本发明属于冶金工业领域，更具体的，涉及一种高铜铁料中铜元素有效分离的方法。
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：高铜铁料来源很多，如在火法炼锌过程中生成大量的高铜积铁，其中铜含量最高可达15％，在工程机械拆解件中，存在大量铜包铁物料，在废旧电子配件中也存在大量的含铜铁料。由于这类物料中铜含量不稳定，并且含有其它杂质，无法作为铜铁合金使用。如直接作为炼钢原料，则会造成钢铁制品中铜元素超标，影响产品质量，同时也是对铜元素的浪费。因此，急需寻求一种能有效分离高铜铁料中铜铁元素的方法。目前，对于钢铁材料进行脱铜处理的方法研究较多，主要可以归纳为：硫化物熔剂脱铜、金属溶液脱铜、真空脱铜及氯化脱铜。其中，金属溶液脱铜法是一种用于处理钢铁材料表面铜的方法，其主要是利用铜的熔点远低于铁的特点，在相对低温的条件下使废钢表面的铜溶于金属熔液(这里的金属熔液主要为铝、银、铅等)而分离，此种方法目前仍处于研究阶段，并且只能使铁料表面的铜进行分离。真空脱铜法和氯化脱铜法均是采用蒸发分离的方式脱铜，在高温条件下促进钢中铜元素形成cu或cuh蒸气而分离，此类方法脱铜速率缓慢，当铁料中铜含量降低至一定程度后难以继续进行，并容易对生产环境造成污染，至今没有在工业上进行应用。目前来看，采用硫化物熔剂脱铜是最合适的铁料脱铜处理的方法，此方法主要是利用铜在熔剂和钢铁熔液之间的分配平衡进行脱铜处理。王建军等人在实验室中进行了硫化物脱铜的相关实验研究，结果表明，在采用fes进行铁水脱铜时，平衡状态下铁水中的脱铜率可达到70％。但该实验达到反应平衡所需时间很长，在钢铁连续生产过程中难以实现(王建军，郭上型，周俐，李强.钢液脱铜的渣系研究[j].安徽工业大学学报，2009，26(2)：114～117)。为了提高采用硫化物熔剂脱铜处理的速度，在短时间内获得高的脱铜率，专利文献(公开号为cn101960023a，
专利名称：“去除钢屑中铜的方法”)中提到一种采用钢屑加碳熔融作为炼钢原料时的脱铜处理方法，采用机械搅拌或喷射冶金的方法进行脱铜，加快脱铜剂在铁水和熔渣内部的传质速度，提高反应速率。但专利文献1中采用阐述的脱铜处理方法，优先处理1250℃～1350℃的铁水，由于在处理过程中脱铜剂的加入吸热，并伴随着搅拌降温。为防止炉渣和铁水温度过低而导致的流动性变差的问题，在处理过程中脱铜剂的加入量不能过大，这就限制其只能处理含铜量在1.0％以下的铁水，而对铜含量高于1.0％的铁水无法处理。并且在搅拌脱硫过程中需要加入大量的na2s作为助熔剂，脱铜成本高。而为了降低成本在专利中写到使用na2co3和硫—铁合金代替，但na2co3在使用过程中会放出大量二氧化碳气体，反应剧烈，在机械搅拌过程中容易引起铁水的翻腾，导致喷溅。因此，上述专利文献1中公开的技术在实用化方面还存在需要优化的地方。技术实现要素：为了解决
背景技术：
中提及的问题，本发明提供一种高铜铁料中铜元素有效分离的方法，对高铜铁料进行分批多次脱铜处理，在脱铜过程中进行机械搅拌以提高脱铜率，脱铜渣可直接作为炼铜原料使用，在脱铜结束后对铁水进行脱硫处理，以保证铁水中硫含量达标。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种高铜铁料中铜元素有效分离的方法，包括以下步骤：s1.根据高铜铁料中铜含量的不同，将高铜铁料分成n批(4≥n≥1)，将第1批高铜铁料熔化后扒除浮渣；s2.当n＝1时，对步骤s1所得物料进行脱铜处理，脱铜处理需加脱铜剂，脱铜处理后进行扒渣得到脱铜渣，所述脱铜渣可直接作为炼铜原料；当n大于1时，对步骤s1所得物料进行脱铜处理，脱铜处理需加脱铜剂，脱铜处理后进行扒渣得到脱铜渣，所述脱铜渣可直接作为炼铜原料；随后往脱铜处理后物料中加入第2批高铜铁料，物料的高温可加速第2批高铜铁料的熔化，熔化后扒除浮渣，随后加入脱铜剂进行脱铜处理，然后进行扒渣处理分离出脱铜渣；循环上述处理至第n批高铜铁料；s3.分批多次脱铜处理之后，往步骤s2所得物料中加入脱硫剂进行脱硫处理，脱硫处理后得到铁水，脱硫渣可返回步骤s2作为脱铜剂使用；优选地，步骤2所述脱铜处理温度为1233～1534℃。进一步优选地，步骤s2所述脱铜处理温度为1355～1509℃，更优选地，所述脱铜处理温度为1436～1509℃。优选地，步骤s2所述脱铜剂主要成分为fes或fes2，每次脱铜处理时所述脱铜剂的加入量为50～200kg/t，脱铜剂中硫含量要求大于30％，脱铜剂中水分含量不能超过1％，脱铜剂粒度在0.5～2.5mm之间的部分不能低于总量的80％，粒径大于3mm的占总量的10％以下，脱铜剂加入时间控制在2～5min以内。优选地，步骤s1扒除浮渣后和步骤s2扒渣后，都需对铁水进行搅拌，步骤s2所述脱铜剂在搅拌漩涡刚形成时加入铁水中，每次脱铜处理搅拌10～15min后进行扒渣，扒渣时间控制在3min以内。其中，需按铁料条件和操作要求控制搅拌头插入深度和旋转速度，脱铜结束后扒渣过程控制在3min以内，是为了防止在浮渣中铜元素再次进入铁水。优选地，当物料粘度过大影响到搅拌时，需往铁水中加入适量助熔剂，所述助熔剂主要成分为caf2或na2s，所述助熔剂水分含量不能超过1％。现场操作中助熔剂的种类根据脱铜渣成分进行判断，当脱铜渣中硅钙总量超过30％时采用caf2作为助熔剂，反之则使用na2s为助熔剂。优选地，步骤s1和步骤s2在高铜铁料熔化过程中补入适量煤粉或焦粒，保证铁水中碳含量≥2％。在进行完一次脱铜处理扒渣结束后，立即投入下一批铁料进行熔化。当本炉次铁料全部熔化并脱铜处理结束后，进行脱硫处理。步骤s3所述脱硫处理时需进行搅拌，并在铁水形成漩涡时加入脱硫剂进行脱硫处理。优选地，步骤s3所述脱硫剂主要成分为cao、cac2和caf2三者中的一种或者多种，脱硫剂加入量为30～65kg/t。优选地，步骤s3在完成脱硫处理后，铁水可直接兑入高炉铁水或铸锭冷凝后作为炼钢原料使用，出铁时铁水保留15～20％在炉内以加快下一炉原料熔化速度，同时脱硫渣也留在炉内作为下一炉脱铜剂使用。铁水脱铜过程中主要发生以下(1)、(2)反应：2[cu]+(fes)＝(cu2s)+[fe](1)4[cu]+(fes2)＝2(cu2s)+[fe](2)化学反应(1)、(2)均为吸热反应，理论上温度越高越有利于反应的进行，但由于fes和fes2具有一定的挥发性，温度越高则其收得率越低，因此合适的温度范围(1400～1500℃)有利于脱铜处理的进行。铁水中碳含量可影响铜元素的活性系数，在脱铜剂一定的情况下，铁水中碳含量越高则脱铜率越高。因此，当原料中碳含量＜2％时，在脱铜处理过程中需加入煤粉或焦粒，以保证铁水中碳含量≥2％。并且搅拌头的强搅拌作用，可大大提高在脱铜反应中各元素的扩散速度，提高脱铜反应速率，改善其动力学条件，在短时间内获得高的脱铜率。本发明适用于铜含量为1～18％的高铜铁料，进一步地，本发明尤其适用于铜含量为7～9％的高铜铁料。相对现有技术，本发明的有益效果在于：本发明采用一种分批多次脱铜处理的方法，对高铜铁料中铜元素进行有效分离，能处理含铜量较高的高铜铁料。高铜铁料采用电炉或感应炉分批熔化，并在每次熔化后进行脱铜处理，脱铜处理过程中采用搅拌头进行强力搅拌，以加强脱铜剂与铁水接触面积，提高脱铜率，脱铜率最高可达90.51％，与现有技术达到的70％左右的脱铜率相比，把脱铜率提高了20％左右，而且现有技术适用于处理铜含量低的含铜铁料，本发明适用于铜含量1～18％的高铜铁料，适用性更广。其中，每次脱铜搅拌时间控制在10～15min，然后将生成的脱铜渣扒出。由于原料中铜含量高，加入脱铜剂搅拌后生成大量cus2进入渣中，所以得到的脱铜渣可直接作为炼铜原料使用。在多次脱铜处理结束后，对铁水进行脱硫处理，以保证脱硫处理后铁水中硫含量≤0.05％，可直接兑入高炉铁水中，或铸锭后冷凝作为炼钢原料使用。脱硫处理后的脱硫渣本身硫含量高，并具有较高温度，在出铁过程中全部留在炉内，作为下一炉脱铜剂使用，从而降低脱铜剂的用量，并减少脱铜处理过程中的温降。附图说明附图1为本发明的工艺流程图。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本发明。下述实施例仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。除非特别说明，下述实施例中使用的原材料和设备为本领域常规使用的原材料和设备。实施例1从热力学角度来看，脱铜反应是吸热反应，高温更加有利于反应的进行，但用于脱铜剂fes或fes2在高温条件下易挥发，当铁水温度过高时，脱铜剂的收得率下降，不利于脱铜的进行。为此，使用不同温度的高炉铁水进行脱铜处理试验，具体实施过程如下：本实施例实验在中频感应炉内进行，感应炉公称容量为1t，采用火法炼锌产生的积铁为原料，其中铜含量约为8.5％，铁含量约为78％，碳含量约为4.3％，其它为冶炼过程中炉渣混入，其主要成分为sio2，进行试验的铁水温度为1233℃，-每次物料重量约为0.8t。此次试验中n＝1，没有进行步骤s3的脱硫处理步骤，试验过程中采用fes作为脱铜剂，脱铜剂用量按160kg/t进行配入，实验步骤如下所示：s1.将铁料熔化后扒除浮渣，然后插入搅拌器进行搅拌；s2.当铁水中形漩涡时加入脱铜剂，脱铜剂的加入时间为1～2min，在搅拌15min后停止，进行扒渣，除去脱铜渣得到铁水。实施例2本实施例采用的原料和步骤与实施例1一致，实验参数与实施例1基本相同，不同之处在于实施例2进行试验的铁水温度为1291℃。实施例3本实施例采用的原料和步骤与实施例1一致，实验参数与实施例1基本相同，不同之处在于实施例2进行试验的铁水温度为1355℃。实施例4本实施例采用的原料和步骤与实施例1一致，实验参数与实施例1基本相同，不同之处在于实施例2进行试验的铁水温度为1387℃。实施例5本实施例采用的原料和步骤与实施例1一致，实验参数与实施例1基本相同，不同之处在于实施例2进行试验的铁水温度为1436℃。实施例6本实施例采用的原料和步骤与实施例1一致，实验参数与实施例1基本相同，不同之处在于实施例2进行试验的铁水温度为1478℃。实施例7本实施例采用的原料和步骤与实施例1一致，实验参数与实施例1基本相同，不同之处在于实施例2进行试验的铁水温度为1509℃。实施例8本实施例采用的原料和步骤与实施例1一致，实验参数与实施例1基本相同，不同之处在于实施例2进行试验的铁水温度为1534℃。实施例1～8实验结果分析试验期间对实施例1至实施例8最后得到的铁水进行测温取样分析，分析结果如表1所示。表1从表1中可以看出，实施例1和实施例2铁水处理前温度小于1300℃，在脱铜处理时脱铜率不足40％，特别是实施例1处理前铁水温度为1233℃，此时脱铜处理时脱铜率仅为29％，这是由于温度太低，铁水流动性变差，在脱铜过程中铁水和熔渣的传质速率慢，从而影响脱铜反应的进行。随着铁水温度的提高，脱铜率逐渐增加，当温度提高至1400℃后，脱铜率均在50％以上。实施例8中温度在1534℃时，脱铜率反而比试验7(炉内温度为1509℃)低，现场有明显so2气体的味道，说明脱铜剂有部分发生了分解，从而影响到脱铜率，并且此时为了维持炉内的温度，相应电耗高。因此，在脱铜处理过程中温度应该控制在1300～1500℃，其中1400～1500℃最佳，不宜超过1500℃。实施例9实施例9在中频感应炉内进行，感应炉公称容量为1t，采用机械拆解件产生的高铜铁料为原料，其中铜含量约为9.8％左右，进行试验的铁水温度在1400℃左右，通过补加焦粒使得铁水中碳含量为2％，每次物料重量约为0.8t，n＝1，试验过程中采用fes作为脱铜剂，脱铜剂用量均为178kg/t。具体实施过程如下：s1.将铁料熔化后扒除浮渣，然后插入搅拌器进行搅拌；s2.当铁水中形漩涡时加入脱铜剂，脱铜剂的加入时间为1～2min，搅拌5min后停止，进行扒渣，除去脱铜渣得到铁水。实施例10本实施例采用的原料和步骤与实施例9一致，实验参数与实施例9基本相同，不同之处在于实施例10搅拌时间为10min。实施例11本实施例采用的原料和步骤与实施例9一致，实验参数与实施例9基本相同，不同之处在于实施例11搅拌时间为15min。实施例12本实施例采用的原料和步骤与实施例9一致，实验参数与实施例9基本相同，不同之处在于实施例12搅拌时间为20min。实施例13本实施例采用的原料和步骤与实施例9一致，实验参数与实施例9基本相同，不同之处在于实施例13搅拌时间为25min。实施例9～13实验结果分析实验期间对实施例9至实施例13所得铁水进行测温取样分析，分析结果如表2所示。表2从表2中可以看出，脱铜率随着搅拌时间的延长而增加，但同时电耗也随之增加。当搅拌时间增加至15min后，再延长时间脱铜率增幅不大，说明此时脱铜反应已经离平衡状态很近。在搅拌过程中感应炉处于保温状态，其电耗约为正常升温状态时的1/3左右。综合脱铜率和电耗情况，脱铜处理时候搅拌时间应控在15min左右为佳。实施例14实施例14采用5t机械拆解件产生的高铜铁料在中频感应炉(感应炉公称容量为5t)内进行脱铜处理试验，并在脱铜处理后进行了脱硫处理，物料中铜含量为9.6％，n＝4，每次处理物料量分别为1.5t，1.5t，1t和1t，通过补加无烟煤使得铁水中碳含量为2％，具体实施过程如下：s1.往感应炉中加入1.5t高铜铁料，熔化时间为45min，完全熔化后扒除浮渣，测量温度为1453℃。s2.插入搅拌器进行搅拌，在搅拌漩涡形成后陆续加入无烟煤和脱铜剂，脱铜剂为fes2(硫含量为：42％)，搅拌约15min后提升搅拌器，并扒除脱铜渣；往铁水中再加入第二批1.5t高铜铁料，铁水的高温加速第二批高铜铁料的熔化，熔化之后进行扒除浮渣，然后加入脱铜剂进行脱铜处理；往铁水中再加入第三批1t高铜铁料，铁水的高温加速第三批高铜铁料的熔化，熔化之后进行扒除浮渣，然后加入脱铜剂进行脱铜处理；往铁水中再加入第四批1t高铜铁料，铁水的高温加速第四批高铜铁料的熔化，熔化之后进行扒除浮渣，然后加入脱铜剂进行脱铜处理；最后得到脱铜处理后的铁水，上述脱铜处理过程中脱铜剂的加入量分别为260kg，310kg、350kg和400kg。s3.往步骤s2最后所得铁水中插入搅拌器进行搅拌，并加入脱硫剂进行脱硫处理，脱硫剂采用caf2，脱硫剂加入量为65kg/t，搅拌时间为15min，搅拌结束后出铁。其中，脱铜处理过程中对脱铜渣检测化学成分检测分析，其分析结果如表3所示：表3试验编号重量/kg铜含量/％脱铜渣1#28534脱铜渣2#34133脱铜渣3#37729脱铜渣4#41328脱硫结束后对铁水化学成分进行检测，得到铁水中铜含量：0.92％，硫含量：0.048％。通过金属平衡计算得到本次脱铜率为90.51％，结果处理中生成的脱铜渣可作为含铜原料使用，剩下的铁水可兑入铁水或冷凝成铁块，作为炼钢原料用于生产各种优质钢材。本次试验在脱硫过程中产生的脱硫渣总量约为83kg，硫含量为14.6％，铜含量为3.8％，在连续生产过程中留在炉内在下一炉冶炼过程中代替部分脱铜剂使用。实施例15采用1t火法炼锌产生的积铁为主原料在中频感应炉(感应炉公称容量为1t)内进行脱铜处理试验，并在脱铜处理后进行了脱硫处理，具体实施过程如下：物料中铜含量为7.2％，n＝3，每次处理物料量分别为0.4t，0.3t和0.3t，铁料中碳含量饱和。具体实施过程如下：s1.往感应炉中加入0.4t高铜铁料，熔化时间为45min，完全熔化后扒除浮渣，测量温度为1401℃。s2.插入搅拌器进行搅拌，在搅拌漩涡形成后陆续加入无烟煤和脱铜剂，脱铜剂为fes(硫含量为：30％)，搅拌约15min后提升搅拌器，并扒除脱铜渣；往铁水中再加入第二批0.3t高铜铁料，铁水的高温加速第二批高铜铁料的熔化，熔化之后进行扒除浮渣，然后加入脱铜剂进行脱铜处理；往铁水中再加入第三批0.3t高铜铁料，铁水的高温加速第三批高铜铁料的熔化，熔化之后进行扒除浮渣，然后加入脱铜剂进行脱铜处理；最后得到脱铜处理后的铁水，上述脱铜处理过程中脱铜剂的加入量分别为60kg，75kg和80kg。s3.往步骤s2最后所得铁水中插入搅拌器进行搅拌，并加入脱硫剂进行脱硫处理，脱硫剂采用cao和cac2，脱硫剂加入量为50kg/t，搅拌时间为15min，搅拌结束后出铁，脱硫渣留在炉内，作为下一炉的脱铜剂使用。对脱铜渣检测化学成分检测分析，其分析结果如表4所示：表4试验编号重量/kg铜含量/％脱铜渣5#6429脱铜渣6#8125脱铜渣7#8924脱硫结束后对铁水化学成分进行检测，得到铁水中铜含量：0.85％，硫含量：0.053％。通过金属平衡计算得到本次脱铜率为88.19％，结果处理中生成的脱铜渣可作为含铜原料使用，剩下的铁水可兑入铁水或冷凝成铁块，作为炼钢原料用于生产各种优质钢材。本次试验在脱硫过程中产生的脱硫渣总量约为56kg，硫含量为15.8％，铜含量为4.1％，在连续生产过程中留在炉内在下一炉冶炼过程中代替部分脱铜剂使用。实施例16采用1t机械拆解件产生的高铜铁料为主原料在中频感应炉(感应炉公称容量为1t)内进行脱铜处理试验，物料中铜含量为2.2％，进行试验的铁水温度为1453℃，通过补加无烟煤使得铁水中碳含量为2％，并在脱铜处理后进行了脱硫处理，具体实施过程如下：此次试验中n＝1，试验过程中采用fes作为脱铜剂，脱铜剂用量按70kg/t进行配入，实验步骤如下所示：s1.将铁料熔化后扒除浮渣，然后插入搅拌器进行搅拌；s2.当铁水中形漩涡时加入脱铜剂，脱铜剂的加入时间为1～2min，在搅拌15min后停止，进行扒渣，除去脱铜渣得到铁水。s3.往步骤s2最后所得铁水中插入搅拌器进行搅拌，并加入脱硫剂进行脱硫处理，脱硫剂采用cao，脱硫剂加入量为31kg/t，搅拌时间为15min，搅拌结束后出铁，脱硫渣留在炉内，作为下一炉的脱铜剂使用。对铁脱硫结束后铁水化学成分进行检测，得到铁水中铜含量：0.27％，硫含量：0.041％。通过金属平衡计算得到本次脱铜率为87.92％，结果处理中生成的脱铜渣可作为含铜原料使用，剩下的铁水可兑入铁水或冷凝成铁块，作为炼钢原料用于生产各种优质钢材。当前第1页12