CN106676281B - 一种铜冶炼熔融渣矿相重构综合回收铜、铁的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铜冶炼熔融渣矿相重构综合回收铜、铁的工艺，包括下述的步骤：第一步，熔渣矿相重构：在铜冶炼渣处于熔融状态下按铜渣质量的8‑20%添加复合添加剂，然后进行缓冷处理；复合添加剂由下述组分组成：生石灰40‑50%，一氧化锰10‑15%，黄铁矿10‑15%，黄铜矿5‑15%，和铁氧化物10‑20%；第二步，浮选：将第一步所得改性渣破碎、磨矿后，进行浮选处理；第三步，磁选：将第二步浮选得到的尾矿进行湿式磁选，得到铁精矿和磁选尾矿。本发明从铜冶炼高温熔渣入手，充分利用熔渣的热量进行冶炼渣矿相重构，使铁和铜分别形成易于分离的矿物并促进其晶粒长大，在成功回收铜的同时，实现铁的高效回收。
Description
技术领域
本发明涉及一种铜冶炼熔融渣矿相重构综合回收铜、铁的工艺，属于工业废渣资源化利用技术领域。
背景技术
世界上约有80%的铜是通过火法冶炼工艺生产的，其余20%用湿法冶金获得，通常生产1吨冰铜大约可以产生2.2吨的铜渣。我国97%以上的铜由火法冶炼得到，如反射炉熔炼、闪速炉熔炼、电炉熔炼和转炉熔炼等。2015年我国精炼铜产量高达796万吨，与此同时每年产出1500万吨以上铜渣，累计产出量超过了1.2亿吨。累积的铜渣不但占用大量的土地，浪费资源，而且经过长期堆积，风吹日晒，雨水淋湿，渣中有毒元素易流入水源中，造成环境的严重污染。因此，进行铜冶炼渣的综合利用已成为铜行业发展循环经济，建设“资源节约型”和“环境友好型”社会的必然要求。
铜渣的处理与综合利用，一直是困扰世界各国精炼铜生产的难题之一。科研人员为此做了大量研究，主要是提取其中的有价金属和利用铜渣生产建筑材料。目前国内外提取渣中铜方法有：选矿法，如渣桶法冷却－浮选；火法贫化法，如电炉贫化、真空贫化、反射炉贫化和熔融还原法等；湿法回收利用，如直接浸出、间接浸出和生物浸出；联合回收技术，如还原—浸出、浮选—焙烧—浸出等；而铁的回收工艺主要为直接还原、高温炭热还原、选择性析出和磁化焙烧等工艺，其目的都是回收铜渣中Cu、Fe和其它有价金属，以及尾矿作为建筑材料，如水泥、保温砖等使得铜渣得到充分利用。
由于铜渣中铁赋存状态主要以橄榄石存在，常规选矿方法无法实现铁的富集，直接还原或熔融还原等工艺均要求反应温度大于1250℃以上，存在能耗高，反应器选择困难等难题。迄今国内外仅有火法贫化法和渣桶法在回收铜方面成功获得工业应用。我国主要是渣桶法，该工艺简单，投资小，但对不同冶炼炉产出的炼铜渣适应性差，铜矿物结晶粒度及较小且不均匀，浮选指标波动大，生产过程不易控制，尤其是铁不能有效回收。另一方面，如果只考虑铁的回收，因大部分铜容易进入铁相中，导致得到的铁精矿中铜超标，严重影响后续炼铁工艺的正常进行，所以回收铁必须同时回收铜。而整体而言，我国铜冶炼渣的铜利用率不超过12%，而铁利用率不足1%。如何有效地综合回收渣中有价组分，实现铜渣资源化，是当前亟待解决的难题。
铜冶炼渣中铜的回收率低和铁难以利用的技术瓶颈在于：渣中铜、铁等矿物结晶程度低、晶粒微细及粒度分布范围宽、矿物间嵌布关系复杂，尤其是铁主要以铁橄榄石形态存在，难以分选；而且熔渣出炉时大量潜热未得到充分利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种铜冶炼熔融渣矿相重构综合回收铜、铁的工艺，在回收铜的同时提高铁回收率。
本发明的技术方案为：一种铜冶炼熔融渣矿相重构综合回收铜、铁的工艺，包括下述的步骤：
第一步，熔渣矿相重构：在铜冶炼渣处于熔融状态下按铜渣质量的8-20%添加复合添加剂，然后进行缓冷处理；
所述复合添加剂由按质量百分比计的下述组分组成：生石灰40-50%，一氧化锰10-15%，黄铁矿10-15%，黄铜矿 5-15%，和铁氧化物 10-20%，合计100%；
第二步，浮选：将第一步所得改性渣破碎、磨矿后，进行浮选处理，得到浮选铜精矿和浮选尾矿；
第三步，磁选：将第二步浮选得到的尾矿进行湿式磁选，得到铁精矿和磁选尾矿。
在一个具体实施方式中，第一步中铜冶炼熔渣经过电炉贫化后，排放至渣包的过程中，添加复合添加剂。
在一个具体实施方式中，第一步中铜渣熔化温度在1250-1350℃，冷却速度控制在1-2℃/min，缓冷终点温度800~900℃，然后浇水冷却至室温。
在一个具体实施方式中，所述铁氧化物选自四氧化三铁和三氧化二铁中至少一种。
在一个具体实施方式中，第二步中浮选制度为：磨矿细度-0.045mm 80%-90%，丁黄药100-200g/t，抑制剂用量3.0-4.0kg/t。
在一个具体实施方式中，第三步中磁选时磁场强度为0.12-0.27T。
在一个具体实施方式中，所处理的铜冶炼渣中铁含量30-42%，铜含量0.5%-1.2%。
采用本发明工艺方法，在铜渣熔融状态时添加复合添加剂进行矿相重构，利用复合添加剂中的一氧化锰能够有效降低熔渣粘度，改善熔渣的流动性，促进铜、铁矿物的迁移、聚集和晶粒长大；利用生石灰在高温过程中实现氧化钙与渣中二氧化硅的反应，有效破坏铁橄榄石物相，降低铁橄榄石形成，促进熔渣中铁橄榄石相的转型，促进磁铁矿的生成；利用黄铁矿和黄铜矿的硫化作用，捕集熔渣中的硫化铜、氧化铜颗粒，促进冰铜颗粒的硫化、聚集、发育和长大，有利于后续工序中浮选回收铜；利用铁氧化物与渣中的亚铁结合，使得渣中铁物相向磁铁矿物相富集，有效提高了磁选回收铁的效果。该复合添加剂具有铁橄榄石改性、初始晶种诱导结晶、稳定铜锍矿物的功能，从而不仅实现了铜渣中矿相重构，为后续浮选和磁选创造良好的条件，提高铜、铁回收率和品位，实现铜铁有效分离和回收。
通过实验证实，采用本发明方法后，浮选所得铜粗精矿品位大于10%，铜回收率大于71%，磁选得到含铁量大于56%的铁精粉，铁回收率大于等于60%。最终尾矿排放量将仅为只回收铜时的50%，显著减少尾矿堆存量及重金属二次污染。
综上，本发明从铜冶炼高温熔渣入手，充分利用熔渣的热量进行冶炼渣矿相重构，节省能耗、缩短流程，使铁和铜分别形成易于分离的矿物并促进其晶粒长大，在成功回收铜的同时，实现铁的高效回收。与现有技术相比，具有以下特点：
（1）采用复合添加剂，实现铜熔渣中硫化铜、磁铁矿晶粒的有效聚集和长大；
（2）利用物理选矿方法（浮选和磁选），生产出用于炼铜的铜粗精矿，和炼铁的铁精矿，且铜渣熔融状态的潜能得到进一步利用，有效回收了资源，节约能源，降低能耗。
附图说明
附图1为为本发明的流程图。
具体实施方式
本发明的复合添加剂采用下述的制备方法：将生石灰、一氧化锰、黄铁矿、黄铜矿和铁氧化物烘干后，然后按所述质量配比进行称量、混匀，即得到复合添加剂。
在下述实施例中，破碎、磨矿是将改性渣粗破碎至-5mm，再经高压辊磨破碎至-1mm，然后球磨机中磨细。
对比例1
对铜冶炼电炉贫化渣中铁品位39.10%，铜品位0.83%，不添加任何添加剂，采用熔渣缓冷-浮选-磁选工艺处理，获得铁精矿品位54.46%，铁回收率30.98%；铜粗精矿品位6.76%，铜回收率73.29%。
实施例1
经电炉贫化后的铜冶炼渣中铁品位39.10%，铜品位0.83%，按铜冶炼渣质量的20%添加复合添加剂（生石灰45%，一氧化锰15%，四氧化三铁20%，黄铁矿10%，黄铜矿10%）进行熔渣改性，改性渣经过缓冷、破碎、磨矿后，浮选得到铜粗精矿和浮选尾渣，浮选尾渣经过湿式磁选，得到铁精矿和磁选尾矿。在温度1250℃，冷却速度1.5℃/min，冷却终点温度900℃的条件下进行改性，改性渣在浮选铜条件：磨矿细度-0.045mm90.2%；丁黄药200g/t；抑制剂用量3.6kg/t；磁选强度0.17T的条件下，获得铜粗精矿品位11.04%，铜回收率71.45%，铁品位56.88%的铁精矿，铁回收率63.52%。
实施例2
经电炉贫化后的铜冶炼渣中铁品位39.10%，铜品位0.83%，按铜冶炼渣质量的18%添加复合添加剂（生石灰50%，一氧化锰10%，三氧化二铁15%，黄铁矿15%，黄铜矿10%）进行熔渣改性，改性渣经过缓冷、破碎、磨矿后，浮选得到铜粗精矿和浮选尾渣，浮选尾渣经过湿式磁选，得到铁精矿和磁选尾矿。在熔融温度1250℃，冷却速度1.5℃/min，冷却终点温度900℃的条件下进行改性，改性渣在浮选铜条件：磨矿细度-0.045mm90%；丁黄药200g/t；抑制剂用量3.0kg/t；磁选强度0.17T的条件下，获得铜粗精矿品位10.01%，铜回收率76.71%，铁品位57.19%的铁精矿，铁回收率64.52%。
实施例3
经电炉贫化后的铜冶炼渣中铁品位39.10%，铜品位0.83%，按铜冶炼渣质量的20%添加复合添加剂（生石灰40%，一氧化锰15%，四氧化三铁和三氧化二铁15%，黄铁矿15%，黄铜矿15%）进行熔渣改性，改性渣经过缓冷、破碎、磨矿后，浮选得到铜粗精矿和浮选尾渣，浮选尾渣经过湿式磁选，得到铁精矿和磁选尾矿。在熔融温度1350℃，冷却速度1℃/min，冷却终点温度900℃的条件下进行改性，改性渣在浮选铜条件：磨矿细度-0.045mm90%；丁黄药200g/t；抑制剂用量3.0kg/t；磁选强度0.17T的条件下，获得铜粗精矿品位10.68%，铜回收率73.57%，铁品位56.74%的铁精矿，铁回收率64.29%。
实施例4
经电炉贫化后的铜冶炼渣中铁品位39.10%，铜品位0.83%，按铜冶炼渣质量的15%添加复合添加剂（生石灰45%，一氧化锰15%，三氧化二铁20%，黄铁矿10%，黄铜矿10%）进行熔渣改性，改性渣经过缓冷、破碎、磨矿后，浮选得到铜粗精矿和浮选尾渣，浮选尾渣经过湿式磁选，得到铁精矿和磁选尾矿。在熔融温度1300℃，冷却速度1.5℃/min，冷却终点温度900℃的条件下进行改性，改性渣在浮选铜条件：磨矿细度-0.045mm90%；丁黄药200g/t；抑制剂用量1.5kg/t；；磁选强度0.20T的条件下，获得铜粗精矿品位10.34%，铜回收率74.65%，铁品位56.88%的铁精矿，铁回收率65.67%。
对比例2
对铜冶炼电炉贫化渣中铁品位40.21%，铜品位0.60%，不添加任何添加剂，采用熔渣缓冷-浮选-磁选工艺处理，获得铁精矿品位54.32%，铁回收率32.20%；铜精矿品位18.8%，铜回收率66.41%。
实施例5
经电炉贫化后的铜冶炼渣中铁品位40.21%，铜品位0.60%，按铜冶炼渣质量的20%添加复合添加剂（生石灰50%，一氧化锰10%，四氧化三铁15%，黄铁矿15%，黄铜矿10%）进行熔渣改性，改性渣经过缓冷、破碎、磨矿后，浮选得到铜粗精矿和浮选尾渣，浮选尾渣经过湿式磁选，得到铁精矿和磁选尾矿。在熔渣温度1250℃，冷却速度1.5℃/min，冷却终点温度900℃的条件下进行改性，改性渣在浮选铜条件：磨矿细度-0.045mm90%；丁黄药200g/t；抑制剂用量3.6kg/t；；磁选强度0.17的条件下，获得铜精矿品位21.60%，铜回收率63.80%，铁品位56.40%的铁精矿，铁回收率62.10%。
采用本发明方法得到的磁选尾矿富含硅、钙，含少量铁，是良好的水泥生产原料，经过过滤、烘干后送水泥厂制备水泥。
由上述实施例得到的数据可知：采用本发明的复合添加剂应用在铜冶炼熔融渣矿相重构综合回收铜、铁的工艺，获得铁精矿品位大于56%，铁回收率达到60%以上的良好指标，同时铜粗精矿铜品位大于10%，铜回收率大于71%。与对比例1、2相应数据比较，本发明的复合添加剂应用在铜冶炼熔融渣矿相重构-浮选回收铜-磁选回收铁工艺中，铁精矿品位提高4-5个百分点，铁回收率大幅提高30个百分点，而铜的回收基本不受影响。实现了铜冶炼电炉贫化渣中铁和铜的有效分选和综合回收。
Claims (6)
1.一种铜冶炼熔融渣矿相重构综合回收铜、铁的工艺，其特征在于包括下述的步骤：
第一步，熔渣矿相重构：在铜冶炼渣处于熔融状态下按铜渣质量的8-20%添加复合添加剂，然后进行缓冷处理；
所述复合添加剂由按质量百分比计的下述组分组成：生石灰40-50%，一氧化锰10-15%，黄铁矿10-15%，黄铜矿 5-15%，和铁氧化物 10-20%，合计100%；
第二步，浮选：将第一步所得改性渣破碎、磨矿后，进行浮选处理，得到浮选铜精矿和浮选尾矿；
第三步，磁选：将第二步浮选得到的尾矿进行湿式磁选，得到铁精矿和磁选尾矿；
所述铁氧化物选自四氧化三铁和三氧化二铁中至少一种。
2.根据权利要求1所述的铜冶炼熔融渣矿相重构综合回收铜、铁的工艺，其特征在于第一步中铜冶炼熔渣经过电炉贫化后，排放至渣包的过程中，添加复合添加剂。
3.根据权利要求1或2所述的铜冶炼熔融渣矿相重构综合回收铜、铁的工艺，其特征在于第一步中铜渣熔化温度在1250-1350℃，冷却速度控制在1-2℃/min，缓冷终点温度800~900℃，然后浇水冷却至室温。
4.根据权利要求1所述的铜冶炼熔融渣矿相重构综合回收铜、铁的工艺，其特征在于第二步中浮选制度为：磨矿细度-0.045mm 80%-90%，丁黄药100-200g/t，抑制剂用量3.0-4.0kg/t。
5.根据权利要求1所述的铜冶炼熔融渣矿相重构综合回收铜、铁的工艺，其特征在于第三步中磁选时磁场强度为0.12-0.27T。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的铜冶炼熔融渣矿相重构综合回收铜、铁的工艺，其特征在于所处理的铜冶炼渣中铁含量30-42%，铜含量0.5-1.2%。
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