权利要求
1.一种
铜精炼阳极炉氧化期排渣方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)控制氧化终点：当铜液断面出现0.5-2mm硫丝/硫孔时，判定为氧化终点，关闭氧化风阀，采用惰性气体吹扫炉头和炉尾管路中残余的氧化用风;
(2)进行初步排渣：控制炉体以≤0.5°/S的速度倾转，达到出渣位置后调整渣面，排出90%~98%的渣量至炉外;
(3)进行氧化排渣：初步排渣结束后，将炉头和炉尾管路切换为氧化用风，继续排出剩余渣量至排渣结束。
2.根据权利要求1所述的铜精炼阳极炉氧化期排渣方法，其特征在于，步骤(2)中，还设置有惰性气体屏障，所述惰性气体屏障为在炉口形成覆盖渣层的惰性气体层。
3.根据权利要求2所述的铜精炼阳极炉氧化期排渣方法，其特征在于，步骤(2)中，在炉口内侧沿周向设置有环形气管，所述环形气管上均匀设置有多件气体喷嘴，相邻所述气体喷嘴之间的距离≤0.2m;所述环形气管还配置有用以向所述环形气管提供惰性气体的供气装置;所述惰性气体屏障由所述气体喷嘴喷出的惰性气体形成。
4.根据权利要求3所述的铜精炼阳极炉氧化期排渣方法，其特征在于，步骤(2)中，在炉体启动倾转的同时，启动所述供气装置，开始形成所述惰性气体屏障。
5.根据权利要求4所述的铜精炼阳极炉氧化期排渣方法，其特征在于，步骤(2)中，所述气体喷嘴的出口朝向远离所述炉口的一侧，且所述气体喷嘴和所述炉口所在平面之间的夹角为15~45°。
6.根据权利要求4所述的铜精炼阳极炉氧化期排渣方法，其特征在于，步骤(2)中，所述惰性气体的流量为 80-120m3/h，喷射压力为 0.3-0.5MPa。
7.根据权利要求1所述的铜精炼阳极炉氧化期排渣方法，其特征在于，步骤(1)中，采用惰性气体吹扫炉头和炉尾管路中残余的氧化用风的持续时间为30~60S。
8.根据权利要求1所述的铜精炼阳极炉氧化期排渣方法，其特征在于，步骤(2)中，到达出渣位置前，所述炉体的倾转速度为0.3°/S;排渣过程中，按照0.3°/s的速度倾转炉体，每转动0.6°停歇2min，确保炉内残渣翻滚出炉外，反复上述操作，直至排出90%~98%的渣量至炉外。
9.根据权利要求1所述的铜精炼阳极炉氧化期排渣方法，其特征在于，步骤(2)中，所述出渣位置为回转式阳极炉53±2°的位置。
10.根据权利要求2~9任意一项所述的铜精炼阳极炉氧化期排渣方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中的所述惰性气体均选自氮气、氩气或氦气中的任意一种。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及
铜冶炼技术领域，具体的，涉及一种铜精炼阳极炉氧化期排渣方法。
背景技术
[0002]回转式阳极炉精炼铜过程包括氧化期和还原期，氧化期通过鼓入压缩空气(或富氧空气)氧化以脱除S、Fe、Pb、Zn等杂质。为确保杂质脱除率以及阳极铜的化学品质，氧化过程需向炉内鼓入足够量的压缩空气(或富氧空气)，以确保S、Fe、Pb、Zn基本脱除。
[0003]氧化期结束，会将回转式阳极炉倾转以排去铜液表面的渣，现有技术通过在排渣过程中采用氮气底吹孔鼓入氮气以确保熔体在炉内剧烈翻滚，控制炉体转动至出渣位置，持续将残渣倒出炉外，此过程炉头、炉尾风管持续向炉内鼓入压缩空气，确保炉内的翻滚状态，可以有效的将炉内的残渣全部滗出。然而这一过程利用氮气底吹孔+炉头、炉尾风管对熔体的搅动，使得炉内熔体有一个较好的翻滚状态，缓慢将残渣排至炉外，而熔体的剧烈搅动以及缓慢排渣过程，会使得铜液表面大面积长时间暴露在氧气环境中，存在大量的4Cu+O2=2Cu2O，使得炉内铜液的Cu2O占比>10%，而这些过量的Cu2O需在后续步骤进行还原，会延长精炼周期且增加还原剂及柴油的使用量。
[0004]为了克服上述问题，生产现场采取迅速出渣的方法，减少铜液表面的暴露时间，确保只有少量铜液被氧化，以及在排渣过程开启还原剂的下料装置，利用边还原边排渣的方式将炉内的残渣全部排至炉外。
[0005]然而，采用快速排渣的方法，会存在炉内残渣不能完全排尽，使得在后续还原期间，渣中赋存的硅酸盐杂质与碳粉发生还原反应后溶解在阳极铜中，导致阳极铜化学品质不达标;而且，快速排渣也会导致残渣夹带大量的铜金属，导致金属流失严重，直收率低的工艺技术问题。而在生产现场采用边还原边排渣的方式，可以有效减少铜液被压缩风氧化，但这一操作会导致生产现场烟气不受控，在缺氧状态下，鼓入的还原剂反应不完全会导致烟气一氧化碳持续报警。
[0006]因此，如何设计一种排渣方法，使得能够同时满足残渣残留量低、铜金属流失率低且铜过氧化率低的目的是目前亟待解决的问题。
发明内容
[0007]本发明的目的在于提供一种铜精炼阳极炉氧化期排渣方法，该方法应用于铜精炼过程中氧化期结束后排渣，能够同时满足残渣残留量低、铜金属流失率低且铜过氧化率低的目的。
[0008]为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种铜精炼阳极炉氧化期排渣方法，包括如下步骤：
(1)控制氧化终点：当铜液断面出现0.5-2mm硫丝/硫孔时，判定为氧化终点，关闭氧化风阀，采用惰性气体吹扫炉头和炉尾管路中残余的氧化用风;
(2)进行初步排渣：控制炉体以≤0.5°/S的速度倾转，达到出渣位置后调整渣面，反复倾转炉体，排出90%~98%的渣量至炉外;
(3)进行氧化排渣：初步排渣结束后，将炉头和炉尾管路切换为氧化用风，继续排出剩余渣量至排渣结束。
[0009]具体的，从炉口观测炉头、炉尾端墙区域残渣漂浮情况，看到浮渣几乎没有，以及看到从炉口排出的渣开始出现淡蓝色，判定为已经达到排渣终点。
[0010]现有技术常规采用铜液断面完全无硫丝/硫孔时作为氧化终点，而本发明通过控制铜液断面出现0.5-2mm硫丝/硫孔时作为氧化终点，此时即停止供给氧化用风，可以有效的避免铜液被氧化用风过量氧化至氧化亚铜;随后用惰性气体吹扫氧化用风管路，使得在步骤(2)排渣过程中，没有氧化用风的补充提供，在步骤(2)中排出80%~98%的渣量;当大量渣被排出炉外后，恢复供应氧化用风，继续微调角度排渣，铜液中未被氧化的硫丝/硫孔会与氧化用风发生反应，避免铜液被过氧化，该部分反应产物形成的渣则随着排渣过程排出，且该反应会持续放热，能极大的提升炉内铜熔体的温度至1190℃，可以在后续还原期时降低热源能耗;若在排渣结束后，部分铜液中的硫丝/硫孔尚未反应完全，夹带进入还原操作，可以有效的进行少量的还原放热反应，进一步降低还原期还原剂的使用量。
[0011]上述氧化用风，即为压缩空气或富氧空气，本发明优选压缩空气。
[0012]此外，本发明控制氧化终点的具体操作步骤为：当观测到炉内火焰由黄色开始夹带淡蓝色火焰出现时，立即将炉子摇至取样位置，并关闭炉头、炉尾氧化用风，从取样孔将铜液取出倒至样模，待冷却后观察铜样表面存在形态，若表面存在少许凸起，存在部分毛刺，说明炉内Fe、S、Pb等杂质已基本脱除完，将铜样从中间砸开，可以发现断面存在2至4条0.5-2mm左右的硫丝/硫孔，则达到氧化终点，启动进入步骤(2)的初步排渣步骤。
[0013]作为优选的，步骤(2)中，还设置有惰性气体屏障，所述惰性气体屏障为在炉口形成覆盖渣层的惰性气体层。
[0014]本发明通过在排渣过程中，在渣层表面形成覆盖渣层的惰性气体屏障，使得在排渣过程中，铜液表面不会接触空气，进而不会继续进行氧化反应，避免了铜液表面铜被过氧化，因为有惰性气体屏障的存在，排渣过程也可以缓慢进行，不会因为快速排渣而造成的排渣不尽或过量夹带铜液的问题存在，大大降低了铜液中残渣残留量以及排渣过程中的铜金属流失率。
[0015]作为优选的，本发明的惰性气体屏障通过如下方式实现：在炉口内侧沿周向设置有环形气管，所述环形气管上均匀设置有多件气体喷嘴，相邻所述气体喷嘴之间的距离≤0.2m;所述环形气管还配置有用以向所述环形气管提供惰性气体的供气装置;所述惰性气体屏障由所述气体喷嘴喷出的惰性气体形成。
[0016]本发明通过回转式阳极炉的炉口周向布置的环形气管上均匀分布且间隔距离较小的气体喷嘴，实现覆盖整个炉口的惰性气体屏障，工业上实现简单且控制方法简单。
[0017]作为优选的，步骤(2)中，在炉体启动倾转的同时，启动所述供气装置，开始形成所述惰性气体屏障。使得在排渣开始前即排除炉口区域的空气，待炉体到达出渣位置时，气幕已形成稳定保护层。
[0018]作为优选的，步骤(2)中，所述气体喷嘴的出口朝向远离所述炉口的一侧，且所述气体喷嘴和所述炉口所在平面之间的夹角为15°~45°，优选为15°~25°。这样设置，使得不仅能够形成惰性气体屏障，且避免了惰性气体对铜液表面的直接冲击;同时，较小的角度也保证了惰性气体更好的覆盖渣面。
[0019]作为优选的，步骤(2)中，所述惰性气体的流量为 80-120m3/h，喷射压力为 0.3-0.5MPa。该流量的设置，以确保气幕密度均匀;该压力的设置，既能形成连续气幕，又不会因压力过高导致对铜液表面甚至炉内铜液的扰动。
[0020]作为优选的，步骤(1)中，采用惰性气体吹扫炉头和炉尾管路中残余的氧化用风的持续时间为30~60S;以排空管路内残余的氧化用风，避免在排渣阶段对铜液表面形成过氧化。
[0021]作为优选的，步骤(2)中，到达出渣位置前，所述炉体的倾转速度为0.3°/S;排渣过程中，按照0.3°/s的速度倾转炉体，每转动0.6°停歇2min，确保炉内残渣翻滚出炉外，反复上述操作，直至排出90%~98%的渣量至炉外。
[0022]尽可能缓的倾角转速，以使得渣层平稳移动，减少湍流夹带而造成的铜金属流失。且整个排渣过程缓慢进行，不会因为快速排渣而造成的排渣不尽或过量夹带铜液的问题存在，大大降低了铜液中残渣残留量以及排渣过程中的铜金属流失率。
[0023]作为优选的，步骤(3)中，同样按照0.3°/s的速度倾转炉体，每转动0.6°停歇2min，确保炉内残渣翻滚出炉外，反复上述操作，直至从炉口观测炉头、炉尾端墙区域残渣漂浮情况，看到浮渣几乎没有，以及看到从炉口排出的渣开始出现淡蓝色，判定为已经达到排渣终点。
[0024]作为优选的，步骤(1)和步骤(2)中的所述惰性气体均选自氮气、氩气或氦气中的任意一种。优选为氮气。
[0025]本发明相对于现有技术，具有如下有益效果：
(1)本发明通过控制铜液断面出现0.5-2mm硫丝/硫孔时作为氧化终点，使得在后续排渣过程中即便铜液表面接触空气，也会继续氧化硫丝/硫孔，减少铜液过氧化的情况发生。
[0026](2)本发明在氧化终点后，即关闭氧化用风，并且切换惰性气体，对氧化用风管路进行吹扫，避免后续排渣过程中继续发生氧化反应而造成过氧化情况发生。
[0027](3)本发明通过控制铜液断面出现0.5-2mm硫丝/硫孔时作为氧化终点，并且在最后2%~10%的渣排出时，恢复供给氧化用风，使得氧化反应继续进行，反应放热使得熔体温度提升至1190℃，节约了后续还原期的加热能耗。
[0028](4)本发明在排渣初期，在渣层表面形成惰性气体屏蔽层，避免在排渣过程中，铜液表面和空气接触，进一步的避免了排渣过程中铜液的过氧化，且因为气体屏蔽层的存在，排渣过程可以缓慢且长时间进行，避免了排渣不尽或渣夹带过多铜液的情况发生。
[0029](5)本发明的方法，能够实现排渣全程铜液氧含量增幅<2000ppm;氧化率增幅≤30%、渣中铜含量降低30%以上、缩短还原期时间30%以上、单炉减少还原剂用量300kg以上。
附图说明
[0030]图1为是本发明实施例1中铜液断面出现0.5-2mm硫丝/硫孔时取样观察的断面图。
具体实施方式
[0031]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
[0032]实施例1
本实施例提供了一种铜精炼阳极炉氧化期排渣方法，应用于搭配PS转炉生产组织的160t规格的回转式阳极炉。包括如下步骤：
(1)控制氧化终点：当铜液断面出现如图1所示的0.5-2mm硫丝/硫孔时，判定为氧化终点，关闭氧化风阀，同时取样测定铜液的氧化率，记为排渣前的氧化率;随后采用氮气(风量400Nm3/h)吹扫炉头和炉尾管路中残余的氧化用风60S;
(2)进行初步排渣：控制炉体以0.3°/S的速度倾转，达到回转式阳极炉53±2°的位置后调整渣面，按照0.3°/s的速度倾转炉体，每转动0.6°停歇2min，确保炉内残渣翻滚出炉外，反复上述操作，直至排出98%的渣量至炉外;
(3)进行氧化排渣：初步排渣结束后，将炉头和炉尾管路切换为氧化用风400Nm3/h，按照0.3°/s的速度倾转炉体，每转动0.6°停歇2min的速度继续排出剩余渣量至从炉口观测炉头、炉尾端墙区域残渣漂浮情况，看到浮渣几乎没有，以及看到从炉口排出的渣开始出现淡蓝色，判定为已经达到排渣终点。排渣结束后，取样测定铜液的氧化率、铜液中的渣含量、渣中的铜含量以及排渣结束时铜液的温度。
[0033]排渣结束后，铜液进入还原期，回转式阳极炉炉头炉尾按照6Kg/min至7Kg/min的下料速度进行喷吹还原剂，还原至30min取样观测铜样变化，调整炉头炉尾还原剂下料10kg/min至12kg/min控制，继续还原，取样观测铜样表面出现平整状态，呈现油光细致的花纹，确定已达到还原终点，取样检测炉内铜样氧含量在500ppm，达到出铜条件，还原期总时长为70min。
[0034]经检测：
本实施例铜液排渣前铜液氧含量为6700ppm，排渣后铜液氧含量为8500ppm，整个排渣期，氧化率仅增加26.8%;排渣结束后铜液中的渣含量为1.2t;排渣结束后，渣中的铜含量为4.07t;排渣结束时，铜液的温度为1188℃;还原期的整体时间为70min;还原期还原剂的用量1550kg。
[0035]实施例2
本实施例提供了一种铜精炼阳极炉氧化期排渣方法，应用于搭配PS转炉生产组织的160t规格的回转式阳极炉。包括如下步骤：
(1)控制氧化终点：当铜液断面出现如图1所示的0.5-2mm硫丝/硫孔时，判定为氧化终点，关闭氧化风阀，同时取样测定铜液的氧化率，记为排渣前的氧化率;随后采用氮气(风量400Nm3/h)吹扫炉头和炉尾管路中残余的氧化用风60S;
(2)进行初步排渣：控制炉体以0.3°/S的速度倾转，同时启动惰性气体屏障的供气装置开始供氮气，供气流速为80m3/h，喷射压力为 0.3MPa;
达到回转式阳极炉53±2°的位置后调整渣面，按照0.3°/s的速度倾转炉体，每转动0.6°停歇2min，确保炉内残渣翻滚出炉外，反复上述操作，直至排出98%的渣量至炉外;整个过程惰性气体屏障的供气装置持续以上述流速和压力供氮气;
本实施例在炉口内侧沿周向设置有环形气管，环形气管上均匀设置有多件气体喷嘴，相邻气体喷嘴之间的距离为0.2m，气体喷嘴的出口朝向远离炉口的一侧，且气体喷嘴和炉口所在平面之间的夹角为20°，环形气管还配置有用以向所述环形气管提供惰性气体的供气装置;上述惰性气体屏障由气体喷嘴喷出的惰性气体形成。
[0036](3)进行氧化排渣：初步排渣结束后，将炉头和炉尾管路切换为氧化用风400Nm3/h，按照0.3°/s的速度倾转炉体，每转动0.6°停歇2min的速度继续排出剩余渣量至从炉口观测炉头、炉尾端墙区域残渣漂浮情况，看到浮渣几乎没有，以及看到从炉口排出的渣开始出现淡蓝色，判定为已经达到排渣终点。排渣结束后，取样测定铜液的氧化率、铜液中的渣含量、渣中的铜含量以及排渣结束时铜液的温度。
[0037]排渣结束后，铜液进入还原期，回转式阳极炉炉头炉尾按照6Kg/min至7Kg/min的下料速度进行喷吹还原剂，还原至30min取样观测铜样变化，调整炉头炉尾还原剂下料10kg/min至12kg/min控制，继续还原，取样观测铜样表面出现平整状态，呈现油光细致的花纹，确定已达到还原终点，取样检测炉内铜样氧含量在500ppm，达到出铜条件，还原总时长为67min。
[0038]经检测：
本实施例铜液排渣前铜液氧含量为6700ppm，排渣后铜液氧含量为7200ppm，整个排渣期，氧化率仅增加7.4%;排渣结束后铜液中的渣含量为0.70t;排渣结束后，渣中的铜含量为2.98t;排渣结束时，铜液的温度为1187℃;还原期的整体时间为67min;还原期还原剂的用量1250kg。
[0039]实施例3
本实施例提供了一种铜精炼阳极炉氧化期排渣方法，与实施例2的区别在于，步骤(2)中，惰性气体氮气的供气流速为120m3/h，喷射压力为 0.5MPa。
[0040]排渣结束后，铜液进入还原期，回转式阳极炉炉头炉尾按照6Kg/min至7Kg/min的下料速度进行喷吹还原剂，还原至30min取样观测铜样变化，调整炉头炉尾还原剂下料10kg/min至12kg/min控制，继续还原，取样观测铜样表面出现平整状态，呈现油光细致的花纹，确定已达到还原终点，取样检测炉内铜样氧含量在500ppm，还原期总时长为65min。
[0041]经检测：
本实施例铜液排渣前铜液氧含量为6700ppm，排渣后氧含量为7000ppm，整个排渣期，氧化率仅增加4.47%;排渣结束后铜液中的渣含量为0.55t;排渣结束后，渣中的铜含量为2.61t;排渣结束时，铜液的温度为1190℃;还原期的整体时间为65min;还原期还原剂的用量1150kg。
[0042]对比例
本对比例提供了一种铜精炼阳极炉氧化期排渣方法，应用于搭配PS转炉生产组织的160t规格的回转式阳极炉。包括如下步骤：
(1)控制氧化终点：当铜液断面完全无硫丝/硫孔时，判定为氧化终点，关闭氧化风阀，取样测定铜液的氧化率，记为排渣前的氧化率;
(2)排渣：控制炉体以0.8°/S的速度倾转，达到回转式阳极炉53±2°的位置后调整渣面，按照0.8°/s的速度倾转炉体，迅速出渣，至从炉口观测炉头、炉尾端墙区域残渣漂浮情况，看到浮渣几乎没有，以及看到从炉口排出的渣开始出现淡蓝色，判定为已经达到排渣终点。
[0043]排渣结束后，取样测定铜液的氧化率、铜液中的渣含量、渣中的铜含量以及排渣结束时铜液的温度。
[0044]排渣结束后，铜液进入还原期，回转式阳极炉炉头炉尾按照6Kg/min至7Kg/min的下料速度进行喷吹还原剂，还原至30min取样观测铜样变化，调整炉头炉尾还原剂下料10kg/min至12kg/min控制，继续还原，取样观测铜样表面出现平整状态，呈现油光细致的花纹，确定已达到还原终点终点，取样检测炉内铜样氧含量在500ppm，达到出铜条件，还原期总时长为93min。
[0045]经检测：
本对比例的铜液排渣前铜液氧含量为6700ppm，排渣后氧化率为9500ppm，整个排渣期，氧化率增加达41.79%;排渣结束后铜液中的渣含量为1.87t;排渣结束后，渣中的铜含量为4.78t;排渣结束时，铜液的温度为1180℃;还原期的整体时间为93min;还原期还原剂的用量为1850kg。
[0046]上述实施例1-3以及对比例的还原剂均采用工厂采购的同一批次的焦炭还原剂。
[0047]综上，实施例1-3的排渣方法，其排渣前后铜液的氧化率增加极少，说明整个过程中几乎未产生过氧化反应，避免了后续对还原期的还原时间和还原剂的影响;且实施例1-3的排渣结束后，渣中的铜含量和铜液中的渣含量都比较低，也对后续还原过程有很好的促进作用，且保障了阳极铜的质量，避免了铜元素的流失。通过本申请的方式，使得在排渣结束时，铜液的温度较高，也大大缩短了还原期的时间，降低了还原期的加热能耗。
[0048]而对比例的排渣方法，则不仅铜液中的渣含量高、渣中的铜含量高，且后续还原过程时间长，还原剂的用量高。
[0049]本申请的制备方法，能够同时满足残渣残留量低、铜金属流失率低且铜过氧化率低的目的，且能够显著降低还原期的时间，降低还原剂的用量以及还原过程的能耗，进而大大降低了铜精炼过程中的生产成本，提高了铜精炼的产品质量。
说明书附图(1)
声明：
“铜精炼阳极炉氧化期排渣方法” 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：凉山矿业股份有限公司
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