铜渣实现综合利用的实验研究WXY48

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目前，我国对铜渣的利用率还相对较低，大量的铜渣堆积既引起了土地及环境的污染，也造成了巨大的资源浪费，因此，回收铜渣中的有价金属元素，实现其综合利用已经成为了当下热门话题。本文主要对铜渣直接还原制取铜铁合金进行实验研究。

一、实验原料

实验原料为铜渣、还原剂焦炭、碱性调整剂氧化钙。铜渣来源于云南某铜冶炼厂水淬铜渣.

（1）铜渣中的铁主要以橄榄石、磁黄铁矿、铁硅酸盐、铁镁橄榄石矿相存在。

（2）还原剂焦碳，经红星机器鄂式破碎机及球磨机破碎、研磨后制成粒度为-0.12MM。焦炭分析结果表明：固定碳含量高达75.54%，灰分含量19.38%，是质量相对比较好的焦碳。

（3）矿石碱度用（CaO+MgO）与（SiO2+al2O3）的质量比表示，比值小于0.8为酸性矿石，比值在0.8～1.2为自熔性矿石，比值大于1.2为碱性矿石。实验所用铜渣0.29，是酸性矿渣。为了促进铜、铁的还原，在直接还原的过程中加入碱性氧化物CaO，用于实验的CaO是分析纯试剂，灼烧后的CaO的质量分数大于98%。

二、实验方法

试验主要研究还原温度、还原时间等对有价金属回收率的影响，还原实验在KSD-4型中频感应电炉内进行，温度由红外线设备控制，实验时将电炉的控制柜调到电流i＝2a、电压U＝3KV开始对坩埚进行预热，当温度达到800℃后称取一定量的铜渣再配入一定质量的煤和氧化钙完全混合，再将混合好的物料放入坩埚中进行还原焙烧。到设定温度后保温一段时间，取出样品进行水淬。然后湿磨至一定细度，在不同的磁场强度下磁选，然后丢弃尾矿，获得最终产品-精矿。再将精矿送去分析测试中心进行成分分析，然后根据渣中残余的金属量计算金属回收率。

三、实验结果及讨论

1、时间对还原效果的影响

取100g铜渣、再配入15g焦炭、20g氧化钙均匀混合后放入已经预热好的坩埚，用红外线设备测试温度达到1000℃。将物料恒温后分别保温5Min、10Min、15Min、20Min，将还原后的产物倒入准备好的水槽中，在湿式球磨机中磁选得到精矿和尾矿，分别烘干、称重、取样进行分析。保温5Min的分析结果中铜的品位达到1%、铁的品位达到3.1%，此时铜、铁没有被完全的还原出来，主要原因是还原时间太短。在保温10Min、保温15Min的数据中可以看出，随着保温时间的增加金属品位呈直线上升趋势，到保温15Min的时候，铜的品位达到2%、铁的品位达到4%。再随着保温时间的增加，铁的品位几乎保持不变，而铜的品位出现了一个小的变化。这可能是由于有其他的金属相产生。还原时间的不同对金属相的外观产生一定的差异。当保温时间为5Min的时候，铜、铁的金属颗粒较小镶嵌在渣中，当保温时间为15Min的时候，铜、铁的金属颗粒较大、还很明显，金属相聚集效果明显。当还原时间为20Min的时候，铜、铁的金属颗粒没太大的化。另外，随着保温时间的增加，金属的回收率也呈上升的趋势。尤其在5Min到15Min的时候成直线上升。说明此时是还原的最佳时间。但是随着还原时间的继续增加还原的速度基本保持不变。说明还原的最佳时间为15Min。

通过分析可以看出，不同的保温时间对渣和金属的表面张力、促及金属相的形成、尺寸的大小起到一定的作用。但长时间的保温不仅会导致成本的提高、还会产生其他的金属，从而降低铜、铁的品位，也会导致渣变粘不利于金属与渣分离。所以，保温时间15Min既可保证铜、铁的充分还原，又可保证渣与金属最大程度的分离。

2、温度对还原效果的影响

取100g铜渣、再配入15g焦炭、20g氧化钙均匀混合后放入已经预热好的坩埚，用红外线设备测试温度达到1268℃后，物料恒温15Min将熔炼好的产物倒入准备好的坩埚中，发现在倒入的过程中熔渣的流动性慢。温度达到1368℃后，恒温15Min将熔炼好的产物倒入准备好的坩埚中，发现在倒入的过程中熔渣的流动性顺畅。将温度达到1580℃后，恒温15Min，将熔炼好的产物倒入准备好的坩埚中，发现在倒入的过程中熔渣的流动性顺畅，然后将还原后的产物倒入准备好的水槽中，在D2736湿式球磨机中磁选得到精矿和尾矿，分别烘干、称重、取样分析。

还原温度达到1000℃恒温15Min后，得到铜的品位为1%、铁的品位为3%，此时铜、铁的品位过低，主要原因：还原温度太低导致金属未完全还原。还原温度达到1200℃，恒温15Min后，铜的品位2.5%、铁的品位4.5%，可以看出温度升高200℃后，铁、铜的品位呈直线上升，说明金属得到了充分的还原。随着温度的升高，金属的回收率在增加，尤其在1100～1200℃之间，当温度到达1200℃，此时金属的回收率最大。随着温度升高，直接还原产物中铜、铁含量先下降后成直线形式。因为虽然高温对化学反应进行有利，但温度过高会使原料内低熔点物质铁橄榄石（熔点约1200℃）熔化，包裹在矿物表面阻碍还原继续进行。另外，温度过高煤粉消耗速度加快，使炉内还原性气氛迅速减弱，后期还原气氛较弱，反应基本停滞，失去最佳还原时机，使金属品位有所降低。

通过分析可以看出，温度对铜、铁的影响还是很大的。主要的原因：（1）铜、铁的熔炼温度越高，合金中元素产生新相的能力就越大，导致铜、铁品位下降。（2）铜、铁的熔炼温度越低，铁、铜没有达到充分的还原，导致铜、铁的品位太低。所以，最佳温度为1200℃可保证铜、铁的充分还原。

3、磁选实验

取100g铜渣、再配入15g焦炭、20g氧化钙均匀混合后放入已经预热好的石墨坩埚，将温度加热到1200℃，还原时间20Min的最佳熔炼条件下，在湿式球磨机中磁选磁场强度为75.62Ka／M得到精矿和尾矿，分别烘干、称重、取样进行分析。

铁的品位达到4.57%，铜、铁的回收率依次为90.56%、70.23%，P、S含量也符合要求。可作为含铜铁素体不锈钢的冶炼原料。

根据以上研究，有效确定了钢渣磁选还原的最佳条件及最佳设备选择，为钢渣实现综合利用提供了可靠的技术依据，能够有效提高钢渣的利用率，实现其循环利用，同时降低钢渣堆积带来的困扰。

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