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转底炉处理铜渣工艺研究

发布时间:2020-02-26 13:25 作者:澳门真人棋牌游戏

  北极星环境修复网讯:摘 要:总结当前铜渣处理工艺,介绍转底炉处理铜渣的两种工艺流程及应用实例,验证转底炉处理铜渣的可行性。

  铜渣是铜冶炼渣经选铜后抛弃的二次尾渣,每吨粗铜约产生2-3 吨的铜渣[1]。据不完全统计,全世界和中国每年产生的铜渣分别约为3600 万吨和1600 万吨,其综合利用一直是世界性难题。大量的铜尾渣长期堆存,不仅造成其中铁、锌等有价资源的浪费和流失,同时对地下水、土壤和大气造成了严重污染。

  随着铜冶金技术的不断发展,传统炼铜工艺(包括鼓风炉熔炼,反射炉熔炼和电炉熔炼)正逐渐被闪速熔炼取代;与此同时,熔池熔炼方法,如诺兰达法,瓦纽科夫法,艾萨法也逐渐受到人们的重视。

  我国的铜渣主要为火法熔炼渣,此外还有相当数量的转炉渣和湿法炼铜浸出渣。铜渣中含有铁、锌可利用的资源,对其回收利用日益受到人们的重视。

  炼铜渣主要成分是铁硅酸盐和铁氧化物相,包含铁橄榄石(2FeO·SiO2)、磁铁矿(Fe3O4) 及一些脉石组成的无定形玻璃体。

  (1)火法分离法。火法分离多采用炉渣先经火法贫化,回收的铜锍再返回炼铜的主流程。针对炉渣中钴、镍回收,采取在主流之外的单独还原造锍。炉渣贫化方法很多,方法选择取决于现场条件,如资金、场地、副产品、杂质等。不论何种方法,其贫化的主要目的就是为了降低渣中的Fe3O4 相,从而降低铜渣中的冰铜夹杂,有利于金属铜的回收。其反应原理如下。

  从上述机理我们可以看出,提炼过铜、镍、钴等有价元素后,将会产生二次废渣,且废渣的主要物相为铁橄榄石(2FeO·SiO2)。

  (2)选矿法分离。该法主要依据有价金属赋存相的表面亲水、亲油性质和磁学性质的差别,通过磁选和浮选分离来富集有价金属。利用该法可以得到铜精矿,但是也因此产生了大量的选矿尾矿。尾渣中铁含量30% 以上,硅含量~30%,无法满足钢铁烧结工艺对铁精矿的要求。

  (3)湿法浸出。对铜渣的湿法处理的技术中有多种浸出方法,如硝酸盐浸出法,氯化浸出法,硫酸化浸出法,氰化浸出法等。对于湿法提取铜渣中不同的金属,要用到不同的浸出方法。

  对于含有稀贵的铜渣,适宜采用氰化浸出法,而对于铜渣中铜的浸出则一般采用到氯化浸出法和硫酸化浸出法。

  综上所述,从铜渣中回收铜、镍、钴及稀贵金属的方法都已经得到了很好的应用。企业可以根据自己的物料性质、场地及产品需求等条件选择合适的方法。但是回收过程产生的二次渣尚未得到很好的应用,如何解决二次废渣的问题是进一步解决铜渣资源化的关键所在。

  铜渣中的铁主要以铁橄榄石相存在,伴有少量磁铁矿。目前铜渣提铁的方式主要有:铜渣直接选矿提铁、铜渣氧化改性提铁、铜渣熔融还原提铁、铜渣直接还原提铁等。其中,铜渣直接还原提铁工艺被认为是较为可行的工艺,是最有可能实现大规模工业化的工艺[2]。

  (1)选矿提铁。直接选矿方法回收铜经济有效,但铁的回收率太低。主要原因在于铜渣含铁物相中磁性氧化铁含量较少,仅为20% ~ 30%,主要含铁物相铁橄榄石等硅酸盐相在磁选过程中进入尾矿。

  (2)铜渣氧化改性提铁。根据铜渣的物相分析和铁橄榄石的氧化原理,对铜冶炼贫化渣焙烧富集Fe3O4, 有氧气氛下加入CaO 高温焙烧铜渣,加入CaO 能有效促进铁橄榄石(Fe2SiO4)分解,转化为Fe3O4 矿相富集和析出。铜渣氧化改性焙烧时间较长,一般2h 以上;且最终选出的产品为Fe3O4,经济性较差。

  (3)铜渣熔融还原提铁。熔融还原工艺过程为将铜选矿尾渣和碳质还原剂进行造块,在矿热炉中熔化还原,冶炼低牌号硅铁,再将热态的含硅铁水与热态的镍熔融渣兑入摇炉,并加石灰控制碱度,冶炼出还原铁水。但该工艺在生产中容易形成泡沫渣,不能安全生产,且还原剂和熔剂消耗量较大,能耗较高。

  (4)铜渣直接还原提铁。直接还原按照还原剂的种类可以分为煤基直接还原和气基直接还原。气基直接还原工业化的主要是Midrex 法。

  研究表明,对于以铁橄榄石为主要物相的铜渣而言,氢气还原时间过长,技术上可行,经济性较差。

  铜渣煤基直接还原方面,很多高校和企业进行了大量卓有成效的工作,并取得了较好的技术效果:直接还原- 磨矿磁选获得金属铁粉品位大于90%,铁回收率大于80%。但这些试验仅仅局限于实验室的小型试验,没有进行大规模中试验证试验;另外也没有考虑铜渣中锌元素的回收,以及整个工艺过程中如铜、硫等全元素的去向及分布规律。

  煤基直接还原已经工业化的设备有隧道窑、回转窑、车底炉、转底炉等,隧道窑直接还原技术能耗太高,现场污染严重,产能每年不足5 万吨,无法大规模处理铜渣。回转窑直接还原产能较低,且在还原过程中,铜渣熔点低,与窑壁产生摩擦,不可避免地产生粉末熔化,最终导致结圈现象,被迫停产。

  转底炉最早由加拿大国际镍(集团)公司(INCO)和美国Midrex 公司分别开发,前者被称为Inmetco 工艺,后者称为Fastmet 工艺。该工艺使用廉价的煤做为还原剂,炉料在炉子内无相对运动,温度控制灵活。

  转底炉技术的基本原理是:将含铁、锌物料配加还原剂、添加剂等制成含碳球团,烘干后布入转底炉、在炉内1200~1400℃的还原区将含碳球团还原为金属化球团,球团中的ZnO 还原成金属Zn,金属锌挥发,进入烟气中再氧化生成ZnO,通过对烟尘的收集可以得到富含ZnO 的二次粉尘,而生产出的转底炉金属化球团采用磨矿磁选或熔分工艺,实现铁与脉石的单体解离,铁粉压块直接供给炼钢使用。

  在上面三案例中,采用转底炉+ 磁选或转底炉+ 熔分都能得到较好的产品,磁选综合铁回收率平均~86%,熔分铁回收率~93%。具体转底炉在铜渣的应用情况如下。

  转底炉铜渣处理属于环保项目, 有两点需重点关注:铜渣中含有铜、砷等有害金属,在还原过程中无法完全脱除;产品不属于大宗商品,无产品标准,故定价非常关键,前期市场调研尤为重要。总体来说,转底炉处理铜渣工艺可有效回收其中的铁和锌等有价金属,具有较好的经济效益、社会效益和环境效益,符合我国当前的可持续发展和战略,对促进中国乃至世界有色行业业固废处理具有重要意义。

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