一种铅冰铜高效吹炼方法及吹炼装置与流程

本发明涉及火法炼铜领域，特别是一种铅冰铜高效吹炼方法及吹炼装置。

背景技术：

1、铅冰铜是粗铅初步火法精炼产生的一种含铜、铅较高的中间产物，主要含有cu2s、pbs、fes等金属硫化物以及一定量的as、sb、ag等元素。根据初步火法精炼的工艺不同，铅冰铜成分差异较大。一种是熔铅锅脱铜工艺，得到含铜10-15％的铜浮渣，铜浮渣处理过程中通常加入纯碱、铁屑、黄铁矿和焦炭，得到铅冰铜、粗铅和炉渣。这种铅冰铜通常含以下质量分数的成分cu 25-55％，fe 10-20％，pb 10-35％，s 8-13％。另一种是粗铅采用连续精炼炉脱铜工艺，这种工艺可以直接得到含铜45％-55％的铅冰铜，含铅20％左右，含铁、硫很低，大部分铜铅以合金的形态存在。目前，对铅冰铜中有价金属处理工艺通常分为湿法和火法两种，湿法冶炼工艺主要有酸浸法、氯化浸出法、氨浸法等，由于湿法处理在浸出时会产生大量的铅渣，固液分离及后续废渣处置较为困难，因此应用较少。

2、目前铅冶炼企业主要采用火法工艺处理铅冰铜，其中又大致分为传统火法吹炼和转炉熔池吹炼两类。传统火法处理工艺有反射炉法、鼓风炉法等，这些方法存在一些问题：一是效率低，吹炼一炉铅冰铜一般需要3～7天；二是能耗高，尤其是反射炉热效率仅为30％左右；三是机械化、自动化水平低；四是不能将铜铅比较彻底的分离，要经过2-3道工序才能得到粗铜。近年来有企业采用转炉富氧底吹等方法，将铅冰铜加入炉内并配加一定量的硅质熔剂和粒煤，同时向熔池内部鼓风，使杂质氧化上浮造渣，高品位冰铜沉于下层，仍需进一步处理才能得到粗铜，也没有直接产出粗铜的报道。

3、由于铅冰铜化学成分复杂，目前尚未开发出较为理想的处理工艺，不能满足当前固废处置低碳、环保、高效的要求，这一直以来是铅冶炼资源综合回收的难题。

4、公开号为cn113817924a的中国专利公开了一种铜浮渣熔炼生产粗铜的方法，该发明的方法熔炼强度高，能够高效处理铜浮渣并一步产出粗铅、粗铜产品，降低后续工艺处理难度。该发明的方法处理的原料为铜浮渣，该发明的方法铜铅在不同区域分别熔炼，第一可以分隔熔炼区和吹炼区上部烟气，方便两个空间分别控制气体分压，实现不同阶段的功能；第二可以防止熔炼渣和铜吹炼渣混溶，实现含铜废渣的高效循环利用；第三可以实现冰铜向吹炼区的流动；因而通过分区熔炼的方法，各组分分离效果更好，金属回收率高。该发明的方法中，熔炼后，铅液层温度为700～800℃，可降低粗铅中含铜量，也可增加铜的回收率。上述已公开专利存在以下缺陷：

5、(1)上述已公开专利处理的原料是铜浮渣，铜浮渣在装置左侧进行熔炼，随后进入右侧吹炼区域，进入吹炼区域的为熔融的冰铜，因此仅采用单独顶吹即可进行吹炼、造渣；

6、(2)上述已公开专利所采用的双区炉结构开炉阶段操作难度较大，侧吹熔炼炉开炉时易出现炉缸热量不足、焦炭堆积等问题，单纯依靠侧吹喷枪对风口以下区域提温效果有限。

7、(3)上述已公开专利所采用的双区炉在熔炼过程中，当原料或炉况波动时，如熔池温度偏低，挡墙区域通道易出现堵塞，且长时间热态冲刷挡墙结构易侵蚀，热态下难以维修，需停炉。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种铅冰铜高效吹炼方法及吹炼装置，实现快速造渣，实现铅冰铜的深度除杂，制得高品位粗铜，解决了铅冰铜处理工艺中铜铅分离不彻底、冶炼效率低的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种铅冰铜吹炼装置，包括中空的炉缸，所述炉缸上开设有加料口，所述炉缸下部从下至上开设有铜口和渣口，所述炉缸上方安装有升降装置，所述升降装置位于竖直方向上的主轴固定连接有顶吹喷枪，所述炉缸的上部安装有侧吹喷枪，所述侧吹喷枪包括水冷风口，所述水冷风口外侧包覆有耐火材料。

3、侧吹喷枪目前在工业上还没有直接吹炼铅冰铜的先例，主要原因是侧吹风口有水套保护，冰铜含硫较高，如冰铜熔体直接接触铜水套易发生爆炸，因此本技术在所述水套外侧包覆耐火材料，可防止冰铜液面较高时溢上炉台，直接接触铜水套，避免发生爆炸。顶吹喷枪依靠气体冷却，没有水套结构，没有爆炸风险。本发明采用顶吹喷枪实现冰铜的深度除杂，制得高品位粗铜。

4、升降装置可实现喷吹位置在气体区域、渣层、冰铜层之间自由切换。

5、在本发明的一个优选的实施例中，所述侧吹喷枪距炉底的高度为1000-1200mm。侧吹喷枪主要喷吹熔渣和冰铜混合区域，实现造渣过程。

6、在本发明的一个优选的实施例中，所述侧吹喷枪安装多个，且所述侧吹喷枪分高低两层排布。两层所述侧吹喷枪可大幅提高搅拌动能，实现快速造渣反应。

7、在本发明的一个优选的实施例中，所述侧吹喷枪为同心套管喷枪。侧吹喷枪可单独喷吹富氧空气，也可混合喷吹煤气/粉煤和富氧空气为熔体补充热量。

8、在本发明的一个优选的实施例中，所述顶吹喷枪为同心套管喷枪。顶吹喷枪可单独喷吹富氧空气，也可混合喷吹煤气/粉煤和富氧空气为熔体补充热量。

9、在本发明的一个优选的实施例中，所述顶吹喷枪下探最低位置距炉底400-500mm。所述顶吹喷枪主要喷吹冰铜层实现造铜过程，同时防止气流冲刷炉底耐材。

10、在本发明的一个优选的实施例中，所述铜口下方开设有铅口，所述铅口、所述铜口和渣口在竖直方向上错开排列。

11、本发明还公开了一种铅冰铜吹炼方法，包括以下步骤：

12、s1、将铅冰铜与造渣熔剂按照100:4-6的比例混合后加入权利要求1所述铅冰铜吹炼装置中，利用侧吹喷枪进行一次吹炼，一次吹炼后所述炉缸内从下至上形成冰铜层和渣层；

13、s2、利用顶吹喷枪下降至冰铜层，与侧吹喷枪同时进行二次吹炼，所述炉缸内从下至上形成粗铜层和渣层。

14、一次吹炼将所述铅冰铜及造渣熔剂如硅石等混合后由顶部加料口加入所述吹炼装置，开启侧吹喷枪进行氧化吹炼，粒状原料熔化后其中的pb、as、sb等杂质部分挥发进入烟尘，部分与fe元素一同氧化造渣上浮，cu及ag等有价金属则富集于冰铜相沉于下层，该过程实现cu的富集和部分杂质的去除。

15、二次吹炼中顶吹喷枪下探至冰铜层鼓入富氧空气进行第二段吹炼。冰铜中杂质元素充分氧化进入烟尘或吹炼渣中，s元素氧化进入烟气，冷却净化后送制酸系统，生成富含贵金属的液态粗铜沉于冰铜层以下，待液面达到预定高度开下部铜口放出铜液。

16、原料铅冰铜中含cu 25-55％，含pb 10-35％，含fe 8-12％，含ag 800-2000g/t。

17、在本发明的一个优选的实施例中，s1中所述一次吹炼时通过侧吹喷枪鼓入富氧和粉煤，粉煤率7-10％。吹炼所需热量部分由原料中金属硫化物氧化放热提供，其余由侧吹喷枪鼓入粉煤燃烧提供。

18、在本发明的一个优选的实施例中，所述一次吹炼温度为1000-1200℃，所述一次吹炼时间为6-10小时，保证冰铜及渣的完全熔融。

19、在本发明的一个优选的实施例中，s2中所述二次吹炼温度为1100-1300℃，所述二次吹炼时间为10-14小时。

20、本技术处理的原料为铅冰铜，铅冰铜与公开号为cn113817924a的中国专利中第二步的冰铜含铜量相差一半，铅冰铜仅有30％左右，其中fe、pb、as、sb等杂质含量很高，需要大量造渣，而根据热平衡计算结果，造渣期不能自热，需要补充燃料，因此单独顶吹会导致造渣变慢，熔体长时间保温消耗大量燃料，炉子处理能力也较低。本发明中装备沿圆周方向设置了10支侧吹喷枪，可大幅提高搅拌动能，实现快速造渣反应，同时利用顶吹枪高度可调的优势，将顶吹枪头下探至侧吹风口水平线以下，实现冰铜的深度除杂，制得高品位粗铜。

21、目前铅冰铜处理以反射炉工艺应用最为广泛，本发明所述工艺与传统反射炉工艺相比具有如下明显优势：用侧顶吹熔池熔炼取代了反射炉几乎静止的熔池冶炼，熔体搅动强度增大，改善了化学反应的动力学条件，反应时间缩短，由于富氧空气在熔体中混合效果好，因此杂质脱除更为彻底，热量利用率提高，燃耗明显下降；同时，传统反射炉将铅冰铜吹炼成80％黑铜至少需要两台炉子，中间炉料需要倒运一次，本发明工艺可实现一步产出粗铜，工艺流程缩短，操作难度降低，劳动环境明显改善。

22、本发明所述工艺相较目前的转炉熔池熔炼处理铅冰铜工艺，取消了转炉炉内烧嘴，炉料熔化及反应所需热量大部分来源于杂质元素氧化放热，少部分依靠熔体中碳质燃料的浸没式燃烧补充，热量损失少，且侧吹熔炼搅拌动能较大，同样吹炼出粗铜的情况下，本发明工艺吹炼时间较目前转炉工艺可缩短至三分之一。

23、为了进一步提高资源循环利用效率，结合铅冰铜熔池吹炼及冰铜顶吹吹炼的思路，本发明提出一种能够高效处理铅冰铜物料的冶炼方法并开发了配套冶炼装备——复合吹炼炉，可在同一熔池空间内通过侧吹喷枪及顶吹喷枪的配合完成原料的熔化、造渣及造铜全过程，试验表明：该方法铜铅分离彻底，产出的粗铜含铅＜0.3％，可以直接入铜阳极炉精炼。吹炼效率比传统方法高出10倍以上。能耗低，该工艺自动化程度高且对环境无污染，对铅冶炼企业提高技术装备水平具有重要意义。

24、本专利同时设置侧吹喷枪和可升降顶吹喷枪，侧吹熔炼炉开炉时易出现炉缸热量不足、焦炭堆积等问题时，可在侧吹喷枪不停止工作的情况下，利用顶吹喷枪鼓入富氧空气助燃或直接鼓入燃料+富氧空气燃烧补热，灵活调节炉缸温度，有效防止炉缸冻结。对于处理硫含量波动较大的铅冰铜物料适应性较强。

25、本发明将侧顶吹功能改进至同一反应空间内，简化了炉内结构，可有效延长炉体寿命，增加作业率。

26、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：1)本发明的吹炼装置结合了熔池侧吹及顶吹的优势，在同一反应空间内分段吹炼铅冰铜，既提高了吹炼强度，同时又大幅缩短了整个工艺流程，一步产出粗铜，是一种低能耗、易操作的吹炼方法。2)本发明的吹炼方法能够实现铜铅的深度分离，吹炼产品为铅含量极低的粗铜，且富含ag等贵金属，提高了铅冰铜的价值。3)本发明的吹炼方法pb元素绝大部分挥发至烟尘，可返至铅冶炼系统进一步提取回收，吹炼渣可经渣选提铜后送水泥厂作为原料，含硫烟气经净化可送制酸，整个工艺流程对环境无污染。