CN102363218A - 一种含铜炉渣直接还原生产含铜粉末铁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含铜炉渣直接还原生产含铜粉末铁的方法，即利用隧道窑直接还原含铜炉渣生产具有良好耐大气腐蚀性能、综合机械性能的经济耐候钢的主要原料。含铜炉渣经破碎至一定粒度，与还原剂、助还原剂按一定的比例混匀置于隧道窑中还原，还原产物冷却后进行破碎，经磨矿磁选得到含铜粉末铁(磁选精矿)及尾渣(磁选尾矿)，含铜粉末铁可直接作为冶炼耐候钢的原料。本发明解决了含铜炉渣所造成的环境污染，同时也为实现废弃物综合回收利用提供了一种新的工艺方法。

Description

一种含铜炉渣直接还原生产含铜粉末铁的方法

技术领域：

本发明涉及到一种含铜炉渣直接还原生产含铜粉末铁的方法，特别是涉及一种含铜炉渣直接还原生产含铜粉末铁的工艺方法，此发明隶属于有色及钢铁冶金领域。

背景技术：

铜是我国经济发展建设的重要原料，随着经济发展和社会进步，铜工业在国民经济发展中的地位日益提高，2010年我国铜储量约为3460万吨，精炼铜的产量和消费量分别约为550万吨和680万吨。我国铜工业存在着资源消耗大、能耗高、排放比国外先进企业严重等缺点，因此我国铜工业在迅猛发展的同时面临着资源、能源以及环境的严峻挑战。

目前冶炼每吨铜产品所产出的炉渣、泥和粉尘等废弃物约为3吨，随着铜冶炼能力的不断提高，铜渣数量迅猛增长，堆放既占地，又会造成环境污染，而且铜渣中含有丰富的有价元素，在环保要求日益严格和矿产资源日趋贫乏的今天，铜渣的综合回收与利用己引起了人们的关注。

含铜炉渣综合回收利用主要包括三个方面：一是含铜炉渣经选矿回收铜；二是含铜炉渣经选矿回收铜后产生的尾矿再用于回收有价成分、生产建材、充填井下采空区、进行土地复垦等方面；三是含铜炉渣直接用于制混凝土、水泥、路基等方面。

因此开发利用再生铜资源(如含铜炉渣)是实现可持续发展，解决资源、能源和环境制约经济发展的重要途径，同时综合回收含铜炉渣中的有价元素对于保护环境、资源回收再利用也有着重要的现实意义。

申请号为200910114922.4的中国专利叙述了闪速炉、转炉和贫化电炉三种铜冶炼工艺产生的混合渣的选矿工艺。具体在于提供一种处理不同性质的铜冶炼炉渣的选矿工艺，采用该工艺可以使铜冶炼炉渣的铜精矿回收率提高，尾矿品位降低，经过已投产选矿厂的生产实践证明，渣尾矿品位可降到0.3％～0.35％，大大提高了企业的综合经济效益，也有利于冶炼厂的环保要求。

申请号为200810018746.X的中国专利叙述了从废杂铜熔化炉渣中提取铜的湿法冶金方法，为从浮选过的铜渣中提取有价金属铜，提供了一种湿法冶金方法，实现了铜的提取和纯化，创造了可观的经济效益和良好的环境效益。

申请号为200910230701.3的中国专利叙述了铜冶炼热态炉渣提铁工艺与装置。具体在与提铜炉进料端与熔融热态铜渣连接，提铜炉处设有喷枪，喷枪末端浸入熔池内；提铜炉炉渣出口通过送料装置与提铜铁合金炉进料端连接，CaO通过料罐加入提铜炉；提铜铁合金炉设有还原剂水蒸气添加喷枪，该喷枪末端浸入熔池内，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；提铜铁合金炉烟气一部分送入提铜炉，另一部分送入余热利用系统：该系统包括换热装置，换热装置与汽轮发电机连接，还与除尘装置连接，除尘装置与灰尘回收系统连接，收集的烟气部分作为辅料分解热源，另一部分送入汽轮发电机。

但目前国内针对含铜炉渣资源综合回收利用的形式比较单一，主要集中于单纯回收含铜炉渣中的铜或者铁，而并未对这两种有价元素综合回收利用。由于含铜炉渣的量较大，而耐候钢又具有优质钢的强韧、塑延、成型、焊割、抗磨蚀、耐高温、抗疲劳等特性，属于世界超级钢技术前沿水平的钢种之一，因此对铜炉渣的综合回收利用朝着生产冶炼耐候钢所需的原料这个方向来研究，具有巨大的技术意义和经济意义。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种含铜炉渣直接还原生产含铜粉末铁的方法，含铜炉渣经破碎、配料、混匀后置于隧道窑中还原，经湿磨及磁选后可获得适于生产耐候钢的原料，实现了铁铜的综合回收利用，同时具有工艺流程短、能源消耗低及铁铜的综合回收率高等特点。

一种含铜炉渣直接还原生产含铜粉末铁的方法，包括以下步骤：

含铜炉渣与还原剂煤、助还原剂经破碎，按比例混匀后，置于隧道窑中进行直接还原，得到的还原产物经过破碎，然后通过湿式磨矿磁选工艺进行选别，得到高品位的含铜粉末铁，可直接作为冶炼耐候钢的原料。

一种含铜炉渣直接还原生产含铜粉末铁的方法，包括具体步骤如下：

步骤(1)破碎物料：将含铜炉渣破碎至＜10mm，还原剂煤破碎至＜5mm，助还原剂破碎至＜5mm，并且按照重量配比配料，然后将配好的物料经过混料机混匀；

步骤(2)装罐：混匀后的物料可采用装罐形式直接还原，也可采用球团或压块的形式直接还原；如果通过装罐的形式直接还原，为防止物料在直接还原时因烧结熔融而出现粘罐现象，装罐时在还原罐底部和内壁铺设一层5～30mm厚的煤粉；同时为防止物料在高温下氧化，在混合物料的上部覆盖一层5～30mm厚的煤粉；

步骤(3)直接还原：如果通过装罐的形式直接还原，将已装好物料的还原罐码放到台车上，同时将已码好罐的台车依次推入隧道窑中进行直接还原；其中隧道窑内分为预热段、加热段、保温还原段、冷却段四个阶段；

步骤(4)磨矿磁选：出窑后的还原罐经自然冷却后卸罐；直接还原后的物料先给入颚式破碎机或中型圆锥破碎机或标准圆锥破碎机粗碎，粗碎产品给入振动筛分机(如圆振筛、自定中心振动筛、直线振动筛等)，筛下产品为最终破碎产品，筛上产品给入二段破碎机(如短头圆锥破碎机)，二段破碎产品返回振动筛分机，进行闭路破碎；最终破碎产品给入一段磨矿机磨矿，并采用一段分级机分级，其底流(或沉砂或返砂)返回一段磨矿机，形成闭路磨矿，其溢流进入一段磁选机磁选抛尾；一段磁选精矿进入二段分级机，其底流进入二段磨矿，溢流进入二段磁选机磁选抛尾，二段磁选精矿进入三段磁选精选，三段磁选磁选精矿即含铜粉末铁经浓密机浓缩脱水和过滤机过滤脱水后送至烘干机烘干；

本发明得到的含铜粉末铁，是铜铁合金中的一种，但又有别于通常所说的铜铁合金。

本发明得到的含铜粉末铁，是一种粉末，采用冷压或者热压的方式，可以压制成块，称之为含铜粉末铁压块，可用于炼钢，尤其是冶炼耐候钢的优质原料；其化学成分是含铁88％～98％，含铜0.5％～10％，并含有镍、钼、钴等有色金属。

本方法对含铜炉渣进行直接还原、磨矿磁选处理获得可作为冶炼耐候钢的原料，与其他技术相比具有以下优点：

(1)此技术工艺简单、对设备的要求低，易操作，所需用的化工原料价格低廉，还原温度较低，成本较低，生产过程易于实现大型机械化。

(2)添加适量的助还原剂可以降低产品中的磷、硫，达到去除杂质的目的，便于获得优质的含铜粉末铁。

(3)原料可以为熔炼渣、转炉渣、电炉渣、工业生产中产生的含铜的泥和粉尘等含铜废弃物，适用于多种设备或流程形式产生的含铜废弃物。

(4)使用此技术有价元素的综合回收率高，铁及铜的回收率高达90％以上，有效避免了有价元素在分离过程中的流失。

特别地，与发明专利《一种提取铜冶炼废渣中铁的方法》(申请号200910094839.5)相比，本发明回收得到的含铜粉末铁不仅铁的品位高，而且铁的回收率也高，更重要的是回收了铜、钼、镍、钴等有色金属，铁及铜、钼、镍、钴等有色金属的回收率都＞90％。从而可以作为冶炼耐候钢的优质原料。

(5)此技术可获得冶炼耐候钢所需的大量原材料，其所冶炼的耐候钢的耐候性为普碳钢的2～8倍，涂装性为普碳钢的1.5～10倍，同时具有耐锈，使构件抗腐蚀延寿、减薄降耗、省工节能等特点。

附图说明

图1为本发明的铜炉渣直接还原工艺流程图。

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

具体实施方式

参照图1对本发明的实施例进行说明。

实施例1：

一种含铜炉渣直接还原生产含铜粉末铁的方法，含有以下标准：

步骤(1)将含铜炉渣、还原剂煤、助还原剂分别破碎至＜10mm、＜5mm、＜5mm，然后按照一定的重量比例配料后混匀；

步骤(2)如步骤(1)所述：混好的物料含铜炉渣、还原剂煤、助还原剂的重量比例为：1∶(0.15～0.45)∶(0.15～0.45)；

步骤(3)将已混好的物料装罐，在罐底及物料上方均要铺5～30mm的煤，同时对罐子加盖密封，或进行球团及压块处理，并码放到台车上；

步骤(4)将台车依次推入隧道窑中进行直接还原。

步骤(5)控制隧道窑预热段的温度约为常温～500℃，时间约为4～8h；加热段温度约为500～1200℃，时间约为3～8h；保温还原段温度约为950～1250℃，时间约为5～20h；冷却段温度约为：出窑温度～还原温度，时间约为6～18h，总周期约为18～54h；

步骤(6)台车出窑后经自然冷却，卸罐，将还原后的物料堆放在一起，通过给料机给入破碎工序；

步骤(7)当物料达到合适的粒度时，进入磨矿-磁选工序；采用阶段磨矿阶段磁选工艺流程；此时一段磨矿细度约为-200目50～70％，二段磨矿细度约为-200目70～98％，磁场强度约为100～180mT；

步骤(8)所获得的磁选精矿产品即含铜粉末铁可直接作为冶炼耐候钢的原料。

实施例2：

1、试验所用矿样取某含铜炉渣，其所含的化学成分质量百分比为：TFe 32.05％，Cu 0.72％。还原剂煤为某地烟煤。

2、工艺条件：将某含铜炉渣破碎至＜10mm，还原剂煤破碎至＜5mm，助还原剂石灰石破碎至＜2mm，同时将破碎后的含铜炉渣、煤粉及石灰石按照质量比1∶0.15∶0.2的比例混合配料，并装入还原罐，然后将还原罐码放到台车上，继而推入到隧道窑中直接还原，还原罐经预热段、加热段、保温还原段、冷却段，整个还原过程大约需要28h；出窑后的还原罐在空气下自然冷却并卸罐，然后送去磨矿磁选；磁选精矿经浓缩、过滤、烘干后，得到最终产品即含铜粉末铁，磁选尾矿即尾渣。

3、技术指标：在此工艺条件下可达到的技术指标为：含铜粉末铁品位：TFe 92.13％，Cu 2.01％，回收率：Fe93.16％，Cu 90.63％。

实施例3：

1、某地含铜炉渣的主要化学成分分析如下：TFe 26.30％，Cu0.99％，还原剂为某地褐煤。

2、工艺条件：将含铜炉渣破碎至＜5mm，还原剂煤破碎至＜3mm，助还原剂氧化钙一般为粉末状不需破碎，同时将三者按照质量比1∶0.18∶0.15的比例混合配料，然后进行压块，并推入隧道窑中直接还原，依次经过预热段、加热段、保温还原段、冷却段，整个还原过程持续大约45h，出窑后自然冷却，并经磨矿磁选、过滤、烘干得到最终的产品精矿及尾矿

3、技术指标：该含铜炉渣在该工艺条件下所得到的技术指标为：含铜粉末铁品位：TFe 90.81％，Cu 3.47％，回收率：Fe 92.53％，Cu94.19％。

实施例4：

1、含铜炉渣的主要化学成分如下：TFe 35.45％，Cu 1.43％，还原剂为某地无烟煤。

2、工艺条件：将含铜炉渣破碎至＜2mm，还原剂煤破碎至＜4mm，助还原剂碳酸钠一般为粉末状不需破碎。同时将三者按照重量比例1∶0.16∶0.13的比例混合配料，然后进行压块，并推入隧道窑中直接还原，依次经预热段、加热段、保温还原段、冷却段，整个还原过程持续大约52h，出窑后自然冷却，并经磨矿磁选、过滤、烘干得到最终的产品精矿和尾矿。

3、技术指标：该含铜炉渣在该工艺条件下所得到的技术指标为：含铜粉末铁品位：TFe 91.67％，Cu 3.82％，回收率：Fe 90.36％，Cu93.23％。

以上所有产品用途：含铜粉末铁可直接作为冶炼耐候钢的原料，实现了资源最大化的回收利用。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含铜炉渣直接还原生产含铜粉末铁的方法，其特征在于包括以下步骤：

含铜炉渣与还原剂煤、助还原剂经破碎，按比例混匀后，置于隧道窑中进行直接还原，得到的还原产物经过破碎，然后通过湿式磨矿磁选工艺进行选别，得到含铜粉末铁。

2.如权利要求1所述的一种含铜炉渣直接还原生产含铜粉末铁的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤(1)破碎物料：将含铜炉渣破碎至＜10mm，还原剂煤破碎至＜5mm，助还原剂破碎至＜5mm，并且按照重量配比配料，然后将配好的物料经过混料机混匀；

步骤(2)装罐：混匀后的物料采用装罐形式直接还原，或采用球团或压块的形式直接还原；通过装罐的形式直接还原，为防止物料在直接还原时因烧结熔融而出现粘罐现象，装罐时在还原罐底部和内壁铺设一层5～30mm厚的煤粉；同时为防止物料在高温下氧化，在混合物料的上部覆盖一层5～30mm厚的煤粉；

步骤(3)直接还原：通过装罐的形式直接还原，将已装好物料的还原罐码放到台车上，同时将已码好罐的台车依次推入隧道窑中进行直接还原；其中隧道窑内分为预热段、加热段、保温还原段、冷却段四个阶段；

步骤(4)磨矿磁选：出窑后的还原罐经自然冷却后卸罐；直接还原后的物料先给入颚式破碎机或中型圆锥破碎机或标准圆锥破碎机粗碎，粗碎产品给入振动筛分机(如圆振筛、自定中心振动筛、直线振动筛等)，筛下产品为最终破碎产品，筛上产品给入二段破碎机(如短头圆锥破碎机)，二段破碎产品返回振动筛分机，进行闭路破碎；最终破碎产品给入一段磨矿机磨矿，并采用一段分级机分级，其底流(或沉砂或返砂)返回一段磨矿机，形成闭路磨矿，其溢流进入一段磁选机磁选抛尾；一段磁选精矿进入二段分级机，其底流进入二段磨矿，溢流进入二段磁选机磁选抛尾，二段磁选精矿进入三段磁选精选，三段磁选精矿即含铜粉末铁经浓密机浓缩脱水和过滤机过滤脱水后送至烘干机烘干；

或：若采用球团或压块形式直接还原，只是将装罐步骤改为成球或压块，其他步骤相同。

3.如权利要求1或2所述的一种含铜炉渣直接还原生产含铜粉末铁的方法，其特征在于含铜炉渣为熔炼渣、转炉渣、电炉渣、工业生产中产生的含铜的泥、粉尘和含铜废弃物。

4.如权利要求1或2所述的一种含铜炉渣直接还原生产含铜粉末铁的方法，其特征在于所述的还原剂为煤的一种或多种。

5.如权利要求4所述的一种含铜炉渣直接还原生产含铜粉末铁的方法，其特征在于所述的还原剂为：焦煤、褐煤、烟煤或无烟煤中的一种或多种。

6.如权利要求1或2所述的一种含铜炉渣直接还原生产含铜粉末铁的方法，其特征在于所述的助还原剂为：氧化钙、碳酸钠、氟化钙、石灰石、方解石、白云石中的一种或多种。

7.如权利要求1或2所述的一种含铜炉渣直接还原生产含铜粉末铁的方法，其特征在于所述的助还原剂为：碱或碱土金属的氧化物或盐中的一种或多种。

8.如权利要求1或2所述的一种含铜炉渣直接还原生产含铜粉末铁的方法，其特征在于所述的含铜炉渣、还原剂、助还原剂三者的重量配比为1∶(0.15～0.45)∶(0.15～0.45)。

9.如权利要求1或2所述的一种含铜炉渣直接还原生产含铜粉末铁的方法，其特征在于所述的预热段的温度约为常温～500℃，时间为4～8h；加热段温度约为500～1250℃，时间为3～8h；保温还原段温度约为950～1250℃，时间为5～20h；冷却段温度为：出窑温度～保温还原段温度，其中出窑温度为80～400℃，时间为6～18h，总周期为18～54h。

10.如权利要求1或2中所述的一种含铜炉渣直接还原生产含铜粉末铁的方法，其特征在于一段磨矿细度为＜200目占50％～70％；二段磨矿细度为＜200目占70％～98％；磁选场强为100～300mT。

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