CN110669945A - 利用转底炉直接还原与矿热电炉熔融还原处理铜渣的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用转底炉直接还原与矿热电炉熔融还原处理铜渣的方法，包括以下步骤：1)原料处理：将铜渣、硅石粉、还原剂与粘结剂经过配料、混合后，再经过压球工艺制备成铜渣含碳球团，将铜渣含碳球团烘干待用；2)转底炉还原与球团焦化增强：将铜渣含碳球团送入转底炉进行还原，得到氧化锌粉、金属化球团；3)硅铁冶炼：将转底炉排出的高温金属化球团直接送入矿热电炉冶炼，得到硅铁合金与炉渣。本发明采用转底炉直接还原与矿热炉熔炼相结合的创新工艺，在转底炉中将锌元素回收得到高附加值的氧化锌粉，转底炉排出的高温金属化率球团直接热装送入矿热电炉冶炼，省去了传统冷料入炉需要消耗电能加热的过程，大大节省了电耗和原料成本。

Description

利用转底炉直接还原与矿热电炉熔融还原处理铜渣的方法
技术领域
本发明涉及铜冶炼尾渣处理工艺，更具体地说，涉及一种利用转底炉直接还原与矿热电炉熔融还原处理铜渣的方法。
背景技术
铜渣是炼铜过程中产生的渣，属有色金属渣的一种。采用反射炉法炼铜排出的废渣为反射炉铜渣，采用鼓风炉炼铜排出的废渣为鼓风炉铜渣。中国是世界主要铜生产国，且90％采用火法冶炼工艺，每生产1吨铜将产出约2.2吨冶炼渣，近几年，我国每年铜渣产生量约1600万吨，历史堆存量超过1.2亿吨。铜渣的化学组成为SiO2：30％～40％，CaO：5％～10％，MgO：1％～5％，Al2O3：2％～4％，Fe：27％～40％，Zn：1％～3％；主要物相为铁橄榄石，其次为磁铁矿、玻璃体和硫化物。目前，大多数铜冶炼企业将铜渣部分出售给建材企业去用于水泥添加剂和制砖，部分堆存，没有最大限度的回收冶炼渣中的有价金属。在铜冶炼行业利润降低、环保要求日益严格的情况下，合理的对铜渣进行综合处理并实现经济效益，对铜冶炼企业来说至关重要。
硅铁是以焦炭(或兰炭)、钢屑(或球团矿)、石英(或硅石)为原料，用电炉冶炼制成的铁硅合金，其中硅石粒度80mm～140mm，焦炭粒度8mm～18mm，球团矿粒度8mm～18mm。硅铁常用于炼钢时的脱氧剂，同时硅铁还可作为合金元素加入剂，广泛应用于低合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、耐热钢及电工硅钢之中，硅铁在铁合金生产及化学工业中，常用作还原剂。
如专利公开号CN105886765A公开了一种制备硅铁的方法，该方法包括：将铜渣、硅石和中低阶煤进行混合处理，以便得到混合物料；将所述混合物料进行冶炼处理，以便得到含硅铁水和硅铁渣的混合溶体；以及将所述含硅铁水和硅铁渣的混合溶体进行渣铁分离处理，以便得到硅铁合金产品。该方法利用铜渣主要成分为铁氧化物和二氧化硅的特点，利用铜渣替代铁屑以及部分替代硅石冶炼硅铁，降低硅铁生产成本。
上述发明将铜渣、硅石和中低阶煤进行混合处理得到混合物直接进行冶炼处理得到硅铁水，由于铜渣中的铁物相为铁橄榄石(Fe2SiO4)，在生成硅铁的过程中，煤中的碳要先还原铁橄榄石(Fe2SiO4)，然后才能还原SiO2，与中低阶煤反应时间被加长，因而矿热炉电耗增加，该发明所述冶炼处理的温度为1700℃～2000℃，时间为0.5～2小时，此外该发明没有回收铜渣中2％～3％的锌元素，造成锌元素白白被浪费掉。
如专利公开号CN107760977A公开了一种硅铁合金产品制备方法：1)将铜渣、镍渣、钢屑、硅石和碳质还原剂按照质量比为50：50：20：120：70～100进行混合；镍渣、铜渣中全铁的质量分数35％以上，硅石中二氧化硅的质量分数不小于95％；碳质还原剂中固定碳含量不低于75％，灰分布高于15％；便得到混合物料；2)将混合物料进行冶炼处理，冶炼处理的温度为1650℃～2100℃，时间为1.5～2小时，便得到含硅铁水和硅铁渣的混合溶体；以及将所述含硅铁水和硅铁渣的混合溶体进行渣铁分离处理，以便得到硅铁合金产品。本发明可以有效实现镍渣、钢屑、铜渣的废物利用，避免镍渣、钢屑、铜渣污染环境，提高了经济效益。
上述发明的缺陷与公开号CN105886765A的发明专利相类似，由于铜渣和镍渣中的铁物相均为铁橄榄石(Fe2SiO4)，在生成硅铁的过程中，煤中的碳要先还原铁橄榄石(Fe2SiO4)，然后才能还原SiO2，使得反应时间被加长，因而矿热炉电耗增加，相应的能耗也增加，该发明所述冶炼处理的温度为1650℃～2100℃，时间为1.5～2小时，此外该发明没有回收铜渣中2％～3％的锌元素，造成锌元素白白被浪费掉。
硅铁生产的传统工艺是将硅石、焦炭和球团矿加入矿热电炉进行冶炼，三种原料粒度较大，其中，硅石粒度80mm～140mm，焦炭粒度8mm～18mm，球团矿粒度8mm～18mm，一般冶炼温度1700℃～2000℃，冶炼时间1.5～2小时，吨硅铁冶炼电耗8500Kwh～9000Kwh。
在现有技术中，铜渣多被用作部分水泥的添加料，没有合理利用其中的硅、铁、锌元素；也有将铜渣、硅石和中低阶煤进行混合处理，直接在矿热电炉中冶炼硅铁的技术，没有回收铜渣中2％～3％的锌元素，同时冶炼温度1700℃～2000℃，时间为0.5～2小时，吨硅铁冶炼电耗8500Kwh～9000Kwh，能耗较高。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种利用转底炉直接还原与矿热电炉熔融还原处理铜渣的方法，利用铜渣中的铁、硅较高的特点，采用转底炉直接还原与矿热炉熔炼相结合的创新工艺，在转底炉中将锌元素回收得到高附加值的氧化锌粉，转底炉排出的高温金属化率球团直接热装送入矿热电炉冶炼，省去了传统冷料入炉需要消耗电能加热的过程，大大节省了电耗和原料成本。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用转底炉直接还原与矿热电炉熔融还原处理铜渣的方法，包括以下步骤：
1)原料处理：将铜渣、硅石粉、还原剂与粘结剂经过配料、混合后，再经过压球工艺制备成铜渣含碳球团，将铜渣含碳球团烘干待用；
2)转底炉还原与球团焦化增强：将步骤1)所得铜渣含碳球团送入转底炉进行还原，得到氧化锌粉、金属化球团；
3)硅铁冶炼：将步骤2)转底炉排出的高温金属化球团直接送入矿热电炉冶炼，得到硅铁合金与炉渣。
所述步骤1)中，铜渣为火法炼铜排出的炉渣经过缓冷、细磨浮选回收铜之后的尾矿，含TFe：30％～50％，Zn：1％～3％、SiO2：30％～40％，粒度-325目占比大于80％。
所述步骤1)中，硅石粉含SiO2大于97％，粒度组成为：3mm～2mm占13％～15％、2mm～1mm占40％～50％、1mm以下占35％～45％。
所述步骤1)中，还原剂为炼焦用煤，其粒度为-3mm占比100％，粘结指数大于90。
所述步骤1)中，铜渣、硅石粉、还原剂的质量配比为100：(270～290)：(240～260)，铜渣烘干后水分小于2％。
所述步骤2)中，转底炉内的还原温度为1150℃～1330℃，还原时间为25min～40min，所得氧化锌粉的锌含量大于60％。
所述步骤2)中，转底炉排出的金属化球团抗压强度达到2500N～2800N/个，金属化率大于85％。
所述步骤3)中，硅铁冶炼温度1500℃～1680℃，冶炼时间仅为20min～35min。
本发明所提供的一种利用转底炉直接还原与矿热电炉熔融还原处理铜渣的方法，还具有以下几点有益效果：
1)本发明方法利用铜渣中的铁和硅含量高的特点，生产硅铁，同时将铜渣的锌元素提取出来以氧化锌粉的形式进行回收，实现了铜渣的资源综合利用；
2)本发明方法转底炉排出的金属化球团温度为1150℃～1200℃，只需加热转底炉排出的金属化球团，熔化即可与硅石反应，大大节省了能耗，同时转底炉排出球团金属化率大于85％，省去了球团矿中的铁氧化物反应生成金属铁的能耗，因而冶炼电耗大幅下降；
3)本发明方法铜渣中含有35％左右的SiO2，可以替代部分硅石进行冶炼，进一步降低了原料成本；
4)本发明方法采用粘结指数较高、价格低廉的焦煤代替昂贵的焦炭进行硅铁冶炼，不仅省去了传统工艺的焦化生产，而且球团在转底炉中被逐渐加热，其中的焦煤发生了焦化反应，并生成了大量的粘结相，不仅提供了用于硅铁反应的碳元素，同时球团的强度从加入转底炉时的700N/个迅速提高到大于2500N/个，确保了矿热电炉的顺行；
5)相比传统工艺，本发明方法原料粒度较细，也因此冶炼电耗大幅下降。传统工艺硅石粒度80～140mm，焦炭粒度8～18mm，球团矿粒度8～18mm，且三种原料并非紧密结合；而本发明铜渣粒度-325目占比大于80％；还原剂为炼焦用煤，其粒度为-3mm占比100％；硅石粉含粒度组成为：3～2mm占13％～15％、2～1mm占40％～50％、1mm以下占35％～45％，且三种细粒级原料混合均匀压制成球团，由于其接触比表面积增大，反应速度加快，因而反应温度降低，相应地降低了电耗，硅铁冶炼温度1500～1680℃，冶炼时间仅为20～35min，吨硅铁电耗5500～6500Kwh。
附图说明
图1是本发明方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
请结合图1所示，本发明所提供的一种利用转底炉直接还原与矿热电炉熔融还原处理铜渣的方法，包括以下步骤：
1)原料处理：将铜渣、硅石粉、还原剂与粘结剂经过配料、混合后，再经过压球工艺制备成铜渣含碳球团，将铜渣含碳球团烘干待用；
2)转底炉还原与球团焦化增强：将步骤1)所得铜渣含碳球团送入转底炉进行还原，球团中的焦煤随着转底炉逐渐升温发生了焦化反应，球团强度大幅度升高，得到氧化锌粉、金属化球团，铜渣中的铁氧化物绝大多数被还原为金属铁得到金属化球团；铜渣中的锌氧化物被还原成单质锌并进入烟气，通过收尘系统收集；
3)硅铁冶炼：将步骤2)转底炉排出的高温金属化球团直接送入矿热电炉冶炼，得到硅铁合金与炉渣。
较佳的，所述步骤1)中，铜渣为火法炼铜排出的炉渣经过缓冷、细磨浮选回收铜之后的尾矿，含TFe：30％～50％，Zn：1％～3％、SiO2：30％～40％，粒度-325目占比大于80％。硅石粉含SiO2大于97％，粒度组成为：3mm～2mm占13％～15％、2mm～1mm占40％～50％、1mm以下占35％～45％。还原剂为炼焦用煤，其粒度为-3mm占比100％，粘结指数大于90。铜渣、硅石粉、还原剂的质量配比为100：(270～290)：(240～260)，铜渣烘干后水分小于2％。
较佳的，所述步骤2)中，转底炉内的还原温度为1150℃～1330℃，还原时间为25min～40min，所得氧化锌粉的锌含量大于60％。转底炉排出的金属化球团抗压强度达到2500N～2800N/个，金属化率大于85％。硅铁冶炼温度1500℃～1680℃，冶炼时间仅为20min～35min，吨硅铁电耗5500～6500Kwh。
实施例一
某铜渣浮选后的尾矿成分见下表：
元素 TFe FeO Cu CaO MgO SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Na<sub>2</sub>O K<sub>2</sub>O S P Pb Zn
含量 43.21 44.44 0.17 1.82 2.62 31.34 3.32 0.25 1.02 0.19 0.02 0.26 1.09
1)铜渣含碳球团制备：将该铜渣、含SiO298％的硅石粉(粒度组成为：3mm～2mm占14％、2mm～1mm占45％、1mm以下占41％)、-3mm占比100％的焦煤(粘结指数95)按照质量比为100:270:250混合均匀压制成含碳球团，将含碳球团在链篦烘干机中烘干至水分小于2％，得到抗压强度为750N/个的铜渣含碳球团；
2)转底炉还原与球团焦化增强：铜渣含碳球团送入转底炉进行还原，转底炉中温度为1150℃～1300℃，还原时间35min，得到氧化锌粉的锌元素含量60.85％，得到球团金属化率86.32％，抗压强度2700N/个；
3)硅铁冶炼：将温度为1180℃的球团直接送入矿热电炉冶炼，矿热电炉冶炼温度1570℃，冶炼时间25min，得到牌号为FeSi75Al1.0-A的硅铁合金与炉渣，吨硅铁电耗6000Kwh。
实施例二
某铜渣浮选后的尾矿成分见下表：
元素 TFe FeO Cu CaO MgO SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Pb Zn S P K<sub>2</sub>O Na<sub>2</sub>O
含量 41.55 41.82 0.19 1.85 1.81 33 3.15 0.54 2.23 0.24 0.018 0.36 0.12
1)铜渣含碳球团制备：将该铜渣、含SiO297.5％的硅石粉(粒度组成为：3mm～2mm占15％、2mm～1mm占40％、1mm以下占45％)、-3mm占比100％的焦煤(粘结指数100)按照质量比为100:260:260混合均匀压制成含碳球团，将含碳球团在链篦烘干机中烘干至水分小于2％，得到抗压强度为730N/个的铜渣含碳球团；
2)转底炉还原与球团焦化增强：铜渣含碳球团送入转底炉进行还原，转底炉中温度为1150℃～1320℃，还原时间30min，得到氧化锌粉锌元素含量62.85％，得到球团金属化率88.94％，抗压强度2800N/个；
3)硅铁冶炼：将温度为1200℃的球团直接送入矿热电炉冶炼，矿热电炉冶炼温度1650℃，冶炼时间22min，得到牌号为FeSi75Al12.0-B的硅铁合金与炉渣，吨硅铁电耗5800Kwh。
综上所述，本发明一种利用转底炉直接还原与矿热电炉熔融还原处理铜渣的方法，针对铜渣长期堆存，利用率不高的问题，本发明采用转底炉直接还原与矿热电炉熔融还原两步法处理铜渣的工艺流程，生产高附加值的氧化锌粉与硅铁合金，该方法具有硅铁冶炼温度低，冶炼时间短的特点，可有效降低硅铁冶炼电耗，实现铜渣的资源综合利用，提高铜渣利用水平。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种利用转底炉直接还原与矿热电炉熔融还原处理铜渣的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)原料处理：将铜渣、硅石粉、还原剂与粘结剂经过配料、混合后，再经过压球工艺制备成铜渣含碳球团，将铜渣含碳球团烘干待用；
2)转底炉还原与球团焦化增强：将步骤1)所得铜渣含碳球团送入转底炉进行还原，得到氧化锌粉、金属化球团；
3)硅铁冶炼：将步骤2)转底炉排出的高温金属化球团直接送入矿热电炉冶炼，得到硅铁合金与炉渣。
2.如权利要求1所述的利用转底炉直接还原与矿热电炉熔融还原处理铜渣的方法，其特征在于：所述步骤1)中，铜渣为火法炼铜排出的炉渣经过缓冷、细磨浮选回收铜之后的尾矿，含TFe：30％～50％，Zn：1％～3％、SiO2：30％～40％，粒度-325目占比大于80％。
3.如权利要求2所述的利用转底炉直接还原与矿热电炉熔融还原处理铜渣的方法，其特征在于：所述步骤1)中，硅石粉含SiO2大于97％，粒度组成为：3mm～2mm占13％～15％、2mm～1mm占40％～50％、1mm以下占35％～45％。
4.如权利要求3所述的利用转底炉直接还原与矿热电炉熔融还原处理铜渣的方法，其特征在于：所述步骤1)中，还原剂为炼焦用煤，其粒度为-3mm占比100％，粘结指数大于90。
5.如权利要求4所述的利用转底炉直接还原与矿热电炉熔融还原处理铜渣的方法，其特征在于：所述步骤1)中，铜渣、硅石粉、还原剂的质量配比为100：(270～290)：(240～260)，铜渣烘干后水分小于2％。
6.如权利要求1所述的利用转底炉直接还原与矿热电炉熔融还原处理铜渣的方法，其特征在于：所述步骤2)中，转底炉内的还原温度为1150℃～1330℃，还原时间为25min～40min，所得氧化锌粉的锌含量大于60％。
7.如权利要求6所述的利用转底炉直接还原与矿热电炉熔融还原处理铜渣的方法，其特征在于：所述步骤2)中，转底炉排出的金属化球团抗压强度达到2500N～2800N/个，金属化率大于85％。
8.如权利要求1所述的利用转底炉直接还原与矿热电炉熔融还原处理铜渣的方法，其特征在于：所述步骤3)中，硅铁冶炼温度1500℃～1680℃，冶炼时间仅为20min～35min。
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