一步炼铜中配矿方案的判别方法

1.本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一步炼铜中配矿方案的判别方法。


背景技术：

2.火法炼铜用于处理各类铜精矿及废杂铜等，在传统铜冶炼过程中仍以熔炼-吹炼为主，一步法冶炼粗铜应用较少。随着环境保护和节能减排的要求日趋严格，采用一步炼铜，避免了硫化物氧化释放的热量损失和so2的低空污染，同时还具有强化冶炼过程、提高生产率、降低燃料消耗及生产成本、简化冶炼工序等特点，该工艺将成为火法炼铜行业的研究重点。
3.一步炼铜工艺多选用辉铜矿作为原料，但是辉铜矿中sio2含量高而fe含量低，若直接用于一步冶炼会造成熔渣粘度大，渣金分离困难，渣含铜高等问题。实际冶炼一般采取向辉铜矿中加入黄铜矿或黄铁矿，调整合适的铁硅比，并适当加入助熔剂，降低渣粘度达到一步冶炼目的。但是，即便调整合适的铁硅比，最终得到的渣粘度依然会存在比较高的情况，影响最终炼铜效率。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一步炼铜中配矿方案的判别方法。本发明提供的判别方法能够对一步炼铜原料的配矿方案进行初步判断，进而能够快速筛选出较优配矿方案，减少一步炼铜的试错成本，提高一步炼铜效率。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一步炼铜中配矿方案的判别方法，包括以下步骤：对一步炼铜原料进行物相分析，得到一步炼铜原料的物相组成；所述一步炼铜原料包括辉铜矿和黄矿，所述黄矿包括黄铜矿和黄铁矿中的一种或两种；根据设定的铁元素和二氧化硅的质量比(fe/sio2)对一步炼铜原料进行配矿，得到配矿方案；基于所述配矿方案的反应方程式和吉布斯自由能最小原理，对所述配矿方案进行平衡计算，得到配矿方案的反应产物参数和渣参数；所述反应产物参数包括铜直收率；所述渣参数包括产渣率；当铜直收率≥95％，且产渣率≤47％，则认为具有设定fe/sio2的配矿方案为可取配矿方案。
7.优选地，所述一步炼铜原料的物相组成包括cu2s、cu2o、fes2、feo、sio2、cao、mgo、al2o3、fe3o4和cu。
8.本发明提供了一步炼铜中配矿方案的判别方法，包括以下步骤：对一步炼铜原料进行物相分析，得到一步炼铜原料的物相组成；所述一步炼铜原料包括辉铜矿和黄矿，所述黄矿包括黄铜矿和黄铁矿中的一种或两种；根据设定fe/sio2对一步炼铜原料进行配矿，得到配矿方案；基于所述配矿方案的反应方程式和吉布斯自由能最小原理，对所述配矿方案进行平衡计算，得到配矿方案的反应产物参数和渣参数；所述反应产物参数包括铜直收率；所述渣参数包括产渣率；当铜直收率≥95％，且产渣率≤47％，则认为具有设定fe/sio2的配矿方案为可取配矿方案。本发明的判别方法能够对一步炼铜原料的配矿方案进行初步判
断，进而能够筛选出较优配矿方案，减少一步炼铜的试错成本，提高一步炼铜效率。
具体实施方式
9.本发明提供了一步炼铜中配矿方案的判别方法，包括以下步骤：
10.对一步炼铜原料进行物相分析，得到一步炼铜原料的物相组成；所述一步炼铜原料包括辉铜矿和黄矿，所述黄矿包括黄铜矿和黄铁矿中的一种或两种；
11.根据设定fe/sio2对一步炼铜原料进行配矿，得到配矿方案；
12.基于所述配矿方案的反应方程式和吉布斯自由能最小原理，对所述配矿方案进行平衡计算，得到配矿方案的反应产物参数和渣参数；
13.所述反应产物参数包括铜直收率；
14.所述渣参数包括产渣率；
15.当铜直收率≥95％，且产渣率≤47％，则认为具有设定fe/sio2的配矿方案为可取配矿方案。
16.在本发明中，如无特殊说明，本发明所用原料均优选为市售产品。
17.本发明对一步炼铜原料进行物相分析，得到一步炼铜原料的物相组成；所述一步炼铜原料包括辉铜矿和黄矿，所述黄矿包括黄铜矿和黄铁矿中的一种或两种。
18.在本发明中，对一步炼铜原料进行物相分析前，优选将所述一步炼铜原料进行研磨；所述研磨优选在研磨机上进行；本发明对所述研磨的参数不做具体限定，只要能够使研磨后的一步炼铜原料的颗粒粒度在200目以上即可。
19.本发明对所述物相分析的操作不做具体限定，只要能够得到所述一步炼铜原料的物相组成即可。在本发明中，所述一步炼铜原料的物相组成优选包括cu2s、cu2o、fes2、feo、sio2、cao、mgo、al2o3、fe3o4和cu。
20.得到一步炼铜原料的物相组成后，本发明根据设定fe/sio2对一步炼铜原料进行配矿，得到配矿方案。
21.在本发明中，所述fe/sio2简称铁硅比。本发明对所述fe/sio2的数值不做具体限定，本领域技术人员根据实际要判别的fe/sio2数值进行设置即可。
22.得到配矿方案后，本发明基于所述配矿方案的反应方程式和吉布斯自由能最小原理，对所述配矿方案进行平衡计算，得到配矿方案的反应产物参数和渣参数。
23.在本发明中，当配矿方案确定后，那么对于具有固定物相的一步炼铜原料的配比也就确定，其中含有的物相组成也就确定，那么熔炼过程中，一步炼铜原料发生的反应方程式也就确定，基于吉布斯自由能最小原理，进行平衡计算，就能得到配矿方案的反应产物参数和渣参数。
24.在本发明中，所述反应方程式优选包括：
[0025][0026][0027]
s2+2o2＝2so
2 δg＝-722600.7+145.337t
ꢀꢀꢀ
(3)；
[0028][0029][0030][0031][0032]
fes+3fe3o4+5sio2＝5(2feo
·
sio2)+so
2 δg＝191336.2-139.252t
ꢀꢀꢀ
(8)；
[0033][0034]
fes+cu2o＝feo+cu2s δg＝-169053.3+31.272t
ꢀꢀꢀ
(10)；
[0035]
cu2s+2cu2o＝6cu+so
2 δg＝43467.6-65.371t
ꢀꢀꢀ
(11)。
[0036]
在本发明中，所述反应产物参数包括铜直收率。在本发明中，所述反应产物参数优选还包括反应产物的组成。
[0037]
在本发明中，所述渣参数包括产渣率。在本发明中，所述渣参数优选还包括渣组成和渣理论粘度。在本发明中，所述渣理论粘度优选通过获得的渣组成，进行渣调配，利用粘度分析仪器测定所得调配渣的粘度，即为渣的理论粘度。
[0038]
得到配矿方案的反应产物参数和渣参数后，本发明基于：当铜直收率≥95％，且产渣率≤47％，则认为具有设定fe/sio2的配矿方案为可取配矿方案。
[0039]
下面结合实施例对本发明提供的一步炼铜中配矿方案的判别方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0040]
实施例1
[0041]
一步炼铜中配矿方案的判别方法，包括以下步骤：
[0042]
将辉铜矿和黄铜矿用研磨机研磨，使辉铜矿和黄铜矿的颗粒粒度为200目。
[0043]
将研磨后的辉铜矿和黄铜矿进行物相分析，得到辉铜矿和黄铜矿的物相组成如表1所示。
[0044]
表1辉铜矿和黄铜矿的物相组成
[0045][0046][0047]
按照fe/sio2＝0.4、0.6和0.9对辉铜矿和黄铜矿进行配矿，得到fe/sio2＝0.4、0.6和0.9的配矿方案。
[0048]
当fe/sio2＝0.4、0.6和0.9时，辉铜矿和黄铜矿在熔炼过程中涉及的反应方程式包括：
[0049][0050][0051]
s2+2o2＝2so
2 δg＝-722600.7+145.337t
ꢀꢀꢀ
(3)；
[0052][0053][0054][0055][0056]
fes+3fe3o4+5sio2＝5(2feo
·
sio2)+so
2 δg＝191336.2-139.252t
ꢀꢀꢀ
(8)；
[0057][0058]
fes+cu2o＝feo+cu2s δg＝-169053.3+31.272t
ꢀꢀꢀ
(10)；
[0059]
cu2s+2cu2o＝6cu+so
2 δg＝43467.6-65.371t
ꢀꢀꢀ
(11)。
[0060]
基于根据吉布斯自由能最小原理进行平衡计算，得到各配矿方案的反应产物参数和渣参数，结果如表2～3所示。
[0061]
表2各配矿方案所得反应产物参数和渣参数
[0062][0063]
表3各配矿方案所得渣组成
[0064][0065]
通过表2～3可以看出，当铁硅比0.4、0.6和0.9时，铜直收率都≥95％，产渣率≤47％，说明铁硅比为0.4、0.6和0.9均可以作为表1所示物相组成的辉铜矿和黄铜矿的配矿
方案。
[0066]
为了验证上述判别方法的准确性，将上述三个配矿方案进行实际冶炼；
[0067]
实际冶炼的参数包括：
[0068]
将辉铜矿和黄铜矿和助熔剂氧化钙混合，在底吹炉中、富氧底吹的条件下于1300℃熔炼30min，得到实际反应物和实际熔渣。
[0069]
助熔剂氧化钙的加入量为多余二氧化硅质量的1.1倍(多余二氧化硅指的是按照铁硅比配矿完之后，剩余的二氧化硅的量)；富氧底吹所用氧气的体积为理论需氧量(理论氧量为将配矿方案中含硫化合物充分氧化所需的氧量)的1.2倍，并控制氧浓度分别为50％、70％、85％、99％和21％。
[0070]
得到的各配矿方案中实际反应物和实际熔渣的参数如表4所示。
[0071]
表4
[0072][0073]
可见，进行验证时所得结果与预测判别结果一致，说明，本发明提供的判别方法结果可行。
[0074]
实施例2
[0075]
一步炼铜中配矿方案的判别方法，包括以下步骤：
[0076]
将辉铜矿和黄铁矿用研磨机研磨，使辉铜矿和黄铁矿的颗粒粒度为200目。
[0077]
将研磨后的辉铜矿和黄铁矿进行物相分析，得到辉铜矿和黄铁矿的物相组成如表5所示。
[0078]
表5辉铜矿和黄铁矿的物相组成
[0079][0080]
按照fe/sio2＝0.6、0.9和1.2对辉铜矿和黄铁矿进行配矿，得到fe/sio2＝0.6、0.9和1.2的配矿方案。
[0081]
当fe/sio2＝0.6、0.9和1.2时，辉铜矿和黄铁矿在熔炼过程中涉及的反应方程式与实施例1相同。
[0082]
基于根据吉布斯自由能最小原理进行平衡计算，得到各配矿方案的反应产物参数和渣参数，结果如表6～7所示。
[0083]
表6各配矿方案所得反应产物参数和渣参数
[0084][0085]
表7各配矿方案所得渣组成
[0086][0087][0088]
通过表6～7可以看出，当铁硅比0.6、0.9和1.2时，铜直收率都≥95％，产渣率≤47％，说明铁硅比为0.6、0.9和1.2均可以作为表5所示物相组成的辉铜矿和黄铜的配矿方案。
[0089]
为了验证上述判别方法的准确性，将上述三个配矿方案进行实际冶炼；
[0090]
实际冶炼的参数包括：
[0091]
将辉铜矿和黄铁矿和助熔剂氧化钙混合，在底吹炉中、于富氧底吹的条件下于
1300℃熔炼30min，得到实际反应物和实际熔渣。
[0092]
助熔剂氧化钙的加入量为多余二氧化硅质量的1.1倍；所述富氧底吹所用氧气的体积为理论需氧量(各配矿方案中硫元素转化为二氧化硫所需的氧气的量)的1.1或1.2倍，并控制氧浓度分别为50％、70％、85％、99％和21％。
[0093]
得到的各配矿方案中实际反应物和实际熔渣的参数如表8所示。
[0094]
表8
[0095]
[0096][0097]
可见，进行验证时所得结果与预测判别结果一致，说明，本发明提供的判别方法结果可行。
[0098]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一步炼铜中配矿方案的判别方法，其特征在于，包括以下步骤：对一步炼铜原料进行物相分析，得到一步炼铜原料的物相组成；所述一步炼铜原料包括辉铜矿和黄矿；所述黄矿包括黄铜矿和黄铁矿中的一种或两种；根据设定的铁元素和二氧化硅的质量比对一步炼铜原料进行配矿，得到配矿方案；基于所述配矿方案的反应方程式和吉布斯自由能最小原理，对所述配矿方案进行平衡计算，得到配矿方案的反应产物参数和渣参数；所述反应产物参数包括铜直收率；所述渣参数包括产渣率；当铜直收率≥95％，且产渣率≤47％，则认为具有设定的铁元素和二氧化硅的质量比的配矿方案为可取配矿方案。2.根据权利要求1所述的判别方法，其特征在于，所述一步炼铜原料的物相组成包括cu2s、cu2o、fes2、feo、sio2、cao、mgo、al2o3、fe3o4和cu。

技术总结
本发明属于冶金技术领域，提供了一步炼铜中配矿方案的判别方法。本发明的判别方法包括：对一步炼铜原料进行物相分析，得到一步炼铜原料的物相组成；根据设定的铁元素和二氧化硅的质量比(Fe/SiO2)对一步炼铜原料进行配矿，得到配矿方案；基于反应方程式和吉布斯自由能最小原理，对配矿方案进行平衡计算，得到配矿方案的反应产物参数和渣参数；所述反应产物参数包括铜直收率；所述渣参数包括产渣率；当铜直收率≥95％，且产渣率≤47％，则认为具有设定Fe/SiO2的配矿方案为可取配矿方案。本发明的判别方法能够对一步炼铜原料的配矿方案进行初步判断，进而能够筛选出较优配矿方案，减少一步炼铜的试错成本，提高一步炼铜效率。率。


技术研发人员：周世伟 刘宇轩 魏永刚 李博 王华
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2022.03.10
技术公布日：2022/5/25