CN116536516A - 铜浮选尾渣的处理方法、矿渣棉 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铜浮选尾渣的处理方法。该处理方法包括：将铜浮选尾渣、赤泥、还原剂及助剂按照化学计量比混合进行冶炼，得到CaO‑SiO2‑Al2O3‑MgO渣型的熔渣、铁水及烟尘；继续对熔渣进行均质处理，得到矿渣棉。本发明在回收铜浮选尾渣中铁、锌资源、赤泥中铁资源的同时，还制备得到了高价值矿渣棉，且无任何新固废产出，实现了铜浮选尾渣和赤泥的规模化处理、铜浮选尾渣和赤泥中的有价金属高效综合回收及渣的全利用的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及铜熔炼技术领域，具体而言，涉及一种铜浮选尾渣的处理方法、矿渣棉。
背景技术
铜冶炼过程中会产生大量铜熔炼渣，其中铜含量0.8～3wt％。本领域通常会进一步回收该铜熔炼渣中的铜。目前，大多数铜冶炼厂采用缓冷浮选工艺以处理上述铜熔炼渣，以得到渣精矿和浮选尾渣。基于此，目前虽然回收了铜熔炼渣中的一部分铜，但仍然存在产生的铜浮选尾渣大量堆存，造成土地占用、资源浪费、环境污染等问题。且现有技术在回收上述铜浮选尾渣时存在以下问题：部分技术仅限于回收铁资源，且铁回收率较低、未提及尾渣综合利用。但铜浮选尾渣中除铜、铁外，还有锌、铅、砷、硅等元素，而现有技术在炼铁过程却未能综合考虑此类元素的走向及分布。故而，如何有效处理这部分铜浮选尾渣(主要成分包括二氧化硅、磁性铁及铁橄榄石，次要成分包括锌氧化物铅氧化物)，使其中有价元素得到更大限度地利用，是目前需解决的技术问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种铜浮选尾渣的处理方法、矿渣棉，以解决现有技术中无法有效处理铜浮选尾渣的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种铜浮选尾渣的处理方法，处理方法包括：将铜浮选尾渣、赤泥、还原剂及助剂按照化学计量比混合进行冶炼，得到渣型为CaO-SiO2-Al2O3-MgO的熔渣、铁水及烟尘，且熔渣包括以下成分：36～39wt％的SiO2、10～14wt％的Al2O3、0.6～1.2wt％的Fe2O3、38～42wt％的CaO、6～10wt％的MgO、0～0.7wt％的S；继续对熔渣进行均质处理，得到矿渣棉。
进一步地，还原剂选自无烟煤、烟煤、褐煤、焦炭或石墨中的一种或多种；优选地，助剂选自白云石、石灰石或石灰中的一种或多种；进一步优选地，助剂选自白云石和石灰石。
进一步地，冶炼的处理温度为1400～1600℃，处理时间为0.5～5h；优选地，所述冶炼的处理温度为1500～1600℃，处理时间为1～3h。
进一步地，冶炼在感应炉、矿热炉、电炉或侧吹熔炼炉中进行；优选地，冶炼在矿热炉中进行。
进一步地，在混合之后，冶炼之前，处理方法还包括对混合后料成型的步骤；优选向混合后料中加入粘结剂以进行成型，得到球状混料；优选球状混料的平均直径为0.3～5cm；优选粘结剂选自黏土、水玻璃或玉米淀粉中的一种或多种；优选粘结剂的用量为铜浮选尾渣、赤泥、还原剂及助剂总重量的0.01～0.15％。
进一步地，在冶炼之后，处理方法还包括对铁水进行铸锭，以得到面包铁的步骤。
进一步地，在冶炼之后，处理方法还包括对烟尘进行以下后处理步骤：将烟尘进行二次燃烧后沉尘，以得到颗粒粒径≥5mm的二次燃烧烟尘及二次燃烧烟气；将二次燃烧烟尘返回至冶炼过程中以循环利用；将二次燃烧烟气经过余热锅炉回收余热后，再经收尘器收集得到富锌烟尘。
进一步地，铜浮选尾渣及赤泥的含水量各自独立地＜15wt％。
进一步地，均质处理的处理温度为1400～1600℃，处理时间为0.3～3h。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种由前述的铜浮选尾渣的处理方法得到的矿渣棉。
本发明在回收铜浮选尾渣中铁、锌资源、赤泥中铁资源的同时，还制备得到了高价值矿渣棉，且无任何新固废产出，实现了铜浮选尾渣和赤泥的规模化处理、铜浮选尾渣和赤泥中的有价金属高效综合回收及渣的全利用的有益效果，解决了铜浮选尾渣、赤泥堆存及铜浮选渣、赤泥中有价金属(诸如铁、锌)无法有效回收的问题。而且，本发明上述处理方法所采用的装置简单、流程短，本领域技术人员可综合考虑地区能源优势选择相应冶炼装置和工艺以实施。由此，本发明有效实现了铜浮选尾渣、赤泥两种固废的高效、高值、全利用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明一种实施方式中铜浮选尾渣的处理方法流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
正如本发明背景部分所描述的，现有技术中存在无法有效处理铜浮选尾渣的技术问题，为了解决这一问题，本发明提供了一种铜浮选尾渣的处理方法。如图1所示，该处理方法包括：将铜浮选尾渣、赤泥、还原剂及助剂按照化学计量比混合进行冶炼，得到CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣型的熔渣、铁水及烟尘，且熔渣包括以下成分：36～39wt％的SiO2、10～14wt％的Al2O3、0.6～1.2wt％的Fe2O3、38～42wt％的CaO、6～10wt％的MgO、0～0.7wt％的S；继续对熔渣进行均质处理，得到矿渣棉。
本发明通过先将铜浮选尾渣、赤泥、还原剂及助剂按照化学计量比混合进行冶炼，得到CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣型的熔渣、铁水及烟尘，再将熔渣进行均质处理，得到矿渣棉，从而实现了高效处理铜浮选尾渣的有益效果。为了进一步说明本发明的有益效果，对上述制备方法中的原料进行如下说明：
首先，赤泥是从铝土矿中提取氧化铝后产生的固体粉状废弃物，每生产1吨氧化铝约有0.6～2.5吨的赤泥产生，其主要成分包含二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙及三氧化二铁等。赤泥产生量大，从而造成大量赤泥堆存、难以利用等问题，制约了铝冶炼工业可持续发展。由此可见，赤泥的减量化、资源化处置也是目前亟需解决的问题。而本申请在处理上述铜浮选尾渣的同时，还同时协同处理了赤泥，以赤泥作为调质剂，利用铜浮选尾渣中的二氧化硅搭配赤泥中的三氧化二铝、氧化钙、二氧化硅，再配以助剂，在冶炼过程中在线调质，以冶炼出CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣型的熔渣。
其次，铜浮选尾渣中还含有30～50wt％的铁、0.5～4wt％的锌及微量的铅。其中，锌、铅主要以氧化物状态存在，铁则主要以磁性铁和铁橄榄石形式存在。本发明通过加入还原剂，使得冶炼后，磁性铁和铁橄榄石还原形成铁水，铁水沉降并与熔渣分离。其中，由于铜浮选尾渣是经过选矿后获得的，其中铜含量较低，故而冶炼得到的铁水中铜含量非常低，其不仅可以直接炼铁，还可作为废钢或生铁原料直接用于炼钢(而一般常规还原磁选选出的铁精矿只能用于炼铁)。同时，锌、铅氧化物则还原成金属态挥发进入烟尘，后续处理后可产出品位较高的富锌烟尘。
这样，本发明得到的CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣型的熔渣中含铁量甚至可以降至0.7wt％以下、锌、铅量则可以降至0.001wt％以下。基于此，本发明可以减少铜浮选尾渣制备矿渣棉造渣剂的成本，且制备出的矿渣棉可直接应用，避免了其作为制备水泥等建材的原料还需进一步加工的弊端。而且，矿渣棉的价值远高于水泥等建材。
综上，本发明在回收铜浮选尾渣中铁、锌资源、赤泥中铁资源的同时，还制备得到了高价值矿渣棉，且无任何新固废产出，实现了铜浮选尾渣和赤泥的规模化处理、铜浮选尾渣和赤泥中的有价金属高效综合回收及渣的全利用的有益效果，解决了铜浮选尾渣、赤泥堆存及铜浮选渣、赤泥中有价金属(诸如铁、锌)无法有效回收的问题。而且，本发明上述处理方法所采用的装置简单、流程短，本领域技术人员可综合考虑地区能源优势选择相应冶炼装置和工艺以实施。由此，本发明有效实现了铜浮选尾渣、赤泥两种固废的高效、高值、全利用。
额外补充的是，在一种可选的实施方式中，CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣型熔渣可继续间断排放或经虹吸口连续排放，再经溜槽流入均质保温炉，在炉内调整成分均匀性后再通过矿渣棉制备装置以制备得到矿渣棉。
进一步说明的是，本申请上述铜浮选尾渣包括以下成分：30～50wt％的Fe、20～40wt％的SiO2、0.3～3wt％的Pb、0.5～6wt％的Zn、0.2～5wt％的MgO、0.2～5wt％的CaO、0.2～5wt％的Al2O3及余量杂质(例如铜化合物)。赤泥包括以下成分：5～20wt％的Al2O3、30～70wt％的Fe、2～15wt％的SiO2、0.5～50wt％的CaO、0.5～5wt％的MgO及余量杂质(例如钠氧化物、烧失量)。
在一种优选的实施方式中，铜浮选尾渣及赤泥的含水量各自独立地＜15wt％。基于此，本发明可在更低能耗、成本更低的基础上控制得到CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣型的熔渣、铁水及富锌烟尘，固废处理效率更高。
为了进一步提高还原效果，优选还原剂选自无烟煤、烟煤、褐煤、焦炭或石墨中的一种或多种。为了进一步高效地得到渣型为CaO-SiO2-Al2O3-MgO的熔渣，在一种优选的实施方式中，助剂选自白云石、石灰石或石灰中的一种或多种；进一步优选地，助剂选自白云石和石灰石。
为了进一步提高熔炼效率，优选冶炼的处理温度为1400～1600℃(例如可以为1400℃、1450℃、1500℃、1550℃或1600℃)，处理时间为0.5～5h(例如可以为0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h或5h)。基于此，本发明可以更好地控制得到上述CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣型的熔渣、铁水及烟尘，以实现铜浮选尾渣和赤泥的规模化处理、铜浮选尾渣和赤泥中的有价金属高效综合回收及渣的全利用的有益效果。优选地，所述冶炼的处理温度为1500～1600℃，处理时间为1～3h。
在一些可选的实施方式中，冶炼可在感应炉、矿热炉、电炉或侧吹熔炼炉任一炉中进行。其中，冶炼的热源可为电热，也可为天然气、煤、煤气、煤制气等与氧气或富氧空气或空气燃烧提供的热量。更优选冶炼在矿热炉中进行，基于此，后续得到的富锌烟尘品味更高。
为了避免粉料直接入炉影响烟尘中锌品位，在一种优选的实施方式中，在混合之后，冶炼之前，处理方法还包括将混合后料成型的步骤。优选向混合后料中加入粘结剂以进行成型，得到平均直径为0.3～5cm的球状混料，粘结剂选自黏土、水玻璃或玉米淀粉中的一种或多种。更优选粘结剂的用量为铜浮选尾渣、赤泥、还原剂及助剂总重量的0.01～0.15％。
在一种优选的实施方式中，在冶炼之后，处理方法还包括对铁水进行铸锭，以得到面包铁的步骤。具体地，冶炼产出的铁水可间断排放，再进入铸锭机进行铸锭以得到面包铁。同时，在冶炼之后，处理方法还包括烟尘后处理步骤：将烟尘在二燃室中进行二次燃烧后沉尘，以得到颗粒粒径≥5mm的二次燃烧烟尘(大颗粒烟尘)及二次燃烧烟气；将大颗粒烟尘作为返料返回至冶炼过程中以循环利用；将二次燃烧烟气经过余热锅炉回收余热后，再经收尘器(布袋式收尘器)收集得到富锌烟尘。其中，冶炼过程中为提高铁的还原率，会使得烟尘的主要成分为CO。本发明将这样的冶炼后烟尘继续进入二燃室进行二次燃烧，并在二燃室内沉尘，会获得大颗粒烟尘，将其运至返料仓，可重新进入系统冶炼，提高废物利用率。同时，经过二次燃烧后得到的烟气中，挥发出的金属锌、铅继续被氧化成铅、锌氧化物，该二次燃烧烟气经过余热锅炉回收余热后，经布袋收尘收集可得到富锌烟尘，该富锌烟尘中锌、铅含量分别为40～70％、5％～20％。而收尘器处理后的残余烟气则继续经烟气处理后，得到达标烟气以排空。
为了进一步得到应用性能更优的矿渣棉，优选均质处理的处理温度为1400～1600℃，处理时间为0.3～3h。
本发明还提供了一种由前述的铜浮选尾渣的处理方法得到的矿渣棉。基于前文的各项原因，本申请得到的矿渣棉性能较优，可直接作为产品应用。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例1
铜浮选尾渣成分如下：40.63wt％的Fe、33wt％的SiO2、1wt％的CaO、1.7wt％的MgO、2.51wt％的Zn、0.46wt％的Pb及余量杂质。
赤泥成分如下：51wt％的Fe、5wt％的SiO2、2.6wt％的CaO、1.05wt％的MgO、15wt％的Al2O3及余量杂质。
将铜浮选尾渣：赤泥：石灰石：无烟煤：白云石按照重量比100:50:56:35:23比例配料后造球(粘结剂为玉米淀粉，用量为铜浮选尾渣重量的1％，球状混料的平均直径为1.5cm)，再加入到矿热炉内，以电热作为能源来源进行冶炼，冶炼温度为1500℃，冶炼时间为2h。冶炼后，得到CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣型的熔渣、铁水及烟尘。
熔渣主要包括以下成分：36.66wt％的SiO2、12.01wt％的Al2O3、0.85wt％的Fe2O3、38.86wt％的CaO、7.9wt％的MgO、0.008wt％的S及余量杂质。
该熔渣中铁含量降至0.6wt％、锌含量降至0.0005wt％、铅含量降至0.0002wt％。
将该熔渣间断排放，再经溜槽流入均质炉，在炉内调整成分均匀性后(均质处理的处理温度为1450℃，处理时间为1h)，再利用矿渣棉制备设备以制备得到矿渣棉。矿渣棉的产率为95％。
将冶炼产出的铁水间断排放进行铸锭，以得到面包铁。
将烟尘进行二次燃烧后沉尘，得到颗粒粒径≥5的二次燃烧烟尘及二次燃烧烟气；将二次燃烧烟尘返回至冶炼过程中循环利用；将二次燃烧烟气经过余热锅炉回收余热后，再经布袋收尘收集得到富锌烟尘。富锌烟尘中锌含量60wt％、铅含量10wt％。
实施例2
和实施例1的区别仅在于：在侧吹炉内，以质量浓度为70～100％的富氧气体作为助燃风，以天然气作为燃料燃烧以提供热量进行冶炼。
冶炼后，该熔渣中铁含量降至0.6wt％、锌含量降至0.0005wt％、铅含量降至0.0002wt％。矿渣棉的产率为93％。富锌烟尘中锌含量50wt％、铅含量7wt％。
侧吹炉工艺较矿热炉工艺而言，最终得到的富锌烟尘中锌、铅品位会略差。
实施例3
和实施例1的区别仅在于冶炼的处理温度为1450℃。
冶炼后，该熔渣中铁含量降至0.8wt％、锌含量降至0.0007wt％、铅含量降至0.0005wt％。矿渣棉的产率为94％。富锌烟尘中锌含量58wt％、铅含量10.5wt％。
实施例4
和实施例1的区别仅在于不包括对混合后料成型的步骤。
冶炼后，该熔渣中铁含量降至1wt％、锌含量降至0.001wt％、铅含量降至0.0005wt％。矿渣棉的产率为88％。富锌烟尘中锌含量45wt％、铅含量5.6wt％。
不采用混合料成型，会造成烟尘率比较大，产率低，同时反应性差。
实施例5
和实施例1的区别仅在于冶炼的处理温度为1400℃。
冶炼后，该熔渣中铁含量降至3wt％、锌含量降至0.5wt％、铅含量降至0.3wt％。矿渣棉的产率为75％。富锌烟尘中锌含量37wt％、铅含量5wt％。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种铜浮选尾渣的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括：
将所述铜浮选尾渣、赤泥、还原剂及助剂按照化学计量比混合进行冶炼，得到渣型为CaO-SiO2-Al2O3-MgO的熔渣、铁水及烟尘，且所述熔渣包括以下成分：36～39wt％的SiO2、10～14wt％的Al2O3、0.6～1.2wt％的Fe2O3、38～42wt％的CaO、6～10wt％的MgO、0～0.7wt％的S；
继续对所述熔渣进行均质处理，得到矿渣棉。
2.根据权利要求1所述的铜浮选尾渣的处理方法，其特征在于，所述还原剂选自无烟煤、烟煤、褐煤、焦炭或石墨中的一种或多种；
优选地，所述助剂选自白云石、石灰石或石灰中的一种或多种；
进一步优选地，所述助剂选自白云石和石灰石。
3.根据权利要求1或2所述的铜浮选尾渣的处理方法，其特征在于，所述冶炼的处理温度为1400～1600℃，处理时间为0.5～5h；
优选地，所述冶炼的处理温度为1500～1600℃，处理时间为1～3h。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的铜浮选尾渣的处理方法，其特征在于，所述冶炼在感应炉、矿热炉、电炉或侧吹熔炼炉中进行；
优选地，所述冶炼在矿热炉中进行。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的铜浮选尾渣的处理方法，其特征在于，在所述混合之后，所述冶炼之前，所述处理方法还包括对混合后料成型的步骤；
优选向所述混合后料中加入粘结剂以进行所述成型，得到球状混料；
优选所述球状混料的平均直径为0.3～5cm；
优选所述粘结剂选自黏土、水玻璃或玉米淀粉中的一种或多种；
优选所述粘结剂的用量为所述铜浮选尾渣、所述赤泥、所述还原剂及所述助剂总重量的0.01～0.15％。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的铜浮选尾渣的处理方法，其特征在于，在所述冶炼之后，所述处理方法还包括对所述铁水进行铸锭，以得到面包铁的步骤。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的铜浮选尾渣的处理方法，其特征在于，在所述冶炼之后，所述处理方法还包括对所述烟尘进行以下后处理步骤：
将所述烟尘进行二次燃烧后沉尘，以得到颗粒粒径≥5mm的二次燃烧烟尘及二次燃烧烟气；
将所述二次燃烧烟尘返回至所述冶炼过程中以循环利用；
将所述二次燃烧烟气经过余热锅炉回收余热后，再经收尘器收集得到富锌烟尘。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的铜浮选尾渣的处理方法，其特征在于，所述铜浮选尾渣及所述赤泥的含水量各自独立地＜15wt％。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的铜浮选尾渣的处理方法，其特征在于，所述均质处理的处理温度为1400～1600℃，处理时间为0.3～3h。
10.一种由权利要求1至9中任一项所述的铜浮选尾渣的处理方法得到的矿渣棉。
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