銅冶煉渣選銅尾礦還原焙燒—磁選回收鐵工藝研究

1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2016.07.004銅冶煉渣選銅尾礦還原焙燒磁選回收鐵工藝研究朱茂蘭1,2，熊家春3，胡志彪2，童長青2，王瑞祥3(1.江西理工大學(xué) 應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，江西贛州 341000；2.龍巖學(xué)院 化學(xué)與材料學(xué)院，福建龍巖 364012；3.江西理工大學(xué) 冶金與化學(xué)工程學(xué)院，江西贛州 341000)摘要：以炭粉為還原劑，通過還原焙燒磁選工藝從銅冶煉渣選銅尾礦中回收鐵，考察了影響鐵回收效果的主要工藝參數(shù)，并通過試驗驗證。結(jié)果表明，在炭粉用量為銅渣量的25%、氧化鈣用量為銅渣量的10%、焙燒溫度1 300 、焙燒時間1.5 h、焙燒產(chǎn)物磨細(xì)度為-0.

2、074 mm占55%的條件下，磁選精礦（即還原鐵粉）鐵含量可達92.16%，尾礦鐵含量可降低至3.91%，鐵回收率87.65%。關(guān)鍵詞：銅冶煉渣；還原焙燒；磁選；回收；鐵中圖分類號：TF111.13文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1007-7545（2016）07-0000-00Iron Recovery from Copper Tailings of Copper Smelting Slag with Reduction Roasting and Magnetic SeparationZHU Mao-lan1,2, XIONG Jia-chun3, HU Zhi-biao2, TONG Chang-

3、qing2, WANG Rui-xiang3(1, School of Applied Sciences, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 34l000, Jiangxi, China；2. College of Chemistry and Materials Science, Longyan University, Longyan 364012, Fujian, China; 3. Faculty of Metallurgy and Chemistry, Jiangxi University of Science a

4、nd Technology, Ganzhou 34l000, Jiangxi, China)Abstract：Iron was recovered from copper tailings of copper smelting slag by reduction roasting and magnetic separation with powdered carbon as reductant. Effect of parameters on iron recovery was investigated and verified with experiments. The results sh

5、ow that content of iron in magnetic concentrate is 92.16% and that of iron in gangue drops to 3.91% with iron recovery of 87.65% under the optimum conditions including dosage of carbon powder and CaO of 25% and 10% of slag amount respectively, roasting temperature of 1 300 , roasting time of 1.5 h,

6、and size of roasted product of -0.074 mm of 55%.Key words：copper smelting slag; reduction roasting; magnetic separation; iron; recovery目前火法煉銅產(chǎn)量占銅產(chǎn)量的80%以上1?；鸱掋~產(chǎn)生大量爐渣，其中含有銅、鐵、鋅、鉛、鎳、鈷、金、銀等有價金屬元素，不同冶煉工藝產(chǎn)生的銅渣成分略有差別，但其主要成分銅、鐵含量分別為0.7%0.9%、38%41%，均高于一般礦石品位，具有較高的經(jīng)濟價值。從爐渣中回收有價金屬主要有火法貧化2、濕法分離3和爐渣選礦4等方法。爐渣中鐵主

7、要以鐵橄欖石(Fe2SiO4)形式存在，采用傳統(tǒng)方法難以有效回收，通常富集到選銅尾礦中。從選銅尾礦中回收鐵的方法有高溫脫硅富集磁鐵礦磁選回收鐵法5-6、熔融還原提鐵法7-8、選擇性析出提鐵法9、直接還原磁選法10。其中，直接還原技術(shù)是將鐵的氧化物用還原劑在低于鐵熔化溫度下還原成高品位鐵，再通過磨礦的方法將金屬鐵單體解離，最后經(jīng)過磁選回收金屬鐵。楊慧芳等11以褐煤為還原劑，對水淬銅渣進行直接還原，獲得鐵品位92.05%、回收率81.01%的直接還原鐵粉，李鳳廉等12通過兩步法直接還原，也取得了較好的效果。本文以銅冶煉渣浮選尾礦為原料，通過還原焙燒磁選工藝回收金屬鐵，研究焙燒工藝條件對鐵回收率的影

8、響，并對還原焙燒工藝條件進行優(yōu)化。1 試驗1.1 試驗原料試驗樣品取自銅冶煉廠冶煉渣選銅尾礦，樣品經(jīng)烘干、制樣后，取樣分析其主要化學(xué)成分和鐵的化學(xué)物相。化學(xué)成分分析結(jié)果（%）：TFe 43.30、SiO2 29.82、Cu 0.27、CaO 1.73、Pb 1.03、Zn 2.91。鐵的化學(xué)物相分析結(jié)果（%）：金屬鐵0.12、磁性鐵36.46、硫化鐵0.12、硅酸鐵49.51、氧化物鐵13.79。其余原料為炭粉和石灰。收稿日期：2015-12-09基金項目：江西省教育廳科技計劃項目(GJJl4413)作者簡介：朱茂蘭（1978-），女，江西贛州人，碩士，講師.1.2 試驗原理銅渣工藝礦物學(xué)研究

9、表明，銅渣中的鐵大多以鐵橄欖石Fe2SiO4形式存在，需將其轉(zhuǎn)變成Fe3O4或金屬鐵，便于磁選回收。文獻13對此銅渣中Fe2SiO4和Fe3O4在直接還原過程中的還原行為進行了詳細(xì)分析，根據(jù)該分析結(jié)果，為實現(xiàn)Fe3O4和Fe2SiO4的直接還原，在確保還原氣氛的前提下，可采用加入適量氧化鈣并控制好還原溫度和時間。1.3 試驗方法根據(jù)試驗要求，將銅冶煉渣選銅尾礦、炭粉和石灰按合適比例混勻后裝入石墨坩堝，設(shè)置馬弗爐升溫和保溫程序，當(dāng)溫度升到距設(shè)定溫度50 時，蓋上坩堝蓋，夾入馬弗爐中進行還原焙燒。焙燒完成后從馬弗爐中取出在空氣中自然冷卻，細(xì)磨至一定粒度后進行磁選，磁選精礦和尾礦干燥后稱重，分析其中

10、的鐵含量，計算鐵回收率。2 結(jié)果與討論2.1 炭粉用量的影響稱取300 g選銅尾礦，氧化鈣用量為尾礦量的15%，改變炭粉用量（以尾礦量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計），在1 300 焙燒1.5 h。焙燒產(chǎn)物冷卻后細(xì)磨至-0.074 mm占55%，然后進行磁選，試驗結(jié)果如圖1所示。圖1 炭粉添加量對鐵回收率的影響Fig.1 Effect of dosage of powdered carbon on iron recovery由圖1可看出，隨著炭粉用量的增大，鐵回收率先降低后增大，隨后趨于平穩(wěn)。炭粉用量對渣中鐵回收率有較大影響，炭粉用量過低時，還原氣氛不夠，還原不充分，銅渣中的鐵礦物不能被充分還原成金屬鐵，導(dǎo)致鐵

11、回收率低；炭粉用量過高，既浪費炭粉，同時阻礙還原析出金屬鐵相的聚集、長大，給磁選操作帶來困難。綜合考慮，確定炭粉用量為銅渣量的25%。2.2 氧化鈣用量的影響炭粉用量為尾礦量的25%，改變氧化鈣用量，其余條件同2.2節(jié)，試驗結(jié)果見圖2。圖2 氧化鈣添加量對鐵回收率的影響Fig.2 Effect of dosage of CaO on iron recovery從圖2可知，隨著氧化鈣用量的增大，鐵回收率先增后降。原因是，選銅尾礦還原焙燒時，加入氧化鈣造渣，促進Fe2SiO4還原；過多氧化鈣的加入將提高渣相熔點，影響反應(yīng)溫度及熔體黏度，同時使固態(tài)渣相呈疏松結(jié)構(gòu)，不利于金屬鐵顆粒的聚集成大。綜合考慮

12、，確定氧化鈣用量為尾礦量的10%。2.3 焙燒時間的影響炭粉用量為尾礦量的25%，氧化鈣用量為尾礦量的10%，焙燒時間對鐵回收率的影響如圖3所示。圖3 焙燒時間對鐵回收率的影響Fig.3 Effect of roasting time on iron recovery圖3表明，磁選精礦中的鐵含量和鐵回收率隨著焙燒時間的延長都呈現(xiàn)先增大而后趨于平穩(wěn)；當(dāng)焙燒時間達到1.5 h時，鐵回收率為87.65%；繼續(xù)延長焙燒時間，鐵回收率提高的不多。因此，銅渣還原焙燒時間選擇1.5 h。2.4 焙燒溫度的影響炭粉用量為尾礦量的25%，氧化鈣用量為尾礦量的10%，焙燒1.5h，焙燒溫度對鐵回收率的影響見圖4。

13、圖4 焙燒溫度對鐵回收率的影響Fig.4 Effect of roasting temperature on iron recovery從圖4可看出，隨著焙燒溫度的升高，鐵的回收率總體呈增大趨勢。當(dāng)焙燒溫度為1 300 時，鐵回收率為87.65%；繼續(xù)提高焙燒溫度，鐵回收率趨于穩(wěn)定。因此，焙燒溫度選擇1 300 。2.5 焙燒產(chǎn)物細(xì)度的影響炭粉用量為尾礦量的25%，氧化鈣用量為尾礦量的10%，焙燒溫度1 300 ，焙燒時間1.5 h。不同焙燒產(chǎn)物細(xì)度的試驗結(jié)果如圖5所示。圖5 焙燒產(chǎn)物粒度對鐵回收率的影響Fig.5 Effect of size of roasting product on i

14、ron recovery由圖5可見，隨著焙燒產(chǎn)物磨細(xì)度的增大，鐵回收率均呈先上升后略有下降的趨勢。隨著磨細(xì)度增加，金屬鐵顆粒的單體解離度增大，但磨細(xì)度過大時，細(xì)?；ハ鄪A帶，易造成細(xì)粒金屬鐵的機械損失，從而降低鐵回收率13。因此，最佳磨細(xì)度為-0.074 mm占55%，此時鐵回收率為87.65%。2.6 驗證試驗在上述優(yōu)化試驗的基礎(chǔ)上，進行銅渣回收鐵資源綜合條件驗證試驗。稱取300 g選銅尾礦，炭粉用量為尾礦量的25%，氧化鈣用量為尾礦量的10%，焙燒溫度1 300 ，焙燒時間1.5 h，焙燒產(chǎn)物冷卻后細(xì)磨至-0.074 mm占55%，試驗結(jié)果見表1。表1 綜合條件試驗結(jié)果Table 1 Res

15、ult of comprehensive experiment /%編號焙砂產(chǎn)率精礦含鐵尾礦含鐵鐵回收率尾礦其他元素PSSiO2CuPbZn170.7192.263.9887.78<0.010.142.410.50.020.012271.8891.893.8688.12<0.010.172.600.6<0.010.018綜合條件試驗結(jié)果表明，在上述條件下，磁選精礦（即還原鐵粉）的鐵含量可達92%左右，磁選尾礦的鐵含量可降低至3.9%左右，鐵回收率88%左右，而且試驗結(jié)果的重現(xiàn)性好。從表1還可以看出，還原焙燒過程中銅大部分富集在鐵合金顆粒中，鉛和鋅基本上揮發(fā)完全，采用還原焙燒磁

16、選工藝可以較好地回收銅冶煉渣中的鐵、銅等有價金屬。還原鐵粉中的銅含量較高，可作為市場需求良好的結(jié)構(gòu)鋼的冶煉原料出售。3 結(jié)論采用還原焙燒磁選工藝回收銅冶煉渣選銅尾礦中的鐵、銅等有價金屬的優(yōu)化工藝條件為：炭粉用量為銅渣量的25%、氧化鈣用量為銅渣量的10%、焙燒溫度1 300 、焙燒時間1.5 h、焙燒產(chǎn)物粒度-0.074 mm占55%。在上述工藝條件下，磁選精礦（即還原鐵粉）的鐵含量可達92.16%，尾礦的鐵含量可降低至3.91%，鐵回收率達87.65%。參考文獻1 楊慧芬，袁運波，張露，等. 銅渣中鐵銅組分回收利用現(xiàn)狀及建議J. 金屬礦山，2012(5)：165-168.2 昂正同. 降低閃

17、速熔煉渣含銅實踐J. 礦冶工程，2002，22（5）：15-17.3 陳文波，韓曉龍，趙宏，等. 濕法煉鋅多金屬銅渣的綜合利用新工藝研究J. 有色金屬（冶煉部分），2014(6)：22-25.4 紅軍. 含銅爐渣晶相調(diào)控浮選新工藝研究J. 有色金屬(選礦部分)，2012（6）：16-19.5 楊濤，胡建杭，王華，等. 銅電爐冶煉貧化渣焙燒富集Fe3O4J. 過程工程學(xué)報，201l，11(4)：613-618.6 龐建明，郭培民，趙沛. 銅渣低溫還原與晶粒長大新技術(shù)J. 有色金屬（冶煉部分），2013(3)：51-53.7 李磊，胡建杭，王華. 銅渣熔融還原煉鐵過程反應(yīng)熱力學(xué)分析J. 材料導(dǎo)報，201l，25(7)：114-117.8 HU Jianhang，WANG Hua，LI Lei. Recovery of iron from copper slag by melting reduction C. 2011 International Conference on Computer, Electrical Systems Sciences and Engineering，2011：541-543.9 劉綱，朱榮，王昌安.