无烟煤转底炉直接还原铜渣回收铁、锌研究

2018-08-22 作者：佚名网友评论 0 条

以无烟煤作还原剂，经过配料、圆盘造球、转底炉直接还原和磨矿磁选的工艺流程，对国内某铜渣进行了基础试验和中试研究。获得最佳的条件为铜渣。

曹志成，孙体昌，薛逊，刘占华
(神雾科技集团股份有限公司，北京，102200)

铜渣是火法炼铜产生的废渣，一般每生产1吨铜，约产生2.2吨铜渣[1]。冶炼粗铜排出的铜渣中常含有较高的铜，需要进行贫化回收，目前常用的铜渣贫化技术为热态铜渣罐装、缓慢冷却后运送到选矿厂进行磨矿浮选得到铜精矿，铜精矿返回炼铜炉，而尾矿大部分堆存，不仅占用大量土地，而且由于铜渣选铜后的尾矿（以下简称铜渣）经过细磨后粒度一般为-0.043 mm占70%以上，容易扬尘漂浮于空气中造成环境污染[2-4]。铜渣中除了含有40%左右的Fe，还有大量的Zn、Pb等有价金属，极具回收价值[5-7]。目前，仅有少量铜渣用于水泥配料[8]。许多学者对铜渣中铁的回收做了大量研究，直接选矿铁回收率较低[9]，原因是铜渣中的铁大部分是硅酸铁，常规选矿工艺无能为力；直接还原方面，占寿罡[10]等采用回转窑煤基还原的方法，产品的铁品位及回收率均达到90%以上，王爽[11]获得铁品位92. 96%、铁回收率93. 49%的金属铁粉，杨慧芬[12]获得铁品位92.05%、回收率81.01%的金属铁粉，均取得了较好的试验结果；对铜渣中有价金属进行综合回收研究方面，聂溪莹[13]等进行了模拟回转窑工艺研究铜渣中Fe、Pb、Zn 的提取，所得产物中TFe 品位达到78.8%，铁的回收率为94.44%，Zn、Pb 的脱除率分别为93.11%、94.5%。但上述研究仅停留在基础试验研究阶段，尚无进行大规模工业化中试的报道。为此，本文针对国内某铜渣，采用转底炉[14-16]直接还原-磨矿磁选工艺完成了80吨铜渣工业化中试试验，得到金属铁粉TFe品位92.38 %，铁回收率88.39 %；布袋收尘系统所得粉尘中氧化锌含量为74.25%，为我国乃至全球铜渣的大规模利用提供了一种新的设备和工艺路线。

1 原料与试验方法

1.1 原料分析

表1为研究用国内某铜渣选铜后的尾矿（简称铜渣），其有价金属Fe、Zn、Pb含量均较高。该铜渣粒度较细，-0.074 mm占89.52 %。

表1铜渣化学成分分析（质量分数）/%

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

图1为铜渣的XRD图谱，由图1可见，铜渣中含铁矿物主要为铁橄榄石（Fe2SiO4）及少量磁铁矿（Fe3O4）。属于较难还原的矿物。

试验用无烟煤作为还原剂，其固定碳含量为70.93 %；发热量为28.457 KJ/Kg，灰熔点为1250℃，适合作为铜渣的还原剂。

表2 还原煤煤质工业分析（%）

成分	水分	挥发分	灰分	固定碳	S
含量	5.90	10.51	12.66	70.93	0.73

      此外，试验选用工业石灰石做助熔剂，CaCO3含量为91.07 %，工业纯碱Na2CO3含量为98.51 %。

1.2 试验方法

        按照先进行小型基础试验，后进行转底炉中试验证的顺序进行，试验工艺流程见图2。将铜渣、无烟煤和添加剂按比例进行配料混合，混合料采用圆盘造球机进行造球，造好的含碳球团经烘干后均匀地布入转底炉进行还原，由转底炉排出的金属化球团直接水淬冷却后进行二段磨矿磁选，得到金属铁粉和尾矿。试验重点考察所得铁粉品位和回收率、铜渣经过转底炉还原后的脱锌率。

铁粉回收率的计算方法为：εFe=(W1×β)/(W×α)×100%
锌的脱除率的计算方法为：εZn=(1-G1×a/G×b)×100%

      其中，εFe表示铁回收率，W1表示磁选铁粉重量，β表示铁粉中铁品位，W表示铜渣重量，α表示铜渣中铁品位；εZn表示锌的脱除率，G1表示铜渣金属化球团重量，a表示金属化球团中锌品位，G表示还原前含碳球团重量，b表示含碳球团中的锌品位。

2 小型基础试验结果与分析

小型基础试验重点考察了无烟煤用量、石灰石与工业纯碱用量、还原温度、还原时间等因素对球团金属化率、直接还原铁粉的品位和回收率的影响。

2.1 无烟煤用量的影响

前期探索试验表明，添加石灰石作为熔剂能有效提高球团的金属化率，从而提高磨矿磁选所得铁粉的品位和回收率。经试验确定较佳的石灰石用量为铜渣重量的10%，在此条件下考察 C/O比分别为1.4、1.6、1.8和2.0时，球团金属化率、剩碳量、铁粉品位和回收率指标，其中布料厚度为3层含碳球团（约42 mm），焙烧温度1280 ℃，焙烧时间42 min，一段磨矿细度-0.074 mm占72.10%，磁场强度143.31 kA.m-1；二段磨矿细度-0.074 mm占50.89%，磁场强度95.54 kA.m-1，结果见图3。

从图3可以看出，随着C/O比增加，球团金属化率、铁粉品位、回收率均呈先上升后趋于平缓的规律，而金属化球团中的碳含量呈上升趋势，当C/O比为1.8（煤用量为21.5%）时，球团金属化率、铁粉品位和回收率分别为89.18%、91.95%和83.64%。继续增加煤用量变化不大，综合考虑选择C/O比1.8为最佳条件。

2.2 工业纯碱用量的影响

为了进一步提高磨选铁粉中铁的回收率，进行了石灰石用量试验，发现继续提高石灰石用量，含碳球团在焙烧过程中容易熔化和粉化，金属化率较低。在铜渣：无烟煤：石灰石=100:21.5:10的质量比条件下，保持焙烧温度、焙烧时间与磨选条件不变，研究了工业纯碱用量分别为0，1%，2%和3%时对还原效果的影响。