表2。表2本發(fā)明底吹工藝熔煉棄渣的Fe3O4及其它成分 對比以上生產(chǎn)應(yīng)用結(jié)果，可見采取本發(fā)明的方法有效抑制了爐結(jié)的形成，渣的性 質(zhì)也得到改善，并且廢雜銅得到充分利用。實(shí)施例2 與實(shí)施例1不同的是每小時(shí)隨上料皮帶向底吹爐內(nèi)額外加投廢雜銅(平均含cu 11% ) 18. 6噸、純度為90%的石英石3噸(石英的加入量按渣中Fe/Si02的比值在1. 2 1. 8之間確定，鐵來自于銅精礦，精礦中也會(huì)帶入Si02，但其量通常不夠，需額外加入熔劑即 石英石達(dá)到渣中設(shè)定的鐵硅比。本實(shí)施例中Fe/Si02的比值設(shè)定為1. 3)、無煙煤(26. 5MJ/ kg)0. 4噸。熔煉作業(yè)進(jìn)行到72小時(shí)后鼓風(fēng)壓力仍然維持在0. 4 0. 6Mpa的正常范圍內(nèi)， 送風(fēng)順暢，免除了每天一次清除風(fēng)口爐結(jié)的作業(yè)。得到的銅锍品位70%，爐渣成份經(jīng)檢測如 表2。表2本發(fā)明底吹工藝熔煉棄渣的Fe304及其它成分 實(shí)施例3 富氧頂吹年產(chǎn)27萬噸冰銅(品位56% )流程匹配的沉清分離電爐(行業(yè)內(nèi)也稱 之為貧化電爐)，其爐膛尺寸為21. 5X6X4. 7米，6電極。傳統(tǒng)工藝是每小時(shí)電爐接受由頂 吹爐送來的86噸渣锍混合熔體(混合熔體含銅26. 21 %，含F(xiàn)eS12. 6 %，其中熔煉渣含磁性 氧化鐵為7. 5% )和由轉(zhuǎn)爐送來的21噸吹煉渣(吹煉渣含磁性氧化鐵為46% )，保持爐溫 在1180°C 1220°C，電爐功率維持在每小時(shí)4870千瓦時(shí)，并每小時(shí)向電爐熔池中噴入240 升0號柴油。經(jīng)電爐貧化作用，每小時(shí)得到41噸冰銅(品位56%)和63. 7噸棄渣，棄渣含 Cu 0. 7%、含F(xiàn)e304 9.2%。電爐底凍結(jié)層不能消除并按每天6_8mm在加厚。采用本發(fā)明方法，每小時(shí)沉清分離電爐接受由頂吹爐送來的86噸渣锍混合熔體 (混合熔體含銅26. 21%，含F(xiàn)eS12. 6%，其中熔煉渣含磁性氧化鐵為7.5% )和由轉(zhuǎn)爐送 來的21噸吹煉渣(吹煉渣含磁性氧化鐵為46% )。在電爐的入料口處，每小時(shí)加入含銅 70%的廢雜銅料(碎料粒度2-50mm) 13噸隨渣锍混合熔體進(jìn)入電爐，保持爐溫在1180°C 1220V，電爐功率維持在每小時(shí)7500千瓦時(shí)，并每小時(shí)向電爐熔池中噴入120升0號柴油。 經(jīng)電爐貧化作用，每小時(shí)得到52. 6噸冰銅(品位61% )和74噸棄渣，棄渣含Cu 0. 57%, 含F(xiàn)e304 4. 8%。生產(chǎn)48小時(shí)后探測電爐底凍結(jié)層消除情況，平均熔池深度增加260mm，表 明廢雜銅的加入像鑄鐵的作用一樣，能消除爐結(jié)；廢雜銅也能在硫化亞鐵和石英熔劑的參 與下更有效地將渣中的磁性氧化鐵還原造渣，渣的性質(zhì)大為改善，減少了磁性氧化鐵從渣 中析出的數(shù)量。實(shí)施例4 與實(shí)施例3不同的是每小時(shí)沉清分離電爐接受由頂吹爐送來的86噸渣锍混合熔體(混合熔體含銅26. 21%，含F(xiàn)eS12. 6%，其中熔煉渣含磁性氧化鐵為7. 5% )和由轉(zhuǎn) 爐送來的21噸吹煉渣(吹煉渣含磁性氧化鐵為46% )。在電爐的入料口處，每小時(shí)加入 含銅98%的廢雜銅料(碎料粒度2-50mm) 16. 5噸隨渣锍混合熔體進(jìn)入電爐，保持爐溫在 1180°C 1220°C，電爐功率維持在每小時(shí)7900千瓦時(shí)，并每小時(shí)向電爐熔池中噴入120升 0號柴油。經(jīng)電爐貧化作用，每小時(shí)得到61. 4噸冰銅(品位63%)和61. 1噸棄渣，棄渣含 Cu 0. 53%、含F(xiàn)e3044. 7%。生產(chǎn)48小時(shí)后探測電爐底凍結(jié)層消除情況，平均熔池深度增加 270mm，表明廢雜銅的加入像鑄鐵的作用一樣，能消除爐結(jié)；廢雜銅也能在硫化亞鐵和石英 熔劑的參與下更有效地將渣中的磁性氧化鐵還原造渣，渣的性質(zhì)大為改善，減少了磁性氧 化鐵從渣中析出的數(shù)量。
權(quán)利要求
一種消除硫化銅精礦火法冶煉過程產(chǎn)生磁性氧化鐵爐結(jié)的方法，其特征在于在硫化銅精礦強(qiáng)氧化熔煉過程中或渣锍混合熔體電爐沉清分離過程中加入廢雜銅以破壞渣中的及沉于爐底的Fe3O4；對于爐型為底吹爐、側(cè)吹爐的熔池熔煉過程，以含Cu量計(jì)廢雜銅的加入量為硫化銅精礦量的5～15％；對于電爐沉清分離過程，以含Cu量計(jì)廢雜銅的加入量為進(jìn)入電爐冰銅含F(xiàn)eS量的50％～140％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除硫化銅精礦火法冶煉過程產(chǎn)生磁性氧化鐵爐結(jié)的方法， 其特征在于對于爐型為底吹爐、側(cè)吹爐的熔池熔煉，廢雜銅也可與硫化銅精礦同時(shí)加入熔 煉爐中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除硫化銅精礦火法冶煉過程產(chǎn)生磁性氧化鐵爐結(jié)的方法， 其特征在于對于電爐沉清分離過程廢雜銅也可與渣锍混合熔體同時(shí)加入電爐中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除硫化銅精礦火法冶煉過程產(chǎn)生磁性氧化鐵爐結(jié)的方法 其特征在于所述的廢雜銅含銅為10 98%。
全文摘要
本發(fā)明是一種消除硫化銅精礦火法冶煉過程產(chǎn)生磁性氧化鐵爐結(jié)的方法。它是在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上，通過在冶煉過程中向熔池中投入一定量的廢雜銅和石英，讓廢雜銅中的單質(zhì)銅將熔體中的FeS置換生成Fe單質(zhì)，F(xiàn)e與熔池中的磁性氧化鐵(爐結(jié)的主要成分)反應(yīng)得到FeO，而加入的石英則和FeO造成鐵橄欖石渣除去。本工藝可在熔煉、吹煉、連續(xù)煉銅或渣锍混合熔體電爐沉清分離工序?qū)嵤?。本工藝還有提高冰銅品位，降低渣含銅，改善爐況，實(shí)現(xiàn)廢雜銅中的銅與雜質(zhì)分離的優(yōu)越性。
文檔編號C22B15/00GK101871050SQ20101019988
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月13日
發(fā)明者俞飛, 劉中華, 廖應(yīng)東, 李永祥, 沈強(qiáng)華, 王勇, 王勤, 聶新如, 鐘華, 陰樹標(biāo), 陳雯, 黃善富 申請人:昆明理工大學(xué);云南銅業(yè)(集團(tuán))有限公司;云南銅業(yè)科技發(fā)展股份有限公司;廣東清遠(yuǎn)云銅有色金屬有限公司