CN106916958B - 一种铜冶炼渣直接还原回收铁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铜冶炼渣直接还原回收铁的方法，包括下述的步骤：第一步，铜冶炼熔融渣改性：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；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，熔渣缓冷、破碎、磨矿和浮选回收铜；第三步，直接还原：浮选尾渣经造球、干燥预热后进行直接还原；第四步，磁选：还原产品经破碎、磨矿和磁选得到直接还原铁粉。本发明通过对铜冶炼熔渣的矿相重构，实现铜、铁的综合回收，通过实验证实，采用本发明方法后，磁选得到含铁量大于88%的直接还原铁粉，铁回收率大于88%。

Description

一种铜冶炼渣直接还原回收铁的方法

技术领域

本发明涉及一种铜冶炼渣直接还原回收铁的方法，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%以上的铜通过火法冶炼生产，通常生产1吨冰铜大约产生2.2吨铜渣。目前，我国每年铜冶炼渣产出量在1500万吨以上；而堆存的冶炼渣累计1.2亿吨以上。铜冶炼渣堆存不仅占用大量土地，造成严重的重金属二次污染，而且浪费铜、铁等宝贵资源。

长期以来，我国铁矿石资源严重短缺，对进口矿的依存度分别高达65%。为缓解资源短缺的局面，目前对铁矿的开采品位20%左右，但其生产成本高，环境负荷大。因此，含铁40%左右的铜冶炼渣是具有重大价值的二次资源。若能解决其铁的高效回收、清洁利用的关键科学问题，为开发出回收铜和铁的新工艺提供理论支撑，按目前全国每年铜冶炼渣产出量1500万吨计算，可同时年产铁精矿870万吨以上，年产值在50亿元以上。这将对缓解我国铁资源短缺现状，消除重金属二次污染，提高企业经济效益具有十分重大的现实意义，并且研究成果在有色金属含铁冶炼渣的综合利用方面具有广阔的推广应用前景。

而铜渣中铁的回收和利用，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，如直接还原法、磨矿-磁选、高温熔融还原和选择性析出等。其中，直接还原是处理这类复杂资源的有效手段，因此用直接还原法回收渣中铁引起了大量的关注。但是由于铜渣中铁赋存状态主要以橄榄石存在，直接还原或熔融还原等工艺要求反应温度大于1250℃以上，存在能耗高，铁回收率低，反应器选择困难等难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜冶炼渣直接还原回收铁的方法，以提高直接还原铁的品位和回收率。

本发明的技术方案为：一种铜冶炼渣直接还原回收铁的方法，包括下述的步骤：

第一步，铜冶炼熔融渣改性：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，经超声波作用使其充分混匀和熔化；

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，熔渣缓冷、破碎、磨矿和浮选回收铜；

第三步，直接还原：浮选尾渣经造球、干燥预热后进行直接还原；

第四步，磁选：还原产品经破碎、磨矿和磁选得到直接还原铁粉及磁选尾矿。

在一个具体实施方式中，第一步中经电炉贫化的铜冶炼熔融渣，在其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，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，第一步中铜渣熔化温度在1250-1350℃，第二步冷却速度控制在1-2℃/min，缓冷终点温度800~900℃。

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，第三步中还原过程按C/Fe质量比0.5-1.0添加还原煤。

在一个具体实施方式中，第三步中直接还原工艺参数为：预热温度900-1100℃，预热时间10-20min，还原温度1100-1200℃，还原时间60-100min。

在一个具体实施方式中，第四步中破碎、磨矿是将还原产品破碎、磨矿至粒度-0.074mm的占还原产品总质量的 90%以上。

在一个具体实施方式中，第四步中磁选时磁场强度为0.06-0.10T。

在一个具体实施方式中，铜渣中铁含量≥38%。

本发明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。

本发明针对铜冶炼熔渣粘度大、复合添加剂在其中难以分散、影响熔渣改性效果的问题，从铜冶炼高温熔渣入手，充分利用熔渣的热量进行冶炼渣改性，开发出利用复合添加剂的化学力、超声波及熔渣热力场协同作用的关键技术，使选铜冶炼渣中的铁橄榄石最大程度地转型为磁铁矿，提高其还原性，在后续选铜冶炼渣直接还原过程可大幅改善直接还原效率，降低直接还原温度，提高直接还原铁品位和磁选回收率，从而提高铜冶炼渣的综合回收效率。通过实验证实，采用本发明方法后，磁选得到含铁量大于88%的直接还原铁粉，铁回收率大于88%。

本发明通过对铜冶炼熔渣的矿相重构，实现铜、铁的综合回收，与现有技术相比，具有以下特点：

（1）采用复合添加剂，实现铜熔渣中铁橄榄石向磁铁矿的转型，降低渣中铁橄榄石相，提高后续的直接还原效率；

（2）本发明合理地利用超声波，强化添加剂在熔渣中的高度分散，促进其与熔渣的完全反应，加速铁橄榄石向磁铁矿的转型，提高熔渣改性效果。

附图说明

附图1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。

下述实施例中，浮选得到铜精矿后，浮选尾渣进行高压辊磨，然后加入适量水和粘结剂在圆盘造球机中制成生球，生球在链箅机上干燥预热后进行煤基回转窑直接还原后冷却，得到还原产品。

下述实施例中，浮选制度为：磨矿细度-0.045mm 90%，丁黄药200g/t，抑制剂用量3.6kg/t；高压辊磨预处理工艺参数为：物料水分8-10%，辊压压力5-15N/mm。

对比例1

对含铁39.10%的电炉贫化后的铜冶炼熔渣，在还原温度1200℃、还原时间90min、C/Fe质量比1:1及磨矿细度-0.074mm 90%、磁场强度0.08T的条件下，制备直接还原铁粉，铁品位为85.80%，铁回收率79.54%。

对比例2

对含铁39.10%的电炉贫化后的铜冶炼熔渣，在还原温度1150℃、还原时间90min、C/Fe质量比1:1及磨矿细度-0.074mm 90%、磁场强度0.08T的条件下，制备直接还原铁粉，铁品位为75.01%，铁回收率71.19%。

实施例1

对含铁39.10%的电炉贫化后的铜冶炼熔渣，在复合添加剂（生石灰45%，一氧化锰15%，四氧化三铁20%，黄铁矿10%，黄铜矿10%）用量15%（超声波场的作用下使其充分混匀和熔化），熔渣温度1250℃，冷却速度1.5℃/min，缓冷终点温度900℃的条件下所得改性渣经破碎、磨矿、浮选后，浮选尾矿造球。生球在预热温度1000℃，预热时间20 min，C/Fe质量比1，还原温度1150℃，还原时间100min。然后还原产品经破碎、磨矿细度-0.074mm 94%，磁场强度0.08T的条件下，得到直接还原铁粉铁品位88.89%，铁回收率88.72%的较好指标。

实施例2

对含铁39.10%的电炉贫化后的铜冶炼熔渣，在复合添加剂（生石灰50%，一氧化锰10%，三氧化二铁15%，黄铁矿15%，黄铜矿10%）用量20%（超声波场的作用下使其充分混匀和熔化），熔渣温度1250℃，冷却速度1.5℃/min，缓冷终点温度900℃的条件下所得改性渣经破碎、磨矿、浮选后，浮选尾矿造球。生球在预热温度1000℃，预热时间20 min，C/Fe质量比1，还原温度1150℃，还原时间100min。然后还原产品经破碎、磨矿细度-0.074mm 94%，磁场强度0.08T的条件下，得到直接还原铁粉铁品位89.98%，铁回收率92.21%的较好指标。

实施例3

对含铁39.10%的电炉贫化后的铜冶炼熔渣，在复合添加剂（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%）用量15%（超声波场的作用下使其充分混匀和熔化），熔渣温度1300℃，冷却速度1.5℃/min，缓冷终点温度900℃的条件下所得改性渣经破碎、磨矿、浮选后，浮选尾矿造球。生球在预热温度1000℃，预热时间20min，C/Fe质量比1，还原温度1200℃，还原时间70min。然后还原产品经破碎、磨矿细度-0.074mm 94%，磁场强度0.08T的条件下，得到直接还原铁粉铁品位88.42%，铁回收率88.94%的较好指标。

实施例4

对含铁39.10%的电炉贫化后的铜冶炼熔渣，在复合添加剂（生石灰50%，一氧化锰10%，四氧化三铁15%，黄铁矿15%，黄铜矿10%）用量20%（超声波场的作用下使其充分混匀和熔化），熔渣温度1300℃，冷却速度1.5℃/min，缓冷终点温度900℃的条件下所得改性渣经破碎、磨矿、浮选后，浮选尾矿造球。生球在预热温度1000℃，预热时间20 min，C/Fe质量比1，还原温度1150℃，还原时间80min。然后还原产品经破碎、磨矿细度-0.074mm 94%，磁场强度0.08T的条件下，得到直接还原铁粉铁品位89.98%，铁回收率90.04%的较好指标。

将上述实施例得到的数据可知：采用本发明的方法，直接还原获得铁精矿品位88%以上，铁回收率达到88%以上的良好指标。与对比例1相应数据比较，本发明的方法，铁回收率大幅提高10个百分点，而铁品位提高3个百分点，且还原温度下降50℃左右，与对比例2相应数据相比较，记在相同的还原时间条件下，本发明方法铁回收率大幅提高16个百分点，而铁品位提高13个百分点。

Claims (9)

1.一种铜冶炼渣直接还原回收铁的方法，其特征在于包括下述的步骤：

第一步，铜冶炼熔融渣改性：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，经超声波作用使其充分混匀和熔化；

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，熔渣缓冷、破碎、磨矿和浮选回收铜；

第三步，直接还原：浮选尾渣经造球、干燥预热后进行直接还原；

第四步，磁选：还原产品经破碎、磨矿和磁选得到直接还原铁粉及磁选尾矿；

所述铁氧化物为四氧化三铁。

2.根据权利要求1所述的铜冶炼渣直接还原回收铁的方法，其特征在于第一步中经电炉贫化的铜冶炼熔融渣，在其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所述的铜冶炼渣直接还原回收铁的方法，其特征在于第一步中铜渣熔化温度在1250-1350℃，第二步冷却速度控制在1-2℃/min，缓冷终点温度800~900℃。

4. 根据权利要求1所述的铜冶炼渣直接还原回收铁的方法，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所述的铜冶炼渣直接还原回收铁的方法，其特征在于第三步中还原过程按C/Fe质量比0.5-1.0添加还原煤。

6.根据权利要求1或5所述的铜冶炼渣直接还原回收铁的方法，其特征在于第三步中直接还原工艺参数为：预热温度900-1100℃，预热时间10-20min，还原温度1100-1200℃，还原时间60-100min。

7. 根据权利要求1所述的铜冶炼渣直接还原回收铁的方法，其特征在于第四步中破碎、磨矿是将还原产品破碎、磨矿至粒度-0.074mm的占还原产品总质量的 90%以上。

8.根据权利要求1或7所述的铜冶炼渣直接还原回收铁的方法，其特征在于第四步中磁选时磁场强度为0.06-0.10T。

9.根据权利要求1、2、4或5所述的铜冶炼渣直接还原回收铁的方法，其特征在于铜渣中铁含量≥38%。