一种多元气体分步喷吹实现铜渣深度贫化的方法技术

本发明专利技术提供一种多元气体分步喷吹实现铜渣深度贫化的方法，该方法充分利用熔融铜渣余热，气化脱硫使铜锍转化为氧化物，再选择性还原获取含铜较高的铜铁合金，解决冶炼过程中铜渣贫化难题，并产出低硫低铜贫化渣，为后续提铁过程创造条件，实现了铜渣的深度贫化，摒弃了传统贫化的造锍贫化过程，而是先通过气化脱硫过程将铜锍转化为氧化物，再通过还原剂选择性还原其中氧化物，获得铜铁合金相。操作简单，适应性强，在原有电炉上进行改造即可实现，且可处理与铜渣性质相近的镍渣，便于综合回收Cu、Ni、Co、Fe等金属元素。

【技术实现步骤摘要】
一种多元气体分步喷吹实现铜渣深度贫化的方法
本专利技术属于冶金领域，具体涉及一种多元气体分步喷吹实现铜渣深度贫化的方法.
技术介绍
铜火法冶炼中，熔炼和吹炼过程均产生大量炉渣，渣中含铜1％～8％，以硫化物形式存在，通常需进行选矿或电炉贫化，以降低渣中的铜含量。选矿贫化可使渣中铜最低降至0.3％，但基建投资大，工艺流程复杂，渣需缓冷，热量难以利用，且不能回收其中Ni、Co等金属元素；电炉贫化工艺简单，热态渣可直接利用，但尾渣铜含量通常达0.5％～1.0％，铜回收率低。近年世界铜渣年排放量达6000万吨以上，我国近年铜渣年排放量达1200万吨，均为露天堆放，造成塌方、水土污染等安全隐患，给环境带来沉重负担。露天堆积的铜渣中Cu、Ni、Pb等金属会逐渐流失，不仅对周边水土造成污染，还会降低铜渣再回收处理的经济价值。铜渣深度贫化主要采用低氧势、高硫势的还原造锍方法，促进锍体与渣分离，实现铜渣深度贫化。通过添加焦炭、煤块、天然气等还原剂增强贫化炉内还原气氛，将Fe3O4还原为FeO，降低熔渣粘度，加快沉降过程中冰铜与熔渣的分离；添加含硫矿物，增强硫势，降低冰铜品位，进而降低渣中铜锍的溶解含量，达到深度贫化的目的。但冰铜密度(4.5×103kg/m3)与FeO-SiO2渣系密度(4.0×103kg/m3)接近，且两相界面张力(0.02～0.06N/m)很小，冰铜易悬浮于熔渣中，沉降分离困难。采用该方法，国内企业贫化渣铜含量普遍可降至0.5％，国外企业最低可降至0.3％，其排放尾渣铜含量仍较高，深度贫化潜力较大。近年来，国内外研究学者在采用还原提铜提铁实现铜渣进行综合利用方面进行了大量研究，但存在的问题主要集中在所得铁水硫、铜等杂质元素含量高，添加剂CaO或CaCO3加入量大，所得铜、铁分离困难，磨矿成本高等方面，至今未见工业投产报道。申请号为201010167157.5的专利提出了一种铜渣熔融还原制得低硫铁水的方法，但初始铁水硫含量高，需消耗大量的精炼脱硫渣，且铁水中铜未被脱除，难以作为炼钢原料大量使用；申请号为201210520356.9的专利提出了一种废铜渣的处理方法，但铜渣硬度大，磨矿成本较高，后续氧化焙烧需额外能耗；申请号为201010216133.4的专利提出了一种铜渣与铁矿石混合熔融还原制得低铜铁水的方法，但该方法是将铜稀释来降低铁水铜含量，铜渣难以大量利用；申请号为201210210648.2的专利提出了一种还原气氛窑炉中快速还原铜渣生产铁铜合金的方法，但该工艺磨矿、选矿难度大，所得铜铁合金粉作为合金铜含量过低，而作为炼铁原料铜含量又超标，利用前景不好；申请号为201210364451.4的专利提出了一种从冶炼铜渣中直接还原回收铜铁的方法，但该工艺使用天然气还原铜渣中的铁，天然气消耗量大(大于300Nm3/t渣)，经济效益差，还需要添加大量熔剂调整碱度(维持碱度1.0～1.5时，需添加石灰200～300kg/t渣)，生产成本较高，且还原后的铜铁合金与γ生铁分离困难，未提及两金属相分离的有效手段。基于目前工艺存在的问题，申请人提出一种多元气体分步喷吹的方法来达到铜渣深度贫化的目的。首先，对熔融铜渣进一步加热升温，促进Fe3O4分解，维持熔渣较低粘度；其次，向熔池内喷吹氧化性气体，增强熔渣的气化脱硫过程，使硫以SO2的形式气化脱出，使渣中铜、铁等金属硫化物转变为氧化物，形成低硫铜渣；最后，喷入少量还原性气体，对渣中金属氧化物选择性还原，将大部分铜及少量铁还原为金属，形成铜铁合金液，经沉降分离使合金相与渣相充分分离，获得铜含量较高的铜铁合金与硫、铜含量较低的贫化尾渣。贫化过程中采用低碱度渣型，石灰使用量少，利用选择性还原技术，气体还原剂使用量少。该工艺可以实现硫的气化分离，获得含铜较高的铜铁合金，渣金分离容易，尾渣铜、硫含量低，分阶段实现了硫、铜、铁的有效分离，综合贫化效果优于目前的选矿贫化与电炉还原贫化。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种多元气体分步喷吹实现铜渣深度贫化的方法，所述方法利用熔融铜渣余热，气化脱硫使铜锍转化为氧化物，再选择性还原获取含铜较高的铜铁合金，产出低硫低铜贫化渣，并用于后续提铁；进一步地，所述方法包括：S1：熔融铜渣加热升温处理：1250℃的熔融铜渣经电极加热，升温至1450℃～1500℃，促使渣中Fe3O4分解为FeO和Fe2O3；S2:喷吹氧化性气体控制气化脱硫：向熔池内喷吹多元氧化性气体，喷吹流量20～40Nm3/min，控制脱硫速率，强化气化脱硫过程；S3:气体选择性还原及沉降分离：向熔池内改吹多元还原性气体，不添加石灰或添加量小于50kg/t渣，维持熔渣粘度1.0Pa·s，使熔池反应过程稳定进行；控制还原性气体喷入量为20～50Nm3/min，对熔池中金属氧化物进行选择性还原，将大部分铜氧化物与少量铁氧化物还原为金属，静置沉降后金属相与渣相分离，保证渣中铜含量在0.18％～0.5％，形成铜含量10％～50％的铜铁金属相；进一步地，所述S1中电极加热方式为电炉电极加热，控制炉内温度升高速率为5～10℃/min；进一步地，所述S2中喷吹氧化性气体控制气化脱硫的方式为通过改变喷吹流量及气体中的氧含量，调整喷入气体的氧化性强弱，达到对气化脱硫过程的控制，平均脱硫速率25～50g/(min·kg渣)，氧化过程中发生下列反应促进气化脱硫过程进行(Cu2S)+3/2O2(g)＝(Cu2O)+SO2(g)(式2)(FeS)+3/2O2(g)＝(FeO)+SO2(g)(式3)使渣中硫化物转变为氧化物，接近脱硫终点时，减小喷吹流量或改用氧化性较弱的气体，减少熔池中FeO的过氧化；进一步地，所述S2中多元氧化性气体包括O2、空气和O2-CO2混合气体，其中氧气含量20％～100％；进一步地，所述S3中多元还原性气体包括天然气、H2和H2-CO混合气体，多元氧化性气体包括O2、空气和O2-CO2混合气体,其中O2含量20％～100％，天然气进入熔池将首先发生裂解反应；CH4(g)＝C(s)+2H2(g)(式4)还原性物质进入熔池后发生下列还原反应；(Cu2O)+C(s)＝2Cu(l)+CO(g)(式5)(Cu2O)+CO(g)＝2Cu(l)+CO2(g)(式6)(Cu2O)+H2(g)＝2Cu(l)+H2O(g)(式7)铜氧化物大部分被还原完后，继续增加还原剂铁的还原反应同时发生；(FeO)+C(s)＝Fe(l)+CO(g)(式8)(FeO)+CO(g)＝Fe(l)+CO2(g)(式9)(FeO)+H2(g)＝Fe(l)+H2O(g)(式10)被还原的金属铜与金属铁形成熔点低于1500℃的铜铁合金，静置沉降后铜铁合金相与渣分离；进一步地，所述S3中，最终获得的铜铁合金相中铜含量10％～50％，贫化渣中铜含量0.18％～0.50％，铜回收率80％～95％；本专利技术的有益效果如下：1)实现了铜渣的深度贫化，贫化渣中残留铜含量为0.18％～0.5％，铜回收率大于80％(最高可达95％)，综合贫化结果优于目前的选矿贫化和电炉贫化；2)摒弃了传统贫化的造锍贫化过程，而是先通过气化脱硫过程将铜锍转化为氧化物，再通过还原剂选择性还原其中氧化物，获得铜铁合金相。由于金属相密度约为熔渣密度的2倍本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多元气体分步喷吹实现铜渣深度贫化的方法，其特征在于，所述方法利用熔融铜渣余热，气化脱硫使铜锍转化为氧化物，再选择性还原获取含铜较高的铜铁合金，产出低硫低铜贫化渣，并用于后续提铁。

【技术特征摘要】
1.一种多元气体分步喷吹实现铜渣深度贫化的方法，其特征在于，所述方法利用熔融铜渣余热，气化脱硫使铜锍转化为氧化物，再选择性还原获取含铜较高的铜铁合金，产出低硫低铜贫化渣，并用于后续提铁。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：S1：熔融铜渣加热升温处理：1250℃的熔融铜渣经电极加热，升温至1450℃～1500℃，促使渣中Fe3O4分解为FeO和Fe2O3；S2:喷吹氧化性气体控制气化脱硫：向熔池内喷吹多元氧化性气体，喷吹流量20～40Nm3/min，控制脱硫速率，强化气化脱硫过程；S3:气体选择性还原及沉降分离：向熔池内改吹多元还原性气体，不添加石灰或添加量小于50kg/t渣，维持熔渣粘度1.0Pa·s，使熔池反应过程稳定进行；控制还原性气体喷入量为20～50Nm3/min，对熔池中金属氧化物进行选择性还原，将大部分铜氧化物与少量铁氧化物还原为金属，静置沉降后金属相与渣相分离，保证渣中铜含量在0.18％～0.5％，形成铜...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱荣，王云，董凯，郭亚光，魏光升，刘健，陈其洲，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11