一种冶金复合渣一步还原得到铁水和锍相的工艺

摘要

一种冶金复合渣一步还原得到铁水和锍相的工艺，属于钢铁冶金和有色冶金技术领域。涉及将冶金复合渣在还原熔分过程中实现铁与有色金属的分离回收。将冶金复合渣磨细后配入石灰、碳质还原剂制备含碳球团，含碳球团直接还原后在熔分炉内实现渣-锍-铁三相分层，分别回收铁与有色金属。此种工艺不仅能实现铁与有色金属的分离，还能将有色金属富集于锍相中，起到对多金属元素综合回收的效果。冶金渣的堆放不仅造成了严重的环境问题，还造成了资源的重大浪费，此工艺将极大地改变冶金渣的利用现状，产生可观的经济效益和社会效益，有着广阔的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金和有色冶金技术领域，特别是涉及一种冶金复合渣一步还 原得到铁水和锍相的工艺，使冶金复合渣中金属元素的综合回收利用，特别是铁与 有色金属铜、镍等的还原及分离回收。

技术背景

火法冶炼是最主要的铜冶金方式，其铜产量占总铜产量的80％，国内甚至达到 97％，吨铜的铜渣产量约为2.2t，渣量巨大。铜渣铁、铜品位分别为30％～40％和 0.5％～2％，具有很高的回收利用价值。镍渣的铁品位与铜渣相当，还含有0.2％～0.7％ 的镍。

铜渣的利用方式主要包括火法贫化和磨浮法。前者通过还原或硫化富集降低渣 中的铜含量，铜以硫化物的形式被回收。磨浮法是一种物理处理方式，可以有效回 收铜的硫化物和金属，但对氧化物无效。因此，以上两种方法对铜的回收具有选择 性。到目前为止，还原熔分方式依然是处理铜渣最有效的手段，但铜几乎全部进入 铁水形成铜铁合金，两者分离困难。镍与铜的性质相近，还原过程中易于形成镍铁 合金。有研究表明，当铁水中碳含量达到一定含量时形成铁水与锍的分层，添加 FeS-MS(M为碱金属或碱土金属)熔剂可以进一步加大有色金属在锍与铁水相之间 的分配比，促进有色金属与铁的分离。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冶金复合渣一步还原得到铁水和锍相的工艺，本工 艺中，铜渣、镍渣以含碳球团的形式被还原，熔分(熔分，即物料完全熔化后完成 熔渣与熔体的分离)后得到铁水与锍相(铜锍、镍锍)，且其它微量有色金属元素富 集于锍相中，实现了金属的综合回收。

本发明涉及将冶金复合渣在还原熔分过程中实现铁与有色金属的分离回收。将 冶金复合渣磨细后配入石灰、碳质还原剂制备含碳球团，含碳球团直接还原后在熔 分炉内实现渣-锍-铁三相分层，分别回收铁与有色金属。此种工艺不仅能实现铁与有 色金属的分离，还能将有色金属富集于锍相中，起到对多金属元素综合回收的效果。 冶金渣的堆放不仅造成了严重的环境问题，还造成了资源的重大浪费，此工艺将极 大地改变冶金渣的利用现状，产生可观的经济效益和社会效益，有着广阔的应用前 景。

复合渣中的金属氧化物和硫化物均被还原，熔分过程中铁水在碳饱和的情况下 实现渣-铁-锍的三相分层，并且有色金属元素富集于锍相中，达到对金属元素综合回 收的目的。具体工艺及在工艺中控制的技术参数如下：

a含碳球团在1250℃～1300℃的温度范围内还原20mins～30mins，复合渣中铜、 镍、铁等元素的氧化物和硫化物被还原彻底：

Cu₂S+CaO+C＝2Cu+CO+CaS  (1)

ΔG^θ＝116478-125T

Ni₂S₃+2CaO+2C＝3Ni+2CO+2CaS  (2)

ΔG^θ＝199376-250T

FeS+CaO+C＝Fe+CO+CaS  (3)

ΔG^θ＝141310-154T

Cu₂O+C＝2Cu+CO  (4)

ΔG^θ＝57540-161T

NiO+C＝Ni+CO  (5)

ΔG^θ＝119062-171T

2FeO·SiO₂+2CaO+2C＝2Fe+2CO+2CaO·SiO₂  (6)

ΔG^θ＝209711-325T

b金属化球团在1400℃～1450℃的温度范围内熔分，实现渣-铁两相的分离；

c在有焦炭层存在的情况下铁水渗碳达到饱和，铁水中的硫与碳具有互斥性形成 Fe-FeS二相，实现铁、锍分离；

d铜、镍等金属的硫化物比铁的硫化物稳定性更强，发生硫化反应

[FeS]+[Cu]＝[Fe]+[Cu₂S]  (7)

2[FeS]+3[Ni]＝2[Fe]+[Cu₃S₂]  (8)

铜、镍等金属进入锍相，实现有色金属与铁的分离；

本发明的原料以含碳球团的方式进行还原，熔分炉内必须有焦炭层的存在保证 铁水的碳含量，同时，硫化反应所需的硫一部分来自于渣本身，不足的部分通过燃 料带入的硫补充，最终实现渣-锍-铁的三相分层，达到金属元素综合回收的目的。

附图说明

图1为铜渣、镍渣一步还原、熔分处理流程图。

图2为FeS-MS二元系的液相线。

图3为三相冶金原理示意图。

具体实施方式

实施例1

云南水淬铜渣，TFe含量为40.57％，铜含量为0.75％，自然碱度为0.15。将铜 渣研磨至粒度小于0.125mm的粉末，并添加一定量的石灰和煤粉混匀后制备含碳球 团。将制备好的含碳球团置于200℃烘箱内干燥4h，之后放入管式电阻炉内在1400℃、 石墨坩埚内保温40mins进行熔分。称量熔分后得到的粒铁质量，确定铁的收得率， 通过化学滴定分析确定试样的铜含量。分析结果表明，碱度为1.0时铁的收得率随保 温时间的延长而增大，达到40mins时收得率为91％，粒铁铜含量随保温时间的延长 而降低，40mins降低至0.4％，铁中铜的脱除率接近80％。

实施例2

江阴铜渣，TFe含量为42.94％，铜含量为0.69％，自然碱度为0.07。将江铜渣 研磨至粒度小于0.125mm的粉末，并添加一定量的石灰和煤粉混匀后制备含碳球团。 将制备好的含碳球团置于200℃烘箱内干燥4h，之后放入管式电阻炉内在1400℃、 石墨坩埚内保温40mins进行熔分。称量熔分后得到的粒铁质量，确定铁的收得率， 通过化学滴定分析确定试样的铜含量。分析结果表明，碱度为1.0时铁的收得率为 92.3％，粒铁铜含量降低至0.38％，铁中铜的脱除率超过75％。

实施例3

金昌高镍渣，TFe含量为32.97％，镍含量为0.639％，自然碱度为0.59。将铜渣 研磨至粒度小于0.125mm的粉末，并添加一定量的石灰和煤粉混匀后制备含碳球团。 将制备好的含碳球团置于200℃烘箱内干燥4h，之后放入管式电阻炉内在1400℃、 石墨坩埚内保温40mins进行熔分。称量熔分后得到的粒铁质量，确定铁的收得率， 通过化学滴定分析确定试样的镍含量。分析结果表明，碱度为1.0时铁的收得率随保 温时间的延长而增大，达到40mins时收得率为88％，粒铁镍含量随保温时间的延长 而降低，40mins降低至0.21％，铁中镍的脱除率为85％。