[发明专利]一种含铜废渣氯化‑熔融还原一步法制备生铁的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含铜废渣氯化-熔融还原一步法制备生铁的方法，属于冶金技术领域。

背景技术

铜渣是火法炼铜过程中产生的工业固体废弃物，是炼铜炉内熔融态物料上层经冷却形成的玻璃相。目前，世界铜产量中80%以上采用火法冶炼生产，其余20%使用湿法冶炼生产。我国铜产量的97%以上由火法冶炼生产，火法冶炼占主导地位，但是火法冶炼过程产生大量的炼铜废渣。据统计每产生1 t金属铜则会产生2.2 t铜渣，我国每年产生铜冶炼渣1000~1500万t，铜渣累计堆存量超过5000万t。随着我国炼铜工业的持续发展，铜渣产量逐年递增，大量的铜冶炼渣堆存在渣场，既占用了土地又污染了环境。但是，炼铜工业生产出的铜渣中含有Fe、Cu、Zn、Pb、Co和Ni等大量有价金属，其中铜最高含量可以达到5%左右，贫化处理后仍然在0.5%以上，其中的铁含量基本稳定在40%左右，而远远高于冶炼铁矿石29.1%的平均品位。因此，针对铜渣的性质，选择铜渣资源化合理利用的技术，有效地回收铜渣中有价金属，从而实现铜渣资源化，对铜冶炼行业有着经济和环保的双重意义。

铁在铜冶炼渣中主要以Fe₂SiO₄（铁橄榄石）和Fe₃O₄（磁铁矿）的形式存在，目前铜冶炼渣的综合利用受到国内外学者的关注，针对铜渣中回收富集金属铁的研究方法主要由以下两种：

第一种是：氧化焙烧—破碎磁选工艺。首先将熔融铜渣冷却后将其破碎，然后配料成球后，再将铜渣在非熔融还原状态下对其进行氧化焙烧，使铜渣中主要以Fe₂SiO₄（铁橄榄石）形式存在的铁转变为Fe₃O₄（磁铁矿）形式，然后再经破碎、磁选将铁富集和提取。有关文献表明：通过氧化焙烧—破碎磁选方法，虽然能使渣中的铁在磁铁矿中的富集率达到85%以上，但是存在如下缺点：（1）将熔融铜渣冷却后再高温氧化焙烧，没有充分利用熔融铜渣自身的潜热，此过程造成了热量的大量浪费；（2）熔融铜渣首先通过氧化焙烧—破碎磁选，将铁富集在磁铁矿中，然后将其投入高炉进行还原炼铁，整个工艺流程过于复杂，成本较高。

第二种是：直接熔融还原提铁工艺。与高炉炼铁类似，在高温（＞1500 ℃）熔融状态下，通过加入还原剂，直接将铜渣中Fe₂SiO₄（铁橄榄石）和Fe₃O₄（磁铁矿）形式的铁还原为金属铁，在熔融状态下实现渣铁分离富集回收铁。该工艺流程虽然较为简单，达到了一定的节能降耗效果。但是，该工艺存在铜渣熔融还原后得到的铁水铜含量过高（平均铜含量在2%左右）的缺点，常规的炼钢方法很难去除，工业上主要采用合格生铁掺兑的方法降低铜含量。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种含铜废渣氯化-熔融还原一步法制备生铁的方法。本方法充分考虑铜渣中铜和铁金属氧化物的存在形态，利用金属氯化物熔点、沸点以及蒸汽压等性质的差异，在低温条件下选择性氯化挥发金属铜，在高温条件下熔融还原回收铁，通过一步法制备生铁；并且有效地降低了铜渣直接熔融还原所得铁水铜含量过高的问题，为以后铜渣中铁资源的有效回收利用提供新方法。本发明通过以下技术方案实现。

一种含铜废渣氯化-熔融还原一步法制备生铁的方法，其具体步骤如下：

（1）首先将含铜废渣、氯化剂和炭质还原剂分别研磨至粒度为40~100目，然后将含铜废渣、氯化剂和炭质还原剂混合均匀得到混合物料，其中氯化剂的加入量为含铜废渣质量的10%~30%，控制炭质还原剂中碳与含铜废渣中铁的C/Fe质量比为1.1~1.9:1；然后继续加入粘结剂和水进行压块或压球得到块状物料或球状物料，粘结剂的加入量为混合物料质量3%~7%，水的加入量为混合物料质量5%~8%；

（2）将步骤（1）得到的块状物料或球状物料干燥，然后在温度为850~900℃下反应3~15min进行低温氯化反应，然后继续升温至1500~1550℃反应15~30min，进行高温熔融还原反应，将渣铁完全分离后随炉冷却得到生铁。

所述步骤（1）中氯化剂为氯化钠、氯化钾或氯化钙。

所述炭质还原剂为烟煤、无烟煤或焦炭，炭质还原剂中固定碳含量高于60wt%。

所述低温氯化反应和高温熔融还原反应是在高频感应炉中进行。