CN115141937A - 一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法 - Google Patents
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Abstract
一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法，属于环境、铜镍冶金与资源综合利用领域。该方法在线向铜镍冶炼工序的贫化电炉、沉降电炉、贫化区、沉降区、前床或渣包里的熔炼熔渣中，加入吹炼渣，促进铜镍组分长大、沉降与磁铁矿长大，既可以改善火法贫化效果，又可以提高浮选技术指标，火法贫化后熔渣可以直接作为炼铁或浮选或磁选或水泥的原料，获得铜精矿与铁精矿。
Description
技术领域
本发明属于环境、铜镍冶金与资源综合利用领域，具体涉及一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法。
背景技术
铜镍硫化矿火法冶炼过程中，产生铜冶炼渣与镍冶炼渣，每年排放量高达4000万吨，含有较高含量铜镍，铜镍冶炼渣分为熔炼渣与吹炼渣。
铜熔炼渣用选矿法与火法贫化法进行处理，吹炼渣采用选矿法处理，火法贫化法向铜镍熔炼渣加入焦炭、硫化剂、CaO、B2O3等，气体搅拌，指标为：渣含铜为0.50～0.60wt％，尾渣水淬用作水泥原料，缺点在于：①贫化效果差，渣含铜高；②药剂加入量大，成本高；③贫化温度高(1200～1450℃)，时间长，电耗大；④药剂含有有害组分，影响贫化尾渣利用。
铜选矿法对铜冶炼渣浮选处理，指标为：渣含铜为0.23～0.35wt％。技术指标远好于火法贫化，大多数铜冶炼企业都选用选矿法。选矿法的缺点在于：①渣活性低，无法作为水泥原料，只能堆放；②磨矿粒度细(≤30μm)，易飘散，污染大，堆放难。
镍熔炼渣用火法贫化法进行处理，吹炼渣用火法贫化或返回熔炼系统，火法贫化指标为：渣含镍为0.3～0.4wt％，尾渣水淬后用作水泥原料。火法贫化的缺点与铜冶炼贫化法的缺点相同。返回熔炼系统的缺点是：①四氧化三铁含量高，熔炼困难；②熔点高，能耗大，成本高。
铜镍冶炼渣中含有较高品位的铁组分，目前主要采用熔融还原或熔融氧化磁选分离方法，获得金属铁或磁铁矿精矿，这些技术至今未得到应用，原因如下：(1)金属铁或磁铁矿精矿中铜、硫、磷含量严重超标，达不到国家标准；(2)熔融氧化过程中，磁铁矿大量增加，形成泡沫渣，操作难以控制；(3)熔融氧化过程中，磁铁矿大量增加，粘度急剧增加，抑制磁铁矿长大与沉降，给后续的磁选分离磁铁矿困难。
新环保法规定，冶炼炉渣不允许堆放，除了高炉水渣外，其余冶炼炉渣一律不得作为水泥原料，必须从冶炼源头开发铜贫化与贫化后低铜熔渣利用新技术，新技术满足如下要求：①贫化效果好(渣含铜≤0.40wt％)；②成本低；③贫化温度低，在线加入，无需加热；④不影响冶金炉设备、炉寿命等；⑤利用物理热，实现铁组分利用；⑥适用范围广，应用于熔炼渣与吹炼渣；⑦利用现有冶炼工序的设备，无需增加设备，直接应用于现有贫化工艺与选矿工艺，促进铜镍组分长大、沉降及磁铁矿相长大，降低渣含铜与实现铁组分利用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，提供了一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分利用的方法。该方法在线向铜镍冶炼工序的贫化电炉、沉降电炉、贫化区、沉降区、前床或渣包里的熔炼熔渣中，加入吹炼渣，促进铜镍组分长大、沉降与磁铁矿长大，既可以改善火法贫化效果，又可以提高浮选技术指标，火法贫化后熔渣可以直接作为炼铁或浮选或磁选或水泥的原料，获得铜精矿与铁精矿。
该方法反应贫化效果好、直接利用现有铜镍冶炼工序的设备与熔渣、无需加入贫化药剂、无需增加设备与加热、生产成本低、流程短、处理量大、环境友好、经济收益高、可有效解决环境污染、热能与资源高效利用等问题，实现铜镍冶炼熔渣在线贫化与铁组分长大。
本发明的一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法，具体包括以下步骤：
步骤1，在线加入吹炼熔渣贫化：
向铜镍冶炼工序的贫化电炉、熔炼炉沉降电炉、熔炼炉贫化区、熔炼炉沉降区、熔炼炉前床或渣包中的铜、镍熔炼熔渣中，在线对应加入铜、镍吹炼熔渣，进行贫化处理；以铜熔炼熔渣与铜吹炼熔渣的混合物为100wt％计，所述铜吹炼熔渣的加入比例≤30wt％；以镍熔炼熔渣与镍吹炼熔渣的混合物为100wt％计，镍吹炼熔渣的加入比例≤50wt％；
步骤2，铜镍钴组分长大、沉降与磁铁矿的长大：
贫化处理后，富铜相或富铜镍钴相长大与沉降，沉积到底部，获得底部的富铜熔体或富铜镍钴熔体以及中上部的贫化熔渣；所述底部的富铜熔体由铜冶炼熔渣长大与沉降获得，所述底部的富铜镍钴熔体由镍冶炼熔渣长大与沉降获得；所述中上部的贫化熔渣中磁铁矿相实现长大；
步骤3，贫化沉降后底部的富铜镍钴熔体与中上部的贫化熔渣的处理：
A.镍冶炼熔渣与熔体的处理：
①镍冶炼熔渣贫化沉降后，不包括对渣包的处理，富铜镍钴熔体直接送往吹炼炉；中上部的贫化熔渣直接作为炼铁的原料，或水淬后作为水泥的原料，或作为除锈剂；
②渣包内的镍冶炼熔渣贫化沉降后，缓冷至室温，底部的富铜镍钴相送往吹炼炉，中上部的炉渣返回熔炼炉上矿或作为建筑材料；
B.铜冶炼熔渣与熔体的处理：
①铜冶炼熔渣贫化沉降后，不包括对渣包的处理，富铜熔体直接送往吹炼炉；中上部的贫化熔渣直接作为炼铁的原料，或直接水淬后作为水泥的原料，或作为除锈剂，或倒入渣包缓冷后作为作为浮选和/或磁选工艺中的原料；
②渣包内的铜冶炼熔渣贫化沉降后，缓冷至室温，底部的富铜相送往吹炼炉，中上部的炉渣作为浮选和/或磁选工艺中的原料。
进一步地，铜镍冶炼熔渣分为铜冶炼熔渣与镍冶炼熔渣，铜冶炼熔渣包括铜熔炼熔渣与铜吹炼熔渣，镍冶炼熔渣包括镍熔炼熔渣与吹炼熔渣。
进一步地，所述铜镍冶炼工序为铜镍熔炼工序、吹炼工序、沉降或贫化工序；所述铜、镍吹炼熔渣与铜、镍熔炼熔渣一起加入，或铜、镍吹炼熔渣在铜、镍熔炼熔渣加入之后加入。
进一步地，所述铜、镍吹炼熔渣为冷态、热态或熔融态；熔融态的铜、镍吹炼熔渣直接来自于铜吹炼炉或镍吹炼炉。
进一步地，所述在线加入是指：直接对铜镍冶炼生产线上的熔渣进行处理，无需冷却与加热，无需增加设备，直接加入贫化电炉、熔炼炉沉降电炉、熔炼炉贫化区、熔炼炉沉降区、熔炼炉前床或渣包中的熔体或熔渣中；或者直接加入流向贫化电炉、熔炼炉沉降电炉、熔炼炉贫化区、熔炼炉沉降区、熔炼炉前床或渣包的渣流或溜槽中，随着熔体或熔渣一起加入；所述的熔体是指冰铜与熔渣的混合物。
进一步地，步骤2中的贫化沉降时间≥30min。
进一步地，步骤2中镍冶炼熔渣贫化沉降后的中上部的贫化熔渣中渣含铜为≤0.2wt％，渣含镍为≤0.28wt％，渣含钴≤0.25wt％。
进一步地，步骤2中铜冶炼熔渣贫化沉降后的中上部的贫化熔渣中渣含铜为≤0.45wt％。
进一步地，步骤3B中的中上部的贫化熔渣，缓冷后，富铜相的平均晶粒度≥50μm，磁铁矿相的平均晶粒度晶粒度≥68μm，大于38μm富铜相的体积分数占整个铜组分的80％以上，浮选磨矿粒度≥40μm，浮选后，渣含铜≤0.18wt％，磁铁矿的平均晶粒度≥68μm，磁选铁精矿中全铁含量≥51wt％。
本发明的原理与有益效果：
(1)在线加入吹炼渣贫化：
在线加入吹炼熔渣机理：(1)提高了熔炼渣的Fe/SiO2，FeO促进Cu2O、NiO、Co2O3从硅酸盐相释放出来，成为游离态，释放出的游离态，与渣中硫化物发生反应Cu2O+Cu2S＝Cu+SO2，Cu2O+FeS＝Cu2S+FeO，NiO+FeS＝NiS+FeO，Co2O3+FeS＝CoS+FeO，铜镍钴的氧化物基本消失，以低熔点与高比重的硫化物与金属存在，促进了富铜相或富铜镍钴的沉降；(2)促进反应Fe3O4+FeS＝4FeO+SO2进行，Fe3O4含量下降，熔渣粘度下降，富铜相或富铜镍钴相易于长大与沉降；
优势：(1)富铜相或铜镍钴相易于长大与沉降；(2)吹炼熔渣温度高，加速富铜相或富铜镍钴相的沉降；(3)降低熔炼渣与吹炼渣的渣含铜镍钴；(4)无需贫化剂与增加设备，操作简单，成本低，环境友好。
(2)铜镍钴组分长大、沉降与磁铁矿相长大
原理：(1)熔渣粘度降低，有利于富铜或铜镍钴相长大、沉降与磁铁矿长大；(2)熔渣中铜镍钴氧化物基本消失，以硫化物与金属形式存在，比重增加，熔化性温度降低，与氧化物熔渣的润湿性变差，有利于富铜相或铜镍钴相长大与沉降；
优势：沉降时间短，沉降效果好，无需加热与设备，成本低；铜镍组分与磁铁矿长大利于浮选与磁选。
(3)贫化沉降后底部熔体与中上部贫化熔渣的处理
原理：(1)富铜相或富铜镍钴相长大与沉降后，沉降到底部，中上部熔渣中渣含铜≤0.45wt％，可以直接作为炼铁的原料，可以取消浮选工艺；(2)富铜相或富铜镍钴相长大与沉降后，沉降到底部，中上部熔渣冷却后，富铜相或铜镍钴相实现长大，利于磨矿、浮选与磁选，磨矿粒度大(≥40μm)，渣含铜进一步降低，利于磁铁矿分离。
优势：(1)渣含铜≤0.45wt％，可以直接作为炼铁或除锈剂的原料，可以取消浮选工艺；(2)铜镍钴收率高，渣中铜镍钴含量降低，渣含铜≤0.18wt％，含镍≤0.28wt％，含镍≤0.10wt％；(3)可以减少浮选矿物量；(4)富铜相长大，磨矿粒度大(≥40μm)，渣含铜进一步降低，渣含铜≤0.18wt％，浮选效果好；(5)磁铁矿长大，利于磁选分离磁铁矿。
具体实施方式
下面根据本发明的具体实施例，来对本发明进行进一步说明，当然，此实施例仅是本发明的一部分实施例，不代表本发明的全部实施例。
实施例1
一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法，具体包括以下步骤：
步骤1，在线加入吹炼渣混合贫化：
向铜冶炼工序的白银熔炼炉沉降区的铜熔炼熔渣中(全铜含量0.90wt％)，在线加入铜转炉熔渣(全铜含量1.65wt％)，铜转炉熔渣(吹炼渣)的加入比例占总熔渣的为6wt％，吹炼渣在熔炼熔渣加入后加入，进行沉降贫化处理；
步骤2，铜组分长大、沉降与磁铁矿长大：
贫化处理后，铜组分长大与沉降，沉降时间为2h，铜组分沉积到底部，获得底部的富铜熔体与中上部的贫化熔渣，中上部的贫化熔渣渣含铜为0.38wt％；
步骤3，贫化沉降后富铜熔体与中上部贫化熔渣的处理：
B.铜冶炼贫化熔渣与熔体的处理采用如下方式处理：
铜冶炼熔渣贫化沉降后，富铜熔体直接送往吹炼炉，中上部贫化熔渣缓冷后作为浮选原料，富铜相的平均晶粒度为53μm，晶粒度大于38μm铜镍相的体积分数占整个铜组分的85％，浮选磨矿粒度为43μm，浮选后，渣含铜为0.15wt％，磁铁矿相的平均晶粒度为70μm，磁选铁精矿中全铁含量为51wt％。
实施例2
一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法，具体包括以下步骤：
步骤1，在线加入吹炼渣贫化：
通过流向侧吹炉前床的溜槽，向前床中的铜熔炼熔体中(渣中全铜含量为0.68wt％)，在线加入铜转炉熔渣(全铜含量为1.87wt％)，铜转炉熔渣的加入比例为占总熔渣的5wt％，铜转炉渣与熔体一起加入，进行沉降贫化处理；
步骤2，铜组分长大与沉降：
贫化处理后，铜组分长大与沉降，沉降时间为4h，铜组分沉积到底部，获得底部的富铜熔体与中上部低贫化熔渣，中上部贫化熔渣渣含铜为0.32wt％,；
步骤3，贫化沉降后富铜熔体与中上部贫化熔渣的处理：
B.铜冶炼贫化熔渣与熔体的处理采用如下方式处理：
铜冶炼熔渣贫化沉降后，富铜熔体直接送往吹炼炉，中上部贫化熔渣直接作为炼铁的原料；
实施例3
一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法，具体包括以下步骤：
步骤1，在线加入吹炼渣贫化：
向铜冶炼工序的艾萨炉沉降电炉中的铜熔炼熔体中(全铜含量为0.71wt％)，在线加入铜转炉熔渣(全铜含量为1.48wt％)，铜转炉熔渣的加入比例为占总熔渣的2wt％，铜转炉渣与熔体同时加入，进行沉降贫化处理；
步骤2，铜组分长大、沉降与磁铁矿长大：
贫化处理后，铜组分长大与沉降，沉降时间为3h，铜组分沉积到底部，获得底部的富铜熔体与中上部低贫化熔渣，中上部贫化熔渣渣含铜为0.34wt％；
步骤3，贫化沉降后富铜熔体与中上部贫化熔渣的处理：
B.铜冶炼贫化熔渣与熔体的处理采用如下方式处理：
铜冶炼熔渣贫化沉降后，富铜熔体直接送往吹炼炉，铜冶炼熔渣贫化沉降后，富铜熔体直接送往吹炼炉，中上部贫化熔渣直接作为炼铁的原料。
实施例4
一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法，具体包括以下步骤：
步骤1，在线加入吹炼渣贫化：
通过流向镍奥斯麦特炉沉降电炉的溜槽，向镍冶炼工序的熔炼炉沉降电炉的镍熔炼熔渣中(渣含铜为0.16wt％,渣含镍为0.30wt％，渣含钴为0.18wt％)，在线加入镍转炉熔渣(渣含铜为0.26wt％，渣含镍为0.51wt％，渣含钴为0.38wt％)，镍转炉熔渣的加入比例占总熔渣的为3wt％，与镍熔炼熔渣一起加入，进行沉降贫化处理；
步骤2，铜镍组分长大、沉降与磁铁矿长大：
贫化处理后，镍组分长大与沉降，沉降时间为2h，镍组分沉积到底部，获得底部的富铜熔体与中上部低贫化熔渣，熔渣中渣含镍为0.24wt％，渣含钴为0.15wt％，渣含铜0.15wt％；所述底部的富铜镍钴熔体由镍冶炼熔渣长大与沉降获得；
步骤3，贫化沉降后富铜镍熔体与中上部贫化熔渣的处理：
A.镍冶炼贫化熔渣与熔体的处理，采用如下方式处理：
镍冶炼熔渣贫化沉降后，富铜镍钴熔体直接送往转炉，中上部贫化熔渣作为直接作为熔融还原炼铁的原料。
对比例1
一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法，同实施例1，不同之处在于：没有加入铜转炉渣，铜冶炼工序的白银熔炼炉沉降区的铜熔炼熔渣，经过沉降贫化后，渣含铜为0.70wt％，贫化效果差。贫化后尾渣，缓冷后，富铜相的平均晶粒度为30μm，晶粒度大于38μm铜相的体积分数占整个铜组分的35％以上，浮选磨矿粒度为30μm，浮选后，渣含铜为0.25wt％。
对比例2
一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法，同实施例1，不同之处在于：通过流向沉降电炉的溜槽，向冶炼工序的熔炼炉沉降区的铜熔炼熔渣中，加入铜转炉渣，加入比例占总熔渣的为35wt％，经过沉降贫化后，渣含铜为0.89wt％，贫化效果差。
贫化后尾渣，缓冷后，富铜相的平均晶粒度为25μm，晶粒度大于38μm铜相的体积分数占整个铜组分的32％以上，浮选磨矿粒度为26μm，浮选后，渣含铜为0.27wt％。
对比例3
一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法，同实施例3，不同之处在于：没有加入铜转炉渣，铜熔炼渣单独在沉降电炉中贫化，渣含铜为0.61wt％。
对比例4
一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法，同实施例4，不同之处在于：通过流向沉降电炉的溜槽，向镍冶炼工序的熔炼炉沉降区的镍熔炼熔渣中，加入镍转炉渣，加入比例为占总熔渣的55％，经过沉降贫化后，渣含镍为0.38wt％，渣含钴为0.20wt％，渣含铜0.16wt％，贫化效果差。
对比例5
一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法，同实施例4，不同之处在于：没有加入镍转炉渣，镍奥斯麦特炉冶炼工序的熔炼炉沉降区的镍熔炼熔渣单独在沉降电炉中贫化，渣含镍为0.28wt％，渣含钴为0.17wt％，渣含铜0.15wt％，贫化效果差。
Claims (9)
1.一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，在线加入吹炼熔渣贫化：
向铜镍冶炼工序的贫化电炉、熔炼炉沉降电炉、熔炼炉贫化区、熔炼炉沉降区、熔炼炉前床或渣包中的铜、镍熔炼熔渣中，在线对应加入铜、镍吹炼熔渣，进行贫化处理；以铜熔炼熔渣与铜吹炼熔渣的混合物为100wt％计，所述铜吹炼熔渣的加入比例≤30wt％；以镍熔炼熔渣与镍吹炼熔渣的混合物为100wt％计，镍吹炼熔渣的加入比例≤50wt％；
步骤2，铜镍钴组分长大、沉降与磁铁矿的长大：
贫化处理后，富铜相或富铜镍钴相长大与沉降，沉积到底部，获得底部的富铜熔体或富铜镍钴熔体以及中上部的贫化熔渣；所述底部的富铜熔体由铜冶炼熔渣长大与沉降获得，所述底部的富铜镍钴熔体由镍冶炼熔渣长大与沉降获得；所述中上部的贫化熔渣中磁铁矿相实现长大；
步骤3，贫化沉降后底部的富铜镍钴熔体与中上部的贫化熔渣的处理：
A.镍冶炼熔渣与熔体的处理：
①镍冶炼熔渣贫化沉降后，不包括对渣包的处理，富铜镍钴熔体直接送往吹炼炉；中上部的贫化熔渣直接作为炼铁的原料，或水淬后作为水泥的原料，或作为除锈剂；
②渣包内的镍冶炼熔渣贫化沉降后，缓冷至室温，底部的富铜镍钴相送往吹炼炉，中上部的炉渣返回熔炼炉上矿或作为建筑材料；
B.铜冶炼熔渣与熔体的处理：
①铜冶炼熔渣贫化沉降后，不包括对渣包的处理，富铜熔体直接送往吹炼炉；中上部的贫化熔渣直接作为炼铁的原料，或直接水淬后作为水泥的原料，或作为除锈剂，或倒入渣包缓冷后作为作为浮选和/或磁选工艺中的原料；
②渣包内的铜冶炼熔渣贫化沉降后，缓冷至室温，底部的富铜相送往吹炼炉，中上部的炉渣作为浮选和/或磁选工艺中的原料。
2.根据权利要求1所述的一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法，其特征在于，铜镍冶炼熔渣分为铜冶炼熔渣与镍冶炼熔渣，铜冶炼熔渣包括铜熔炼熔渣与铜吹炼熔渣，镍冶炼熔渣包括镍熔炼熔渣与吹炼熔渣。
3.根据权利要求1所述的一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法，其特征在于，所述铜镍冶炼工序为铜镍熔炼工序、吹炼工序、沉降或贫化工序；所述铜、镍吹炼熔渣与铜、镍熔炼熔渣一起加入，或铜、镍吹炼熔渣在铜、镍熔炼熔渣加入之后加入。
4.根据权利要求1所述的一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法，其特征在于，所述铜、镍吹炼熔渣为冷态、热态或熔融态；熔融态的铜、镍吹炼熔渣直接来自于铜吹炼炉或镍吹炼炉。
5.根据权利要求1所述的一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法，其特征在于，所述在线加入是指：直接对铜镍冶炼生产线上的熔渣进行处理，无需冷却与加热，无需增加设备，直接加入贫化电炉、熔炼炉沉降电炉、熔炼炉贫化区、熔炼炉沉降区、熔炼炉前床或渣包中的熔体或熔渣中；或者直接加入流向贫化电炉、熔炼炉沉降电炉、熔炼炉贫化区、熔炼炉沉降区、熔炼炉前床或渣包的渣流或溜槽中，随着熔体或熔渣一起加入；所述的熔体是指冰铜与熔渣的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法，其特征在于，步骤2中的贫化沉降时间≥30min。
7.根据权利要求1所述的一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法，其特征在于，步骤2中镍冶炼熔渣贫化沉降后的中上部的贫化熔渣中渣含铜为≤0.2wt％，渣含镍为≤0.28wt％，渣含钴≤0.25wt％。
8.根据权利要求1所述的一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法，其特征在于，步骤2中铜冶炼熔渣贫化沉降后的中上部的贫化熔渣中渣含铜为≤0.45wt％。
9.根据权利要求1所述的一种铜镍冶炼熔渣混合贫化及铁组分长大的方法，其特征在于，步骤3B中的中上部的贫化熔渣，缓冷后，富铜相的平均晶粒度≥50μm，磁铁矿相的平均晶粒度晶粒度≥68μm，大于38μm富铜相的体积分数占整个铜组分的80％以上，浮选磨矿粒度≥40μm，浮选后，渣含铜≤0.18wt％，磁选铁精矿中全铁含量≥51wt％。
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