铜冶炼热态炉渣提铁工艺与装置 【技术领域】
本发明涉及铜和钢铁冶金技术领域，特别涉及一种铜冶炼热态炉渣提铁工艺与装置。
背景技术
目前各种铜冶炼方法产生的热态炉渣含Cu大于0.6％，含Fe大于40％，目前，世界上对铜冶炼炉渣回收的重点都放在回收铜方面，对于炉渣中的铁都没有回收。炉渣回收铜的方法主要有两种：第一种是通过各种方式将热态炉渣含Cu将到0.3％以下后，用水淬方式产生细颗粒黑砂，用于防腐喷砂除锈或废弃；第二种是将热态炉渣缓冷降温后，用选矿法回收渣中铜，选矿后产生的含Cu小于0.30％的尾渣废弃。铜冶炼热炉态渣的这两种处理方法主要缺点：一是热炉态渣的热量没有利用，造成能源浪费；二是炉渣中的铁没有回收，造成铁资源的极大浪费。
【发明内容】
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种铜冶炼热态炉渣提铁工艺与装置，实现铁资源和能源的回收利用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种铜冶炼热态炉渣提铁工艺，它的过程为，铜冶炼热态炉渣在同一台炉子内完成贫化提铜和还原提铁，提铜在第一熔池即铜贫化区进行，用电极弧或燃料提供热能，用氮气搅拌使细冰铜颗粒碰撞长大，实现沉降分离，贫化后的渣自动流入第二熔池即铁还原区，用侧吹或顶吹方法喷入煤、生石灰、富氧空气实现还原提铁。
所述在第二熔池液面上部喷入工业氧实现CO二次燃烧，燃烧热通过传导和辐射被喷溅渣吸收后带入熔体，维持熔体的热平衡。
所述第一熔池中熔体温度控制在1250～1350℃；第二熔池的熔体温度控制在1450～1550℃，烟气温度1500～1650℃，渣中CaO/SiO2重量比为0.8～1.2，富氧空气中O2含量在50～99％，炉内压控制在-20～-100Pa，，贫化区渣按质量比含Cu＜0.3％，还原区渣按质量比含Fe＜2％。
所述可以在还原区加入石灰石替代生石灰；若铜热态炉渣中含Fe3O4较高，则从贫化区加入固体冰铜或黄铁矿还原。
一种铜冶炼热态炉渣提铁工艺用装置，它包括炉体，炉体用上下部挡墙将炉体内部分隔为两个区：第一熔池即铜贫化区和第二熔池即铁还原区；在第一熔池上设有热铜渣加料口和冰铜排放口，在第一熔池上部设有氮气管、燃料烧嘴、电极以及固体加料口；在第二熔池内设有氧气口和喷嘴口，在顶部设有溶剂加料口，侧面设有炉渣排放口，下部设有铁水排放口；第二熔池与烟道连通。
本发明的另一种结构为，一种铜冶炼热态炉渣提铁工艺用装置，它包括炉体，炉体用上下部挡墙将炉体内部分隔为两个区：第一熔池即铜贫化区和第二熔池即铁还原区；在第一熔池上设有热铜渣加料口和冰铜排放口，在第一熔池上部设有氮气管、燃料烧嘴、电极以及固体加料口；在第二熔池内设有氧气口，在顶部设有溶剂加料口和喷枪，喷枪内喷出工业氧和富氧空气、煤粉和生石灰，在第二熔池的侧面设有炉渣排放口，下部设有铁水排放口；第二熔池与烟道连通.
所述两个熔池烟气区是相通的，还原区和贫化区的烟气热量可以互补。
所述两熔池间与铜和铁水接触的下部挡墙采用耐火砖，与渣接触的上部挡墙采用水冷铜套和溢流口；两个熔池的四周侧墙采用水冷铜套加内衬耐火砖结构。
本发明的原理：
铜冶炼热态炉渣温度1250～1350℃，炉渣成分按重量份为：Cu 0.6～2.5％，Fe 40～45％，SiO230～35％，CaO 1～2％，S 0.5～0.7％，其余为杂质。炉渣中铜主要以Cu2S颗粒机械夹杂形式存在。由于铜比铁的还原性强，所以，对铜冶炼热态炉渣直接还原提铁时必然也把铜带入铁里。为此，必须首先用贫化法提铜，即将高温热融炉渣装入贫化熔池内，用电极弧或燃料烧嘴提供热量，因铜主要以极细的Cu2S颗粒夹杂于炉渣中，故可以通入氮气搅拌炉渣，使细小的Cu2S颗粒碰撞长大，从而沉降于熔池底部，达到铜渣分离的目的。另外，对于强氧化冶炼和高品位冰铜冶炼，炉渣中含有8～16％的Fe3O4，增加了炉渣粘度，阻碍了Cu2S颗粒的沉降分离，所以对于强氧化熔炼的炉渣，可以在第一熔池(铜贫化区)加入固体冰铜或黄铁矿，使Fe3O4还原，主要反应Fe3O4+FeS→FeO+SiO2，降低炉渣粘性，促进冰铜的沉降分离，贫化后得到的冰铜通过冰铜排放口放出。贫化后含铜低于0.3％的渣通过溢流口流入到第二熔池(铁还原区)。当第二熔池装满热熔渣时，通过埋在渣层下部的喷嘴口或安装于炉顶的喷枪喷入煤、生石灰和富氧空气，煤既是还原剂也是热源，煤中一部分碳将氧化铁还原成铁并生成CO气体，另一部分碳与氧一次反应生成CO气体并提供热量，产生的铁由于比重较大沉入熔池底分离，CO等气体的上升引起渣熔体的喷溅，在渣熔体的上部通入工业氧与CO形成二次燃烧，燃烧后的热量通过传导和辐射被喷溅渣吸收后带入熔体。一次燃烧和二次燃烧保证了炉子的热平衡。铁水通过铁水排放口放出。渣通过炉渣排放口放出，用于下一步生产水泥熟料或生产微晶玻璃等。烟气通过余热锅炉回收蒸汽用于发电。
铁还原区的主要反应：
FeO+C→Fe+CO
Fe2O3+C→Fe+CO
C+O2→CO+Q热
CaO+SiO2→CaO·SiO2
烟气区的反应：
CO+O2→CO2+Q热
本发明的参数和指标：
贫化区的熔体温度1250～1350℃。还原区的熔体温度1450～1550℃，烟气温度1500～1650℃，炉内压-20～-100Pa ，还原区渣中CaO/SiO2重量比为0.8～1.2，富氧空气O2含量为50～99％，富氧空气流量和压力随炉子大小而定。氮气流量和压力随炉子大小而定。贫化区渣含Cu＜0.3％，还原区渣含Fe＜2％。铜回收率＞90％，铁回收率＞95％。
本发明的优点：
1.充分回收了铜冶炼炉渣中的铜和铁，铜回收率＞90％，铁回收率＞95％。
2.充分利用了热态炉渣的显热，节约了大量能源和成本。
3.在单台炉子同时实现提铜和提铁，节约了大量设备投资和占地面积。
4.提铁后的渣适宜于做水泥熟料和微晶玻璃等，实现了资源利用最大化和污染的零排放。
【附图说明】
图1为第一实施例结构示意图；
图2为第二实施例结构示意图。
其中，1.热铜渣加料口，2.氮气管，3.电极，4.燃料烧嘴，5.水冷铜套，6.溢流口，7.喷枪，8.氧气口，9.铁水排放口，10.冰铜排放口，11.炉渣排放口，12.烟道，13.喷嘴口，14.第一熔池，15.第二熔池，16.固体加料口，17.溶剂加料口。
【具体实施方式】
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
图1中，它包括炉体，炉体用上下部挡墙将炉体内部分隔为两个区：第一熔池14即铜贫化区和第二熔池15即铁还原区；在第一熔池14上设有热铜渣加料口1和冰铜排放口10，在第一熔池14上部设有氮气管2、燃料烧嘴4、电极3以及固体加料口16；在第二熔池15内设有氧气口8和喷嘴口13，在顶部则设有溶剂加料口17，侧面设有炉渣排放口11，下部设有铁水排放口9。第二熔池15与烟道12连通。
两个熔池烟气区是相通的，还原区和贫化区的烟气热量可以互补。
两熔池间与铜和铁水接触的下部挡墙采用耐火砖，与渣接触的上部挡墙采用水冷铜套5和溢流口6；两个熔池的四周侧墙采用水冷铜套加内衬耐火砖结构。
在冶炼时，将铜冶炼热渣通过热铜渣加料口1送入炉内的第一熔池14(铜贫化区)，然后用氮气管2通入氮气搅拌熔体渣层，使细冰铜颗粒碰撞长大后从渣中沉降，完成铜渣分离，热能靠插入电极3提供或靠燃料烧嘴4燃烧燃料提供，沉降地冰铜通过虹吸从冰铜排放口10放出。贫化后的渣通过虹吸从水冷铜套5的溢流口6自动流入到第二熔池15(铁还原区)，通过下部喷嘴口13向渣层喷入煤、生石灰、富氧空气，使铁从炉渣中还原出来，通过上部氧气口8向炉内通入工业氧使CO二次燃烧，产生的热量通过传导和辐射被喷溅渣吸收后带入熔体，维持炉子热平衡。产生的铁水通过铁水排放口9放出，还原后的炉渣通过虹吸从炉渣排放口11排出，高温烟气通过烟道12进入余热锅炉回收蒸汽用于发电。
实施例2：
图2中，它包括炉体，炉体用上下部挡墙将炉体内部分隔为两个区：第一熔池14即铜贫化区和第二熔池15即铁还原区；在第一熔池14上设有热铜渣加料口1和冰铜排放口10，在第一熔池14上部设有氮气管2、燃料烧嘴4、电极3以及固体加料口16；在第二熔池15内设有氧气口8，在顶部设有溶剂加料口17和喷枪7，喷枪7内喷出工业氧和富氧空气、煤粉和生石灰，在第二熔池15的侧面设有炉渣排放口11，下部设有铁水排放口9；第二熔池15与烟道12连通。
两个熔池烟气区是相通的，还原区和贫化区的烟气热量可以互补。
两熔池间与铜和铁水接触的下部挡墙采用耐火砖，与渣接触的上部挡墙采用水冷铜套5和溢流口6；两个熔池的四周侧墙采用水冷铜套5加内衬耐火砖结构。
在冶炼时，将铜冶炼热渣通过热铜渣加料口1送入炉内的第一熔池14(铜贫化区)，然后用氮气管2通入氮气搅拌熔体渣层，使细冰铜颗粒碰撞长大后从渣中沉降，完成铜渣分离，热能靠插入电极3提供或靠燃料烧嘴4燃烧燃料提供，沉降的冰铜通过虹吸从冰铜排放口10放出。贫化后的渣通过虹吸从水冷铜套5的溢流口6自动流入到第二熔池15(铁还原区)，通过喷枪7向渣层喷入煤、生石灰、富氧空气，使铁从炉渣中还原出来，通过喷枪7外部管或氧气口8向炉内通入工业氧使CO二次燃烧，产生的热量通过传导和辐射被喷溅渣吸收后带入熔体，维持炉子热平衡。产生的铁水通过铁水排放口9放出，还原后的炉渣通过虹吸从炉渣排放口11放出，高温烟气通过烟道12进入余热锅炉回收蒸汽用于发电。
实施例3：
本发明在整个的冶炼过程中，铜冶炼热态炉渣在同一台炉子内完成贫化提铜和还原提铁，提铜在第一熔池即铜贫化区进行，用电极弧或燃料提供热能，用氮气搅拌使细冰铜颗粒碰撞长大，实现沉降分离。贫化后的渣自动流入第二熔池即铁还原区，用侧吹或顶吹方法喷入煤、生石灰、富氧空气实现还原提铁。
在第二熔池液面上部喷入工业氧实现CO二次燃烧，燃烧热通过传导和辐射被喷溅渣吸收后带入熔体，维持熔体的热平衡。
第一熔池中熔体温度控制在1250℃；第二熔池的熔体温度控制在1450℃，烟气温度1500℃，渣中CaO/SiO2重量比为0.8～1.2，富氧空气中O2含量在50％，炉内压控制在-20Pa。贫化区渣按质量比含Cu＜0.3％，还原区渣按质量比含Fe＜2％。
从还原区的溶剂加料口加入石灰石替代生石灰；若铜热态炉渣中含Fe3O4较高，则从贫化区的固体加料口加入固体冰铜或黄铁矿还原。
实施例4：
本发明在整个的冶炼过程中，铜冶炼热态炉渣在同一台炉子内完成贫化提铜和还原提铁，提铜在第一熔池即铜贫化区进行，用电极弧或燃料提供热能，用氮气搅拌使细冰铜颗粒碰撞长大，实现沉降分离，贫化后的渣自动流入第二熔池即铁还原区，用侧吹或顶吹方法喷入煤、生石灰、富氧空气实现还原提铁。
在第二熔池液面上部喷入工业氧实现CO二次燃烧，燃烧热通过传导和辐射被喷溅渣吸收后带入熔体，维持熔体的热平衡。
第一熔池中熔体温度控制在1300℃；第二熔池的熔体温度控制在1500℃，烟气温度1600℃，渣中CaO/SiO2重量比为0.8～1.2，富氧空气中O2含量在70％，炉内压控制在-60Pa。
从还原区的溶剂加料口加入石灰石替代生石灰；若铜热态炉渣中含Fe3O4较高，则在贫化区的固体加料口加入固体冰铜或黄铁矿还原。
实施例5：
本发明在整个的冶炼过程中，铜冶炼热态炉渣在同一台炉子内完成贫化提铜和还原提铁，提铜在第一熔池即铜贫化区进行，用电极弧或燃料提供热能，用氮气搅拌使细冰铜颗粒碰撞长大，实现沉降分离，贫化后的渣自动流入第二熔池即铁还原区，用侧吹或顶吹方法喷入煤、生石灰、富氧空气实现还原提铁.
在第二熔池液面上部喷入工业氧实现CO二次燃烧，燃烧热通过传导和辐射被喷溅渣吸收后带入熔体，维持熔体的热平衡。
第一熔池中熔体温度控制在1350℃；第二熔池的熔体温度控制在1550℃，烟气温度1650℃，渣中CaO/SiO2重量比为0.8～1.2，富氧空气中O2含量在99％，炉内压控制在-100Pa。
从还原区的溶剂加料口加入石灰石替代生石灰；若铜热态炉渣中含Fe3O4较高，则从贫化区的固体加料口加入固体冰铜或黄铁矿还原。