CN107227402A - 一种水淬镍渣复配铜尾渣综合利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水淬镍渣复配铜尾渣综合利用的方法，具体为用镍渣复配铜尾渣、含碳还原剂、粘结剂、石灰石为原料，通过配料、混匀压球、还原焙烧、磨矿‑磁选工序，得到铁镍铜合金粉和尾渣。产出的铁镍铜合金粉可作电炉或转炉炼钢的原料，尾渣可用来生产建筑材料如水泥和免烧砖，实现水淬镍渣复配铜尾渣的综合利用。本发明的方法还提高铁的回收率和铁镍铜合金粉品位，并且高温还原时间短，能耗低。

Description

一种水淬镍渣复配铜尾渣综合利用的方法
技术领域
本发明属于有色冶金行业资源综合利用领域，更具体地，本发明涉及一种水淬镍渣复配铜尾渣综合利用的方法。
背景技术
镍火法冶炼渣是在镍的高温熔炼过程中产生的熔融渣，通过喷水强制冷却成为粒状的固体产物，通常呈球形颗粒状，粒径变化范围为0-5mm，颜色为墨绿色。在镍联合企业中。每生产1吨镍约产生冶炼渣6-16吨，其化学成分随冶炼方法而异。目前，国内每年新增约200万吨，国内堆存的镍渣约4000万吨，大量镍渣的堆放而不加治理，不仅占用大量土地，还会对区域水体、大气、生态等环境因素造成不安全因素。
镍渣中TFe(总铁)含量达40％以上，同时含有少量的镍、铜、钴等有价金属，因此回收其中的铁的可行性最高。由于镍渣中铁的赋存状态，很难用磁选的方式对其进行富集回收。针对镍渣综合利用的研究已经开展多年，主要有回收硅钙合金、生产微晶玻璃、熔融提铁等利用方式，但是由于技术瓶颈、生产成本等因素，镍渣还没有有效的处理工艺。由于渣中含有较高的SiO2，如果采用熔融还原提铁的方式为了获得一定碱度需要加入大量的石灰，从而导致渣量大、能耗高等后果，目前未取得实质性进展。综合来看，直接还原-磁选的方式回收利用其中的铁资源是一种在技术上和经济上较为可行的工艺。但是，运用直接还原-磁选的方式回收利用镍渣的还存在很多问题需要解决。比如由于颗粒比较粗，所以需要进行磨矿处理，处理成本大大增加。镍渣中的硫含量比较高，所以在直接还原处理生产的直接还原铁含硫量高，需要配加大量石灰石来脱硫。镍渣中的氧化镁含量高，还原温度比较高(一般超过1300℃)，如果温度低，就会使铁的回收率明显降低。
铜的火法过程产出大量的铜渣，铜渣的铁品位在40wt％左右，高于目前国内工业选矿用铁矿的品位，现在比较成熟的铜渣处理方法是铜冶炼炉渣经过“缓冷-细磨-浮选”工艺来回收铜，但是浮选后的尾渣(简称“铜尾渣”)没有得到很好地利用。富含铁的铜尾渣大量堆存，不仅造成资源的极大浪费，且占用土地、污染环境，阻碍铜冶炼企业的可持续发展。
铜尾渣处理的众多工艺流程中比较成熟的直接还原法，主要是将铜尾渣与含碳还原剂混合制成含碳球团，在低于产生液态铁的温度下进行焙烧，将铁橄榄石还原成金属铁。含碳球团经焙烧后得到金属球团，金属化球团可用于磨矿-磁选流程得到还原铁粉，亦可以在熔分炉中熔分得到铁水。由于铜尾渣中铁主要以铁橄榄石的形态存在，采取直接还原-磨矿磁选工艺进行处理时需要配入大量的石灰石改善还原过程，这就大大降低来还原产品中的铁含量，同时产生渣量增大、能耗升高。铁橄榄石的熔点为1205℃，所以一般铜尾渣还原温度都比较低，还原时间长，需要配加大量的石灰石来提高渣的熔化温度，因为熔融状态下铁氧化物还原反应减慢，所以必须控制在加热还原过程中不出现熔融状态。
结合水淬镍渣和铜尾渣的各自特性，对镍渣复配铜尾渣以实现两种有色冶炼弃渣的综合利用的研究尚未开展。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种水淬镍渣复配铜尾渣综合利用的方法。本发明能够提供一种技术上可行、经济上合理的镍渣和铜尾渣综合利用的方法，开发镍渣和铜尾渣综合利用的流程，从而充分利用我国有色冶金固废资源。
为达到上述目的，本发明提出了如下技术方案：
根据本发明，提供一种水淬镍渣复配铜尾渣综合利用的方法，包括以下步骤：
(1)将镍渣、含碳还原剂、石灰石用破碎装置进行破碎；其中镍渣是指在镍的高温熔炼过程中产生的熔融渣，通过喷水强制冷却成为粒状的固体产物，还称为水淬镍渣。
(2)将破碎后的镍渣、含碳还原剂、石灰石与铜尾渣和粘结剂加入混料装置中进行混合均匀成混合料。
(3)将所述混合料加入压球装置制成含碳球团；含碳球团不需要烘干即可直接进入还原焙烧装置内。
(4)将所述含碳球团均匀加入还原焙烧装置进行高温还原焙烧，得到金属化球团，将所述金属化球团直接排出还原焙烧装置外进行水淬冷却；
(5)将冷却后的所述金属化球团磨矿、磁选，可以获得铁镍铜合金粉和尾渣。
进一步地，步骤(1)中的镍渣的铁品位为35-45％，铜尾渣的铁品位为35-40％。
进一步地，步骤(1)中的含碳还原剂为煤粉或兰炭中的一种或两种，所述含碳还原剂的固定碳含量在75wt％以上且灰分在10wt％以下，步骤(1)中的石灰石中碳酸钙含量不低于85wt％。
进一步地，步骤(1)中将镍渣、含碳还原剂和石灰石的粒径破碎至3mm以下。
进一步地，步骤(2)中的粘结剂为水玻璃。水玻璃的加入量为镍渣质量的8-12％。
进一步地，镍渣、铜尾渣、含碳还原剂、石灰石、粘结剂的质量配比为镍渣：铜尾渣：含碳还原剂：石灰石：粘结剂＝100:(10-30):(15-20):(9-12):(8-12)。
进一步地，镍渣和铜尾渣质量配比为镍渣：铜尾渣＝100:(20-25)。
进一步地，步骤(4)中还原焙烧装置中还原焙烧温度为1200-1310℃。
进一步地，步骤(4)中还原焙烧装置中还原焙烧温度为1200-1290℃。
进一步地，步骤(4)中还原焙烧装置中的总还原时间为35-45min。
进一步地，步骤(4)中还原焙烧装置中的总还原时间为35-40min。
进一步地，步骤(5)中金属化球团的一段磨矿粒度为0.074mm以下比例占70-75wt％，一段磁选磁场强度为2500Oe，选后的一段精矿再进行二段磨矿、磁选，二段磨矿粒度为0.074mm以下比例占80-84wt％，二段磁选磁场强度为800Oe。
本发明的理论基础如下：
(1)粒度搭配
利用铜尾渣的粒度细的特点，能够降低水淬镍渣的磨矿成本，提高含碳球团的落下强度。本发明使用的镍渣为水淬渣，粒度比较大(低于5mm)，如果考虑用磨矿到可以用于对辊压球的粒度，成本较高(即由于粒度较大而造成的磨矿时间长等)。本发明使用的铜尾渣为浮选后渣，粒度较细(80％以上小于0.074mm)，可以增加混合料中的细粒度物料的比例，提高含碳球团的强度，可以实现含碳球团不经干燥直接入炉。因此，镍渣、含碳还原剂、石灰石只需要用齿辊破碎机或圆锥破碎机破碎到3mm以下即可满足要求。
(2)成分互补
在运用直接还原-磨矿磁选工艺处理镍渣过程中发现，镍渣中氧化镁含量高一般7-10％，还原温度比较高(1300℃以上)、铁元素回收率低。同样在运用直接还原-磨矿磁选工艺处理铜尾渣过程中发现，由于铜尾渣中铁橄榄石相比较多(50％左右)，铁橄榄石熔点低(1205℃)，在还原焙烧过程中容易出现一定的液相，有利于直接还原出来的铁晶粒的聚集长大，所以铜尾渣中铁的还原温度较低、回收率较高。
结合镍渣和铜尾渣的特性，通过在镍渣中复配铜尾渣不仅能够提高混合料的铁的回收率，还能够降低还原温度、缩短还原时间、提高回收率。由于铜尾渣的配入，还原焙烧过程中有适当的液相产生，促进铁颗粒的长大，提高后续磨矿-磁选工序铁的回收率。
由于镍渣中硫含量高(0.5-1％)，铜尾渣硫含量低(0.2-0.3％)，镍渣复配铜尾渣后能够显著降低磁选产品金属铁粉中的硫含量。
(3)粘结剂的辅助作用
以水玻璃作为球团的粘结剂，在布入转底炉后在球团内水和直接还原反应产生二氧化碳的作用下，生成硅酸和碳酸钠，碳酸钠作为镍渣和铜尾渣的助熔剂继续促进直接还原反应的发生，由此可以进一步降低还原温度，促进铁颗粒的长大，从而有利于后续的磨矿磁选分离得到金属铁产品。
水玻璃在转底炉中的反应原理如下：Na2SiO3+CO2+H2O＝H2SiO3↓+Na2CO3。
本发明的有益效果是：
(1)在铜尾渣中配入镍渣，镍渣颗粒比较粗，铜尾渣粒度非常细，在压球过程中粗细搭配能够明显提高含碳球团的湿强度，添加水玻璃为粘结剂可以实现球团不经过烘干直接入炉。由于镍渣中的硫含量较高，铜尾渣硫含量低，在配加铜尾渣后，磁选得到的铁镍铜合金粉中硫含量明显降低。铜尾渣会产生一定的液相，促进镍渣和铜尾渣中还原铁颗粒的长大，提高铁的回收率和铁镍铜合金粉品位。
(2)以水玻璃作为球团的粘结剂，在布入转底炉后在球团内水和直接还原反应产生二氧化碳的作用下，生成硅酸和碳酸钠，碳酸钠作为镍渣和铜尾渣的助熔剂继续促进直接还原反应的发生，由此可以进一步降低还原温度，促进铁颗粒的长大，从而有利于后续的磨矿磁选分离得到金属铁产品。
(3)以煤或兰炭为主要的含碳还原剂，符合我国的能源结构的要求。
(4)高温还原焙烧时间仅为35-45min(现有技术中为180分钟)。还原时间短，温度低，降低了整体能耗；还原条件简单，易实现，并且综合利用过程中还能够脱硫。
附图说明
图1为本发明的水淬镍渣复配铜尾渣综合利用的方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的实施例使用的镍渣是闪速炉冶炼镍的过程中产生的水淬镍渣，铜尾渣为铜渣浮选铜后的尾渣。镍渣的铁品位为35-45％，铜尾渣的铁品位为35-40％。
本发明的实施例使用的含碳还原剂为煤粉或兰炭中的一种或两种，含碳还原剂的固定碳含量在75wt％以上且灰分在10wt％以下。石灰石中碳酸钙含量不低于85wt％。
实施例1
参考图1，在步骤S100中，将镍渣、石灰石、煤粉放入破碎装置中破碎到粒度为3mm以下，然后在步骤S200中，将镍渣、铜尾渣、煤粉、石灰石、水玻璃按照比例镍渣：铜尾渣：煤粉：石灰石：水玻璃＝100：15：18：9：8加入混料装置中混合均匀成混合料。混合料的水分含量控制为总物料干基的6wt％。然后在步骤S300中，混合料加入压球装置制成含碳球团备用。
在步骤S400中，将含碳球团均匀布入还原焙烧装置，炉内的温度为1200～1280℃，还原时间为40min，得到金属化球团；金属化球团直接排出还原焙烧装置外进行水淬冷却。在步骤S500中，接着将所得焙烧产物进行两段磨矿和两段磁选(一段磨矿细度为0.074mm以下的比例占70-75wt％，一段磁选磁场强度为2500Oe，选后的一段精矿再进行二段磨矿、磁选，二段磨矿细度为0.074mm以下的比例占80-84wt％，二段磁选磁场强度为800Oe)，最终得到合格的铁镍铜合金粉和尾渣。其中，铁镍铜合金粉中铁品位为89.91％，铁回收率为90.32％，镍含量为0.43wt％，铜含量为0.26wt％，硫含量为0.09wt％，硫的脱除率为87.02％。铁镍铜合金粉可用作电炉或转炉炼钢原料，尾渣可用作建材的原料(如水泥和免烧砖)。
实施例2
参考图1，在步骤S100中，将镍渣、石灰石、煤粉放入破碎装置中破碎到粒度为3mm以下，然后在步骤S200中，将镍渣、铜尾渣、煤粉、石灰石、水玻璃按照比例镍渣：铜尾渣：煤粉：石灰石：水玻璃＝100：22：17：11：10加入混料装置中混合均匀成混合料。混合料的水分含量控制为总物料干基的6wt％。然后在步骤S300中，混合料加入压球装置制成含碳球团备用。
在步骤S400中，将含碳球团均匀布入还原焙烧装置，炉内的温度为1200-1300℃，还原时间为30min，得到金属化球团；金属化球团直接排出还原焙烧装置外进行水淬冷却。在步骤S500中，接着将所得焙烧产物进行两段磨矿和两段磁选(一段磨矿细度为0.074mm以下的比例占70-75wt％，一段磁选磁场强度为2500Oe，选后的一段精矿再进行二段磨矿、磁选，二段磨矿细度为0.074mm以下的比例占80-84wt％，二段磁选磁场强度为800Oe)，最终得到合格的铁镍铜合金粉和尾渣。其中，铁镍铜合金粉中铁品位为91.48％，铁回收率为91.64％，镍含量为0.40wt％，铜含量为0.28wt％，硫含量为0.07wt％，硫的脱除率为90.19％。铁镍铜合金粉可用作电炉或转炉炼钢原料，尾渣可用作建材的原料(如水泥和免烧砖)。
实施例3
参考图1，在步骤S100中，将镍渣、石灰石、煤粉放入破碎装置中破碎到粒度为3mm以下，然后在步骤S200中，将镍渣、铜尾渣、煤粉、石灰石、水玻璃按照比例镍渣：铜尾渣：煤粉：石灰石：水玻璃＝100：30：16：10：12加入混料装置中混合均匀成混合料。混合料的水分含量控制为总物料干基的5wt％。然后在步骤S300中，混合料加入压球装置制成含碳球团备用。
在步骤S400中，将含碳球团均匀布入还原焙烧装置，炉内的温度为1200-1290℃，还原时间为35min，得到金属化球团；金属化球团直接排出还原焙烧装置外进行水淬冷却。在步骤S500中，接着将所得焙烧产物进行两段磨矿和两段磁选(一段磨矿细度为0.074mm以下的比例占70-75wt％，一段磁选磁场强度为2500Oe，选后的一段精矿再进行二段磨矿、磁选，二段磨矿细度为0.074mm以下的比例占80-84wt％，二段磁选磁场强度为800Oe)，最终得到合格的铁镍铜合金粉和尾渣。其中，铁镍铜合金粉中铁品位为92.57％，铁回收率为91.55％，镍含量为0.38wt％，铜含量为0.29wt％，硫含量为0.06wt％，硫的脱除率为90.84％。铁镍铜合金粉可用作电炉或转炉炼钢原料，尾渣可用作建材的原料(如水泥和免烧砖)。
实施例4
参考图1，在步骤S100中，将镍渣、石灰石、煤粉放入破碎装置中破碎到粒度为3mm以下，然后在步骤S200中，将镍渣、铜尾渣、煤粉、石灰石、水玻璃按照比例镍渣：铜尾渣：煤粉：石灰石：水玻璃＝100：20：15：9：9加入混料装置中混合均匀成混合料。混合料的水分含量控制为总物料干基的6wt％。然后在步骤S300中，混合料加入压球装置制成含碳球团备用。
在步骤S400中，将含碳球团均匀布入还原焙烧装置，炉内的温度为1200-1285℃，还原时间为45min，得到金属化球团；金属化球团直接排出还原焙烧装置外进行水淬冷却。在步骤S500中，接着将所得焙烧产物进行两段磨矿和两段磁选(一段磨矿细度为0.074mm以下的比例占70-75wt％，一段磁选磁场强度为2500Oe，选后的一段精矿再进行二段磨矿、磁选，二段磨矿细度为0.074mm以下的比例占80-84wt％，二段磁选磁场强度为800Oe)，最终得到合格的铁镍铜合金粉和尾渣。其中，铁镍铜合金粉中铁品位为93.45％，铁回收率为92.67％，镍含量为0.37wt％，铜含量为0.27wt％，硫含量为0.07wt％，硫的脱除率为89.79％。铁镍铜合金粉可用作电炉或转炉炼钢原料，尾渣可用作建材的原料(如水泥和免烧砖)。
实施例5
参考图1，在步骤S100中，将镍渣、石灰石、煤粉放入破碎装置中破碎到粒度为3mm以下，然后在步骤S200中，将镍渣、铜尾渣、煤粉、石灰石、水玻璃按照比例镍渣：铜尾渣：煤粉：石灰石：水玻璃＝100：25：15：12：10加入混料装置中混合均匀成混合料。混合料的水分含量控制为总物料干基的6wt％。然后在步骤S300中，混合料加入压球装置制成含碳球团备用。
在步骤S400中，将含碳球团均匀布入还原焙烧装置，炉内的温度为1200-1310℃，还原时间为35min，得到金属化球团；金属化球团直接排出还原焙烧装置外进行水淬冷却。在步骤S500中，接着将所得焙烧产物进行两段磨矿和两段磁选(一段磨矿细度为0.074mm以下的比例占70-75wt％，一段磁选磁场强度为2500Oe，选后的一段精矿再进行二段磨矿、磁选，二段磨矿细度为0.074mm以下的比例占80-84wt％，二段磁选磁场强度为800Oe)，最终得到合格的铁镍铜合金粉和尾渣。其中，铁镍铜合金粉中铁品位为94.28％，铁回收率为93.32％，镍含量为0.35wt％，铜含量为0.29wt％，硫含量为0.06wt％，硫的脱除率为90.54％。铁镍铜合金粉可用作电炉或转炉炼钢原料，尾渣可用作建材的原料(如水泥和免烧砖)。
实施例6
参考图1，在步骤S100中，将镍渣、石灰石、煤粉放入破碎装置中破碎到粒度为3mm以下，然后在步骤S200中，将镍渣、铜尾渣、煤粉、石灰石、水玻璃按照比例镍渣：铜尾渣：煤粉：石灰石：水玻璃＝100：10：20：11：8加入混料装置中混合均匀成混合料。混合料的水分含量控制为总物料干基的6wt％。然后在步骤S300中，混合料加入压球装置制成含碳球团备用。
在步骤S400中，将含碳球团均匀布入还原焙烧装置，炉内的温度为1200-1290℃，还原时间为35min，得到金属化球团；金属化球团直接排出还原焙烧装置外进行水淬冷却。在步骤S500中，接着将所得焙烧产物进行两段磨矿和两段磁选(一段磨矿细度为0.074mm以下的比例占70-75wt％，一段磁选磁场强度为2500Oe，选后的一段精矿再进行二段磨矿、磁选，二段磨矿细度为0.074mm以下的比例占80-84wt％，二段磁选磁场强度为800Oe)，最终得到合格的铁镍铜合金粉和尾渣。其中，铁镍铜合金粉中铁品位为93.82％，铁回收率为90.04％，镍含量为0.44wt％，铜含量为0.22wt％，硫含量为0.12wt％，硫的脱除率为82.57％。铁镍铜合金粉可用作电炉或转炉炼钢原料，尾渣可用作建材的原料(如水泥和免烧砖)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种水淬镍渣复配铜尾渣综合利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将镍渣、含碳还原剂、石灰石用破碎装置进行破碎；
(2)将破碎后的镍渣、含碳还原剂、石灰石与铜尾渣和粘结剂加入混料装置中混合均匀形成混合料；
(3)将所述混合料加入压球装置制成含碳球团；
(4)将所述含碳球团均匀加入还原焙烧装置进行高温还原焙烧，得到金属化球团，将所述金属化球团直接排出还原焙烧装置外进行水淬冷却；
(5)将冷却后的所述金属化球团磨矿、磁选，可以获得铁镍铜合金粉和尾渣。
2.如权利要求1所述的水淬镍渣复配铜尾渣综合利用的方法，其特征在于，步骤(1)中的镍渣的铁品位为35-45％，铜尾渣的铁品位为35-40％。
3.如权利要求1所述的水淬镍渣复配铜尾渣综合利用的方法，其特征在于，步骤(1)中的含碳还原剂为煤粉或兰炭中的一种或两种，所述含碳还原剂的固定碳含量在75wt％以上且灰分在10wt％以下，步骤(1)中的石灰石中碳酸钙含量不低于85wt％。
4.如权利要求1所述的水淬镍渣复配铜尾渣综合利用的方法，其特征在于，步骤(1)中将镍渣、含碳还原剂和石灰石的粒径破碎至3mm以下。
5.如权利要求1所述的水淬镍渣复配铜尾渣综合利用的方法，其特征在于，步骤(2)中的粘结剂为水玻璃。
6.如权利要求1所述的水淬镍渣复配铜尾渣综合利用的方法，其特征在于，镍渣、铜尾渣、含碳还原剂、石灰石、粘结剂的质量配比为镍渣:铜尾渣:含碳还原剂:石灰石:粘结剂＝100:(10-30):(15-20):(9-12):(8-12)。
7.如权利要求6所述的水淬镍渣复配铜尾渣综合利用的方法，其特征在于，镍渣和铜尾渣质量配比为镍渣:铜尾渣＝100:(20-25)。
8.如权利要求1所述的水淬镍渣复配铜尾渣综合利用的方法，其特征在于，步骤(4)中还原焙烧装置中还原焙烧温度为1200～1310℃。
9.如权利要求1所述的水淬镍渣复配铜尾渣综合利用的方法，其特征在于，步骤(4)中还原焙烧装置中的总还原焙烧时间为35～45min。
10.如权利要求1所述的水淬镍渣复配铜尾渣综合利用的方法，其特征在于，步骤(5)中金属化球团的一段磨矿粒度为0.074mm以下比例占70～75wt％，一段磁选磁场强度为2500Oe，选后的一段精矿再进行二段磨矿、磁选，二段磨矿粒度为0.074mm以下比例占80～84wt％，二段磁选磁场强度为800Oe。
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