一种熔融铜渣处理方法及装置与流程

1.本发明涉及一种熔融铜渣处理方法，特别是一种对钢铁企业炼钢及钢渣处理生产过程产生的一种熔融铜渣处理方法及装置。


背景技术：

3.铜渣的典型成分为fe 30％～40％，sio235％～40％，a12o3≤10％，cao≤10％，cu 0.5％～2.1％，不同冶炼方法其组成略有差别。目前铜渣的处理方法主要是通过选矿法处理。通过选矿方法处理铜渣生产工艺简单，投入低，因此得到了一定程度的工艺应用。但选矿方法处理存在有价金属回收率低等缺点，仅能回收其中的铜，且处理后仍剩余80％的铜渣尾渣不能够资源化利用，铁、氧化硅等资源存在巨大的浪费，尾渣大量堆存存，存在重大的环境和安全隐患。熔融铜渣直接提取铜、铁金属虽然进行了大量研究，但仍存在提取后尾渣利用附加值低，存在处理成本高，经济不可行。
4.铜渣中含有较高的铁、铜有价金属元素，可通过还原进行回收；铜渣中含有较高的sio2含量，提取金属铁后渣中主要成分为sio2、a12o3和cao，尾渣酸度系数高，成分适合制备高附加值产品。熔融铜渣初始出渣温度为1300～1400℃，具有较高的热值。简而言之，铜渣中具有铜、铁金属、氧化硅以及热能三类资源价值，在铜渣资源化处理的同时需要综合考虑其中资源价值，实现铜渣资源价值的最大化。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提供一种熔融铜渣处理方法及装置，以解决现有技术中资源化利用率低的问题，实现了熔渣的高效资源化处理。
6.本发明提供了一种熔融铜渣处理方法，包括以下步骤：
7.s1.熔融铜渣装料，盛有熔融铜渣的渣罐经罐车运输至车间，打开炉口，采用天车吊起渣罐，将其中熔融铜渣从炉口倾倒入炼渣炉中；
8.s2.助燃剂与还原剂上料，还原处理熔融铜渣；
9.s3.含铜铁液出料，加工含铜铁；
10.s4.还原后铜渣出渣，含铜铁出铁完成后，驱动电机转动炼渣炉使得炉口向下翻转将还原后的铜渣倒入渣罐中，而后反向驱动电机使得炼渣炉归位。
11.进一步地，所述步骤s1中，驱动电机转动炼渣炉使得炉口向外转出烟罩下方，倾倒熔融铜渣之后反向驱动电机转动炼渣炉使得炉口向内转回烟罩正下方。
12.进一步地，所述步骤s2中，启动给料阀、助燃剂喷罐、还原剂喷罐，将助燃剂仓、还原剂仓中助燃剂、还原剂分别经助燃剂管、还原剂管从炼渣炉底部喷吹口喷入炉膛中，直至满足用量要求。
13.进一步地，所述步骤s2中，炉膛内熔融铜渣在一定时间还原反应后，产生含铜铁液逐步沉积在炉膛底部，还原后的铜渣浮在含铜铁液上层，还原反应过程中，启动气罐对炉膛中熔融铜渣进行持续搅拌均化直至一定时间到反应结束。
14.进一步地，所述步骤s2中，还原过程产生的大量高温烟气依次经烟罩、换热器、烟道、喷淋塔、脱水器有组织达标外排，高温烟气经换热器获得压力蒸汽进行余热发电利用。
15.进一步地，所述步骤s3中，熔融铜渣还原反应结束后，打开出铁口使含铜铁液从炉膛底部流出，依次经出铁口、出铁槽均匀落入铸铁机中，铸造获得含铜铁。
16.进一步地，所述步骤s1中，天车吊起渣罐将熔融铜渣从炉口倾倒入炼渣炉，倒渣时间不超过5分钟，熔融铜渣倒渣温度不低于1200℃。
17.进一步地，所述步骤s2中，助燃剂仓中助燃剂为煤粉或生物质燃料，还原剂仓中还原剂为含碳物料，其中还原剂中碳元素含量不低于35％，吨熔融铜渣还原剂添加比例为30-80kg，助燃剂添加比例为50-250kg，助燃剂、还原剂最大颗粒粒径不超过3mm。
18.进一步地，所述步骤s2中，炉膛内熔融铜渣的还原反应时间为20-50分钟，整个冶炼周期不超过60分钟，炉膛内熔融铜渣的冶炼温度为1400-1650℃。
19.进一步地，所述步骤s3中，含铜铁液从炉膛底部经出铁口流出温度不低于1400℃。
20.本发明还提供了一种熔融铜渣处理装置，包括渣罐、罐车、炼渣炉、加料组件、出液组件、烟气处理组件，所述炼渣炉一侧连接加料组件，另一侧连接出液组件，炼渣炉顶部密封连接烟气处理组件，所述罐车可移动的设于炼渣炉外部，所述炼渣炉沿水平方向转动设置。
21.本发明采用专用的炼渣炉适用于熔融铜渣高温状态下的还原处理，该炼渣炉采用底吹可转动模式，炉膛内反应动力学条件好，有助于较短时间内完成铜渣中铁、铜等金属的还原提取。
22.相比以往采用电炉贫化还原工艺，本发明采用还原剂、助燃剂相结合的方式，降低了直接采用电加热带来的高成本问题，同时发明对还原过程产生的高温烟气采用换热器在烟罩内进行余热回收利用，并对降温后的烟气进行了有组织达标排放，具有重要的节能减排意义。
23.本发明基于熔融铜渣自带高温余热资源，取代了以往简单粗放的选矿法方式，添加专用还原剂、助燃剂等物料，采用专用炼渣炉结合熔渣特性进行高效还原提取熔融铜渣中金属资源，具有铜、铁等金属回收率高，余热资源利用率高，处理效率高，尾渣铁含量少适用于制备高附加值产品等优势。
24.同时本发明具有装备化自动化水平高，资源化利用率高，生产效率高，占地面积小，烟气有组织排放，无环境污染的优点，大幅度提高了熔融铜渣处理装备化水平，提高了破碎处理效率，实现了熔渣的高效资源化处理，显著提升了铜渣的资源化利用价值，推动了铜渣零排放工作，改善铜渣大量堆弃现场。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
26.图1为本发明提供的一种熔融铜渣处理方法的流程示意图。
27.图2为本发明提供的一种熔融铜渣处理装置的整体示意图。
28.附图标记说明：
29.渣罐-1，罐车-2，炼渣炉-3，炉口-4，炉膛-5，炉壳-6，炉衬-7，喷吹口-8，齿圈-9，齿轮-10，减速机-11，电机-12，加料口-13，出铁口-14，喷气管-15，还原剂管-16，助燃剂管-17，快换接头-18，助燃剂仓-19，还原剂仓-20，给料阀-21，助燃剂喷罐-22，还原剂喷罐-23，气罐-24，出铁槽-25，铸铁机-26，含铜铁-27，烟罩-28，换热器-29，烟道-30，喷淋塔-31，脱水器-32。
具体实施方式
30.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.参见附图1，本发明提供了一种熔融铜渣处理方法，包括以下步骤：
33.s1.熔融铜渣装料，盛有熔融铜渣的渣罐1经罐车2运输至车间，打开炉口4，采用天车吊起渣罐1，将其中熔融铜渣从炉口4倾倒入炼渣炉3中；
34.s2.助燃剂与还原剂上料，还原处理熔融铜渣；
35.s3.含铜铁液出料，加工含铜铁；
36.s4.还原后铜渣出渣，含铜铁出铁完成后，驱动电机12转动炼渣炉3使得炉口4向下翻转将还原后的铜渣倒入渣罐1中，而后反向驱动电机12使得炼渣炉3归位。
37.具体地，步骤s1中，驱动电机12转动炼渣炉3使得炉口4向外转出烟罩28下方，倾倒熔融铜渣之后反向驱动电机12转动炼渣炉3使得炉口4向内转回烟罩28正下方。
38.具体地，步骤s2中，启动给料阀21、助燃剂喷罐22、还原剂喷罐23，将助燃剂仓19、还原剂仓20中助燃剂、还原剂分别经助燃剂管17、还原剂管16从炼渣炉3底部喷吹口8喷入炉膛5中，直至满足用量要求。
39.具体地，步骤s2中，炉膛5内熔融铜渣在一定时间还原反应后，产生含铜铁液逐步沉积在炉膛5底部，还原后的铜渣浮在含铜铁液上层，还原反应过程中，启动气罐24对炉膛5中熔融铜渣进行持续搅拌均化直至一定时间到反应结束。
40.具体地，步骤s2中，还原过程产生的大量高温烟气依次经烟罩28、换热器29、烟道30、喷淋塔31、脱水器32有组织达标外排，高温烟气经换热器29获得压力蒸汽进行余热发电利用。
41.具体地，步骤s3中，熔融铜渣还原反应结束后，打开出铁口14使含铜铁液从炉膛5底部流出，依次经出铁口14、出铁槽25均匀落入铸铁机26中，铸造获得含铜铁27。
42.具体地，步骤s1中，天车吊起渣罐1将熔融铜渣从炉口4倾倒入炼渣炉3，倒渣时间
不超过5分钟，熔融铜渣倒渣温度不低于1200℃。
43.具体地，步骤s2中，助燃剂仓19中助燃剂为煤粉或生物质燃料，还原剂仓20中还原剂为含碳物料，其中还原剂中碳元素含量不低于35％，吨熔融铜渣还原剂添加比例为30-80kg，助燃剂添加比例为50-250kg，助燃剂、还原剂最大颗粒粒径不超过3mm。
44.具体地，步骤s2中，炉膛5内熔融铜渣的还原反应时间为20-50分钟，整个冶炼周期不超过60分钟，炉膛5内熔融铜渣的冶炼温度为1400-1650℃。
45.具体地，步骤s3中，含铜铁液从炉膛5底部经出铁口14流出温度不低于1400℃。
46.本发明还提供了一种熔融铜渣处理装置，包括渣罐1、罐车2、炼渣炉3、加料组件、出液组件、烟气处理组件，所述炼渣炉3一侧连接加料组件，另一侧连接出液组件，炼渣炉3 顶部密封连接烟气处理组件，所述罐车2可移动的设于炼渣炉3外部，所述炼渣炉3沿水平方向转动设置。
47.具体地，炼渣炉3包括炉口4、炉膛5、炉壳6、炉衬7、喷吹口8、齿圈9、齿轮10、减速机11、电机12、加料口13、出铁口14，所述炉膛5外依次包覆设有炉衬7、炉壳6，所述炉口4贯通设于炉膛5上部，炼渣炉3转动时，所述炉口4与烟气处理组件分离或连接。
48.具体地，齿圈9环绕设于炉壳6两端，所述电机12通过减速机11驱动齿轮10啮合齿圈 9以转动炼渣炉3。
49.具体地，炼渣炉3一侧上部设有加料口13，相对一侧下部设有出铁口14，炼渣炉3底部设有多个喷吹口8，所述出铁口14水平设置。
50.具体地，加料组件包括喷气管15、还原剂管16、助燃剂管17、快换接头18、助燃剂仓 19、还原剂仓20、给料阀21、助燃剂喷罐22、还原剂喷罐23、气罐24，所述喷气管15连接气罐24，所述还原剂管16连接还原剂喷罐23，所述助燃剂管17连接助燃剂喷罐22，所述喷气管15、还原剂管16、助燃剂管17分别通过快换接头18可切换连接至炼渣炉3底部的多个喷吹口8。
51.具体地，助燃剂仓19、还原剂仓20分别通过多个给料阀21连接助燃剂喷罐22、还原剂喷罐23。
52.具体地，出液组件包括出铁槽25、铸铁机26，所述出铁槽25设于所述出铁口14的下部，所述铸铁机26设于所述出铁槽25下部。
53.具体地，烟气处理组件包括烟罩28、换热器29、烟道30、喷淋塔31、脱水器32，所述烟罩28可分离的与炼渣炉3的炉口4密封连接，所述烟罩28内设有换热器29，所述喷淋塔 31通过烟道30连接烟罩28，所述喷淋塔31后端连接脱水器32。
54.具体地，炉口4直径大于等于1m，炼渣炉3容量大于等于10m3，炼渣炉3外侧炉壳6为钢结构，炉壳6钢板厚度大于等于20mm。
55.具体地，加料口13安装在炼渣炉3侧部中心轴位置，加料口13为倒锥形的钢结构，外端入料口径小于等于1m，出铁口14为钢结构的外侧管道，钢结构管道口径大于等于150mm，出铁口14内部安装耐火材料。
56.具体地，所述炼渣炉3上部炉口4直径不低于1m，炼渣炉3容量不低于10m3；炼渣炉3 外侧炉壳6为钢结构，炉壳6钢板厚度不低于20mm。所述炉衬7为耐火材料，优选高铝砖、镁碳砖、碳化硅等耐火材料，耐火材料厚度100-300mm。喷吹口8为耐火透气砖。所述齿圈9、齿轮10均为合金钢结构。齿圈9在炼渣炉3炉壳6外部两侧各一个，呈一周固定在炉壳6上。在电机
12的驱动下，依次带动减速机11、齿轮10、齿圈9转动，从而实现炼渣炉3的转动，电机12可进行正反向转动，从而带动炼渣炉3下转及归位。所述加料口13安装在炼渣炉3 侧部中心轴位置。加料口13为钢结构，外端入料口径最大不超过1m。出铁口14安装在加料口13另一侧炼渣炉3底部位置，出铁口14外侧管道为钢结构管道，钢结构管道口径不低于 150mm，出铁口14内部安装耐火材料。所述喷气管15、还原剂管16、助燃剂管17均为钢结构压力管道，管道设计压力不低于1mpa。助燃剂喷罐22、还原剂喷罐23、气罐24均为压力容器，设计压力不低于1mpa，容积不低于3m3。助燃剂仓19、还原剂仓20为钢结构料仓，容积不低于5m3。所述出铁槽25、烟罩28、烟道29外侧均为钢结构。出铁槽25内安装耐火材料，耐火材料厚度不低于80mm。烟罩28靠近炉口4处喷涂耐火材料，烟罩28、烟道30外侧安装保温材料，保温材料厚度不低于50mm。换热器29为金属换热器。
57.具体地，天车吊起渣罐1将熔融铜渣从炉口4倾倒入炼渣炉3，倒渣时间不超过5分钟，熔融铜渣倒渣温度不低于1200℃。助燃剂仓19中助燃剂可为煤粉、生物质等燃料，还原剂仓20中还原剂可为焦炭等含碳物料，其中还原剂中碳元素含量不低于35％，吨熔融铜渣还原剂添加比例为30-80kg，助燃剂添加比例为50-250kg。助燃剂、还原剂最大颗粒粒径不超过 3mm。炉膛5内熔融铜渣的还原反应时间为20-50分钟，整个冶炼周期不超过60分钟。炉膛 5内熔融铜渣的冶炼温度为1400-1650℃，含铜铁液从炉膛5底部经出铁口14流出温度不低于1400℃。熔融铜渣还原过程铜元素的收得率超过95％，铁元素的收得率超过90％，还原后的铜渣渣中的feo含量不超过5％。炉膛5内熔融铜渣深度为0.5-2米，铜渣深度不的超过炉膛5高度的50％。还原过程产生的高温烟气依次经烟罩28、换热器29后温度降低到600℃以下，经喷淋塔31、脱水器32处理后烟气颗粒物含量不超过50mg/m3。
58.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
59.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。