CN114836630A - 铜精矿协同处理含铜危废的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜精矿协同处理含铜危废的方法及系统。所述方法包括：将铜精矿与含铜危废进行混料，减少含铜危废水分同时增加铜精矿湿度，得到混合物料；将所述混合物料加入到熔炼炉中，同时向熔炼炉内加入熔剂、还原剂，并鼓入富氧空气进行熔炼，得到铜锍、烟气和熔渣。本发明创新的将铜精矿和含铜危废进行协同处理，将含水较高的含铜危废与含水较低的铜精矿先进行拌料后熔炼，实现了含铜危废的无害化处理，减少了铜精矿入炉损失，提高了铜回收率，最大限度利用了熔炼富余热，降低了生产能耗；克服了现有含铜危废处理过程需干燥/焙烧等复杂预处理工序以及处理过程中易产生二次污染物等问题。
Description
技术领域
本发明涉及危废处理技术领域，特别是涉及一种铜精矿协同处理含铜危废的方法及系统。
背景技术
含铜危废主要包括表面处理、热处理、电镀、电子元件制造和基础化学原料制造等行业产生的污泥，以及有色金属冶炼行业产生的废渣、烟灰和污泥等。目前含铜危废的处理方法有固化填埋、焚烧、浸出和火法处理四种工艺。其中，固化填埋法未对危废进行无害化处理，不能彻底消除其危害性。焚烧工艺在处理危废过程中容易产生二次污染源。浸出工艺能对危废进行无害化和减量化处理，但是处理工艺比较有针对性，原料适应性较差。
相比其他处理方法，火法工艺原料适应性较强，生产无害化炉渣，是含铜危废处置中主流工艺。例如，
中国申请CN109402399A公开了一种处理危险废物的方法，该方法将危险废物和活性炭送入回转窑焙烧，回转窑产出的焙烧料送至侧吹浸没燃烧熔池熔炼炉进行熔炼，以提高危废中有价金属回收率。
中国申请CN111378844A公开了一种处理含铜污泥的方法和系统，其公开了将含铜污泥进行干燥处理，将干燥后含铜污泥与铜渣搭配进行熔炼，实现了减少熔剂和还原剂的使用量，提升铜渣贫化效果。
中国申请CN111041213A的文件提供了一种采用底吹熔池熔炼工艺处理电镀污泥的方法，该方法将待处理的电镀污泥进行脱水干燥后，至含水25～35％后再加入富氧底吹熔炼系统进行熔炼，实现多种有价金属的回收和利用。
上述危废处理工艺虽取得了一定成效，但发明人认识到目前含铜危废的处理仍然存在以下问题：
1)原料预处理工序复杂、操作繁琐、所需设备数量多、人力物力消耗大生产能耗高等。例如，在熔炼前还需对危废先进行干燥或焙烧等预处理操作；又如，部分火法工艺还需要将干燥后的污泥进行制砖处理操作等。
2)处理过程中易产生二次污染物。例如，危废中的有机污泥干燥过程中容易产生二噁英和易挥发性有机物(VOC)等二次污染物，使得干燥烟气处理很困难。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种铜精矿协同处理含铜危废的方法及系统。本发明采用协同处理工艺，通过将含铜危废和铜精矿混料减少含铜危废水分同时增加铜精矿，然后熔炼，可实现含铜危废的无害化处理，且可减少铜精矿入炉损失；可克服现有含铜危废处理过程需要进行干燥/焙烧等复杂的预处理工序以及处理过程易产生二次污染物等问题。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
根据本发明的一个方面，本发明提供的一种铜精矿协同处理含铜危废的方法，包括：将铜精矿与含铜危废在常温下进行混料，减少含铜危废水分同时增加铜精矿湿度，得到混合物料；将所述混合物料与熔剂、还原剂加入到熔炼炉中，并向炉中鼓入富氧空气，进行熔炼，得到铜锍、烟气和熔渣。
可选的，所述混料在常温下进行。
可选的，混料时，所述方法还包括：控制所述混合物料的含水率，使所述混合物料的含水率为11％～18％。
可选的，所述含铜危废的含水率≥20％；所述铜精矿的含水率≤12％。
可选的，所述富氧空气采用喷枪鼓入熔炼炉，其富氧浓度为50％～90％。
可选的，熔炼时还包括控制熔炼温度。进一步地，包括：控制铜镏操作温度为1150℃～1250℃；控制熔炼渣操作温度为1200℃～1350℃；控制烟气温度为1200℃～1350℃。
可选的，还包括：调节富氧空气的富氧浓度。
可选的，熔炼时还可以对其他物料同时进行处理。例如熔炼时向炉中加入返料和/或混合精矿等其他物料进行处理。
可选的，经熔炼过程，有价金属元素富集回收至所述铜锍中；易挥发杂质元素挥发至烟气中并经换热收尘；熔渣经放渣口排出形成一般固废。
根据本发明的另一个方面，本发明提供的一种铜精矿协同处理含铜危废的系统，包括：
混料装置，用于对铜精矿与含铜危废进行混料，脱除含铜危废水分同时增加铜精矿湿度，得到混合物料；
输送装置，用于将所述混合物料输送至熔炼炉中；
熔炼炉，用于所述混合物料与熔剂、还原剂以及富氧空气在熔炼炉中熔炼，得到铜锍、烟气和熔渣。
可选的，还包括：检测装置，用于检测铜精矿、含铜危废以及混合物料的含水率。
有益效果：本发明将铜精矿和含铜危废进行协同处理，通过将含水较高的含铜危废与含水较低的铜精矿先混料后熔炼，便可使得危废中各类有价金属进入铜锍相，熔炼产生的渣为一般固废，且熔炼过程烟气温度较高，抑制了二噁英和易挥发性有机物(VOC)的形成，从而实现了含铜危废的无害化处理，减少了铜精矿入炉损失，提高了铜回收率；且最大限度利用了矿铜熔炼产生的富余热，降低了生产能耗；省去了含铜危废的污泥干燥步骤及干燥烟气处理等步骤，处理工序简单、设备数量少、投资少；同时避免了含铜危废干燥或焙烧过程产生二噁英和易挥发性有机物等二次污染物，环保效果好。
与现有技术相比，本发明优点和有益效果还体现在以下几个方面：
(1)含铜危废的处理过程中省去了污泥干燥的步骤，以及干燥烟气处理等步骤，处理工序简单，混料过程只需要在危废堆场预留场地进行即可，无需特殊设备，操作过程简单、设备少、投资少。
(2)含铜危废无需进行干燥或焙烧，拌料过程在常温下进行，避免了含铜危废在干燥或焙烧过程中产生二噁英和易挥发性有机物等二次污染物。
(3)含铜危废水分的脱除主要在熔炼工段进行，本发明将传统的干燥工段脱除危废水分转移至熔炼工段进行，充分利用矿铜在造锍熔炼过程中产生的巨大热量，有效降低了生产能耗。
(4)通过将干燥的铜精矿与含水较多的含铜危废进行拌料，增加了铜精矿的湿度，改变了铜精矿粉状的程度，减少了入炉过程中铜精矿被高温烟气带走的数量，从而降低了熔炼烟尘率，提高了铜的直收率。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明采用铜精矿和含铜危废协同处理方式，将含水较高的危废与含水较低的干精矿混料后加入熔炼炉进行熔炼。熔炼过程中，铜、金、银等有价金属进入铜锍得到富集和回收；易挥发的铅、锌、砷等杂质元素挥发到烟气中，最终收集到烟尘中，达到杂质元素的综合回收和减量化；其它杂质进入熔渣形成一般固废，实现危险废物的无害化处理。本发明在含铜危废的处理过程中省去了污泥干燥的步骤，以及干燥烟气处理等步骤，处理工序简单、设备数量少、投资少；同时避免了含铜危废在干燥或焙烧过程中产生二噁英和易挥发性有机物等二次污染物；危废处理过程中危废水分的脱除充分利用矿铜在造锍熔炼过程中产生的巨大热量，降低了生产能耗；而且避免了铜精矿入炉损失，降低了熔炼过程烟尘率。
本发明提供的一种铜精矿协同处理含铜危废的方法，包括以下步骤：
步骤S10，将铜精矿与含铜危废进行混料，减少含铜危废水分同时增加铜精矿湿度，得到混合物料。
其中，所述混料过程可以在危废堆场通过混料装置进行，得到的混合物料经输送装置与其他入炉物料一起送至熔炼炉。所述混料是在常温下进行，可避免二次污染物的产生。所述铜精矿含水率低于含铜危废，通过混料，一定程度上可以减少含铜危废的水分，同时还能够增加铜精矿湿度；由于铜精矿湿度增加，其粉状程度得到改变，如此就减少了铜精矿入炉过程中被高温烟气带走的数量(干燥粉状铜精矿入炉时会被烟气带走)，从而降低了熔炼烟尘率，也提高了铜的直收率。
在一可选实施例中，在混料过程中还包括检测并控制混合物料的含水率，以确保后续熔炼进行。进一步地，混料工序将最终混合物料的含水率控制在11％～18％，例如12％、14％、16％等，以便有效降低含铜危废的水分，同时增加铜精矿湿度，从而便于物料运输，以及有效降低熔炼烟尘率。混料时铜精矿和含铜危废的混料量根据铜精矿、含铜危废以及混合物料的含水率来确定。
本发明可以处理的含铜危废其含水率不低于20％，处理范围广；进一步地，可以处理含水率20％～85％的含铜危废，例如35％、40％、45％等，尤其是对于高含水率50％～85％的含铜危废进行处理，具体例如50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％等，从而可以避免一些低温烘干、干燥等预处理操作，节省了烘干操作时间，进而可以避免干燥过程中一些污染物的产生。含铜危废主要包括表面处理、热处理、电镀、电子元件制造和基础化学原料制造等行业产生的污泥，以及有色金属冶炼行业产生的废渣、烟灰和污泥等，一般包含铜、铁、锌、铅、砷、金、银等元素的化合物。
本发明中的铜精矿的含水率低于含铜危废，混料后因湿度增加，从而避免被高温烟气带走，进而提高铜的直收率。本发明尤其是对于一些干燥的粉末程度比较高的铜精矿，其处理效果较佳；例如，含水率不高于15％的铜精矿，进一步地，含水率在8％～10％等。
步骤S20，将所述混合物料加入到熔炼炉中，同时向熔炼炉加入熔剂和还原剂等，并鼓入富氧空气，进行熔炼，得到铜锍、烟气和熔渣。其中，混合物料可以与熔剂、还原剂等一起经熔炼炉顶部的加料口加入到熔炼炉中。
其中，采用喷枪将富氧空气鼓入熔炼炉内，熔炼过程中混合物料、熔剂、还原剂等，与鼓入炉内的富氧空气发生一系列的化学反应，完成加热、脱水、分解、熔化、造锍和造渣等过程，反应形成的铜锍和炉渣因密度不同在熔池内形成分层；最终铜锍从铜锍排放口排出，炉渣从放渣口排放。具体地，熔炼过程中，含水较高的危废利用炉内高温脱除水分，危废中铜、金、银等有价金属进入铜锍得到富集和回收，经铜锍排放口排出；易挥发的铅、锌、砷等杂质元素挥发到烟气中，最终经出烟口收集到烟尘中，达到杂质元素的综合回收和减量化；其它杂质进入熔渣形成一般固废，实现危险废物的无害化处理。
其中，熔炼过程中发生的一系列化学反应如下：
H2O(l)＝H2O(g)
2FeS2(s)→FeS(s)+S2(g)
2CuFeS2(s)→Cu2S(s)+2FeS(s)+1/2S2
2FeS2+11/2O2＝Fe2O3+4SO2
3FeS2+8O2＝Fe3O4+6SO2
2CuS+O2＝Cu2S+SO2
Cu2S+1.5O2(g)＝Cu2O+SO2
FeS+Cu2O＝FeO+Cu2S
2FeO+SiO2＝(2FeO·SiO2)
FeS+3Fe3O4+5SiO2＝5(2FeO·SiO2)+SO2
进一步地，所述富氧空气的富氧浓度为50％～90％，通过鼓入该富氧浓度的富氧空气，可以使熔炼炉内物料快速进行一些列化学反应，完成脱水、造锍和造渣等过程，进而提高了熔炼效率。
其中，所述入炉物料包括熔剂、还原剂等熔炼用原料中的一种或几种。所述溶剂可以为石英石、硅石等中的至少一种。所述还原剂可以为煤、焦炭等中的至少一种，例如块煤等。另外，所述入炉物料还可以包含一些返料等，以得到充分利用。加入所述混合物料，并加入熔剂、还原剂等入炉物料，在熔炼炉进行熔炼，更有利于熔炼反应的进行，有利于造锍和造渣等过程。
在一可选实施例中，熔炼过程中，还包括：控制温度步骤，控制富氧空气的富氧浓度步骤，控制燃料率，以及控制熔炼时其他参数等步骤。通过温度、富氧浓度等进行控制，可以确保熔炼过程中各反应的进行，便于造锍和造渣，提高协同处理效率，且保证熔炼炉的使用寿命。
进一步地，熔炼时，熔炼温度一般可以控制在1150℃～1350℃，同时在上部炉膛内的二次风以及烟气能充分搅拌混合，增强湍流度；本发明中熔炼炉还配置有余热锅炉，且所述余热锅炉上升段较高，能够延长气体在高温区的停留时间；矿铜在熔炼过程中，烟气含SO2浓度高、含Cl低，从而也能能够有效地抑制二噁英的生成，因此，从理论上讲，本发明含铜危废的处理过程中二噁英的聚合反应很难发生。具体地，熔炼时温度控制如下：铜锍操作温度控制为1150℃～1250℃；所述铜锍操作温度是指冶炼过程中铜锍的温度，可以通过调节富氧浓度、燃料率等参数进行控制，温度需要高于铜锍的熔炼，但是温度过高会影响工业炉的使用寿命。熔炼渣操作温度控制为1200℃～1350℃；所述熔炼渣操作温度是指冶炼过程中熔炼渣的温度，也可以通过调节富氧浓度、燃料率等参数进行控制，温度范围需要考虑渣程熔融态，且有很好的流动性，但渣温过高会影响工业炉的使用寿命。控制烟气温度为1200℃～1350℃；所述烟气温度是指冶炼过程中烟气的温度，进一步地，烟气的温度与铜锍和熔炼渣的温度相关，可以通过燃料的二次燃烧以及炉口的漏风量进行控制。
本发明还提供一种铜精矿协同处理含铜危废的系统，包括混料装置、输送装置以及熔炼炉。通过采用上述系统将铜精矿与含铜危废先混料后入炉熔炼，实现了含铜危废的无害化处理，减少了铜精矿入炉损失，降低了生产能耗；且该系统具体设备数量少，处理操作简单方便，投资少且环保。
进一步地，所述系统还包括检测装置，用于检测所述混合物料的含水率，以保证得到的混合物料含水率，既保证物料性状便于运输，又可增加铜精矿湿度以降低烟尘率。
所述混料装置用于在常温下对铜精矿与含铜危废进行混料，脱除含铜危废水分同时增加铜精矿湿度，得到混合物料。所述混料装置不做具体限定，例如可以在危废堆场采用装卸机或抓斗起重机等进行混料。
所述输送装置，用于将所述混合物料输送至熔炼炉中。所述输送装置可以为运输机，例如胶带运输机等。
所述熔炼炉用于接收炉料进行熔炼。具体地用于接收所述混合物料、熔剂、还原剂以及鼓入富氧空气等，并使其在熔炼炉中进行熔炼，得到铜锍、烟气和熔渣。
进一步地，所述熔炼炉包括炉体，所述炉体的顶部设置加料口，所述炉体上设置铜锍排放口、放渣口和出烟口。熔炼过程中，铜、金、银等有价金属进入铜锍得到富集和回收，经铜锍排放口排出；所述出烟口可以连接烟尘处理装置，熔炼过程中，易挥发的铅、锌、砷等杂质元素挥发到烟气中，经烟尘处理装置处理收集，达到杂质元素的综合回收和减量化；其它杂质进入熔渣经放渣口排出，形成一般固废，从而实现危险废物的无害化处理。优选的，所述出烟口配置余热锅炉，且位于出烟口和烟尘处理装置之间。高温烟气经余热锅炉冷却后，经烟尘处理装置处理收集。所述熔炼炉还包括喷枪，采用喷枪将富氧空气鼓入熔炼炉中以进行熔炼。
实施例1
采用铜精矿搭配处理含铜危废，具体包括如下步骤：
(1)在危废堆场内，利用装载机或抓斗起重机对含铜危废和铜精矿进行混料，待混合物料水分为12％，将其运至精矿仓，与熔剂、还原剂等入炉物料一同通过胶带运输机运输至熔炼炉顶部，通过胶带运输机从熔炼炉上部加料口加入炉内。该实施例中的入炉物料包括混合精矿、熔剂、块煤和返料。
(2)将富氧浓度为85％的富氧空气通过喷枪鼓入熔炼炉，铜精矿、污泥、熔剂、块煤和熔炼风快速反应，完成加热、脱水、分解、熔化、造锍和造渣等过程，反应如下：
H2O(l)＝H2O(g)
2FeS2(s)→FeS(s)+S2(g)
2CuFeS2(s)→Cu2S(s)+2FeS(s)+1/2S2
2FeS2+11/2O2＝Fe2O3+4SO2
3FeS2+8O2＝Fe3O4+6SO2
2CuS+O2＝Cu2S+SO2
Cu2S+1.5O2(g)＝Cu2O+SO2
FeS+Cu2O＝FeO+Cu2S
2FeO+SiO2＝(2FeO·SiO2)
FeS+3Fe3O4+5SiO2＝5(2FeO·SiO2)+SO2
其中，铜锍操作温度：1250℃；熔炼渣操作温度：1320℃。
(3)铜锍和熔炼渣在炉内分层，将铜锍从铜锍排放口排出，炉渣从放渣口排放，烟气从出烟口排出，且排出的烟气温度：1270℃。
将上述实施例1与其他一些处理方式进行对比，对各处理过程和熔炼烟尘等进行监测、检测，结果发现：
相比复杂的含铜危废处理工序(如包含分类-烘干-干燥-熔炼等步骤)，本发明该实施例1通过上述铜精矿搭配处理含铜危废，使得含铜危废在协同处理过程中最大限度利用了矿铜熔炼产生的富余热，降低了生产能耗，且反应后危废中各类有价金属进入铜锍相，熔炼产生的渣为一般固废。
相比烘干-干燥-熔炼危废脱水方法，本发明该实施例1混料在常温进行，含铜危废的脱水主要在熔炼炉内利用富余热完成，不会因采用干燥/焙烧步骤而产生二次污染物，而且熔炼过程烟气温度较高也抑制了二噁英和易挥发性有机物的形成，实现了含铜危废的无害化处理。
相比经烘干-干燥脱水的含铜危废以及干燥的铜精矿分别入炉方式，本发明该实施例1先将铜精矿与含铜危废混料后入炉熔炼，铜精矿入炉损失非常小，熔炼过程中烟尘率低；且经过对熔炼烟尘检测发现相比铜精矿直接入炉的方式，该实施例1铜回收率提高。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (8)
1.一种铜精矿协同处理含铜危废的方法，其特征在于，包括：
将铜精矿与含铜危废进行混料，减少含铜危废水分同时增加铜精矿湿度，得到混合物料；
将所述混合物料加入到熔炼炉中，向熔炼炉添加熔剂、还原剂，并鼓入富氧空气，进行熔炼，得到铜锍、烟气和熔渣。
2.根据权利要求1所述的铜精矿协同处理含铜危废的方法，其特征在于，
混料工序在常温下进行；
混料时，所述方法还包括：控制含水率，且使所述混合物料的含水率控制在11％～18％。
3.根据权利要求1所述的铜精矿协同处理含铜危废的方法，其特征在于，所述含铜危废的含水率≥20％；所述铜精矿的含水率≤12％。
4.根据权利要求1所述的铜精矿协同处理含铜危废的方法，其特征在于，所述富氧空气采用喷枪鼓入熔炼炉，其富氧浓度为50％～90％。
5.根据权利要求1所述的铜精矿协同处理含铜危废的方法，其特征在于，还包括：控制铜锍操作温度为1150℃～1250℃；控制熔炼渣操作温度为1200℃～1350℃；控制烟气温度为1200℃～1350℃。
6.根据权利要求1所述的铜精矿协同处理含铜危废的方法，其特征在于，熔炼过程，有价金属元素富集回收至所述铜锍中，并经铜锍排放口排出；易挥发杂质元素挥发至烟气中并经换热收尘；熔渣经放渣口排出形成一般固废。
7.一种铜精矿协同处理含铜危废的系统，其特征在于，包括：
混料装置，用于对铜精矿与含铜危废进行混料，减少含铜危废水分同时增加铜精矿湿度，得到混合物料；
输送装置，用于将所述混合物料输送至熔炼炉中；
熔炼炉，用于所述混合物料与熔剂、还原剂以及富氧空气在熔炼炉中进行熔炼，得到铜锍、烟气和熔渣。
8.根据权利要求7所述的铜精矿协同处理含铜危废的系统，其特征在于，还包括：检测装置，用于检测铜精矿、含铜危废及混合物料的含水率。
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