水淬铜渣中渣铁的提取工艺分析,冶金工程论文.docx

水淬铜渣中渣铁的提取工艺分析,冶金工程论文当前我们国家炼铜工业产生的铜渣主要为水淬铜渣，铜渣中 Fe 含量很高，且主要以铁橄榄石 Fe2SiO4 形式存在。水淬铜渣除少量用作水泥混凝土原料和防锈磨料外1 -3,基本没有其他用处。而对于缓冷处理后的铜渣，主要集中于回收铜炉渣中 Cu、Zn、Pb 和 Co 等有色金属4 -9. 由于含碳球团具有复原速度快、动力学条件好的特点10 -14,本文提出采用含碳球团法对该炉渣中的铁橄榄石进行低温强化复原改性，然后采用高温熔化分离提取渣铁的新工艺。本文主要针对上述工艺中牵涉到的铁组元强化复原经过进行系统研究，并通过 X 射线衍射 XRD 及扫描电镜 SEM 分析技术对其机理进行讨论。 1 实 验 1. 1 实验原料及设备 实验所用原料主要有炉渣、Ca OH2、Al2O3和无烟煤粉。华而不实，炉渣为某铜冶炼厂提供的水淬铜渣，Ca OH2和 Al2O3为化学试剂。对水淬炉渣进行化学分析和物相鉴定，其主要化学成分如表 1 所示，物相鉴定结果如此图 1 所示。从表 1 能够看出，铜渣主要组成元素为铁、硅、氧，三者占到炉渣质量的 90%. 由图 1 可知，衍射峰基线隆起，呈馒头峰形状，讲明炉渣基本呈非晶态，有少量结晶态矿物存在。物相鉴定结果表示清楚含铁物相主要为铁橄榄石，组织致密，熔点约为 1 200 ，属于极难复原物质。 实验所用设备主要有马弗炉及自制压球机。 1. 2 实验方式方法 将铜渣与复原剂、添加剂混匀，采用冷固结成型，在高温条件下进行强化复原改性，考察温度、配碳量、铜渣粒度、碱度、Al2O3添加量对铜渣中铁组元复原改性的影响，以铁金属化率为考核指标，计算公式为： 华而不实 MFe 为复原产物中金属铁含量； TFe 为复原产物中全铁含量； R 为金属化率。 2 实验结果 2. 1 温度及配碳量对金属化率的影响 设定复原时间为 30 min,复原温度 900 1 300 ,不同 C / O 比条件下进行了温度和配碳量对复原经过的影响实验，结果如表2 所示。从表2 能够看出，当复原时间为30 min,复原温度低于 1 050 时，球团金属化率很低，基本在 10% 下面； 复原温度超过1 050 后，金属化率迅速升高，从 10% 提高到 70% 左右； 温度超过 1 250 以后，金属化率基本不变。复原温度一样时，随着 C/O 比增加，金属化率逐步升高，C/O 比超过1. 4 以后金属化率变化很小。考虑到炉内碳的氧化燃烧及后续复原后金属铁的渗碳，配料经过 C/O 比应控制不低于 1. 5. 2. 2 复原时间对金属化率的影响 复原温度为 1 250 ，C/O 比为 1. 5 时，进行了复原时间对金属化率的影响实验，结果见图 2.从图 2可知，复原时间小于 25 min 时，球团金属化率增加非常快，复原时间为 30 min 时，金属化率到达了 77%,此后基本保持不变。分析以为由于初期复原剂与铜渣颗粒接触严密，动力学条件较好。随着反响时间延长，部分未复原的铜渣可能会发生熔化，导致复原剂与铁橄榄石不能有效接触，恶化了复原动力学条件，因而适宜的复原时间为 30 min. 2. 3 铜渣粒度对金属化率的影响 铜渣粒度对复原经过金属化率的影响如此图 3 所示。从图 3 能够看出，0. 147 0. 28 mm 铜渣复原后金属化率最低，0. 106 0. 147 mm 铜渣复原后金属化率最高，0. 074 0. 106 mm 铜渣复原后金属化率相比 0. 106 0. 147 mm 铜渣略有降低。分析以为： 由于铜渣熔点相对较低，在 1 200 左右，在复原经过中假如温度过高，粒度过细的炉渣熔化速度大于复原反响进行的速度，使复原剂没有与铁橄榄石充分接触的时机，降低了复原反响进行的速度； 当铜渣粒度较粗时，也会发生复原剂和铁橄榄石接触几率低的问题，最终恶化反响动力学条件。因而，适宜的铜渣粒度应控制在 0.106 0. 147 mm 之间。 2. 4 CaO 添加量对金属化率的影响 热力学分析及配碳复原实验结果表示清楚，铁橄榄石与固体碳在一定温度下能进行直接复原，但反响开场进行的温度高，反响速度慢。添加 CaO 后，反响开场进行的温度可降低约 200 ，热力学条件明显改变。 由于添加 CaO 后会降低球团中全铁含量，碱度低可能起不到改善热力学条件的作用，碱度太高则会明显降低全铁含量。本文考察了二元碱度 R CaO/SiO2 对铁组分复原改性的影响，复原时间为 30 min,结果如表 3 所示。 实验表示清楚，添加 CaO 后，一样复原条件下，球团金属化率明显增加，1 250 复原 30 min 后，改变碱度的球团的金属化率与原来相比均有所提高，讲明添加CaO 对渣中铁橄榄石的复原起到一定促进作用。 由于渣中的含铁物相主要是铁橄榄石，其硅-氧离子结合力大、构造致密，难以被气体复原剂解离，因而，须在高温下由固体碳直接复原。且参加的碱金属氧化物与硅-氧离子结合后，铁氧化物才更易复原，此为气体复原及低温复原含铁废渣金属化率较低的原因。另外，由熔渣的离子理论可知，高温条件下，高硅熔融炉渣粘度高，导致复原后的渣、铁难以分离，必须调整球团复原后的渣相组成，使炉渣成分合理，粘度降低，才能实现渣铁的分离。