無煙煤轉底爐直接還原銅渣回收鐵、鋅研究

2018-08-22 作者：佚名網友評論 0 條

以無煙煤作還原劑，經過配料、圓盤造球、轉底爐直接還原和磨礦磁選的工藝流程，對國內某銅渣進行了基礎試驗和中試研究。獲得最佳的條件為銅渣。

曹志成，孫體昌，薛遜，劉占華
(神霧科技集團股份有限公司，北京，102200)

銅渣是火法煉銅產生的廢渣，一般每生產1噸銅，約產生2.2噸銅渣[1]。冶煉粗銅排出的銅渣中常含有較高的銅，需要進行貧化回收，目前常用的銅渣貧化技術為熱態(tài)銅渣罐裝、緩慢冷卻后運送到選礦廠進行磨礦浮選得到銅精礦，銅精礦返回煉銅爐，而尾礦大部分堆存，不僅占用大量土地，而且由于銅渣選銅后的尾礦（以下簡稱銅渣）經過細磨后粒度一般為-0.043 mm占70%以上，容易揚塵漂浮于空氣中造成環(huán)境污染[2-4]。銅渣中除了含有40%左右的Fe，還有大量的Zn、Pb等有價金屬，極具回收價值[5-7]。目前，僅有少量銅渣用于水泥配料[8]。許多學者對銅渣中鐵的回收做了大量研究，直接選礦鐵回收率較低[9]，原因是銅渣中的鐵大部分是硅酸鐵，常規(guī)選礦工藝無能為力；直接還原方面，占壽罡[10]等采用回轉窯煤基還原的方法，產品的鐵品位及回收率均達到90%以上，王爽[11]獲得鐵品位92. 96%、鐵回收率93. 49%的金屬鐵粉，楊慧芬[12]獲得鐵品位92.05%、回收率81.01%的金屬鐵粉，均取得了較好的試驗結果；對銅渣中有價金屬進行綜合回收研究方面，聶溪瑩[13]等進行了模擬回轉窯工藝研究銅渣中Fe、Pb、Zn 的提取，所得產物中TFe 品位達到78.8%，鐵的回收率為94.44%，Zn、Pb 的脫除率分別為93.11%、94.5%。但上述研究僅停留在基礎試驗研究階段，尚無進行大規(guī)模工業(yè)化中試的報道。為此，本文針對國內某銅渣，采用轉底爐[14-16]直接還原-磨礦磁選工藝完成了80噸銅渣工業(yè)化中試試驗，得到金屬鐵粉TFe品位92.38 %，鐵回收率88.39 %；布袋收塵系統(tǒng)所得粉塵中氧化鋅含量為74.25%，為我國乃至全球銅渣的大規(guī)模利用提供了一種新的設備和工藝路線。

1 原料與試驗方法

1.1 原料分析

表1為研究用國內某銅渣選銅后的尾礦（簡稱銅渣），其有價金屬Fe、Zn、Pb含量均較高。該銅渣粒度較細，-0.074 mm占89.52 %。

表1銅渣化學成分分析（質量分數(shù)）/%

成分	TFe	FeO	Cu	CaO	MgO	SiO₂	Al₂O₃	Na₂O	K₂O	Pb	Zn	P	S
含量	36.92	35.31	0.31	3.59	1.45	35.08	3.47	0.20	0.59	0.67	2.85	0.03	0.69

圖1為銅渣的XRD圖譜，由圖1可見，銅渣中含鐵礦物主要為鐵橄欖石（Fe2SiO4）及少量磁鐵礦（Fe3O4）。屬于較難還原的礦物。

試驗用無煙煤作為還原劑，其固定碳含量為70.93 %；發(fā)熱量為28.457 KJ/Kg，灰熔點為1250℃，適合作為銅渣的還原劑。

表2 還原煤煤質工業(yè)分析（%）

成分	水分	揮發(fā)分	灰分	固定碳	S
含量	5.90	10.51	12.66	70.93	0.73

      此外，試驗選用工業(yè)石灰石做助熔劑，CaCO3含量為91.07 %，工業(yè)純堿Na2CO3含量為98.51 %。

1.2 試驗方法

        按照先進行小型基礎試驗，后進行轉底爐中試驗證的順序進行，試驗工藝流程見圖2。將銅渣、無煙煤和添加劑按比例進行配料混合，混合料采用圓盤造球機進行造球，造好的含碳球團經烘干后均勻地布入轉底爐進行還原，由轉底爐排出的金屬化球團直接水淬冷卻后進行二段磨礦磁選，得到金屬鐵粉和尾礦。試驗重點考察所得鐵粉品位和回收率、銅渣經過轉底爐還原后的脫鋅率。

鐵粉回收率的計算方法為：εFe=(W1×β)/(W×α)×100%
鋅的脫除率的計算方法為：εZn=(1-G1×a/G×b)×100%

      其中，εFe表示鐵回收率，W1表示磁選鐵粉重量，β表示鐵粉中鐵品位，W表示銅渣重量，α表示銅渣中鐵品位；εZn表示鋅的脫除率，G1表示銅渣金屬化球團重量，a表示金屬化球團中鋅品位，G表示還原前含碳球團重量，b表示含碳球團中的鋅品位。

2 小型基礎試驗結果與分析

小型基礎試驗重點考察了無煙煤用量、石灰石與工業(yè)純堿用量、還原溫度、還原時間等因素對球團金屬化率、直接還原鐵粉的品位和回收率的影響。

2.1 無煙煤用量的影響

前期探索試驗表明，添加石灰石作為熔劑能有效提高球團的金屬化率，從而提高磨礦磁選所得鐵粉的品位和回收率。經試驗確定較佳的石灰石用量為銅渣重量的10%，在此條件下考察 C/O比分別為1.4、1.6、1.8和2.0時，球團金屬化率、剩碳量、鐵粉品位和回收率指標，其中布料厚度為3層含碳球團（約42 mm），焙燒溫度1280 ℃，焙燒時間42 min，一段磨礦細度-0.074 mm占72.10%，磁場強度143.31 kA.m-1；二段磨礦細度-0.074 mm占50.89%，磁場強度95.54 kA.m-1，結果見圖3。

從圖3可以看出，隨著C/O比增加，球團金屬化率、鐵粉品位、回收率均呈先上升后趨于平緩的規(guī)律，而金屬化球團中的碳含量呈上升趨勢，當C/O比為1.8（煤用量為21.5%）時，球團金屬化率、鐵粉品位和回收率分別為89.18%、91.95%和83.64%。繼續(xù)增加煤用量變化不大，綜合考慮選擇C/O比1.8為最佳條件。

2.2 工業(yè)純堿用量的影響

為了進一步提高磨選鐵粉中鐵的回收率，進行了石灰石用量試驗，發(fā)現(xiàn)繼續(xù)提高石灰石用量，含碳球團在焙燒過程中容易熔化和粉化，金屬化率較低。在銅渣：無煙煤：石灰石=100:21.5:10的質量比條件下，保持焙燒溫度、焙燒時間與磨選條件不變，研究了工業(yè)純堿用量分別為0，1%，2%和3%時對還原效果的影響。

從圖4可以看出，隨著工業(yè)純堿用量的增加，球團金屬化率先升高，后穩(wěn)定在91%左右，鐵粉品位在91%～93%之間，回收率在工業(yè)純堿用量為1%時明顯上升，后變化不大。而金屬化球團中的碳含量呈下降趨勢。綜合考慮經濟成本等因素，選擇工業(yè)純堿用量為1%。

2.3 還原溫度的影響
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