CN103451346B - 一种铜冶炼渣的还原方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜冶炼渣的还原方法。该方法是原料球团在1300℃以上的电炉中进行还原回收铜冶炼渣中的铁；其中原料球团的原料组分为：铜冶炼渣、兰炭末、氧化钙和粘结剂，且氧化钙与原料球团中SiO₂的质量比为（1.2-1.4）：1，兰炭末的用量可使铜冶炼渣中的FeO被还原；原料球团的粒度为10-25mm；且原料球团经预还原处理。该方法有利于节能，生产成本较低，经过预还原后的球团进入电炉，电能可节约20%左右并且铁的质量稳定。

Description

一种铜冶炼渣的还原方法

技术领域

本发明涉及铜冶炼渣的再利用技术，具体涉及一种铜冶炼渣的还原方法。

背景技术

当前世界上80%的铜是通过火法冶炼生产的，只有约20%是采用湿法冶炼获得，火法冶炼生产1t铜将产出2-3t渣。由此可见，有效地回收铜冶炼渣中的有价成分，实现铜渣资源化，是当前铜冶炼可持续发展的重要途径。我国铜冶金企业很多，生产中会排放大量含铁冶炼渣。例如，白银公司年产含铁35%的铜冶炼渣达120多万吨，长期以来，由于技术和生产成本原因，这类渣一直弃之未用，堆积如山。这不仅严重污染环境，而且也是巨大的资源浪费。导致铜冶炼渣未被开发利用的主要原因是能耗高、成本高，这也反应出相关技术未到位。其次是铁的质量和次生渣成分不稳定，销售有一定难度。近年来，围绕铜冶炼渣的开发利用出现了较多技术，如：

CN101921919公开了一种熔融渣综合利用工艺及其系统。具体工艺是提铜炉进料端与熔融热态铜渣连接，除了提铜炉设有末端浸入熔池内喷枪；熔剂通过料罐加入提铜炉；提铜铁合金炉设有还原剂、水蒸汽添加喷枪，提铜铁合金炉底部设有纯氧吹枪；提铜铁合金炉设有铜铁合金排出口和弃渣排出口，弃渣排出口与造粒装置连接。

CN101787407公开了一种微波碳热还原提取铜冶炼废气渣中铁的方法。该技术中热源微波目前很难在工业上普及和降低企业成本。其主要是通过一步法提取废弃渣中的铁，且需要微波炉提供温度高、加热时间长和对炉衬侵蚀严重。

CN101591718公开了一种直接还原一磨选处理铜渣及镍渣的炼铁方法。首先将一定量的煤、铜渣或镍渣及熔剂混合后造球，干燥后将生球布入转底炉加热到一定温度，保持一定时间，然后将600℃-1100℃的高温还原铁料直接送入水中冷却后进行细磨选别，细磨选别后的铁料用高温失氧废气进行烘干后造块，形成块状铁料；该专利工艺流程长，对于高温铁料再进行冷却，从而不能达到最大化的节能减排。

CN101148701公开了一种利用可燃物对有色金属铜渣/镍渣进行改性和制备优质燃料的方法，属冶炼环保技术领域。

CN102586609公开了一种综合利用的方法。方法具体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;然后向分离冰铜颗粒后的铜渣中喷入煤粉或一氧化碳、生石灰、富氧空气，进行还原提铁。最后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℃。最后将熔融混合物通过喷吹或者离心的方法，制得无机纤维。

CN101824505公开了一种铜渣熔融还原一步制得低硫铁水的方法。充分利用了铁还原反应完成后所配制精炼渣系高脱硫和熔池中所喷吹一氧化碳气体的降低铁水中氧势、并改善反应动力学的特点，大大降低了铜渣熔融还原所得铁水中的硫含量。

CN101886154公开了一种铜渣与铁矿石混合熔融还原制得低铜铁，具体公开充分利用了铜渣、铁矿石及添加剂之间各组分的相互耦合作用及铁矿石还原所得铁水对铜渣还原所得铁水中高铜浓度的稀释作用，大大降低了单方面铜渣熔融还原所得铁水中的铜含量较高的缺点，为以后铜渣中铁资源的有效回收利用提供新方法。

上述技术几乎都未考虑如何有效节能和降低成本的技术，从而难以实现工业规模的开发利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耗能低和成本相对较低的铜冶炼渣还原方法。

为此，本发明提供的铜冶炼渣的还原方法特征在于：原料球团在1300℃以上的电炉中进行还原回收铜冶炼渣中的铁；

所述原料球团的原料组分为：铜冶炼渣、兰炭末、氧化钙和粘结剂，且氧化钙与原料球团中二氧化硅的质量比为(1.2-1.4):1，兰炭末的用量为使铜冶炼渣中的铁氧化物被还原；

所述原料球团的粒度为10-25mm；

所述原料球团经预还原处理。

所述原料球团经800-900℃焙烧预还原处理。

所述铜冶炼渣与兰炭末的质量比为1:（0.2-0.6）。

所述氧化钙用碳酸钙替换。

所述铜冶炼渣与碳酸钙的质量比为1:（0.5-0.8）。

所述铜冶炼渣的粒度为100—200目，所述铜冶炼渣中含有TFe37-40wt%、SiO₂32-36wt%、CaO2-5wt%。H₂O5.3wt%。

所述兰炭末的粒度小于0.15mm，所述兰炭末中含有固定炭86wt%，挥发份4.15wt%，灰份9.75wt%。

所述铜冶炼渣的还原方法包括以下步骤：

制球：按原料组分比配料后制造生球；

生球预还原：生球在800-900℃中焙烧预还原0.5-2h制得原料球团；

电炉冶炼：原料球团在电炉中冶炼提取铁。

所述电炉的内衬为碳质炉衬。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）铜冶炼渣中铁的回收率为90%以上，且铁的质量稳定，同时冶炼能耗低，生产成本较低，便于企业管理，经过预还原后的球团进入电炉，电能可节约20%左右。并且根据后期铁水需求可以通过该工艺灵活生产炼钢生铁和铸造生铁.

（2）本发明的原料球团为“碱性预还原球团”，该“碱性预还原球团”的二元碱度（氧化钙与二氧化硅的质量比）为(1.2-1.4):1，且经过800-900℃焙烧预还原处理，碱性环境的可以保证还原出的铁水中氧、硫含量在国家标准要求之内，且碱度过小达不到去除夹杂的要求，碱度过大炉衬侵蚀严重并且熔化球团温度提升，电消耗大；另外现有技术中铜冶炼渣的还原方法主要是通过干燥后直接进行还原工艺的，其难点是液态铁氧化物与碳制还原剂反应是一个强烈的吸热反应，要保持铁氧化物的液态金属状态，需要很高的温度，这种方法实际上先熔化氧化铁，而不是还原氧化铁，该原因易造成生成的金属与炉渣凝结，并且还存在耐火材料消耗高和生产周期短的弊端，难于应用实际生产。通过预还原后的碱性球团料可以有效减少直接熔化铁化物所需的热量以及降低电耗。并且次生渣成分更接近生产水泥熟料的要求，从而达到综合利用的预期目标。

（3）电炉炉衬为碳质炉衬可以使原料球团在被加热时整体在还原气氛内，也可防止被蚀损的炉衬影响炉渣性能和炉况。

（4）相比于其他还原剂兰炭末价格便宜，这样可以降低铜冶炼渣的生产成本。

具体实施方式

本发明的铜冶炼渣中的铁氧化物包括氧化亚铁和氧化铁等其他铁氧化物。

本发明的制球可在圆盘造球机进行，且边制球边加入粘结剂和水。

本发明的生球焙烧预还原可在竖炉或链篦式回转窑内进行。

本发明的电炉冶炼包括以下操作工艺：（1）冶炼功率设定在能满足铁氧化物充分还原的档次上；（2）在放电极起弧后投加球团进行埋弧操作，并根据炉况及时加料；（3）冶炼过程适时适量补加兰炭末和石灰石；（4）定期出铁，通常每隔1-2h出一次铁；（5）炉渣水淬处理。

本发明所使用的粘结剂是膨润土,粘结剂的质量大于等于铜冶炼渣、兰炭末和石灰石总质量的1.5%。水的用量根据膨润土量影响，膨润土对水分有极强的的吸附性，原料球团的水分含量控制在铜冶炼渣、兰炭末和石灰石总质量的8%-9.5%。

本发明所使用的炭质炉衬电炉是指类似矿热炉的碳制炉衬电炉。

铜冶炼渣内配炭球团压力成型的性能主要是炭球团的落下强度和抗压强度，对于铜冶炼渣获得较高的金属化率极为重要。进入设备的生球有一定的落下强度和抗压强度性能要求，如果各性能较差，会在预还原过程中粉碎成末，形成死料，堵塞设备，无法达到每隔1-2h的持续出铁的目的。总而言之，因为供料性能的缺陷影响整个工艺的顺利出铁。前面主要说的是成分，该试验主要是说明在该成分下工艺对供料的物理性能的要求。

以下是发明人提供的关于研究铜冶炼渣内配炭球团压力成型的性能和从铜冶炼渣中提取铁，在配料的时加入了还原剂兰炭末，溶剂石灰石来改善球团的冶炼条件。还原剂和溶剂根据铜冶炼渣来确定，粘结剂膨润土和水按照一定比例加入原料中，人工混合。

试验方法：

成型：配料时加入石灰石与铜冶炼渣的质量是根据控制混合料的二元碱度（CaO/SiO₂）在1.3，兰炭末根据实验配比加入，水和膨润土根据在混合料中所占的百分比加入；将料进行混合均匀后，在圆盘造球机上进行制成粒度10-14mm的生球。

试验中所用铜冶炼渣的组分是主要含量TFe是37.3wt%、SiO₂35.4wt%、CaO4.1wt%、H₂O5.3wt%。每组试验所取铜冶炼渣的质量均为10kg。各组试验中石灰石的添加量按原料球团的二元碱度（CaO/SiO₂）为1.3：1确定，表1中所述的兰炭末配比和石灰石配比指的是兰炭末与石灰石的质量比，如编号试验1中，兰炭末与石灰石的质量比为10:42。

落下强度测定方法：

取直径Φ10-14mm的生球12个，生球从0.5m高度自由落在10mm厚的钢板上，反复数次，直至出现裂纹或破裂为止，记录生球破裂时跌落的次数。每次测12个球，去除一个最大值和一个最小值，求出其余10个数据的平均值，即为该球的落下强度，单位：次/0.5m。

生球抗压强度测定方法：

同上取出12个生球，放在电子天平上采用按压的方法测定，精确度为0.5g。每次测定12个球，除去最大、最小值，求出其余10个数据平均值，即为该球的抗压强度，单位：N/个。

试验方案及结果见表1。

表1造球正交试验实验结果

编号	兰炭末配比	石灰石配比	膨润土加入量/%	生球水分/%	落下强度	生球抗压
							1	10	42	1	8.6	1	21
2	10	42	2	9.2	2	13
							3	12	29	1	8.2	3	28
4	12	29	2	8.0	3	22
							5	24	36	1.5	8.6	5	36
6	24	36	2	8.4	7	42
							7	28	24	1	8.5	8	46
8	28	24	2	8.5	12	52

一般对于该生球团矿能达到落下强度≥3次（0.5m）^-1，抗压强度＞8N/个。从实验结果可以看出，生球团矿在添加粘结剂与水分一定情况下，根据以上实验参考数据，根据配比除了1、2组以外基本可以满足生球团矿的各项性能指标检测，这样可以为后期工艺高含量铁和间隔性持续出铁提供保障。

以下是发明人提供的具体实施例，以对本发明的技术方案作进一步解释说明。

实施例1：

具体实施内容是将某铜冶炼厂的典型废铜冶炼渣试样，共10kg（主要TFe含量是37.15%、CaO含量是3.98%、SiO₂含量是34.91%，遵循本发明的技术方案，其处理过程为：细磨废冶炼铜渣、兰炭末和石灰石至粒度100-200目。兰炭末取3kg，碳酸钙取6kg，添加水1.5kg和膨润土0.4kg。进行混匀，在圆盘造球机上制成粒度10-14mm的生球，球团在链篦式回转窑内进行800-900℃的中温焙烧1.5h左右。将焙烧后的球团添加到炭质炉衬电炉中还原，将电路调制1350℃档位还原每隔1.5ｈ出一次铁，炉渣水淬处理，可得到单质铁含量为93.5wt%（即提炼的TFe与铜冶炼渣中TFe质量比值）。

实施例2：

同上例取铜渣10kg（主要含TFe=38.4%、CaO=3.08%、SiO₂=35.82%），遵循本发明的技术方案：细磨废冶炼铜渣、兰炭末和石灰石至粒度100-200目。兰炭末取3.55kg，碳酸钙取7.3kg，添加水1.8kg和膨润土0.5kg。进行混匀，在圆盘造球机上制成粒度15-20mm的生球，球团在竖炉内进行850℃-900℃的中温焙烧1.5h左右。将焙烧后的球团添加到炭质炉衬电炉中还原，将电炉调制1300℃档位上还原每隔2ｈ出一次铁，炉渣水淬处理。可得到单质铁含量为94.5wt%。

Claims (6)

1.一种铜冶炼渣的还原方法，其特征在于：方法包括：

制球：按原料组分比配料后制造生球；

生球预还原：生球在800-900℃中焙烧预还原0.5-2h制得原料球团；

电炉冶炼：将经预还原处理的原料球团在1300℃以上的电炉中进行还原回收铜冶炼渣中的铁；

所述原料球团的原料组分为：铜冶炼渣、兰炭末、氧化钙和粘结剂，且氧化钙与原料球团中二氧化硅的质量比为(1.2-1.4):1，兰炭末的用量为使铜冶炼渣中的铁氧化物被还原；所述原料球团的粒度为10-25mm；

所述兰炭末的粒度小于0.15mm，所述兰炭末中含有固定炭86wt％，挥发份4.15wt％，灰份9.75wt％；

所述粘结剂为膨润土。

2.如权利要求1所述的铜冶炼渣的还原方法，其特征在于：所述铜冶炼渣与兰炭末的质量比为1:(0.2-0.6)。

3.如权利要求1所述的铜冶炼渣的还原方法，其特征在于：所述氧化钙用碳酸钙替换。

4.如权利要求3所述的铜冶炼渣的还原方法，其特征在于：所述铜冶炼渣与碳酸钙的质量比为1:(0.5-0.8)。

5.如权利要求1所述的铜冶炼渣的还原方法，其特征在于：所述铜冶炼渣的粒度为100-200目，所述铜冶炼渣中含有TFe 37-40wt％、SiO₂32-36wt％、CaO 2-5wt％、H₂O 5.3wt％。

6.如权利要求1至5任一权利要求所述的铜冶炼渣的还原方法，其特征在于：所述电炉的内衬为碳质炉衬。