本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，具體地，涉及一種制備脫銅鐵水的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

煉銅工業(yè)生產(chǎn)出的銅渣中含有銅、鐵、鈷、鋅和鉛等有價(jià)金屬，其中銅最高含量可以達(dá)到5％左右，貧化處理后仍然在0.5％左右，但是其中的鐵含量基本穩(wěn)定在40％左右。在還原過程中，銅渣中的含銅物相(硫化銅、硫酸銅和氧化銅)均能發(fā)生分解或是還原反應(yīng)生成金屬銅并進(jìn)入鐵相，最終得到含銅鐵產(chǎn)品。含銅鐵產(chǎn)品作為煉鋼原料時(shí)，cu在氧化精煉過程中，會(huì)形成低熔點(diǎn)的化合物，并聚集在晶界上，導(dǎo)致鋼材產(chǎn)生熱脆。因此如何降低含銅鐵粉的銅含量對(duì)于該產(chǎn)品的應(yīng)用具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種制備脫銅鐵水的系統(tǒng)及方法，將銅渣進(jìn)行直接還原-磨礦磁選后獲得的含銅鐵粉進(jìn)行處理，脫除其中的銅元素，為后續(xù)用于煉鋼提供了純凈的原料。

本發(fā)明提供的制備脫銅鐵水的系統(tǒng)，包括混料裝置、成型裝置、還原焙燒裝置、磨礦磁選裝置和熔化脫銅裝置；

所述混料裝置設(shè)有銅渣入口、還原煤入口、添加劑入口和混合物料出口；

所述成型裝置設(shè)有混合物料入口和球團(tuán)出口，所述混合物料入口與所述混料裝置的混合物料出口相連；

所述還原焙燒裝置設(shè)有球團(tuán)入口和金屬化球團(tuán)出口，所述球團(tuán)入口與所述成型裝置的球團(tuán)出口相連；

所述磨礦磁選裝置設(shè)有金屬化球團(tuán)入口、磨選產(chǎn)物出口和磨選渣出口，所述金屬化球團(tuán)入口與所述還原焙燒裝置的金屬化球團(tuán)出口相連；

所述熔化脫銅裝置設(shè)有磨選產(chǎn)物入口、脫銅劑入口、脫銅鐵水出口和含銅渣出口，所述磨選產(chǎn)物入口與所述磨礦磁選裝置的磨選產(chǎn)物出口相連。

本發(fā)明提供的利用上述系統(tǒng)制備脫銅鐵水的方法，包括如下步驟：

將銅渣、還原煤和添加劑送入所述混料裝置中混合均勻，獲得混合物料；

將所述混合物料送入所述成型裝置中成型，獲得球團(tuán)；

將所述球團(tuán)送入所述還原焙燒裝置中進(jìn)行還原焙燒，獲得金屬化球團(tuán)；

將所述金屬化球團(tuán)送入所述磨礦磁選裝置中進(jìn)行磨礦磁選，獲得磨選產(chǎn)物和磨選渣；

將所述磨選產(chǎn)物、脫銅劑送入所述熔化脫銅裝置進(jìn)行脫銅反應(yīng)，獲得脫銅鐵水和含銅渣。

優(yōu)選地，所述銅渣中的銅含量不超過2wt％。

優(yōu)選地，所述還原煤的固定碳含量≥70wt％；所述還原煤的加入量為所述銅渣質(zhì)量的25％～35％。

優(yōu)選地，所述添加劑為碳酸鈉、硫酸鈉中的一種或混合物；所述添加劑的加入量為所述銅渣質(zhì)量的1％～5％。

優(yōu)選地，所述脫銅劑為fes與na2s的混合物，所述fes與所述na2s的配比為1:1～7:3。

優(yōu)選地，所述脫銅劑的加入量為所述磨選產(chǎn)物質(zhì)量的15％～30％。

優(yōu)選地，所述脫銅反應(yīng)的溫度為1450℃～1550℃；保溫時(shí)間為45min～90min。

優(yōu)選地，所述磨礦磁選的磁場(chǎng)強(qiáng)度控制為1000oe～1800oe。

優(yōu)選地，所述磨選產(chǎn)物中碳含量≥3wt％，sio2含量≥2wt％。

優(yōu)選地，所述金屬化球團(tuán)的金屬化率≥90％，碳含量≥5wt％。

本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品的銅渣分離，制得的脫銅鐵水含銅量少，脫銅率大于90％。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的一種制備脫銅鐵水的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的一種制備脫銅鐵水的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案以及其各個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。然而，以下描述的具體實(shí)施方式和實(shí)施例僅是說明的目的，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。

本發(fā)明涉及一種制備脫銅鐵水的系統(tǒng)和方法，將銅渣、還原煤和添加劑按照一定比例混合均勻后制成球團(tuán)，通過直接還原工序獲得金屬化球團(tuán)，將金屬化球團(tuán)通過磨礦磁選工序處理獲得磨選產(chǎn)物；將獲得的磨選產(chǎn)物加入脫銅劑后升溫待其熔化后保溫一段時(shí)間，進(jìn)行脫銅反應(yīng)，脫除其中的銅，獲得脫銅鐵水和含銅渣。

如圖1所示，本發(fā)明提供的制備脫銅鐵水的系統(tǒng)包括：混料裝置1、成型裝置2、還原焙燒裝置3、磨礦磁選裝置4和熔化脫銅裝置5。

混料裝置1用于將銅渣、還原煤和添加劑混合均勻，設(shè)有銅渣入口、還原煤入口、添加劑入口和混合物料出口。

成型裝置2用于制備球團(tuán)，設(shè)有混合物料入口和球團(tuán)出口，混合物料入口與混料裝置1的混合物料出口相連。

還原焙燒裝置3用于還原上述球團(tuán)，制備金屬化球團(tuán)，設(shè)有球團(tuán)入口和金屬化球團(tuán)出口，球團(tuán)入口與成型裝置2的球團(tuán)出口相連。

磨礦磁選裝置4用于破碎上述金屬化球團(tuán)，并去除大部分非磁性物質(zhì)，設(shè)有金屬化球團(tuán)入口、磨選產(chǎn)物出口和磨選渣出口，金屬化球團(tuán)入口與還原焙燒裝置3的金屬化球團(tuán)出口相連。

熔化脫銅裝置5用于進(jìn)行脫銅反應(yīng)，制備脫銅鐵水，設(shè)有磨選產(chǎn)物入口、脫銅劑入口、脫銅鐵水出口和含銅渣出口，磨選產(chǎn)物入口與磨礦磁選裝置4的磨選產(chǎn)物出口相連。

本發(fā)明所用的設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉。

如圖2所示，本發(fā)明提供的利用上述系統(tǒng)制備脫銅鐵水的方法，包括如下步驟：

將銅渣、還原煤和添加劑送入混料裝置1中混合均勻，獲得混合物料；

將混合物料送入成型裝置2中成型，獲得球團(tuán)；

將球團(tuán)送入還原焙燒裝置3中進(jìn)行還原焙燒，獲得金屬化球團(tuán)；

將金屬化球團(tuán)送入磨礦磁選裝置4中進(jìn)行磨礦磁選，獲得磨選產(chǎn)物和磨選渣；

將磨選產(chǎn)物、脫銅劑送入熔化脫銅裝置5進(jìn)行脫銅反應(yīng)，獲得脫銅鐵水和含銅渣。

本發(fā)明使用的銅渣是火法冶煉有色金屬銅后得到的渣或者再次經(jīng)過浮選脫銅后得到的浮選尾渣，其中鐵主要以鐵橄欖石(2feo·sio2)形式存在，銅含量不超過2wt％，由于鐵橄欖石以及多種低熔點(diǎn)物質(zhì)的存在，銅渣的熔點(diǎn)較低。

本發(fā)明所用還原煤作為還原劑，如果固定碳含量過低，加入量會(huì)很大。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，還原煤的固定碳含量≥70wt％。

在后期脫銅反應(yīng)過程中，較高的碳含量會(huì)促進(jìn)脫銅反應(yīng)，因此在前期配料過程中需要提高還原煤的用量，以保證脫銅效果。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，還原煤的加入量為銅渣質(zhì)量的25％～35％。

還原過程中，銅渣中的鐵、銅化合物被還原生成單質(zhì)金屬，并且二者相互嵌布形成合金態(tài)，若還原溫度過低、還原時(shí)間過短，還原反應(yīng)沒有充分進(jìn)行；如果溫度過高或時(shí)間過長(zhǎng)，反應(yīng)已充分進(jìn)行，將浪費(fèi)熱量。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，還原反應(yīng)的溫度為1200℃～1250℃，時(shí)間為25min～35min。

本發(fā)明加入添加劑的目的是為了促進(jìn)還原反應(yīng)。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，添加劑為碳酸鈉、硫酸鈉中的一種或混合物。其加入量?jī)?yōu)選為銅渣質(zhì)量的1％～5％。碳酸鈉和/或硫酸鈉的加入不僅可以促進(jìn)銅渣中鐵橄欖石的還原，同時(shí)鈉系物質(zhì)的加入會(huì)降低熔點(diǎn)，有利于后續(xù)升溫熔煉過程中在較低的溫度下熔化，其反應(yīng)機(jī)理如下：

2feo·sio2+na2o＝na2o·sio2+2feo。

若金屬化球團(tuán)的金屬化率較低，說明較多的金屬鐵沒有被還原，仍以化合物形式存在，在磨礦磁選階段，鐵的化合物無法被磁選回收，會(huì)影響鐵的回收率。碳含量會(huì)促進(jìn)脫銅反應(yīng)，因而金屬化球團(tuán)中必須保證有一定的碳含量。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，金屬化球團(tuán)的金屬化率≥90％，碳含量≥5wt％。

金屬化球團(tuán)經(jīng)磨礦磁選后獲得含銅鐵粉，僅采用一段磨礦磁選。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，磁選時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度控制在1000oe～1800oe，獲得磨選產(chǎn)物和磨選渣。磨選產(chǎn)物中必須保留部分非磁性脈石并且碳含量不能太低。這是由于在熔化脫銅過程中，需要有一定的渣量將鐵水液面完全覆蓋，這樣可以保證脫銅物質(zhì)充分與鐵水面的接觸，從而保證脫銅效果。此外，從銅的相互作用系數(shù)可知，c、si元素可以增加銅的活度，有利于提高脫銅率。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，磨選產(chǎn)物中碳含量≥3wt％，sio2含量≥2wt％。

在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，脫銅劑為fes與na2s的混合物，fes與na2s的配比為1:1～7:3。若fes加入量過少，則無法與銅發(fā)生充分反應(yīng)，影響脫銅效果；na2s的加入可以提高銅在熔渣中的分配比，加入量過少會(huì)降低脫銅效果。

在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，脫銅劑的加入量為渣鐵混合物質(zhì)量的15％～30％。若加入量過少，無法達(dá)到脫銅效果；若加入量過多，不僅是對(duì)物料的浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)加大渣量。

脫銅的主要機(jī)理是加入的硫化亞鐵與鐵水中銅元素進(jìn)行反應(yīng)，硫化亞鐵脫銅反應(yīng)如下：

2[cu]+(fes)＝[fe]+(cu2s)

δg＝3723.5-12.24t(j/mol)

生成的硫化亞銅比硫化亞鐵更加穩(wěn)定，高溫下硫化亞銅也能穩(wěn)定存在。因此硫化亞鐵用來做含銅鐵粉的脫銅劑，在熔化狀態(tài)下使含銅鐵水中的銅元素進(jìn)入渣中，并能通過鐵-渣分離達(dá)到脫銅的目的。

雖然硫化亞鐵與銅的反應(yīng)是一個(gè)吸熱反應(yīng)，溫度高有利于反應(yīng)進(jìn)行；但是高溫下fes的揮發(fā)性增加，影響脫銅效果。由于銅渣中低熔點(diǎn)物質(zhì)的存在，使得待熔分物料可以在較低溫度下熔化，抑制fes的揮發(fā)。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，脫銅反應(yīng)的溫度為1450℃～1550℃。

脫銅時(shí)間過短，脫銅反應(yīng)無法充分進(jìn)行；若時(shí)間過長(zhǎng)，反應(yīng)已經(jīng)充分進(jìn)行，則會(huì)浪費(fèi)能耗。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，脫銅反應(yīng)的保溫時(shí)間為45min～90min。

下面參考具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。下述實(shí)施例中所取工藝條件數(shù)值均為示例性的，其可取數(shù)值范圍如前述發(fā)明內(nèi)容中所示。下述實(shí)施例所用的檢測(cè)方法均為本行業(yè)常規(guī)的檢測(cè)方法。

實(shí)施例1

本實(shí)施例使用的銅渣的tfe含量40.55wt％，cu含量1.57wt％。還原煤的固定碳含量76.85wt％。添加劑選用碳酸鈉。脫銅劑選用fes與na2s的混合物。

本實(shí)施例采用圖1所示的系統(tǒng)及圖2所示的工藝流程制備脫銅鐵水，具體如下：

將銅渣、還原煤、碳酸鈉按照100：34：1的質(zhì)量比在混料裝置1中混合均勻。然后送入成型裝置2進(jìn)行成型，獲得球團(tuán)。將球團(tuán)送入還原焙燒裝置3中，在弱還原氣氛下，1250℃下焙燒25mim，獲得的金屬化球團(tuán)的金屬化率為90.98％，碳含量為5.21wt％；將金屬化球團(tuán)進(jìn)行一段磨礦磁選，磁場(chǎng)強(qiáng)度1000oe，獲得磨選產(chǎn)物和磨選渣，其中磨選產(chǎn)物的碳含量3.45wt％，sio2含量2.64wt％。

fes與na2s按照1:1比例混合均勻后與磨選產(chǎn)物一起送入熔化脫銅裝置5中，fes與na2s的混合物的加入量為磨選產(chǎn)物質(zhì)量的15％。然后將其升溫至1450℃，待熔化后保溫90min，最終獲得脫銅鐵水和含銅渣。其中脫銅鐵水的銅含量為0.034wt％，脫銅率達(dá)到93.58％。

實(shí)施例2

本實(shí)施例使用的銅渣的tfe含量36.55wt％，cu含量0.72wt％。還原煤的固定碳含量81.35wt％。添加劑選用硫酸鈉。脫銅劑選用fes與na2s的混合物。

本實(shí)施例采用圖1所示的系統(tǒng)及圖2所示的工藝流程制備脫銅鐵水，具體如下：

將銅渣、還原煤、硫酸鈉按照100：29：5的質(zhì)量比在混料裝置1中混合均勻。然后送入成型裝置2進(jìn)行成型，獲得球團(tuán)。將球團(tuán)送入還原焙燒裝置3中，在弱還原氣氛下，1200℃下焙燒35mim，獲得的金屬化球團(tuán)的金屬化率為91.55％，碳含量為5.73wt％；將金屬化球團(tuán)進(jìn)行一段磨礦磁選，磁場(chǎng)強(qiáng)度1500oe，獲得磨選產(chǎn)物和磨選渣，其中磨選產(chǎn)物的碳含量3.81wt％，sio2含量3.02wt％。

fes與na2s按照6:4比例混合均勻后與磨選產(chǎn)物一起送入熔化脫銅裝置5中，fes與na2s的混合物的加入量為磨選產(chǎn)物質(zhì)量的23％。然后將其升溫至1500℃，待熔化后保溫67min，最終獲得脫銅鐵水和含銅渣。其中脫銅鐵水的銅含量為0.014wt％，脫銅率達(dá)到94.12％。

實(shí)施例3

本實(shí)施例使用的銅渣的tfe含量43.21wt％，cu含量0.58wt％。還原煤的固定碳含量83.26wt％。添加劑選用碳酸鈉與硫酸鈉的混合物。脫銅劑選用fes與na2s的混合物。

本實(shí)施例采用圖1所示的系統(tǒng)及圖2所示的工藝流程制備脫銅鐵水，具體如下：

將銅渣、還原煤、碳酸鈉、硫酸鈉按照100：25：1.5：1.5的質(zhì)量比在混料裝置1中混合均勻。然后送入成型裝置2進(jìn)行成型，獲得球團(tuán)。將球團(tuán)送入還原焙燒裝置3中，在弱還原氣氛下，1230℃下焙燒30mim，獲得的金屬化球團(tuán)的金屬化率為91.74％，碳含量為5.65wt％；將金屬化球團(tuán)進(jìn)行一段磨礦磁選，磁場(chǎng)強(qiáng)度1800oe，獲得磨選產(chǎn)物和磨選渣，其中磨選產(chǎn)物的碳含量4.02wt％，sio2含量3.41wt％。

fes與na2s按照7:3比例混合均勻后與磨選產(chǎn)物一起送入熔化脫銅裝置5中，fes與na2s的混合物的加入量為磨選產(chǎn)物質(zhì)量的30％。然后將其升溫至1550℃，待熔化后保溫45min，最終獲得脫銅鐵水和含銅渣。其中脫銅鐵水的銅含量為0.025wt％，脫銅率達(dá)到93.63％。

從上述實(shí)施例可知，本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品的銅渣分離，制得的脫銅鐵水含銅量少，脫銅率大于90％。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。