谦比希富钴铜转炉渣中有价金属的提取研究

摘要

在硫化铜精矿的火法冶炼过程中，伴生的有价金属钴通常被富集在转炉渣中，需进一步处理实现铜、钴的回收。本文以赞比亚谦比希铜冶炼厂富钴铜转炉渣为原料，分析其化学组成和物相结构，对直接还原熔炼和预分离铜-还原熔炼制备Cu-Co-Fe合金提取有价金属铜、钴的工艺过程进行了研究。
　　经化学成分分析，转炉渣原料中含Cu26.100wt％、Co0.516wt％、Fe31.500wt％和SiO222.740wt％。X-射线衍射(XRD)分析结果表明，其主要物相为磁铁矿(Fe3O4)、金属铜和二氧化硅，并伴有少量的铁橄榄石(Fe2SiO4)。原料为过吹条件下获得的转炉渣，因而渣中铜和四氧化三铁含量较高。
　　(1)直接还原熔炼
　　以焦炭和粉煤为还原剂，实验考查了还原剂用量、渣型改善剂CaO用量、熔炼温度和保温时间对铜、钴回收率和钴的富集率的影响，测定了熔渣的黏度-温度曲线，并采用XRD、金相显微镜(MM)、扫描电镜(SEM)和电子能谱(EDS)对还原熔炼渣和合金进行了表征。在渣型改善剂CaO加入量为5％、熔炼温度1350℃和保温2.5h的优化实验条件下，当还原剂焦炭加入量为7.0％时，铜、钴的回收率分别达到了93.32％和90.45％，合金中的含量分别达到了64.370％和1.640％;当还原剂粉煤加入量为10.0％时，铜、钴回收率分别达到了92.58％和91.02％;合金中的含量分别达到了65.880％和1.670％。
　　(2)预贫化分离回收铜
　　通过添加适量的还原剂和硫化剂，将转炉渣中的Fe3O4还原，降低熔渣黏度和改善分层性能，以实现铜的分离回收。实验考查了还原剂用量、硫化剂用量、保温时间、熔炼温度等条件对预分离铜的影响，测定了相应条件下转炉渣的黏度-温度曲线，并采用XRD、MM、SEM和EDS对贫化渣、合金和铜锍的物相结构进行了分析。当焦炭用量为1.0％或粉煤用量为2.5％时，渣中铜的贫化率分别达到了91.59％和90.54％，渣中钴的回收率分别达到了90.02％和97.32％。
　　(3)预贫化渣的还原熔炼
　　以焦炭和煤为还原剂，对贫化渣进行还原熔炼。考查了还原剂用量、渣型改善剂CaO用量、熔炼温度和保温时间对钴的富集率和铜、钴回收率的影响，并采用XRD、金相显微镜(MM)、扫描电镜(SEM)和电子能谱(EDS)对还原熔炼渣和合金产物进行了表征。在CaO用量6％、熔炼温度1500℃和保温1.0h的优化条件下，当焦炭用量为4.0％时，铜和钴的回收率分别达到82.55％和92.83％，合金中的含量分别为7.340％和3.460％。当粉煤用量为9.0％时，铜和钴的回收率分别达到84.66％和95.73％，在合金中的含量分别为6.640％和3.230％。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 钴资源概况及市场现状

1．2 钴冶金技术现状

1．2．1 火法冶金

1．2．2 湿法冶金

1．3 铜转炉渣中铜、钴的回收

1．3．1 常见炼铜炉渣的组成

1．3．2 常见炼铜炉渣组成体系的性质归纳

1．3．3 铜、钴在铜转炉渣中的赋存状态

1．3．4 铜转炉渣中铜、钴回收的技术现状及工业应用

1．4 本课题研究的意义及目的

第2章 实验

2．1 引言

2．2 实验装置及实验试剂

2．2．1 实验装置

2．2．2 实验试剂

2．3 实验流程

2．4 分析方法

2．4．1 ICP分析

2．4．2 X射线衍射分析

2．4．3 扫描电子显微镜和能谱分析

第3章 转炉渣直接还原熔炼法制备Cu-Co-Fe合金

3．1 引言

3．2 转炉渣的分析

3．2．1 转炉渣的主要化学组成分析

3．2．2 转炉渣的物相组成分析

3．2．3 转炉渣的粒度与金属的分布

3．3 转炉渣直接还原熔炼过程的主要化学反应

3．4 转炉渣直接还原熔炼制备Cu-Co-Fe合金的影响因素

3．4．1 还原剂种类及用量的影响

3．4．2 熔炼温度的影响

3．4．3 保温时间的影响

3．4．4 渣型改善剂CaO的影响

3．5 还原熔炼产物的分析

3．5．1 熔炼产物的主要化学成分分析

3．5．2 熔炼产物的物相组成分析

3．6 本章小结

第4章 转炉渣还原贫化预分离铜

4．1 引言

4．2 转炉渣还原贫化预分离铜的理论基础

4．2．1 铜转炉渣的FeO-Fe2O3-SiO2三元相图

4．2．2 铜转炉渣还原贫化的热力学基础

4．3 转炉渣还原贫化预分离铜过程的主要化学反应

4．4 还原贫化预分离铜的影响因素

4．4．1 焦炭用量的影响

4．4．2 FeS用量的影响

4．4．3 熔炼温度的影响

4．4．4 保温时间的影响

4．4．5 还原剂种类及用量的影响

4．5 还原贫化预分离铜产物的分析

4．5．1 预分离铜产物的主要化学成分分析

4．5．2 预分离铜产物的物相组成分析

4．6 转炉渣还原贫化预分离铜扩大实验

4．6．1 实验条件及流程

4．6．2 实验结果及讨论

4．7 本章小结

第5章 贫化渣选择性还原熔炼法制备Cu-Co-Fe合金

5．1 引言

5．2 贫化渣的分析

5．2．1 贫化渣的主要化学组成分析

5．2．2 贫化渣的物相组成分析

5．3 贫化渣选择性还原熔炼过程的主要化学反应

5．4 贫化渣选择性还原熔炼制备Cu-Co-Fe合金的影响因素

5．4．1 还原剂用量的影响

5．4．2 熔炼温度的影响

5．4．3 保温时间的影响

5．4．4 渣型改善剂CaO的影响

5．4．5 还原剂种类及用量的影响

5．5 贫化渣选择性还原熔炼产物的分析

5．5．1 熔炼产物的主要化学成分分析

5．5．2 熔炼产物的物相组成分析

5．6 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢