权利要求
1.一种基于
氰化尾渣协同处置的
铜冶炼方法，其特征在于，包括：
步骤S1、构建包括氰化尾渣、
铜精矿及辅料在内的原料成分数据库，并设定包括冰铜品位和熔炼温度在内的工艺目标;
步骤S2、将设定投放的氰化尾渣量作为初始条件，根据步骤S1所设定工艺目标进行迭代优化计算，并输出最优配料方案;
步骤S3、根据步骤S2所得最优配料方案与目标熔炼炉的工艺特征进行熔炼，对氰化物彻底分解并回收有价金属。
2.根据权利要求1所述的一种基于氰化尾渣协同处置的铜冶炼方法，其特征在于：所述原料包括铜精矿、熔剂、硫化剂、燃料和氰化尾渣，其中，氰化尾渣占原料总干基重量的1~10%;所述工艺目标包括冰铜品位、炉渣铁硅比、渣型和熔炼温度。
3.根据权利要求1所述的一种基于氰化尾渣协同处置的铜冶炼方法，其特征在于：所述熔剂为石灰石和/或石英石;所述硫化剂包括黄铁矿;所述燃料包括焦炭。
4.根据权利要求3所述的一种基于氰化尾渣协同处置的铜冶炼方法，其特征在于：所述迭代优化计算的过程为：输入原料的固定成分数据，以设定的工艺目标为目的，以设定投放的氰化尾渣量为初始条件，通过迭代算法动态调整其他物料的配比，基于物料平衡和热平衡模型进行目标优化计算，输出全局最优配料方案。
5.根据权利要求1所述的一种基于氰化尾渣协同处置的铜冶炼方法，其特征在于：所述氰化尾渣在进行熔炼前还需进行预处理，其过程为：将氰化尾渣干燥至含水率≤15%，依次经破碎和制粒，即得。
6.根据权利要求1所述的一种基于氰化尾渣协同处置的铜冶炼方法，其特征在于：所述目标熔炼炉为
闪速炉、
侧吹炉和
鼓风炉中的一种;所述熔炼过程在1100~1300℃的富氧条件下进行。
7.根据权利要求6所述的一种基于氰化尾渣协同处置的铜冶炼方法，其特征在于：所述目标熔炼炉为闪速炉或侧吹炉时，其熔炼时的入炉方式为：将原料按最优配料方案称取后充分混合后制粒或直接通过喷枪喷入炉内;所述目标熔炼炉为鼓风炉时，其熔炼时的入炉方式为：将原料按最优配料方案分别称取后，按焦炭-熔剂-团块料的顺序分层加入。
8.根据权利要求6所述的一种基于氰化尾渣协同处置的铜冶炼方法，其特征在于：所述氰化物彻底分解的过程为：氰化尾渣中的氰化物彻底氧化分解为金属氧化物和无毒小分子气体，尾渣中含有铜、
铅和
锌在内的有价金属组分被氧化后，进入渣相或挥发相。
9.一种基于氰化尾渣协同处置的铜冶炼系统，其特征在于：用于实现权利要求1~8任意一项所述的铜冶炼方法;所述铜冶炼系统包括数据库单元、目标与约束设置单元、迭代优化计算单元和可视化输出单元。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及一种氰化尾渣资源化处理方法，具体涉及一种基于氰化尾渣协同处置的铜冶炼方法及系统，属于
有色金属冶金技术领域。
背景技术
[0002]氰化尾渣是金精矿采用氰化法提金后产生的固体废弃物，因含有大量铁氧化物(TFe品位可达35%)而呈红色，故也称“红渣”。我国是全球第一大黄金生产国，据最新数据，2024年成品金产量达534.1吨，其中约70%采用氰化法提炼，据此估算，全年产生的氰化尾渣量高达约1.95亿吨，历史堆存量更是超过1.5亿吨。氰化尾渣成分复杂，除含有一定量的残余金(通常为0.5~2g/t)、银(10~50g/t)等
贵金属外，还含有铜、铅、锌等有价金属，同时因其含有剧毒的残留氰化物(含量通常在200-1000mg/kg范围内)及多种重金属(如铅、砷等)，被列为危险废物(HW33，092-003-33)。目前，对氰化尾渣的处理方式主要是填埋，但该方式成本高昂(安全填埋处置费用通常高达每吨千元以上)，占用土地资源，且存在长期环境风险，无法彻底解决氰化物污染问题。另外还有一定量的有价金属无法回收利用，形成资源浪费。
[0003]另一方面，现代铜熔炼是一个高温、强氧化/还原的物理化学过程。其炉膛温度可达1200℃，因此，为了保护内壁，减少烧蚀风险，其炉料中需含有铁、钙、硅等造渣组分，在现有技术中，熔炼每吨铜精矿需外购数十至上百公斤的含铁熔剂，这一部分的成本支出是难以避免的。
发明内容
[0004]针对现有技术存在的问题，本发明的第一个目的在于提供一种基于氰化尾渣协同处置的铜冶炼方法。该方法利用氰化尾渣与铜冶炼之间的协同作用，利用铜冶炼过程中高温、高氧化还原特性，在彻底分解尾渣中氰化物的同时，还有效回收其中的有价金属;此外，氰化尾渣还含有大量硅、钙等铜冶炼过程中必需的造渣成分，进一步替代部分传统熔剂，从而降低冶炼成本。
[0005]本发明第二个目的在于提供一种基于氰化尾渣协同处置的铜冶炼系统，系统通过迭代优化计算单元，相较于传统经验配料或简单替代方法，实现了原料配料过程的精准化、最优化和智能化，并快速响应氰化尾渣成分被动变化对炉况的冲击。
[0006]为了实现上述技术目的，本发明提供了一种基于氰化尾渣协同处置的铜冶炼方法，包括：
[0007]步骤S1、构建包括氰化尾渣、铜精矿及辅料在内的原料成分数据库，并设定包括冰铜品位和熔炼温度在内的工艺目标;
[0008]步骤S2、将设定投放的氰化尾渣量作为初始条件，根据步骤S1所设定工艺目标进行迭代优化计算，并输出最优配料方案;
[0009]步骤S3、根据步骤S2所得最优配料方案与目标熔炼炉的工艺特征进行熔炼，对氰化物彻底分解并回收有价金属。
[0010]作为一项优选的方案，所述原料包括铜精矿、熔剂、硫化剂、燃料和氰化尾渣，其中，氰化尾渣占原料总干基重量的1~10%。
[0011]作为一项优选的方案，所述工艺目标包括冰铜品位、炉渣铁硅比、渣型和熔炼温度。
[0012]作为一项优选的方案，所述熔剂为石灰石和/或石英石。
[0013]作为一项优选的方案，所述硫化剂包括黄铁矿。
[0014]作为一项优选的方案，所述燃料包括焦炭。
[0015]作为一项优选的方案，所述迭代优化计算的过程为：输入原料的固定成分数据，以设定的工艺目标为目的，以设定投放的氰化尾渣量为初始条件，通过迭代算法动态调整其他物料的配比，基于物料平衡和热平衡模型进行目标优化计算，输出全局最优配料方案。
[0016]本发明的核心步骤之一是采用基于物料平衡与热平衡模型的迭代优化算法进行计算，以确定在固定掺入氰化尾渣条件下的全局最优配料方案。
[0017]所述迭代优化计算过程如下：
[0018]1. 输入与初始化：输入各物料的固定成分数据，并以预设的氰化尾渣掺入量作为固定初始条件;设定包含冰铜铜品位、生产成本的多重优化目标，以及炉渣铁硅比、冰铜品位目标区间、热平衡温度范围、杂质挥发率阈值在内的多重工艺约束条件;
[0019]2. 迭代优化计算：以所述初始条件为起点，所述算法进入迭代求解流程：
[0020]1)方案生成与模拟：基于当前各物料配比，根据物料平衡模型与热平衡模型，计算预测冰铜品位、炉渣铁硅比、熔炼温度及杂质挥发率;
[0021]2)约束符合性判断：将步骤1)的预测结果与设定的多重约束条件进行比对，判断当前配比方案是否满足所有约束;
[0022]3)目标函数评估与方案调整：若当前方案满足所有约束，则计算其关于“冰铜品位最大化”和“生产成本最小化”的综合目标函数值，并与历史最优值比较、更新;
[0023]4)随后，算法在所述氰化尾渣量固定的前提下，按照预定的优化策略(如梯度下降法或线性规划的求解方向)生成一组新的其他物料配比，返回步骤1)进行下一轮计算;
[0024]若当前方案不满足所有约束，则算法首先根据未被满足的约束类型(如热平衡不足、铁硅比超标)，定向调整相关物料的配比以修复约束，再返回步骤1);
[0025]收敛与输出：重复步骤1)至步骤3)，直至满足以下收敛条件之一：目标函数值的改进连续若干次迭代小于设定阈值，或达到预设的最大迭代次数。此时，输出历史记录中综合目标函数值最优的配料方案;
[0026]3 输出最优配比：模块输出经上述优化计算后收敛得到的各物料干基投料量建议。
[0027]作为一项优选的方案，所述氰化尾渣在进行熔炼前还需进行预处理，其过程为：将氰化尾渣干燥至含水率≤15%，依次经破碎和制粒，即得。
[0028]作为一项优选的方案，所述目标熔炼炉为闪速炉、侧吹炉和鼓风炉中的一种。
[0029]作为一项优选的方案，所述熔炼过程在1100~1300℃的富氧条件下进行。
[0030]作为一项优选的方案，所述目标熔炼炉为闪速炉或侧吹炉时，其熔炼时的入炉方式为：将原料按最优配料方案称取后充分混合后制粒或直接通过喷枪喷入炉内。
[0031]作为一项优选的方案，所述目标熔炼炉为鼓风炉时，其熔炼时的入炉方式为：将原料按最优配料方案分别称取后，按焦炭-熔剂-团块料的顺序分层加入。
[0032]作为一项优选的方案，所述氰化物彻底分解的过程为：氰化尾渣中的氰化物彻底氧化分解为金属氧化物和无毒小分子气体，尾渣中含有铜、铅和锌在内的有价金属组分被氧化后，进入渣相或挥发相。
[0033]尾渣中的铜、金、银等贵金属主要被还原并富集于冰铜相中，随冰铜一并回收;铁等金属以氧化物形式参与造渣反应，进入炉渣相;铅、锌等挥发性金属则挥发进入烟气，经后续尾气处理系统收集后，集中进行回收处理。
[0034]本发明还提供了一种基于氰化尾渣协同处置的铜冶炼系统，用于实现上述任意一项所述的铜冶炼方法;所述铜冶炼系统包括数据库单元、目标与约束设置单元、迭代优化计算单元和可视化输出单元。
[0035]相对于现有技术，本发明所提供技术方案的有益技术效果为：
[0036]1)本发明所提供的方法利用氰化尾渣与铜冶炼之间的协同作用，利用铜冶炼过程中高温、强氧化性等特性，在彻底分解尾渣中氰化物的同时，还有效回收其中的有价金属;此外，氰化尾渣还含有大量硅、钙等铜冶炼过程中必需的造渣成分，进一步替代部分传统熔剂，从而降低冶炼成本。
[0037]2)本发明所提供的系统通过迭代优化计算单元，相较于传统经验配料或简单替代方法，实现了原料配料过程的精准化、最优化和智能化，并快速响应氰化尾渣成分被动变化对炉况的冲击;进一步的，本发明通过构建多目标优化模型，能够同时兼顾元素平衡、热平衡、成本控制及环保约束等多个维度，通过迭代计算动态求解出全局最优配比，不仅显著降低了对操作人员经验的依赖，更能够确保在掺入氰化尾渣后，冰铜品位、炉渣性质等关键工艺指标始终保持稳定和最优，从而大幅提升了生产过程的稳定性和经济效益。
附图说明
[0038]图1为本发明实施例1~3中所采用的工艺流程图。
具体实施方式
[0039]以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0040]实施例1
[0041]本发明提供了一种基于氰化尾渣协同处置的铜冶炼方法，以某采用密闭鼓风炉熔炼工艺的铜冶炼厂，处理某黄金冶炼厂产生的氰化尾渣，其中，氰化尾渣主要化学成分(干基)为：Fe 38%，SiO2 28%，CaO 6%，Cu 1.2%，Au 0.9g/t，Ag 52g/t，S 1.8%，As 0.15%，CN- 180mg/kg。该方法的具体过程为：
[0042]步骤S1、构建包括氰化尾渣、铜精矿及辅料在内的原料成分数据库，并设定包括冰铜品位和熔炼温度在内的工艺目标;
[0043]以100kg铜精矿为基准，设定工艺目标为：冰铜品位：33%，炉渣铁硅比：0.9，渣型：FeO-SiO2-CaO系，熔炼温度：1250℃;铜熔炼的原料包括氰化尾渣、铜精矿、石英石、石灰石、黄铁矿和焦炭;
[0044]步骤S2、将设定投放的氰化尾渣量作为初始条件，根据步骤S1所设定工艺目标进行迭代优化计算，并输出最优配料方案;
[0045]所述迭代优化计算的过程为：输入原料的固定成分数据，以设定的工艺目标为目的，以设定投放的氰化尾渣量为初始条件，通过迭代算法动态调整其他物料的配比，基于物料平衡和热平衡模型进行目标优化计算，输出全局最优配料方案;
[0046]其中，所述迭代优化计算过程如下：
[0047]1. 输入与初始化：输入各物料的固定成分数据，并以预设的氰化尾渣掺入量作为固定初始条件;设定包含冰铜铜品位、生产成本的多重优化目标，以及炉渣铁硅比、冰铜品位目标区间、热平衡温度范围、杂质挥发率阈值在内的多重工艺约束条件;
[0048]2. 迭代优化计算：以所述初始条件为起点，所述算法进入迭代求解流程：
[0049]1)方案生成与模拟：基于当前各物料配比，根据物料平衡模型与热平衡模型，计算预测冰铜品位、炉渣铁硅比、熔炼温度及杂质挥发率;
[0050]2)约束符合性判断：将步骤1)的预测结果与设定的多重约束条件进行比对，判断当前配比方案是否满足所有约束;
[0051]3)目标函数评估与方案调整：若当前方案满足所有约束，则计算其关于“冰铜品位最大化”和“生产成本最小化”的综合目标函数值，并与历史最优值比较、更新;
[0052]4)随后，算法在所述氰化尾渣量固定的前提下，按照预定的如梯度下降法求解方向生成一组新的其他物料配比，返回步骤1)进行下一轮计算;
[0053]收敛与输出：重复步骤1)至步骤3)，直至满足以下收敛条件之一：目标函数值的改进连续若干次迭代小于设定阈值，或达到预设的最大迭代次数;此时，输出历史记录中综合目标函数值最优的配料方案。
[0054]3 输出最优配比：模块输出经上述优化计算后收敛得到的各物料干基投料量建议。
[0055]通过上述迭代过程后，所得最优配料方案以及原料各组分的主要成分含量如表1所示;
[0056]
[0057]步骤S3、根据步骤S2所得最优配料方案与目标熔炼炉的工艺特征进行熔炼，对氰化物彻底分解并回收有价金属;
[0058]基于前述的最优配料方案，精确称取干燥的氰化尾渣、铜精矿等原料，并分别加入4%的焦粉和煤粉作为添加剂、6%的膨润土作为粘结剂进行干混，将混合料的水分调节至6~8%后，送入轮碾机碾磨2~4次，以提高物料的成团性与团块强度，随后，将碾磨料置于高压对辊压团机中，在20~50MPa的线压力下压制成型，最终，将生团块干燥至含水率为1~2%，即可获得抗压强度满足入炉要求的坚硬团块;
[0059]将制粒后的团块料、焦炭与熔剂按确定的重量配比与顺序分层加入鼓风炉。典型的加料顺序为：底层为焦炭，中层为熔剂，上层为团块料。控制料柱高度3.5m，风量800m3/h，风温500℃，炉顶温度250~350℃，炉缸温度1150~1250℃。实行连续加料、间断放铜放渣操作。
[0060]本发明对上述过程所得产品进行了各项指标检测，其结果为：产出冰铜品位32.3%，炉渣铁硅比0.91，渣含铜0.5%，焦率9%。通过结果可以看出所得产物的各项指标均达到预期目标。进一步的，熔炼烟气经二次燃烧后，其中SO2浓度约为5.1%，CN-浓度<0.5mg/m3;产出的水淬渣按照《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)进行检测，氰化物浸出浓度<0.1mg/L，砷浸出浓度< 0.1mg/L，检测结果低于标准限值，符合环保要求。
[0061]对于有价金属回收来说，其结果为：金回收率94.2%，银回收率95.5%，铜回收率97.0%。且整体工艺制粒后炉料透气性良好，炉况稳定，无悬料、喷料现象，炉渣流动性好，易分离。氰化尾渣、混合炉料、炉渣及冰铜的主要成分和回收率如表2所示。
[0062]
[0063]实施例2
[0064]本发明提供了一种基于氰化尾渣协同处置的铜冶炼方法，以某采用富氧侧吹炉熔炼工艺的铜冶炼厂，处理某黄金冶炼厂产生的氰化尾渣，其中，氰化尾渣主要化学成分(干基)为：Fe 35.5%，SiO2 24.5 %，CaO 5.5%, Cu 0.9%，Au 1.2g/t，Ag 45g/t，S 1.6%，As0.12%，CN- 220mg/kg。该方法的具体过程为：
[0065]步骤S1、构建包括氰化尾渣、铜精矿及辅料在内的原料成分数据库，并设定包括冰铜品位和熔炼温度在内的工艺目标;
[0066]以100kg铜精矿为基准，设定工艺目标为：冰铜品位：36%，炉渣铁硅比：0.9，渣型：FeO-SiO2-CaO系，熔炼温度：1250℃;铜熔炼的原料包括氰化尾渣、铜精矿、石英石、石灰石和燃煤;
[0067]步骤S2、将设定投放的氰化尾渣量作为初始条件，根据步骤S1所设定工艺目标进行迭代优化计算，并输出最优配料方案;
[0068]所述迭代优化计算的过程为：输入原料的固定成分数据，以设定的工艺目标为目的，以设定投放的氰化尾渣量为初始条件，通过迭代算法动态调整其他物料的配比，基于物料平衡和热平衡模型进行目标优化计算，输出全局最优配料方案;
[0069]其中，最优配料方案以及原料各组分的主要成分含量如表3所示;
[0070]
[0071]步骤S3、根据步骤S2所得最优配料方案与目标熔炼炉的工艺特征进行熔炼，对氰化物彻底分解并回收有价金属;
[0072]将氰化尾渣经压滤脱水至含水18%后，通过蒸汽干燥机干燥至含水8%以下，将干燥后的氰化尾渣与铜精矿、石英石、石灰石等物料按前述最优配料方案精确称量，送入高效
混合机进行充分混合，混合均匀后的炉料通过密闭输送系统送入富氧侧吹炉的料仓中;
[0073]将混合炉料通过专用喷枪以60~80m/s的速度喷入熔池，控制富氧浓度75%，熔池温度1180~1220℃;采用连续加料、连续放冰铜、间断放渣的操作制度。
[0074]本发明对上述过程所得产品进行了各项指标检测，其结果为：产出冰铜品位35.7%，炉渣铁硅比0.92，渣含铜0.5%，铜回收率98.8%，燃煤率9%。通过结果可以看出所得产物的各项指标均达到预期目标。进一步的，熔炼烟气经二次燃烧后，其中SO2浓度约为11.2%，CN-浓度<0.5mg/m3;产出的水淬渣按照《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)进行检测，氰化物浸出浓度<0.02mg/L，砷浸出浓度<0.08mg/L，检测结果低于标准限值，符合环保要求。
[0075]对于有价金属回收来说，其结果为：金回收率95.6%，银回收率95.9%，铜回收率97.1%。且整体工艺制粒后炉料透气性良好，炉况稳定，无悬料、喷料现象，炉渣流动性好，易分离。氰化尾渣、混合炉料、炉渣及冰铜的主要成分和回收率如表4所示。
[0076]
[0077]实施例3
[0078]本发明提供了一种基于氰化尾渣协同处置的铜冶炼方法，以某采用富氧侧吹炉熔炼工艺的铜冶炼厂，处理某黄金冶炼厂产生的氰化尾渣，其中，氰化尾渣主要化学成分(干基)为：Fe 30.8%，SiO2 35.2%，CaO 3.5%, Cu 0.7%，Au 1.1g/t，Ag 48g/t，S 1.3%，CN-200mg/kg。该方法的具体过程为：
[0079]步骤S1、构建包括氰化尾渣、铜精矿及辅料在内的原料成分数据库，并设定包括冰铜品位和熔炼温度在内的工艺目标;
[0080]以100kg铜精矿为基准，设定工艺目标为：冰铜品位：40%，炉渣铁硅比：1.1，渣型：FeO-SiO2-CaO系，熔炼温度：1250℃;铜熔炼的原料包括氰化尾渣、铜精矿、石英石、石灰石和燃煤;
[0081]步骤S2、将设定投放的氰化尾渣量作为初始条件，根据步骤S1所设定工艺目标进行迭代优化计算，并输出最优配料方案;
[0082]将设定投放的氰化尾渣量作为初始条件，根据步骤S1所设定工艺目标进行迭代优化计算，并输出最优配料方案;
[0083]所述迭代优化计算的过程为：输入原料的固定成分数据，以设定的工艺目标为目的，以设定投放的氰化尾渣量为初始条件，通过迭代算法动态调整其他物料的配比，基于物料平衡和热平衡模型进行目标优化计算，输出全局最优配料方案;
[0084]其中，最优配料方案以及原料各组分的主要成分含量如表5所示;
[0085]
[0086]步骤S3、根据步骤S2所得最优配料方案与目标熔炼炉的工艺特征进行熔炼，对氰化物彻底分解并回收有价金属;
[0087]将氰化尾渣经压滤脱水至含水18%后，通过蒸汽干燥机干燥至含水8%以下，将干燥后的氰化尾渣与铜精矿、石英石、石灰石等物料按前述最优配料方案精确称量，送入高效混合机进行充分混合，混合均匀后的炉料通过密闭输送系统送入富氧侧吹炉的料仓中;
[0088]将混合炉料通过专用喷枪以60~80m/s的速度喷入熔池，控制富氧浓度78%，熔池温度1200~1250℃;采用连续加料、连续放冰铜、间断放渣的操作制度。
[0089]本发明对上述过程所得产品进行了各项指标检测，其结果为：产出冰铜品位39.8%，炉渣铁硅比1.09，渣含铜0.6%，铜回收率97.2%，燃煤率7.4%，通过结果可以看出所得产物的各项指标均达到预期目标;进一步的，熔炼烟气经二次燃烧后，其中SO2浓度约为12.5%，CN-浓度<0.5mg/m3;产出的水淬渣按照《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)进行检测，氰化物浸出浓度<0.02mg/L，砷浸出浓度<0.1mg/L，检测结果低于标准限值，符合环保要求。
[0090]对于有价金属回收来说，其结果为：金回收率95.9%，银回收率95.8%，铜回收率97.2%。且整体工艺制粒后炉料透气性良好，炉况稳定，无悬料、喷料现象，炉渣流动性好，易分离。氰化尾渣、混合炉料、炉渣及冰铜的主要成分和回收率如表6所示。
[0091]
[0092]上述是实施例1~3所提供的方法通过以下铜冶炼系统实施，包括数据库单元、目标与约束设置单元、迭代优化计算单元和可视化输出单元。
[0093]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
说明书附图(1)
声明：
“基于氰化尾渣协同处置的铜冶炼方法及系统” 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：北方有色网
来源：河南昌宜有色金属有限公司, 中南大学
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