曹志成,2，孫體昌1*，吳道洪2，薛遜2，劉占華

　　北京科技大學(xué)金屬礦山高效開(kāi)采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

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　　從2006年至2015年，我國(guó)精煉銅產(chǎn)量持續(xù)快速增長(zhǎng)。2015年我國(guó)銅產(chǎn)量達(dá)796萬(wàn)t，其中97%以上由火法冶煉生產(chǎn)，每生產(chǎn)1t銅平均要產(chǎn)生2~3t銅渣[1]，據(jù)此估計(jì)我國(guó)每年產(chǎn)生銅渣量約1500萬(wàn)t。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)銅渣堆存量累計(jì)已達(dá)到1.4億t以上，這些尾渣中不僅含有大量的鐵元素，且富含Zn、Pb、Cu和Co等多種有價(jià)金屬元素，是寶貴的二次資源[2-4]。由于銅渣中的鐵含量較高，其平均品位遠(yuǎn)高于我國(guó)鐵礦石可采品位[5]，因此鐵元素的回收利用價(jià)值較高。然而銅渣中的鐵主要以鐵硅酸鹽（鐵橄欖石，2FeO?SiO2）的形式存在[6]，渣中SiO2含量較高使其無(wú)法直接用于傳統(tǒng)的高爐流程中，又因礦物嵌合緊密，難以采用傳統(tǒng)的選礦方式分離出脈石生產(chǎn)鐵精礦[7-9]。近年來(lái)隨著火法工藝的發(fā)展，采用高溫還原等工藝[10-12]處理銅渣的技術(shù)也逐漸成熟起來(lái)，其中直接還原工藝成為研究的熱點(diǎn)。本文采用“轉(zhuǎn)底爐直接還原-磨礦磁選”和“轉(zhuǎn)底爐直接還原-燃?xì)馊鄯?rdquo;技術(shù)對(duì)銅渣進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)試驗(yàn)和中試研究。結(jié)果表明，該技術(shù)可有效實(shí)現(xiàn)銅渣中鐵、鋅元素的綜合回收利用，減少堆存造成的土地占用及環(huán)保問(wèn)題，是實(shí)現(xiàn)銅渣資源高效綜合利用的有效途徑。

　　1 試驗(yàn)介紹

　　1.1原料性質(zhì)

　　試驗(yàn)選用國(guó)內(nèi)某銅冶煉渣經(jīng)浮選回收銅的尾礦（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“銅渣”）為原料，化學(xué)成分見(jiàn)表1。

 　　表1銅渣化學(xué)成分分析（%）

　　為探明銅渣中主要礦物組成，對(duì)試驗(yàn)銅渣進(jìn)行了XRD衍射分析，詳見(jiàn)圖1。可見(jiàn)其中鐵礦物主要為鐵橄欖石Fe2SiO4和磁鐵礦Fe3O4相，采用直接選礦的方法僅能回收其中的磁鐵礦，無(wú)法高效回收鐵橄欖石中的鐵元素。

　　試驗(yàn)選用無(wú)煙煤固定碳含量為72.36%，灰熔點(diǎn)為1258℃；選用工業(yè)石灰石為磨礦磁選流程的助熔劑，其氧化鈣含量為51%；選用工業(yè)石灰石塊作為助熔劑，其氧化鈣含量為53%。

　　1.2試驗(yàn)流程及原理

　　試驗(yàn)的流程：將銅渣經(jīng)原料處理后，與還原煤、添加劑和粘結(jié)劑等按一定比例配合混勻，經(jīng)過(guò)圓盤(pán)造球機(jī)造塊，制成含碳球團(tuán)，含碳球團(tuán)烘干后布入轉(zhuǎn)底爐，在爐內(nèi)1200～1300℃的還原區(qū)還原為金屬化球團(tuán)，球團(tuán)中ZnO則被還原成金屬Zn，揮發(fā)進(jìn)入煙氣中，經(jīng)再氧化生成ZnO，隨煙氣富集到布袋收塵系統(tǒng)中，產(chǎn)出的金屬化球團(tuán)，可采用熱裝-熔分工藝實(shí)現(xiàn)渣鐵分離從而得到熔分鐵水，也可采用直接水淬冷卻-磨礦磁選工藝得到金屬鐵粉。轉(zhuǎn)底爐處理銅渣的工藝流程如圖2所示。

　　試驗(yàn)原理：銅渣中的硅酸鐵與還原劑中的碳反應(yīng)方程見(jiàn)式（1），可見(jiàn)硅酸鐵還原為金屬鐵為強(qiáng)吸熱反應(yīng)。
 

　　2 試驗(yàn)討論與分析

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