一種銅冶煉渣的還原方法
【專利摘要】本發明公開了一種銅冶煉渣的還原方法。該方法是原料球團在1300℃以上的電爐中進行還原回收銅冶煉渣中的鐵；其中原料球團的原料組分為：銅冶煉渣、蘭炭末、氧化鈣和粘結劑，且氧化鈣與原料球團中SiO2的質量比為（1.2-1.4）：1，蘭炭末的用量可使銅冶煉渣中的FeO被還原；原料球團的粒度為10-25mm；且原料球團經預還原處理。該方法有利于節能，生產成本較低，經過預還原后的球團進入電爐，電能可節約20%左右并且鐵的質量穩定。
【專利說明】一種銅冶煉渣的還原方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及銅冶煉渣的再利用技術，具體涉及一種銅冶煉渣的還原方法。
【背景技術】
[0002]當前世界上80%的銅是通過火法冶煉生產的，只有約20%是采用濕法冶煉獲得，火法冶煉生產It銅將產出2-3t渣。由此可見，有效地回收銅冶煉渣中的有價成分，實現銅渣資源化，是當前銅冶煉可持續發展的重要途徑。我國銅冶金企業很多，生產中會排放大量含鐵冶煉渣。例如，白銀公司年產含鐵35%的銅冶煉渣達120多萬噸，長期以來，由于技術和生產成本原因，這類渣一直棄之未用，堆積如山。這不僅嚴重污染環境，而且也是巨大的資源浪費。導致銅冶煉渣未被開發利用的主要原因是能耗高、成本高，這也反應出相關技術未到位。其次是鐵的質量和次生渣成分不穩定，銷售有一定難度。近年來，圍繞銅冶煉渣的開發利用出現了較多技術，如:
[0003]CN101921919公開了一種熔融渣綜合利用工藝及其系統。具體工藝是提銅爐進料端與熔融熱態銅渣連接，除了提銅爐設有末端浸入熔池內噴槍；熔劑通過料罐加入提銅爐；提銅鐵合金爐設有還原劑、水蒸汽添加噴槍，提銅鐵合金爐底部設有純氧吹槍；提銅鐵合金爐設有銅鐵合金排出口和棄渣排出口，棄渣排出口與造粒裝置連接。
[0004]CN101787407公開了一種微波碳熱還原提取銅冶煉廢氣渣中鐵的方法。該技術中熱源微波目前很難在工業上普及和降低企業成本。其主要是通過一步法提取廢棄渣中的鐵，且需要微波爐提供溫度高、加熱時間長和對爐襯侵蝕嚴重。
[0005]CN101591718公開了一種直接還原一磨選處理銅渣及鎳渣的煉鐵方法。首先將一定量的煤、銅渣或鎳渣及熔劑混合后造球，干燥后將生球布入轉底爐加熱到一定溫度，保持一定時間，然后將600°C -1100°`C的高溫還原鐵料直接送入水中冷卻后進行細磨選別，細磨選別后的鐵料用高溫失氧廢氣進行烘干后造塊，形成塊狀鐵料；該專利工藝流程長，對于高溫鐵料再進行冷卻，從而不能達到最大化的節能減排。
[0006]CN101148701公開了一種利用可燃物對有色金屬銅渣/鎳渣進行改性和制備優質燃料的方法，屬冶煉環保【技術領域】。
[0007]CN102586609公開了一種綜合利用的方法。方法具體使用氮氣攪拌銅渣使冰銅顆粒碰撞長大，并使冰銅顆粒沉降和分離；然后向分離冰銅顆粒后的銅渣中噴入煤粉或一氧化碳、生石灰、富氧空氣，進行還原提鐵。最后提鐵后的余渣中加入添加劑，控制余渣和添加劑的熔融混合物溫度為800-1700°C。最后將熔融混合物通過噴吹或者離心的方法，制得無機纖維。
[0008]CN101824505公開了一種銅渣熔融還原一步制得低硫鐵水的方法。充分利用了鐵還原反應完成后所配制精煉渣系高脫硫和熔池中所噴吹一氧化碳氣體的降低鐵水中氧勢、并改善反應動力學的特點，大大降低了銅渣熔融還原所得鐵水中的硫含量。
[0009]CN101886154公開了一種銅渣與鐵礦石混合熔融還原制得低銅鐵，具體公開充分利用了銅渣、鐵礦石及添加劑之間各組分的相互耦合作用及鐵礦石還原所得鐵水對銅渣還原所得鐵水中高銅濃度的稀釋作用，大大降低了單方面銅渣熔融還原所得鐵水中的銅含量較高的缺點，為以后銅渣中鐵資源的有效回收利用提供新方法。
[0010]上述技術幾乎都未考慮如何有效節能和降低成本的技術，從而難以實現工業規模的開發利用。

【發明內容】

[0011]本發明的目的在于提供一種耗能低和成本相對較低的銅冶煉渣還原方法。
[0012]為此，本發明提供的銅冶煉渣的還原方法特征在于:原料球團在1300°C以上的電爐中進行還原回收銅冶煉渣中的鐵；
[0013]所述原料球團的原料組分為:銅冶煉渣、蘭炭末、氧化鈣和粘結劑，且氧化鈣與原料球團中二氧化硅的質量比為(1.2-1.4):1，蘭炭末的用量為使銅冶煉渣中的鐵氧化物被還原；
[0014]所述原料球團的粒度為10_25mm ；
[0015]所述原料球團經預還原處理。
[0016]所述原料球團經800-900°C焙燒預還原處理。
[0017]所述銅冶煉渣與蘭炭末的質量比為1: (0.2-0.6)。
[0018]所述氧化鈣用碳酸鈣替換。
[0019]所述銅冶煉洛與碳酸I丐的`質量比為1: (0.5-0.8)。
[0020]所述銅冶煉渣的粒度為100— 200目，所述銅冶煉渣中含有TFe37_40wt%、Si0232-36wt%> Ca02-5wt%o H205.3wt%。
[0021 ] 所述蘭炭末的粒度小于0.15mm,所述蘭炭末中含有固定炭86wt%,揮發份
4.15wt%，灰份 9.75wt%0
[0022]所述銅冶煉渣的還原方法包括以下步驟:
[0023]制球:按原料組分比配料后制造生球；
[0024]生球預還原:生球在800_900°C中焙燒預還原0.5_2h制得原料球團；
[0025]電爐冶煉:原料球團在電爐中冶煉提取鐵。
[0026]所述電爐的內襯為碳質爐襯。
[0027]與現有技術相比，本發明的有益效果在于:
[0028](I)銅冶煉渣中鐵的回收率為90%以上，且鐵的質量穩定，同時冶煉能耗低，生產成本較低，便于企業管理，經過預還原后的球團進入電爐，電能可節約20%左右。并且根據后期鐵水需求可以通過該工藝靈活生產煉鋼生鐵和鑄造生鐵.[0029](2)本發明的原料球團為“堿性預還原球團”，該“堿性預還原球團”的二元堿度(氧化鈣與二氧化硅的質量比)為(1.2-1.4): 1，且經過800-900°C焙燒預還原處理，堿性環境的可以保證還原出的鐵水中氧、硫含量在國家標準要求之內，且堿度過小達不到去除夾雜的要求，堿度過大爐襯侵蝕嚴重并且熔化球團溫度提升，電消耗大；另外現有技術中銅冶煉渣的還原方法主要是通過干燥后直接進行還原工藝的，其難點是液態鐵氧化物與碳制還原劑反應是一個強烈的吸熱反應，要保持鐵氧化物的液態金屬狀態，需要很高的溫度，這種方法實際上先熔化氧化鐵，而不是還原氧化鐵，該原因易造成生成的金屬與爐渣凝結，并且還存在耐火材料消耗高和生產周期短的弊端，難于應用實際生產。通過預還原后的堿性球團料可以有效減少直接熔化鐵化物所需的熱量以及降低電耗。并且次生渣成分更接近生產水泥熟料的要求，從而達到綜合利用的預期目標。
[0030](3)電爐爐襯為碳質爐襯可以使原料球團在被加熱時整體在還原氣氛內，也可防止被蝕損的爐襯影響爐渣性能和爐況。
[0031](4)相比于其他還原劑蘭炭末價格便宜，這樣可以降低銅冶煉渣的生產成本。【具體實施方式】
[0032]本發明的銅冶煉渣中的鐵氧化物包括氧化亞鐵和氧化鐵等其他鐵氧化物。
[0033]本發明的制球可在圓盤造球機進行，且邊制球邊加入粘結劑和水。
[0034]本發明的生球焙燒預還原可在豎爐或鏈篦式回轉窯內進行。
[0035]本發明的電爐冶煉包括以下操作工藝:(I)冶煉功率設定在能滿足鐵氧化物充分還原的檔次上；(2)在放電極起弧后投加球團進行埋弧操作，并根據爐況及時加料；(3)冶煉過程適時適量補加蘭炭末和石灰石；(4)定期出鐵，通常每隔l-2h出一次鐵；(5)爐渣水淬處理。
[0036]本發明所使用的粘結劑是膨潤土，粘結劑的質量大于等于銅冶煉渣、蘭炭末和石灰石總質量的1.5%。水的用量根據膨潤土量影響，膨潤土對水分有極強的的吸附性，原料球團的水分含量控制在銅冶煉渣、蘭炭末和石灰石總質量的8%-9.5%。
[0037]本發明所使用的炭質爐襯電爐是指類似礦熱爐的碳制爐襯電爐。
[0038]銅冶煉渣內配炭球團壓力成型的性能主要是炭球團的落下強度和抗壓強度，對于銅冶煉渣獲得較高的金屬化率極為重要。進入設備的生球有一定的落下強度和抗壓強度性能要求，如果各性能較差，會在預還原過程中粉碎成末，形成死料，堵塞設備，無法達到每隔l_2h的持續出鐵的目的。總 而言之，因為供料性能的缺陷影響整個工藝的順利出鐵。前面主要說的是成分，該試驗主要是說明在該成分下工藝對供料的物理性能的要求。
[0039]以下是發明人提供的關于研究銅冶煉渣內配炭球團壓力成型的性能和從銅冶煉渣中提取鐵，在配料的時加入了還原劑蘭炭末，溶劑石灰石來改善球團的冶煉條件。還原劑和溶劑根據銅冶煉渣來確定，粘結劑膨潤土和水按照一定比例加入原料中，人工混合。
[0040]試驗方法:
[0041]成型:配料時加入石灰石與銅冶煉渣的質量是根據控制混合料的二元堿度(CaO/SiO2)在1.3，蘭炭末根據實驗配比加入，水和膨潤土根據在混合料中所占的百分比加入；將料進行混合均勻后，在圓盤造球機上進行制成粒度10-14mm的生球。
[0042]試驗中所用銅冶煉渣的組分是主要含量TFe是37.3wt%、Si0235.4wt%、Ca04.lwt%、H205.3wt%。每組試驗所取銅冶煉渣的質量均為10kg。各組試驗中石灰石的添加量按原料球團的二元堿度(Ca0/Si02)S 1.3:1確定，表I中所述的蘭炭末配比和石灰石配比指的是蘭炭末與石灰石的質量比，如編號試驗I中，蘭炭末與石灰石的質量比為10:42。
[0043]落下強度測定方法:
[0044]取直徑O 10-14mm的生球12個，生球從0.5m高度自由落在IOmm厚的鋼板上，反復數次，直至出現裂紋或破裂為止，記錄生球破裂時跌落的次數。每次測12個球，去除一個最大值和一個最小值，求出其余10個數據的平均值，即為該球的落下強度，單位:次/0.5m。
[0045]生球抗壓強度測定方法:[0046]同上取出12個生球，放在電子天平上采用按壓的方法測定，精確度為0.5g。每次測定12個球，除去最大、最小值，求出其余10個數據平均值，即為該球的抗壓強度，單位:N/個。
[0047]試驗方案及結果見表I。
[0048]表I造球正交試驗實驗結果
[0049]
【權利要求】
1.一種銅冶煉渣的還原方法，其特征在于:原料球團在1300°c以上的電爐中進行還原回收銅冶煉渣中的鐵； 所述原料球團的原料組分為:銅冶煉渣、蘭炭末、氧化鈣和粘結劑，且氧化鈣與原料球團中二氧化硅的質量比為(1.2-1.4):1，蘭炭末的用量為使銅冶煉渣中的鐵氧化物被還原； 所述原料球團的粒度為10-25mm ； 所述原料球團經預還原處理。
2.如權利要求1所述的銅冶煉渣的還原方法，其特征在于:所述原料球團經800-900°C焙燒預還原處理。
3.如權利要求1所述的銅冶煉渣的還原方法，其特征在于:所述銅冶煉渣與蘭炭末的質量比為1: (0.2-0.6)。
4.如權利要求1所述的銅冶煉渣的還原方法，其特征在于:所述氧化鈣用碳酸鈣替換。
5.如權利要求4所述的銅冶煉渣的還原方法，其特征在于:所述銅冶煉渣與碳酸鈣的質量比為1: (0.5-0.8)。
6.如權利要求1所述的銅冶煉渣的還原方法，其特征在于:所述銅冶煉渣的粒度為100—200 目，所述銅冶煉渣中含有 TFe37-40wt%、Si0232_36wt%、Ca02_5wt%、H205.3wt%。
7.如權利要求1所述的銅冶煉渣的還原方法，其特征在于:所述蘭炭末的粒度小于0.15mm,所述蘭炭末中含有 固定炭86wt%,揮發份4.15wt%,灰份9.75wt%。
8.如權利要求1所述的銅冶煉渣的還原方法，其特征在于:所述銅冶煉渣的還原方法包括以下步驟: 制球:按原料組分比配料后制造生球； 生球預還原:生球在800-900°C中焙燒預還原0.5-2h制得原料球團； 電爐冶煉:原料球團在電爐中冶煉提取鐵。
9.如權利要求1至8任一權利要求所述的銅冶煉渣的還原方法，其特征在于:所述電爐的內襯為碳質爐襯。
【文檔編號】C21B11/10GK103451346SQ201310361716
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月19日 優先權日:2013年8月19日
【發明者】張朝暉, 俞景祿, 巨建濤, 田建潮 申請人:西安建筑科技大學