CN105671318B - 处理含铜铁粉的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开处理含铜铁粉的方法和系统，其中，处理含铜铁粉的方法包括：使含铜铁粉和一氧化碳在气化合成反应装置内发生反应，以便得到气态五羰基铁和含有硫化亚铜的固态渣；将所述气化合成反应装置进行减压冷却，使所述气态五羰基铁转化为液态五羰基铁，以便得到固液混合物；将所述固液混合物进行固液分离，以便分别得到液态五羰基铁和固态尾渣；将所述液态五羰基铁在热解炉内进行气化和分解，以便得到金属铁粉；以及将所述固态尾渣进行细磨和浮选处理，以便得到铜精矿和尾矿。由此采用该方法在充分利用原料中的硫元素的同时，实现了铜、铁的高效分离，从而得到高纯度和高附加值的铁产品，以及铜含量30％以上的铜精矿，适用性良好，经济效益显著。

Description

处理含铜铁粉的方法和系统
技术领域
本发明属于冶金行业技术领域，特别涉及一种处理含铜铁粉的方法和系统。
背景技术
含铜铁粉广义上是指含一定量铜元素的颗粒状铁产品，该类铁产品经压块后可作为电炉炼钢或特种钢(主要是耐候钢)的原料，但作为电炉炼钢原料时，由于铜为杂质元素，因而只能作为配料原料使用，或折价进行销售；作为耐候钢原料时，由于受到市场需求的限制，产品优势也不明显。
该类铁产品采用常规方法很难实现铜、铁的高效分离，因而铁产品品质低、产品价值受限。在现有技术中，仅对钢水的脱铜技术进行过大量的研究。但到目前为止，还没有一种令人满意的实用的脱铜技术。这些方法大都因对铜的脱除能力低下或是条件太苛刻而无法进一步发展。如采用熔化分离时，只适用于处理含大量暴露铜的小块废钢；采用气化分离法，则由于工艺环节多、气体污染环境等问题难以大规模推广；采用真空分离法，则仅适用于钢水脱铜，但存在铁损失大、脱除速度慢等问题，因而难以大规模工业应用。若能实现该类铁产品的综合利用，不仅会创造更大的经济效益，更会为同类产品的综合利用提供新的可选方案。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有高效分离含铜铁粉而得到高纯度和高附加值的铁产品和铜产品、具有显著经济效益的处理含铜铁粉的方法和系统。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种处理含铜铁粉的方法，该方法包括：使含铜铁粉和一氧化碳在气化合成反应装置内发生反应，以便得到气态五羰基铁和含有硫化亚铜的固态渣；将所述合成气反应装置进行减压冷却，使所述气态五羰基铁转化为液态五羰基铁，以便得到固液混合物；将所述固液混合物进行固液分离，以便分别得到液态五羰基铁和固态尾渣；将所述液态五羰基铁在热解炉内进行气化和分解，以便得到金属铁粉；以及将所述固态尾渣进行细磨和浮选处理，以便得到铜精矿和尾矿。
由此采用该方法采用羰基合成、低压分解和浮选分离等工艺相结合，实现了含铜铁粉的铜、铁分离，得到高纯度和高附加值的铁产品(其TFe品位97％以上)，产生高附加值产品羰基铁粉和含铜精矿，经济效益显著，为含铜铁粉的综合利用提供了可选方案。
另外，根据本发明上述实施例的处理含铜铁粉的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，在所述气化合成反应装置内发生的反应包括：所述含铜铁粉中的铁与一氧化碳发生反应，生成气态五羰基铁；所述含铜铁粉中的硫与一氧化碳发生反应，生成羰基硫；所述羰基硫与所述含铜铁粉中的铜发生反应，生成硫化亚铜。由此羰基硫与金属铜的反应有利于促进铜、铁的分离，从而得到高纯度、高附加值的铁产品(其TFe品位97％以上)以及铜精矿和尾矿等。
在本发明的一些实施例中，使含铜铁粉和一氧化碳在气化合成反应装置内发生反应的温度为180～220摄氏度，压力为10～15MPa。由此采用该温度条件和压力条件有利于促进含铜铁粉和一氧化碳的氧化还原反应，生成气态五羰基铁和含有硫化亚铜的固态渣，实现铜、铁的初步分离。
在本发明的一些实施例中，所述气化和分解是在250～300摄氏度、常压以及氨气气氛下进行的。由此液态五羰基铁在热解炉内经气化后，在250～300摄氏度、常压、通入氨气保护气氛的条件下，气态五羰基铁开始分解，最终生成高品位羰基铁粉，其在热解炉内发生的反应式为：
Fe(CO)5＝Fe+5CO
在本发明的一些实施例中，所述细磨是将所述固态尾渣磨至平均粒径不大于0.045毫米。由此将所述固态尾渣磨至平均粒径不大于0.045毫米便于后续浮选分离。
在本发明的一些实施例中，所述含铜铁粉为铜渣和/或镍渣经过直接还原和磨矿磁选处理产生的。由此经“铜渣/或镍渣—造球—烘干—转底炉直接还原—磨矿磁选”后得到的含铜铁粉解决了铁粉品质差、价格低等问题，扩大了适用性。
在本发明的一些实施例中，所述含铜铁粉中铁含量低至88重量％，铜含量为0.2～1重量％，所述含铜铁粉中粒度不大于0.074毫米的颗粒占60重量％以上。由此有利于实现含铜铁粉中铁、铜元素的综合利用，生产出高品位羰基铁粉和铜精矿，扩大了适用范围。
根据本发明的另一方面，本发明还提出了一种处理含铜铁粉的系统，所述系统适于实施前面所述的方法，所述系统包括：
气化合成反应装置，所述气化合成装置具有进料口、出料口、一氧化碳入口、加热组件和加压组件；
固液分离装置，所述固液分离装置具有进料口、液体出口和固体出口，所述进料口与所述气化合成反应装置相连；
热解炉，所述热解炉与所述固液分离装置的液体出口相连；
磨矿机，所述磨矿机与所述固液分离装置的固体出口相连；以及
浮选机，所述浮选机与所述磨矿机相连。
由此采用该系统及其装置实现了羰基合成、低压分解和浮选分离等工艺，有利于含铜铁粉的铜、铁分离，得到高纯度和高附加值的铁产品(其TFe品位97％以上)和铜含量30％以上的铜精矿，经济效益显著。
在本发明的一些实施例中，所述气化合成反应装置与处理铜渣和/或镍渣的系统相连。由于经“铜渣/或镍渣—造球—烘干—转底炉直接还原—磨矿磁选”后得到的含铜铁粉品质差、价格低。采用本发明上述实施例的系统可以有效地解决上述问题，进而体现该系统的适用性。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的处理含铜铁粉的方法的流程图。
图2是根据本发明一个实施例的处理含铜铁粉的系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种处理含铜铁粉的方法。
下面参考图1描述本发明具体实施例的处理含铜铁粉的方法，该方法包括：使含铜铁粉和一氧化碳在气化合成反应装置内发生反应，以便得到气态五羰基铁和含有硫化亚铜的固态渣；将所述气化合成反应装置进行减压冷却，使所述气态五羰基铁转化为液态五羰基铁，以便得到固液混合物；将所述固液混合物进行固液分离，以便分别得到液态五羰基铁和固态尾渣；将所述液态五羰基铁在热解炉内进行气化和分解，以便得到金属铁粉；以及将所述固态尾渣进行细磨和浮选处理，以便得到铜精矿和尾矿。
由此该方法以含铜铁粉为原料，且无需预处理(如细磨、活化、还原等)，在上述气化合成反应装置内采用气化合成—低压分解的方法充分利用原料中的硫元素的同时，实现了铜、铁的高效分离，从而得到高纯度和高附加值的铁产品(其TFe品位97％以上)，解决了含铜铁粉产品品质低(铜为杂质)、市场需求有限、价格较低等问题。同时综合利用含铜铁粉中的铁、铜元素，产生高附加值产品羰基铁粉和含铜精矿，经济效益显著，为含铜铁粉的综合利用提供了可选方案。
根据本发明的具体实施例，上述气化合成反应装置内发生的反应包括：上述含铜铁粉中的铁与一氧化碳发生反应，生成气态五羰基铁；上述含铜铁粉中的硫与一氧化碳发生反应，生成羰基硫；上述羰基硫与所述含铜铁粉中的铜发生反应，生成硫化亚铜。具体反应方程式为：
Fe+5CO＝Fe(CO)5
同时，铁粉中的硫还会与CO反应生成羰基硫(COS)，而COS与金属铜的反应则进一步促进了铜、铁的分离，其具体反应如下：
COS+2Cu＝Cu2S+CO
根据本发明的具体实施例，上述含铜铁粉为铜渣和/或镍渣经过直接还原和磨矿磁选处理产生的。由于经“铜渣/或镍渣—造球—烘干—转底炉直接还原—磨矿磁选”后得到的含铜铁粉品质差、价格低。采用本发明上述实施例的方法可以有效地解决上述问题，进而体现该方法的适用性。
根据本发明的具体实施例，上述含铜铁粉中铁含量低至88重量％，铜含量为0.2～1重量％，所述含铜铁粉中粒度不大于0.074毫米的颗粒占60重量％以上。由此有利于实现含铜铁粉中铁、铜元素的综合利用，生产出高品位羰基铁粉和铜精矿，扩大了适用范围。
根据本发明的具体实施例，上述使含铜铁粉和一氧化碳在气化合成反应装置内发生反应的温度为180～220摄氏度，压力为10～15MPa。由此在温度为180～220摄氏度，压力为10～15MPa条件下有利于促进含铜铁粉和一氧化碳氧化还原反应，生成气态五羰基铁和含有硫化亚铜的固态渣，进一步促进铜、铁的高效分离。
根据本发明的具体实施例，上述气化和分解是在250～300摄氏度、常压以及氨气气氛下进行的。由此液态五羰基铁在热解炉内经气化后，在250～300摄氏度、常压、通入氨气保护气氛的条件下，气态五羰基铁开始分解，最终生成高品位羰基铁粉，其在热解炉内发生的反应式为：
Fe(CO)5＝Fe+5CO
由此通过采用气化合成—低压分解的方法，在充分利用原料中的硫元素的同时，实现了铜、铁的高效分离，从而得到高纯度和高附加值的铁产品(其TFe品位97％以上)。
根据本发明的具体实施例，上述细磨是将所述固态尾渣磨至平均粒径不大于0.045毫米。由此将上述固态尾渣磨至平均粒径不大于0.045毫米便于后续浮选分离，得到高品位的铜精矿和尾矿，提高经济效益。
根据本发明的另一个方面，本发明还提出了一种处理含铜铁粉的系统，该系统适于实施前面所述的处理含铜铁粉的方法。
下面参考图2详细描述本发明具体实施例的处理含铜铁粉的系统。根据本发明的具体实施例，该系统包括：气化合成反应装置10、固液分离装置20、热解炉30、磨矿机40和浮选机50。
其中，气化合成装置具有进料口11、出料口12、一氧化碳入口13、加热组件13和加压组件14；固液分离装置20具有进料口21、液体出口22和固体出口23，进料口21与气化合成反应装置10相连；热解炉30与固液分离装置20的液体出口22相连；磨矿机40与固液分离装置20的固体出口23相连；以及浮选机50与磨矿机40相连。
由此采用该系统及其装置实现了羰基合成、低压分解和浮选分离等工艺，有利于含铜铁粉的铜、铁分离，得到高纯度和高附加值的铁产品(其TFe品位97％以上)和铜含量30％以上的铜精矿，经济效益显著。
根据本发明的具体实施例，上述气化合成反应装置10与处理铜渣和/或镍渣的系统相连。由此本发明上述实施例的处理含铜有铁粉的系统可以适于处理铜渣和/或镍渣经过直接还原和磨矿磁选处理产生的含铜有铁粉。由于经“铜渣/或镍渣—造球—烘干—转底炉直接还原—磨矿磁选”后得到的含铜铁粉品质差、价格低。采用本发明上述实施例的系统可以有效地解决上述问题，进而体现该系统的适用性。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
[1]将经“铜渣—造球—烘干—转底炉直接还原—磨矿磁选”后得到的含铜铁粉进行处理，其TFe品位为88％、Cu含量为1％、S含量为0.4％，其粒度为-0.074mm占60％。
[2]将含铜铁粉送入反应釜内，再将经加压后的CO导入反应釜内，使反应釜内的压力为15MPa，同时对反应釜加热，使反应釜内的温度达到180℃，使得含铜铁粉发生合成反应，生成气态五羰基铁，同时铁粉中的硫逐渐生成羰基硫，并与部分铜反应生成Cu2S，进一步促进铜、铁分离，具体反应方程式为：
Fe+5CO＝Fe(CO)5
同时，铁粉中的硫还会与CO反应生成羰基硫，而COS与金属铜的反应则进一步促进了铜、铁的分离。其具体反应如下：
COS+2Cu＝Cu2S+CO
[3]将反应釜内的压力逐渐减小，经减压冷却后得到液态五羰基铁和固态渣，再经固液分离后得到两种产品，五羰基铁进入到热解炉内热解，固态渣则进入球磨机内细。
[4]液态五羰基铁在热解炉内经气化后，在250℃、常压、通入NH3保护气氛的条件下，气态五羰基铁开始分解，最终生成羰基铁粉，其TFe品位在97.5％以上；在热解炉内发生的反应式为：
Fe(CO)5＝Fe+5CO
[5]固液分离后得到的固态尾渣送入球磨机内进行磨矿，经分级筛分后，全部细磨至-0.045mm以下。
[6]经细磨后的固态尾渣经浮选分离后，即可得到铜品位40％以上的铜精矿(少量Cu2S和金属铜)和尾矿，该铜精矿可作为铜冶炼原料使用。
实施例2
[1]将经“镍渣—造球—烘干—转底炉直接还原—磨矿磁选”后得到的含铜铁粉进行处理，其TFe品位为92％、Cu含量为0.5％、S含量为0.3％，其粒度为-0.074mm占80％。
[2]将含铜铁粉送入反应釜内，再将经加压后的CO导入反应釜内，使反应釜内的压力为12MPa，同时对反应釜加热，使反应釜内的温度达到200℃，使得含铜铁粉发生合成反应，生成气态五羰基铁，同时铁粉中的硫逐渐生成羰基硫，并与部分铜反应生成Cu2S，进一步促进铜、铁分离，具体反应方程式为：
Fe+5CO＝Fe(CO)5
同时，铁粉中的硫还会与CO反应生成羰基硫，而COS与金属铜的反应则进一步促进了铜、铁的分离。其具体反应如下：
COS+2Cu＝Cu2S+CO。
[3]将反应釜内的压力逐渐减小，经减压冷却后得到液态五羰基铁和固态渣，再经固液分离后得到两种产品，五羰基铁进入到热解炉内热解，固态渣则进入球磨机内细。
[4]液态五羰基铁在热解炉内经气化后，在280℃、常压、通入NH3保护气氛的条件下，气态五羰基铁开始分解，最终生成羰基铁粉，其TFe品位在98％以上；在热解炉内发生的反应式为：
Fe(CO)5＝Fe+5CO。
[5]固液分离后得到的固态尾渣送入球磨机内进行磨矿，经分级筛分后，全部细磨至-0.045mm以下。
[6]经细磨后的固态尾渣经浮选分离后，即可得到铜品位35％以上的铜精矿(少量Cu2S和金属铜)和尾矿，该铜精矿可作为铜冶炼原料使用。
实施例3
[1]将经“铜渣—原料处理—回转窑直接还原—磨矿磁选”后得到的含铜铁粉进行处理，其TFe品位为94％、Cu含量为0.2％、S含量为0.1％，其粒度为-0.074mm占90％。
[2]将含铜铁粉送入反应釜内，再将经加压后的CO导入反应釜内，使反应釜内的压力为10MPa，同时对反应釜加热，使反应釜内的温度达到220℃，使得含铜铁粉发生合成反应，生成气态五羰基铁，同时铁粉中的硫逐渐生成羰基硫，并与部分铜反应生成Cu2S，进一步促进铜、铁分离，具体反应方程式为：
Fe+5CO＝Fe(CO)5
同时，铁粉中的硫还会与CO反应生成羰基硫，而COS与金属铜的反应则进一步促进了铜、铁的分离。其具体反应如下：
COS+2Cu＝Cu2S+CO。
[3]将反应釜内的压力逐渐减小，经减压冷却后得到液态五羰基铁和固态渣，再经固液分离后得到两种产品，五羰基铁进入到热解炉内热解，固态渣则进入球磨机内细。
[4]液态五羰基铁在热解炉内经气化后，在300℃、常压、通入NH3保护气氛的条件下，气态五羰基铁开始分解，最终生成羰基铁粉，其TFe品位在98.5％以上；在热解炉内发生的反应式为：
Fe(CO)5＝Fe+5CO。
[5]固液分离后得到的固态尾渣送入球磨机内进行磨矿，经分级筛分后，全部细磨至-0.045mm以下。
[6]经细磨后的固态尾渣经浮选分离后，即可得到铜品位30％以上的铜精矿(少量Cu2S和金属铜)和尾矿，该铜精矿可作为铜冶炼原料使用。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种处理含铜铁粉的方法，其特征在于，包括：
使含铜铁粉和一氧化碳在气化合成反应装置内发生反应，以便得到气态五羰基铁和含有硫化亚铜的固态渣；
将所述气化合成反应装置进行减压冷却，使所述气态五羰基铁转化为液态五羰基铁，以便得到固液混合物；
将所述固液混合物进行固液分离，以便分别得到液态五羰基铁和固态尾渣；
将所述液态五羰基铁在热解炉内进行气化和分解，以便得到金属铁粉；以及
将所述固态尾渣进行细磨和浮选处理，以便得到铜精矿和尾矿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述气化合成反应装置内发生的反应包括：
所述含铜铁粉中的铁与一氧化碳发生反应，生成气态五羰基铁；
所述含铜铁粉中的硫与一氧化碳发生反应，生成羰基硫；
所述羰基硫与所述含铜铁粉中的铜发生反应，生成硫化亚铜。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使含铜铁粉和一氧化碳在气化合成反应装置内发生反应的温度为180～220摄氏度，压力为10～15MPa。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气化和分解是在250～300摄氏度、常压以及氨气气氛下进行的。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述细磨是将所述固态尾渣磨至平均粒径不大于0.045毫米。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含铜铁粉为铜渣和/或镍渣经过直接还原和磨矿磁选处理产生的。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含铜铁粉中铁含量低至88重量％，铜含量为0.2～1重量％，所述含铜铁粉中粒度不大于0.074毫米的颗粒占60重量％以上。
8.一种处理含铜铁粉的系统，所述系统适于实施权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，所述系统包括：
气化合成反应装置，所述气化合成装置具有进料口、出料口、一氧化碳入口、加热组件和加压组件；
固液分离装置，所述固液分离装置具有进料口、液体出口和固体出口，所述进料口与所述气化合成反应装置相连；
热解炉，所述热解炉与所述固液分离装置的液体出口相连；
磨矿机，所述磨矿机与所述固液分离装置的固体出口相连；以及
浮选机，所述浮选机与所述磨矿机相连。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述气化合成反应装置与处理铜渣和/或镍渣的系统相连。
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