專利名稱：在懸浮熔煉爐生產有色金屬的過程中減小爐渣中有色金屬含量的方法
技術領域：
本發明涉及一種方法，該方法通過將尺寸在1-25mm范圍內的冶金焦送入懸浮熔煉爐，從而減小在該懸浮熔煉爐中生產有色金屬例如銅或鎳的過程中所產生爐渣的有色金屬含量。有利的是將擋板從該熔煉爐的頂部向下布置，利用該擋板，可防止包含銅或鎳的小顆粒飄浮到熔煉爐的后部并與爐渣一起流走。上述擋板使小顆粒沉積在熔煉爐的還原區。
以前已經知道當固定焦或一些其它含碳物質用于還原爐渣和溶解在爐渣中的氧化銅，特別是磁鐵礦時，該磁鐵礦增加了爐渣的粘性并減慢了對因沉淀而包含在爐渣中的熔融锍顆粒的分離，這時例如閃速熔煉爐等懸浮熔煉爐會生產出具有低含量銅的爐渣。
美國專利5662370公開了一種方法，其中主要是使供入反應豎爐的含碳材料的碳含量至少為80％，至少65％的材料顆粒小于100μm，至少25％的材料顆粒在44-100μm。顆粒尺寸被很精確地限定，因為，根據該發明，利用未燃焦還原磁鐵礦是在兩個機構下進行的，顆粒尺寸對于該機構具有決定性的重要性。如果焦炭粉的大致尺寸大約為100μm甚至更高時，未燃燒部分的顆粒尺寸同樣較大，因此焦仍然在爐渣表面上漂浮，反應也仍然慢。當顆粒尺寸減小時，焦炭粉進入爐渣，隨后與要還原的磁鐵礦直接接觸，這將加快反應速度。
在日本申請專利58221241中公開了一種方法，其中焦粉或者是焦粉和煤粉一起通過精礦燃燒器而送入閃速熔煉爐的反應豎井中。焦進入爐中，這樣在下部爐內熔體的整個表面均勻地覆蓋有未燃燒的焦炭粉。根據該申請，在顆粒尺寸極其細小時會減小磁鐵礦的還原程度，因此所使用的顆粒尺寸最好是從44μm到1mm。被未燃焦所覆蓋的渣層仍停留在熔渣池上，極大地減小了氧氣的部分壓力。由焦層所產生的高度還原氣氛例如會對爐子的內襯造成損害。
在日本專利90-24898中公開了一種方法，其中顆粒尺寸小于40mm的焦粉或煤粉被送入閃速熔煉爐中，來代替用作附加燃料的油，并在爐子內維持所需的溫度。
日本專利申請9-316562申請了與上述美國專利5662370相同的方法，其中不同點在于含碳材料送入閃速熔煉爐中反應豎井的下部，以便防止該含碳材料在到達爐渣和其內需要還原的磁鐵礦之前就燃燒。該含碳材料的顆粒尺寸本質上與該美國專利所述的分布相同。
在一些前述方法中，小顆粒尺寸的焦表現出一個缺點，即小顆粒焦完全不會從氣相沉積下，但會繼續作為還原劑與氣相到達上升道和廢熱鍋爐。在該鍋爐中，焦炭在錯誤的地方發生反應并產生不必要的能量，這樣因為減小廢熱鍋爐的容量，甚至可能會限制整個工序能力。
在懸浮熔煉爐中，不僅粉末材料(例如氧化亞銅)會與氣相漂到熔煉爐后部和上升道，而且銅锍也會到達熔煉爐后部和上升道。當這些小顆粒在熔煉爐后部與氣流分離并沉積在渣相表面上時，這個現象恰恰由于小的顆粒尺寸而變得很慢。因為爐渣要從熔煉爐的后部和側面流出，這些顆粒不能從渣相中沉積，但是它們會與爐渣一起流出熔煉爐，并增加爐渣中的銅含量。
為了解決上述問題，已經提出了一種能避免以上方法所存在問題的方法。在該新方法中，其目的是減小在懸浮熔煉爐生產有色金屬例如銅或鎳的過程中所產生爐渣的有色金屬含量，這樣爐渣可直接丟棄而無需再處理。在該方法中，尺寸在1-25mm范圍內的冶金焦用來還原爐渣，其中大部分裝入反應豎井的焦在懸浮熔煉爐的下部爐內從氣相分離出并沉積在爐渣相的表面，在該處還原爐渣是發生在大部分產品(所獲得的是锍)和爐渣相互分離的區域。本發明的主要特征在所附權利要求中更加明顯。
在該方法中，最好使用冶金焦，因為在此獲得的揮發性物質數量很小。因此，所述原材料的大部分還原電位能用于還原，而在還原劑內的揮發性物質燃燒時不會產生多余的額外熱量。同時，反應豎井內焦炭所發生的與氧結合的反應數量會減小，這樣就能對所獲得的锍質量進行控制。傳統地，這種控制已經通過調整該過程中的空氣系數(氧/精礦量，Nm3/t)而實現。
在本發明的方法中，所使用的冶金焦具有一定的顆粒尺寸，這樣大部分送入反應豎井的焦在懸浮熔煉爐的下部爐內從氣相分離出并沉積在爐渣相的表面，在該處還原爐渣是發生在作為主要產品的锍和爐渣同樣從氣相分離的區域。還原發生在最佳熱能節約的地方還原所需的熱量來自反應豎井中產品的熱含量，而在還原過程中無需其它額外的能量。
冶金焦的顆粒尺寸最好是1-25mm。較大尺寸的焦具有一個非常小的特定地方，以至于它將不會與爐渣有效反應。如果所使用的顆粒尺寸較小，例如前述的1-25mm，焦將會在反應豎井中積極反應，并且大部分將隨氣相漂浮到上升道，那么所需的與爐渣接觸以及還原效果都很差。當細顆粒焦隨氣相漂浮到上升道和/或廢熱鍋爐，它將在不需要的一個階段內產生熱量，由此將減小燃燒器的能力。輸送焦是以如下的方式進行控制的，即相當數量的焦不會在爐子內集聚，最多僅到幾個厘米，但是所有的焦都是在還原反應中消耗的。
同樣在本發明的方法中，將粉碎的锍材料放置在渣相表面上在一定程度上仍然會導致如上所述的問題包含銅或鎳的小顆粒不會穿過渣相沉積，而會停留在爐渣內，由此提高了所排出爐渣的銅或鎳含量。在本發明的方法中，這個問題最好通過如下所述的方法來克服通過從懸浮熔煉爐的下部爐段的頂部向下布置擋板。這些擋板將阻止細顆粒隨氣相飄到熔煉爐靠近排放口的后部。該擋板從爐頂部向下布置，這樣在下部，它們將達到熔渣池或是靠近熔渣池的表面。這些擋板最好由水冷銅元件構造成，這些水冷銅元件被一種耐火材料例如耐火磚或爐料保護。
由于擋板，包含大部分細顆粒銅或鎳的锍會沉積在還原區。這樣，在排放區的爐渣不再包含形成有色金屬顆粒的物質，這些物質會緩慢沉積并增加爐渣的銅含量。從排放口排出的爐渣相比不進行焦還原和沒有擋板的操作下的爐渣具有較低的銅或鎳。
以下將結合所述附圖更詳細地描述本發明的爐子構造。
圖1示出一個懸浮熔煉爐的橫截面；圖2示出焦的供給量對懸浮熔煉爐所獲得最終產品的影響。
在圖1中，懸浮熔煉爐1包括一個反應豎井2、一個下部爐3和上升道4。冶金焦通過一個設在反應豎井2頂部的精礦燃燒器5而與銅精礦、一種熔劑(flux)以及含氧氣體一起進入爐中。在反應豎井內，供入的材料除焦外一起反應，并在下部爐的底面上形成锍層6，在該锍層6上是渣層7。在反應豎井內冶金焦和其它已供入的材料之間發生的反應由于所選擇的顆粒尺寸從而較小，焦作為一層8沉積在渣層頂部上，在該處發生所需的還原反應。
下部爐頂部9裝配有或者一個或者幾個擋板10A和10B，該擋板從上述頂部向下懸置并達到熔渣層7(10B)內或者達到熔渣表面(10A)附近。在圖中能夠看到，這些擋板最好設置在位于排渣口前方的上升道的前方或者后方。反應豎井內反應所產生的氣體通過上升道4進入廢熱鍋爐11。在下部爐內的爐渣和銅锍通過設在爐子后部的排渣口12和13而排出。
實施例在小型閃速熔煉爐(MFSF)中，通過以100-150千克/每小時(kg/h)的定量將精礦供入該爐內，來說明冶金焦的作用。分析精礦大約為25.7％的銅、29.4％的鐵、33.9％的S以及轉爐爐渣和必須的硅石熔劑。裝入的硅石熔劑和轉爐爐渣相當于精礦量的26-33％。所制成的锍的銅含量為63-76％的銅。在包括焦的給料的測試點，焦批是2-6kg/h或者是精礦供給量的1.0％和3.1％之間。使用80％的Cfix焦，含灰量為16.3％，揮發物質含量為3.3％。測試中使用了兩種不同的焦炭粒度以及成分，一種是1-3mm粒度級，一種是3-8mm粒度級。
在測試操作中，一個測試持續在3和5個小時之間，隨后產品從爐內排出。為了進行比較，在一些測試操作中完全不使用還原焦。測試操作的結果顯示在圖2中，其中示出作為銅锍內的銅百分率的函數的從整個供給銅中進入爐渣的銅分布。該圖表顯示出甚至增加小量的焦都會使上述爐內爐渣的銅含量得到相當的提高在以小于3kg/h進給焦時，相比不使用焦的測試操作，大約有77.5％的銅保留在礦渣中。當使用更大量的焦時，爐渣內銅數量相比不使用焦的測試操作僅為54.7％。因此，本發明方法的效果是很明顯的。使用粗粒度級相比僅使用細粒度級能實現一個更好的還原效果，因為當僅使用精細粒度級時，相當于三分之一的焦在MFSF的反應豎井中已經反應，礦渣上也不會實現有效的還原。
權利要求
1.一種通過將冶金焦與精礦、含氧氣體以及熔劑一起供入懸浮熔煉爐以便減小礦渣，從而減小在該熔煉爐中生產有色金屬時所產生爐渣的有色金屬含量的方法，其特征在于，供入上述爐中的焦是冶金焦，其顆粒尺寸在1-25mm范圍內。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，上述焦通過一個精礦燃燒器而進給。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，通過將擋板設置進該熔煉爐內并從其頂部向下布置，可防止包含有色金屬的小顆粒飄浮到熔煉爐的后部并與爐渣一起流走。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，上述擋板(10)在熔渣池(7)內部延伸。
5.如權利要求3所述的方法，其特征在于，上述擋板(10)在渣層(7)的表面附近延伸。
6.如權利要求3所述的方法，其特征在于，上述擋板(10)是由水冷銅元件制成的，該水冷銅元件被一種耐火材料保護。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，上述有色金屬是銅。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，上述有色金屬是鎳。
全文摘要
本發明涉及一種方法,該方法通過將尺寸在1－25mm范圍內的冶金焦送入懸浮熔煉爐,從而減小在該懸浮熔煉爐中生產有色金屬例如銅或鎳的過程中所產生爐渣的有色金屬含量。擋板能從該熔煉爐的頂部向下布置,利用該擋板,可防止包含銅或鎳的小顆粒飄到熔煉爐的后部并與爐渣一起流出。上述擋板使小顆粒沉積在熔煉爐的還原區。
文檔編號C22B15/02GK1350596SQ00807557
公開日2002年5月22日 申請日期2000年5月8日 優先權日1999年5月14日
發明者佩卡·漢尼拉, 伊爾卡·科喬, 里斯托·薩里寧 申請人:奧托庫姆普聯合股份公司