[发明专利]基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的方法和设备

说明书

本发明涉及含铜废物处理技术领域，公开了一种基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的方法和设备。通过改进的富氧顶吹熔融工艺，能够直接将污泥作为原料进行熔炼处理，无需对含铜污泥进行造块处理，不存在堵塞设备的问题。通过熔炼，将含铜污泥中的铜氧化物还原为金属铜，方便沉降于炉缸中进行后续与炉渣分离。在富氧侧吹或富氧顶吹工序中，含铜污泥不会跟随烟气进入到后续的烟气处理系统中。

技术领域

本发明涉及含铜废物处理技术领域，具体涉及一种基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的方法和设备。

背景技术

含铜污泥来源于铜冶炼、铜材表面处理、电镀等行业，含铜污泥存在双重特性即环境危害性和资源属性，环境危害性体现在其含有的重金属以及高酸碱性，在自然界中难以降解，极易扩散，对土壤和水体造成危害；另一方面，金属污泥方面，富含铜等有价金属，其品位往往比天然矿物更高，具有较高经济回收价值。

国内针对含铜污泥，一般只进行无害化处理，如烧结固化填埋、水泥窑协同等；在资源化方面含铜污泥多采用鼓风熔炼的方式，即将含铜污泥与其他原料等制成砖，进入鼓风炉熔炼得到铜水和熔渣，此外富氧侧吹工艺处理含铜污泥技术也有应用案例见诸报道，富氧侧吹炉为矩形炉体，喷枪从侧部插入到炉体内，物料落入到熔池中，进而熔融还原，有关富氧顶吹技术处理含铜污泥也有相关文献报道，富氧熔池熔炼炉为立式圆筒形，喷枪从炉盖中心插入炉内，喷枪头浸没在熔渣层中，富氧空气鼓入熔池使熔池形成强烈搅动，含铜污泥落入熔池中迅速卷入熔体，发生熔化，形成粗铜和炉渣。上述三种火法处理含铜污泥的方法都要求对污泥进行造块处理，否则污泥在鼓风炉中会堵塞料柱，在富氧侧吹或富氧顶吹工艺中则会跟随烟气进入烟气处理系统。因此本发明旨在提供基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的设备和方法来解决上述技术难题。

发明内容

本发明意在提供基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的方法和设备，无需繁杂的预处理工艺，以解决含铜污泥原料中铜资源高效回收的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的方法，包括以下步骤：

步骤一，烘干预处理，烘干含铜污泥，通过干燥将含铜污泥的水分含量降低至30％以下；

步骤二，辐射熔炼，含铜污泥与原辅料在富氧空气作用下进行辐射熔炼，含铜污泥熔炼成含铜污泥熔体；

步骤三，富氧顶吹熔池熔炼，含铜污泥熔体与加入的燃料及造渣剂共同进入顶吹熔池区，喷枪插入到顶吹熔池中，鼓入的富氧空气剧烈搅拌顶吹熔池，含铜污泥中的铜氧化物被加入的碳素等还原剂迅速还原，形成金属铜沉降于炉缸；

步骤四，出渣出铜，熔炼结束后，炉渣通过溜槽进入水渣池中水淬得到水淬渣；粗铜经出铜口经溜槽进入铜水包中铸锭得到铜锭。

本方案的原理及优点是：实际应用时能够直接将污泥作为原料进行熔炼处理，无需对含铜污泥进行造块处理，不存在堵塞设备的问题。通过熔炼，将含铜污泥中的铜氧化物还原为金属铜，方便沉降于炉缸中进行后续与炉渣分离。在富氧侧吹或富氧顶吹工序中，含铜污泥不会跟随烟气进入到后续的烟气处理系统中。

优选的，作为一种改进，所述步骤一中，烘干机为带式干燥机。

优选的，作为一种改进，所述步骤二中，原辅料包括碳质材料和造渣材料，碳质材料和造渣材料破碎为粒度小于20mm的颗粒；碳质材料包括焦炭、碳精、无烟煤；造渣原料包括石英砂、球团矿、氧化钙、氟化钙。

优选的，作为一种改进，所述步骤二中，所述含铜污泥沿着辐射熔炼区炉底斜度向顶吹熔池区运动。

优选的，作为一种改进，辐射熔炼的热源为电阻式发热体，热量通过辐射的方式进入辐射熔融区。

优选的，作为一种改进，所述步骤三中，加入的造渣剂中的CaO、SiO2、CaF2与含铜污泥的FeO及SiO2发生造渣反应，生成硅灰石或铁橄榄石相的熔渣，熔渣与铜液于炉缸内沉降分层。