转底炉处理铜渣、镍渣回收铁、锌技术研究

2016-03-30 作者：佚名网友评论 0 条

　　本研究采用转底炉直接还原工艺，将铜渣、镍渣球团在高温条件下直接还原得到金属铁，再通过熔分和磁选方式将铁回收，得到铁产品可作为炼钢原料使用，同时处理铜渣时还能得到副产品高品位的氧化锌粉尘。

　刘占华，吴道洪，薛逊，曹志成，王欣

　　北京神雾环境能源科技集团股份有限公司

　　前言

　　随着有色金属产业迅速发展，我国已成为全球最大的有色金属生产和消费国。与此同时，有色金属冶炼行业产生的大量冶炼渣则多堆存在渣场，仅以铜渣为例，据不完全统计，我国每年产生铜渣即1000～1500万t[1]，这些大量的废渣不仅占用土地，而且造成巨大的金属资源浪费，也给人类的生存环境带来了严重的污染和危害。

　　由于铜渣、镍渣中的铁含量较高，其平均高于我国铁矿石可采品位[2-3]，因此铁元素的回收利用价值较高。但由于铜渣、镍渣中的铁主要以含铁硅酸盐(铁橄榄石)的形式存在，渣中SiO2含量较高使其无法直接用于传统的高炉流程中，又因矿物嵌合紧密，难以采用传统的选矿方式分离出脉石生产铁精矿[4-7]。近年来随着火法工艺的发展，采用高温还原等工艺[8-10]处理铜渣、镍渣的技术也逐渐成熟起来，其中直接还原工艺更成为研究的热点。

　　神雾集团立足于目前矿产资源日益短缺的形势、国家和地区经济可持续发展的需求，采用自主开发的“转底炉直接还原—磨矿磁选”和“转底炉直接还原—燃气熔分”技术对铜渣、镍渣的高效综合利用进行了大量的基础试验和中试试验研究。该技术不仅可以满足有色冶金企业对冶炼渣的处理需求，还可实现弃渣中铁、锌资源的回收利用，减少堆存造成的土地占用及环保问题，是实现铜渣、镍渣等固废资源高效综合利用的有效途径。

　　1 试验介绍

　　1.1 原料分析

　　试验选用国内某铜冶炼浮选尾渣(以下简称“铜渣”)和镍冶炼渣(以下简称“镍渣”)作为原料，原料成分具体见表1.1所示。

表1.1 原料化学成分分析(%)

成分	TFe	FeO	Cu	CaO	MgO	SiO₂	Al₂O₃	Na₂O	K₂O	S	P	Pb	Zn
铜渣1	41.93	42.51	0.22	2.03	1.72	34.12	3.46	0.10	0.32	0.22	0.015	0.62	2.05
铜渣2	43.67	44.98	0.20	1.98	2.25	33.28	3.61	0.21	0.76	0.18	0.017	0.37	1.17
铜渣3	40.80	31.51	0.26	4.94	2.75	32.19	4.12	0.31	0.59	0.21	0.029	0.058	1.52
镍渣	42.35	49.71	0.21	1.26	6.35	33.78	2.78	0.12	0.13	1.13	0.019	0.001	0.04

　　根据有色冶金中二氧化硅饱和度Q=SiO2/(FeO+MgO)[9]的概念：当Q<0.5时，SiO2为不饱和态，渣中含有FeO(方铁矿)和2FeO·SiO2(铁橄榄石);当Q=0.5时，渣中主要是2FeO·SiO2(铁橄榄石);当Q=1.0时，SiO2为饱和态，渣中的铁主要是以FeO·SiO2(辉石)的形式存在;当Q>1.0时，SiO2为饱和态，渣中有游离SiO2出现。根据表1.1所列几种冶炼渣的化学成分，计算可得SiO2饱和度在0.5~1.0之间，因此上述铜渣、镍渣中铁主要以2FeO·SiO2的形式存在。

　　试验选用当地煤种作为还原煤，工业分析见表1.2所示。

表1.2 还原煤工业分析(%)

名称	固定碳	灰分	挥发分	水分	S	发热量(kJ/kg)
含量	72.36	11.19	15.47	0.98	0.35	29.21

　　可见，还原煤固定碳含量为72.36%，挥发分为15.47%，灰分为11.19%，全硫含量为0.35%。

　　选用工业石灰石做助熔剂，化学分析见表1.3。

表1.3 石灰石的成分分析(%)

成分	CaCO₃	MgO	SiO₂	Al₂O₃
含量	90	1.63	3.45	0.95

　　1.2 试验流程及原理

　　试验的流程及原理：将铜渣、镍渣等经原料处理后，与还原煤、添加剂和粘结剂等按一定比例配料混匀、造块，制成含碳球团。含碳球团烘干后布入转底炉、在炉内1200～1300℃的还原区将含碳球团还原为金属化球团，球团中ZnO则被还原成金属Zn，挥发进入烟气中，经再氧化生成ZnO，再通过对烟尘的收集得到富含ZnO的二次粉尘。产出的金属化球团，可采用熔分工艺实现渣铁分离从而得到熔分铁水，也可采用磨矿磁选工艺得到金属铁粉。转底炉处理铜渣、镍渣的工艺流程如图1.1所示。

图1.1 转底炉处理铜渣、镍渣的工艺流程