一種攪拌卷入煤粉還原銅渣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種攪拌卷入煤粉還原銅渣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾年我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展迅速，鋼鐵生產(chǎn)總量一直占據(jù)世界首位，但我國鋼鐵質(zhì) 量不高，生產(chǎn)多為粗鋼，高端鋼鐵產(chǎn)品還需進(jìn)口，對于抗菌不銹鋼更是幾乎全靠進(jìn)口。除此 之外，我國的鐵礦石是貧礦多，復(fù)合礦石多品位低，大部分鐵礦石也是依賴進(jìn)口。隨著鐵礦 石價(jià)格飛漲，直接導(dǎo)致煉鐵成本劇增，削弱了鋼鐵產(chǎn)業(yè)的利潤空間，嚴(yán)重影響了中國鋼鐵產(chǎn) 業(yè)的發(fā)展。因此，尋求新的鐵礦資源意義重大。
[0003] 我國97 %以上的粗銅由火法冶煉得到，視銅精礦品位和脈石成分高低的不同而有 所差異，每生產(chǎn)1 t粗銅約產(chǎn)渣2.2 t。與此同時(shí)，中國粗銅產(chǎn)量逐年攀升，至2015年底，年產(chǎn) 粗銅950萬t/年，故中國每年約產(chǎn)生2100萬噸銅渣，加之以往堆存的銅渣，至2015年底，中國 銅渣的堆存量已達(dá)2.7億噸。而隨著強(qiáng)氧化工藝熔煉的大力推行，高品位銅硫產(chǎn)出的同時(shí)， 渣中殘留的銅含量也較高，冶煉過程中產(chǎn)出的渣含銅高達(dá)0.4%~4.6%之間，遠(yuǎn)高于目前0.3% 的銅礦開采品位。在儲量巨大的基礎(chǔ)上，再考慮其中的有價(jià)組分含量非常高，所以近年來有 很多科研工作者研究如何回收利用銅渣，包括還原回收其中的Fe、Cu等元素，用作建筑材料 等。
[0004] 銅渣中含有大量的重金屬，大量長時(shí)間堆積后會對周邊環(huán)境造成污染。在過去的 兩百年中，研究工作者們研究了銅渣二次利用的工藝，主要分為物理和化學(xué)兩大類。物理方 面主要是利用銅渣的物理性質(zhì)來回收利用，主要用于做建筑材料，包括制水泥、路堤、集料、 玻璃、道渣、瓷磚以及金剛砂等;化學(xué)方面主要是指用提取冶金工藝從其中提取有價(jià)金屬， 包括火法、濕法以及火法-濕法聯(lián)合法等。銅渣中的提取冶金主要為Fe和Cu兩種金屬，Cu方 面有還原制備銅硫然后回爐熔煉等，F(xiàn)e方面則有高溫下添加還原劑還原其中的鐵的氧化物 制備鋼材等，其中的還原劑的種類有石墨、甲烷、出等。這些銅渣處理工藝均各有利弊，因 此，如何處理銅渣，應(yīng)以具體的銅渣為對象來具體分析。
[0005] 目前對銅渣最主要的利用方法是對其進(jìn)行貧化回收其中銅锍，主要有火法貧化和 浮選回收，但這兩種方法銅的回收率均未達(dá)到工業(yè)需求。選礦法是將熱銅渣緩慢冷卻，使銅 礦物顆粒長大，保證浮選過程中對銅的良好捕集，但此流程周期較長，且有大量的能量浪 費(fèi)。理論上緩冷選礦只能回收絕大部分的夾雜锍，選礦所得尾礦含銅一般在0.35%以下，只 有極少數(shù)銅廠可以控制到0.2%以下。除此之外，緩冷選礦對渣包數(shù)量和緩冷場占地面積的 要求更是限制了中小型企業(yè)的使用，工藝流程中大量水的使用也大大降低了工藝的環(huán)境效 益。
[0006] 火法熔煉是將熱態(tài)爐渣直接放入還原爐進(jìn)行沉降和還原，一般工業(yè)上渣含銅一般 在0.4%~0.5%左右。目前火法還原過程都是在熱態(tài)銅渣中直接加入還原劑，但還原劑浮于熔 渣表面，難以與熔渣熔池充分接觸，還原劑利用率極低，大大降低還原劑的利用率，且還原 過程還原劑揮發(fā)嚴(yán)重，造成非常嚴(yán)重的環(huán)境污染。
[0007] 銅渣中含有大量的鐵，對于鐵的回收，一般有磁選法回收和還原回收，還有兩者結(jié) 合的"焙燒一還原一磁選"工藝，但成本較高，尤其隨著生鐵價(jià)格的不斷下降，單純回收鐵工 藝得不償失。
[0008] 除此之外，銅渣還被廣泛應(yīng)用在噴砂工業(yè)，生產(chǎn)研磨工具，噴砂材料，切割工具，瓷 磚，玻璃和屋面顆粒材料等。銅渣已可以作為水泥添加劑制作硅酸鹽水泥，混凝土中的骨料 以及瀝青混合物的替代品。但此種利用未能將銅渣最大化的利用。
[0009] 綜合以上銅渣的各種處理方法可以看出，目前對銅渣的研究主要集中在回收其中 一種或幾種有價(jià)元素，而對其他的元素則拋棄，這樣就造成了資源的浪費(fèi)。而且單一組分回 收的回收率普遍不高，工業(yè)普及困難。另一方面，從現(xiàn)有文獻(xiàn)來看，極少有技術(shù)同時(shí)關(guān)注銅 渣中Cu和Fe，乃至其他有價(jià)金屬元素的回收。而還原劑方面主要集中于固態(tài)的煤粉，實(shí)際工 業(yè)化中存在加入煤粉困難，難以使之充分與熔渣接觸并反應(yīng)，回收鐵中S的含量較高。
[0010]因此，提出一種新的還原劑加入方法處理銅冶煉渣來克服上述不足是非常必要 的，不但有效提高還原劑利用率，降低尾渣含銅，提高銅熔煉渣還原水平，而且可以改善現(xiàn) 場環(huán)境。
[0011]申請?zhí)枮?01510553961. X的專利提出了 一種頂吹吹煉爐內(nèi)銅渣還原的方法，在頂 吹吹煉爐內(nèi)的吹煉工作進(jìn)行到冰銅吹煉造锍期接近終點(diǎn)時(shí)，將噴槍噴嘴提至渣層，投入銅 渣重量〇. 3-0.5%還原煤，對銅渣進(jìn)行還原處理。但該專利通過噴槍噴入粉煤，要求的送風(fēng)量 大，達(dá)到8000-14000Nm3/h，且頂吹方式易造成熔池液面上漲，存在安全隱患。而塊煤通過皮 帶系統(tǒng)加入到熔體表面，塊煤與銅熔煉渣的難以充分混合，反應(yīng)動力學(xué)條件差，塊煤利用率 低。
[0012] 申請?zhí)枮?01010216133.4的專利是將熔融熱渣加入還原劑還原，但沒有涉及攪拌 加入還原劑還原的方法。申請?zhí)枮?00910163234.7的專利是從銅渣中還原提鐵，未涉及銅 的提取和攪拌加入還原劑的方法。
[0013] 因此，亟需一種新的銅冶煉渣還原處理方法，能夠充分解決還原劑與銅冶煉渣的 混合問題，盡可能少的引入其它物質(zhì)或產(chǎn)生廢氣，并且還可以有效降低尾渣中的含銅量，以 及改善現(xiàn)場環(huán)境，提高還原劑利用率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種攪拌卷入煤粉還原銅渣的方法，在 熔融銅冶煉渣還原爐中引入攪拌設(shè)備，將攪拌槳伸入銅冶煉渣液面高度的1/3至1/2處以在 中心形成徑高比為0.5~3的離心漩渦，然后將煤粉和造渣劑(CaO)通過載氣攜帶噴吹到銅冶 煉渣熔池表面靠漩渦中心處，其中造渣劑將銅渣調(diào)節(jié)至一定堿度。
[0015]煤粉還原熔渣中Fe304、Fe0和Cu20,還原得到銅鐵合金。本發(fā)明提出技術(shù)方案如下： 一種攪拌卷入煤粉還原銅渣的方法，按照以下工藝步驟進(jìn)行： (1) 在還原爐中引入機(jī)械攪拌設(shè)備，將1150~1350°C的高溫熔融態(tài)銅冶煉渣導(dǎo)入還原爐 中，調(diào)整攪拌槳伸入至銅冶煉渣液面高度的1/3至1 /2處，開啟加熱和攪拌，控制銅冶煉渣的 溫度為1400~1500°C，攪拌速度為50~200r/min，形成徑高比為0.5~3的漩渦； (2) 將煤粉和造渣劑由高溫熔融態(tài)銅冶煉渣液面上方的噴嘴通過載氣攜帶噴吹到銅冶 煉渣熔池表面靠漩渦中心處，其中煤粉加入量為銅冶煉渣質(zhì)量的5~15%，造渣劑加入量以冶 煉渣堿度調(diào)節(jié)為1.0~1.5為準(zhǔn)，保溫?cái)嚢?0~60min; (3)靜置分層，分別收集下層含銅鐵水和上層還原后渣。
[0016] 上述方法中，所述載氣包括惰性氣體或氮?dú)狻?br>[0017] 上述方法中，所述下層含銅鐵水中鐵的回收率在95%以上，銅的回收率在98%左右； 上層還原后渣中銅含量在0.1%以下。
[0018] 上述方法中，銅冶煉渣在還原過程產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^鍋爐回收余熱以及旋風(fēng)除 塵，回收煙氣中的鋅、鉛、鉬和砷易揮發(fā)有價(jià)組分，最后通過洗滌裝置除去煙氣中所含的二 氧化硫氣體，達(dá)到排空要求后排入大氣。
[0019] 上述方法中，所得的含銅鐵水進(jìn)一步脫硫后用于含銅抗菌不銹鋼的冶煉。
[0020] 本發(fā)明的還原原理為:還原劑和造渣劑加入銅冶煉渣熔體中，其中的C和C0將Fe3〇4 還原成Fe，造渣劑與2FeO · Si02反應(yīng)生成2CaO · Si02，C將FeO還原成Fe，C將Cu20還原為Cu， 該過程還原劑的利用率可達(dá)到80%以上，還原后渣中銅含量降至0.1%以下。本發(fā)明涉及的反 應(yīng)方程式如下： 2FeO · Si02(s)+2Ca0(s) = 2CaO · Si02(s)+2Fe0(s)
[C]+Fe3〇4 = (Fe0)+C0 [C]+(FeO) = [Fe]+C0 [C]+(Fe2〇3) = [Fe]+C0 CO+(FeO) = [Fe]+C02 [C]+(Cu20) = [Cu]+C0 C0+( Cu20) = [Cu]+C02 C〇2+[C] = 2C0 與現(xiàn)有的銅冶煉渣還原技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果如下： 1、本發(fā)明在還原爐引入機(jī)械攪拌設(shè)備和噴嘴，控制攪拌轉(zhuǎn)速在高溫熔融態(tài)銅冶煉渣中 形成徑高比為0.5~3的漩渦，使還原劑和造渣劑由噴嘴通過載氣攜帶噴吹到銅冶煉渣熔池 表面靠漩渦中心處，利用漩渦效應(yīng)解決還原劑與銅冶煉渣的混合問題，改善了還原劑與銅 冶煉渣固-液反應(yīng)的動力學(xué)條件，減少還原劑用量的同時(shí)提高其利用率。