[发明专利]铜渣熔融氧化氯化-还原回收铜并制得合格铁水的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热态铜渣熔融氧化氯化-还原回收铜并制得合格铁水的方法，属于资源与环境领域。

背景技术

近几年中国钢铁工业发展速度很快，其在世界钢铁产业中的地位举足轻重，十多年来钢铁生产总量一直占据世界首位。但是，我国铁矿石资源状况远远不能满足钢铁产业的需求，且国内铁矿石资源分布具有贫矿多、多元素共生的复合矿石较多和铁矿石资源缺乏、品位低的缺陷，另附加全国钢企产能巨大、铁矿石需求量逐年上升、进口依存，在铁矿石价格飞涨的经济背景下，导致我国炼铁成本剧增，削弱了钢铁产业的利润空间，严重影响了中国钢铁产业的发展。

因此，寻找一种铁矿石的补充资源作为炼铁原料不失为解决中国铁矿石资源长期短缺的一个有效的解决方式。

据统计，生产一吨铜产生2.2吨的铜渣，中国2007年的铜产量为350万吨，相应的产出铜渣的量770万吨，2008年中国的铜产量约为371万吨，经计算产出铜渣的量为816万吨。铜渣中含铁约40%，计算知铜渣中铁具有较高回收价值。

铜冶金渣中含铁物相主要为2FeO·SiO₂（铁橄榄石）和Fe₃O₄（磁铁矿），目前铜渣中回收铁方法主要有三种：

第一、铜渣冷却后在熔融状态下进行氧化处理，将铜渣中2FeO·SiO₂（铁橄榄石）转变为Fe₃O₄（磁铁矿），其后对处理后铜渣进行冷却破碎磁选，将富铁相和其余渣相分离，使铁富集。有关文献证明，通过此方法回收铜渣中铁，能使渣中铁在磁铁矿中的富集度达到85%以上，但此种方法存在以下缺点：一是氧化反应后期磁铁矿相大量析出，渣粘度及熔点升高，阻碍反应继续进行和磁铁矿相聚集长大，导致铁收得率较低；二是铜渣中铁资源经磁选富集后，再作为炼铁原料进行还原，处理流程复杂；三是将铜渣冷却后再高温熔融氧化处理，过程中造成了热量的浪费。铜渣的出炉温度为1150～1250℃，铜渣的比热容大约为1.1kJ·kg^-1·k^-1，经计算将铜渣由出炉温度冷却到室温25℃时，我国铜冶炼厂2008年损失的热量大约为：1.1×10¹³～1.2×10¹³kJ，将发热量进行经济衡算，按照标煤的热值：29271.2kJ·kg^-1计算，结合目前标煤的价格，每年我国因铜渣的热量损失而造成的经济损失至少为2.1亿人民币，将之推广至世界范围，其经济损失更为巨大；

第二、采用阶段磨矿阶段选别工艺，此方法存在渣中铁回收率低的缺点（小于60%），原因是渣含铁物相中磁性氧化铁含量较少，仅20～30%，主要含铁物相铁硅酸盐在磁选过程中进入尾矿；

第三、利用熔融还原方法，将铜渣中2FeO·SiO₂（铁橄榄石）和Fe₃O₄直接熔融还原为金属铁，并在熔融状态下实现渣铁分离。但此工艺存在铜渣熔融还原后所得铁水铜、硫含量偏高（硫平均含量高于0.6%、铜平均含量高于1%）的缺点。

发明内容

本发明在铜渣熔融还原炼铁方法基础上，充分利用硫在铜渣中的存在特点，解决直接利用铜渣熔融还原炼铁工艺所得铁水硫含量高的缺点，提供一种铜渣熔融氧化氯化-还原回收铜并制得合格铁水的方法。

本发明通过下列技术方案实现：一种铜渣熔融氧化氯化-还原回收铜并制得合格铁水的方法，经过下列各步骤：

（1）将高温出炉铜渣升温至1500～1600℃以降低熔渣粘度，并按质量比为氯化剂︰铜渣=1︰4～20，与氯化剂混合均匀，再按质量比为添加剂︰铜渣=1︰4～10加入添加剂后熔融40～60min，待铜渣充分熔融后，以压力0.5～1.5MPa向其中通入氧化性气体30～90min，进行氧化氯化脱硫脱铜处理，得到熔融液体；期间形成的高温烟气通过分级冷却后回收烟气中的铜；

（2）在惰性气体气氛下，以压力0.3～1.0MPa向步骤（1）所得熔融液体中通入粉煤，使粉煤在惰性气体搅拌作用下，与熔渣混合发生熔融还原反应，待粉煤通入量以质量比C/Fe^x+(x=2,3)为1.4～1.9︰1时停止通入，静置待渣和铁水分离后，得到高温合格铁水。

所述步骤（1）的氯化剂为CaCl₂、NaCl、BaCl₂和/或AlCl₃。