CN109207715A - 一种对铜渣焙烧改性回收铁的方法 - Google Patents

一种对铜渣焙烧改性回收铁的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种对铜渣焙烧改性回收铁的方法，该方法包含：(1)将脱硅改性剂和铜渣在惰性气体保护下升温至焙烧温度，使铜渣中的铁橄榄石中的氧化亚铁游离出来；(2)保持焙烧温度和惰性气体保护，焙烧体系与外界大气连通，将CO和CO2气体同时通入步骤(1)中的焙烧体系中，CO在CO和CO2总气体成分中的体积百分比为0～5％，游离的氧化亚铁被氧化成四氧化三铁，并使其晶体长大；(3)待焙烧结束，进行降温，经过磨矿和分级过程，得到不同粒度的改性渣，在磁场下磁选分离，以得到铁精矿和磁选尾矿。本发明的方法能够利用工业废气CO和CO2高效回收铜渣中的铁，得到适合做炼铁原料的铁精矿和能作为水泥等建筑材料原料的磁选尾矿。

Description

一种对铜渣焙烧改性回收铁的方法
技术领域
本发明涉及回收铜渣中铁的工艺，具体涉及一种对铜渣焙烧改性回收铁的方法。
背景技术
据统计，2017年中国的精炼铜产量达到888.9万吨，铜渣是炼铜过程中产生的渣，主要是在铜精矿造锍熔炼过程中产生的，按照一般的渣铜比为2.2：1来算，仅2017年我国产生的铜渣量就高达1777.8万吨。铜渣的典型成分是Fe为30％～40％，Cu为0.2％～5％，SiO2为35％～40％，Al2O3和CaO含量都在10％以下，还有少量的锌、镍、钴等金属元素，可见，铜渣中铁的含量很高。造锍过程(coppermatte smelting process)有复杂的物理化学反应，造渣反应是造锍熔炼的一部分，造渣过程(slag forming process)中氧化亚铁和添加的石英石熔剂反应产生硅酸铁，形成铁橄榄石(2FeO·SiO2)。在造锍过程中，其在氧化气氛条件下进行，因而铜渣过氧化，渣中Fe3O4较多。因此，在铜渣中铁主要以铁橄榄石和磁铁矿(Fe3O4)存在。
中国铁矿石的平均工业品位为29.1％，铜渣实际作为一种“人造矿石”完全满足炼铁矿石铁品位的要求。但是，目前中国国内对铜渣中铜的利用率不到12％，铁的利用率更不到1％，大部分铜渣被堆存在渣场，既占用土地又污染环境，也是资源的巨大浪费，已成为阻碍铜冶炼企业持续发展的重要因素。如果能把铜渣中的铁全部回收利用，不但解决了铜渣堆存的环境污染问题，同时还能给炼铁行业提供一种新的原材料，降低炼铁成本，使铜冶炼企业实现持续发展和循环经济的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种对铜渣焙烧改性回收铁的方法，该方法解决了铜渣利用率的问题，能够利用工业废气CO和CO2高效回收铜渣中的铁，得到铁精矿。
为了达到上述目的，本发明提供了一种对铜渣焙烧改性回收铁的方法，该方法包含：
(1)将脱硅改性剂和铜渣在惰性气体保护下升温至焙烧温度，使铜渣中的铁橄榄石中的氧化亚铁游离出来；
(2)保持焙烧温度和惰性气体保护，焙烧体系与外界大气连通，将CO和CO2气体同时通入步骤(1)中的焙烧体系中，CO在CO和CO2总气体成分中的体积百分比为0～5％，将游离出来的氧化亚铁氧化成四氧化三铁，并使磁性四氧化三铁晶体长大；
(3)待焙烧结束，进行降温，经过磨矿和分级过程，得到不同粒度的改性渣，在磁场下磁选分离，以得到铁精矿和磁选尾矿。
优选地，在步骤(1)中，所述的焙烧温度为800～1200℃。
优选地，在步骤(1)中，所述惰性气体包含：氮气、氩气和二氧化碳中任意一种或两种以上。
优选地，在步骤(1)中，所述脱硅改性剂包含：熟石灰。
优选地，在步骤(1)中，所述脱硅改性剂和铜渣的质量比为1：10～3：10。
优选地，在步骤(2)中，在恒温焙烧时，所述CO和CO2的进气总流量为150mL/min～250mL/min；在升温至恒定的焙烧温度，以及焙烧结束降温时，所述惰性气体的进气流量为250mL/min。
优选地，在步骤(2)中，所述通入CO与CO2的气体流速分别为0～10mL/min和190～200mL/min。
优选地，在步骤(3)中，所述磨矿采用球磨机或振动磨机；所述分级采用振动筛；所述磁选采用磁选管。
优选地，在步骤(3)中，所述改性渣的粒度为38～100μm。
优选地，在步骤(3)中，所述磁场的强度为80mT～130mT。
本发明的对铜渣焙烧改性回收铁的方法，解决了铜渣利用率的问题，具有以下优点：
本发明的方法利用工业废气CO和CO2，以及熟石灰回收废弃铜渣中的铁，其工艺流程短、设备简单，不造成二次污染，能够以较低的成本直接从铜渣中得到铁精矿，得到含铁品位60％以上的铁矿石，且回收率高达98％以上，回收的铁精矿能够达到高炉铁原料的要求，显著提高了经济效率。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
一种对铜渣焙烧改性回收铁的方法，该方法包含：
(1)将脱硅改性剂和铜渣在惰性气体保护下升温至焙烧温度，使铜渣中的铁橄榄石中的氧化亚铁游离出来；
(2)保持焙烧温度和惰性气体保护，焙烧体系与外界大气连通，将CO和CO2气体同时通入步骤(1)中的焙烧体系中，CO在CO和CO2总气体成分中的体积百分比为0～5％，将游离出来的氧化亚铁氧化成四氧化三铁，并使磁性四氧化三铁晶体长大；
(3)待焙烧结束，进行降温，经过磨矿和分级过程，得到不同粒度的改性渣，在磁场下磁选分离，以得到铁精矿和磁选尾矿，铁精矿干燥后作为高炉铁原料，磁选尾矿干燥后作为制作水泥或透气砖的原料。
本发明考虑到工业废气中存在大量的CO和CO2气体，出于经济和环境保护的目的，利用CO和CO2气体以回收铜渣中的铁。通入CO和CO2气体，在总气体流速一定的前提下通过调节两气体各自的通入气体流速控制两气体在保温焙烧中的气体成分之比，控制CO在CO和CO2总气体成分中的体积百分比在5％以下。通过通入惰性气体是将空气排出焙烧体系，铜渣中铁橄榄石氧化成四氧化三铁需要弱氧化性的条件，通过CO和CO2可以调节体系的弱氧化氛围，经过研究若要保证铜渣中的铁橄榄石尽可能多的氧化成四氧化三铁，CO在总气体成分中的占比不能超过5％。本发明的焙烧体系与外界大气连通，处于动态状态下，通入和排出气体总量一样，因此惰性气体对焙烧体系整体不会产生影响。
进一步地，在步骤(1)中，焙烧温度为800～1200℃。
进一步地，在步骤(1)中，惰性气体包含：氮气、氩气和二氧化碳中任意一种或两种以上。
进一步地，在步骤(1)中，脱硅改性剂包含：碳酸钠、硫酸钙和熟石灰中的任意一种或两种以上。铜渣中铁橄榄石的氧化回收中脱硅剂的作用主要是和铁橄榄石中的SiO2成分反应并调节体系的碱度。
进一步地，在步骤(1)中，脱硅改性剂和铜渣的质量比为1：10～3：10，以使脱硅剂和铜渣中的钙和硅的摩尔质量之比尽可能为1:1，进而将铜渣中的铁尽可能的高效回收。
进一步地，在步骤(2)中，在恒温焙烧时，CO和CO2的进气总流量为150mL/min～250mL/min。对CO和CO2的进气总流量并不严格要求，对本发明分离效果的影响与CO与CO2的体积比有关，但出于经济性和可控性的要求，因而限制CO和CO2的进气总流量为150mL/min～250mL/min。
进一步地，在升温至恒定的焙烧温度，以及焙烧结束降温时，惰性气体的进气流量为250mL/min。
进一步地，在步骤(2)中，通入CO与CO2的气体流速分别为0～10mL/min和190～200mL/min。
进一步地，在步骤(3)中，磨矿采用球磨机或振动磨机；分级采用振动筛；磁选采用磁选管。磨矿主要是为了将改性渣磨细到满足磁选分离粒度，因此只要能将改性渣磨细到要求粒度的磨矿设备皆能运用其中，分级也就是将磨细后的样品进行细分粒度等级，只要是能满足分级精度的分级设备都能运用。本发明考虑到经济性和普遍性，故而选择振动筛、磁选管，以及球磨机或振动磨机。
进一步地，在步骤(3)中，改性渣的粒度为38～100μm。
进一步地，在步骤(3)中，磁场的强度为80mT～130mT。
在步骤(2)中，磨矿采用球磨机或振动磨机；分级采用振动筛；磁选采用磁选管。
在步骤(2)中，改性渣的粒度为38～100μm。通过对改性渣的粒度的选择，以利于后续的磁选分离。当磁选的粒度过大或过小都会在磁选回收的过程中造成磁选铁精矿的损失，经过研究发现，当改性渣的粒度为38～100μm时，铁精矿回收率损失较少。
在步骤(2)中，磁场的强度为80mT～130mT，以分离成铁品位高的铁精矿和铁品位低的尾矿。磁场强度也是造成磁选回收铁精矿回收率的重要影响因素，磁场强度过低或过高都会引起回收铁精矿的损失，经过研究发现，当所述磁场的强度为80mT～130mT时，铁精矿回收率损失较少。
实施例1
将干燥的熟石灰和铜渣按质量比1:10在氮气保护下焙烧，在900℃下保温，在焙烧时通入CO和CO2的混合气体，CO与CO2的进气流量速率分别为10mL/min和190mL/min，控制CO在CO与CO2总气体成分中的占比为5％，焙烧1小时。
待焙烧结束，经过磨矿和分级过程，得到粒度为38μm的改性渣(modified slag)，在强度为120mT的弱磁场下磁选分离。
经上述过程，回收的铁精矿(iron concentrate)的铁品位(iron grade，指所含铁金属量占铁精矿量的百分比)为60％，回收率为98.5％，磁选尾矿(magnetic separationtailing)的回收率为1.5％，该磁选尾矿中硅含量为29.36％，实现了铁硅分离，以及对铁的回收。
实施例2
将干燥的熟石灰和铜渣按质量比1:10在氩气保护下焙烧，在950℃下保温，在焙烧时通入CO和CO2的混合气体，CO与CO2的进气流量速率分别为10mL/min和190mL/min，控制CO在CO与CO2总气体成分中的占比为5％，焙烧4小时。
待焙烧结束，经过磨矿和分级过程，得到粒度为38～50μm的改性渣，在强度为110mT的弱磁场下磁选分离。
经上述过程，回收的铁精矿铁品位为62.5％，回收率为98.83％，磁选尾矿的回收率为1.17％，该磁选尾矿中硅含量为30.05％，实现了铁硅分离，以及对铁的回收。
实施例3
将干燥的熟石灰和铜渣按质量比2:10在二氧化碳保护下焙烧，在1000℃下保温，在焙烧时通入CO和CO2的混合气体，CO与CO2的进气流量速率分别为5mL/min和195mL/min，控制CO在CO与CO2总气体成分中的占比为2.5％，焙烧8小时。
待焙烧结束，经过磨矿和分级过程，得到粒度为50～74μm的改性渣，在强度为100mT的弱磁场下磁选分离。
经上述过程，回收的铁精矿铁品位为65.7％，回收率为99.25％，磁选尾矿的回收率为0.75％，该磁选尾矿中硅含量为31.27％，实现了铁硅分离，以及对铁的回收。
实施例4
将干燥的熟石灰和铜渣按质量比2:10在二氧化碳保护下焙烧，在1050℃下保温，在焙烧时通入CO和CO2的混合气体，CO与CO2的进气流量速率分别为5mL/min和195mL/min，控制CO在CO与CO2总气体成分中的占比为2.5％，焙烧12小时。
待焙烧结束，经过磨矿和分级过程，得到粒度为74～100μm的改性渣，在强度为90mT的弱磁场下磁选分离。
经上述过程，回收的铁精矿铁品位为65.7％，回收率为99.5％，磁选尾矿的回收率为0.5％，该磁选尾矿的硅含量为32.37％，实现了铁硅分离，以及对铁的回收。
实施例5
将干燥的熟石灰和铜渣按质量比3:10在二氧化碳保护下焙烧，在1100℃下保温，在焙烧时只通入CO2气体，因为在高温下CO2也会分解出占总体积5％以下的CO，形成的混合气体实现对氧化亚铁的弱氧化处理，控制CO2的进气流量速率分别200mL/min，焙烧24小时。
待焙烧结束，经过磨矿和分级过程，得到粒度为100μm的改性渣，在强度为80mT的弱磁场下磁选分离，回收的铁精矿铁品位为66.5％，回收率为98.75％，磁选尾矿的回收率为1.25％，该磁选尾矿的硅含量为30.02％，实现了铁硅分离，以及对铁的回收。
综上所述，本发明的对铜渣焙烧改性回收铁的方法能够利用工业废气CO和CO2高效回收铜渣中的铁，得到铁精矿。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种对铜渣焙烧改性回收铁的方法，其特征在于，该方法包含：
(1)将脱硅改性剂和铜渣在惰性气体保护下升温至焙烧温度，使铜渣中的铁橄榄石中的氧化亚铁游离出来；
(2)保持焙烧温度和惰性气体保护，焙烧体系与外界大气连通，将CO和CO2气体同时通入步骤(1)中的焙烧体系中，CO在CO和CO2总气体成分中的体积百分比为0～5％，将游离出来的氧化亚铁氧化成四氧化三铁，并使磁性四氧化三铁晶体长大；
(3)待焙烧结束，进行降温，经过磨矿和分级过程，得到不同粒度的改性渣，在磁场下磁选分离，以得到铁精矿和磁选尾矿。
2.根据权利要求1所述的对铜渣焙烧改性回收铁的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的焙烧温度为800～1200℃。
3.根据权利要求1所述的对铜渣焙烧改性回收铁的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述惰性气体包含：氮气、氩气和二氧化碳中任意一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的对铜渣焙烧改性回收铁的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述脱硅改性剂包含：熟石灰。
5.根据权利要求1所述的对铜渣焙烧改性回收铁的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述脱硅改性剂和铜渣的质量比为1：10～3：10。
6.根据权利要求1所述的对铜渣焙烧改性回收铁的方法，其特征在于，在步骤(2)中，在恒温焙烧时，所述CO和CO2的进气总流量为150mL/min～250mL/min；在升温至恒定的焙烧温度，以及焙烧结束降温时，所述惰性气体的进气流量为250mL/min。
7.根据权利要求3所述的对铜渣焙烧改性回收铁的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述通入CO与CO2的气体流速分别为0～10mL/min和190～200mL/min。
8.根据权利要求1所述的对铜渣焙烧改性回收铁的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述磨矿采用球磨机或振动磨机；所述分级采用振动筛；所述磁选采用磁选管。
9.根据权利要求1所述的对铜渣焙烧改性回收铁的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述改性渣的粒度为38～100μm。
10.根据权利要求1所述的对铜渣焙烧改性回收铁的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述磁场的强度为80mT～130mT。
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