CN100587086C - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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本发明涉及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。其特征是将固体废弃物或者固体可燃物干燥后，破碎为1cm以下的颗粒物或粉末，加入到重熔炉内，让可燃物与铜渣/镍渣混合，在高压富氧空气、可燃气体的强烈搅拌下，可燃物气化燃烧、为重熔炉补充熔池内新入炉料的吸热损失，稳定重熔炉内温度，燃料气化燃烧导致的还原性或氧化性气氛诱导废渣中的有价金属发生还原或氧化反应。重还原熔炉内有色金属渣还原熔融后的熔融渣在炉内因组分比重的差异静止分层后，经降温，制得熔渣；降温速率5～200℃/s；重熔氧化炉内废渣氧化熔融后，熔融渣沉降后降温，制得熔渣；降温速率5～200℃/s；熔融经滚筒碾碎碎后，若熔渣为磁性人工矿床，则通过磁选分离出磁铁矿石，获得铁精矿；若熔渣为非磁性人工矿床，则通过筛选分离出有价金属组分，获得有价金属矿石资源；分离有价金属后的熔渣筛分成不同粒径用于建筑原材料。

Description

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
技术领域：
本发明涉及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。
背景技术：
近年来随着矿床与矿山资源的日益枯竭，人工矿床的研究与开发日益受到重视。金属冶炼生产过程中的各类固体废弃物，经过一定时间的堆积，在自然因素和人工因素的双重作用下，在特定的技术和经济条件下具备二次开发的可能，成为矿山生产的接替矿产资源或非传统矿业开发的矿产资源。这类经人工活动而形成的矿物资源富集体被称为“人工矿床”或“技术成因矿床”。人工矿床是人类活动与地表生成矿作用的产物，其特殊之处是人的活动参与了成矿作用过程，产生了特定的地球物质流和物质的再分配，其成矿过程中包含了环境变迁和资源更替等人-地关系的基本问题。
我国有色矿产资源种类较为齐全，但共生、伴生矿多，单一矿少；贫矿多，易选矿少。鉴于有色矿产资源的这些特点以及目前有色冶炼技术水平等原因，使得在冶炼生产过程中，矿物中的有价元素只有部分得到利用，其余进入废渣中，同样形成了具有经济价值的成矿物质富集体，成为冶炼末端工序人工成矿的物质基础。如现代炼铜工艺侧重于提高生产效率，渣中的残余铜含量则明显增加，并且铜渣中也含有大量如铁矿物等可回收利用的资源(铜渣中铁的品位一般超过40％，远大于铁矿石29.1％的平均工业品位)。改变熔融渣中的金属矿物形态，回收熔融渣中有价金属资源，减少废渣再利用的预处理成本是处理有色金属冶炼渣的主要目的。
显然，针对有色金属铜渣/镍渣的特点，利用可燃物气化燃烧控制炉内气氛、温度的变化，达到控制渣中有价金属组分的改性和聚集，可燃废弃物的资源化，有色金属废渣有价组分的分离和再资源化，实现废物到资源的转变，对国民经济的发展和环境的保护具有重要的现实意义。
发明内容：
本发明的目的是对林业和农业可燃固体废弃物(如：林业加工木屑、农作物秸秆等)，以及生活垃圾中的可燃质(如：废旧轮胎、废塑料、包装盒、废纸等)、生物质、煤碳、油、有机废液、可燃气体和有色金属铜渣/镍渣混合，控制炉内的气氛和温度，进行固体可燃废弃物的气化和渣中有价金属的改性，得到优质可燃气(如：氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙炔等)和易于分离的改性有价金属组分(如：磁铁矿、氧化铜矿、冰铜、冰镍、铁合金、镍铜合金等)。
本发明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技术方案是：
A、将固体废弃物或者固体可燃物干燥后，破碎为1cm以下的颗粒物或粉末，加入到重熔炉内，让可燃物与铜渣/镍渣混合，在高压富氧空气、可燃气体的强烈搅拌下，可燃物气化燃烧、为重熔炉补充熔池内新入炉料的吸热损失，稳定重熔炉内温度，燃料气化燃烧导致的还原性或氧化性气氛诱导废渣中的有价金属发生还原或氧化反应。
B、重还原熔炉内有色金属渣还原熔融后的熔融渣在炉内因组分比重的差异静止分层后，经降温，制得熔渣；降温速率5～200℃/s；重熔氧化炉内废渣氧化熔融后，熔融渣沉降后降温，制得熔渣；降温速率5～200℃/s；
C、熔融经滚筒碾碎碎后，若熔渣为磁性人工矿床，则通过磁选分离出磁铁矿石，获得铁精矿；若熔渣为非磁性人工矿床，则通过筛选分离出有价金属组分，获得有价金属矿石资源；
D、分离有价金属后的熔渣筛分成不同粒径用于建筑原材料。
所述重熔炉炉内温度为1200℃～1650℃；富氧空气氧气浓度为：21％～99.9％；搅拌气体压力为：0.2～3Mpa。
依照改性有色金属渣中的有价金属的特性，将重熔炉炉内气氛可控制为还原性，其还原性：空气过剩系数为：0.3～0.9；有色金属渣和可燃物的配比为：1∶0.5～10(质量)。
依照改性有色金属渣中的有价金属的特性，将重熔炉炉内气氛可控制为氧化性，其氧化性：空气过剩系数为：1.05～1.6；有色金属渣和可燃物的配比为：1∶0.3～4(质量)；反应时间为：20～150分钟。
重熔过程添加的溶剂为二氧化硅、碳酸钙或硫铁矿，溶剂的添加量为每吨渣0～200kg。
可燃物在重熔炉内快速升温气化及部分燃烧后，转变为高温可燃气体，经余热回收和净化精制获得优质可燃气体。
本发明工作原理和步骤是：
1)将固体废弃物的可燃组分干燥后，破碎为1cm以下的颗粒物或粉末，在重熔炉内与铜渣/镍渣混合，在高压富氧空气、可燃气体的强烈搅拌下，固体可燃物气化燃烧、为重熔炉补充熔池内新入炉料的吸热热损失，稳定炉内温度。燃料气化燃烧导致的还原性或氧化性气氛诱导废渣中的有价金属发生还原或氧化反应。重熔炉炉内温度为1200℃～1650℃；富氧空气氧气浓度为：21～99.9％；搅拌气体压力为：0.2～3MPa；重熔过程添加的溶剂为二氧化硅、碳酸钙、硫铁矿等，添加量为0～200kg/t(渣)。
2)根据改性有色金属渣中的有价金属的特性，炉内气氛可控制为还原性或氧化性。还原性：空气过剩系数为：0.3～0.9；有色金属渣和可燃物的配比为：1∶0.5～10(质量)；氧化性：空气过剩系数为：1.05～1.6；有色金属渣和可燃物的配比为：1∶0.3～4(质量)；反应时间为：20～150分钟；
3)重还原熔炉内有色金属渣还原熔融后的熔融渣在炉内因组分比重的差异静止分层后，经降温，制得熔渣；降温速率5～200℃/s；重熔氧化炉内废渣氧化熔融后，熔融渣沉降后降温，制得熔渣；降温速率5～200℃/s；
4)熔融经滚筒碾碎碎后，若熔渣为磁性人工矿床，则通过磁选分离出磁铁矿石，获得铁精矿；若熔渣为非磁性人工矿床，则通过筛选分离出有价金属组分，获得有价金属矿石资源；
5)分离有价金属后的熔渣筛分成不同粒径用于建筑原材料；
6)可燃物在重熔炉内快速升温气化及部分燃烧后，转变为高温可燃气体，经余热回收和净化精制获得优质可燃气体。
本发明具有下列优点和积极效果：
1)实现有色金属渣的改性，易于渣中有价金属的回收利用，实现废渣中有价金属的人工成矿；
2)利用可燃废弃物的高温快速气化优化合成燃料，实现了可燃废弃物的资源化利用；
3)有价金属的回收率高，一般可达50～98％；
4)工艺简单，流程短，实现了“废物到资源”的转变，获得了环境良好型产品。
附图说明：
图1是本发明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工艺流程图。
具体实施方式：
实施例1(炼铜贫化渣)
对某一铜冶炼厂的贫化电炉铜渣进行改性，获得铁精矿。炼铜贫化渣主要成分是铁硅酸盐和磁性氧化铁，铁橄榄石(2FeO·SiO2)、磁铁矿(Fe3O4)及一些脉石组成的无定形玻璃体。该铜渣的主要矿物含量如下表1所示。铜渣和粒径为0.5cm以下的木屑按质量比为1∶1.5配比在重熔氧化炉内混合并进行氧化反应。控制炉内渣温为1485℃，空气过剩系数为1.2，富氧空气含氧量为29％，鼓风压力为1.6MPa，反应时间为120分钟。熔剂为SiO2，含量为30kg(SiO2)/t(渣)。
表1贫化铜渣主要矿物及含量，％
  矿物   冰铜   磁铁矿   金属铜   闪锌矿   赤铁矿   金属铁   铁橄榄石   无定型硅酸盐   长石
  含量   0.26   6.2   0.14   0.6   0.6   0.4   77.8   8.2   5.8
充分氧化后渣中铁元素大部分转化为磁铁矿，熔融渣经风冷破碎后，风冷速率为25℃/s，由磁选分离机分离出磁铁矿和非磁性废渣。铜渣中铁金属元素的回收率达到95％。生物质木屑气化燃烧后经过净化提纯后的优质燃料主要组分及比例为：CO：8％，H2：3％，CO2：26％，N2：57％。
实施例2(炼铜废渣)
对某一铜冶炼厂的闪速炉铜渣进行改性，获得冰铜。该炼铜残渣的主要组成如表2所示。铜渣和粉煤按质量比为1∶3.2配比在重熔还原炉内混合并进行还原反应。控制炉内渣温为1345℃，空气过剩系数为0.8，富氧空气含氧量为42％，鼓风压力为0.6MPa，反应时间为80分钟。不添加任何熔剂。
表2炼铜残渣的主要化学成分及含量，％
  组分   SiO<sub>2</sub>   FeO   Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>   CaO   MgO   Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   Cu   S
  含量   36.6   44.0   7.5   6.3   2.0   0.2   1.6   2.8
充分还原后渣中磁铁矿转化为FeO，静止分离渣和冰铜。熔融渣经冷水水淬冷却破碎后，由浮选分离机分离出渣和冰铜。铜渣中铜金属元素的回收率达到71％，处理后渣中铜含量为0.39％。渣则可以氧化改性处理磁选出磁铁精矿和建筑材料替代产品。煤气化后经过净化提纯后的优质燃料主要组分及比例为：CO：19％，H2：14％，CO2：20％，N2：39％，CH4：6％。
实施例3(硫化铜镍矿电炉熔炼渣)
对某一铜镍冶炼厂的硫化铜镍矿热电炉熔炼炉渣进行改性，获得铁精矿。该镍铜渣的化学成分如下表3所示。镍铜渣和粒径为0.8cm以下的生活垃圾可燃物按质量比为1∶4配比在重熔氧化炉内混合并进行气化还原反应。控制炉内渣温为1550℃，空气过剩系数为0.7，富氧空气含氧量为60％，鼓风压力为0.7MPa，反应时间为140分钟。熔剂为CaCO3，含量为46kg(CaCO3)/t(渣)。
表3硫化铜镍矿电炉炉渣的化学成分，％
  组分   Ni   Cu   Co   FeO   CaO   MgO   Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   SiO<sub>2</sub>   其它
  含量   0.21   0.06   0.069   41   1.68   10.73   0.2   39.7   S0.89
充分还原后渣中有价金属元素大部分转化为金属单质，熔融渣经水冷却破碎后，水冷速率为80℃/s，由浮选分离机分离出铁金属合金和废渣。镍铜渣中铁金属元素的回收率达到94％，镍达到57％。生物质木屑气化燃烧后经过净化提纯后的优质燃料主要组分及比例为：CO：18％，H2：16％，CO2：33％，N2：29％。
实施例4(炼铜转炉废渣)
对某一铜冶炼厂的炼铜转炉废渣进行改性，获得冰铜。该炼铜残渣的主要组成如表2所示。铜渣和粉煤按质量比为1∶0.7配比在重熔还原炉内混合并进行还原反应。控制炉内渣温为1370℃，空气过剩系数为0.6，富氧空气含氧量为47％，鼓风压力为0.55MPa，反应时间为70分钟。熔剂为硫铁矿(成分为Cu0.79％；Fe 40.92％；S 43.49％)，添加量为42kg/t(硫铁矿)。
表2炼铜残渣的主要化学成分及含量，％
  组分   SiO<sub>2</sub>   FeO   Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>   CaO   MgO   Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   Cu   S
  含量   35.3   42.8   9.27   5.8   2.1   0.22   1.4   2.9
充分还原后渣中磁铁矿转化为FeO，静止分离渣和冰铜。熔融渣经冷水水淬冷却破碎后，由浮选分离机分离出渣和冰铜。铜渣中铜金属元素的回收率达到83％，处理后渣中铜含量为0.41％。渣则可以氧化改性处理磁选出磁铁精矿和建筑材料替代产品。煤气化后经过净化提纯后的优质燃料主要组分及比例为：CO：12％，H2：7％，CO2：27％，N2：43％，CH4：2％。

Claims (6)

1、一种利用可燃物对有色金属铜渣/镍渣进行改性的方法，其特征在于
A、将固体废弃物或者固体可燃物干燥后，破碎为1cm以下的颗粒物或粉末，加入到重熔炉内，让可燃物与铜渣或镍渣混合，在高压富氧空气和可燃气体的强烈搅拌下，可燃物气化燃烧、为重熔炉补充熔池内新入炉料的吸热损失，稳定重熔炉内温度，燃料气化燃烧导致的还原性或氧化性气氛诱导废渣中的有价金属发生还原或氧化反应；
B、重还原熔炉内有色金属渣还原熔融后的熔融渣在炉内因组分比重的差异静止分层后，经降温，制得熔渣；降温速率5~200℃/s；重熔氧化炉内废渣氧化熔融后，熔融渣沉降后降温，制得熔渣；降温速率5~200℃/s；
C、熔融渣经滚筒碾碎后，若熔渣为磁性人工矿床，则通过磁选分离出磁铁矿石，获得铁精矿；若熔渣为非磁性人工矿床，则通过筛选分离出有价金属组分，获得有价金属矿石资源；
D、分离有价金属后的熔渣筛分成不同粒径用于建筑原材料。
2、根据权利要求1所述的利用可燃物对有色金属铜渣/镍渣进行改性的方法，其特征在于重熔炉炉内温度为1200℃~1650℃；富氧空气氧气浓度为：21％~99.9％；搅拌气体压力为：0.2~3MPa。
3、根据权利要求1或2所述的利用可燃物对有色金属铜渣/镍渣进行改性的方法，其特征在于依照改性有色金属渣中的有价金属的特性，将重熔炉炉内气氛控制为还原性，其还原性气氛时的空气过剩系数为：0.3~0.9；有色金属渣和可燃物的质量配比为：1∶0.5~10。
4、根据权利要求1或2所述的利用可燃物对有色金属铜渣/镍渣进行改性的方法，其特征在于依照改性有色金属渣中的有价金属的特性，将重熔炉炉内气氛控制为氧化性，其氧化性气氛时的空气过剩系数为：1.05~1.6；有色金属渣和可燃物的质量配比为：1∶0.3~4；反应时间为：20~150分钟。
5、根据权利要求1或2所述的利用可燃物对有色金属铜渣/镍渣进行改性的方法，其特征在于重熔过程添加的熔剂为二氧化硅、碳酸钙或硫铁矿，熔剂的添加量为每吨渣0~200kg。
6、一种利用可燃物制备优质燃料的方法，其特征在于：
A、将固体废弃物或者固体可燃物干燥后，破碎为1cm以下的颗粒物或粉末，加入到重熔炉内，让可燃物与铜渣或镍渣混合，在高压富氧空气和可燃气体的强烈搅拌下，可燃物气化燃烧、为重熔炉补充熔池内新入炉料的吸热损失，稳定重熔炉内温度，燃料气化燃烧导致的还原性或氧化性气氛诱导废渣中的有价金属发生还原或氧化反应；可燃物在重熔炉内快速升温气化及部分燃烧后，转变为高温可燃气体，经余热回收和净化精制获得优质可燃气体；
B、重还原熔炉内有色金属渣还原熔融后的熔融渣在炉内因组分比重的差异静止分层后，经降温，制得熔渣；降温速率5~200℃/s；重熔氧化炉内废渣氧化熔融后，熔融渣沉降后降温，制得熔渣；降温速率5~200℃/s；
C、熔融渣经滚筒碾碎后，若熔渣为磁性人工矿床，则通过磁选分离出磁铁矿石，获得铁精矿；若熔渣为非磁性人工矿床，则通过筛选分离出有价金属组分，获得有价金属矿石资源；
D、分离有价金属后的熔渣筛分成不同粒径用于建筑原材料。
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