铜阳极精炼系统和方法技术方案

本发明专利技术提供铜阳极精炼的方法和系统，其中，采用集束射流技术来加热熔化的粗铜和/或使用熔化火焰来熔化废铜装料，氧化熔化的粗铜中的硫，并使用来自一个或更多个多功能集束射流喷管组件的顶吹的集束射流气流来还原熔化的粗铜中的氧。本发明专利技术的系统和方法采用基于微处理器的控制器，该控制器操作性地控制到集束射流喷管的含氧气体、惰性气体、还原剂和燃料的流量。公开的铜阳极精炼系统和方法大大地提高铜产量同时减少氧化/还原周期时间并且使NOx排放最小化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及利用工艺气体(process gas)(例如氧化和还原工艺气体)对含铜材料的火法冶金处理，以便将此类材料转化成更高价值的含铜材料。更具体地，本专利技术涉及熔化的粗铜的阳极精炼，以便通过用氧化和还原工艺气体的集束气流对熔化的粗铜进行选择性处理而除去硫、氧和其它杂质。
技术介绍
铜的制造通常涉及多步骤工序，包括浓缩、熔炼、吹炼、精炼、阳极铸造和电解精炼工序。典型地，从包含一种或更多种铜硫化物的矿石或铜-铁-硫化物矿(例如辉铜矿、黄铜矿和斑铜矿)开始，把该矿石转化成通常含有25至35重量百分率(重量％)的铜的浓缩物。然后，首先用热和氧气把该浓缩物转化成冰铜、再转化成粗铜。经常把额外的固体废铜加到粗铜中。粗铜的进一步精炼减少粗铜中氧和硫杂质，典型地分别从高达O. 80%和I. 0%减小 到低至O. 05%和O. 002%，所述精炼通常是在约10900C (2000 0F )至1300°C (2400 T)的温度范围内进行并且包括氧化过程以便将硫氧化成二氧化硫(所述二氧化硫从浴中析出)以及还原过程以除去在氧化步骤后存在的溶解氧。粗铜精炼成阳极铜可作为分批过程或半连续过程来进行。在任一种情况下，典型地利用高速浸入式吹风管嘴将氧化剂气流和还原剂气流注入铜熔体中。然而，常规铜阳极火法精炼法以及经由浸入式吹风管嘴注入氧化剂和还原剂气流与许多操作上的困难和高成本相关联。此类困难包括吹风管嘴维护和可靠性问题；由于氧化剂气体和还原气体的腐蚀作用所导致的炉耐火材料的高度磨损；过量的NOx形成和精炼工艺的变化。需要一种改进的铜阳极精炼方法，该方法消除了对浸入式吹风管嘴的需要并且实现高精炼效率和生产量，同时降低操作成本并降低与铜阳极精炼法相关的NOx的水平。本专利技术公开的利用集束气流的铜精炼系统和方法包括多个特征和方面，从生产率和环境的观点来看，这些特征和方面单独地和共同地提高了铜精炼法。在下面的各部分中将更详细地介绍本专利技术的这些方面和特征。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术的特征在于阳极铜精炼的方法，该方法包括以下步骤(i)向炉中提供熔化的粗铜；(ii)把废铜加入炉中的熔化粗铜中使用由顶吹的多功能集束射流喷管产生的熔化火焰来熔化所述废铜或者加热熔化的粗铜；(iv)使用从集束射流喷管喷出的顶吹、集束含氧气流在炉中氧化熔化的粗铜中的硫杂质，所述集束射流喷管与含氧气体来源和燃料源连接；以及(V)使用从集束射流喷管中喷出的含有还原剂和惰性气体的顶吹、集束还原气流在炉中还原熔化的粗铜中的氧。在另一个方面，本专利技术的特征在于用于铜阳极精炼的系统，该系统包括具有耐火壁的铜火法冶金炉，该炉适合于容纳具有上表面的熔化的铜浴并且所述炉限定在铜浴的上表面上方的顶部空间；至少一个与含氧气体、惰性气体、还原剂和燃料的来源相连的多功能集束射流喷管，所述集束射流喷管安装在所述炉耐火壁中铜浴的上表面以上的位置处；以及控制器，该控制器操作性地控制到至少一个集束射流喷管的含氧气体、惰性气体、还原剂和燃料的流量。该多功能集束射流喷管适合于提供熔化火焰以加热熔化的铜或者熔化提供给炉的任何废铜装料；集束含氧气流以氧化铜浴中的硫；以及含有还原剂和惰性气体的集束还原气流以还原铜浴中的氧。在另一个方面，本专利技术的特征在于用于在阳极炉中铜的连续精炼的方法的改进。该改进包括以下步骤(i)向阳极炉提供熔化的粗铜并且任选地将废铜加到阳极炉中的熔化的粗铜中；(ii)使用从安装在阳极炉的耐火壁中在熔化的粗铜的上表面以上的位置处的集束射流喷管中喷出的顶吹的集束含氧气流在阳极炉中氧化熔化的粗铜中的硫杂质；和(iii)使用从集束射流喷管中喷出的含有还原剂和惰性气体的顶吹的集束还原气流在阳极炉中还原熔化的粗铜中的氧。附图简述 从结合以下附图所呈现的以下更详细的说明中，本专利技术的以上及其它方面、特征和优点将更明显，其中 图I是在Kennecott Utah Copper设备中所使用的铜阳极精炼法的一部分的示意图，包括阳极炉。图2A是设置在水冷却的外壳内的现有技术的集束射流喷管组件的等尺寸视图，而图2B和图2C是根据本专利技术的更简单、更小且更轻重量的集束射流喷管组件的图。图3是根据本专利技术的一个实施方式的集束射流喷管组件的横截面侧视图。图4是图3的集束射流喷管组件的横截面纵向视图。图5是集束射流喷管组件的一个替代实施方式的横截面侧视图。图6是图5的集束射流喷管组件的替代实施方式的横截面纵向视图。详述 如本文中使用的，术语“集束气流”或者“集束射流”表示在径向上射流直径增加很小或者无增加并且在至少20个喷嘴直径的距离上保持其轴向速度(当从喷嘴的表面测量时)的气流。通过如下方式形成此类射流经过会聚/发散喷嘴喷出气体射流并且用延伸达射流长度的至少一部分、优选地射流的整个长度的火焰的包围物包围该气体射流。类似地，术语“火焰包围物”表示由燃料和氧化剂的燃烧而形成的沿一个或更多个气流延伸的燃烧流。在广义上，本专利技术公开的精炼系统和方法总体上涉及集束射流技术在非铁金属的火法冶金精炼中的应用。虽然本专利技术在其优选的实施方式中具体涉及熔化的铜的阳极精炼，但是本专利技术的系统和方法的某些方面和特征同样可应用于其它非铁金属(例如镍、铅、锌和锡)的精炼。应理解，在利用本文中公开的技术精炼的非铁金属的熔体中可存在各种量的铁金属。然而，本公开的系统和方法特别用于铜的阳极精炼和特别地以下类型的铜的阳极精炼工序其中将铜装料加热并且/或者熔化，然后使其相继地与来自相同喷管组件的氧化和还原工艺气体接触以减小其中硫和氧杂质的量。集束射流技术包括将集束气体射流形式的气体以超音速喷射入熔化的金属浴中以达到与常规气体喷射技术相比更优的工艺益处。特别设计的气体喷嘴使气流射流保持集束。集束表示保持射流的直径和速度。当与常规的超声气体射流喷射相比较，集束射流以更高的动量、更好的冲击、更小的发散或衰减、更少的周围炉气体的夹带、和减少的空穴形成或喷溅将精确量的气流输送到熔化的金属浴中。使用集束射流装置输送的气体撞击在熔化的铜浴上使其离开炉壁，这与通过炉壁喷射气体的浸入式吹风管嘴气体喷射相比可以延长炉衬里寿命。本专利技术公开的铜精炼系统和方法通过使用一个或更多个用于输送含氧气体、惰性气体或氮气、还原剂以及烃燃料(例如天然气)至阳极炉和/或至设置于其中的粗铜熔体的多功能顶吹集束射流装置，完全实现无吹风管嘴的铜阳极精炼法。通过消除对浸入式吹风管嘴的需要，消除了与吹风管嘴相关的维护和可靠性问题以及成本并且显著延长炉膛前床的使用寿命。此外，通过使用集束射流装置来提供熔化火焰，使炉适合于将熔体维持在所需温度并且甚至实施额外的废铜熔化，这可以消除与单独的废铜熔化炉相关的需要和成本。本专利技术的铜精炼法(包括Kennecott Utah Copper的连续铜精炼法)的全面理解公开于例如美国专利第6，210，463号及Re 36，598中。输送至阳极炉的气体优选地包括氧气、天然气、氮气和它们的混合物，按照预先编程的设定点输送这些气体。更具体地，集束射流控制系统由气体流量控制系统(也称为气刹(gas skid)或配气机构(valve train))和优选地一个或两个集束射流喷管组件构成。一 般地，可以把任何所需的流量组合预先编程输入气体流量控制系统。可要求通过每个端口的最小气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：DB乔治，AC恩里克斯，AC德尼斯，WJ马霍尼，IF马斯特森，S曼利，J凯特斯，K阿尔布雷希特，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，肯尼科特犹他州铜业有限责任公司KENNECOTTUTAHCOPPERLLC，
类型：发明
国别省市：