一种提取铜冶炼废渣中铁的方法.pdf

本发明涉及一种提取铜冶炼废渣中铁的方法。将铜渣、还原剂包括无烟煤、石墨、石油焦、焦炭中的一种或几种的混合物、氧化钙或者碳酸钙粉碎到一定粒度，进行充分混合配料后，高温下进行矿相重构和碳热还原反应，从而将渣中的铁橄榄石转变为氧化铁并还原为铁，经过磁选分离回收铁，非磁性产物可作为烧制水泥的原料。

1.  一种提取铜冶炼废渣中铁的方法，包括配料，高温矿相重构和碳热还原反应，磁选3个步骤，其特征是：

1.  1配料：原料成分以wt％计为：铜渣Fe38～42、Cu0.8～1.2、SiO₂30～36、CaO 2～10，还原剂成分含量以wt％计为含C大于75的无烟煤、和/或含C大于80的石墨、和/或含C大于85的石油焦、和/或含C大于85的焦炭，成分含量以wt％计为氧化钙含CaO大于98，碳酸钙含CaCO₃大于98；将粉碎到粒度小于0.15mm的铜渣、和还原剂、和氧化钙或者碳酸钙按照：铜渣∶还原剂的重量比＝1∶0.1～1.0，铜渣∶氧化钙的重量比＝1∶0.1～0.5或者铜渣∶碳酸钙的重量比＝1∶0.1～0.8的比例混合均匀，还原剂为无烟煤、和/或石墨、和/或石油焦、和/或焦炭、和/或它们的混合物中的任选一种；

1.  2高温矿相重构和碳热还原：经过充分混合的物料在温度为900～1300℃煅烧，煅烧时间为2.0～20小时，进行由铁橄榄石中结合的氧化铁转变为游离的氧化铁的矿相重构，然后还原为单质铁的碳热还原反应；

1.  3磁选：将还原后得到的物料粉碎到粒度小于0.15mm，然后在磁场强度为72～136kA/m的磁选机上进行磁选，磁性产物为含铁大于86wt％的产品。

一种提取铜冶炼废渣中铁的方法
一.技术领域
本发明涉及一种铜冶炼过程中产生的废弃渣中铁的回收工艺，具体地说，其涉及一种采用碳热还原的方法从铜冶炼过程产生的废弃渣中回收铁的工艺。
二.背景技术
铜渣是有色金属冶炼废弃炉渣中数量较大的炉渣之一，这些渣的堆放不仅大量占用土地，给生产、管理带来困难，而且雨水的冲洗，炉渣中含有的重金属渗入地表和地下水，会对水资源造成一定的污染。因此，研究处理铜渣的有效方法，提取渣中的有价成分，不但能够实现废弃资源的再利用，实现工业废弃物减量化和无害化，而且还可以获得一定的经济效益。
铜冶炼废弃渣主要为火法熔炼渣，每年产出150万吨以上，目前累计达2500多万吨。火法熔炼铜渣主要由铁橄榄石相和非晶态玻璃质相组成，渣中含有大量的铁、铜、及与铜伴生的贵金属和稀有金属。渣中的铁主要分布在橄榄石相和磁性氧化铁相中，而铜主要以细小颗粒弥散于渣中(陈远望.智利铜炉渣贫化方法概述[J]，世界有色金属，2001，9：56-62.曹景宪，王丙恩.中国铁矿的开发与利用[J]，中国矿业，1994，3(5)：17-22.)。铜冶炼产生的废弃渣中铜含量达到0.8～1.2wt％，铁含量高达38～42wt％，大多数铜冶炼厂的冶炼炉渣并未得到有效利用。近年来，随着炼铜工业的发展，铜矿资源日趋减少，目前含铜0.2～0.3wt％的铜矿大多已被开采，而冶炼过程产出的炉渣含铜却在1％左右。随着我国宏观经济的高速增长，工业化发展进程不断加快，对资源的依赖程度越来越高。然而资源是有限的，有限的资源已经成为工业化发展的重要瓶颈。因而，如何实现资源的可持续发展，降低能耗，发展循环经济，实现资源的节约化发展、实现经济社会和环境协调发展已成为社会和企业发展的当务之急。
随着资源的贫化，铜冶炼炉渣的利用越来越受关注，国内外许多学者逐渐研究低品位铜冶炼炉渣中有价金属的回收，但目前收效不明显，对铜渣中回收铁、铜等有价金属的基础研究不够，且采用的方法大多仅局限于用物理法选矿，回收利用率很低。国内曾采用焙烧——氯化法进行过实验，但存在硫的污染、流程长、成本高的缺点，而且金属的回收率不高。广东有色金属研究院马雪(马雪.从冰铜渣中综合回收有价金属的研究[J].广东有色金属学报，1992，2(2)：118-122.)对用三氯化铁溶液浸出、盐酸浸出、硝酸浸出处理冰铜渣做了研究，其Ag的回收率较高，但未对渣中所含大量的铁、铜等元素做研究。东北大学的隋智通等(张林楠.铜渣中有价组分选择性析出研究[D].沈阳，东北大学，2005.)采用高温氧化提取铜渣中的有价元素，氧化使铁橄榄石中的氧化亚铁转变为四氧化三铁，铁的转化率达到60％，转化后通过磁选回收铁，但所采用的工艺条件较为苛刻，不易工业化。日本、智利等国外也有一些学者致力于反射炉贫化铜渣的研究，但研究主要针对含铜品位大于4％以上的粗铜转炉渣，采用的处理方法主要有：直接浸出、直接浮选、氧化或者硫酸化焙烧——浸出，而对含铜1.0％左右的铜冶炼炉渣的研究未见报道。
三.发明内容
本发明旨在回收综合利用铜冶炼废弃渣中的铁，对固体废物实行充分回收和利用，落实“减量化、再利用、资源化”处理固体废弃物的原则，促进清洁生产和循环经济的发展。
本发明按以下的技术方案实施：
将铜渣粉碎后，加入还原剂，还原剂为无烟煤、和/或石墨、和/或石油焦、和/或焦炭、和/或它们的混合物中的任选一种，和氧化钙或者碳酸钙进行配料后，高温下进行矿相重构和碳热还原反应，从而将渣中的铁橄榄石转变为氧化铁并还原为铁，经过磁选分离回收铁，非磁性产物作为烧制水泥的原料。具体的技术方案如下：(1)配料：将粉碎到粒度小于0.15mm成分含量以wt％计为Fe38～42、Cu0.8～1.2、SiO₂ 30～36、CaO 2～10的铜渣，成分含量以wt％计为C大于75的无烟煤、和/或C大于80的石墨、和/或C大于85的石油焦、和/或C大于85的焦炭、和/或它们的混合物中任选一种，成分含量以wt％计为CaO大于98的氧化钙或成分含量以wt％计为CaCO₃大于98的碳酸钙按照：铜渣∶还原剂的重量比＝1∶0.1～1.0，铜渣∶氧化钙的重量比＝1∶0.1～0.5或铜渣∶碳酸钙的重量比＝1∶0.1～0.8的比例充分混合均匀；(2)高温矿相重构和碳热还原：经过充分混合的物料在温度为900～1300℃煅烧，煅烧时间为2.0～20小时，进行由铁橄榄石中结合的氧化铁转变为游离的氧化铁的矿相重构，然后经碳热还原反应将氧化铁还原为单质铁；(3)磁选：将矿相重构和碳热还原后得到的物料粉碎到粒度小于0.15mm，然后在磁场强度为72～136kA/m的磁选机上进行磁选，磁性产物为含铁大于86wt％的产品。
本发明的积极效果
铜渣中含有大量的铁、铜、及与铜伴生的贵金属和稀有金属，铁主要分布在橄榄石相和磁性氧化铁相中，而铜主要以细小颗粒弥散于渣中。本发明通过高温下对铁橄榄石相进行矿相重构，析出氧化铁相后与加入的碳发生碳热还原反应，大部分变为单质铁，通过磁选回收而同渣分离；非磁性产品则可用于建材工业中，实现铜渣的资源化。
四.具体实施方式
实施例1：将粉碎到粒度小于0.15mm成分含量以wt％计为Fe38.52、Cu0.936、SiO₂ 34.90、CaO3.06的铜渣50g、成分含量以wt％计为C 76.5的无烟煤20g、成分含量以wt％计为CaO98.5的氧化钙20g充分混合均匀；在温度为1150℃煅烧4小时，冷却到室温后磨细到粒度为0.125mm，然后在磁场强度为72～136kA/m的磁选机磁选。得到磁性产物19.5g，非磁性产物(磁选尾矿)54g，磁性产物中单质铁含量86.5wt％。
实施例2：将粉碎到粒度小于0.15mm成分含量以wt％计为Fe38.52、Cu0.936、SiO₂ 34.90、CaO3.06的铜渣50g、成分含量以wt％计为C 76.5的无烟煤30g、成分含量以wt％计为CaO98.5的氧化钙25g充分混合均匀；在温度为1100℃煅烧3小时，冷却到室温后磨细到粒度为0.15mm，然后在磁场强度为72～136kA/m的磁选机磁选。得到磁性产物19.6g，非磁性产物(磁选尾矿)60.5g，磁性产物中单质铁含量87.8wt％。
实施例3：将粉碎到粒度小于0.15mm成分含量以wt％计为Fe38.52、Cu0.936、SiO₂ 34.90、CaO3.06的铜渣50g、成分含量以wt％计为C 76.5的无烟煤25g、成分含量以wt％计为CaCO₃98.5的碳酸钙30g充分混合均匀；在温度为1200℃煅烧4.5小时，冷却到室温后磨细到粒度为0.74mm，然后在磁场强度为72～136kA/m的磁选机磁选。得到磁性产物19.0g，非磁性产物(磁选尾矿)55g，磁性产物中单质铁含量88.2wt％。