CN115780075B - 一种提高铜渣磁选中的铁回收效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高铜渣磁选中的铁回收效率的方法；将铜渣与氧化硼混合获得混合料，然后将混合料在氩气气氛下加热至混合料为熔融状态的混合液，保温，然后于空气气氛下冷却凝固获得渣料，将渣料经过破碎、磨矿、磁选分离，即得到铁精矿。该方法一方面可以促进铁橄榄石转化为磁铁矿；另一方面能使铜渣中磁铁矿凝聚生长，改善磁选效果，实现铜渣的二次资源化，解决了铜渣中磁铁矿颗粒粒度细、磁选回收精矿质量差等问题，实现了铜渣的资源化利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高铜渣磁选中的铁回收效率的方法，属于资源回收技术领域。
背景技术
铜渣是火法炼铜过程中产生的废弃物。每生产一吨铜就会产生2.2-3吨的铜渣。由于缺乏有效的利用方法，大量的铜渣在没有任何行动的情况下直接倾倒。ICSG发布的统计数据预测，2020年铜的产量将达到2030万吨，相应地，每年的铜渣产量将达到4000万吨左右。铜渣中主要矿物为磁铁矿和铁橄榄石，铁橄榄石具有弱磁性，很难从铜渣中提取出来，并且提取出来的产品由于含有大量硅氧元素，不仅降低了产品中铁元素的浓度，而且不利于后续的回收和利用。
目前，针对铜渣磁选回收困难的问题，企业大多通过控制磨矿粒度和磁选强度或者添加CaO助熔剂和在富氧气氛下焙烧来解决。优化磁选条件不能从根本上解决铁橄榄石中含有大量铁的问题，而CaO等一众添加剂则存在熔点高，增加熔渣能耗，并且添加量大，造成渣量增加等问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种提高铜渣磁选中的铁回收效率的方法，本发明的方法利用氧化硼的在熔融环境下提供充足氧离子的性质，一方面使铁橄榄石氧化为磁铁矿和二氧化硅，另一方面氧化硼熔点和热熔低，在升温过程中所消耗的热量少。实现了铜渣中铁元素的高效和低成本回收。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种提高铜渣磁选中的铁回收效率的方法，将铜渣与氧化硼混合获得混合料，然后将混合料在氩气气氛下加热至混合料为熔融状态的混合液，保温，然后于空气气氛下冷却凝固获得渣料，将渣料经过破碎、磨矿、磁选分离，即得到铁精矿。
本发明提供的一种提高铜渣磁选中的铁回收效率的方法，先使铜渣和氧化硼在氩气气氛下充分熔融，B-O键取代了部分Si-O键，改变了硅酸盐的结构，在保温气氛下保温，可以充分的给铜渣中含铁矿物提供形核的条件，然后在冷却时通入空气，铜渣在冷却时铁矿颗粒一边生长，一边发生与熔体发生元素迁移，在氧气氛围中，使铁橄榄石氧化为磁铁矿，并且生长聚集为单体颗粒，从而改善了铜渣的磁选回收效果。
发明人发现，氧化硼的加入，可以大幅的提高铁回收效率，铜渣中的主要矿物为磁铁矿和铁橄榄石，而磁铁矿与铁橄榄石均为高熔点物质，熔点分别为1594℃、1205℃。混合铜渣熔点过高会导致熔融液相过少，粘度较高，不利于结晶且能耗较高，氧化硼的熔点低，可以降低熔融铜渣熔点和粘度，并且氧化硼在熔体中会产生大量游离[O]，可以促进空气中冷却时，铁橄榄石的氧化。
当然，在本发明中，烧结与冷却的气氛，对于铁精矿的回收是至关重要的，若是在空气气氛或者氧气气氛下熔融，物料与氧化硼还未熔合就开始氧化，最后的产品可能会被过度氧化，磁铁矿还未成型就被氧化成无磁性的赤铁矿。而若是在保护气氛下冷却，则不利于铁橄榄石的氧化。
优选的方案，所述铜渣中铁的品位为≥40％。
优选的方案，所述铜渣经过破碎后球磨至-200目。
优选的方案，所述氧化硼的添加量为≤15％。
在本发明中，氧化硼的添加量是指氧化硼在混合料中的质量分数。
进一步的优选，所述氧化硼的添加量为3～15％。
更进一步的优选，所述氧化硼的添加量为3～6％。
发明人发现，将氧化硼的添加量控制在上述优选范围可以大幅提升冶炼渣中铁的回收率，而添加量过多，会导致杂质量增加，并且亚铁离子过度氧化，部分磁铁矿进一步氧化为没有磁性的赤铁矿。同时增加了熔体中无定型玻璃体的含量，减少了凝固渣中晶体的含量。
优选的方案，将铜渣与氧化硼混合后在振磨机中磨矿至-100目获得混合料。
优选的方案，将混合料在氩气气氛下加热至1000～1300℃，优选为1300℃，使混合料为熔融状态，保温，0.5～4h。
进一步的优选，所述加热时，每千克混合料通入氩气气氛的流量为20～100mL/min。
优选的方案，将混合液以2～10℃/min的速率冷却至800～1000℃，再自然冷却至室温，所述冷却时，每千克混合料通入空气气氛的流量为100～500mL/min。
发明人发现，将混合液以2～10℃/min的速率冷却至800～1000℃再自然冷却至室温，最终回收效率为最优，且能耗最少。
优选的方案，所述渣料与水按质量比1～3：10混合后球磨至-200目，然后进行磁选分离。
在本发明中，磁选分离在管式磁选机中进行
优选的方案，所述磁场强度为16mT～100mT，优选为32～40mT。
发明人发现，在磁选过程中，磁场强度控制在上述范围内最终回收率最高，由于少部分铁以铁质硅酸盐的形式存在，磁场强度过高，所有的物料全被电磁铁吸住，没有分选效果，精矿品位降低，并且夹杂大量的含硅杂质；磁场强度过低，磁铁矿不能被电磁铁吸引，造成磁铁矿的损失。
原理与优势
本发明提供的一种提高铜渣磁选中的铁回收效率的方法，先使铜渣和氧化硼在氩气气氛下充分熔融，B-O键取代了部分Si-O键，改变了硅酸盐的结构，在保温气氛下保温，可以充分的给铜渣中含铁矿物提供形核的条件，然后在冷却时通入空气，铜渣在冷却时铁矿颗粒一边生长，一边发生与熔体发生元素迁移，在氧气氛围中，使铁橄榄石氧化为磁铁矿，并且生长聚集为单体颗粒，从而改善了铜渣的磁选回收效果。
本发明的技术方案在铜渣熔融保温和缓慢冷却过程中使用氧化硼作为添加剂，一方面氧化硼在熔融体系中提供了大量氧离子，促进铁橄榄石的转化为磁铁矿和二氧化硅，以便于磁选回收；另一方面，氧化硼熔点和比热容低，很容易熔化，在升温过程中需要的能耗小，并且给铜渣的转化过程提供了良好的条件，实现了对铜渣中铁元素的高效回收。
本发明的有益效果是：
1、本发明的技术方案对铜渣中进行熔融、保温、缓慢冷却和氧化，使铁橄榄石氧化为磁铁矿，并且生长聚集为单体颗粒，从而改善了铜渣的磁选回收效果。
2、本发明的技术方案通过采用氧化硼作为添加剂不但可以降低铜渣的熔融温度，并且给铜渣的熔融体系中提供了大量的氧离子。
3、本发明的技术方案中使用的氧化硼具有不仅便宜，而且具有添加用量少，熔点低，在升温过程中耗能小的优点。
4、本发明的技术方案具有节能、高效、流程短等优点，且可以高效回收铜渣中的磁铁矿，有利于推广应用。
附图说明
图1为本发明方法的工艺流程图；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不限于所述内容。
实施例1：
本实施例1铜渣化学成分如表1所示：
表1铜渣的化学成分分析
一种回收低品位铜冶炼渣中铜的方法，具体步骤如下：
(1)将铜渣破碎后过2mm筛得到铜渣颗粒；
(2)将步骤(1)铜渣颗粒和氧化硼混合均匀得到混合物；将混合物在磨机中混合研磨至-100目，其中氧化硼加入量分别为0％、3％、6％、9％、12％、15％；
(3)将步骤(2)所得粉末样品在50mL/(min*kg)的氩气中以10℃/min加热至1300℃；在1300℃下保温时间1.5h，在300mL/(min*kg)的空气流速下以2℃/min的速率冷却至850℃，再自然冷却至室温。
(4)将步骤(3)所得产物经过破碎、振磨后过100目筛，然后将铜渣粉末和水以1：10的比例混合并球磨至-200目，调节磁选机的水流速度，以40mL/min的速度均匀给料，管式磁选机在40mT的条件下进行磁选分离，所得产物为铁精矿。铁精矿回收情况见表2。
表2氧化硼添加量对铜渣磁选的影响
从表2可以看出，当氧化硼添加量为3％时，铁精矿品位为58.62％，回收率为70.91％，与不添加氧化硼相比，品位提高了1.62个百分点，回收率提高了8.56个百分点。可以看到，当氧化硼添加量为3％时，回收效率有了明显提高，但氧化硼含量过多，磁铁矿易被过度氧化为赤铁矿，降低了磁选回收效率。
对比例1
其他条件与实施例1相同，氧化硼的加入量为0，缓冷终点温度分别为800、850、900、950、1000℃，磁选结果见表3
表3冷却温度对铜渣磁选的影响
从表3可以看出，当不添加氧化硼时，铁精矿的品位变化不大，这是因为铜渣熔点高，磁铁矿的析出区间短，在高于1000℃时磁铁矿已完全析出为固体。
实施例2
其他条件与实施例1相同，磁选机磁场强度分别为16、32、40、80、100mT，磁选结果见表4；
表4磁场强度对铜渣磁选的影响
从表4可以看出，冷却后铜渣最佳磁选强度为40mT，此时精矿产品中品位与32mT时相差不大，而回收率增加了17.4，场强低于32mT时，由于场强不够回收不了足够的磁铁矿，场强高于40mT时，产品中会出现部分弱磁性矿物而品位降低。
对比例2
其他条件与实施例1相同，只是不加入氧化硼，而是加入碳化钠与铜渣颗粒混合，碳酸钠分别为0、2％、4％、6％、8％mT，磁选结果见表5；
表5碳酸钠对铜渣磁选的影响
从表5可以看出，碳酸钠添加量为2％时，磁选的回收率最高，为62.30％，碳酸钠添加量为4-6％时，磁选品位相近，约在57％左右。碳酸钠也能在熔体中提供阳离子，磁选效果表明，添加氧化硼的回收效果变化趋势与添加碳酸钠的变化趋势是一致的，但是添加剂为氧化硼时能有60.23％的品位和79.47％的回收率。
对比例3
其他条件与实施例1相同，氧化硼添加量为6％，焙烧气氛为20mL/(min*kg)的氧气，磁选结果见表6；
表6焙烧气氛对铜渣磁选的影响
从表6可以看出，在氧气气氛下焙烧时，磁选的回收率和品位都明显降低最高，回收率降为23.46％，品位降低为45.92％。甚至尾矿中铁含量更高，这表明过度氧化让铜渣中的磁铁矿转化为赤铁矿，磁性降低，回收率的品位均下降。
对比例4
其他条件与实施例1相同，氧化硼添加量为6％，对熔融铜渣进行水淬，磁选结果见表7；
表7冷却方式对铜渣磁选的影响
从表7可以看出，对急冷水淬的铜渣进行磁选时，磁选的效果均不如缓冷，磁选的回收率为53.30％，品位为51.71％，磁选效果表明，在急冷条件下得到的铜渣磁铁矿颗粒和脉石颗粒在渣中均匀分布，磁性颗粒太过分散，磁选很难回收其中的含铁物质。
Claims (8)
1.一种提高铜渣磁选中的铁回收效率的方法，其特征在于：将铜渣与氧化硼混合获得混合料，然后将混合料在氩气气氛下加热至混合料为熔融状态的混合液，保温，然后于空气气氛下冷却凝固获得渣料，将渣料经过破碎、磨矿、磁选分离，即得到铁精矿；所述氧化硼的添加量为3~6%。
2.根据权利要求1所述的一种提高铜渣磁选中的铁回收效率的方法，其特征在于：所述铜渣中铁的品位为≥40%，
所述铜渣经过破碎后球磨至-200目。
3.根据权利要求1所述的一种提高铜渣磁选中的铁回收效率的方法，其特征在于：将铜渣与氧化硼混合后在振磨机中磨矿至-100目获得混合料。
4.根据权利要求1所述的一种提高铜渣磁选中的铁回收效率的方法，其特征在于：将混合料在氩气气氛下加热至1000~1300℃，使混合料为熔融状态，保温0.5~4h。
5.根据权利要求4所述的一种提高铜渣磁选中的铁回收效率的方法，其特征在于：所述加热时，每千克混合料通入氩气气氛的流量为20~100mL/ min。
6.根据权利要求1所述的一种提高铜渣磁选中的铁回收效率的方法，其特征在于：将混合液以2~10℃/min的速率冷却至800~1000℃，再自然冷却至室温，所述冷却时，每千克混合料通入空气气氛的流量为100~500mL/ min。
7.根据权利要求1所述的一种提高铜渣磁选中的铁回收效率的方法，其特征在于：所述渣料与水按质量比1~3：10混合后球磨至-200目，然后进行磁选分离。
8.根据权利要求1或7所述的一种提高铜渣磁选中的铁回收效率的方法，其特征在于：磁场强度为16mT~100mT。
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