铜渣直接还原改性实验研究

发布时间：2020-08-10 22:42

【摘要】：钢铁工业发展较快,导致国内铁矿资源的供给量严重不足,铁矿石对外依存度越来越高。另一方面炼铜工业产生的含铁40%左右的炉渣,一直没有得到有效回收利用。因此回收铜渣中的铁,对降低铜渣的大量堆存造成的环境污染、缓解铁资源紧张的局面有重要意义。铜渣的矿物学研究表明:铁元素主要是以难还原、熔点低的铁橄榄石形式存在。渣中金属铁和铜的嵌布粒度极细、分布较均匀、多种矿物互相包裹在一起,使其结构致密、质地坚硬、化学性质更稳定。回收铜渣中的铁等有价金属,必须对铜渣进行改性处理,构造铁和硅的富集相,分离渣中的铁和硅。为此,提出采用含碳球团-转底炉工艺回收铜渣中铁的方法,系统研究了还原温度、还原时间、C/O、铜渣粒度、煤粉粒度、Al_2O_3配比、磁铁矿配比等因素对铜渣直接还原过程金属化率、矿相结构等变化的影响。研究表明,温度、时间、配碳量、煤粉和铜渣粒度是影响铜渣直接还原过程的主要因素,提高反应温度,金属化率和锌的挥发率逐渐升高;延长反应时间、增加配碳量、降低铜渣和煤粉的粒度,金属化率和锌的挥发率均先增加后降低。添加的碱性氧化物Ca O会与Si O2结合形成硅酸盐,破坏了Si O2与Fe O的结合,增加了Fe O的活度,促进了铁橄榄石的还原。添加Al_2O_3调整了炉渣组成,具有改善了炉渣的熔化温度和黏度的作用;添加适量磁铁矿有利于增加渣中铁晶核的数量,促进铁晶粒的聚集长大。还原产物的衍射分析表明,直接还原过程中,铜渣逐渐由非晶态转变成晶态,同时渣中的铁橄榄石等物相逐渐被还原,还原产物中的主要物相为Fe和Si O2。添加碱性氧化物Ca O以及Al_2O_3后,还原产物的组成由自然碱度时Fe和Si O2,逐步转变成Fe、Si O2、Ca Si O3、Mg Al2O4、Fe+2Al2O4,改变了铜渣的物相组成,炉渣组成逐渐由Fe O-Si O2-Ca O三元体系向Si O2-Ca O-Al_2O_3转变。优化出的最佳工艺参数为:还原温度为1200℃、还原时间为30分钟、C/O为1.4、铜渣粒度为100~150目、煤粉粒度为150~200目,碱度0.4,磁铁矿配比20%,Al_2O_3配比13%;此时铜渣的金属化率高达87.59%,锌的挥发率94.61%。
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF56;X758
【图文】：

冰铜,相分布,铜渣,微观结构

20 30 40 50 60 704432211112 /(°)3 PbO4 Fe3O45 Ca2( SiO4)1344555图 3 铜渣的 XRD 曲线Fig.3 Copper slag XRD curve2.3.3 铜渣微观结构考察铜渣的微观结构，通过面扫描分析化学元素的分布情况，以及通过能谱分析微观结构中不同颜色区域的主要物质组成情况。1）铜渣微观结构

面分布,铁橄榄石,情况,冰铜

- 13 -图 5 元素的面分布情况Fig.5 Distribution of elements分布进行面扫描分析可知，渣中的，其余的铜、硫等则呈现出局部区元素主要是以冰铜的形式存在渣中。铁、硫，并夹杂有少量的锌；其余底的主要组成相为铁橄榄石；铁主是以铁橄榄石和玻璃体形式存在，

能谱分析,冰铜,炉渣,能谱分析

图 6 冰铜相、炉渣本体及能谱分析Fig.6 Matte, slag and energy spectrum analysis表 4 不同区域的元素组成Table4 The elements of different regions样点O Mg Al Si S K Ca Fe Zn PbCu1Wt/ % — — — — 20.64 — — 17.17 — 11.86 50.33At/ % — — — — 35.76 — — 17.07 — 3.18 43.992Wt/ % 28.52 1.26 2.57 19.81 0.80 0.80 2.44 37.93 2.31 3.02—At/ % 51.20 1.49 2.74 19.81 0.72 0.58 1.75 19.51 1.01 0.42—通过对铜晶粒及炉渣基底进行半定量分析，结合元素的面扫描分析，认为渣中的铜主要以 CuS、CuO、CuSO4等形式存在于冰铜相中，其中以 CuS 为主，铁在铜晶粒中以 FeS 形式存在，但含量极少；锌以硫化物和氧化物形式存在（ZnS 和 ZnO），锌在铜晶粒中含量很少，炉渣的基底中主要是以铁、氧、硅三种元素为主。

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