利用銅鎳渣中有價元素直接冶煉特種不銹鋼ppt課件

1、利用銅鎳渣中有價元素直接冶煉特種不銹鋼1923 2021東北大學東北大學 張廷安張廷安 教授教授報告人：牛麗萍報告人：牛麗萍 副教授副教授1 t 銅 2. 2 t 銅渣萬t2001-2021年我國銅產量變化表表1 各種冶各種冶煉煉方法的方法的銅銅渣化學渣化學組組成成質質量分數，量分數，% 冶煉方法CuFeFe3O4SiO2SAl2O3CaOMgO密閉鼓風爐0.4229-38-7.5110.74奧托昆普閃速爐(渣不貧化)1.544.411.826.61.6-奧托昆普閃速爐(渣貧化)0.7844.06-29.71.47.80.6-Inco閃速爐熔煉0.944.010.8331.14.721.731

2、.61諾蘭達熔煉2.6401525.11.75.01.51.5瓦紐柯夫熔煉0.540534-4.22.61.4白銀法熔煉0.45353.15350.73.381.4特尼恩特轉爐熔煉4.6432026.50.8-艾薩爐0.736.616.5531.480.843.644.371.98澳斯麥特熔煉0.65347.5312.87.55.0-三菱法熔煉0.638.2-3220.62.95.9-工業(yè)開采檔次工業(yè)開采檔次0.4-0.525-30Cu-Fe-S-O-SiO2系系1523K的的lgPO2-lgPS2YazawaJ.M.ToguriCu%=29.73Cu2O0.5銅熔煉的氧勢銅熔煉的氧勢- -硫

3、勢圖硫勢圖STSSTST=1573KT=1573K占2021年銅產量1.24%占2021年鎳產量29.97%占2021年鋼鐵產量1.28%堆存銅渣中主要有價金屬含量占堆存銅渣中主要有價金屬含量占20212021年各金屬總產量的百分比年各金屬總產量的百分比按照渣含按照渣含Cu 0.32%Cu 0.32%，Ni 0.36%Ni 0.36%，Fe 36.8%Fe 36.8%計算計算n 我國每年因銅冶煉產出的銅渣約1 500 萬tn 目前我國銅渣的累計堆積量達2 500多萬t，銅渣攜帶熱量銅渣攜帶熱量1150-1250銅渣室溫25比比熱熱容容1.1kJ1.1kJkg-1kg-1水淬水淬按2021年銅產

4、量來計算熔煉渣攜帶的熱量損失:1.11013-1.21013kJ 標煤熱值29271.2kJkg-1年經濟損失：2.1億元55萬噸煤工業(yè)運用的銅渣貧化方法工業(yè)運用的銅渣貧化方法電爐貧化法D.G.Pannell對世界47 個銅冶煉廠的調研，火法殘渣含銅0.66%熱態(tài)熔煉渣貧化電爐靜置爐渣冰銅吹煉水淬復原劑黃銅礦、碎煤復原劑黃銅礦、碎煤貧化原理貧化原理降低渣中磁性降低渣中磁性Fe3O4Fe3O4含量含量渣中渣中Fe3O4Fe3O4含量對含量對CuCu、NiNi、CoCo在冰在冰銅與渣間分配系數的影響銅與渣間分配系數的影響CuNi降低爐渣黏度、密度，改善渣降低爐渣黏度、密度，改善渣的分別性質的分別性

5、質熔煉渣與銅锍分別熔煉渣與銅锍分別銅锍液滴電銅锍液滴電毛細運動毛細運動利于銅锍液利于銅锍液滴凝聚長大滴凝聚長大工業(yè)運用的銅渣貧化方法工業(yè)運用的銅渣貧化方法n 硫化物方式銅有較好的回收效果;n 氧化物方式存在的銅效果較差爐渣選礦法n D.G.Pannell對世界47 個銅冶煉廠的調研浮選法殘渣含銅0.51%金川集團公司110萬噸/年銅爐渣選礦工程 1萬t銅/年=200萬噸Cu 0.5%/年中型銅礦山產能，銷售收入5億元 選礦法選礦法貧化后貧化后CuCu的含量的含量火法貧化火法貧化電爐貧化電爐貧化貧化后貧化后CuCu的含量的含量反射爐貧化反射爐貧化貧化后貧化后FeFe的含量的含量方圓公司方圓公司0

6、.3%0.3%左右左右銅陵有色金屬銅陵有色金屬集團金昌冶煉集團金昌冶煉廠廠0.66%0.66%左右左右智利的卡列托勒智利的卡列托勒斯煉銅廠斯煉銅廠磁性氧化磁性氧化鐵礦物含鐵礦物含量降低到量降低到10%10%大冶有色金屬大冶有色金屬公司冶煉廠公司冶煉廠貴溪冶煉廠貴溪冶煉廠日本小名洪冶煉日本小名洪冶煉廠廠小坂冶煉廠小坂冶煉廠金隆銅業(yè)公司金隆銅業(yè)公司肯尼科特公司肯尼科特公司金川集團銅冶金川集團銅冶煉廠煉廠表表 目前工業(yè)上采用的主要的銅渣貧化方法目前工業(yè)上采用的主要的銅渣貧化方法銅渣貧化提銅研討進展銅渣貧化提銅研討進展n 東北大學張林楠等熔融復原含銅5%的銅渣加炭粉、通惰性氣體攪拌復原以降低銅渣中Fe

7、3O4含量，殘渣含銅降至0.35% 以下;n湖南有色金屬研討院陳海清等強化貧化法復原硫化攪拌提溫對含銅1.277% 的銅渣在溫度為1300 時，參與黃鐵礦、碎煤，采用鼓風攪拌等措施，使殘渣中含銅降低到0.466%；n昆明理工大學杜清枝等開發(fā)爐渣真空貧化技術,使諾蘭達富氧熔池爐渣1/22/3的渣層含銅量從5%降到0.5%以下。銅渣提鐵研討進展銅渣提鐵研討進展n 北京科技大學楊慧芬褐煤為復原劑，采用直接復原磁選方法獲得鐵檔次為92.05%、回收率為81.01%的直接復原鐵;n 東北大學曹洪楊用高溫氧化改性-磁選分別得到54%()的鐵精礦，回收率為90%左右；n 昆明理工大學李磊等采用銅渣熔融復原煉

8、鐵，煤粉做復原劑，鐵收率提高至95.8%；n 金川公司2021年與中國恩菲工程公司、中冶東方工程公司、西安建筑科技大學結合完成“金川鎳銅熔融渣復原提鐵消費合金鋼工程的預可研報告 銅渣提銅鐵研討進展銅渣提銅鐵研討進展羅光亮等提出的“兩步法思緒第一步：低溫回收銅；第二步：高溫回收銅鐵合金粉狀、粒狀非焦煤粉狀、粒狀非焦煤利用銅鎳渣中有價元素直接冶煉特種不銹鋼利用銅鎳渣中有價元素直接冶煉特種不銹鋼一種從冶一種從冶煉銅煉銅渣中直接復原回收渣中直接復原回收銅鐵銅鐵的的方法：方法：202110364451.4202110364451.4利用銅鎳渣中有價元素直接冶煉特種利用銅鎳渣中有價元素直接冶煉特種不銹鋼工

9、藝流程圖不銹鋼工藝流程圖熔融貧化渣熔融貧化渣 造渣劑造渣劑天然氣天然氣( (煤氣、煤氣、水煤氣、水煤氣、H2H2、CO)CO)渣金分別渣金分別熔融態(tài)復原熔融態(tài)復原含銅鐵水含銅鐵水收塵收塵鋅鉛等鋅鉛等復原渣復原渣特種不銹鋼冶煉特種不銹鋼冶煉合金元素合金元素水泥水泥煉鋼渣煉鋼渣水泥水泥加工熱處置加工熱處置含銅抗菌不銹鋼含銅抗菌不銹鋼含銅抗菌不銹鋼用途與價錢含銅抗菌不銹鋼用途與價錢寶鋼質量冷軋不銹鋼板寶鋼質量冷軋不銹鋼板含銅抗菌食品級不銹鋼含銅抗菌食品級不銹鋼06Cr18Ni9Cu306Cr18Ni9Cu338.0038.00元元/ /千克千克 不銹鋼卷板 鐵素體含銅抗菌不銹鋼06Cr17Cu228

10、.00元/千克 兼具構造、耐蝕和抗菌功能于一體的新型資料，可廣泛運用于人們的兼具構造、耐蝕和抗菌功能于一體的新型資料，可廣泛運用于人們的日常生活中的潔具、餐具、食品衛(wèi)生業(yè)、公共設備及醫(yī)療器械等領域，具日常生活中的潔具、餐具、食品衛(wèi)生業(yè)、公共設備及醫(yī)療器械等領域，具有寬廣的市場運用前景。有寬廣的市場運用前景。 含銅抗菌不銹鋼成分及部分要求含銅抗菌不銹鋼成分及部分要求類類型型一致數一致數字代號字代號 牌號牌號化學成分化學成分CSiMnPSNiCrCu奧奧氏氏體體S3048006Cr18Ni9Cu20.071.002.000.0350.0308.011.017.019.01.52.5S3048806

11、Cr18Ni9Cu30.071.002.000.0350.0308.011.017.019.02.54.0鐵鐵素素體體S1178806Cr17Cu20.080.751.000.0350.0300.6016.018.01.02.5S11283022Cu12Cu20.030.751.000.0350.0300.6011.013.51.02.5馬馬氏氏體體S4208020Cu13Cu30.160.251.001.000.0350.0300.6012.014.02.54.0S4208830Cu13Cu30.260.351.001.000.0350.0300.6012.014.02.54.0對對以上以上

12、鋼鋼種抗菌率要求：種抗菌率要求：對對大大腸腸桿菌要求抗菌率桿菌要求抗菌率90%90%； ；對對金黃色葡萄球菌抗菌率金黃色葡萄球菌抗菌率90%90% 2021年7月1日。我國行業(yè)規(guī)范YB/T4171-2021含銅抗菌不銹鋼規(guī)范正式實施。該規(guī)范規(guī)定以下含銅抗菌不銹鋼，并做出明確要求。 含銅抗菌不銹鋼抗菌性:以微量的Cu從鋼中析出并在向細菌進攻的過程中顯現出來的.含銅不銹鋼的抗菌原理作用表示圖含銅不銹鋼的抗菌原理作用表示圖馬氏體抗菌不銹鋼的殺菌效果馬氏體抗菌不銹鋼的殺菌效果大腸桿菌菌液與抗菌不銹鋼接觸大腸桿菌菌液與抗菌不銹鋼接觸24 h 24 h 后后再經過培育的結果，細菌被全部殺死再經過培育的結果

13、，細菌被全部殺死對照組馬氏體不銹鋼析出相的馬氏體不銹鋼析出相的TEMTEM圖圖優(yōu)勢區(qū)圖優(yōu)勢區(qū)圖-5-4-3-2-1012345-5-4-3-2-101234lgpH2O(g)lgpH2(g)NiONiFe2O3 CuOFe3O4Cu2OCuFeOFe-8-7-6-5-4-3-2-1012345-8-7-6-5-4-3-2-1012345Fe3O4NiNiOlgpCO2(g)lgpCO(g) Fe2O3CuOCu2OCuFeOFeCu-Ni-Fe-C-OCu-Ni-Fe-C-O優(yōu)勢圖優(yōu)勢圖Cu-Ni-Fe-H-OCu-Ni-Fe-H-O優(yōu)勢圖優(yōu)勢圖80010001200140016001800-

14、40-20020406080100120140 反應熱，kJ/mol溫度，K=0=0.2=0.4=0.6=0.8=1.0銅渣貧化過程反響熱計算銅渣貧化過程反響熱計算 銅渣中鐵橄欖石復原過程的反響熱隨溫度的變化 1實驗溫度設定在13001500之間，鐵橄欖石復原反響過程吸放熱與產物是CO、CO2有關，當0.4時，反響放熱，當0.6時，反響吸熱，反響過程中需求補充熱量。(2) 在實驗反響溫度區(qū)間，反響吸放熱量較小，小于30kJ/mol，對實驗過程中熱量動搖影響不大。元素元素CuNiCoSSiO2MgOCaOAl2O3FeFeFeOFe2O3含量含量0.320.390.080.6733.526.92

15、1.431.03339.81.8738.7811.13 金川銅鎳閃速熔煉水淬渣化學成分金川銅鎳閃速熔煉水淬渣化學成分 wt% wt%金川銅鎳渣的金屬實際化學成分金川銅鎳渣的金屬實際化學成分 含銅抗菌馬氏體不銹鋼化學成分含銅抗菌馬氏體不銹鋼化學成分 冶煉抗菌不銹鋼新方法經濟分析貧化冶煉抗菌不銹鋼新方法經濟分析貧化1t1t銅鎳渣銅鎳渣經濟效益分析對比經濟效益分析對比元提鐵價值提鐵價值提銅價值提銅價值提鎳價值提鎳價值煉含銅抗菌煉含銅抗菌不銹鋼價值不銹鋼價值組分組分TFeFeOZnCuSAl2O3CaOMgOSiO2含量含量/%40.6542.205.080.881.632.153.641.1030.

16、22020406080100-50005001000150020002500 Intensity2/-Fe3O4-Fe2SiO4圖圖 銅銅渣渣XRDXRD分析分析圖譜圖譜表表 銅銅渣多元素分析渣多元素分析結結果果銅渣工藝礦物學特征熱力學分析復原復原過過程的主要化學反響：程的主要化學反響：CH4(g) C+2H2(g)CH4(g) C+2H2(g)2FeO2FeOSiO2 + 2C + CaO = CaSiO3 + 2Fe + 2CO(g)SiO2 + 2C + CaO = CaSiO3 + 2Fe + 2CO(g)Fe3O4 + 4C = 3Fe + 4CO(g) Fe3O4 + 4C = 3

17、Fe + 4CO(g) Cu2O + C = 2Cu + CO(g) Cu2O + C = 2Cu + CO(g) 2FeO2FeOSiO2 +2H2(g) + CaO = CaSiO3 + 2Fe + 2H2O(g)SiO2 +2H2(g) + CaO = CaSiO3 + 2Fe + 2H2O(g)Fe3O4 + 4H2(g) = 3Fe + 4H2O(g) Fe3O4 + 4H2(g) = 3Fe + 4H2O(g) Cu2O + H2(g) = 2Cu + H2O(g)Cu2O + H2(g) = 2Cu + H2O(g)52340060080010001200140016001800

18、200022002400-500-400-300-200-1000100200300400500 標 準 吉布斯自 由能，kJ/mol溫度，KSiO2MoO3PbOBaOSiO2MoO3PbOBaO40060080010001200140016001800200022002400-500-450-400-350-300-250-200-150-100-50050100150200 標 準 吉布斯自 由能，kJ/mol溫度，KFe3O4Fe3O4Fe2SiO4CuOCu2OZnOFe3O4Fe3O4Fe2SiO4CuOCu2OZnO圖圖4 4 銅銅渣中化合物的渣中化合物的規(guī)規(guī)范自在能隨溫度的范自

19、在能隨溫度的變變化化 在在1300150013001500， ，銅銅渣中渣中銅銅、 、鐵鐵等的氧化物可以被復原出來，等的氧化物可以被復原出來，而而SiO2SiO2、 、PbOPbO等化合物不能被復原；等化合物不能被復原；T954KT954K時時，反響中碳氧化，反響中碳氧化產產物以物以COCO為為主，反之以主，反之以CO2CO2為為主。主。熱力學分析C 復原Fe2O3的平衡圖 C 復原Fe3O4的平衡圖H2復原Fe2O3的平衡圖 H2復原Fe3O4的平衡圖熱力學計算平衡氣相組成優(yōu)勢區(qū)圖在1425下，不同CO分壓和不同CO2分壓下，Cu相、CuO相、Cu2O相和Fe相、FeO相、Fe3O4相、Fe

20、2O3的存在區(qū)域。 在1425下，不同CO分壓和不同CO2分壓下，Cu相、CuO相、Cu2O相和Fe相、FeO相、Fe3O4相、Fe2O3的存在區(qū)域。 -8-7-6-5-4-3-2-1012345-8-7-6-5-4-3-2-1012345Fe2O3Cu2OCuOFe3O4CuFeOFe lgpCO2(g)lgpCO(g)Cu-C-O和Fe-C-O優(yōu)勢圖-5-4-3-2-1012345-5-4-3-2-101234FeOCuOCu2OFe3O4CuFe lgpH2O(g)lgpH2(g)Cu-H-O和 Fe-H-O優(yōu)勢圖反響溫度對結果的影響反響溫度對結果的影響 堿度為堿度為1.01.0，天然氣

21、流量為，天然氣流量為117ml/min117ml/min，通入量為實際量的，通入量為實際量的1.31.3倍，渣金分別保倍，渣金分別保溫時間為溫時間為30min30min，反響溫度分別取，反響溫度分別取14001400、14251425、14501450、14751475； 圖圖 溫度溫度對銅對銅渣中金屬收率的影響渣中金屬收率的影響實驗室研討結果14251425時時金屬收率金屬收率94.09%,94.09%,渣中金屬含量渣中金屬含量1.21%,1.21%,溫度溫度繼續(xù)繼續(xù)添加添加, ,金屬收率根本金屬收率根本堅堅持不持不變變。 。139014001410142014301440145014601

22、4701480767880828486889092949698100 金屬還原率 金屬還原率/%反應溫度/012345678910 (Fe)%(Fe)%/%選選取適宜的反響溫度取適宜的反響溫度選擇為選擇為14251425。 。渣中金屬堿度對結果的影響堿度對結果的影響0.60.70.80.91.01.11.280828486889092949698100 金屬收率 金屬收率/%堿度 R012345678910 (M)%(M)%圖圖 堿度堿度對銅對銅渣中金屬收率的影響渣中金屬收率的影響實驗室研討結果反響溫度為1425，天然氣流量為117ml/min，通入量為實際用量的1.3倍，渣金分別保溫時間為3

23、0min，實驗中銅渣的堿度分別選取為：0.64、0.8、1.0、1.2 金屬收率隨著堿度的升高先添加后降低，當金屬收率隨著堿度的升高先添加后降低，當R=1.0R=1.0時時金屬收率到達極大金屬收率到達極大值值，渣中的金屬，渣中的金屬含量也最低。含量也最低。選選取適宜熔渣的堿度取適宜熔渣的堿度為為1.0 1.0 。 。渣中金屬渣金分別保溫時間對結果的影響渣金分別保溫時間對結果的影響圖圖 渣金分渣金分別時間對銅別時間對銅渣中金屬收率的影響渣中金屬收率的影響金屬收率隨著保溫時間的增長先添加后降低，t=30min時金屬收率到達極大值；保溫時間再延伸，那么導致金屬返熔，使收率降低。選取適宜的渣金分別時間

24、為30min 。0306090707580859095100 金屬收率 金屬收率/%保溫時間/min012345678910 (M)%(M)%/%實驗室研討結果反響溫度為1425，銅渣堿度為1.0，天然氣流量為117ml/min，通入量為實際用量的1.3倍，實驗中渣金分別保溫時間分別選取為0min、30min、60min、90min。 渣中金屬通氣量對結果的影響圖圖13 13 通氣量通氣量對銅對銅渣中金屬收率的影響渣中金屬收率的影響通入量是實際量的1.3倍時金屬收率已到達很大，渣中的殘留金屬也很少；通氣量繼續(xù)添加，金屬收率根本堅持不變，但會使天然氣利用率降低。1.01.21.41.61.82.

25、0767880828486889092949698100 金屬收率 金屬收率/%通氣量/理論量012345678910 (M)%(M)%/%實驗室研討結果反響溫度為1425，銅渣堿度為1.0，實驗后渣金分別保溫時間為30min，通入量分別為實際用量的1.0倍、1.3倍、1.6倍、2.0倍。 渣中金屬堿度堿度R R溫度溫度/通氣量通氣量/ /實實際量際量保溫時間保溫時間/min/min金屬收率金屬收率/%/%驗證驗證1 11 1142514251.31.3303094.67 94.67 驗證驗證2 20.60.6142514251.31.3303083.77 83.77 驗證驗證3 31 1142514251.31.3606095.86 95.86 驗證驗證4 41 1142514252 2303095.4495.44表表 驗證實驗驗證實驗120g銅渣進展反響適宜工藝條件為：反響溫度