[发明专利]一种铜渣贫化-粒化及余热回收综合处理装置系统及方法

说明书

本发明提供一种铜渣贫化、粒化及余热回收综合处理装置及方法，其特征在于包括铜渣贫化、粒化、煤气化、余热锅炉等步骤。步骤及方法为：铜渣经过贫化炉的还原冶炼粗提取铜铁合金，贫化后熔渣经过粒化器制备为高温球形渣粒，高温渣粒经煤气化反应及余热锅炉梯级回收热量。气化炉产生的还原性合成气作为还原剂进入贫化炉，为铜渣中的铁的氧化物反应；在余热锅炉中，水吸收渣粒热量转变为水蒸气，作为气化炉的气化原料。该发明既实现了铜渣中铁铜金属的粗回收，又能实现渣中余热的高效转化及利用。

技术领域

本发明属于资源与环境领域，具体涉及一种铜渣贫化-粒化及余热回收处理装置系统及方法。

背景技术

铜渣是冶铜工业重要的副产物，其排出温度高达1300℃，含有丰富的余热资源。近年来，随着我国炼铜工业的持续发展，铜渣年产量不断增加，我国每年铜渣产可高达几千万吨，而在铜冶炼过程产出的炉渣其含铜量却在0.5%以上，铁含量在35%以上。反观中国铁矿石资源现状，铁矿石资源严重短缺，远不能满足我国钢铁产业的需求，人均拥有量仅为世界人均铁矿资源量的34.8%，而可供开发利用的铁矿石资源仅为总资源量的53%，且铁矿石资源品质较差，贫矿多，富铁矿较少，贫矿储量占总储量的80%。因此，改造传统铜渣处理工艺，有效回收铜渣中的铁组分，对于缓解我国铁矿石资源长期短缺的状况具有重要意义。

当前对铜渣中铁组分的回收处理方法主要包括氧化法、还原法、湿法以及磁选法。以上处理方法均能在一定程度上回收铜渣中的金属组分，但在回收金属的同时，铜渣的高品位余热未能有效利用，潜热未被利用、能耗大、处理困难，如何回收利用高炉熔渣余热成为新的研究热点，因此开发铜渣高效资源化利用效率及余热回收的新方法意义重大。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种铜渣贫化-粒化及余热回收处理装置系统及方法，可以实现铜渣中铜铁组分以及铜渣余热有效回收的目标，解决了铜渣中金属及余热同步回收困难的技术问题。本发明采用以下技术方案：

一种铜渣贫化-粒化及余热回收处理装置系统及方法，具体包含以下设备：贫化炉包括铜渣入口、熔渣出口、铁合金出口、合成气入口，粒化器包括空气入口、空气出口，气化炉包括水蒸气入口、煤粉入口以及合成气出口，余热锅炉包括冷水入口和水蒸气出口。其中，气化炉产生的合成气经气体输送管道进入贫化炉，余热锅炉产生的水蒸气经输送管道进入气化炉。贫化炉、粒化装置、气化炉、余热锅炉等上述设备依次连接。具体实施过程包含以下步骤：

（1）贫化炉还原冶炼。炼铜炉得到的1100℃～1300℃的熔融态铜渣流入贫化炉中，通入煤气反应一段时间后，将还原的铜渣保温静止20～40min。沉降后铜渣分为两层，下层为密度较大的铁水从贫化炉底部流出，上层为还原炉渣从出渣口流出进入储罐中；

（2）粒化器粒化。还原炉渣流出贫化炉的初始温度为1300℃～1500℃，进入粒化器后进行干法离心破碎，形成1000℃～1150℃的球形高温颗粒，颗粒直径为1～5mm，粒化器不断通入空气与熔渣进行换热，防止粘结；

（3）煤气化回收余热。在该阶段，水蒸气与煤粉发生反应生成合成气，同时吸收大量热，球形熔渣颗粒进入气化炉后为气化反应提供热量。

（4）余热锅炉余热回收。经上述反应过后。熔渣温度降为200～600℃的低温铜渣颗粒，在余热锅炉进一步释放热量，20℃左右的冷水吸收热量变为200℃～300℃的水蒸气，后进入步骤（3）中进行煤气化反应，此时铜渣温度降为150℃以下。

在上述步骤中，主要涉及的反应如下：

（1）铜渣还原冶炼过程

铜渣中的Fe3O4被CO、H2还原成单质铁，见反应①和②；FeO还原成单质铁，见反应③和④；

Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2(g) ①

Fe3O4+4H2=3Fe+4H2O(g) ②

FeO+CO=Fe+CO2(g) ③

FeO+H2=Fe+H2O(g) ④