CN101189351B - 还原和/或精炼含金属的渣的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于还原和/或精炼含金属的渣的方法。根据本发明，为改进渣的还原，在渣中加入碳化钙(CaC2)作为还原剂。
Description
本发明涉及一种用于还原和/或精炼含金属的渣的方法。
本发明特别涉及一种强烈还原熔体和特别是转变铜渣以及从铜渣中回收铜的方法。但也可用于含其它金属的渣。
熔融铜浓缩物产生冰铜和渣。冰铜转变为粗铜，并将渣送入渣精炼过程。铜渣的精炼可通过各种工艺如还原和沉降、水法冶金的渣浸出或慢冷却、破碎和研磨后的渣浮选进行。高温冶金法基于在电炉中、Teniente渣精炼炉或熔炼-转化炉。
在渣中铜以大小为5-1000μm的冰铜夹杂物和溶解的氧化铜(I)存在。从冰铜夹杂物中回收铜需要还原磁铁矿，以降低渣的表观粘度和通过磁铁矿晶体释放出包封的夹杂物。用碳还原磁铁矿首先经Boudouard反应的直接还原法和间接的磁铁矿还原法进行：
(Fe3O4)渣+[C]固 3(FeO)渣+{CO2}气
[C]固+{CO2}气 
2{CO}气
(Fe3O4)渣+{CO2}气 3(FeO)渣+{CO2}气
从渣中回收溶解的铜需要还原氧化铜(I)：
(Cu2O)渣+2{CO}气 
2(Cu)金属+{CO2}气
氧化铜(I)的还原受限于磁铁矿的共还原。该共还原的条件由下列反应的平衡决定：
(Cu2O)渣+3(FeO)渣 
2(Cu)金属+(Fe3O4)渣
用碳还原磁铁矿是强吸热的。假定在废气中的CO/CO2＝1，则：
其中反应热为：
ΔH1250℃＝128kJ/mol Fe3O4
这意指为将磁铁矿含量从20还原到5％，需高达89MJ的能量，每1吨渣要通过电流或燃料燃烧引入该能量。由于在浮于渣表面上的焦炭床中的Boudouard反应，该CO/CO2非常高，这导致约138MJ/t的较高能耗，这相应于38kWh/t渣。由于必需让渣温增加到约1300℃和炉中的热损失，该总的单位能耗的数量级为100kWh/t。
从US 5865872中已知一种用于回收金属和制备贱金属的二次渣的方法，其中在渣中加入至少一种还原剂，这时可考虑用各种试剂。特别是可使用碳，其含量建议直至40％。在US 5626646中使用硅酸铁从渣中回收金属。按US 4036636中所述方法，在从熔体中得到镍时，拟加入固体还原剂。
从GB 1168364和EP 1354969A2中可知在渣熔体中加碳化钙的其它解决方案。
本发明的目的是提供一种用于还原含金属的熔体的方法。
本发明的任务是通过用于渣还原或渣精炼的方法解决的，其中在渣中加入碳化钙(CaC2)作为还原剂，其特征在于，该碳化钙在该液态熔体渣加到炉中之前加入炉中。
该碳化钙(CaC2)的加入量优选为渣质量的0.1-2.0％，特别优选为渣质量的0.5-1.5％。所加入的碳化钙(CaC2)量的优选依渣中的磁铁矿和/或氧化铜(I)的含量确定。
除碳化钙(CaC2)外还可加入其它还原剂。作为其它还原剂可考虑固体物质，特别是焦炭、木炭和/或生铁。为此也可使用含碳物质，特别是船用油 
、柴油、天然气和/或碳粉。该其它的还原剂可吹入液态熔体渣中。
该渣优选含铜(Cu)。但该渣也可含铅(Pb)、锌(Zn)、铂(Pt)或镍(Ni)。
本发明也适用于强烈渣还原和渣精炼。其中包括渣还原和渣精炼的高温冶金法。
按本发明，该强烈渣还原可具有：
a)通过喷嘴选择性地吹入固态、液态或气态的还原剂；
b)渣沉降。
碳化钙与溶于铁橄榄石渣中的磁铁矿反应：
在1250℃下该反应是放热的。
ΔH1250℃＝-11kJ/mol Fe3O4
液态铁橄榄石渣中的氧化铜(I)的还原是强放热的：
ΔH1250℃＝-184kJ/mol Cu2O
所产生的热导致在液态渣/碳化钙之间过渡处的温度升高，与通过CaO改变了在过渡处的渣结构的变化一起导致还原速度的明显加速。
与常规的渣还原和渣精炼的方法相比，本发明具有下列优点：
a)非常高的渣还原速度导致过程的强化、缩短渣还原时间和由于单位能量损失减少而减少了能耗。
b)由于磁铁矿还原的放热作用和氧化铜(I)的还原的强放热作用使电能或燃料消耗减少。
实施例1
在Teniente渣精炼炉中的渣精炼
在加入来自熔炉的液态渣之前，通过开口将碳化钙加到炉中。碳化钙的量由渣的组成，特别是由磁铁矿含量确定，其用量在总渣质量的0.5-1.5％波动。然后将渣通过炉嘴或浇铸槽浇入炉中。在加料过程中强烈的还原反应使磁铁矿含量降低到所需水平即约5％。如果燃烧的燃料补偿了炉的热损失，则由于在加料和还原过程中的反应的放热作用使渣温从1250℃升高到1263℃。
送入渣后，该渣还原终止并且沉降过程开始，接着取出渣和出炉铜垫(Kupfermatte)，这与通用的方法是一致的。渣精炼的循环可在Teniente炉中缩短约50％，其相应于炉渣处理容量增加到两倍。
实施例2
在电炉中的渣精炼
熔体渣在电炉中用焦炭和来自电极的碳还原处理，过热后发生沉降。
新循环开始时，在加入液态渣之前将碳化钙加到炉中。碳化钙的加入量依渣组成而定，并且为渣质量的0.5-1.5％。然后将液态渣浇入炉中。在加入液态渣过程中通过碳化物颗粒与渣物流接触而产生强烈的快速渣还原。碳化钙开始浮在渣表面上，并且随浸入电极和输入电能而发生还原。由于还原反应的放热作用，渣温不会下降。调节输入的电功率以使其能补偿热损失并使渣温稍有上升。磁铁矿还原和氧化铜(I)的共还原的程度是较高的，并确保了铜回收的增加。非常强烈的渣还原可缩短生产时间并同时保持类似的沉降时间。由于增加还原导致了较短的循环，最终又导致炉生产率的增加。
用碳化钙代替焦炭作为还原剂降低了单位能耗，并也大大降低了还原剂的单位耗量。
Claims (5)
1.一种用于还原和/或精炼含金属的渣的方法，其中在渣中加入碳化钙作为还原剂，其特征在于，在该液态熔体渣加到炉中之前将碳化钙加入炉中，其中该碳化钙的加入量为渣质量的0.1-2.0％，和，
除了碳化钙之外，还添加生铁、柴油或碳粉形式的其它还原剂。
2.权利要求1的方法，其特征在于，该碳化钙的加入量为渣质量的0.5-1.5％。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于，所述其它还原剂被吹入液态熔体渣中。
4.权利要求1的方法，其特征在于，所述渣含铜。
5.权利要求1的方法，其特征在于，所述渣含铅、锌、铂或镍。
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