[发明专利]一种用于铜火法精炼的深度脱氧工艺

说明书

技术领域

本发明属于有色冶金技术领域，具体涉及一种用于铜火法精炼的深度脱氧工艺。

背景技术

电铜生产的火法精炼工序后期和铜材加工的熔化脱杂工序后期，完成氧化脱杂和净渣之后需要将Cu₂O饱和的液态铜（L₁）中的氧和Cu饱和的液态氧化亚铜（L₂）中的氧同时脱除。前者一般在脱氧至1500-2500 ppm时即为合格，后者因要进行金属加工需达到40~50 ppm时才为合格。脱氧过程使用的还原剂有煤基还原剂（ZL 02113269.0，ZL 02113268.2）、LPG、木炭粉、柴油、重油、液氨等，反应过程可以表示为：

    [Cu₂O]_Cu + R =（RO）_s或g+ 2Cu

   （Cu₂O）_s + R =（RO）_s或g + 2Cu

式中下角标Cu、s、g分别表示在铜相、渣相、气相，R表示还原剂。

电铜生产中，随着工业规模扩大和装备水平提高，采用大极板、大电流密度、高度自动化的电解工艺（比如ISA电解）需要的阳极板的氧含量更低以保证工艺顺行和低阳极泥量、低残极率；在铜加工行业，因为从二次资源直接生产再生铜占铜总产量比例越来越大（国内38.5%，2010年；作为对比~24%，2002及2003年），而由废紫杂铜直接精炼成火精铜，然后轧制（或连铸连轧）成无氧铜管铜线工艺对氧含量有着更高的要求（降低氧含量可以提高铜的电导率和连铸连轧性能）。前述工艺因为传统还原剂的成分、来源、物理性质或者具体反应机制等原因难以经济有效地大幅度降低火精铜中的残氧。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种用于铜火法精炼的深度脱氧工艺。

本发明所采取的技术方案为：

在氧化脱杂达到预定指标后，净渣以分离已经富集于渣中的有害成分。由于在工业实践中不可能实现渣与金属的彻底分离，反应器内事实上存在着两种形态的氧：含饱和Cu₂O的液体铜中的氧[O]和饱和Cu的液态氧化亚铜中的氧（O）。

以压缩空气或氮气为载体，向反应器（可以是固定式反射炉、回转炉、倾动炉、Kaldo炉、感应炉等）中喷入还原剂NFA，单耗2 -11kg还原剂NFA/t铜，在正常操作温度下和压缩气体的搅拌作用下，还原10-90Min，还原剂NFA与炉内熔体中的氧发生反应生成气体产物逸出炉子或生成渣相漂浮在Cu液表面排出炉子，即可实现深度脱氧的目的。可以单独使用还原剂NFA，也可与传统还原剂结合使用还原剂NFA。

所述的还原剂NFA按以下方法制备得到：

（1）选取无烟煤或石油焦、沥青焦，采用物理方法（例如蒸馏或选矿）和/或化学方法（例如酸浸或碱浸）脱硫、脱灰、脱挥发分，控制总硫0.3~0.5%，灰分5~25%，挥发分3~15%，得到低硫、低灰、低挥发分的固体含碳、含氢物料；将合格物料破碎筛分成0.1~5 mm的颗粒，备用；

（2）选取的含Al、Si、 Ca、Mg的氧化矿，经强还原后制成Al、Si、Ca或Mg的单质或合金，将其破碎筛分成0.1~5 mm的颗粒，备用；

（3）将步骤（1）和步骤（2）的产物混合，混合比例为：步骤（1）物料：步骤（2）物料 = 5～10:1，即为还原剂NFA。

或者：

将成分符合要求的无烟煤、石油焦、沥青焦中的一种或几种与含Al、Si、 Ca或Mg的氧化矿直接混合，混合比例为前者：后者=3～10：1，加入反应器（比如电炉），在高温1000~1400℃下反应1－2 h直接生成含单质碳（C）、金属及其合金和少量挥发分的产物，破碎、筛分即为还原剂NFA。

本发明将还原剂NFA应用于前述的还原过程，不改变工业上现有使用粒状还原剂的工艺和操作习惯，可使精铜中的氧含量大幅度下降而为后续处理工序提供低氧（或无氧）铜原料，使用该原料可以明显改善电解的技术经济指标或实现铜的轧制（或连铸连轧）。 

本发明所涉及工艺的有益效果在于：①克服铜工业传统还原剂的不足，可将铜中氧含量降至1500 ppm至30 ppm以下；②不改变现有设备，不改变现有操作制度或对现有操作制度稍作改进即可实现工艺目标，利于操作和推广；③既可以独立使用，又可以与传统还原剂配合使用以降低成本。应用范围包括有色冶金领域的铜火精炼后期的还原过程或铜材生产的前期准备中的熔化脱杂过程。