从精矿制备成阳极铜的两步炼铜方法及装置与流程

本发明涉及有色冶金技术领域，具体涉及从精矿制备成阳极铜的两步炼铜方法及装置。

背景技术：

现有技术下的炼铜工艺，从精矿到阳极板都是由熔炼、吹炼、精炼三段完成，如闪速熔炼、顶吹熔炼、诺兰达侧吹熔炼、瓦纽科夫熔炼等。这些冶炼技术，都没有突破有色冶金领域的局限性和不足，主要表现在：生产规模大、流程长、投资大、系统直收率低，造成部分资源的损失和浪费。同时由于吹炼、精炼是在不同的炉中分开进行的，硫的利用率低，热损失多，so2烟气低空逸散，操作环境差。因此有待进一步研究和开发新的装备，克服以上不足，缩短生产流程，降低生产成本、投资成本，实现高效生产。现在有两种用于工业生产的连续吹炼工艺，一种是日木研发的三菱法，采用顶吹炉熔炼，电炉沉降铜锍，并对渣进行贫化，再用顶吹炉连续将铜锍吹炼至粗铜，三个炉子用两个溜槽连接，实现了连续炼铜。另一种是美国犹他kennecott冶炼厂的炼铜工艺，采用闪速炉熔炼、炉渣选矿、铜梳水碎、干燥、磨矿再用闪速炉吹炼成粗铜。上述两种连续炼铜工艺，虽然解决了吹炼作业的环保问题，但还都有不足之处，需要进一步改进提高。

在铜冶炼技术中，处于最重要地位的是铜冶炼的工艺和相关设备，现有的炼铜装置多是由熔炼炉、吹炼炉和精炼炉三个炉子构成，大量文献已经对此进行了报道，如中国专利文献cn101165196a公开的一种采用氧气底吹炉连续炼铜的工艺及其装置，但是该方案所用设备和工艺都比较复杂，且产出的铜品位不高。因此，提供一种冶炼流程更短、工艺更加简化的铜冶炼方法，对于炼铜工业具有重要意义。据此，中国专利文献cn103382528b公开了一种两步炼铜法工艺及装置，该装置包括一台底吹熔炼炉和两台吹炼炉，呈“品”字形摆布；三台设备均为可回转的卧式圆筒形炉，外壳为钢板，内衬耐火材料，炉体由两个托辊支承于基础上，其中一个托辊一端配有电机，齿轮传动，炉体设置成沿轴心转动；三台设备之间采用溜槽连接；熔炼炉和吹炼炉底部均设有喷枪。该专利首次提出了两步炼铜装置，即通过熔炼炉进行熔炼步骤，通过吹炼炉进行吹炼和精炼步骤，能够有效缩短铜冶炼时间，降低设备成本。但是该专利仍有不足之处，如未考虑到对于尾气处理和炉渣处理的问题，如何减弱高温熔体对炉体内侧耐火材料的冲刷严重，缩减耐火材料使用寿命的问题，如何降低渣含铜量的问题，加料口位置设计不合理等问题。

中国专利文献cn104988332a公开了一种一步炼铜工艺及装置，包括具有封闭炉腔(11)的炉体(1)，封闭炉腔自底部由下至上依次设有精炼区(111)、吹炼区(112)和熔炼区(113)，精炼区四周的炉壁上设有多个第一喷枪(2)，吹炼区四周的炉壁上设有多个第二喷枪(3)，熔炼区四周的炉壁上设有多个第三喷枪(4)，精炼区四周的炉壁和/或底部还设有多个位于第一喷枪下方的第四喷枪(5)，熔炼区上方的炉壁上设有排渣口(12)，封闭炉腔的顶部设有加料口(13)和烟道口(14)，封闭炉腔的底部设有排铜口(15)。该专利炉体为竖式炉，且将熔炼、吹炼、精炼三个分区设在同一炉内，虽然解决了so2的低空逸散问题，但是将三个分区设在一个炉内，必然导致炉体过大，操作多有不便，也不便于维修。并且竖式炉操作时和普通的卧式结构回转炉不同，需要假设更高的辅助加料设备、操作设备等，也会提高成本和操作难度。类似地，中国专利文献cn102181661a公开了一种炼铜装置及工艺，其同样是将三个分区设在一个炉内，同样存在操作不便和维修困难等问题。

可见，现有技术中的两步炼铜工艺仍然存在很多不足之处，且和其它现有技术一样，均不能在一个炉内同时实现熔炼和熔炼渣处理的问题。

技术实现要素：

为解决现有的炼铜装置普遍存在的工艺复杂、无法在一个复合熔炼炉内同时进行熔炼和贫化操作等问题，本发明提供了一种从精矿制备成阳极铜的两步炼铜方法及装置，具体技术方案如下：

一种从精矿制备成阳极铜的两步炼铜方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将混合炉料通过加料口加入多元炉内，所述混合炉料包括混合铜精矿和熔剂；

利用底吹喷枪和侧吹喷枪分别从所述多元炉的底部和侧部向所述多元炉内的熔体内连续喷入含氧气体；

所述多元炉中包括主排烟口和副排烟口，主排烟口位于炉体顶部靠近多元炉排渣口的一侧，副排烟口位于炉体顶部靠近铜锍出口的一侧；所述多元炉的炉体内从上至下分为上层气相区和下层液相区，所述下层液相区内介质为熔体，所述下层液相区从上至下分为中层渣相区和底层铜锍区；混合炉料经过气相区后落入熔体；多元炉加料口位于多元炉炉体顶部靠近铜锍出口的一侧，在加料口下方因底吹喷枪喷入气体形成熔炼反应区，在靠近主排烟口下方因侧吹喷枪喷入气体形成贫化反应区；

从所述多元炉内分别排出铜锍和熔炼渣；

步骤二：从所述多元炉内排出的铜锍经密闭导锍管连续加入火精炉内，利用底吹喷枪从所述火精炉的底部向所述火精炉内的熔体内连续喷入含氧气体，所述含氧气体包括氧气和还原气体，利用底吹喷枪实现切换向所述火精炉内喷入的含氧气体中的氧气和还原气体的含量，所述还原气体包括天然气、煤粉、液化气、煤气、焦粉中的一种或几种；

以上过程结束后将阳极铜从阳极铜放出口排出并直接浇注阳极板，矿渣从火精炉排渣口排出。

优选地，所述还原气体为天然气，所述熔剂为石英石。

优选地，所述混合铜精矿中s与cu的质量比为0.9-1.2，所述混合铜精矿中cu与fe的质量差占所述混合铜精矿总质量的3％-5％。

优选地，所述熔剂包括石英砂，所述混合炉料中fe与sio2的质量比为1.5-1.9。

优选地，所述混合炉料中fe与sio2的质量比为1.7。

优选地，所述多元炉内底吹喷枪在炉体上沿炉体轴向呈双排布置，位于多元炉内加料口下方，喷枪与竖直方向夹角在-30度到30度范围内，两排喷枪的喷枪轴线之间夹角大于10度小于20度，单排相邻的两个喷枪间距在0.5-1.5m范围内。

优选地，所述多元炉内底吹喷枪喷入的含氧气体中氧气浓度为75-80％，底吹喷枪喷入的含氧气体被连续吹入熔体的铜锍层内，供多元炉内发生熔炼反应。

优选地，所述多元炉内侧吹喷枪位于多元炉侧部靠近多元炉主排烟口的一侧，侧吹喷枪设为水平方向，与多元炉炉体径向方向平行。

优选地，所述侧吹喷枪喷入的含氧气体中包括还原气体，侧吹喷枪喷入的含氧气体被连续吹入熔体的渣相层内，供多元炉内发生贫化反应，氧气与还原气体的体积比为1.0-1.7，优选为1.1-1.5，更优选1.2-1.4，最优选1.3。

优选地，所述多元炉中包括主排烟口和副排烟口，主排烟口位于炉体顶部靠近多元炉排渣口的一侧，副排烟口位于炉体顶部靠近铜锍出口的一侧。

优选地，所述多元炉内排出的铜锍中铜含量为75-79wt％。

优选地，火精炉上的铜锍入口位于所述火精炉炉体端部中心区域。

优选地，所述火精炉内利用底吹喷枪实现含氧气体中氧气和还原气体的含量切换的具体过程包括：

(1)当检测到火精炉内熔体中硫含量大于0.3％时，底吹喷枪向火精炉内喷入富氧气体，富氧气体中o2体积含量为20.5-60％，优选30-50％，更优选35-45％，最优选40％。

(2)当检测到火精炉内熔体中硫含量小于0.3％时，底吹喷枪开始向所述火精炉内逐步喷入还原气体，底吹喷枪喷入的含氧气体中o2与还原气体的体积比为2.8-3.2，优选2.9-3.1，最优选3.0。

(3)当检测到火精炉内熔体中氧含量≥0.6％时，底吹喷枪开始加大向所述火精炉内喷入的还原气体量，底吹喷枪喷入的含氧气体中o2与还原气体的体积比为1.1-1.3，优选1.2。

当检测到火精炉内熔体中氧含量≤0.15％时，火精炉内停止供气。

优选地，所述检测火精炉内熔体中硫或氧含量的方法为通过烟气在线监测系统对火精炉排烟口排出的烟气成分进行检测从而分析熔体中硫或氧含量，或对火精炉中熔体进行取样检测。

优选地，所述火精炉内底吹喷枪在炉体上沿炉体轴向呈双排布置，两排喷枪与竖直方向夹角在-30度到30°范围内，两排喷枪的之间夹角大于10°小于20°，单排相邻的两个喷枪间距在0.5-1.5m范围内，优选间距为1m。同时，优选将两排喷枪设置于竖直方向的同一侧，即与竖直方向夹角同为正夹角或同为负夹角。

优选地，火精炉排渣口位于火精炉炉体上靠近阳极铜放出口的一侧，包括生产排渣口和安全排渣口，生产排渣口位于火精炉炉体侧部，生产排渣口用于根据火精炉内液位高低，实时转动排出炉渣；安全排渣口位于炉体上部，当火精炉转出至安全位时，安全排渣口正处于水平位置，安全排渣口用于在火精炉脱硫期结束后，排出炉渣。

优选地，所述火精炉炉体能够绕其轴线旋转，通过旋转实现生产排渣口和安全排渣口的交替工作，且旋转与气体切换相配合。

优选地，火精炉内设有冷料及熔剂入口，所述冷料及熔剂入口设置于火精炉内排烟口的上升烟道侧壁，用于向火精炉内加入冷料和熔剂。

优选地，所述冷料包括包壳、残极铜、废杂铜和固态铜锍中的一种或多种。

优选地，所述阳极铜放出口通过阳极铜溜槽与浇铸装置相连，所述浇铸装置为双圆盘浇铸机。

优选地，所述多元炉与两台火精炉通过“y”字形密闭导锍管连通，形成“品”字型结构，所述多元炉连续作业，所述两台火精炉交替作业。

另外，本发明还提供一种从精矿制备成阳极铜的两步炼铜装置，包括多元炉、火精炉、导锍管和烟气在线监测系统，其特征在于：

所述多元炉为卧式圆筒结构，包括多元炉炉体、多元炉加料口、铜锍出口、多元炉喷枪插孔、多元炉温度计插口、多元炉排烟口以及多元炉排渣口，其中，所述多元炉加料口和所述多元炉排烟口均位于所述多元炉炉体的顶部，所述铜锍出口和所述多元炉排渣口分别位于所述多元炉炉体两端，所述多元炉喷枪插孔设于多元炉炉体上，所述多元炉温度计插口包括多个，分别设于多元炉炉体顶部、侧部和底部；

所述多元炉中排烟口包括主排烟口和副排烟口，主排烟口位于炉体顶部靠近多元炉排渣口的一侧，副排烟口位于炉体顶部靠近铜锍出口的一侧；所述多元炉的炉体内从上至下分为上层气相区和下层液相区，所述下层液相区内介质为熔体，所述下层液相区从上至下分为中层渣相区和底层铜锍区；混合炉料经过气相区后落入熔体；多元炉加料口位于多元炉炉体顶部靠近铜锍出口的一侧，在加料口下方因底吹喷枪喷入气体形成熔炼反应区，在靠近主排烟口下方因侧吹喷枪喷入气体形成贫化反应区；

所述火精炉为卧式圆筒结构，包括火精炉炉体、铜锍入口、火精炉冷料及熔剂入口、火精炉喷枪插孔、火精炉温度计插口、火精炉排烟口、火精炉排渣口、阳极铜放出口，所述火精炉排烟口位于火精炉炉体顶部，所述铜锍入口和所述阳极铜放出口分别位于所述火精炉炉体两端；

所述火精炉炉喷枪插孔位于炉体底部，利用底吹喷枪从所述火精炉的底部向所述火精炉内的熔体内连续喷入含氧气体，利用底吹喷枪实现含氧气体中氧气和还原气体的含量切换，所述还原气体包括天然气、煤粉、液化气、煤气、焦粉中的一种或几种；

所述多元炉铜锍出口与所述火精炉铜锍入口通过导锍管连通；

所述烟气在线监测系统设置于火精炉排烟口处。

优选地，所述还原气体为天然气。

优选地，所述多元炉喷枪插孔包括多元炉底部喷枪插孔和多元炉侧部喷枪插孔，其中，所述多元炉底部喷枪插孔位于多元炉炉体底部，用于插入喷枪并向多元炉内铜锍内喷入含氧气体；所述多元炉侧部喷枪插孔位于多元炉炉体上靠近多元炉排渣口的一侧，用于向多元炉内渣层内喷入含氧气体。

优选地，多元炉内底吹喷枪在炉体上沿炉体轴向呈双排布置，位于多元炉内加料口下方，喷枪与竖直方向夹角在-30度到30°范围内，两排喷枪的之间夹角大于10°小于20°，单排相邻的两个喷枪间距在0.5-1.5m范围内，底吹喷枪喷入的含氧气体被连续吹入熔体的铜锍层内。

优选地，多元炉内侧吹喷枪位于多元炉侧部靠近多元炉主排烟口的一侧，侧吹喷枪设为水平方向，与多元炉炉体径向方向平行，侧吹喷枪喷入的含氧气体被连续吹入熔体的渣相层内。

优选地，火精炉上的铜锍入口位于所述火精炉炉体端部中心区域。

优选地，所述火精炉内底吹喷枪在炉体上沿炉体轴向呈双排布置，喷枪与竖直方向夹角在-30度到30°范围内，两排喷枪的之间夹角大于10°小于20°，单排相邻的两个喷枪间距在0.5-1.5m范围内，优选间距为1m。同时，优选将两排喷枪设置于竖直方向的同一侧，即与竖直方向夹角同为正夹角或同为负夹角。

优选地，火精炉内底吹喷枪从火精炉的底部向火精炉内的熔体内连续喷入含氧气体，利用底吹喷枪实现含氧气体中氧气、空气、氮气和还原气体的切换。

优选地，火精炉排渣口位于火精炉炉体上靠近阳极铜放出口的一侧，包括生产排渣口和安全排渣口，生产排渣口位于火精炉炉体侧部，生产排渣口用于根据火精炉内液位高低，实时转动排出炉渣；安全排渣口位于炉体上部，当火精炉转出至安全位时，安全排渣口正处于水平位置，安全排渣口用于在火精炉脱硫期结束后，排出炉渣。

优选地，所述火精炉炉体能够绕其轴线旋转，通过旋转实现生产排渣口和安全排渣口的交替工作，且旋转与气体切换相配合。

优选地，火精炉内设有冷料及熔剂入口，所述冷料及熔剂入口设置于火精炉内排烟口的上升烟道侧壁，用于向火精炉内加入冷料和熔剂。

优选地，所述冷料包括包壳、残极铜、废杂铜和固态铜锍中的一种或多种。

优选地，所述阳极铜放出口通过阳极铜溜槽与浇铸装置相连，所述浇铸装置为双圆盘浇铸机。

优选地，所述导锍管为密闭导锍管，导锍管上配置有补热天然气喷头。

优选地，所述多元炉加料口包括三个呈一字形排列的加料口。

优选地，所述多元炉与两台火精炉通过“y”字形密闭导锍管连通，形成“品”字型结构，所述多元炉连续作业，所述两台火精炉交替作业。

与现有技术相对比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明中多元炉内加料口下方设置底吹喷枪，烟道口下方附近设置侧吹喷枪，通过两种不同的喷枪设置，保证炉内形成熔炼反应区和贫化反应区。在底吹喷枪喷入的富氧气体作用下，熔炼反应区内原料与氧反应并产生铜锍和熔炼渣；侧吹喷枪喷入的含氧气体中含有天然气等还原性气体，侧吹喷枪的设置主要供熔炼渣中三价铁与还原性气体反应，降低渣粘度，促进夹带的铜锍沉降脱离渣层以降低渣中锍和铜含量。通过上述改进，在多元炉炉体内能够同时进行熔炼反应和贫化反应，在将精铜矿冶炼为铜锍的过程中，贫化反应区能够同时对熔炼反应区所产生的熔炼渣进行处理，将熔炼渣进行贫化从而回收其中有价金属并产生低品位渣，为铜锍提供脱离渣层的沉降区域，而无需停工进行沉降，可大大提高生产效率。

(2)本发明中贫化反应区兼有还原烟化和沉降功能，用于对所述熔炼渣进行还原烟化和沉降。多元炉的结构改进使其能够采用复合熔炼工艺，底部喷枪供入富氧空气，侧部喷枪供入含有还原气的含氧空气。熔炼反应区内，物料从顶部加入，富氧气体从炉体底部喷入熔体，使熔体形成剧烈的搅动，物料瞬时被卷入熔体中，迅速发生化学反应，熔炼强度大，能够降低渣中硫含量。

由于侧部喷枪处于炉体上贫化反应区对应位置，通过侧部喷枪喷入一定比例的还原性气体，可实现铅锌烟化、改善渣性和减缓沉淀区搅动等作用，能够将熔炼渣中夹带的铜锍进行沉降，能够大大降低渣含铜量，提高铜锍品位，降低生产成本。最终能够稳定产出铜锍品位高达75-79％的亚白冰铜，同时渣含铜小于3％，而且对铅锌等杂质的脱除效果大大提升，起到烟化炉的效果。通过对喷枪位置的改进，使得本发明中多元炉兼有普通熔炼炉和贫化炉的双功能，使得熔炼和贫化反应同时进行，提高生产效率，且降低熔炼渣在熔炼炉和贫化炉之间运输的成本，同时还能产出不亚于传统品位的冰铜(铜锍)。

(3)本发明中火精炉的铜锍入口位于炉体端墙中心部位，实现了停气进料、供气进料互不干涉，无论火精炉处于供气生产位还是停气安全位均能实现亚白冰铜(即多元炉所产铜锍)连续稳定进入火精炉。

(4)火精炉设计有两个排渣口，分别处于不同的生产操作位置。生产排渣口可以根据炉内液位高低，实时转动排出炉渣；安全排渣口用于在火精炉脱硫期结束后，排出炉渣。双排渣口的设计能够满足生产各个阶段的排渣需要。

(5)多元炉排烟口包括主排烟口和副排烟口，主排烟口位于多元炉炉体顶部靠近排渣口的一侧，多元炉加料口与多元炉排渣口之间；副排烟口位于炉体顶部靠近铜锍出口的一侧，多元炉加料口与铜锍出口之间，副排烟口用于调控多元炉炉内压力和热平衡，双排烟口的设计有利于调节所述多元炉炉内炉温均衡，提高烟化效率。

(6)火精炉上排烟口的侧壁设有冷料和熔剂入口，通过物料输送系统，能够将包壳、残极铜等中间物料或冷料送入炉内。

(7)多元炉产出的亚白冰铜(铜锍)连续进入处于安全位的火精炉中，形成一定的熔池后，火精炉通入空气和氧气进行脱硫、除杂作业，到熔体中硫含量小于0.3％时，开始通入还原气体，达到脱硫铜终点时进行还原作业，产出阳极铜直接浇铸。通过本发明中火精炉内气体切换，能够实现铜矿的吹炼和精炼都在火精炉内进行，从而保证整个炼铜过程只在两个炉内进行，实现两步炼铜。

(8)本发明中提供的两步炼铜工艺和装置采用多元炉和火精炉配置，直接将铜精矿制成合格阳极铜，流程短，熔炼渣含铜低，烟气捕集率高，清洁环保，生产成本低。

(9)本发明中混合铜精矿中0.9≤s/cu≤1.2、3％≤(cu-fe)w％≤5％；熔剂主要为石英砂，一般情况下，混合炉料中1.5≤fe/sio2≤1.9，优选为1.7。采用此比例配料方式可以提高多元炉产出的冰铜品位。

(10)多元炉底部喷枪插孔与竖直方向夹角在0-30°，两排喷枪的夹角大于10°小于20°，单排相邻的两个多元炉底部喷枪插孔间距在0.5-1.5m之间，多元炉底部喷枪插孔采用此角度能够保证在紧急情况下安全转出，避免熔体外溢；还能使熔体搅拌更均匀，防止熔体液面大幅度震荡，减弱了对炉体耐火材料的冲刷。

附图说明

图1为本发明提供的从精矿制备成阳极铜的两步炼铜装置的一个实施例结构示意图；

图2为本发明提供的一个实施例的多元炉结构示意图；

图3为本发明提供的一个实施例的火精炉结构示意图；

图4为本发明提供的一个实施例的火精炉炉体横向剖视图。

附图中标记的具体含义如下：

1：多元炉；2：火精炉；3：导锍管；4：多元炉加料口；5：铜锍出口；6：多元炉底部喷枪插孔；7：多元炉侧部喷枪插孔；8：多元炉温度计插口；9：主排烟口；10：副排烟口；11：多元炉排渣口；12：管道；13：渣包；14：铜锍入口；15：火精炉排烟口；16：火精炉喷枪插孔；17：火精炉温度计插口；18：火精炉排渣口；19：阳极铜放出口；20：阳极铜溜槽；21：生产排渣口；22：安全排渣口。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明提供的从精矿制备成阳极铜的两步炼铜工艺及装置的实施例进行具体说明。

下面首先参考附图1-4，对本发明实施例的从精矿制备成阳极铜的两步炼铜装置进行具体说明。

参考图1所示，本发明提供一种两步炼铜装置，包括一台多元炉1和两台火精炉2，多元炉1与两台火精炉2通过“y”字形密闭导锍管3连通，多元炉1设计为连续作业，两台火精炉2设计为交替作业。

参考图2所示，本实施例提供的多元炉1具体包括多元炉炉体、多元炉加料口4、铜锍出口5、多元炉喷枪插孔、多元炉温度计插口8、多元炉排烟口以及多元炉排渣口11，铜锍出口5和多元炉排渣口11分别位于多元炉炉体两端，多元炉排渣口11排出的废渣经由管道12进入渣包13中。多元炉喷枪插孔设于多元炉炉体上，多元炉温度计插口8包括多个，分别设于多元炉炉体顶部、侧部和底部。多元炉加料口4位于多元炉炉体顶部靠近铜锍出口5的一侧，包括三个成一字形排列的加料口。多元炉排烟口包括主排烟口9和副排烟口10，主排烟口9位于多元炉炉体顶部靠近排渣口的一侧，多元炉加料口4与多元炉排渣口11之间；副排烟口10位于炉体顶部靠近铜锍出口5的一侧，多元炉加料口4与铜锍出口5之间，副排烟口用于调控多元炉炉内压力和热平衡，双排烟口的设计有利于调节所述多元炉炉内炉温均衡，提高烟化效率。

本实施例中多元炉喷枪插孔包括多元炉底部喷枪插孔6和多元炉侧部喷枪插孔7，其中，多元炉底部喷枪插孔6位于多元炉炉体底部，沿炉体轴向呈双排布置，位于多元炉加料口4下方，用于插入底吹喷枪并向多元炉内铜锍中喷入富氧气体，喷枪与竖直方向夹角在-30度到30°范围内，两排喷枪的之间夹角大于10°小于20°，单排相邻的两个喷枪间距在0.5-1.5m范围内，底吹喷枪喷入的含氧气体被连续吹入熔体的铜锍层内。每个插孔被安排在一套特制耐火砖内，喷枪插孔所在砖及周边的砖通过法兰与炉体相连，可以打开，底部喷枪插孔及其附近区域形成熔炼反应区。

作为本发明的一个优选实施例，多元炉底部的两排底吹喷枪可以设置在炉体的同一侧，即不必完全依据炉体中心垂线对称设置，而可以相对炉底垂线的角度均为正数或均为负数。火精炉炉体底部的底吹喷枪也可以这样设置。具体可参见附图4中两排火精炉喷枪插孔16的设置方式(多元炉的底部喷枪设置也可参考附图4)。

多元炉侧部喷枪7插孔位于多元炉炉体侧面靠近主排烟口的一侧，用于插入侧吹喷枪并向多元炉内渣相层内喷入含有还原剂的含氧空气。侧吹喷枪设为水平方向，与多元炉炉体径向方向平行，侧吹喷枪喷入的含氧气体被连续吹入熔体的渣相层内，多元炉侧部喷枪插孔7及其附近区域形成贫化反应区。

为防止二氧化硫气体扩散，导锍管3为密闭导锍管3。且导锍管3上配置有补热天然气喷头。在多元炉炉体内进行熔炼、吹炼、烟化步骤。

参考图3所示，本实施例提供的火精炉2包括火精炉炉体、铜锍入口14、火精炉冷料及熔剂入口、火精炉喷枪插孔16、火精炉温度计插口17、火精炉排烟口15、火精炉排渣口18、阳极铜放出口19以及烟气在线监测系统，火精炉排烟口15位于火精炉炉体顶部，铜锍入口14和阳极铜放出口19分别位于火精炉炉体两端。铜锍入口14位于火精炉炉体端部中心区域。火精炉冷料及熔剂入口设置于火精炉排烟口15的上升烟道侧壁，用于向火精炉2内加入冷料和熔剂。火精炉温度计插口17位于火精炉炉体顶部。火精炉内还设有烟气在线监测系统设置于火精炉排烟口处，对所排放烟气进行成分检测。具体分析炉内熔体中硫和氧的含量，进而变换火精炉内工艺操作。本实施例所用冷料包括包壳、残极铜、废杂铜和固态铜锍中的一种或多种，火精炉喷枪插孔16用于插入喷枪，依照烟气在线监测系统数据，向火精炉2内提供氧化或还原气体。火精炉内底吹喷枪在炉体上沿炉体轴向呈双排布置，喷枪与竖直方向夹角在-30度到30°范围内，两排喷枪的之间夹角大于10°小于20°，单排相邻的两个喷枪间距在0.5-1.5m范围内。

根据烟气在线监测系统数据或对熔体进行取样分析，控制喷入气体的种类和含量，具体为：

当火精炉2内熔体中硫含量大于0.3％时，控制系统控制火精炉2内喷枪向火精炉2内喷入富氧气体；

当火精炉2内熔体中硫含量小于0.3％时，控制系统控制火精炉2内喷枪开始向火精炉2内逐步喷入还原气体；当还原气体为天然气时，富氧气体中o2与天然气的体积比为2.8-3.2；

当火精炉2内熔体中氧含量≥0.6％时，控制系统控制火精炉2内喷枪开始加大向火精炉2内喷入的还原气体量，当还原气体为天然气时，富氧气体中o2与天然气的体积比为1.1-1.3。

参考图4所示，火精炉排渣口18位于火精炉炉体上靠近阳极铜放出口19的一侧，包括生产排渣口21和安全排渣口22，生产排渣口21位于火精炉炉体侧部，生产排渣口21用于根据火精炉内液位高低，实时转动排出炉渣；安全排渣口22位于炉体上部，当火精炉转出至安全位时，安全排渣口正处于水平位置，安全排渣口用于在火精炉脱硫期结束后，排出炉渣。火精炉炉体能够绕其轴线旋转，通过旋转实现生产排渣口21和安全排渣口22的交替工作，且旋转过程与气体切换相配合。

本实施例中阳极铜放出口与浇铸装置通过阳极铜溜槽20相连，所用浇铸装置为双圆盘浇铸机。

下面结合具体实施例对本发明提供的从精矿制备成阳极铜的两步炼铜工艺进行具体说明。在向炉内通入氧气或天然气时，为起到保护喷枪等作用，可同时在所通气体外侧通入空气或氮气作为保护气体。

实施例1

步骤一：

s1：将混合铜精矿和石英石分别进行抓配，抓配后混合形成混合炉料，通过加料口加入多元炉内；抓配好的混合铜精矿中s与cu的质量比为1.0，所述混合铜精矿中cu的质量减去fe的质量占所述混合铜精矿总质量的4％，混合炉料中fe与sio2的质量比为1.7。

s2：混合炉料在炉内加热后形成熔体，利用底吹喷枪向多元炉内喷入氧气浓度为75-80％的富氧气体(因氧气浓度为跳动的值，不会一直固定，控制在75-80％范围内即可)，底吹喷枪在炉体上沿炉体轴向呈双排布置，位于多元炉内加料口下方，两排喷枪与竖直方向夹角分别为15度和30度，两排喷枪的之间夹角为15度，两排喷枪位于炉底垂线的一侧边，单排相邻的两个喷枪间距为1m；由于混合炉料从顶部加入，富氧气体从炉体底部喷入熔体，使熔体形成剧烈的搅动，物料瞬时被卷入熔体中，迅速发生化学反应，铜矿变为液态铜锍和漂浮在上方的熔炼渣层；氧气加入量为每吨铜精矿加入氧气148-152nm3o2(在该范围内即可)。

底吹喷枪工作的同时，由于侧吹喷枪位于多元炉侧部靠近多元炉主排烟口的一侧，侧吹喷枪设为水平方向，与多元炉炉体径向方向平行，侧吹喷枪喷气方向恰好朝向铜锍上方的熔炼渣，利用侧吹喷枪向多元炉内熔炼渣层内连续喷入含氧气体，供熔炼渣层发生贫化反应，侧吹喷枪喷入气体中氧气与天然气(还原气体)的体积比为1.3。

反应中，多元炉内反应温度为1180-1220摄氏度，火精炉内反应温度为1200-1250摄氏度。温度调节主要依靠通入气体进行。

s3：反应结束后，从多元炉内分别排出铜锍和熔炼渣，铜锍品位为79％(质量分数)，熔炼渣中渣含铜量2％(质量分数)。

步骤二：

s1：从多元炉内排出的铜锍经密闭导锍管连续加入火精炉内，利用底吹喷枪从火精炉的底部向所述火精炉内的熔体内连续喷入含氧气体，底吹喷枪的设置方式与多元炉内底吹喷枪相同，利用底吹喷枪实现含氧气体中氧气和还原气体的含量切换。具体切换过程包括，利用烟气在线监测系统监测系统内的烟气成分，判断火精炉内熔体中成分；也可直接将熔体取样进行分析，进而对火精炉内反应工艺进行调节，具体为：

(1)当火精炉内熔体中硫含量大于0.3％时，底吹喷枪向火精炉内喷入富氧气体，富氧气体中o2体积含量为40％；

(2)当火精炉内熔体中硫含量小于0.3％时，底吹喷枪开始向所述火精炉内逐步喷入天然气，底吹喷枪喷入的含氧气体中o2与天然气的体积比为3；

(3)当火精炉内熔体中氧含量≥0.6％时，底吹喷枪开始加大向所述火精炉内喷入的还原气体量，底吹喷枪喷入的含氧气体中o2与还原气体的体积比为1.2；

当检测到火精炉内熔体中氧含量≤0.15％时，火精炉内停止供气。

上述过程结束后将所得阳极铜从阳极铜放出口排出并直接浇注阳极板，矿渣从火精炉排渣口排出。阳极铜纯度为99.6％。

总结：由于在多元炉内不同位置分别设置底吹喷枪和侧吹喷枪，使得本发明提供的技术方案中铜矿的熔炼和渣的贫化能够在一个炉内进行。而选择特殊的混合铜精矿成分以及加入特殊量的熔剂，有利于得到更高品位的铜锍。在火精炉内根据反应不同阶段进行气体种类和含量的切换，使得从铜精矿制备成阳极铜仅需要两步即可完成，只需要多元炉和火精炉两台炉子。当然为提高工作效率，可以将一台多元炉对应设置两台火精炉。

实施例2

处理方法与实施例1类似，不同之处在于：

抓配好的混合铜精矿中s与cu的质量比为0.9，所述混合铜精矿中cu的质量减去fe的质量占所述混合铜精矿总质量的5％，混合炉料中fe与sio2的质量比为1.5。

两排底吹喷枪与竖直方向夹角分别为-10度和-30度，两排喷枪的之间夹角为20度，两排喷枪位于炉底垂线的一侧边，单排相邻的两个喷枪间距为0.5m；

侧吹喷枪喷入气体中氧气与天然气(还原气体)的体积比为1.7。

火精炉中气体切换过程为：(1)当火精炉内熔体中硫含量大于0.3％时，底吹喷枪向火精炉内喷入富氧气体，富氧气体中o2体积含量为60％；

(2)当火精炉内熔体中硫含量小于0.3％时，底吹喷枪开始向所述火精炉内逐步喷入天然气，底吹喷枪喷入的含氧气体中o2与天然气的体积比为3.2；

(3)当火精炉内熔体中氧含量≥0.6％时，底吹喷枪开始加大向所述火精炉内喷入的还原气体量，底吹喷枪喷入的含氧气体中o2与还原气体的体积比为1.3。

处理结果：熔炼产出的冰铜品位为78％(质量分数)，熔炼渣中渣含铜量为3.2％(质量分数)，阳极铜纯度为99.3％(质量分数)。本实施例所用方法成本较高。

实施例3

处理方法与实施例1类似，不同之处在于：

抓配好的混合铜精矿中s与cu的质量比为1.2，混合铜精矿中cu的质量减去fe的质量占所述混合铜精矿总质量的3％，混合炉料中fe与sio2的质量比为1.9。

两排底吹喷枪与竖直方向夹角分别为-5度和5度，两排喷枪的之间夹角为10度，两排喷枪位于炉底垂线的一侧边，单排相邻的两个喷枪间距为1.5m；

侧吹喷枪喷入气体中氧气与天然气(还原气体)的体积比为1.0。

火精炉中气体切换过程为：(1)当火精炉内熔体中硫含量大于0.3％时，底吹喷枪向火精炉内喷入富氧气体，富氧气体中o2体积含量为20.5％；

(2)当火精炉内熔体中硫含量小于0.3％时，底吹喷枪开始向所述火精炉内逐步喷入天然气，底吹喷枪喷入的含氧气体中o2与天然气的体积比为2.8；

(3)当火精炉内熔体中氧含量≥0.6％时，底吹喷枪开始加大向所述火精炉内喷入的还原气体量，底吹喷枪喷入的含氧气体中o2与还原气体的体积比为1.1。

处理结果：熔炼产出的冰铜品位为75％(质量分数)，熔炼渣中渣含铜量为2.5％(质量分数)，阳极铜纯度为99.1％(质量分数)。

对比例1

处理方法与实施例1类似，不同之处在于：混合炉料中fe与sio2的质量比为1.2。

处理结果：熔炼产出的冰铜品位为67％，渣含铜量为2％。

对比例2

处理方法与实施例1类似，不同之处在于：多元炉中侧吹喷枪喷入气体中氧气与天然气(还原气体)的体积比为0.8。

处理结果：熔炼产出的冰铜品位为66％，渣含铜量为2％。

对比例3

处理方法与实施例1类似，不同之处在于：

火精炉中气体切换过程为：(1)当火精炉内熔体中硫含量大于0.3％时，底吹喷枪向火精炉内喷入富氧气体，富氧气体中o2体积含量为40％；

(2)当火精炉内熔体中硫含量小于0.3％时，底吹喷枪开始向所述火精炉内逐步喷入天然气，底吹喷枪喷入的含氧气体中o2与天然气的体积比为3；

处理结果：最终所得阳极铜纯度为90％。

由于未根据火精炉内熔体中氧含量再次进行氧气和天然气的含量调节，最终处理所得阳极铜纯度比实施例1大大降低。

对比例4

处理方法与实施例1类似，不同之处在于：

火精炉中气体切换过程为：(1)当火精炉内熔体中硫含量大于0.6％时，底吹喷枪向火精炉内喷入富氧气体，富氧气体中o2体积含量为40％；

(2)当火精炉内熔体中硫含量小于0.6％时，底吹喷枪开始向所述火精炉内逐步喷入天然气，底吹喷枪喷入的含氧气体中o2与天然气的体积比为3；

(3)当火精炉内熔体中氧含量≥0.6％时，底吹喷枪开始加大向所述火精炉内喷入的还原气体量，底吹喷枪喷入的含氧气体中o2与还原气体的体积比为1.2。

处理结果：最终所得阳极铜纯度为92％。

由于天然气通入过早，导致最终处理所得阳极铜纯度比实施例1大大降低。

对比例5

处理方法与实施例1类似，不同之处在于：

火精炉中气体切换过程为：(1)当火精炉内熔体中硫含量大于0.2％时，底吹喷枪向火精炉内喷入富氧气体，富氧气体中o2体积含量为40％；

(2)当火精炉内熔体中硫含量小于0.2％时，底吹喷枪开始向所述火精炉内逐步喷入天然气，底吹喷枪喷入的含氧气体中o2与天然气的体积比为3；

(3)当火精炉内熔体中氧含量≥0.6％时，底吹喷枪开始加大向所述火精炉内喷入的还原气体量，底吹喷枪喷入的含氧气体中o2与还原气体的体积比为1.2。

处理结果：最终所得阳极铜纯度为91％。

由于天然气通入过晚，导致最终处理所得阳极铜纯度比实施例1大大降低。

对比例6

处理方法与实施例1类似，不同之处在于：

火精炉中气体切换过程为：(1)当火精炉内熔体中硫含量大于0.3％时，底吹喷枪向火精炉内喷入富氧气体，富氧气体中o2体积含量为40％；

(2)当火精炉内熔体中硫含量小于0.3％时，底吹喷枪开始向所述火精炉内逐步喷入天然气，底吹喷枪喷入的含氧气体中o2与天然气的体积比为3；

(3)当火精炉内熔体中氧含量≥1％时，底吹喷枪开始加大向所述火精炉内喷入的还原气体量，底吹喷枪喷入的含氧气体中o2与还原气体的体积比为1.2。

处理结果：最终所得阳极铜纯度为94％。

对比例7

处理方法与实施例1类似，不同之处在于：

火精炉中气体切换过程为：(1)当火精炉内熔体中硫含量大于0.3％时，底吹喷枪向火精炉内喷入富氧气体，富氧气体中o2体积含量为40％；

(2)当火精炉内熔体中硫含量小于0.3％时，底吹喷枪开始向所述火精炉内逐步喷入天然气，底吹喷枪喷入的含氧气体中o2与天然气的体积比为3；

(3)当火精炉内熔体中氧含量≥0.3％时，底吹喷枪开始加大向所述火精炉内喷入的还原气体量，底吹喷枪喷入的含氧气体中o2与还原气体的体积比为1.2。

处理结果：最终所得阳极铜纯度为92％。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结

本发明提供一种从精矿制备成阳极铜的两步炼铜方法及装置，属于有色冶金领域，两步炼铜装置包括多元炉、火精炉和导锍管，多元炉正常运行时，炉体内从上往下分为上层气相区，中层渣相区，和底层冰铜区，在加料口下方主要为熔炼反应区，在靠近排烟口下方设有侧吹贫化反应区。多元炉内喷枪的特殊设计使得熔炼和贫化能够在一个炉内同时进行，可有效提高效率、降低成本。两步炼铜方法包括多元炉内和火精炉内两个反应过程，通过调控原料配比并对火精炉内通入气体进行实时切换，即可实现两步炼铜，可大大缩短炼铜工艺流程，降低铜锍运输的成本和有害烟气逸散。

技术研发人员：崔志祥;王智;王海滨;魏传兵;崔文昭;边瑞民;侯鹏;杜武钊

受保护的技术使用者：东营方圆有色金属有限公司;东营鲁方金属材料有限公司;山东方圆有色金属科技有限公司

技术研发日：2019.03.14

技术公布日：2019.05.07