权利要求
炉体(41);
物料室(42)，所述物料室(42)上下两端均固定连接在炉体(41)的内壁上，用作反应容器，反应原料为颗粒状铜冶炼渣;
加热件(43)，设置于炉体(41)与物料室(42)之间，用于提供反应所需热量;
进气管(44)，用于向物料室(42)内通入氢气;
排气管(45)，用于从物料室(42)内排出尾气;
分散部件(46)，用于将进入物料室(42)内的氢气进行分散;
扰流部件(47)，用于改变物料室(42)内氢气的流动方向;
滞留部件(48)，用于减缓尾气的上升速度。
2.根据权利要求1所述的铜冶炼渣回收处理装置，其特征在于，所述分散部件(46)包括固定连接在物料室(42)内周壁上的底板(461)，所述底板(461)上均匀分布有通孔，且底板(461)与炉体(41)间设有进气腔(462)，所述进气腔(462)内连通有加压管(463)，所述加压管(463)一端与进气管(44)连通。
3.根据权利要求2所述的铜冶炼渣回收处理装置，其特征在于，所述扰流部件(47)包括转动连接在炉体(41)内壁上的轴杆(471)，所述轴杆(471)的外周壁上呈阵列分布有多个分隔板(472)。
4.根据权利要求3所述的铜冶炼渣回收处理装置，其特征在于，所述分隔板(472)的一侧与轴杆(471)的外周壁固定连接，另一侧呈S形，且分隔板(472)的俯视图为三角形，所述分隔板(472)的底端与底板(461)的顶端接触。
5.根据权利要求3所述的铜冶炼渣回收处理装置，其特征在于，所述轴杆(471)的外周壁上呈圆形阵列分布有多个扇叶(473)，所述扇叶(473)位于进气腔(462)内，所述扇叶(473)可受加压管(463)吹出的风力驱动而进行旋转。
6.根据权利要求3所述的铜冶炼渣回收处理装置，其特征在于，所述轴杆(471)的外周壁上固定连接有多个T形板(474)，所述T形板(474)内部中空且底部设有出气口(475);
所述轴杆(471)的内部设有导流腔(476)，所述导流腔(476)底端连通有导流管(477)，所述导流管(477)的一端与进气管(44)连通，所述导流腔(476)与T形板(474)内部连通。
7.根据权利要求3-6任一项所述的铜冶炼渣回收处理装置，其特征在于，所述滞留部件(48)包括固定连接在物料室(42)内周壁上的顶板(481)，所述顶板(481)上均匀分布有通孔，所述顶板(481)的底部与分隔板(472)的顶部接触;
所述排气管(45)的一端贯穿物料室(42)并与顶板(481)上方连通。
8.根据权利要求7所述的铜冶炼渣回收处理装置，其特征在于，还包括进料机构(3);
所述进料机构(3)包括分料壳(31)，所述分料壳(31)底部连通有多个料斗(32)，所述料斗(32)底端连通有进料管(33)，所述进料管(33)底端贯穿顶板(481)并于物料室(42)内部连通;
所述分料壳(31)的内壁上转动连接有转杆(34)，所述转杆(34)的顶端固定连接有拨料板(35)，所述转杆(34)的底端与轴杆(471)顶端固定连接。
9.根据权利要求7所述的铜冶炼渣回收处理装置，其特征在于，还包括下料机构(5)，下料机构(5)包括设置于炉体(41)底端的冷却斗(51)，冷却斗(51)顶部连接有下料管(52)，下料管(52)顶端贯穿底板(461)并于物料室(42)内部连通。
10.一种铜冶炼渣回收处理工艺，用于权利要求8所述的铜冶炼渣回收处理装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、造粒，将铜冶炼渣粉末与胶黏剂混合，制成具有一定密实性的球状颗粒;
步骤二、输送进料，将球状颗粒输送至进料机构(3)内，颗粒通过进料机构(3)进入物料室(42)中;
步骤三、氢气还原，在物料室(42)内通入氢气，加热至900℃-950℃，对球状颗粒进行还原，其间，不断通过分散部件(46)将氢气打散后再与球状颗粒接触，再通过扰流部件(47)对球状颗粒的位置及氢气的流动方向进行改变，并通过滞留部件(48)延长氢气在反应区域上层的停留时间，使反应充分进行;
步骤四、氢气回收，反应的尾气通过换热器(6)进行冷却，再通过分离器(7)将其内的氢气分离出来后回流至物料室(42)中。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及铜冶炼渣回收处理技术领域，具体为一种铜冶炼渣回收处理装置及处理工艺。
背景技术
[0002]铜冶炼渣是炼铜过程中产生的废渣，铜冶炼渣的化学组成为SiO2 30-40%，CaO 5-10%，MgO 1-5%, Al2O3 2-4%，此外还有大量的铁27-35%和少量锌2-3%。目前，可以通过还原气体将铜冶炼废渣中的金属置换出来，使资源得到二次利用。
[0003]现有技术一般通过天然气、富含煤气的混合气体或SO2气体来作为还原气体，对熔融状态的铜冶炼渣进行还原处理。
[0004]如公开号CN101705360B公开的一种铜冶炼热态炉渣提铁工艺与装置，它将铜冶炼热态炉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。公开号CN109082534B公开的一种利用SO2强化分离回收铜冶炼渣的方法，将高浓度的SO2气体通入设置在铜冶炼渣浆液底部的耐腐蚀管道，管道上开有微孔，且管道螺旋盘绕成单层圆盘状，气体通过微孔进入铜冶炼渣浆液中，较大的气泡通过设置在铜冶炼渣浆液中的搅拌器，剪切成直径更小的气泡，SO2在铜冶炼渣浆液中形成硫酸，并将铜冶炼渣浆液中的有价金属浸出。公开号CN102952952B公开的一种从冶炼铜渣中直接还原回收铜铁的方法，步骤是：将高温熔融态铜渣经中间包转移到高温还原炉，喷吹天然气进行熔融还原。
[0005]通过上述方式进行处理，最终反应的产物中含有大量含碳或含硫气体，会对环境造成污染。此外，铜冶炼渣以熔融状态参与反应，不但热能消耗高，且反应后的固体产物不易进行分离和处理，增加了后续的处理成本，且不利于节能减排。
发明内容
[0006]本发明实施例的目的在于提供一种铜冶炼渣回收处理装置及处理工艺，该铜冶炼渣回收处理装置及处理工艺，解决了现有的铜冶炼渣处理方式会产生大量污染性气体，且能耗过高的问题。
[0007]为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供一种铜冶炼渣回收处理装置，包括：
[0008]炉体;
[0009]物料室，所述物料室上下两端均固定连接在炉体的内壁上，用作反应容器，反应原料为颗粒状铜冶炼渣;
[0010]加热件，设置于炉体与物料室之间，用于提供反应所需热量;
[0011]进气管，用于向物料室内通入氢气;
[0012]排气管，用于从物料室内排出尾气;
[0013]分散部件，用于将进入物料室内的氢气进行分散;
[0014]扰流部件，用于改变物料室内氢气的流动方向;
[0015]滞留部件，用于减缓尾气的上升速度。
[0016]作为优选的技术方案，所述分散部件包括固定连接在物料室内周壁上的底板，所述底板上均匀分布有通孔，且底板与炉体间设有进气腔，所述进气腔内连通有加压管，所述加压管一端与进气管连通。
[0017]作为优选的技术方案，所述扰流部件包括转动连接在炉体内壁上的轴杆，所述轴杆的外周壁上呈阵列分布有多个分隔板。
[0018]作为优选的技术方案，所述分隔板的一侧与轴杆的外周壁固定连接，另一侧呈S形，且分隔板的俯视图为三角形，所述分隔板的底端与底板的顶端接触。
[0019]作为优选的技术方案，所述轴杆的外周壁上呈圆形阵列分布有多个扇叶，所述扇叶位于进气腔内，所述扇叶可受加压管吹出的风力驱动而进行旋转。
[0020]作为优选的技术方案，所述轴杆的外周壁上固定连接有多个T形板，所述T形板内部中空且底部设有出气口;
[0021]所述轴杆的内部设有导流腔，所述导流腔底端连通有导流管，所述导流管的一端与进气管连通，所述导流腔与T形板内部连通。
[0022]作为优选的技术方案，所述滞留部件包括固定连接在物料室内周壁上的顶板，所述顶板上均匀分布有通孔，所述顶板的底部与分隔板的顶部接触;
[0023]所述排气管的一端贯穿物料室并与顶板上方连通。
[0024]作为优选的技术方案，还包括进料机构;
[0025]所述进料机构包括分料壳，所述分料壳底部连通有多个料斗，所述料斗底端连通有进料管，所述进料管底端贯穿顶板并于物料室内部连通;
[0026]所述分料壳的内壁上转动连接有转杆，所述转杆的顶端固定连接有拨料板，所述转杆的底端与轴杆顶端固定连接。
[0027]作为优选的技术方案，还包括下料机构，下料机构包括设置于炉体底端的冷却斗，冷却斗顶部连接有下料管，下料管顶端贯穿底板并于物料室内部连通。
[0028]本发明实施例第二方面提供一种铜冶炼渣回收处理工艺，包括以下步骤：
[0029]步骤一、造粒，将铜冶炼渣粉末与胶黏剂混合，制成具有一定密实性的球状颗粒;
[0030]步骤二、输送进料，将球状颗粒输送至进料机构内，颗粒通过进料机构进入物料室中;
[0031]步骤三、氢气还原，在物料室内通入氢气，加热至900℃-950℃，对球状颗粒进行还原，其间，不断通过分散部件将氢气打散后再与球状颗粒接触，再通过扰流部件对球状颗粒的位置及氢气的流动方向进行改变，并通过滞留部件延长氢气在反应区域上层的停留时间，使反应充分进行;
[0032]步骤四、氢气回收，反应的尾气通过换热器进行冷却，再通过分离器将其内的氢气分离出来后回流至物料室中。
[0033]借由上述技术方案，本发明提供了一种铜冶炼渣回收处理装置及处理工艺。至少具备以下有益效果：该铜冶炼渣回收处理装置及处理工艺，通过氢气对铜冶炼渣球状颗粒进行还原，反应后的产物清洁度高且易于处理，减少了能耗和对环境的污染。通过设置分散部件，可以对进入物料室内的氢气进行分散，使氢气更均匀地进入到反应区域内，通过设置的扰流部件，能够打散原来氢气的上升路径，使气体不规则上升，从而均匀、随机地在铜渣颗粒中流动，提高中层颗粒的反应程度，通过设置滞留部件，可以延长氢气在物料室上层的停留时间，使得上层颗粒能够得到充分反应，进而提高了氢气的利用率与反应效率，减少了能源的消耗，降低了生产成本。
附图说明
[0034]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分：
[0035]图1为本发明实施例的整体结构示意图;
[0036]图2为本发明实施例中换热器与分离器的示意图;
[0037]图3为本发明实施例中加热件的示意图;
[0038]图4为本发明实施例中进料机构的示意图;
[0039]图5为本发明实施例中T形板底部结构示意图;
[0040]图6为本发明实施例中轴杆与T形板的剖视图;
[0041]图7为本发明实施例中下料机构的示意图;
[0042]图8为本发明实施例中物料室内气体浓度分布示意图。
[0043]图中：1、造粒机;2、输送机;3、进料机构;31、分料壳;32、料斗;33、进料管;34、转杆;35、拨料板;4、还原机构;41、炉体;42、物料室;43、加热件;44、进气管;45、排气管;46、分散部件;461、底板;462、进气腔;463、加压管;47、扰流部件;471、轴杆;472、分隔板;473、扇叶;474、T形板;475、出气口;476、导流腔;477、导流管;48、滞留部件;481、顶板;5、下料机构;51、冷却斗;52、下料管;53、排料管;6、换热器;7、分离器;8、氢源。
具体实施方式
[0044]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045]实施例一
[0046]请参阅图1-图3，本发明实施例提供一种铜冶炼渣回收处理装置，至少包括还原炉，还原炉为立式炉，作为反应容器进行铜冶炼渣中金属元素的回收，其中还原气体为氢气。
[0047]现有技术中通过天然气、富含煤气的混合气体或SO2气体来作为还原气体，排放的尾气中含有大量含碳或含硫气体，污染性高。且现有技术需要将铜冶炼渣转化至熔融状态再进行反应，所需温度高，反应的终产物分离处理麻烦，所需成本过高。
[0048]因此，本实施例一还包括：
[0049]氢源8，用于提供氢气作为还原气体来对铜冶炼渣中的金属进行置换，副产物为水，实现清洁生产;
[0050]造粒机1，用于将铜冶炼渣粉末制成颗粒状，使其保持一定重量，不会随氢气上升，废渣以粒状进行直接还原，反应后易于排放和处理;
[0051]输送机2，用于将铜渣颗粒输送至还原炉内，实现连续性进料;
[0052]换热器6，用于对通入和排出还原炉的气体进行预热和冷却，提高通入气体的温度上升速度，减少热能消耗，同时提高排出尾气的冷却速度，方便快速将尾气中的水蒸气分离;
[0053]分离器7，用于对尾气中的氢气和水蒸气进行分离，方便对未充分反应的氢气进行回收，减少损失。
[0054]具体而言，还原炉包括从上到下依次设置的进料机构3、还原机构4及下料机构5。
[0055]其中，还原机构4包括炉体41，炉体41内部同轴设置有物料室42，物料室42为筒状，用于盛放铜渣颗粒且作为反应容器。物料室42的顶端与炉体41的内顶壁固定连接，底端与炉体41的内底壁固定连接，且物料室42的外周壁与炉体41的内周壁之间具有环形加热腔，加热腔内设置有加热件43，加热件43为电阻丝，用于为物料室42提供反应所需热能。
[0056]物料室42内连通有进气管44和排气管45，进气管44用于向物料室42内通入氢气，排气管45用于排出还原反应产生的尾气。进气管44位于排气管45上方，其中，进气管44可以从炉体41底端或靠近底端的侧面插入物料室42内，排气管45可以从炉体41顶端或靠近顶端的侧面插入物料室42内。
[0057]实施例二
[0058]请参阅图3-图8，在实施例一的基础上，本实施例提供一种铜冶炼渣回收处理装置。
[0059]氢气从进气管44通入物料室42后，会持续上升，受物料室42高温影响，其上升速度进一步加快，在这个过程中：
[0060]第一方面，铜渣颗粒间空隙多，氢气从空隙间穿过，导致一部分氢气不经反应便直接排出，氢气利用率低;
[0061]第二方面，氢气刚通入时温度低，上升速度慢，温度提高后，上升速度增加，最终达到稳定状态，导致物料室42下层的氢气浓度偏高，此外，氢气刚从进气管44排出时，无法瞬间进行分散，而是集中在进气管44口，在上升的过程中，随着经过的空隙越多，分散程度越高，最终达到较为均匀的状态，导致物料室42下层氢气较为集中，较上方氢气浓度适中，分散性好;而在最顶层，由于氢气质量轻，有持续上升趋势，而排气管45管口较小，上升的气体无法均匀地从排气管45排出，而是会产生一定滞留，导致物料室42上层气体浓度上升，虽如此，但上层气体中大部分为反应的副产物，未反应的氢气与上层氢气的接触时间短，转化程度低;
[0062]因此，如图8所示，我们将物料室42内部分成上中下三层;
[0063]第三方面，从还原反应的角度来看，氢气还原铜冶炼渣的化学式为H2+MO→M+H2O，其中，M表示金属，消耗的氢气的摩尔量与生成的水蒸气的摩尔量是相同的，反应生成的水蒸气会在高温作用下随氢气一同上升，最终作为尾气排出，使物料室42内的气体浓度变化仍符合上述规律。
[0064]氢气的分布不均导致铜冶炼渣无法充分均匀地进行还原反应，原料消耗大，产量低，使投入与产出不成正比。此外，尾气排出时会带走大量反应热，未经反应的氢气直接高温排出，会大大增加能耗，增加生产成本。
[0065]为了提高物料室42内的氢气利用率，还原机构4还包括：
[0066]分散部件46，用来提高进气的分散程度，使物料室42下层氢气分布更加均匀;
[0067]扰流部件47，用来打散原来气体的上升路径，使气体不规则上升，从而均匀、随机地在铜渣颗粒中流动，提高中层颗粒的反应程度;
[0068]滞留部件48，用于减缓尾气的上升速度，进一步将气体留在上层，使上层颗粒能够得到充分反应。
[0069]结合图3和图4所示，分散部件46包括固定连接在物料室42内周壁上的底板461，底板461与炉体41的内底壁间有一定距离，使得底板461、炉体41与物料室42之间形成一个进气腔462。进气腔462内连通有加压管463，加压管463一端依次贯穿物料室42和炉体41并与进气管44连通，将氢气供入进气腔462内，底板461上均匀分布有多个通孔，氢气在进气腔462内扩散后，通过均匀分布的通孔进入物料室42内，降低了氢气的局部浓度，使氢气得以更加分散的上升。
[0070]结合图3-图7所示，扰流部件47包括与物料室42同轴设置的轴杆471，轴杆471的上下两端均与炉体41的内壁转动连接，轴杆471的外周壁上呈阵列分布有多个分隔板472，分隔板472具有一定弧度，其一侧与轴杆471的外周壁固定连接，另一侧为自由端，呈S形，分隔板472的上下两个面之间具有一定角度，从俯视或仰视的角度看，分隔板472呈三角形。多个分隔板472将物料室42内部空间分成多个区域，通过特殊的形状设计，使得铜冶炼渣进入物料室42时，能够带动分隔板472转动，进而使得铜冶炼渣在物料室42内分布更加均匀。
[0071]轴杆471的外周壁上呈圆形阵列分布有多个扇叶473，扇叶473位于进气腔462内，扇叶473可受加压管463吹出的风力驱动而进行旋转，从而在还原阶段，分隔板472能够保持持续转动，进而带动铜冶炼渣的角度不断发生变化，使不同区域的铜冶炼渣能够均匀地与氢气接触。此外，通过扇叶473的旋转可以对进气的压力进行缓冲，使气体更加分散。
[0072]为了提高物料室42中层的氢气浓度，在轴杆471的外周壁上固定连接有多个T形板474，T形板474内部中空且底部设有出气口475，T形板474的第一端与第二端分别固定在两个相邻分隔板472的中间位置上，T形板474的第三端上设有开口且与轴杆471连接。轴杆471的内部设有导流腔476，导流腔476与T形板474内部连通。导流腔476底端连通有导流管477，导流管477的一端依次贯穿物料室42和炉体41并与进气管44连通，从而将氢气通过导流腔476通入T形板474内，并从T形板474底部吹出，吹出的氢气对原来上升的气体进行扰流，随后同原有气体一同上升，使得物料室42中层的氢气浓度升高。相较于原来的通过一个方向进气，本实施例将同等量气体分成两份，从不同方向进行进气，使得气体浓度分布更均。
[0073]此外，滞留部件48包括固定连接在物料室42内周壁上的顶板481，顶板481上均匀分布有通孔，排气管45的一端贯穿物料室42并与顶板481上方空间连通，顶板481的阻挡可以对气体上升的速度进行缓冲，将大部分气体截留在反应区域内，延长物料室42上层的反应时长。
[0074]分隔板472的底端与底板461的顶端接触，使得分隔板472在转动时可以带动区域内的铜冶炼渣一起转动，避免产生遗漏，分隔板472的顶端与顶板481的底端接触，以保证分隔板472转动时，反应区域内的气体均能受其扰动，顶板481下方的气体受到分隔板472提供的动能影响，缓解了气体向上的运动趋势，使气体中的氢气更充分地与上层物料进行反应。
[0075]与还原机构4相适配地，进料机构3包括设置于炉体41顶端的分料壳31，分料壳31底部连通有多个料斗32，料斗32底端连通有进料管33，进料管33底端贯穿顶板481并于物料室42内部连通，以将铜渣颗粒加入还原区域内，作为优选方案，进料管33的数量与分隔板472的数量相同，且每个进料管33对应一个反应区域，使得进料时，多个分隔板472均能与铜冶炼渣接触，铜冶炼渣能够提供足够的、均匀的力使分隔板472转动。分料壳31的内壁上转动连接有转杆34，转杆34的顶端固定连接有拨料板35，转杆34的底端与轴杆471顶端固定连接，轴杆471转动时通过转杆34同步带动拨料板35转动，使得分料壳31内的铜渣颗粒能够进入到料斗32内。
[0076]下料机构5包括设置于炉体41底端的冷却斗51，冷却斗51顶部连接有下料管52，下料管52顶端贯穿底板461并于物料室42内部连通，冷却斗51底端连接有排料管53，以将铜渣颗粒排出装置外。
[0077]实施例三
[0078]本发明实施例提供一种铜冶炼渣回收处理工艺，包括以下步骤：
[0079]步骤一、造粒，将铜冶炼渣粉末与胶黏剂混合，制成具有一定密实性的球状颗粒，避免铜渣随氢气上浮。
[0080]步骤二、输送，经筛分后将合格的球状颗粒通过输送机2输送至进料机构3中。
[0081]步骤三、进料，铜渣颗粒通过多个进料管33进入物料室42内，并在进料的过程中通过重力推动分隔板472与轴杆471转动，使铜渣颗粒在分隔板472间均匀分布。
[0082]步骤四、氢气还原，在物料室42内通入氢气，通过加热件43加热至900℃-950℃，对球状颗粒进行还原;
[0083]在这个过程中，通过进气管44输入的氢气分别进入加压管463与导流管477中，加压管463中的氢气在进气腔462中排出，并冲击扇叶473，使得扇叶473旋转，进而带动轴杆471与分隔板472旋转，分隔板472带动铜渣颗粒转动，并对物料室42内的氢气进行扰动，破坏原有的氢气上升路径，使氢气在物料间不规则流动，物料与氢气接触更加均匀;此外，氢气在进气腔462中扩散后再穿过底板461上的通孔进入反应区域内，使氢气分散更加均匀;
[0084]导流管477中的氢气通过轴杆471内部的导流腔476进入到多个T形板474内，并通过T形板474底部开设的出气口475向下吹出，与原本上升的气体进行对冲，延缓氢气上升速度，提高物料室42中层的氢气浓度，使中层物料得到充分反应;
[0085]气体上升至物料室42上层后，受到顶板481的阻挡，使其上升速度得到缓冲，延长氢气与上层物料的接触时间，提高上层物料的反应度。
[0086]步骤五、氢气回收，反应的尾气通过排气管45排出后，经过换热器6与进气产生热量交换，温度下降，随后进入到分离器7中，将尾气中的氢气分离出来并回收至氢源8，最终回流至还原炉中进行再利用。
[0087]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0088]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
说明书附图(8)
声明：
“铜冶炼渣回收处理装置及处理工艺” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：安徽益晖新能源科技有限公司
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2025年03月21日 ~ 23日 
