本發(fā)明屬于冶金和礦物工程，涉及一種銅渣煤基氫冶金回轉(zhuǎn)窯工藝。

背景技術(shù)：

1、銅渣是銅冶煉過程產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，其資源化利用和安全處置受到廣泛關(guān)。在銅渣中，只有部分有價(jià)元素被回收利用，其余的全被堆存處理，形成了“渣山”等風(fēng)景，這不僅造成了空間的大面積占用，還對(duì)周邊的水、土壤等造成了污染，產(chǎn)生一系列環(huán)境問題。由于銅礦石的性質(zhì)、選銅工藝及銅冶煉工藝不同，銅渣的成分也各不相同，但普遍含有fe、mo、cu、zn、co和ni等金屬及其氧化物，其中鐵含量往往較高，在40%左右，具有較高的綜合回收價(jià)值，對(duì)它的回收利用研究意義重大，但因鐵主要以鐵橄欖石(?fe2sio4)和極微細(xì)粒磁鐵礦(?fe3o4)形式存在。對(duì)銅渣中鐵組分的回收，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行過大量的研究工作，結(jié)果表明，由于磁性鐵含量低、且粒度微細(xì)，所得精礦鐵品位和鐵回收率指標(biāo)不理想，采用傳統(tǒng)的礦物加工工藝難以有效回收。

2、本發(fā)明以自主研究的煤基氫冶金技術(shù)，利用氫氣的強(qiáng)還原性，在固態(tài)下完成鐵氧化物的快速還原生成金屬鐵，添加金屬聚集種子，使得生成的金屬鐵在一定的條件下牽引聚集有時(shí)間長(zhǎng)大，為下一步磨選降雜提純奠定了優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種銅渣煤基氫冶金回轉(zhuǎn)窯工藝，以解決磁性鐵含量低、且粒度微細(xì)，所得精礦鐵品位和鐵回收率指標(biāo)不理想等問題，還具有低成本、低能耗、高效能等優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明以煤基氫冶金技術(shù)，利用氫氣的強(qiáng)還原性，在固態(tài)下完成鐵氧化物的快速還原生成金屬鐵，添加金屬聚集種子，使得生成的金屬鐵在一定的條件下牽引聚集有時(shí)間長(zhǎng)大，為下一步磨選降雜提純奠定了優(yōu)勢(shì)，該工藝具有低成本、低能耗、高效能等特點(diǎn)。

2、一種銅渣煤基氫冶金回轉(zhuǎn)窯工藝，包括以下步驟：

3、（1）將銅渣、金屬聚集種子、粘結(jié)劑潤(rùn)磨；將高揮發(fā)分煤粒度分級(jí)成5-30mm和小于5mm兩部分，其中小于5mm的高揮發(fā)分粉煤制粉顆粒度40目75~85%；高揮發(fā)分粉煤揮發(fā)分值為20%-40%；銅渣鐵含量35~45%；粘結(jié)劑為腐殖酸鈉。

4、（2）將潤(rùn)磨后的銅渣、金屬聚集種子、粘結(jié)劑與小于5mm的高揮發(fā)分粉煤制粉，按照質(zhì)量比100：5-10：4：10進(jìn)行配料、加水混勻后，采用壓塊機(jī)造球，得到含煤壓塊；

5、（3）將濕壓塊干燥，干燥后與循環(huán)殘?zhí)恳煌腿霘湟苯鸹剞D(zhuǎn)窯內(nèi)滾動(dòng)行進(jìn)加熱升溫，含煤壓塊內(nèi)部發(fā)生煤的熱解和鐵氧化物還原反應(yīng)，當(dāng)物料行進(jìn)至窯體中段時(shí)，將5-30mm的高揮發(fā)分粒煤采用窯頭拋槍拋入窯內(nèi)，其充分熱解產(chǎn)生的h2和以h2o做氣化劑發(fā)生碳?xì)饣磻?yīng)產(chǎn)生的h2與該壓塊中鐵的氧化物發(fā)生冶金還原反應(yīng)，這一過程進(jìn)一步強(qiáng)化了料層中還原性氣氛的氣相體量和濃度，從而達(dá)到了鐵氧化物的快速還原，為新生成的金屬鐵聚集長(zhǎng)大了創(chuàng)造了有利的時(shí)間和溫度條件，得到金屬化混合物料；物料在窯時(shí)間為2.5~3.5h，控制窯尾溫度620~660℃、窯身溫度1050~1150℃、排料溫度880~920℃；

6、（4）還原焙燒后的金屬化混合物料先經(jīng)過隔氧干式冷卻至常溫，再進(jìn)入磁滾筒進(jìn)行干式分離，分離出金屬化物料和殘?zhí)?，其中殘?zhí)克腿霘湟苯鸹剞D(zhuǎn)窯循環(huán)再利用，金屬化物料進(jìn)入磨選系統(tǒng)進(jìn)行提純得到高品位鐵粉。

7、金屬聚集種子為顆粒度-200目占比65~75%的鐵精粉，利用鐵精粉的良好還原特性和顆粒性，其中的鐵氧化物更容易被還原成金屬鐵，且顆粒性又好；同時(shí)這一還原過程還有助于增強(qiáng)含煤壓塊中銅渣中的鐵氧化物還原的冶金動(dòng)力學(xué)條件，當(dāng)銅渣中鐵氧化物被還原到一定程度，即整體鐵金屬化率達(dá)到80%以上時(shí)，銅渣中鐵氧化物被還原成的細(xì)小鐵顆粒在一定作用力下圍繞金屬聚集種子聚集，實(shí)現(xiàn)鐵顆粒變大。

8、對(duì)于不添加金屬聚集種子的工藝，制備的成型物料只能在相對(duì)較低的溫度下進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的還原，且針對(duì)在在配方中同時(shí)添加了高比例石灰石和煤粉的工藝，制備的成型物料受熱后膨脹粉化，影響傳熱效率，金屬化率小于60%以前遇見1150℃及更高溫時(shí)就會(huì)導(dǎo)致物料軟熔，影響還原效果，甚至導(dǎo)致工藝不順行。本發(fā)明添加金屬聚集種子，且沒有同時(shí)添加了高比例石灰石和煤粉。

9、將小于30mm的高揮發(fā)分煤粒度分級(jí)成5-30mm和小于5mm兩部分，其中小于5mm的高揮發(fā)分粉煤制粉后內(nèi)配，制備成含煤壓塊，5-30mm的高揮發(fā)分粒煤采用窯頭拋槍拋入窯內(nèi)，強(qiáng)化和干預(yù)還原焙燒氣氛，使得整個(gè)焙燒過程中，料層中為絕對(duì)的高還原性氣氛，為銅渣中鐵氧化物的快速還原創(chuàng)造了良好的冶金動(dòng)力學(xué)條件。

10、得到的金屬化物料進(jìn)入磨選系統(tǒng)進(jìn)行提純，可將整體鐵品位提升至80%以上，品質(zhì)分級(jí)后得到高品位鐵粉，得到高品位鐵粉可銷售也可冷壓造塊再送入熔分爐制備鋼水。

11、h2作為一種還原劑，還原鐵氧化物時(shí)需要的冶金反應(yīng)溫度點(diǎn)低，選擇使用高揮發(fā)分煤，利用煤熱解產(chǎn)生的h2和以水氣化碳反應(yīng)生成的h2，在固態(tài)下與銅渣中以鐵橄欖石為主的鐵氧化物發(fā)生系列冶金化學(xué)反應(yīng)高效的還原成金屬鐵，生產(chǎn)為高金屬化率的金屬化物料，避免了銅渣中典型的以鐵橄欖石為主的鐵氧化物在碳冶金還原時(shí)因溫度較高軟熔成液相較難還原的問題。

12、銅渣中典型的以鐵橄欖石為主的鐵氧化物在較低的冶金熱力學(xué)條件和富余的冶金動(dòng)力學(xué)條件下，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成冶金還原反應(yīng)，使得還原成的金屬鐵顆粒聚集長(zhǎng)大有充足的時(shí)間，有利于下一步的磨選提純。

13、本發(fā)明的技術(shù)原理為：

14、依據(jù)冶金熱力學(xué)原理，用c或co、h2作還原劑時(shí)，鐵礦物中鐵化合物在固態(tài)下被還原的相關(guān)主要化學(xué)反應(yīng)有：

15、

16、從冶金熱力學(xué)角度來看，固態(tài)碳和固態(tài)鐵氧化物的反應(yīng)是完全可行的，但是從動(dòng)力學(xué)角度看，由于固體顆粒之間的不完全接觸，兩個(gè)固相之間的接觸面太小，各類固態(tài)鐵氧化物和c直接反應(yīng)是很有限的。而各類固態(tài)鐵氧化物和c直接反應(yīng)對(duì)還原鐵礦石最大的貢獻(xiàn)是產(chǎn)出了co（可還原各類固態(tài)鐵氧化物并產(chǎn)出新的co2）和co2。在高溫下，由于co2的存在，混合物料（鐵礦石和還原用煤）中的c被氣化產(chǎn)生了co，即產(chǎn)生新的氣體還原劑使鐵氧化物被逐級(jí)還原成金屬fe的反應(yīng)持續(xù)下去，產(chǎn)生典型的“耦合效應(yīng)”。含有一定含量氫的高揮發(fā)分煤，其熱解釋放出h2，可還原各類固態(tài)鐵氧化物并產(chǎn)出新的h2o）,在高溫下氣化c產(chǎn)生h2，即產(chǎn)生新的h2使鐵氧化物被逐級(jí)還原成金屬fe的反應(yīng)持續(xù)下去，也會(huì)產(chǎn)生典型的“耦合效應(yīng)”。在各類固態(tài)鐵氧化物還原過程中，co在中間起著傳遞氧的重要作用，平衡組分是受碳的氣化反應(yīng)控制，也就是說，各類固態(tài)鐵氧化物的還原過程受碳的氣化反應(yīng)影響。

17、如圖2，h2與co的還原相比有以下特點(diǎn)①?隨著溫度升高，平衡氣相曲線向下傾斜，說明h2的還原能力提高。②從熱力學(xué)因素看810℃以上，h2的還原能力高于co還原能力。810℃以下時(shí)，則相反。③?從反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)看，因?yàn)閔2與其反應(yīng)產(chǎn)物h2o的分子半徑均比co與其反應(yīng)產(chǎn)物co2的分子半徑小，因而擴(kuò)散能力強(qiáng)。說明不論在低溫或高溫下，h2還原反應(yīng)速度都比co還原反應(yīng)速度快（當(dāng)然任何反應(yīng)速度都是隨溫度升高而加快的）。

18、煤基氫冶金技術(shù)是將煤的充分熱解過程與鐵礦石冶金還原過程在熱態(tài)下的高度集成，利用化學(xué)反應(yīng)的選擇性，從煤的充分熱解中先行得到h2，熱態(tài)下以h2還原鐵氧化物產(chǎn)生的h2o做氣化劑氣化c再得到h2.......，這一系列過程能夠產(chǎn)生足夠多的h2實(shí)現(xiàn)氫冶金過程，具有反應(yīng)溫度點(diǎn)低、反應(yīng)速度快、能源需求少等優(yōu)勢(shì)。

19、本發(fā)明的有益效果：

20、（1）使用廉價(jià)的具有一定揮發(fā)分含量的煙煤或褐煤，分級(jí)后0-5mm細(xì)粒級(jí)制粉內(nèi)配和5-30mm采用拋槍拋入的方式，使得煤熱解產(chǎn)生的h2和以水氣化碳反應(yīng)生成的h2貫穿全過程，強(qiáng)化和干預(yù)還原焙燒氣氛，使得整個(gè)焙燒過程中，料層中為絕對(duì)的高還原性氣氛，為銅渣中鐵氧化物的快速還原創(chuàng)造了良好的冶金動(dòng)力學(xué)條件。

21、（2）h2作為一種還原劑，還原鐵氧化物時(shí)需要的冶金反應(yīng)溫度點(diǎn)低，選擇使用高揮發(fā)分煤，利用煤熱解產(chǎn)生的h2和以水氣化碳反應(yīng)生成的h2，在固態(tài)下與銅渣中以鐵橄欖石為主的鐵氧化物發(fā)生系列冶金化學(xué)反應(yīng)高效的還原成金屬鐵，生產(chǎn)為高金屬化率的金屬化物料，避免了銅渣中典型的以鐵橄欖石為主的鐵氧化物在碳冶金還原時(shí)因溫度較高軟熔成液相較難還原的問題。

22、（3）加入一定量的具有一定顆粒度的金屬聚集種子，利用其良好還原特性和顆粒性，增強(qiáng)含煤壓塊中銅渣中的鐵氧化物還原的冶金動(dòng)力學(xué)條件，當(dāng)銅渣中鐵氧化物被還原到一定程度，鐵金屬化率達(dá)到80%以上時(shí)，銅渣中鐵氧化物被還原成的細(xì)小鐵顆粒在一定作用力下圍繞金屬聚集種子聚集，實(shí)現(xiàn)鐵顆粒變大。

23、（4）經(jīng)該工藝還原焙燒后的混合物料先經(jīng)過隔氧干式冷卻至常溫，再進(jìn)入磁滾筒進(jìn)行干式分離，分離出金屬化物料和殘?zhí)浚渲袣執(zhí)垦h(huán)再利用，提升了煤的利用率。

24、（5）銅渣中典型的以鐵橄欖石為主的鐵氧化物在較低的冶金熱力學(xué)條件和富余的冶金動(dòng)力學(xué)條件下，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成冶金還原反應(yīng)，使得還原成的金屬鐵顆粒聚集長(zhǎng)大有充足的時(shí)間，有利于下一步的磨選進(jìn)行品質(zhì)升級(jí)。