本发明涉及铜渣综合利用领域，具体涉及一种熔融铜渣贫化-侧顶复合吹炼还原一体化方法，尤其是热态铜渣的资源化高值化与余热协同利用方法。
背景技术：
富氧吹炼产生的冶炼渣中铜含量较高，需要进行铜渣的贫化回收铜的处理。目前贫化回收铜主要是通过缓冷选矿法和火法贫化熔炼法。选矿法可以实现铜的良好捕集，回收绝大部分夹杂锍，但无法实现尾矿的利用。火法贫化通过对热态炉渣进行电热贫化，将含铜炉渣放入贫化炉进行沉降和渣锍分离还原，渣含铜一般在0.4％～0.5％以下。但火法贫化过程中硫化剂加入过程挥发严重，严重污染环境，硫化剂浮于熔渣表面，难以与熔渣熔池充分接触，硫化剂利用率低的现象。现有的火法贫化工艺，贫化渣中铜残留含量多在0.5％左右，铜回收率低。
国内相关科研人员进行了大量的关于铜渣综合利用的研究工作，如专利cn201910987438.6公开了一种利用铜渣生产氧化锌与硅铁合金的方法，可以实现含硅铁粉与铜渣的分离，专利cn201811038730.5公开了一种利用铜渣制备金属铁的方法，包括以下步骤：将铜渣进行碱法，硫化分离，得到锍相和渣相，铜和feo富集于所述锍相中，as富集于所述渣相中；再将锍相进行熔融还原分离，实现铁与锍相的分离，得到金属铁水，铜保留在锍相中。现有的这些方法虽然能实现铜渣中铁等组元的回收与利用，但缺乏对于尾渣的处理过程无法实现无渣化和清洁化处理。同时铜渣在出炉时可能处于高温状态，其显热在这些方法中无法利用，存在能源利用率低的问题。
技术实现要素：
本发明提供了一种熔融铜渣贫化-侧顶复合吹炼还原一体化方法的新思路，可实现铜渣中铜、铁有价组元高效回收，高值化无渣化100％利用，同时实现了对铜渣余热协同利用。
实现本发明的方法包括以下步骤：
所述熔融铜渣贫化-侧顶复合吹炼还原一体化方法包括以下步骤：
(1)熔融铜渣由熔融铜渣加料口加入到贫化区，并通过贫化区侧部的燃料喷枪侧吹富氧燃料(例如粉煤、煤气或天然气与氧气形成的混合物)，将熔融铜渣升温形成贫化区熔池并维持贫化区熔池温度；通过侧吹的富氧燃料的燃烧可以对贫化区熔池进行提温维持系统热平衡，贫化温度控制在1250～1350℃。
(2)贫化剂由贫化剂加料口加入贫化区熔池进行涡流贫化，贫化生成冰铜和贫化渣，冰铜由铜锍出口排出回收。贫化区的涡流可以由燃料喷枪的侧吹产生，优选的，可以在贫化区设置机械搅拌桨进一步强化涡流，贫化区机械搅拌桨在贫化反应进行时设置于贫化区熔池的铜渣层与贫化渣层界面处，转速5rpm-100rpm。
以fes贫化剂为例，熔融铜渣贫化过程发生的主要反应为：
cu2o fes＝cu2s feo
3fe3o4 fes 5sio2＝5(2feo·sio2) so2
(3)贫化渣溢流到还原区，将富氧燃料通过还原区顶部的顶吹喷枪喷到还原熔池，将富氧空气通过还原区侧部的侧吹喷枪喷入，充分燃烧还原产生的co对熔池进行补热升温，维持系统热平衡，还原温度为1450～1550℃。将还原剂、造渣剂加入到还原区熔池内进行涡流还原，还原剂、造渣剂可以从固体加料口加入，或者以侧吹喷入的气体为载气携带还原剂、造渣剂侧吹喷入还原区熔池内。还原剂加入量按照贫化渣氧化亚铁中氧摩尔含量的1.0-1.5倍加入，造渣剂按照熔渣二元碱度1.0-1.4加入。以焦煤还原剂为例，还原过程的主要反应为：
c co2＝2co
fe3o4 4co＝3fe 4co2
feo co＝fe co2
cu2o co＝2cu co2
与贫化区类似，涡流还原的涡流是由气体喷吹搅拌产生的，优选的，也可以在还原区设置机械搅拌桨进一步强化涡流，还原区机械搅拌桨在还原反应进行时设置于还原区熔池的渣金界面处，转速5rpm-100rpm。
(4)还原得到的含铜铁水由铁水出口排出，可用于冶炼含铜钢或含铜铸铁；还原渣由出渣口排出，可以直接进行高温调质进行资源化利用。
优选的，在涡流贫化和涡流还原过程中铅锌通过烟尘回收。
优选的，所述富氧燃料为粉煤、煤气或天然气与氧气形成的混合物，优选氧含量(质量)大于30％；富氧空气是含氧量高于21％的空气。。
优选的，所述贫化剂可以为fes、fes2、硫铁矿、铜精矿、炭质贫化剂中的一种或几种，所述还原剂可以为焦炭、木炭、烟煤、焦煤等炭质还原剂中的一种或几种，所述造渣剂可以为cao、caf2、石灰、石灰石、萤石中的一种或几种。
本发明的方法与传统铜渣综合利用工艺相比，存在如下技术优势和创新：
(1)采用喷吹富氧燃料对熔融铜渣进行升温贫化熔炼处理，实现了高效低能耗对铜渣的升温熔炼处理，并有效利用了铜渣余热。
(2)本发明实现了贫化还原一体化进行，设备投资低。
(3)设备采用富氧顶吹补热，充分燃烧co气体，降低还原能耗。
(4)本发明采用侧顶复合吹炼、涡流贫化等手段，实现了贫化剂、还原剂和造渣剂的高效加入和高效弥散分布，提高了涡流贫化和还原反应效率。
(5)本发明贫化渣还原后得到的还原渣可以直接进行高温调质控冷，可直接获得水泥熟料等产品，实现了铜渣的无渣化资源化利用。
附图说明：
图1是本发明具体实施方式采用的铜渣贫化-侧顶复合吹炼还原一体炉示意图。
附图标记：1-熔融铜渣加料口；2-贫化剂加料口；3-燃料喷枪；4-贫化区机械搅拌桨；5-贫化区烟气出口；6-上部挡墙；7-固体加料口；8-顶吹喷枪；9-还原区机械搅拌桨；10-还原区烟气出口；11-出渣口；12-铁水出口；13-侧吹喷枪；14-下部挡墙；15-铜锍出口。
具体实施方式
本发明实施例所采用的铜渣的主要成分为：
本发明实施例所采用的粉煤的主要成分为：固定碳69.17％，灰分11.13％，挥发分19.42％。粉煤与氧气混合形成富氧燃料。
本发明实施例所采用的贫化剂fes2的主要成分为：fes297％，其余成分主要为sio2。
本发明实施例所采用的还原剂焦炭的主要成分为：固定碳80.17％，其余成分为灰分和挥发分。
本发明实施例所采用的造渣剂：石灰石，其中caco3含量大于90％。
本发明所述的生产内容不局限于采用该类原料，如燃料还可以采用天然气等代替。此实施例中贫化剂采用fes2，同样可以采用fes、硫铁矿、铜精矿或者炭质贫化剂。
本发明实施例采用的装置如图1所示，炉体为卧式炉体，包括炉体贫化区和炉体还原区。炉体贫化区和炉体还原区之间设置挡墙，挡墙顶部(即上部挡墙6)与炉体顶部相连接，挡墙底部(即下部挡墙14)与炉体底部相连接，挡墙中间设置通道，炉体贫化区内的贫化渣能够通过溢流穿越通道，进入炉体还原区。
铜渣贫化-侧顶复合吹炼还原一体炉的贫化系统包括炉体贫化区、熔融铜渣加料口1、燃料喷枪3、贫化剂加料口2、贫化区烟气出口5、贫化区机械搅拌桨4、铜锍出口15。熔融铜渣加料口1设置于炉体贫化区一端的端部上方，贫化剂加料口2、贫化区烟气出口5设置于炉体贫化区顶部，贫化区机械搅拌桨4设置于炉体贫化区内部，铜锍出口15设置于炉体贫化区下部。
铜渣贫化-侧顶复合吹炼还原一体炉的还原系统包括炉体还原区、炉体还原区顶部的固体加料口7和还原区烟气出口10、富氧喷吹系统、炉体还原区一端端部的出渣口11和铁水出口12、炉体还原区内的还原区机械搅拌桨9，所述富氧喷吹系统包括设置在炉体还原区顶部的顶吹喷枪8和设置在炉体还原区侧部的侧吹喷枪13。
实施例1：
(1)熔融铜渣由熔融铜渣加料口1加入到贫化区，并通过贫化区侧部的燃料喷枪3侧吹含氧量大于30％的粉煤和氧气组成的富氧燃料，将熔融铜渣升温至1300℃形成贫化区熔池并维持贫化区熔池温度；
(2)贫化剂由贫化剂加料口2加入贫化区熔池进行涡流贫化，贫化区机械搅拌桨4转速为100rpm，贫化时间30min；贫化生成冰铜和含铜0.48％贫化渣，冰铜由铜锍出口15排出回收；
(3)贫化渣溢流到还原区，将富氧燃料通过还原区顶部的顶吹喷枪8喷到还原熔池中，充分燃烧粉煤和氧气混合的富氧燃料和还原产生的co对熔池进行补热升温，升温并维持还原熔池的温度在1500℃；在还原区机械搅拌桨9的涡流搅拌作用下造渣剂由固体加料口7加入还原熔池中，然后通过侧吹喷枪13将还原剂和含氧量为50％的富氧空气喷入熔池内，在气体喷吹和机械涡流搅拌作用下进行涡流还原，还原区机械搅拌桨9的转速100rpm，还原时间60min；还原剂加入量按照贫化渣氧化亚铁中氧摩尔含量的1.3倍加入，造渣剂按照熔渣碱度1.2加入；
(4)还原得到的含铜1.05％的铁水由铁水出口12排出；还原渣由出渣口11排出。
实施例2：
(1)熔融铜渣由熔融铜渣加料口1加入到贫化区，并通过贫化区侧部的燃料喷枪3侧吹含氧量大于50％的粉煤和氧气组成的富氧燃料，将熔融铜渣升温至1350℃形成贫化区熔池并维持贫化区熔池温度；
(2)贫化剂由贫化剂加料口2加入贫化区熔池进行涡流贫化，贫化区机械搅拌桨4转速为80rpm，贫化时间30min。贫化生成冰铜和含铜0.39％贫化渣，冰铜由铜锍出口15排出回收；
(3)贫化渣溢流到还原区，将富氧燃料通过顶吹喷枪8喷到还原熔池中，含氧量为50％的富氧空气通过侧吹喷枪13喷入，充分燃烧富氧燃料和还原产生的co对熔池进行补热升温，升温并维持还原熔池的温度在1550℃；在还原区机械搅拌桨9的涡流搅拌作用下造渣剂和还原剂由固体加料口7加入还原熔池中，在气体喷吹和机械涡流搅拌作用下进行涡流还原，还原区机械搅拌桨9的转速80rpm，还原时间50min；还原剂加入量按照贫化渣氧化亚铁中氧摩尔含量的1.4倍加入，造渣剂按照熔渣碱度1.3加入；
(4)还原得到的含铜0.87％的铁水由铁水出口12排出；还原渣由出渣口11排出。
实施例3
(1)熔融铜渣由熔融铜渣加料口1加入到贫化区，并通过贫化区侧部的燃料喷枪3侧吹含氧量60％的煤气和氧气组成的富氧燃料，将熔融铜渣升温至1250℃形成贫化区熔池并维持贫化区熔池温度；
(2)贫化剂由贫化剂加料口2加入贫化区熔池进行涡流贫化，贫化区机械搅拌桨4转速为20rpm，贫化时间40min。贫化生成冰铜和含铜0.42％贫化渣，冰铜由铜锍出口15排出回收；
(3)贫化渣溢流到还原区，将富氧燃料通过顶吹喷枪8喷到还原熔池中，含氧量为50％的富氧空气通过侧吹喷枪13喷入，充分燃烧富氧燃料和还原产生的co对熔池进行补热升温，升温并维持还原熔池的温度在1450℃；通过侧吹喷枪13将还原剂、造渣剂和含氧量为50％的富氧空气喷入熔池内，在气体喷吹和机械涡流搅拌作用下进行涡流还原，还原区机械搅拌桨9的转速10rpm，还原时间40min；还原剂加入量按照贫化渣氧化亚铁中氧摩尔含量的1.0倍加入，造渣剂按照熔渣碱度1.4加入；
(4)还原得到的含铜0.80％的铁水由铁水出口12排出；还原渣由出渣口11排出。
实施例4
(1)熔融铜渣由熔融铜渣加料口1加入到贫化区，并通过贫化区侧部的燃料喷枪3侧吹含氧量40％的天然气和氧气组成的富氧燃料，将熔融铜渣升温至1300℃形成贫化区熔池并维持贫化区熔池温度；
(2)贫化剂由贫化剂加料口2加入贫化区熔池进行涡流贫化，贫化区机械搅拌桨4转速为60rpm，贫化时间50min。贫化生成冰铜和含铜0.44％贫化渣，冰铜由铜锍出口15排出回收；
(3)贫化渣溢流到还原区，将富氧燃料通过顶吹喷枪8喷到还原熔池中，含氧量为50％的富氧空气通过侧吹喷枪13喷入，充分燃烧富氧燃料和还原产生的co对熔池进行补热升温，升温并维持还原熔池的温度在1480℃；还原区在机械搅拌桨9的涡流搅拌作用下还原剂由固体加料口7加入还原熔池中，然后通过侧吹喷枪13将造渣剂和含氧量为50％的富氧空气喷入熔池内，在气体喷吹和机械涡流搅拌作用下进行涡流还原，还原区机械搅拌桨9的转速50rpm，还原时间60min；还原剂加入量按照贫化渣氧化亚铁中氧摩尔含量的1.5倍加入，造渣剂按照熔渣碱度1.0加入；
(4)还原得到的含铜0.95％的铁水由铁水出口12排出；还原渣由出渣口11排出。
1.一种熔融铜渣贫化-侧顶复合吹炼还原一体化方法，其特征在于：
采用吹炼还原一体炉进行，所述吹炼还原一体炉包括贫化系统和还原系统，贫化系统和还原系统相互串联；所述吹炼还原一体炉的炉体为卧式炉体，炉体包括贫化区和还原区；所述贫化系统包括贫化区、熔融铜渣加料口、燃料喷吹系统、贫化剂加料口、贫化区烟气出口、铜锍出口，所述燃料喷吹系统为设置于贫化区侧部的燃料喷枪；所述还原系统包括还原区、固体加料口、还原区烟气出口、富氧喷吹系统、出渣口、铁水出口，所述富氧喷吹系统包括设置在还原区顶部的顶吹喷枪和设置在还原区侧部的侧吹喷枪；贫化区和还原区之间设置挡墙，挡墙顶部与炉体顶部相连接，底部与炉体底部相连接，挡墙中间设置通道，贫化区内的贫化渣能够通过溢流穿越通道，进入还原区；
所述熔融铜渣贫化-侧顶复合吹炼还原一体化方法包括以下步骤：
(1)熔融铜渣由熔融铜渣加料口加入到贫化区，并通过贫化区侧部的燃料喷枪侧吹富氧燃料将熔融铜渣升温形成贫化区熔池并维持贫化区熔池温度；
(2)贫化剂由贫化剂加料口加入贫化区熔池进行涡流贫化，贫化生成冰铜和贫化渣，冰铜由铜锍出口排出回收；
(3)贫化渣溢流到还原区，将富氧燃料通过还原区顶部的顶吹喷枪喷吹到还原熔池，将富氧空气通过还原区侧部的侧吹喷枪喷入，充分燃烧还原产生的co对熔池进行补热升温；将还原剂、造渣剂加入到还原区熔池内进行涡流还原；
(4)还原得到的含铜铁水由铁水出口排出；还原渣由出渣口排出。
2.根据权利要求1所述的熔融铜渣贫化-侧顶复合吹炼还原一体化方法，其特征在于，贫化区和还原区分别设置机械搅拌桨，贫化区机械搅拌桨在进行贫化反应时设置于贫化区熔池的铜渣层与贫化渣层界面处，还原区机械搅拌桨在进行还原反应时设置于还原区熔池的渣金界面处，贫化区和还原区机械搅拌桨的旋转速度为5rpm～100rpm。
3.根据权利要求1所述的熔融铜渣贫化-侧顶复合吹炼还原一体化方法，其特征在于贫化区采用侧吹富氧燃料对贫化区熔池进行升温和维持系统热平衡，贫化温度为1250～1350℃。
4.根据权利要求1所述的熔融铜渣贫化-侧顶复合吹炼还原一体化方法，其特征在于还原区采用顶吹方式将富氧燃料喷吹至还原区熔池进行升温和维持系统热平衡，还原温度为1450～1550℃。
5.根据权利要求1所述的熔融铜渣贫化-侧顶复合吹炼还原一体化方法，其特征在于步骤(3)中将还原剂、造渣剂加入到还原区熔池的方法为：还原剂、造渣剂由固体加料口加入，或者通过还原区侧部的侧吹喷枪侧吹喷入还原区熔池内。
6.根据权利要求1所述的熔融铜渣贫化-侧顶复合吹炼还原一体化方法，其特征在于还原得到的含铜铁水由铁水出口排出后，用于冶炼含铜钢或含铜铸铁；还原渣由出渣口排出后直接进行高温调质进行资源化利用。
7.根据权利要求1所述的熔融铜渣贫化-侧顶复合吹炼还原一体化方法，其特征在于在涡流贫化和涡流还原过程中铅锌通过烟尘回收。
8.根据权利要求1所述的熔融铜渣贫化-侧顶复合吹炼还原一体化方法，其特征在于，所述富氧燃料为氧含量大于30％的粉煤、煤气或天然气与氧气形成的混合物。
9.根据权利要求1所述的熔融铜渣贫化-侧顶复合吹炼还原一体化方法，其特征在于，所述贫化剂为fes、fes2、硫铁矿、铜精矿、炭质贫化剂中的一种或几种，所述还原剂为焦炭、木炭、烟煤、焦煤中的一种或几种，所述造渣剂为cao、caf2、石灰、石灰石、萤石中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的熔融铜渣贫化-侧顶复合吹炼还原一体化方法，其特征在于，所述还原剂加入量按照贫化渣氧化亚铁中氧的摩尔含量的1.0-1.5倍加入，所述造渣剂按照熔渣二元碱度1.0-1.4加入。
技术总结