本发明涉及冶金及铜渣综合利用技术领域，具体涉及一种铜渣热态涡流贫化方法。
技术背景
现代铜冶炼技术向节约能耗、减少污染物生成、控制污染物排放、资源全流程循环利用等绿色化趋势发展。火法炼铜仍然是铜冶炼的主要工艺；火法熔炼过程依据氧枪位置的不同可分为顶吹熔炼、侧吹熔炼和底吹熔炼过程；其中，侧吹熔炼过程具有良好的节能、绿色环保、设备投资较小等优势被逐渐推广使用；但是，在铜精矿富氧吹炼强化冶炼强度的同时，不可避免地带来了冶炼渣中铜残留量的急剧增加，所以现代炼铜工艺都对铜渣进行了贫化回收铜的处理。铜渣贫化可分为两类：缓冷选矿和火法贫化熔炼；火法贫化在理论上能够将渣含铜降低到渣—锍平衡水平，热态炉渣直接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；然而，火法贫化过程中贫化剂加入过程挥发严重，严重污染环境，贫化剂浮于熔渣表面，难以与熔池充分接触，从而制约了贫化剂的高效利用；综合来看，现有的火法贫化工艺，贫化渣中铜残留含量多在0.5％以上，铜回收率低。
对于铜渣的综合利用，国内相关科研人员进行了大量的研究工作，如郭亚光等发明的“铜渣贫化方法，申请号201810639270.5”，铜渣贫化方法包括以下步骤：通过铜渣进口将铜渣通入铜渣贫化处理炉中；利用喂线装置通过喂线孔向铜渣贫化处理炉中喂入碳粉线；在电热或等离子热的作用下，利用碳粉线对铜渣进行还原贫化处理。
王习东等发明的“一种综合利用铜渣的方法，申请号201210068751.8”，包括以下步骤：1)使用氮气搅拌铜渣使冰铜颗粒碰撞长大，并使冰铜颗粒沉降和分离；2)向分离冰铜颗粒后的铜渣中喷入煤粉，生石灰和富氧空气，进行还原提铁；3)向提铁后的余渣中加入添加剂，控制余渣和添加剂的熔融混合物温度为800～1700℃；4)将熔融混合物通过喷吹或者离心的方法，制得无机纤维。
张怀伟发明的“一种铜冶炼炉渣连续贫化的装置及方法，申请号201811300235.7”，包括两部分，第一部分为熔渣缓冲过程，第二部分为熔渣流动贫化过程；将从铜熔炼炉出来的高温熔融铜渣直接导入缓冲装置，经再次升温和加热，使其具有良好的流动性；再引入到槽式贫化装置中；通过调节电场强度，进料温度和熔渣停留时间控制熔渣中铜及其它有用金属的含量。
上述方法虽然可将铜渣进行贫化处理，但仍然存在贫化后铜渣中渣含铜较高，贫化时间较长等问题。
技术实现要素：
为降低贫化渣中铜含量，提高铜的回收率，本发明提出了一种铜渣热态涡流贫化方法。
本发明的方法按以下步骤：
1、热态的铜渣加入到贫化炉中形成熔池；通过贫化炉上安装的电极对熔池进行加热保温，或者通过向贫化炉内喷吹富氧燃料进行加热保温，控制熔池的温度在1250～1350℃；其中喷吹富氧燃料是采用煤粉、焦炭或天然气与氧气混合喷吹；
2、启动贫化炉上的搅拌装置，对熔池进行搅拌，使熔池形成涡流；
3、向贫化炉内加入贫化剂，贫化剂在涡流作用下被快速分散至熔池中，进行涡流贫化反应，使熔池形成上部的铜渣层和下部的冰铜层，并且搅拌桨位于铜渣层内；
4、贫化反应30～120min后，停止搅拌，从排渣口将铜渣层的铜渣排出，再从排铜口将冰铜层的物料排出，分别获得贫化渣和冰铜。
上述的步骤1中，热态的铜渣的铁品位tfe35～45％，含au0.5～1.5g/t，按质量百分比含feo30～43％，cu0.5～5％，zn5～6％，s1～2％，al2o33～4％，cao0.5～1.2％，mgo0.5～1.3％，sio214～22％，as0.04～0.08％。
上述的步骤3中，贫化剂为焦炭、fes或硫铁矿，贫化剂的加入量为铜渣总质量的4～15％。
上述的步骤3中，当贫化剂为fes或硫铁矿时，贫化反应的反应式为：
cu2o fes＝cu2s feo(1)、
3fe3o4 fes 5sio2＝5(2feo·sio2) so2(2)和
3fe3o4 fes＝10feo so2(3)；
当贫化剂为焦炭时，贫化反应的反应式为：
c co2＝2co(4)、
c h2o＝co h2(5)、
fe3o4 c＝3feo co(6)、
fe3o4 1/2c＝3feo 1/2co2(7)、
fe3o4 co＝3feo co2(8)和
fe3o4 h2＝3feo h2o(9)。
上述的步骤3中，搅拌速度为5～100rpm。
上述的步骤4中，贫化渣按质量百分比含cu≤0.25％。
上述的步骤4中，冰铜中铜的回收率≥99.5％。
与现有的铜渣贫化技术相比，本发明的特点和有益效果是：
1、涡流搅拌强化了贫化炉内温度场的均匀性，避免了单纯加热引起的熔体温度梯度大，铜渣贫化不彻底的问题；
2、采用机械搅拌或者气体喷吹方式，提升铜渣、贫化剂与高温熔体间的混合效果，同时利用形成的涡流快速卷吸贫化剂，减少了贫化剂在高温状况的挥发损失，缩短了贫化反应时间；
3、熔融铜渣直接涡流搅拌贫化实现了贫化剂高效利用和绿色贫化，同时极大提升了贫化效果，贫化渣中铜含量降至0.25％以下。
附图说明
图1为本发明实施例1中的铜渣热态涡流贫化方法所用贫化炉的结构示意图；
图2为本发明实施例2中的铜渣热态涡流贫化方法所用贫化炉的结构示意图；
图中，1、炉体，2、电极，3、铜渣入口，4、贫化剂加料口，5、搅拌装置，6、排气口，7、排渣口，8、冰铜出口，9、保温罩，10、燃料喷吹口。
具体实施方式
本发明实施例中熔融铜渣的铁品位tfe42.47％，含au1.2g/t，按质量百分比含feo43.14％，cu4.51％，zn5.67％，s1.55％，al2o33.02％，cao0.96％，mgo1.09％，sio220.82％，as0.075％。
本发明实施例中的贫化炉结构如图1或图2所示，贫化炉的炉体1顶部设有保温罩9，搅拌装置5的搅拌轴从顶部插入炉体1；炉体1顶部设有贫化剂加料口4和排气口6；炉体1的侧壁上设有铜渣入口3、排渣口7和冰铜出口8；炉体上设置有辅助加热装置，辅助加热装置为插入炉体1内部的若干个电极2，或者为从侧壁插入炉体1的燃料喷吹口10；炉体1内部空间的底部设为冰铜层，冰铜层上部为铜渣层；铜渣入口3位于铜渣层的侧壁上，排渣口7位于铜渣层的侧壁上，冰铜出口8位于冰铜层的侧壁上，搅拌装置5的搅拌桨位于铜渣层所在区域。
上述的贫化炉中，搅拌装置3位于炉体1的中部，铜渣入口3和排渣口7分别位于搅拌装置3的两侧。
上述的贫化炉中，当辅助加热装置为电极2时，电极2的底端位于铜渣层内；当辅助加热装置为燃料喷吹口10时，燃料喷吹口10位于铜渣层内部下方。
本发明实施例中的焦炭的固定碳质量百分比≥80％。
本发明实施例中的硫铁矿中fes的质量百分比≥85％。
实施例1
采用的贫化炉结构如图1所示；
热态的铜渣加入到贫化炉中形成熔池；通过贫化炉上安装的电极对熔池进行加热保温，控制熔池的温度在1280℃；
启动贫化炉上的搅拌装置，对熔池进行搅拌，使熔池形成涡流；搅拌速度为30rpm；
向贫化炉内加入贫化剂，贫化剂在涡流作用下被快速分散至熔池中，进行涡流贫化反应，使熔池形成上部的铜渣层和下部的冰铜层，并且搅拌桨位于铜渣层内；贫化剂为焦炭，贫化剂的加入量为铜渣总质量的4％；
贫化反应90min后，停止搅拌，从排渣口将铜渣层的铜渣排出，再从排铜口将冰铜层的物料排出，分别获得贫化渣和冰铜；贫化渣按质量百分比含cu0.23％，冰铜中铜的回收率99.9％。
实施例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)控制熔池的温度在1350℃；
(2)搅拌速度为20rpm；
(3)贫化剂为fes，贫化剂的加入量为铜渣总质量的8％；
(4)贫化反应30min；贫化渣按质量百分比含cu0.22％，冰铜中铜的回收率99.6％。
实施例3
方法同实施例1，不同点在于：
(1)采用的贫化炉结构如图2所示；从燃料喷出口向贫化炉内喷吹富氧燃料进行加热保温，控制熔池的温度在1250℃；喷吹富氧燃料是采用天然气与氧气混合进行喷吹；
(2)搅拌速度为70rpm；
(3)贫化剂为硫铁矿，贫化剂的加入量为铜渣总质量的15％；
(4)贫化反应120min；贫化渣按质量百分比含cu0.21％，冰铜中铜的回收率99.7％。
实施例4
方法同实施例3，不同点在于：
(1)控制熔池的温度在1300℃；喷吹富氧燃料是采用煤粉与氧气混合进行喷吹；
(2)贫化剂为fes，贫化剂的加入量为铜渣总质量的11％；
(3)贫化反应80min；贫化渣按质量百分比含cu0.22％，冰铜中铜的回收率99.5％。
1.一种铜渣热态涡流贫化方法，其特征在于按以下步骤：
(1)热态的铜渣加入到贫化炉中形成熔池；通过贫化炉上安装的电极对熔池进行加热保温，或者通过向贫化炉内喷吹富氧燃料进行加热保温，控制熔池的温度在1250～1350℃；其中喷吹富氧燃料是采用煤粉、焦炭或天然气与氧气混合喷吹；
(2)启动贫化炉上的搅拌装置，对熔池进行搅拌，使熔池形成涡流；
(3)向贫化炉内加入贫化剂，贫化剂在涡流作用下被快速分散至熔池中，进行涡流贫化反应，使熔池形成上部的铜渣层和下部的冰铜层，并且搅拌桨位于铜渣层内；
(4)贫化反应30～120min后，停止搅拌，从排渣口将铜渣层的铜渣排出，再从排铜口将冰铜层的物料排出，分别获得贫化渣和冰铜。
2.根据权利要求1所述的铜渣热态涡流贫化方法，其特征在于步骤(1)中，热态的铜渣的铁品位tfe35～45％，含au0.5～1.5g/t，按质量百分比含feo30～43％，cu0.5～5％，zn5～6％，s1～2％，al2o33～4％，cao0.5～1.2％，mgo0.5～1.3％，sio214～22％，as0.04～0.08％。
3.根据权利要求1所述的铜渣热态涡流贫化方法，其特征在于步骤(3)中，贫化剂为焦炭、fes或硫铁矿，贫化剂的加入量为铜渣总质量的4～15％。
4.根据权利要求1所述的铜渣热态涡流贫化方法，其特征在于步骤(3)中，搅拌速度为5～100rpm。
5.根据权利要求1所述的铜渣热态涡流贫化方法，其特征在于所述的贫化渣按质量百分比含cu≤0.25％。
6.根据权利要求1所述的铜渣热态涡流贫化方法，其特征在于所述的冰铜中铜的回收率≥99.5％。
技术总结