CN107022684A - 处理冶金渣的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了处理冶金渣的系统和方法，该系统包括：混合装置，具有冶金渣入口、还原剂入口、添加剂入口和混合物料出口；还原‑熔分装置，具有混合物料入口、含铜铁水出口和熔分渣出口；雾化制粒装置，具有含铜铁水入口和含铜细铁粒出口；氨浸装置，具有含铜细铁粒入口、氨水入口、二氧化碳入口、铁粉出口和含铜氨浸液出口；蒸氨装置，具有含铜氨浸液入口、空气入口、二氧化碳出口、氨气出口和氧化铜出口。该系统通过将含有冶金渣和还原剂的混合物料直接还原‑熔分得到含铜铁水，再将含铜铁水通过雾化制粒和氨浸实现的铜、铁分离，并采用蒸氨法将铜进行回收，使得铜的回收率不小于98.5％，铁粉中TFe的含量不低于95.5wt％，Cu的含量不大于0.05wt％。

Description

处理冶金渣的系统和方法
技术领域
本发明属于湿法冶金领域，具体而言，本发明涉及处理冶金渣的系统和方法。
背景技术
铜渣和镍渣是炼铜和炼镍过程中产生的渣，冶炼1吨精铜的同时会产生2.2吨铜渣，我国炼铜炉渣产量大，年产150万吨左右。采用闪速炉熔炼法生产1吨镍约排出6～16吨镍渣，仅金川集团每年就要排放近80万吨镍渣，年利用约10万吨，其余堆积在公司的渣场，累计堆存量已达1000万吨。铜渣和镍渣的大量堆积会带来严重的水体污染和土壤污染，因而加强铜渣和镍渣的综合利用非常重要。铜渣和镍渣的成分接近，主要成分均为铁氧化物和二氧化硅，主要物相是铁橄榄石以及少量磁铁矿。目前对铜渣和镍渣的利用研究主要集中在提取铜渣中的有价金属铜、钴、锌、铁，采用的方法有选矿法、火法冶炼、湿法冶炼等技术手段，其中，直接还原是目前最有前景的处理铜渣和镍渣的火法冶炼方法。
含铜铁水是铜渣或镍渣经过直接还原-熔分工艺得到的含铁产品，该类铁产品可作为电炉炼钢或特种钢(主要是耐候钢，含铜0.2～0.8wt％)的原料，但作为电炉炼钢原料时，由于铜为杂质元素，以优质碳素钢为例，一般要求铜含量低于0.25wt％，因而这种含铜铁水只能作为配料或折价进行销售。且作为耐候钢原料时，由于受到市场需求的限制，产品优势也不明显。
对于含铜铁水采用常规方法很难实现铜、铁的高效分离，导致铁产品品质低、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。如采用熔化分离法时，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，且存在铁损失大、脱除速度慢等问题，因而难以大规模工业应用。
因此，现有处理铜渣和镍渣这两种冶金渣的技术有待进一步改进。
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处理冶金渣的系统和方法。该系统通过将含有冶金渣和还原剂的混合物料直接还原-熔分得到含铜铁水，再将含铜铁水通过雾化制粒和氨浸实现的铜、铁分离，并采用蒸氨法将铜进行回收，使得铜的回收率不小于98.5％，铁粉中TFe的含量不低于95.5wt％，Cu的含量不大于0.05wt％。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理冶金渣的系统，所述冶金渣包括铜渣和镍渣中的至少一种，根据本发明的实施例，该系统包括：
混合装置，所述混合装置具有冶金渣入口、还原剂入口、添加剂入口和混合物料出口；
还原-熔分装置，所述还原-熔分装置具有混合物料入口、含铜铁水出口和熔分渣出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连；
雾化制粒装置，所述雾化制粒装置具有含铜铁水入口和含铜细铁粒出口，所述含铜铁水入口与所述含铜铁水出口相连；
氨浸装置，所述氨浸装置具有含铜细铁粒入口、氨水入口、二氧化碳入口、铁粉出口和含铜氨浸液出口，所述含铜细铁粒入口与所述含铜细铁粒出口相连；
蒸氨装置，所述蒸氨装置具有含铜氨浸液入口、空气入口、二氧化碳出口、氨气出口和氧化铜出口，所述含铜氨浸液入口与所述含铜氨浸液出口相连，所述二氧化碳出口与所述二氧化碳入口相连。
根据本发明实施例的处理含铜铁水的系统，通过将含有冶金渣和还原剂的混合物料直接进行还原-熔分处理，可将冶金渣中的铁还原为金属铁，且经熔分过后，含铜铁水与熔分渣分离开；通过将含铜铁水经雾化制粒为含铜细铁粒，可显著增加含铜细铁粒的表面积，有利于提高后续氨浸处理和蒸氨处理的效率，提高铜的溶解速率，同时节约能耗；采用氨水和二氧化碳对上述含铜细铁粒进行处理，因氨水溶液在有二氧化碳(或碳酸铵)存在时能溶解铜氧化物和金属铜，得到含有碳酸铵亚铜的含铜氨浸液，而铁仍以金属铁形式存在，从而可以去除铁粉中的铜；而碳酸铵亚铜在有空气存在时可被氧化，生成铜的碳酸铵盐，而碳酸铵盐又可进一步溶解金属铜，如此，可将含铜细铁粒中的铜溶解充分，经蒸氨处理后，碳酸铵亚铜与氧气发生反应，生成氧化铜、氨气和二氧化碳，从而实现铜的回收利用，而且产生的氨气和二氧化碳可回用于氨浸装置，有利于降低整个系统的原材料成本。由此，采用该系统通过将含有冶金渣和还原剂的混合物料直接还原-熔分得到含铜铁水，再将含铜铁水通过雾化制粒和氨浸实现的铜、铁分离，并采用蒸氨法将铜进行回收，使得铜的回收率不小于98.5％，铁粉中TFe的含量不低于95.5wt％，Cu的含量不大于0.05wt％。
另外，根据本发明上述实施例的处理冶金渣的系统，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，上述处理冶金渣的系统进一步包括：水吸收装置，所述水吸收装置具有氨气入口和氨水出口，所述氨气入口与所述氨气出口相连，所述氨水出口与所述氨水入口相连。由此，将蒸氨装置所得的氨气回收利用，降低系统的原材料成本，提高系统的经济性。
在本发明的一些实施例中，所述氨浸装置为搅拌浸出槽。由此，有利于提高含铜细铁粒中铜的溶解速率。
在本发明的一些实施例中，所述蒸氨装置为蒸馏塔。由此，有利于提高蒸氨处理的效率，同时回收氨气和二氧化碳。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种采用上述处理冶金渣的系统处理冶金渣的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：
(1)将所述冶金渣、还原剂和添加剂供给至所述混合装置中进行混合，以便得到混合物料；
(2)将所述混合物料供给至所述还原-熔分装置中进行还原-熔分处理，以便得到含铜铁水和熔分渣；
(3)将所述含铜铁水供给至所述雾化制粒装置中进行雾化制粒，以便得到含铜细铁粒；
(4)将所述含铜细铁粒、氨水和二氧化碳供给至所述氨浸装置中进行氨浸处理，以便得到铁粉和含铜氨浸液；
(5)将所述含铜氨浸液和空气供给至所述蒸氨装置中进行蒸氨处理，以便得到二氧化碳、氨气和氧化铜，并将所述二氧化碳返回步骤(4)中的所述氨浸装置。
根据本发明实施例的处理含铜铁水的方法，通过将含有冶金渣和还原剂的混合物料直接进行还原-熔分处理，可将冶金渣中的铁还原为金属铁，且经熔分过后，含铜铁水与熔分渣分离开；通过将含铜铁水经雾化制粒为含铜细铁粒，可显著增加含铜细铁粒的表面积，有利于提高后续氨浸处理和蒸氨处理的效率，提高铜的溶解速率，同时节约能耗；采用氨水和二氧化碳对上述含铜细铁粒进行处理，因氨水溶液在有二氧化碳(或碳酸铵)存在时能溶解铜氧化物和金属铜，得到含有碳酸铵亚铜的含铜氨浸液，而铁仍以金属铁形式存在，从而可以去除铁粉中的铜；而碳酸铵亚铜在有空气存在时可被氧化，生成铜的碳酸铵盐，而碳酸铵盐又可进一步溶解金属铜，如此，可将含铜细铁粒中的铜溶解充分，经蒸氨处理后，碳酸铵亚铜与氧气发生反应，生成氧化铜、氨气和二氧化碳，从而实现铜的回收利用，而且产生的氨气和二氧化碳可回用于氨浸装置，有利于降低整个工艺的原材料成本。由此，该方法通过将含有冶金渣和还原剂的混合物料直接还原-熔分得到含铜铁水，再将含铜铁水通过雾化制粒和氨浸实现的铜、铁分离，并采用蒸氨法将铜进行回收，使得铜的回收率不小于98.5％，铁粉中TFe的含量不低于95.5wt％，Cu的含量不大于0.05wt％。
另外，根据本发明上述实施例的处理冶金渣的方法，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，上述处理冶金渣的方法进一步包括：(6)步骤(5)得到的所述氨气供给至所述水吸收装置中，以便得到氨水，并将所述氨水返回至步骤(4)中的所述氨浸装置。由此，将蒸氨装置所得的氨气的回收利用，降低系统的原材料成本，提高系统的经济性。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述冶金渣中铜含量为0.15～0.85wt％，全铁含量为35～45wt％。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，将所述冶金渣、所述还原剂和所述添加剂按照质量比为100：(10～30)：(3～15)进行混合。由此，有利于提高铁粉和氧化铜的回收率。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述含铜铁水中铜含量为0.4～1wt％，铁含量为90～95wt％。由此，可进一步提高系统的经济性。
在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述含铜细铁粒的粒径不大于74微米的占比不小于85％。由此，有利于提高氨浸处理的效率，增加铜的溶解速率。
在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，所述氨浸处理过程氨浸液中氨水质量浓度为1～10％，二氧化碳质量浓度为2～6％。由此，可进一步提高氨浸处理的效率，增加铜的溶解速率。
在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，所述氨浸处理中液固比为(1～10):1，温度为40～50摄氏度，时间不低于10min。由此，可进一步提高氨浸处理的效率，增加铜的溶解速率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的处理冶金渣的系统结构示意图；
图2是根据本发明再一个实施例的处理冶金渣的系统结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例的处理冶金渣的方法流程示意图；
图4是根据本发明再一个实施例的处理冶金渣的方法流程示意图。
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。
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，除非另有明确的限定。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。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理含铜铁水的系统，根据本发明的实施例，参考图1，该系统包括：混合装置100、还原-熔分装置200、雾化制粒装置300、氨浸装置400和蒸氨装置500。
根据本发明的实施例，混合装置100具有冶金渣入口101、还原剂入口102、添加剂入口103和混合物料出口104，且适于将冶金渣、还原剂和添加剂进行混合，以便得到混合物料。具体的，冶金渣可以包括铜渣和镍渣中的至少一种。由此，有利于提高冶金渣与还原剂、添加剂的接触面积，进而提高混合物料在后续还原处理的速率。需要说明的是，还原剂和添加剂的类型并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，还原剂可以为还原煤，添加剂可以为氧化钙。
根据本发明的一个实施例，冶金渣中铜的含量和全铁的含量并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，冶金渣中铜含量可以为0.15～0.85wt％，全铁含量可以为35～45wt％。发明人发现，如果冶金渣中铁含量过高或铜含量过低，技术上就没有除铜的必要；如果铁含量过低，那么意味着含铜铁粉中其余杂质含量过高，这些杂质会严重影响铁产品和氧化铜产品的质量。发明人通过大量试验发现，当冶金渣中铜含量为0.15～0.85wt％，铁含量为35～45wt％时，采用本申请所提出的技术可使得铜铁分离效果好，最终得到的铁产品和氧化铜产品品位高。
根据本发明的再一个实施例，冶金渣与还原剂、添加剂的混合质量比并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，可以将冶金渣、还原剂和添加剂按照质量比100：(10～30)：(3～15)进行混合。发明人发现，当还原剂用量过低时，冶金渣中铁的还原效果不好，而当还原剂用量过高时，并不能明显提高铁的回收指标并造成还原剂的浪费。添加剂的配入旨在促进冶金渣中铁的还原和回收，过高或过低效果均不好。发明人通过大量试验意外发现，当将冶金渣、还原剂和添加剂按照质量比100：(10～30)：(3～15)进行混合时，能使冶金渣中的铁得到充分还原，铁回收指标好。
根据本发明的实施例，还原-熔分装置200具有混合物料入口201、含铜铁水出口202和熔分渣出口203，混合物料入口201与混合物料出口104相连，且适于将混合物料进行还原-熔分处理，以便得到含铜铁水和熔分渣。发明人发现，冶金渣中的铁主要以铁橄榄石和四氧化三铁的形式存在，还原-熔分过程包含还原和熔分处理，冶金渣在一定的还原条件下，铁橄榄石和四氧化三铁与还原剂中的碳发生还原反应，得到金属铁、二氧化硅和一氧化碳，而一氧化碳亦可作为还原剂进一步与铁橄榄石和四氧化三铁反应，如此，可显著提高含铜铁水中铁的含量，添加剂可作为助熔剂，从而降低还原处理的能耗。需要说明的是，还原-熔分装置并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以为转底炉和熔分装置的联用装置，并且本领域技术人员可以根据实际需要对还原和熔分过程的具体操作条件进行选择。该还原过程发生的主要化学反应的反应式有：
Fe2SiO4+2C＝2Fe+SiO2+2CO (1)
Fe3O4+4C＝3Fe+4CO (2)
CO2+C＝2CO (3)
Fe2SiO4+2CO＝2Fe+SiO2+2CO2 (4)
Fe3O4+4CO＝3Fe+4CO2 (5)
根据本发明的一个实施例，含铜铁水中铜和铁的含量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，含铜铁水中铜含量可以为0.4～1wt％，铁含量可以为90～95wt％。发明人发现，如果含铜铁水中铁含量过高或铜含量过低(铁含量接近100wt％或铜含量接近0wt％)，技术上就没有除铜的必要；如果铁含量过低，那么意味着含铜细铁粒中其余杂质含量过高，这些杂质会严重影响铁产品和氧化铜产品的质量。发明人通过大量试验发现，当含铜铁水中铜含量为0.4～1wt％，铁含量为90～95wt％时，采用本申请的技术可使得铜铁分离效果好，最终得到的铁产品和氧化铜产品品位高。
根据本发明的实施例，雾化制粒装置300具有含铜铁水入口301和含铜细铁粒出口302，含铜铁水入口301与含铜铁水出口202相连，且适于将含铜铁水进行雾化制粒处理，以便得到含铜细铁粒。具体的，雾化制粒过程是利用高压水流或惰性气流在雾化器内将含铜铁水击碎成为微小液滴，再经冷却、烘干、筛分后得到符合尺寸要求的含铜细铁粒，雾化机理是当高压水流或惰性气流冲击含铜铁水时，将动能转化为含铜铁水的表面能，形成无数个细小颗粒。发明人发现，通过将含铜铁水雾化制粒至含铜细铁粒，可显著增加含铜细铁粒的表面积，有利于提高后续氨浸处理和蒸氨处理的效率，提高铜的溶解速率，同时节约能耗。
根据本发明的一个实施例，含铜细铁粒的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，含铜细铁粒的粒径可以不大于74微米占比85％。发明人发现，相比于其他粒径，在该粒径下可保证铜充分暴露在外部，使其与浸出液有足够大的接触面积，有利于提高反应速率。
根据本发明的实施例，氨浸装置400具有含铜细铁粒入口401、氨水入口402、二氧化碳入口403、铁粉出口404和含铜氨浸液出口405，含铜细铁粒入口401与含铜细铁粒出口302相连，且适于将含铜细铁粒、氨水和二氧化碳进行氨浸处理，以便得到铁粉和含铜氨浸液。发明人发现，通过采用氨水和二氧化碳对上述含铜细铁粒进行处理，因氨水溶液在有二氧化碳(或碳酸铵)存在时能溶解铜氧化物和金属铜，得到含有碳酸铵亚铜的含铜氨浸液，而铁仍以金属铁形式存在，从而可以去除铁粉中的铜，得到高纯度的铁粉。该装置内发生的主要化学反应的反应式为：
CuO+2NH4OH+(NH4)2CO3＝Cu(NH3)4CO3+3H2O (6)
Cu(NH3)4CO3+Cu＝Cu2(NH3)4CO3 (7)
根据本发明的一个实施例，氨浸装置并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，氨浸装置可以为搅拌浸出槽。由此，有利于提高含铜细铁粒中铜的溶解速率。
根据本发明的再一个实施例，氨浸处理过程氨浸液中氨水质量浓度和二氧化碳质量浓度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，氨浸处理过程氨浸液中氨水质量浓度可以为1～10％，二氧化碳质量浓度可以为2～6％。发明人发现，若氨浸处理过程氨浸液中氨水质量浓度和二氧化碳质量浓度过低，会降低铜的浸出反应速率；如果氨水质量浓度过高，会导致氨气挥发严重，造成大量氨试剂损失；在氨水质量浓度不能过高的前提下，单方面使二氧化碳质量浓度过高并不能提高铜的浸出反应速率，还会造成浪费。发明人通过大量试验意外发现，氨浸液中氨水质量浓度为1～10％，二氧化碳质量浓度为2～6％时，含铜细铁粉中的铜溶解速率快，铜铁分离效果好。
根据本发明的又一个实施例，氨浸处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，氨浸处理中液固比可以为(1～10):1，温度可以为40～50摄氏度，时间可以不低于10min。发明人发现，氨浸处理中液固比过高时，会造成氨浸液的浪费，而液固比过低时，则会导致铜溶解不充分，不利于得到高纯度的铁粉。而氨浸温度过低会严重影响反应速率，温度过高则会使氨的分压增高，使氨损失严重。发明人通过大量实验意外发现，氨浸处理的时间在本发明所述的范围内时可使得含铜细铁粒中的铜最大程度的溶解。
根据本发明的实施例，蒸氨装置500具有含铜氨浸液入口501、空气入口502、二氧化碳出口503、氨气出口504和氧化铜出口505，含铜氨浸液入口501与含铜氨浸液出口405相连，二氧化碳出口503与二氧化碳入口403相连，且适于将含铜氨浸液和空气进行蒸氨处理，以便得到二氧化碳、氨气和氧化铜，并将二氧化碳返回氨浸装置。发明人发现，经氨浸处理得到的碳酸铵亚铜在有空气存在时可被氧化，生成铜的碳酸铵盐，而碳酸铵盐又可进一步溶解金属铜，如此，可将含铜细铁粒中的铜溶解充分，经蒸氨处理后，碳酸铵亚铜与氧气发生反应，生成氧化铜、氨气和二氧化碳，从而实现铜的回收利用，而产生的氨气和二氧化碳可回用于氨浸装置，有利于降低整个系统的原材料成本。该装置内发生的主要化学反应的反应式为：
Cu2(NH3)4CO3+(NH4)2CO3+2NH4OH+0.5O2＝2Cu(NH3)4CO3+3H2O (8)
2Cu2(NH3)4CO3+O2＝4CuO+8NH3+2CO2 (9)
根据本发明的一个实施例，蒸氨装置并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，蒸氨装置可以为蒸馏塔。由此，有利于提高蒸氨处理的效率，同时回收氨气和二氧化碳。
具体的，将含铜氨浸液通过蒸氨装置(蒸馏塔)上部的喷嘴使之雾化，雾化微粒在塔内呈悬浮状态向下运动，与通入塔下部并由下而上运动的蒸汽流迅速进行传质传热，使易挥发的NH3和CO2变成汽态从塔顶排出，而铜氨络合物Cu2(NH3)4CO3则发生热分解，铜以氧化铜CuO沉淀析出，悬浮状态下析出的CuO因其比重较大而下落到塔底随残液排出。
根据本发明实施例的处理含铜铁水的系统，通过将含有冶金渣和还原剂的混合物料直接进行还原-熔分处理，可将冶金渣中的铁还原为金属铁，且经熔分过后，含铜铁水与熔分渣分离开；通过将含铜铁水经雾化制粒为含铜细铁粒，可显著增加含铜细铁粒的表面积，有利于提高后续氨浸处理和蒸氨处理的效率，提高铜的溶解速率，同时节约能耗；采用氨水和二氧化碳对上述含铜细铁粒进行处理，因氨水溶液在有二氧化碳(或碳酸铵)存在时能溶解铜氧化物和金属铜，得到含有碳酸铵亚铜的含铜氨浸液，而铁仍以金属铁形式存在，从而可以去除铁粉中的铜；而碳酸铵亚铜在有空气存在时可被氧化，生成铜的碳酸铵盐，而碳酸铵盐又可进一步溶解金属铜，如此，可将含铜细铁粒中的铜溶解充分，经蒸氨处理后，碳酸铵亚铜与氧气发生反应，生成氧化铜、氨气和二氧化碳，从而实现铜的回收利用，而且产生的氨气和二氧化碳可回用于氨浸装置，有利于降低整个工艺的原材料成本。由此，该系统通过将含有冶金渣和还原剂的混合物料直接还原-熔分得到含铜铁水，再将含铜铁水通过雾化制粒和氨浸实现的铜、铁分离，并采用蒸氨法将铜进行回收，使得铜的回收率不小于98.5％，铁粉中TFe的含量不低于95.5wt％，Cu的含量不大于0.05wt％。
根据本发明上述实施例的处理冶金渣的系统，参考图2，该系统进一步包括：水吸收装置600。
根据本发明的实施例，水吸收装置600具有氨气入口601和氨水出口602，氨气入口601与氨气出口504相连，氨水出口602与氨水入口402相连且适于将蒸氨装置得到的氨气进行处理，以便得到氨水，并将氨水返回至氨浸装置。由此，可将蒸氨装置产生的氨气充分回收，并且可将所得的氨水回用于上述氨浸装置，有利于降低整个系统的原材料成本，降低能耗，提高系统的经济性。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种采用上述处理冶金渣的系统处理冶金渣的方法，根据本发明的实施例，参考图3，该方法包括：
S100：将冶金渣、还原剂和添加剂供给至混合装置中进行混合
该步骤中，将冶金渣、还原剂和添加剂供给至混合装置中进行混合，以便得到混合物料。具体的，冶金渣可以包括铜渣和镍渣中的至少一种。由此，有利于提高冶金渣与还原剂、添加剂的接触面积，进而提高混合物料在后续还原处理的速率。需要说明的是，还原剂和添加剂的类型并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，还原剂可以为还原煤，添加剂可以为氧化钙。
根据本发明的一个实施例，冶金渣中铜的含量和全铁的含量并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，冶金渣中铜含量可以为0.15～0.85wt％，全铁含量可以为35～45wt％。发明人发现，如果冶金渣中铁含量过高或铜含量过低，技术上就没有除铜的必要；如果铁含量过低，那么意味着含铜铁粉中其余杂质含量过高，这些杂质会严重影响铁产品和氧化铜产品的质量。发明人通过大量试验发现，当冶金渣中铜含量为0.15～0.85wt％，铁含量为35～45wt％时，采用本申请的技术可使得铜铁分离效果好，最终得到的铁产品和氧化铜产品品位高。
根据本发明的再一个实施例，冶金渣与还原剂、添加剂的混合质量比并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，可以将冶金渣、还原剂和添加剂按照质量比100：(10～30)：(3～15)进行混合。发明人发现，当还原剂用量过低时，冶金渣中铁的还原效果不好，而当还原剂用量过高时，并不能明显提高铁的回收指标并造成还原剂的浪费。添加剂的配入旨在促进冶金渣中铁的还原和回收，过高或过低效果均不好。发明人通过大量试验意外发现，当将冶金渣、还原剂和添加剂按照质量比100：(10～30)：(3～15)进行混合时，能使冶金渣中的铁得到充分还原，铁回收指标好。
S200：将混合物料供给至还原-熔分装置中进行还原-熔分处理
该步骤中，将混合物料供给至还原-熔分装置中进行还原-熔分处理，以便得到含铜铁水和熔分渣。发明人发现，冶金渣中的铁主要以铁橄榄石和四氧化三铁的形式存在，还原-熔分包含还原和熔分处理，冶金渣在一定的还原条件下，铁橄榄石和四氧化三铁与还原剂中的碳发生还原反应，得到金属铁、二氧化硅和一氧化碳，而一氧化碳亦可作为还原剂进一步与铁橄榄石和四氧化三铁反应，如此，可显著提高含铜铁水中铁的含量，添加剂可作为助熔剂，从而降低还原处理的能耗。需要说明的是，还原-熔分装置并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以为转底炉和熔分装置的联用装置，并且本领域技术人员可以根据实际需要对还原和熔分过程的具体操作条件进行选择。该还原过程发生的主要化学反应的反应式有：
Fe2SiO4+2C＝2Fe+SiO2+2CO (1)
Fe3O4+4C＝3Fe+4CO (2)
CO2+C＝2CO (3)
Fe2SiO4+2CO＝2Fe+SiO2+2CO2 (4)
Fe3O4+4CO＝3Fe+4CO2 (5)
根据本发明的一个实施例，含铜铁水中铜和铁的含量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，含铜铁水中铜含量可以为0.4～1wt％，铁含量可以为90～95wt％。发明人发现，如果含铜铁水中铁含量过高或铜含量过低(铁含量接近100％或铜含量接近0％)，技术上就没有除铜的必要；如果铁含量过低，那么意味着含铜细铁粒中其余杂质含量过高，这些杂质会严重影响铁产品和氧化铜产品的质量。发明人通过大量试验发现，当含铜铁水中铜含量为0.4～1wt％，铁含量为90～95wt％时，采用本申请的技术可使得铜铁分离效果好，最终得到的铁产品和氧化铜产品品位高。
S300：将含铜铁水供给至雾化制粒装置中进行雾化制粒处理
该步骤中，将含铜铁水供给至雾化制粒装置中进行雾化制粒处理，以便得到含铜细铁粒。具体的，雾化制粒过程是利用高压水流或惰性气流在雾化器内将含铜铁水击碎成为微小液滴，再经冷却、烘干、筛分后得到符合尺寸要求的含铜细铁粒，雾化机理是当高压水流或惰性气流冲击含铜铁水时，将动能转化为含铜铁水的表面能，形成无数个细小颗粒。发明人发现，通过将含铜铁水雾化制粒至含铜细铁粒，可显著增加含铜细铁粒的表面积，有利于提高后续氨浸处理和蒸氨处理的效率，提高铜的溶解速率，同时节约能耗。
根据本发明的一个实施例，含铜细铁粒的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，含铜细铁粒的粒径可以不大于74微米占比85％。发明人发现，相比于其他粒径，在该粒径下可保证铜充分暴露在外部，使其与浸出液有足够大的接触面积，有利于提高反应速率。
S400：将含铜细铁粒、氨水和二氧化碳供给至氨浸装置中进行氨浸处理
该步骤中，将含铜细铁粒、氨水和二氧化碳供给至氨浸装置中进行氨浸处理，以便得到铁粉和含铜氨浸液。发明人发现，通过采用氨水和二氧化碳对上述含铜细铁粒进行处理，因氨水溶液在有二氧化碳(或碳酸铵)存在时能溶解铜氧化物和金属铜，得到含有碳酸铵亚铜的含铜氨浸液，而铁仍以金属铁形式存在，从而可以去除铁粉中的铜，得到高纯度的铁粉。该装置内发生的主要化学反应的反应式为：
CuO+2NH4OH+(NH4)2CO3＝Cu(NH3)4CO3+3H2O (6)
Cu(NH3)4CO3+Cu＝Cu2(NH3)4CO3 (7)
根据本发明的一个实施例，氨浸处理过程氨浸液中氨水质量浓度和二氧化碳质量浓度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，氨浸处理过程氨浸液中氨水质量浓度可以为1～10％，二氧化碳质量浓度可以为2～6％。发明人发现，若氨浸处理过程氨浸液中氨水质量浓度和二氧化碳质量浓度过低，会降低铜的浸出反应速率；如果氨水质量浓度过高，会导致氨气挥发严重，造成大量氨试剂损失；在氨水质量浓度不能过高的前提下，单方面使二氧化碳质量浓度过高并不能提高铜的浸出反应速率，还会造成浪费。发明人通过大量试验意外发现，氨浸液中氨水质量浓度为1～10％，二氧化碳质量浓度为2～6％时，含铜细铁粉中的铜溶解速率快，铜铁分离效果好。
根据本发明的再一个实施例，氨浸处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，氨浸处理中液固比可以为(1～10):1，温度可以为40～50摄氏度，时间可以不低于10min。发明人发现，氨浸处理中液固比过高时，会造成氨浸液的浪费，而液固比过低时，则会导致铜溶解不充分，不利于得到高纯度的铁粉。而氨浸温度过低会严重影响反应速率，温度过高则会使氨的分压增高，使氨损失严重。发明人通过大量实验意外发现，氨浸处理的时间在本发明所述的范围内时可使得含铜细铁粒中的铜最大程度的溶解。
S500：将含铜氨浸液和空气供给至蒸氨装置中进行蒸氨处理
该步骤中，将含铜氨浸液和空气供给至蒸氨装置中进行蒸氨处理，以便得到二氧化碳、氨气和氧化铜，并将二氧化碳返回S400中的氨浸装置。发明人发现，经氨浸处理得到的碳酸铵亚铜在有空气存在时可被氧化，生成铜的碳酸铵盐，而碳酸铵盐又可进一步溶解金属铜，如此，可将含铜细铁粒中的铜溶解充分，经蒸氨处理后，碳酸铵亚铜与氧气发生反应，生成氧化铜、氨气和二氧化碳，从而实现铜的回收利用，而产生的氨气和二氧化碳可回用于氨浸装置，有利于降低整个系统的原材料成本。该装置内发生的主要化学反应的反应式为：
Cu2(NH3)4CO3+(NH4)2CO3+2NH4OH+0.5O2＝2Cu(NH3)4CO3+3H2O (8)
2Cu2(NH3)4CO3+O2＝4CuO+8NH3+2CO2 (9)
具体的，将含铜氨浸液通过蒸氨装置(蒸馏塔)上部的喷嘴使之雾化，雾化微粒在塔内呈悬浮状态向下运动，与通入塔下部并由下而上运动的蒸汽流迅速进行传质传热，使易挥发的NH3和CO2变成汽态从塔顶排出，而铜氨络合物Cu2(NH3)4CO3则发生热分解，铜以氧化铜CuO沉淀析出，悬浮状态下析出的CuO因其比重较大而下落到塔底随残液排出。
根据本发明实施例的处理含铜铁水的方法，通过将含有冶金渣和还原剂的混合物料直接进行还原-熔分处理，可将冶金渣中的铁还原为金属铁，且经熔分过后，含铜铁水与熔分渣分离开；通过将含铜铁水经雾化制粒为含铜细铁粒，可显著增加含铜细铁粒的表面积，有利于提高后续氨浸处理和蒸氨处理的效率，提高铜的溶解速率，同时节约能耗；采用氨水和二氧化碳对上述含铜细铁粒进行处理，因氨水溶液在有二氧化碳(或碳酸铵)存在时能溶解铜氧化物和金属铜，得到含有碳酸铵亚铜的含铜氨浸液，而铁仍以金属铁形式存在，从而可以去除铁粉中的铜；而碳酸铵亚铜在有空气存在时可被氧化，生成铜的碳酸铵盐，而碳酸铵盐又可进一步溶解金属铜，如此，可将含铜细铁粒中的铜溶解充分，经蒸氨处理后，碳酸铵亚铜与氧气发生反应，生成氧化铜、氨气和二氧化碳，从而实现铜的回收利用，而且产生的氨气和二氧化碳可回用于氨浸装置，有利于降低整个工艺的原材料成本。由此，该方法通过将含有冶金渣和还原剂的混合物料直接还原-熔分得到含铜铁水，再将含铜铁水通过雾化制粒和氨浸实现的铜、铁分离，并采用蒸氨法将铜进行回收，使得铜的回收率不小于98.5％，铁粉中TFe的含量不低于95.5wt％，Cu的含量不大于0.05wt％。
根据本发明上述实施例的处理含铜铁水的方法，参考图4，该方法进一步包括：
S600：将S500得到的氨气供给至水吸收装置中
该步骤中，将S500得到的氨气供给至水吸收装置中，以便得到氨水，并将氨水返回至S200中的氨浸装置。由此，可将蒸氨装置产生的氨气充分回收，并且可将所得的氨水回用于上述氨浸装置，有利于降低整个系统的原材料成本，降低能耗，提高系统的经济性。
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
将国内某公司铜渣与还原煤、添加剂按照质量比100：10：3在混料机进行混合，其中，铜渣中TFe含35wt％，Cu含0.15wt％，得到混合物料；接着将上述混合物料直接进行还原-熔分处理，得到含铜0.4wt％，含铁90wt％的含铜铁水；然后将1450摄氏度的含铜铁水送至雾化制粒装置进行雾化制粒处理，得到粒径小于74微米占比86％的含铜细铁粒；接着将上述含铜细铁粒、氨水和二氧化碳送至搅拌浸出槽内进行氨浸反应，氨浸条件为：氨水质量浓度为1％，二氧化碳质量浓度(以(NH4)2CO3计)为2％，液固比为10:1，氨浸温度为40摄氏度，时间为2h，反应结束后，进行固液分离，得到铁粉和含铜氨浸液，铁粉中TFe含95.5wt％，Cu含0.05wt％，铁粉可以作为优质碳素钢的炼钢原料，含铜氨浸液中铜主要以Cu2(NH3)4CO3形式存在；然后将上述含铜氨浸液与空气送至蒸馏塔进行蒸馏处理，得到二氧化碳、氨气和氧化铜，氧化铜的品位为98％；最后将所得的氨气经水吸收装置制得氨水，与蒸馏塔所得的二氧化碳一起返回至搅拌浸出槽中作为原材料使用，整个工艺铜的回收率达98.5％。
实施例2
将国内某公司镍渣与还原煤、添加剂按照质量比100：15：7在混料机进行混合，其中，铜渣中TFe含40wt％，Cu含0.30wt％，得到混合物料；接着将上述混合物料直接进行还原-熔分处理，得到含铜0.6wt％，含铁92wt％的含铜铁水；然后将1500摄氏度的含铜铁水送至雾化制粒装置进行雾化制粒处理，得到粒径小于74微米占比90％的含铜细铁粒；接着将上述含铜细铁粒、氨水和二氧化碳送至搅拌浸出槽内进行氨浸反应，氨浸条件为：氨水质量浓度为3％，二氧化碳质量浓度(以(NH4)2CO3计)为4％，液固比为6:1，氨浸温度为45摄氏度，时间为1h，反应结束后，进行固液分离，得到铁粉和含铜氨浸液，铁粉中TFe含97.2wt％，Cu含0.04wt％，铁粉可以作为优质碳素钢的炼钢原料，含铜氨浸液中铜主要以Cu2(NH3)4CO3形式存在；然后将上述含铜氨浸液与空气送至蒸馏塔进行蒸馏处理，得到二氧化碳、氨气和氧化铜，氧化铜的品位为98.5％；最后将所得的氨气经水吸收装置制得氨水，与蒸馏塔所得的二氧化碳一起返回至搅拌浸出槽中作为原材料使用，整个工艺铜的回收率达99％。
实施例3
将国内某公司铜渣与还原煤、添加剂按照质量比100：20：15进行混合，其中，铜渣中TFe含45wt％，Cu含0.55wt％，得到混合物料；接着将上述混合物料直接进行还原-熔分处理，得到含铜0.8wt％，含铁99wt％的含铜铁水；然后将1525摄氏度的含铜铁水送至雾化制粒装置进行雾化制粒处理，得到粒径小于74微米占比95％的含铜细铁粒；接着将上述含铜细铁粒、氨水和二氧化碳送至搅拌浸出槽内进行氨浸反应，氨浸条件为：氨水质量浓度为6％，二氧化碳质量浓度(以(NH4)2CO3计)为5％，液固比为3:1，氨浸温度为50摄氏度，时间为30min，反应结束后，进行固液分离，得到铁粉和含铜氨浸液，铁粉中TFe含98.2wt％，Cu含0.03wt％，铁粉可以作为优质碳素钢的炼钢原料，含铜氨浸液中铜主要以Cu2(NH3)4CO3形式存在；然后将上述含铜氨浸液与空气送至蒸馏塔进行蒸馏处理，得到二氧化碳、氨气和氧化铜，氧化铜的品位为99％；最后将所得的氨气经水吸收装置制得氨水，与蒸馏塔所得的二氧化碳一起返回至搅拌浸出槽中作为原材料使用，整个工艺铜的回收率达99.5％。
实施例4
将国内某公司镍渣与还原煤、添加剂按照质量比100：30：10进行混合，其中，铜渣中TFe含40wt％，Cu含0.85wt％，得到混合物料；接着将上述混合物料直接进行还原-熔分处理，得到含铜1.0wt％，含铁97wt％的含铜铁水；然后将含铜铁水送至雾化制粒装置进行雾化制粒处理，得到粒径小于74微米占比100％的含铜细铁粒；接着将上述含铜细铁粒、氨水和二氧化碳送至搅拌浸出槽内进行氨浸反应，氨浸条件为：氨水质量浓度为10％，二氧化碳质量浓度(以(NH4)2CO3计)为6％，液固比为1:1，氨浸温度为50摄氏度，时间为10min，反应结束后，进行固液分离，得到铁粉和含铜氨浸液，铁粉中TFe含99.6wt％，Cu含0.01wt％，铁粉可以作为优质碳素钢的炼钢原料，含铜氨浸液中铜主要以Cu2(NH3)4CO3形式存在；然后将上述含铜氨浸液与空气送至蒸馏塔进行蒸馏处理，得到二氧化碳、氨气和氧化铜，氧化铜的品位为99.5％；最后将所得的氨气经水吸收装置制得氨水，与蒸馏塔所得的二氧化碳一起返回至搅拌浸出槽中作为原材料使用，整个工艺铜的回收率达99.7％。
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须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 (10)

1.一种处理冶金渣的系统，所述冶金渣包括铜渣和镍渣中的至少一种，其特征在于，所述系统包括：
混合装置，所述混合装置具有冶金渣入口、还原剂入口、添加剂入口和混合物料出口；
还原-熔分装置，所述还原-熔分装置具有混合物料入口、含铜铁水出口和熔分渣出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连；
雾化制粒装置，所述雾化制粒装置具有含铜铁水入口和含铜细铁粒出口，所述含铜铁水入口与所述含铜铁水出口相连；
氨浸装置，所述氨浸装置具有含铜细铁粒入口、氨水入口、二氧化碳入口、铁粉出口和含铜氨浸液出口，所述含铜细铁粒入口与所述含铜细铁粒出口相连；
蒸氨装置，所述蒸氨装置具有含铜氨浸液入口、空气入口、二氧化碳出口、氨气出口和氧化铜出口，所述含铜氨浸液入口与所述含铜氨浸液出口相连，所述二氧化碳出口与所述二氧化碳入口相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：
水吸收装置，所述水吸收装置具有氨气入口和氨水出口，所述氨气入口与所述氨气出口相连，所述氨水出口与所述氨水入口相连。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述氨浸装置为搅拌浸出槽。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述蒸氨装置为蒸馏塔。
5.一种采用权利要求1-4中任一项所述的系统处理冶金渣的方法，所述冶金渣包括铜渣和镍渣中的至少一种，其特征在于，包括：
(1)将所述冶金渣、还原剂和添加剂供给至所述混合装置中进行混合，以便得到混合物料；
(2)将所述混合物料供给至所述还原-熔分装置中进行还原-熔分处理，以便得到含铜铁水和熔分渣；
(3)将所述含铜铁水供给至所述雾化制粒装置中进行雾化制粒，以便得到含铜细铁粒；
(4)将所述含铜细铁粒、氨水和二氧化碳供给至所述氨浸装置中进行氨浸处理，以便得到铁粉和含铜氨浸液；
(5)将所述含铜氨浸液和空气供给至所述蒸氨装置中进行蒸氨处理，以便得到二氧化碳、氨气和氧化铜，并将所述二氧化碳返回步骤(4)中的所述氨浸装置。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括：
(6)步骤(5)得到的所述氨气供给至所述水吸收装置中，以便得到氨水，并将所述氨水返回至步骤(4)中的所述氨浸装置。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述冶金渣中铜含量为0.15～0.85wt％，全铁含量为35～45wt％；
任选的，将所述冶金渣、所述还原剂和所述添加剂按照质量比为100：(10～30)：(3～15)进行混合。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述含铜铁水中铜含量为0.4～1wt％，铁含量为90～95wt％；
任选的，在步骤(3)中，所述含铜细铁粒中粒径不大于74微米的占比不小于85％以上。
9.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述氨浸处理过程氨浸液中氨水质量浓度为1～10％，二氧化碳质量浓度为2～6％。
10.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述氨浸处理中液固比为(1～10):1，温度为40～50摄氏度，时间不低于10min。
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