铜渣低温还原与晶粒长大新技术

2021-04-02 18:25:23 作者:huangj 来源: 浏览次数:0 网友评论 0

针对铜渣的特殊性能,开发了铜渣低温还原与晶粒长大新技术。新技术降低了反应温度,无需高温熔分,是一种资源与能源高效利用的新方法。新技术具有能耗低、冶炼方法灵活、环境友好、固定投资少、生产成本低等特点。
 庞建明

中国钢研科技集团有限公司资源应用与合金材料事业部

 

铜渣是铜冶炼时的废弃物,存在大量铁与少量铜等资源。随着富铁矿的日益减少,铁矿价格的攀高,利用废弃的铜渣资源受到国内研究者与企业的关注。近年来,我国铜业企业取得了迅猛发展,铜产量排世界第二[1-2]。伴随着铜产量的增长,国内积累了大量的铜渣。目前铜渣累计量约1.2 亿吨,现在每年新增铜渣1000 多万吨。目前只有5%的铜渣用于公路建设,绝大部分堆存。现有铜渣由于堆存所占的耕地面积1000多万平米(约15000 亩),每年新增铜渣还要新占耕地90 多万平米(1300 多亩)。我国的铜渣主要是火法冶炼时产生的,其性质由入炉铜精矿性质、冶炼操作条件和炉渣冷却速度而定。铜渣中含有大量的铁、锌、铜等金属元素,其中,铁含量达到40%,比一般的铁矿石含铁量还高,因此将铜渣进行资源化利用[3-5],提取出其中铁和其它贵金属是我国冶金工业可持续发展的一条重要途径。

根据前人研究的结果可知[6-10],铜渣中铁难还原的原因与铜渣中铁的赋存形态密切相关。铁橄榄石(Fe2SiO4)是铜渣中铁的主要物相,通过分析还原热力学可知,铜渣的还原温度比普通铁矿还原温度要高,对还原气氛的要求更高。除了还原温度高以外,铁橄榄石的熔点低导致铜渣熔点约为1200℃:当含碳球团时处于>1200℃温度还原,铜渣熔化使还原剂与炉渣分层,恶化了反应动力学条件;当反应温度更高,如1450℃以上,则属于熔融还原,虽然能够还原,但是能耗太高;如果还原温度低于铜渣熔点,虽然球团不熔化,铜渣与还原剂充分接触,但是铁橄榄石又难还原,表现出的是还原速度慢,还原不彻底。

针对铜渣的特殊性能,在充分调研、理论分析和实验的基础上,开发出一种铜渣低温还原与晶粒长大新技术。

1 铜渣低温还原理论

 

 

从图2可见,碳的气化反应(C+CO2=CO)与FeO间接还原的曲线的交点为A,温度大约700℃,表明在700℃以上碳在热力学上是能够还原FeO的。对比A、B两点位置可以发现,Fe2SiO4比FeO难还原,还原的温度大致要高50℃。从Fe2SiO4、FeO与CO反应曲线可见,平衡成分中,Fe2SiO4与CO还原需要更高的还原势(更高的CO浓度)。

传统富铁矿粉的煤基间接还原温度,根据反应器形式的不同稍有差距:如果用回转窑还原富铁矿粉,窑头温度控制在1100~1150℃,用隧道窑还原,窑内温度控制在1150℃~1180℃左右,使用转底炉还原,温度控制在1250℃~1350℃。隧道窑采用罐装,能够保证还原气氛,因此能够得到高的金属化率(>90%),但是受到罐材的限制,窑内温度难以进一步提高;回转窑窑头也能保证还原气氛,也能生产高金属化率的海绵铁,但是窑头容易结圈,使生产顺行困难,因此,进一步提高温度的潜能较小;转底炉的还原温度可以大于1250℃,但是炉内的气氛是弱氧化气氛,以CO2与N2为主,产品金属化率较低。

从Fe2SiO4的还原热力学可知,钛铁矿的还原温度高于普通铁矿高50℃,对还原气氛的要求更高。除了还原温度高以外,铜渣的熔化性温度较低,正常在1150℃左右,这对还原反应产生不利影响,较高的反应温度将会导致铜渣熔化,从而与还原剂煤粉分离,恶化了反应动力学条件。

2 铜渣低温还原与晶粒长大新技术

从上述分析可知,铜渣比普通铁矿还原温度要高,同时对气氛要求更高;另一方面,铜渣熔化性温度较低,在较高温度还原,还原剂将与炉渣分层,不利于还原。通过低温冶金与资源高效利用中心提出的低温冶金理论[11-14],将还原温度降低到1100℃以下,保证铜渣还原可以较好地解决铜渣还原的难题。若通过冷却后再熔分方式,由于炉渣多,能耗很高,而丧失经济价值。因此,除了低温还原外,还必须利用低温冶金中心提出的晶粒长大技术,将铜铁长大到一定粒度,保证冷却后磁选将炉渣与铜铁分离,这种方法能够最大程度地降低冶炼过程能耗,也无需电炉熔分对耐火材料地严重侵蚀问题,因此是一种经济性冶炼方法,特别是在富矿价格高时,更具有可观的经济性。

铜渣低温还原与晶粒长大新技术的工艺流程如图3所示。首先将铜渣、还原剂、粘结剂按照一定比例混合后制成长度为50mm左右的椭圆球,干燥后将制备好的含水量小于2%的球团放入低温还原反应器内,球团经过逐步的预热还原,使得铜渣中的铜、铁被还原。还原温度在1050℃左右,预热还原时间约为1h30min;还原后的球团进入晶粒长大反应器中,在~1100℃下促使铜铁的晶粒长大到1mm以上,晶粒长大时间为40min左右;晶粒长大后的产品冷却到200℃以下,送入破碎设备进行简单的破碎,然后送入筒面磁感应强度为200mT左右的磁选机进行磁选,得到含铜粒铁。

经过理论与技术攻关,得到了铜渣低温还原与晶粒长大的工艺参数,为进行大规模的中试放大试验与生产奠定了基础。

 
 

4 铜渣低温还原与晶粒长大新技术的特点

……

  关注“driinfo",手机上同步看直接还原、钢铁业内文章

 

相关文章

[错误报告] [推荐] [收藏] [打印] [关闭] [返回顶部]

  • 验证码:

最新图片文章

最新文章

{template 'phpcms','footer