CN107151736A - 一种制备脱铜铁水的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备脱铜铁水的系统及方法。系统包括：混料装置、成型装置、还原焙烧装置、磨矿磁选装置和熔化脱铜装置；混料装置设有铜渣入口、还原煤入口、添加剂入口和混合物料出口；成型装置设有混合物料入口和球团出口，混合物料入口与混料装置的混合物料出口相连；还原焙烧装置设有球团入口和金属化球团出口，球团入口与成型装置的球团出口相连；磨矿磁选装置设有金属化球团入口、磨选产物出口和磨选渣出口，金属化球团入口与还原焙烧装置的金属化球团出口相连；熔化脱铜装置设有磨选产物入口、脱铜剂入口、脱铜铁水出口和含铜渣出口，磨选产物入口与磨矿磁选装置的磨选产物出口相连。本发明制得的脱铜铁水含铜量少，脱铜率高。
Description
技术领域
本发明属于冶金领域，具体地，涉及一种制备脱铜铁水的系统及方法。
背景技术
炼铜工业生产出的铜渣中含有铜、铁、钴、锌和铅等有价金属，其中铜最高含量可以达到5％左右，贫化处理后仍然在0.5％左右，但是其中的铁含量基本稳定在40％左右。在还原过程中，铜渣中的含铜物相(硫化铜、硫酸铜和氧化铜)均能发生分解或是还原反应生成金属铜并进入铁相，最终得到含铜铁产品。含铜铁产品作为炼钢原料时，Cu在氧化精炼过程中，会形成低熔点的化合物，并聚集在晶界上，导致钢材产生热脆。因此如何降低含铜铁粉的铜含量对于该产品的应用具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种制备脱铜铁水的系统及方法，将铜渣进行直接还原-磨矿磁选后获得的含铜铁粉进行处理，脱除其中的铜元素，为后续用于炼钢提供了纯净的原料。
本发明提供的制备脱铜铁水的系统，包括混料装置、成型装置、还原焙烧装置、磨矿磁选装置和熔化脱铜装置；
所述混料装置设有铜渣入口、还原煤入口、添加剂入口和混合物料出口；
所述成型装置设有混合物料入口和球团出口，所述混合物料入口与所述混料装置的混合物料出口相连；
所述还原焙烧装置设有球团入口和金属化球团出口，所述球团入口与所述成型装置的球团出口相连；
所述磨矿磁选装置设有金属化球团入口、磨选产物出口和磨选渣出口，所述金属化球团入口与所述还原焙烧装置的金属化球团出口相连；
所述熔化脱铜装置设有磨选产物入口、脱铜剂入口、脱铜铁水出口和含铜渣出口，所述磨选产物入口与所述磨矿磁选装置的磨选产物出口相连。
本发明提供的利用上述系统制备脱铜铁水的方法，包括如下步骤：
将铜渣、还原煤和添加剂送入所述混料装置中混合均匀，获得混合物料；
将所述混合物料送入所述成型装置中成型，获得球团；
将所述球团送入所述还原焙烧装置中进行还原焙烧，获得金属化球团；
将所述金属化球团送入所述磨矿磁选装置中进行磨矿磁选，获得磨选产物和磨选渣；
将所述磨选产物、脱铜剂送入所述熔化脱铜装置进行脱铜反应，获得脱铜铁水和含铜渣。
优选地，所述铜渣中的铜含量不超过2wt％。
优选地，所述还原煤的固定碳含量≥70wt％；所述还原煤的加入量为所述铜渣质量的25％～35％。
优选地，所述添加剂为碳酸钠、硫酸钠中的一种或混合物；所述添加剂的加入量为所述铜渣质量的1％～5％。
优选地，所述脱铜剂为FeS与Na2S的混合物，所述FeS与所述Na2S的配比为1:1～7:3。
优选地，所述脱铜剂的加入量为所述磨选产物质量的15％～30％。
优选地，所述脱铜反应的温度为1450℃～1550℃；保温时间为45min～90min。
优选地，所述磨矿磁选的磁场强度控制为1000Oe～1800Oe。
优选地，所述磨选产物中碳含量≥3wt％，SiO2含量≥2wt％。
优选地，所述金属化球团的金属化率≥90％，碳含量≥5wt％。
本发明能实现最终产品的铜渣分离，制得的脱铜铁水含铜量少，脱铜率大于90％。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种制备脱铜铁水的系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中的一种制备脱铜铁水的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
本发明涉及一种制备脱铜铁水的系统和方法，将铜渣、还原煤和添加剂按照一定比例混合均匀后制成球团，通过直接还原工序获得金属化球团，将金属化球团通过磨矿磁选工序处理获得磨选产物；将获得的磨选产物加入脱铜剂后升温待其熔化后保温一段时间，进行脱铜反应，脱除其中的铜，获得脱铜铁水和含铜渣。
如图1所示，本发明提供的制备脱铜铁水的系统包括：混料装置1、成型装置2、还原焙烧装置3、磨矿磁选装置4和熔化脱铜装置5。
混料装置1用于将铜渣、还原煤和添加剂混合均匀，设有铜渣入口、还原煤入口、添加剂入口和混合物料出口。
成型装置2用于制备球团，设有混合物料入口和球团出口，混合物料入口与混料装置1的混合物料出口相连。
还原焙烧装置3用于还原上述球团，制备金属化球团，设有球团入口和金属化球团出口，球团入口与成型装置2的球团出口相连。
磨矿磁选装置4用于破碎上述金属化球团，并去除大部分非磁性物质，设有金属化球团入口、磨选产物出口和磨选渣出口，金属化球团入口与还原焙烧装置3的金属化球团出口相连。
熔化脱铜装置5用于进行脱铜反应，制备脱铜铁水，设有磨选产物入口、脱铜剂入口、脱铜铁水出口和含铜渣出口，磨选产物入口与磨矿磁选装置4的磨选产物出口相连。
本发明所用的设备简单，成本低廉。
如图2所示，本发明提供的利用上述系统制备脱铜铁水的方法，包括如下步骤：
将铜渣、还原煤和添加剂送入混料装置1中混合均匀，获得混合物料；
将混合物料送入成型装置2中成型，获得球团；
将球团送入还原焙烧装置3中进行还原焙烧，获得金属化球团；
将金属化球团送入磨矿磁选装置4中进行磨矿磁选，获得磨选产物和磨选渣；
将磨选产物、脱铜剂送入熔化脱铜装置5进行脱铜反应，获得脱铜铁水和含铜渣。
本发明使用的铜渣是火法冶炼有色金属铜后得到的渣或者再次经过浮选脱铜后得到的浮选尾渣，其中铁主要以铁橄榄石(2FeO·SiO2)形式存在，铜含量不超过2wt％，由于铁橄榄石以及多种低熔点物质的存在，铜渣的熔点较低。
本发明所用还原煤作为还原剂，如果固定碳含量过低，加入量会很大。在本发明优选的实施例中，还原煤的固定碳含量≥70wt％。
在后期脱铜反应过程中，较高的碳含量会促进脱铜反应，因此在前期配料过程中需要提高还原煤的用量，以保证脱铜效果。在本发明优选的实施例中，还原煤的加入量为铜渣质量的25％～35％。
还原过程中，铜渣中的铁、铜化合物被还原生成单质金属，并且二者相互嵌布形成合金态，若还原温度过低、还原时间过短，还原反应没有充分进行；如果温度过高或时间过长，反应已充分进行，将浪费热量。在本发明优选的实施例中，还原反应的温度为1200℃～1250℃，时间为25min～35min。
本发明加入添加剂的目的是为了促进还原反应。在本发明优选的实施例中，添加剂为碳酸钠、硫酸钠中的一种或混合物。其加入量优选为铜渣质量的1％～5％。碳酸钠和/或硫酸钠的加入不仅可以促进铜渣中铁橄榄石的还原，同时钠系物质的加入会降低熔点，有利于后续升温熔炼过程中在较低的温度下熔化，其反应机理如下：
2FeO·SiO2+Na2O＝Na2O·SiO2+2FeO。
若金属化球团的金属化率较低，说明较多的金属铁没有被还原，仍以化合物形式存在，在磨矿磁选阶段，铁的化合物无法被磁选回收，会影响铁的回收率。碳含量会促进脱铜反应，因而金属化球团中必须保证有一定的碳含量。在本发明优选的实施例中，金属化球团的金属化率≥90％，碳含量≥5wt％。
金属化球团经磨矿磁选后获得含铜铁粉，仅采用一段磨矿磁选。在本发明优选的实施例中，磁选时磁场强度控制在1000Oe～1800Oe，获得磨选产物和磨选渣。磨选产物中必须保留部分非磁性脉石并且碳含量不能太低。这是由于在熔化脱铜过程中，需要有一定的渣量将铁水液面完全覆盖，这样可以保证脱铜物质充分与铁水面的接触，从而保证脱铜效果。此外，从铜的相互作用系数可知，C、Si元素可以增加铜的活度，有利于提高脱铜率。在本发明优选的实施例中，磨选产物中碳含量≥3wt％，SiO2含量≥2wt％。
在本发明优选的实施例中，脱铜剂为FeS与Na2S的混合物，FeS与Na2S的配比为1:1～7:3。若FeS加入量过少，则无法与铜发生充分反应，影响脱铜效果；Na2S的加入可以提高铜在熔渣中的分配比，加入量过少会降低脱铜效果。
在本发明优选的实施例中，脱铜剂的加入量为渣铁混合物质量的15％～30％。若加入量过少，无法达到脱铜效果；若加入量过多，不仅是对物料的浪费，同时也会加大渣量。
脱铜的主要机理是加入的硫化亚铁与铁水中铜元素进行反应，硫化亚铁脱铜反应如下：
2[Cu]+(FeS)＝[Fe]+(Cu2S)
ΔG＝3723.5-12.24T(J/mol)
生成的硫化亚铜比硫化亚铁更加稳定，高温下硫化亚铜也能稳定存在。因此硫化亚铁用来做含铜铁粉的脱铜剂，在熔化状态下使含铜铁水中的铜元素进入渣中，并能通过铁-渣分离达到脱铜的目的。
虽然硫化亚铁与铜的反应是一个吸热反应，温度高有利于反应进行；但是高温下FeS的挥发性增加，影响脱铜效果。由于铜渣中低熔点物质的存在，使得待熔分物料可以在较低温度下熔化，抑制FeS的挥发。在本发明优选的实施例中，脱铜反应的温度为1450℃～1550℃。
脱铜时间过短，脱铜反应无法充分进行；若时间过长，反应已经充分进行，则会浪费能耗。在本发明优选的实施例中，脱铜反应的保温时间为45min～90min。
下面参考具体实施例，对本发明进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述发明内容中所示。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。
实施例1
本实施例使用的铜渣的TFe含量40.55wt％，Cu含量1.57wt％。还原煤的固定碳含量76.85wt％。添加剂选用碳酸钠。脱铜剂选用FeS与Na2S的混合物。
本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺流程制备脱铜铁水，具体如下：
将铜渣、还原煤、碳酸钠按照100：34：1的质量比在混料装置1中混合均匀。然后送入成型装置2进行成型，获得球团。将球团送入还原焙烧装置3中，在弱还原气氛下，1250℃下焙烧25mim，获得的金属化球团的金属化率为90.98％，碳含量为5.21wt％；将金属化球团进行一段磨矿磁选，磁场强度1000Oe，获得磨选产物和磨选渣，其中磨选产物的碳含量3.45wt％，SiO2含量2.64wt％。
FeS与Na2S按照1:1比例混合均匀后与磨选产物一起送入熔化脱铜装置5中，FeS与Na2S的混合物的加入量为磨选产物质量的15％。然后将其升温至1450℃，待熔化后保温90min，最终获得脱铜铁水和含铜渣。其中脱铜铁水的铜含量为0.034wt％，脱铜率达到93.58％。
实施例2
本实施例使用的铜渣的TFe含量36.55wt％，Cu含量0.72wt％。还原煤的固定碳含量81.35wt％。添加剂选用硫酸钠。脱铜剂选用FeS与Na2S的混合物。
本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺流程制备脱铜铁水，具体如下：
将铜渣、还原煤、硫酸钠按照100：29：5的质量比在混料装置1中混合均匀。然后送入成型装置2进行成型，获得球团。将球团送入还原焙烧装置3中，在弱还原气氛下，1200℃下焙烧35mim，获得的金属化球团的金属化率为91.55％，碳含量为5.73wt％；将金属化球团进行一段磨矿磁选，磁场强度1500Oe，获得磨选产物和磨选渣，其中磨选产物的碳含量3.81wt％，SiO2含量3.02wt％。
FeS与Na2S按照6:4比例混合均匀后与磨选产物一起送入熔化脱铜装置5中，FeS与Na2S的混合物的加入量为磨选产物质量的23％。然后将其升温至1500℃，待熔化后保温67min，最终获得脱铜铁水和含铜渣。其中脱铜铁水的铜含量为0.014wt％，脱铜率达到94.12％。
实施例3
本实施例使用的铜渣的TFe含量43.21wt％，Cu含量0.58wt％。还原煤的固定碳含量83.26wt％。添加剂选用碳酸钠与硫酸钠的混合物。脱铜剂选用FeS与Na2S的混合物。
本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺流程制备脱铜铁水，具体如下：
将铜渣、还原煤、碳酸钠、硫酸钠按照100：25：1.5：1.5的质量比在混料装置1中混合均匀。然后送入成型装置2进行成型，获得球团。将球团送入还原焙烧装置3中，在弱还原气氛下，1230℃下焙烧30mim，获得的金属化球团的金属化率为91.74％，碳含量为5.65wt％；将金属化球团进行一段磨矿磁选，磁场强度1800Oe，获得磨选产物和磨选渣，其中磨选产物的碳含量4.02wt％，SiO2含量3.41wt％。
FeS与Na2S按照7:3比例混合均匀后与磨选产物一起送入熔化脱铜装置5中，FeS与Na2S的混合物的加入量为磨选产物质量的30％。然后将其升温至1550℃，待熔化后保温45min，最终获得脱铜铁水和含铜渣。其中脱铜铁水的铜含量为0.025wt％，脱铜率达到93.63％。
从上述实施例可知，本发明能实现最终产品的铜渣分离，制得的脱铜铁水含铜量少，脱铜率大于90％。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种制备脱铜铁水的系统，其特征在于，包括混料装置、成型装置、还原焙烧装置、磨矿磁选装置和熔化脱铜装置；
所述混料装置设有铜渣入口、还原煤入口、添加剂入口和混合物料出口；
所述成型装置设有混合物料入口和球团出口，所述混合物料入口与所述混料装置的混合物料出口相连；
所述还原焙烧装置设有球团入口和金属化球团出口，所述球团入口与所述成型装置的球团出口相连；
所述磨矿磁选装置设有金属化球团入口、磨选产物出口和磨选渣出口，所述金属化球团入口与所述还原焙烧装置的金属化球团出口相连；
所述熔化脱铜装置设有磨选产物入口、脱铜剂入口、脱铜铁水出口和含铜渣出口，所述磨选产物入口与所述磨矿磁选装置的磨选产物出口相连。
2.一种采用权利要求1所述的系统制备脱铜铁水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将铜渣、还原煤和添加剂送入所述混料装置中混合均匀，获得混合物料；
将所述混合物料送入所述成型装置中成型，获得球团；
将所述球团送入所述还原焙烧装置中进行还原焙烧，获得金属化球团；
将所述金属化球团送入所述磨矿磁选装置中进行磨矿磁选，获得磨选产物和磨选渣；
将所述磨选产物、脱铜剂送入所述熔化脱铜装置进行脱铜反应，获得脱铜铁水和含铜渣。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述铜渣中的铜含量不超过2wt％。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述还原煤的固定碳含量≥70wt％；所述还原煤的加入量为所述铜渣质量的25％～35％。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述添加剂为碳酸钠、硫酸钠中的一种或混合物；所述添加剂的加入量为所述铜渣质量的1％～5％。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述脱铜剂为FeS与Na2S的混合物，所述FeS与所述Na2S的配比为1:1～7:3。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述脱铜剂的加入量为所述磨选产物质量的15％～30％。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述脱铜反应的温度为1450℃～1550℃；保温时间为45min～90min。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述磨选产物中碳含量≥3wt％，SiO2含量≥2wt％。
10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属化球团的金属化率≥90％，碳含量≥5wt％。
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