铜冶炼炉、铜冶炼设备和铜冶炼方法

摘要

本发明公开了一种铜冶炼炉、铜冶炼设备和铜冶炼方法。所述铜冶炼炉包括：第一炉体，第一炉体具有第一炉腔和炉底，第一炉腔包括熔炼区、吹炼区和第一沉降区，第一炉体的与熔炼区相对的部分上设有第一加料口，第一炉体的与吹炼区相对的部分上设有排铜口，第一炉体的与第一沉降区相对的部分上设有排渣口，炉底包括与熔炼区相对的第一部分、与吹炼区相对的第二部分和与第一沉降区相对的第三部分，第一部分位于第二部分的上方且位于第三部分的下方；以及第一和第二喷枪，第一喷枪设在第一炉体的与熔炼区相对的部分上，第二喷枪设在第一炉体的与吹炼区相对的部分上。所述铜冶炼炉具有建造成本低、环境污染小、金属和硫的回收率高等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金领域，具体地，涉及铜冶炼炉、铜冶炼设备和铜冶炼方法。

背景技术

在相关技术中，铜精矿火法冶炼由独立的熔炼炉和吹炼炉分别完成熔炼和吹炼。其中，熔炼炉将铜精矿熔炼成铜锍，吹炼炉将该铜锍吹炼成粗铜。由于熔炼和吹炼是在不同的炉内完成，炉子之间通过流槽连接或熔体通过吊车吊运，因此存在各炉子之间大量的物料倒运的问题，导致随之而来的投资高、流程长、低空污染的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种铜冶炼炉、铜冶炼设备和铜冶炼方法。

根据本发明实施例的铜冶炼炉包括：第一炉体，所述第一炉体具有第一炉腔和炉底，所述第一炉腔包括熔炼区、吹炼区和第一沉降区，所述第一炉体的与所述熔炼区相对的部分上设有第一加料口，所述第一炉体的与所述吹炼区相对的部分上设有排铜口，所述第一炉体的与所述第一沉降区相对的部分上设有排渣口，所述炉底包括与所述熔炼区相对的第一部分、与所述吹炼区相对的第二部分以及与所述第一沉降区相对的第三部分，其中所述第一部分位于所述第二部分的上方，所述第三部分位于所述第一部分的上方；以及第一喷枪和第二喷枪，所述第一喷枪设在所述第一炉体的与所述熔炼区相对的部分上，所述第二喷枪设在所述第一炉体的与所述吹炼区相对的部分上。

根据本发明实施例的铜冶炼炉具有建造成本低、环境污染小、金属的回收率高的优点。

可选地，所述熔炼区在预设方向上位于所述吹炼区与所述第一沉降区之间，所述第一炉体在所述预设方向上具有相对的第一端部和第二端部，所述吹炼区邻近所述第一端部，所述第一沉降区邻近所述第二端部，其中所述排铜口设在所述第一端部，所述排渣口设在所述第二端部，可选地，所述第一加料口设在所述第一炉体的顶壁上，所述排铜口和所述排渣口设在所述第一炉体的侧壁上。

可选地，所述铜冶炼炉进一步包括第一电极，所述第一电极设在所述第一炉体的与所述第一沉降区相对的部分上，可选地，所述第一电极设在所述第一炉体的顶壁上。

可选地，所述铜冶炼炉进一步包括第一隔墙，所述第一隔墙设在所述第一炉腔内以便分隔所述熔炼区和所述第一沉降区。

可选地，所述炉底还包括第一斜面和第二斜面，所述第一斜面的上端部与所述第一部分相连，所述第一斜面的下端部与所述第二部分相连，所述第二斜面的上端部与所述第三部分相连，所述第二斜面的下端部与所述第一部分相连。

可选地，所述第一喷枪设在所述第一炉体的侧壁上，所述第二喷枪设在所述第一炉体的顶壁上。

根据本发明实施例的铜冶炼设备包括：铜冶炼炉，所述铜冶炼炉为根据本发明实施例的铜冶炼炉；和贫化炉，所述贫化炉包括：第二炉体，所述第二炉体具有第二炉腔，所述第二炉腔包括贫化区和第二沉降区，所述第二炉体的与所述贫化区相对的部分上设有第二加料口和铜锍出口，所述第二加料口与所述排渣口连通，所述第二炉体的与所述第二沉降区相对的部分上设有贫化渣出口；和第三喷枪，所述第三喷枪设在所述第二炉体的与所述贫化区相对的部分上；可选地，所述贫化炉进一步包括第二电极，所述第二电极设在所述第二炉体的与所述第二沉降区相对的部分上，所述第二电极设在所述第二炉体的顶壁上，可选地，所述第三喷枪设在所述第二炉体的顶壁上，可选地，所述贫化炉进一步包括第二隔墙，所述第二隔墙设在所述第二炉腔内以便分隔所述贫化区和所述第二沉降区。

利用根据本发明实施例的铜冶炼炉实施的铜冶炼方法包括以下步骤：将含铜物料、熔剂和还原剂通过第一加料口加入到熔炼区内，通过第一喷枪向所述熔炼区加入富氧气体以便对所述含铜物料进行熔炼，得到铜锍和炉渣，其中所述铜锍流向吹炼区，所述炉渣流向第一沉降区，所述炉渣在所述第一沉降区进行铜渣分离；和通过第二喷枪向所述吹炼区加入富氧气体，以便得到炉渣和粗铜。

可选地，所述熔炼在1100摄氏度-1500摄氏度的条件下进行，可选地，所述熔炼在1150摄氏度-1350摄氏度的条件下进行，所述炉渣的渣型为Fe-SiO

可选地，利用贫化炉对所述炉渣进行贫化，所述贫化炉包括：第二炉体，所述第二炉体具有第二炉腔，所述第二炉腔包括贫化区和第二沉降区，所述第二炉体的与所述贫化区相对的部分上设有第二加料口和铜锍出口，所述第二炉体的与所述第二沉降区相对的部分上设有贫化渣出口；和第三喷枪，所述第三喷枪设在所述第二炉体的与所述贫化区相对的部分上；其中，使所述炉渣从侧壁渣口流入所述贫化区内，将还原剂和硫化剂通过所述第二加料口加入到所述贫化区内，通过第三喷枪向所述贫化区加入富氧气体和燃料，以便对所述炉渣进行所述贫化并得到铜锍和贫化渣，其中所述贫化渣流向第二沉降区，所述贫化渣在所述第二沉降区进行铜渣分离，可选地，所述贫化在1200摄氏度-1400摄氏度的条件下进行，可选地，所述贫化在1250摄氏度-1300摄氏度的条件下进行，可选地，所述贫化渣与所述硫化剂和所述还原剂的质量比为100：（1-5）：（1-10）。

附图说明

图1是根据本发明实施例的铜冶炼炉的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的铜冶炼设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例的铜冶炼炉10。如图1和图2所示，根据本发明实施例的铜冶炼炉10包括第一炉体110、第一喷枪121和第二喷枪122。

第一炉体110具有第一炉腔111和炉底112，第一炉腔111包括熔炼区1111、吹炼区1112和第一沉降区1113。第一炉体110的与熔炼区1111相对的部分上设有第一加料口1131，第一炉体110的与吹炼区1112相对的部分上设有排铜口1132，第一炉体110的与第一沉降区1113相对的部分上设有排渣口1133。

炉底112包括第一部分1121、第二部分1122和第三部分1123，第一部分1121与熔炼区1111相对，第二部分1122与吹炼区1112相对，第三部分1123与第一沉降区1113相对。其中，第一部分1121位于第二部分1122的上方，第三部分1123位于第一部分1121的上方。上下方向如图1中的箭头A所示。第一喷枪121设在第一炉体110的与熔炼区1111相对的部分上，第二喷枪122设在第一炉体110的与吹炼区1112相对的部分上。

下面参考图1和图2描述利用根据本发明实施例的铜冶炼炉10冶炼含铜物料的过程。

将含铜物料、熔剂和还原剂通过第一加料口1131加入到熔炼区1111内，通过第一喷枪121向熔炼区1111加入富氧气体以便对含铜物料进行熔炼，得到铜锍和炉渣。由于第三部分1123位于第一部分1121的上方、第一部分1121位于第二部分1122的上方，因此密度相对大的铜锍流向吹炼区1112，密度相对小的炉渣流向第一沉降区1113，炉渣在第一沉降区1113进行铜渣分离。通过第二喷枪122向吹炼区1112加入富氧气体，以便得到炉渣和粗铜。

根据本发明实施例的铜冶炼炉10利用熔池熔炼处理含铜物料，从而使含铜物料能够直接入炉，无需对含铜物料进行干燥、细磨。由此无需建造均料库和单独的配料站，从而可以降低建造成本。

根据本发明实施例的铜冶炼炉10通过设置熔炼区1111和吹炼区1112，从而可以进行熔炼过程和吹炼过程。由此不仅无需建造吹炼炉以便降低建造成本，而且可以避免将大量物料从用于熔炼含铜物料的炉子输送到用于吹炼含铜物料的炉子，从而可以极大地减少扩散到环境中的金属尘和硫，以便避免污染环境以及提高金属和硫的回收率。其中，硫的回收率大于等于98%。

根据本发明实施例的铜冶炼炉10通过设置第一沉降区1113，从而可以使该炉渣在第一沉降区1113进行铜渣分离，该炉渣携带的铜锍从该炉渣中沉降下去，进而沉降下去的铜锍流向吹炼区1112，以便降低该炉渣的含铜量、提高铜的回收率。

因此，根据本发明实施例的铜冶炼炉10具有建造成本低、环境污染小、金属和硫的回收率高等优点。

如图1和图2所示，在本发明的一些实施例中，铜冶炼炉10包括第一炉体110、第一喷枪121、第二喷枪122、第一电极130和第一隔墙140。第一炉体110具有第一炉腔111和炉底112，第一炉腔111包括熔炼区1111、吹炼区1112和第一沉降区1113。

可选地，如图1所示，熔炼区1111在预设方向上位于吹炼区1112与第一沉降区1113之间。铜冶炼炉10可以是卧式炉，该预设方向可以是铜冶炼炉10的长度方向。例如，该预设方向可以是左右方向，吹炼区1112可以位于熔炼区1111的左侧，第一沉降区1113可以位于熔炼区1111的右侧。左右方向如图1中的箭头B所示。

第一炉体110的与熔炼区1111相对的部分上设有第一加料口1131，第一炉体110的与吹炼区1112相对的部分上设有排铜口1132，第一炉体110的与第一沉降区1113相对的部分上设有排渣口1133。如图1所示，第一炉体110在该预设方向上具有相对的第一端部1141（例如左端部）和第二端部1142（例如右端部），吹炼区1112邻近第一端部1141，第一沉降区1113邻近第二端部1142。其中，排铜口1132设在第一端部1141，排渣口1133设在第二端部1142。

如图1所示，可选地，第一加料口1131设在第一炉体110的顶壁1151上，排铜口1132和排渣口1133设在第一炉体110的侧壁1152上。

炉底112包括第一部分1121、第二部分1122和第三部分1123，第一部分1121（在上下方向上）与熔炼区1111相对，第二部分1122（在上下方向上）与吹炼区1112相对，第三部分1123（在上下方向上）与第一沉降区1113相对。其中，第一部分1121位于第二部分1122的上方，第三部分1123位于第一部分1121的上方。换言之，第三部分1123的高度大于第一部分1121的高度，第一部分1121的高度大于第二部分1122的高度。

如图1所示，炉底112还包括第一斜面1124和第二斜面1125，第一斜面1124的上端部与第一部分1121相连，第一斜面1124的下端部与第二部分1122相连，第二斜面1125的上端部与第三部分1123相连，第二斜面1125的下端部与第一部分1121相连。

可选地，第一斜面1124的上端部与第一部分1121的左端部相连，第一斜面1124的下端部与第二部分1122的右端部相连，第二斜面1125的上端部与第三部分1123的左端部相连，第二斜面1125的下端部与第一部分1121的右端部相连。通过设置第一斜面1124和第二斜面1125，从而可以利用第一斜面1124和第二斜面1125引导（铜锍）熔体流动。其中，密度相对较大的铜锍和粗铜沿炉底112向吹炼区1112流动，炉渣反向流动。

如图1所示，第一喷枪121设在第一炉体110的与熔炼区1111相对的部分上，第二喷枪122设在第一炉体110的与吹炼区1112相对的部分上。可选地，第一喷枪121设在第一炉体110的侧壁1152上，第二喷枪122设在第一炉体110的顶壁1151上。也就是说，第一喷枪121是侧吹喷枪，第二喷枪122是顶吹喷枪。

第一电极130设在第一炉体110的与第一沉降区1113相对的部分上。可选地，第一电极130设在第一炉体110的顶壁1151上。第一隔墙140设在第一炉腔111内以便分隔熔炼区1111和第一沉降区1113。

含铜物料（例如铜精矿）、熔剂和还原剂配料后通过第一加料口1131加入到熔炼区1111内。通过第一喷枪121向熔炼区1111内通入富氧气体，以便对含铜物料进行熔炼（例如进行侧吹熔炼）。通过对该含铜物料进行熔炼，可以得到铜锍和炉渣。可选地，第一喷枪121可以是浸没式喷枪，第一喷枪121将富氧气体喷入熔炼区1111的炉渣层内。

该熔炼可以在1100摄氏度-1500摄氏度的条件下进行，即熔炼区1111的操作温度为1100摄氏度-1500摄氏度。可选地，该熔炼可以在1150摄氏度-1350摄氏度的条件下进行。

该富氧气体的氧气浓度可以是60%～85%。该富氧气体的氧气浓度是指该富氧气体中的氧气的体积占该富氧气体的体积的百分比，即该富氧气体的氧气浓度=该富氧气体中的氧气的体积/该富氧气体的体积。

熔炼区1111的该铜锍从熔炼区1111流向吹炼区1112，熔炼区1111的该炉渣从熔炼区1111流向第一沉降区1113。通过第二喷枪122向吹炼区1112内通入富氧气体，以便对流到吹炼区1112的该铜锍进行吹炼（例如进行顶吹吹炼）。第二喷枪122可以将富氧气体吹入吹炼区1112内的炉渣层表面，该富氧气体能够提高吹炼区1112的熔体的氧势，实现高品位铜锍的进一步脱硫脱杂。通过对该铜锍进行吹炼，可以得到粗铜（含铜量为98.0wt%-99wt%）和炉渣。可选地，第二喷枪122提供的富氧气体的氧气浓度可以是25%～65%。

从吹炼区1112和熔炼区1111流向第一沉降区1113的该炉渣在第一沉降区1113内进行铜渣分离，以便携带在该炉渣中的铜锍熔体从该炉渣中沉降下去，沉降下来的铜锍熔体流向吹炼区1112。第一隔墙140能够降低第一沉降区1113内的熔体的搅动。第一电极130有利于维持第一沉降区1113内的该炉渣的温度，进而有利于铜锍和该炉渣的沉降分离。

熔炼区1111内存在炉渣层和铜锍层，第一沉降区1113内存在炉渣层和铜锍层，吹炼区1112内存在炉渣层、铜锍层和粗铜层。炉渣的渣型为Fe-SiO

如图2所示，从排铜口1132排出的粗铜熔体可以进入到精炼炉30内，可以向精炼炉30内喷入压缩空气和还原剂，以便对粗铜进行氧化还原，并生成阳极铜和阳极炉渣。该压缩空气的压力为0.4 MPa-0.6MPa,该压缩空气的流量为1000Nm

精炼结束后，可以使阳极铜进入到浇铸机40内进行浇铸以便得到阳极板，该阳极板含Cu99wt%-99.5wt%、含硫0.005wt%。

如图2所示，从排渣口1133排出的炉渣可以进入到贫化炉20内。例如，使该炉渣从侧壁渣口流入贫化区2111内。贫化炉20包括第二炉体210和第三喷枪（图中未示出）。第二炉体210具有第二炉腔211，第二炉腔211包括贫化区2111和第二沉降区2112。

第二炉体210的与贫化区2111相对的部分上设有第二加料口和铜锍出口，该第二加料口与排渣口1133连通。第二炉体210的与第二沉降区2112相对的部分上设有贫化渣出口。第三喷枪设在第二炉体210的与贫化区2111相对的部分上。可选地，第三喷枪设在第二炉体210的顶壁1151上。

当利用贫化炉20对炉渣进行贫化时，还原剂和硫化剂通过该第二加料口加入到贫化区2111内，并通过该第三喷枪向贫化区2111加入富氧气体和燃料对炉体进行保温，并对炉内熔炼体进行搅拌，以便对炉渣进行该贫化并得到铜锍和贫化渣，即对炉渣进行还原。其中，该贫化渣流向第二沉降区2112，该贫化渣在第二沉降区2112进行铜渣分离，以便使携带在该贫化渣内的铜锍熔体沉降下来。

沉降下来的铜锍与贫化区2111产生的铜锍混合，从该铜锍出口排出。该贫化渣从该贫化渣出口排出。有价金属（包括铅、锌及锑等）进入到烟尘内，可以通过收尘器收集回收。

通过利用贫化炉20对炉渣进行贫化时，从而可以进一步降低该贫化渣的含铜量，以便进一步提高铜的回收率。

该贫化在1200摄氏度-1400摄氏度的条件下进行，可选地，贫化在1250摄氏度-1300摄氏度的条件下进行。可选地，贫化渣与硫化剂和还原剂的质量比为100：（1-5）：（1-10）。可选地，所述燃料为天然气，所述天然气的流量为200Nm

贫化炉20可以进一步包括第二电极和第二隔墙220。该第二电极设在第二炉体210的与第二沉降区2112相对的部分上，该第二电极设在第二炉体210的顶壁1151上。第二隔墙220设在第二炉腔211内以便分隔贫化区2111和第二沉降区2112。

实施例1

熔剂为石英石和石灰石，熔剂与铜精矿中Fe的质量比为Fe：SiO

熔炼区1111反应生成含Cu68wt%-72wt%的铜锍，铜锍流向吹炼区1112，并通过第二喷枪122向铜冶炼炉10内鼓入氧气浓度为40%的富氧气体，该富氧气体的加入量为每吨铜精矿250Nm

炉渣流向第一沉降区1113，并在第一沉降区1113进行初步的铜渣分离。产出的炉渣含Cu 3wt%-10wt%，炉渣的温度为1300℃。熔炼烟气温度为1350℃，送烟气处理系统处理。

粗铜通过流槽加入到精炼炉30内，通过喷枪向精炼炉30内的粗铜熔体中喷入压力为0.4MPa的压缩空气，压缩空气的流量为2000Nm

炉渣通过流槽流入到贫化炉20内，先对该炉渣进行还原烟化，再进行沉降，反应温度为1200℃。还原剂为块煤，还原剂与炉渣的质量比为0.08：1。硫化剂为黄铁矿，硫化剂与炉渣的质量比为0.05：1。通过第三喷枪向贫化炉20内鼓入200m

处理结果：得到的阳极铜含有99.1wt%的Cu和0.005wt%的S；得到的水碎渣含有0.35wt%的Cu。

实施例2

熔剂为石英石和石灰石，熔剂与铜精矿中Fe的质量比为Fe：SiO

熔炼区1111反应生成含Cu72wt%-75wt%的铜锍，铜锍流向吹炼区1112，并通过第二喷枪122向铜冶炼炉10内鼓入氧气浓度为50%的富氧气体，该富氧气体的加入量为每吨铜精矿250Nm

炉渣流向第一沉降区1113，并在第一沉降区1113进行初步的铜渣分离。产出的炉渣含Cu 5wt%-12wt%，炉渣的温度为1350℃。熔炼烟气温度为1380℃，送烟气处理系统处理。

粗铜通过流槽加入到精炼炉30内，通过喷枪向精炼炉30内的粗铜熔体中喷入压力为0.4MPa的压缩空气，压缩空气的流量为2000Nm

炉渣通过流槽流入到贫化炉20内，先对该炉渣进行还原烟化，再进行沉降，反应温度为1250℃。还原剂为块煤，还原剂与炉渣的质量比为0.1：1。硫化剂为黄铁矿，硫化剂与炉渣的质量比为0.07：1。通过第三喷枪向贫化炉20内鼓入150m

处理结果：得到的阳极铜含有99.3wt%的Cu和0.005wt%的S；得到的水碎渣含有0.35wt%的Cu。

实施例3

熔剂为石英石和石灰石，熔剂与铜精矿中Fe的质量比为Fe：SiO

熔炼区1111反应生成含Cu75wt%-78wt%的铜锍，铜锍流向吹炼区1112，并通过第二喷枪122向铜冶炼炉10内鼓入氧气浓度为60%的富氧气体，该富氧气体的加入量为每吨铜精矿250Nm

炉渣流向第一沉降区1113，并在第一沉降区1113进行初步的铜渣分离。产出的炉渣含Cu 6wt%-10wt%，炉渣的温度为1350℃。熔炼烟气温度为1380℃，送烟气处理系统处理。

粗铜通过流槽加入到精炼炉30内，通过喷枪向精炼炉30内喷入压力为0.4MPa的天然气还原剂，流量为800Nm

炉渣通过流槽流入到贫化炉20内，先对该炉渣进行还原烟化，再进行沉降，反应温度为1300℃。还原剂为块煤，还原剂与炉渣的质量比为0.1：1。硫化剂为黄铁矿，硫化剂与炉渣的质量比为0.08：1。通过第三喷枪向贫化炉20内鼓入150m

处理结果：得到的阳极铜含有99.3wt%的Cu和0.003wt%的S；得到的水碎渣含有0.36wt%的Cu。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。