本发明涉及金属冶炼技术领域，具体而言，涉及一种铜渣贫化方法。
背景技术
现有的铜冶炼过程中，每冶炼1t铜，会产生2～7t的铜渣，渣中铜及其它金属含量较高。不同冶炼工艺产出渣中的铜含量不同，铜渣中铜含量为0.8～12％，且还含有铅、锌等金属，铅含量约0.5～10％，锌含量约1.0～8％。
目前，国内铜渣主要采用选矿技术进行贫化，主要是将铜渣进行渣缓冷、破碎、细磨等步骤。比如：申请号2014106829920.6的中国专利提出了一种直接回收渣中铁资源的方法，铜渣冷却后造球—烘干—还原—选矿。但该法存在占地面积大、投资成本高、热浪费严重等问题。近年世界铜渣年排放量达到6000万吨以上，我国铜渣年排放量达1500万吨，若全部采用选矿方法对渣进行贫化利用，选矿炉渣的堆存对周边环境造成较大危害，且渣中铅、锌不能得到回收利用，造成较大的资源浪费。
近年来国内外研究人员对火法处理铜渣进行了诸多研究，但尚未有成熟的工艺，主要存在以下缺陷：(1)加入块煤或粉煤进行还原贫化，块煤和粉煤会在熔渣表面漂浮，大量还原剂在烟气中燃烧，未能起到较好的还原作用；且熔池静止，不利于渣中铜锍(金属)的聚集长大，动力学条件较差；(2)还原剂喷吹工艺投资较大、生产成本较高。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种铜渣贫化方法，以解决现有技术中回收处理铜渣时无法兼顾成本低、流程短、效率高、铅锌等重金属无法回收的问题。
本发明的主要目的在于提供一种铜渣贫化方法，其采用的装置包括铜渣贫化处理炉和喂线装置，铜渣贫化处理炉以电热或等离子热为热源，铜渣贫化处理炉设置有铜渣进口、喂线孔及放锍口；铜渣贫化方法包括以下步骤：通过铜渣进口将铜渣通入铜渣贫化处理炉中；利用喂线装置通过喂线孔向铜渣贫化处理炉中喂入碳粉线；在电热或等离子热的作用下，利用碳粉线对铜渣进行还原贫化处理。
进一步地，铜渣贫化处理炉为矿热电炉或等离子炉。
进一步地，还原贫化处理的步骤中，同时向铜渣贫化处理炉中通入添加剂参与还原贫化处理；优选地，添加剂为黄铁矿、硫磺及低冰铜中的一种或多种。
进一步地，铜渣中铜含量为0.8～12wt％，铅含量为0.5～10％，锌含量为1.0～8％；优选地，添加剂的加入量为铜渣重量的1～20％；优选地，将加入的碳粉线中的碳粉重量记为a，将铜渣中铜氧化物、铅氧化物及锌氧化物被还原所需的理论配碳重量记为b，其中a/b＝0.8～2.0；优选地，铜渣为铜熔炼过程中产生的液态铜渣。
进一步地，碳粉线的直径为10～30mm，碳粉线中碳粉的碳含量为50～98％。
进一步地，碳粉线包括碳粉芯层和包覆在碳粉芯层表面的金属外皮，金属外皮为铁皮或铝皮，优选金属外皮的厚度为0.1～0.5mm。
进一步地，在喂入碳粉线的步骤中，将碳粉线的线端置于在铜渣贫化处理炉内的熔体层中，且将铜渣贫化处理炉的内部底壁距熔渣层高度记为h，将铜渣贫化处理炉的内部底壁距碳粉线的线端高度记为h，其中h/h＝1/3～1/2。
进一步地，还原贫化处理的温度为1200～1400℃，时间为1～3h。
进一步地，还原贫化处理的步骤中得到了铜锍、炉渣及尾气，铜渣贫化方法还包括对炉渣进行水淬处理的步骤。
进一步地，铜渣贫化方法还包括对尾气进行后处理的步骤，后处理步骤包括：对尾气进行余热回收处理，得到冷烟气；以及对冷烟气进行收尘处理。
利用本发明提供的铜渣贫化方法，采用喂线工艺将碳粉线喂入铜渣贫化处理炉中，然后以电热或等离子热为热源对铜渣进行还原贫化处理。相比于传统的选矿工艺，利用上述方法处理铜渣，流程简单，能够有效利用铜渣本身从前段工序出来是携带的热量，且该装置占地面积小、设备成本低。同时，该方法能够将铜渣中的铅氧化物和锌氧化物一并进行还原处理，回收其中的铜和少量铅、锌，且避免了如选矿工艺中添加的化学药剂等，不仅为企业带来较大的经济效益，而且大大降低了安全隐患。相比于火法贫化工艺，本发明通过喂线装置可以直接将碳粉线喂入炉体内的熔渣中下部的熔体层中。这样能够使碳粉线中的碳粉更充分地与熔渣中下部的熔体接触，发挥还原剂的功能，从而在较高的贫化动力学条件下将铜渣中的铜氧化物还原为铜锍，其中少量的铅氧化物、锌氧化物也可被还原为相应的金属单质进入尾气中(铅、锌可气化进入尾气)，以方便回收。
基于以上原因，利用本发明提供的铜渣贫化方法能够有效提高铜渣的还原贫化效率，且同时具有流程短、成本低、能够同时回收渣中的铅锌等重金属等有益效果。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明一种实施例的铜渣贫化装置示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、铜渣贫化处理炉；11、炉体；12、加热电极；20、喂线装置；30、余热回收装置；40、收尘装置；50、添加剂料仓；
a、铜渣；b、碳粉线；c、铜锍；d、炉渣；e、尾气。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
正如背景技术部分所描述的，现有技术中回收处理铜渣时无法兼顾成本低、流程短、效率高、铅锌等重金属无法回收。
为了解决上述问题，本发明提供了一种铜渣贫化方法，如图1所示，其采用的装置包括铜渣贫化处理炉10和喂线装置20，铜渣贫化处理炉10以电热或等离子热为热源，铜渣贫化处理炉10设置有铜渣进口、喂线孔及放锍口；铜渣贫化方法包括以下步骤：通过铜渣进口将铜渣a通入铜渣贫化处理炉10中；利用喂线装置20通过喂线孔向铜渣贫化处理炉10中喂入碳粉线b；在电热或等离子热的作用下，利用碳粉线b对铜渣a进行还原贫化处理。
利用本发明提供的铜渣贫化方法，采用喂线装置20将碳粉线喂入铜渣贫化处理炉10中，然后以电热或等离子热为热源对铜渣进行还原贫化处理。相比于传统的选矿工艺，利用上述装置处理铜渣，流程简单，能够有效利用铜渣本身从前段工序出来是携带的热量，且该装置占地面积小、设备成本低。同时，该装置能够将铜渣中的铅氧化物和锌氧化物一并进行还原处理，回收其中的铜和少量铅、锌，且避免了如选矿工艺中添加的化学药剂等，不仅为企业带来较大的经济效益，而且大大降低了安全隐患。相比于火法贫化工艺，本发明通过喂线装置20可以直接将碳粉线喂入炉体内的熔渣中下部的熔体层中。这样能够使碳粉线中的碳粉更充分地与熔渣中下部的熔体接触，发挥还原剂的功能，从而在较高的贫化动力学条件下将铜渣中的铜氧化物还原为铜锍，其中少量的铅氧化物、锌氧化物也可被还原为相应的金属单质进入尾气中，以方便回收。
基于以上原因，利用本发明提供的铜渣贫化装置能够有效提高铜渣的还原贫化效率，且同时具有流程短、成本低、能够同时回收渣中的铅锌等重金属等有益效果。
在一种优选的实施方式中，铜渣贫化处理炉10为矿热电炉或等离子炉。利用矿热电炉或等离子炉，能够为铜渣的贫化过程提供稳定的热量，且加入的碳粉线基本可以完全充当还原剂，能够进一步改善贫化动力学条件，提高生产效率。
在一种优选的实施方式中，在还原贫化处理的步骤中，同时向铜渣贫化处理炉10中通入添加剂参与还原贫化处理；优选地，添加剂为黄铁矿、硫磺及低冰铜中的一种或多种。加入这些添加剂有利于降低炉渣中的铜锍品位，进一步提高铜的回收率。
基于特殊的喂线工艺进行铜渣贫化处理，使得本发明提供的工艺使用的铜渣范围更广，在一种优选的实施方式中，铜渣中铜含量为0.8～12wt％，铅含量为0.5～10％，锌含量为1.0～8％。
为了进一步提高铜渣的贫化效率和铜(少量铅、锌等其他金属)的回收率，添加剂的加入量为铜渣重量的1～20％。更优选地，将加入的碳粉线中的碳粉重量记为a，将铜渣中铜氧化物、铅氧化物及锌氧化物被还原所需的理论配碳重量记为b，其中a/b＝0.8～2.0。此处“铜渣中铜氧化物、铅氧化物及锌氧化物被还原所需的理论配碳重量”是指将这些氧化物还原为金属单质所需的理论碳量。
为了更充分地利用铜渣本身携带的热量，节约能耗，优选地，铜渣为铜熔炼过程中产生的液态铜渣。铜熔炼过程中产出的液态铜锍的温度通常为1180～1250℃。液态铜渣由溜槽或渣包直接转运至铜渣贫化处理炉10中，充分利用液态铜渣余热。
本发明上述贫化方法中采用的碳粉线可以是目前市售的碳粉线，在一种优选的实施方式中，碳粉线的直径为10～30mm，碳粉线中碳粉的碳含量为50～98％。更优选地，碳粉线包括碳粉芯层和包覆在碳粉芯层表面的金属外皮，金属外皮为铁皮或铝皮，优选金属外皮的厚度为0.1～0.5mm。金属外皮在进入炉体11的熔体中后会发生高温熔化，或与其他金属氧化物反应氧化后溶于渣中。
在一种优选的实施方式中，在喂入碳粉线的步骤中，将碳粉线的线端置于在铜渣贫化处理炉10内的熔体层中，且将铜渣贫化处理炉10的内部底壁距熔渣层高度记为h，将铜渣贫化处理炉10的内部底壁距碳粉线的线端高度记为h，其中h/h＝1/3～1/2。这样，一方面碳粉线与熔体的接触更为充分，贫化条件更佳，另一方面熔池中部的金属氧化物完成还原反应之后，可以通过沉降作用进入熔池底部，形成较为稳定的铜锍层，方便排出铜锍。
基于本发明的铜渣贫化工艺具有较好的动力学条件，能够有效缩短贫化周期。在一种优选的实施方式中，还原贫化处理的温度为1200～1400℃，时间为1～3h。
在一种优选的实施方式中，还原贫化处理的步骤中得到了铜锍c、炉渣d及尾气c，铜渣贫化方法还包括对炉渣d进行水淬处理的步骤。炉渣d由放渣口排出，水淬处理，由于炉渣d未经细磨、选矿，未添加任何药剂，渣中铅、锌等重金属已回收利用，因此炉渣d不属于危废，对周边环境影响较低。
在一种优选的实施方式中，铜渣贫化方法还包括对尾气e进行后处理的步骤，后处理步骤包括：对尾气e进行余热回收处理，得到冷烟气；以及对冷烟气进行收尘处理。这样一方面可以回收尾气中的余热加以利用，一方面还能够减少颗粒物排放，提高装置的环保性，并可以回收尾气中携带的因还原生成的铅单质和锌单质。
利用本发明的方法处理铜渣，炉渣中的cu含量可以≤0.5％、pb含量可以≤0.2％、zn含量可以≤0.2％。铜锍中铜含量能够达到40～80％，排出后可以进入后续流程(比如吹炼过程)生产阳极板。
需要说明的是，在实际的贫化处理过程中，还原剂参与贫化后会形成co或co2，尾气中会夹带一部分可燃物，这部分可燃物位于熔渣上方也能够发生部分燃烧，为炉体11提供热量。
根据本发明的另一方面，还提供了一种铜渣贫化装置，如图1所示，其包括铜渣贫化处理炉10和喂线装置20，铜渣贫化处理炉10，以电热或等离子热为热源，铜渣贫化处理炉10设置有铜渣进口、喂线孔及放锍口，铜渣进口用以通入铜渣a，放锍口用以排出还原贫化处理得到的铜锍c；喂线装置20，用于通过喂线孔向铜渣贫化处理炉10中喂入碳粉线b以对铜渣进行还原贫化处理。
利用本发明提供的铜渣贫化装置，采用喂线装置20将碳粉线喂入铜渣贫化处理炉10中，然后以电热或等离子热为热源对铜渣进行还原贫化处理。相比于传统的选矿工艺，利用上述装置处理铜渣，流程简单，能够有效利用铜渣本身从前段工序出来是携带的热量，且该装置占地面积小、设备成本低。同时，该装置能够将铜渣中的铅氧化物和锌氧化物一并进行还原处理，回收其中的铜和少量铅、锌，且避免了如选矿工艺中添加的化学药剂等，不仅为企业带来较大的经济效益，而且大大降低了安全隐患。相比于火法贫化工艺，本发明通过喂线装置20可以直接将碳粉线喂入炉体内的熔渣中下部的熔体层中。这样能够使碳粉线中的碳粉更充分地与熔渣中下部的熔体接触，发挥还原剂的功能，从而在较高的贫化动力学条件下将铜渣中的铜氧化物还原为铜锍，其中少量的铅氧化物、锌氧化物也可被还原为相应的金属单质进入尾气中(铅、锌可气化进入尾气)，以方便回收。
基于以上原因，利用本发明提供的铜渣贫化装置能够有效提高铜渣的还原贫化效率，且同时具有流程短、成本低、能够同时回收渣中的铅锌等重金属等有益效果。
实际贫化过程中，由喂线装置20控制碳粉线的进入速度，碳粉进入熔体后与铜(少量铅、锌)氧化物反应，生成co、co2气体，将以氧化物状态存在的金属还原成金属单质状态，铜等其他金属沉降并由放锍口排出。气体由熔体逸出过程中，还能够起到对熔体的搅拌作用，这样也能够促进金属颗粒聚集长大并沉降，从而促进还原反应的进行。
在一种优选的实施方式中，铜渣贫化处理炉10为矿热电炉或等离子炉。利用矿热电炉或等离子炉，能够为铜渣的贫化过程提供稳定的热量，且加入的碳粉线基本可以完全充当还原剂，能够进一步改善贫化动力学条件，提高生产效率。
在一种优选的实施方式中，如图1所示，铜渣贫化处理炉10包括炉体11和加热电极12，铜渣进口和喂线孔设置在炉体11的顶部，放锍口设置在炉体11的侧下方，且炉体11上还设置有电极孔；加热电极12穿过电极孔延伸至炉体11的内容，用以向炉体11供热。在实际操作过程中，通过电源向加热电极12供电，进而利用加热电极12为炉体11内部的铜渣体系进行供热。上述加热电极12的数目可以根据炉体11容量、铜渣处理量进行调整，这是本领域技术人员都应理解的。
为了更方便地进行喂线操作，并更方便地控制喂线的高度，在一种优选的实施方式中，喂线孔为多个，多个喂线孔分布在炉体11的顶部。将喂线孔分布在炉体11的顶部，通过喂线装置20将碳粉线喂入喂线孔后，碳粉线即可在自身的重力下进入熔体内部与熔体接触，且该过程中方便控制线端高度。另外，设置多个喂线孔，可以在不同的位置喂入碳粉线，有利于进一步提高贫化还原的效率。优选地，喂线孔为3～8个，喂线孔的孔径为30～100mm。
在一种优选的实施方式中，炉体11的相对于放锍口的一侧下部还设置有放渣口，放渣口用以排出还原贫化处理过程中产出的炉渣d。如图1所示，在实际的生产过程中，炉体11内的贫化体系中，位于下方的是铜锍，位于上部的是浮在熔体表面的一些熔渣。因此，利用放渣口可以将这些熔渣排出。优选地，铜渣贫化装置还包括渣冷却装置，渣冷却装置用以对放渣口排出的炉渣d进行冷却。具体的冷却方式可以采用本领域常用的冷却形式，比如水淬等。
为了进一步提高铜渣的贫化效果，在一种优选的实施方式中，炉体11的顶部还设置有添加剂入口，添加剂入口用以通入添加剂。该添加剂可以是硫化剂、捕集剂等，有利于降低炉渣中的铜锍品位，进一步提高铜的回收率。
在一种优选的实施方式中，添加剂入口与铜渣进口位于同一位置。这样可以在同一位置加入添加剂和铜渣，提高操作便利性。优选地，铜渣贫化装置还包括添加剂料仓50，添加剂料仓50与添加剂入口相连，用以提供添加剂。
在一种优选的实施方式中，铜渣贫化处理炉10还设置有尾气出口，铜渣贫化装置还包括余热回收装置30和收尘装置40，余热回收装置30设置有热烟气进口和冷烟气出口，热烟气进口与尾气出口相连；收尘装置40与冷烟气出口相连。这样一方面可以回收尾气e中的余热加以利用，一方面还能够减少颗粒物排放，提高装置的环保性，且能够回收尾气中携带的被还原出来的铅单质和锌单质。
以下通过实施例进一步说明本发明的有益效果：
实施例1
利用图1所示铜渣贫化装置进行铜渣的贫化，其中贫化炉如图1所示，炉体内部设置有三个加热电极，电极延伸至腔体中的部分的体积占腔体总容积的4％，电极的功率密度为200kw/m2，工艺条件如下：
将铜渣加入炉内，提升炉内渣的温度至1400℃；开始将碳粉线进行喂线(炉体上方设置有5个喂线孔)，碳粉线包括碳粉芯层和包覆在碳粉芯层表面的铁皮，铁皮厚度为0.1mm，碳粉线的直径为10mm，碳粉中的碳含量含量为98％；将加入的碳粉线中的碳粉重量记为a，将铜渣中铜氧化物、铅氧化物及锌氧化物被还原所需的理论配碳重量记为b，其中a/b＝0.8。喂线过程中，将碳粉线的线端置于在铜渣贫化处理炉内的熔体层中，且将铜渣贫化处理炉的内部底壁距熔渣层高度记为h，将铜渣贫化处理炉的内部底壁距碳粉线的线端高度记为h，其中h/h＝1/3；在炉体中加入黄铁矿进一步捕集渣中的铜金属，加入量为熔炼渣总重量的3％；所得铜锍返回熔炼炉。
处理结果：年处理铜熔炼渣20万吨，铜渣含铜3.5％，含铅0.95％，含锌2.76％；铜渣处理后尾渣含铜0.32％，含铅0.06％，含锌0.12％；铜锍的铜品位在35.12％。整个系统铜回收率约90.54％，铅回收率约为98.5％，锌回收率96％。
实施例2
采用的装置及工艺同实施例1，不同之处在于：h/h＝1/2。
处理结果：年处理铜熔炼渣20万吨，铜渣含铜3.5％，含铅0.95％，含锌2.76％；铜渣处理后炉渣含铜0.35％，含铅0.09％，含锌0.17％；铜锍的铜品位在33.81％。整个系统铜回收率约88.8％，铅回收率约为95.6％，锌回收率93％。
实施例3
采用的装置及工艺同实施例1，不同之处在于：h/h＝2/3。
处理结果：年处理铜熔炼渣20万吨，铜渣含铜3.5％，含铅0.95％，含锌2.76％；铜渣处理后炉渣含铜0.33％，含铅0.08％，含锌0.14％；铜锍的铜品位在34.25％。整个系统铜回收率约89.6％，铅回收率约为97.0％，锌回收率94.5％。
实施例4
采用的装置及工艺同实施例1，不同之处在于：黄铁矿的加入量为铜渣总重量的20％，a/b＝2.0。
处理结果：年处理铜熔炼渣20万吨，铜渣含铜3.5％，含铅0.95％，含锌2.76％；铜渣处理后尾渣含铜0.30％，含铅0.04％，含锌0.10％；铜锍的铜品位在36.5％。整个系统铜回收率约91.3％，铅回收率约为98.9％，锌回收率98.2％。
实施例5
采用的装置及工艺同实施例1，不同之处在于：黄铁矿的加入量为铜渣总重量的1％，a/b＝0.7。
处理结果：年处理铜熔炼渣20万吨，铜渣含铜3.5％，含铅0.95％，含锌2.76％；铜渣处理后炉渣含铜0.40％，含铅0.12％，含锌0.21％；铜锍的铜品位在30.54％。整个系统铜回收率约85.2％，铅回收率约为87.0％，锌回收率91.3％。
对比例1
采用的装置及工艺同实施例1，不同之处在于：未采用喂线工艺，而是将等量的碳粉直接通过加料孔加在炉体中。
处理结果：年处理铜熔炼渣20万吨，铜渣含铜3.5％，含铅0.95％，含锌2.76％；铜渣处理后炉渣含铜1.05％，含铅0.56％，含锌0.98％；铜锍的铜品位在23.38％。整个系统铜回收率约73.1％，铅回收率约为63.8％，锌回收率74.7％。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
利用本发明提供的铜渣贫化装置，采用喂线工艺将碳粉线喂入铜渣贫化处理炉中，然后以电热或等离子热为热源对铜渣进行还原贫化处理。相比于传统的选矿工艺，利用上述装置处理铜渣，流程简单，能够有效利用铜渣本身从前段工序出来是携带的热量，且该装置占地面积小、设备成本低。同时，该装置能够将铜渣中的铅氧化物和锌氧化物一并进行还原处理，回收其中的铜和少量铅、锌，且避免了如选矿工艺中添加的化学药剂等，不仅为企业带来较大的经济效益，而且大大降低了安全隐患。相比于火法贫化工艺，本发明通过喂线装置可以直接将碳粉线喂入炉体内的熔渣中下部的熔体层中。这样能够使碳粉线中的碳粉更充分地与熔渣中下部的熔体接触，发挥还原剂的功能，从而在较高的贫化动力学条件下将铜渣中的铜氧化物还原为铜锍，其中少量的铅氧化物、锌氧化物也可被还原为相应的金属单质进入尾气中，以方便回收。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。