一种处理铜渣金属化球团的系统及方法与流程

本发明属于冶金领域，具体地，涉及一种处理铜渣金属化球团的系统及方法。

背景技术：

炼铜工业生产出的铜渣中含有铜、铁、钴、锌和铅等有价金属，其中铜最高含量可以达到5％左右，但是其中的铁含量基本稳定在40％左右。在热态还原过程中，铜渣中的含铜物相(硫化铜、硫酸铜和氧化铜)均能发生分解或是还原反应生成金属铜并进入铁相，最终得到含铜的铁产品。由于含铜铁产品主要用于炼钢工序，cu在氧化精炼过程中，会形成低熔点的化合物，并聚集在晶界上，导致钢材产生热脆性。因此如何降低铁产品中的铜含量对于该产品的应用具有重要意义。

现有的脱铜工艺存在处理时间长、对环境污染大等问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种处理铜渣金属化球团的系统及方法，将铜渣金属化球团进行熔化脱铜，以获得纯净的铁水、脱铜产物，达到铜铁分离的目的；同时熔分尾渣还可以制作水泥熟料。

本发明提供的处理铜渣金属化球团的系统，包括熔化分离装置、混合装置、脱铜装置、分级冷却装置和干燥装置；

所述熔化分离装置设有铜渣金属化球团入口、铁水出口和热态熔渣出口；

所述混合装置设有干燥脱铜剂入口、惰性气体入口和载气料出口；

所述脱铜装置设有铁水入口、载气料入口、脱铜铁水出口和气态混合物出口，所述铁水入口与所述熔化分离装置的铁水出口相连，所述载气料入口与所述混合装置的载气料出口相连；

所述分级冷却装置设有气态混合物入口、脱铜剂出口、脱铜产物出口和惰性气体出口，所述气态混合物入口与所述脱铜装置的气态混合物出口相连；

所述干燥装置设有脱铜剂入口和干燥脱铜剂出口，所述脱铜剂入口与所述分级冷却装置的脱铜剂出口相连，所述干燥脱铜剂出口与所述混合装置的干燥脱铜剂入口相连。

优选地，所述系统还包括熔渣冷却装置、破碎装置、成型装置和煅烧装置；

所述熔渣冷却装置设有热态熔渣入口和冷却熔渣出口，所述热态熔渣入口与所述熔化分离装置的热态熔渣出口相连；

所述破碎装置设有冷却熔渣入口和磨细熔渣出口，所述冷却熔渣入口与所述熔渣冷却装置的冷却熔渣出口相连；

所述成型装置设有磨细熔渣入口、添加剂入口和成型块料出口，所述磨细熔渣入口与所述破碎装置的磨细熔渣出口相连；

所述煅烧装置设有成型块料入口和水泥熟料出口，所述成型块料入口与所述成型装置的成型块料出口相连。

本发明提供的利用上述系统处理铜渣金属化球团，包括如下步骤：

将铜渣金属化球团送入所述熔化分离装置中升温熔化，分离后获得铁水和热态熔渣；

将干燥脱铜剂和惰性气体送入所述混合装置混合均匀，获得载气料；所述脱铜剂为fecl2粉末；

将所述铁水、所述载气料送入所述脱铜装置进行脱铜反应，获得脱铜铁水和气态混合物；

将所述气态混合物送入所述分级冷却装置进行冷却分离获得脱铜剂、脱铜产物和惰性气体；

将所述脱铜剂送入所述干燥装置中烘干，获得干燥脱铜剂；

将所述干燥脱铜剂送回所述混合装置，制备所述载气料。

优选地，还包括如下步骤：

将所述热态熔渣冷却、破碎，获得磨细熔渣；

将所述磨细熔渣与添加剂混合成型，获得成型块料；

将所述成型块料进行煅烧，获得水泥熟料。

优选地，所述添加剂包括钙质物料、硅质物料和铝质物料。

优选地，述磨细熔渣与所述添加剂的质量比为(6～9)：(91～96)。

优选地，所述金属化球团的金属化率≥88wt％，碳含量≥10wt％。

优选地，所述惰性气体的流速为120ml/min～280ml/min。

优选地，所述脱铜剂的加入量为铜渣金属化球团质量的0.8％～2％。

优选地，所述脱铜反应的温度为1500℃～1600℃，反应时间为30～60min。

本发明制得的脱铜铁水含铜量低，可直接作为炼钢原料。

本发明实现了脱铜剂的充分使用，降低了生产成本；同时熔渣可作为制作水泥熟料的原料或者其他用途。

附图说明

图1为本发明实施例中的一种处理铜渣金属化球团的系统的结构示意图。

图2为本发明实施例中的一种处理铜渣金属化球团的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本发明将铜渣金属化球团升温熔化实现渣铁分离，铁水进行脱铜反应。脱铜产物和未反应完全的脱铜剂通过排气装置排出，并通过分级冷却系统进行分离，脱铜剂可循环利用。脱铜反应结束后，可获得纯净铁水和熔渣。脱铜铁水可作为炼钢原料使用。

如图1所示，本发明提供的处理铜渣金属化球团的系统，包括熔化分离装置1、混合装置2、脱铜装置3、分级冷却装置4、干燥装置5、熔渣冷却装置6、破碎装置7、成型装置8和煅烧装置9。

熔化分离装置1升温熔化金属化球团，实现渣铁分离。熔化分离装置1设有铜渣金属化球团入口、铁水出口和热态熔渣出口。

混合装置2用于将脱铜剂和惰性气体混合，设有干燥脱铜剂入口、惰性气体入口和载气料出口。

脱铜装置3用于制备脱铜铁水，设有铁水入口、载气料入口、脱铜铁水出口和气态混合物出口，铁水入口与熔化分离装置1的铁水出口相连，载气料入口与混合装置2的载气料出口相连。

分级冷却装置4用于分级冷却气态混合物，以分别回收脱铜剂和脱铜产物。分级冷却装置4设有气态混合物入口、脱铜剂出口、脱铜产物出口和惰性气体出口，气态混合物入口与脱铜装置3的气态混合物出口相连。

本发明所用的脱铜剂为fecl2粉末，fecl2粉末经惰性气体载气输送到铁水中，在铁水中气化并与铁水中的铜接触生成脱铜产物cucl。脱铜产物cucl、未反应的fecl2和惰性气体同时通过排气装置排出，由于脱铜产物和脱铜剂的沸点不同，通过分级冷却可以分别获得cucl粉体和fecl2粉体。

干燥装置5设有脱铜剂入口和干燥脱铜剂出口，脱铜剂入口与分级冷却装置4的脱铜剂出口相连，干燥脱铜剂出口与混合装置2的干燥脱铜剂入口相连。

fecl2粉体经干燥脱水后，返回系统，继续用于脱铜反应。

熔渣冷却装置6、破碎装置7、成型装置8和煅烧装置9用于处理熔渣，变废为宝，制备水泥熟料。熔渣冷却装置6、破碎装置7、成型装置8和煅烧装置9并不是本发明必须的装置，熔渣也可另作它用。

熔渣冷却装置6用于冷却热态熔渣，设有热态熔渣入口和冷却熔渣出口，热态熔渣入口与熔化分离装置1的热态熔渣出口相连。

破碎装置7用于破碎熔渣，设有冷却熔渣入口和磨细熔渣出口，冷却熔渣入口与熔渣冷却装置6的冷却熔渣出口相连。

成型装置8用于制备成型料，设有磨细熔渣入口、添加剂入口和成型块料出口，磨细熔渣入口与破碎装置7的磨细熔渣出口相连。

煅烧装置9用于制备水泥熟料，设有成型块料入口和水泥熟料出口，成型块料入口与成型装置8的成型块料出口相连。

如图2所示，本发明提供的利用上述系统处理铜渣金属化球团的方法，包括如下步骤：

1)将铜渣金属化球团送入熔化分离装置1中升温熔化，分离后获得铁水和热态熔渣。

2)将干燥脱铜剂和惰性气体送入混合装置2混合均匀，获得载气料；脱铜剂为fecl2粉末。

3)将铁水、载气料送入脱铜装置3进行脱铜反应，获得脱铜铁水和气态混合物。

4)将气态混合物送入分级冷却装置4进行冷却分离获得脱铜剂、脱铜产物和惰性气体。

5)将脱铜剂送入干燥装置5中烘干，获得干燥脱铜剂。

6)将干燥脱铜剂送回混合装置2，制备载气料。

7)将热态熔渣送入熔渣冷却装置6中冷却后，然后送入破碎装置7破碎，获得磨细熔渣。

8)将磨细熔渣与添加剂送入成型装置8中混合成型，获得成型块料。

9)将成型块料送入煅烧装置9中进行煅烧，获得水泥熟料。

同前所述，上述第7、8、9步骤，也可没有。

为了节约用料、降低生产成本，在本发明优选的实施例中，第4步骤获得的惰性气体也可以经过处理后回用于第2步骤中。

上述铜渣金属化球团是以铜渣为原料，经过还原后获得的球团。其中，铜渣是冶炼有色金属铜后的冶炼水淬渣或者再次贫化脱铜后的渣，铁主要以铁橄榄石(2feo·sio2)形式存在，铜含量不超过2％。在还原过程中，铜、铁元素均被还原成金属，难以分离。

在熔化过程中，铜渣金属化球团中的部分硅会被还原进入铁水，硅元素的存在会提高铜的活度系数，有利于脱铜反应的进行。

若铜渣金属化球团的金属化率过低，则在熔化过程中会发生深度还原，不仅会消耗球团中的碳含量，还会影响熔化速度。在熔化脱铜过程中，球团中的碳会提高铜的活度系数，促进脱铜反应的进行，从而提高脱铜效率，因此综合考虑脱铜效果以及还原球团中少量氧化物需要消耗的碳，要求金属化球团的碳含量在10％以上。在本发明优选的是实施例中，铜渣金属化球团的金属化率≥88wt％，碳含量≥10wt％。

升温熔化的温度过低，铜渣金属化球团的熔化时间会增长；温度过高也浪费热量。在本发明优选的实施例中，升温熔化的温度为1500℃～1550℃。

升温后铜渣金属化球团熔化，需要保温一定时间已实现铁水和熔渣完全分离。在上述温度条件下，保温的时间优选为60min～80min。

同前所述，本发明所用的脱铜剂为fecl2粉末，干燥的fecl2粉末经惰性气体(氮气、氩气等)载气输送到铁水中，在铁水中气化并与铁水中的铜接触生成脱铜产物cucl。惰性气体的流速过慢，会影响脱铜剂与铁水的反应速度，降低反应效率；若流速过快，则脱铜剂无法反应充分，在本发明优选的实施例中，惰性气体的流速为120ml/min～280ml/min。

fecl2粉末的加入量过少，无法达到脱铜效果；若加入量过多，不仅是对物料的浪费。在本发明优选的实施例中，fecl2粉末的加入量为铜渣金属化球团质量的0.8％～2％。

脱铜温度过低或时间过短，脱铜反应无法充分进行；若温度过高或时间过长，反应已经充分进行，则会浪费能耗。在本发明优选的实施例中，脱铜反应的温度为1500℃～1600℃，反应时间为30min～60min。在此温度及反应时间内，可以保证脱铜反应的充分进行。

脱铜反应的主要机理是fecl2与铁水中的铜发生反应，生成cucl气体挥发，达到铜铁分离的目的。其反应如下：

2[cu]+fecl2(g)＝fe+2cucl(g)

反应完成后的生成物cucl(沸点1367℃)与未反应的fecl2(沸点为1024℃)混合在一起.采用真空泵或载气排出。在排出过程中，利用二者的沸点差异进行分离，从而将fecl2返回脱铜流程，进行充分利用。

热态熔渣经过冷却、磨细后再与添加剂混合成型。磨细熔渣和添加剂的粒径越小，在后续煅烧过程中越能更好的反应，制得的水泥熟料的质量越好。在本发明优选的实施例中，磨细熔渣和添加剂的粒径均≤0.074mm。

磨细熔渣与添加剂混合成型后再用于制备水泥熟料，在本发明优选的实施例中，添加剂包括钙质物料、硅质物料和铝质物料。磨细熔渣与添加剂的质量比过大或过小都对水泥熟料的质量有影响，在本发明优选的实施例中，磨细熔渣与添加剂的质量比为(6～9)：(91～96)。

成型块料在煅烧前可先进行预热，其煅烧效果更好。在本发明优选的实施例中，预热的温度为700℃～800℃。煅烧的温度过高或时间过长，浪费热量，温度过低或时间过短，制得的水泥熟料的质量不好。在本发明优选的实施例中，煅烧温度为1300℃～1450℃，煅烧时间为30min～60min。

下面参考具体实施例，对本发明进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述发明内容中所示。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。

实施例1

本实施例使用的铜渣金属化球团的金属化率为88.54％，碳含量10.52wt％，铜含量1.53wt％。脱铜剂为fecl2粉末。水泥熟料添加剂的钙质物料采用石灰石，硅质物料采用硅石，铝质物料采用粉煤灰。

本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺流程处理铜渣金属化球团，具体如下：

将铜渣金属化球团送入熔化分离装置1中，升温至1550℃下保温60min，使得物料熔化并实现渣铁分离，铁水、熔渣分别排出。

将铁水加入脱铜装置3中，保证其温度在1500℃。将充分干燥的fecl2粉末和氮气分别通过设置在脱铜装置3底部的混合装置2的干燥脱铜剂入口、惰性气体入口加入，在混合装置2中fecl2粉末和氮气被混合，然后一同被送入脱铜装置3中，通过插入铁水底部的载气料入口喷入铁水中。其中氮气流速为120ml/min，fecl2粉末的加入量为铜渣金属化球团质量的0.8％。

fecl2粉末迅速气化并与铁水中的铜反应，生成的cucl气体与未反应的fecl2气体挥发离开铁水，通过排气装置排出至分级冷却装置4，由于cucl与fecl2二者的沸点不同，可以通过温度差异进行分离，分别冷凝获得粉末。脱铜反应时间为60min，脱铜铁水的铜含量为0.21wt％。

将回收的fecl2粉末送入干燥装置5中进行充分干燥后，再次送入混合装置2中，进行充分利用。

将热态熔渣送入熔渣冷却装置6中冷却至室温后，再将其送入破碎装置7中破碎磨细至0.074mm以下。将粉煤灰、硅石和石灰石也分别破碎磨细至0.074mm以下。将熔渣、粉煤灰、硅石、石灰石送入成型装置8中，按照6：12：14：70的质量比混合均匀后，在5t的压力下压制成块，获得成型块料。然后将成型块料送入煅烧装置9中，在800℃下保温15min后，在1300℃下煅烧60min，待煅烧结束后冷却至室温，获得水泥熟料。

实施例2

本实施例使用的铜渣金属化球团的金属化率为89.21％，碳含量10.97wt％，铜含量1.54wt％。脱铜剂为fecl2粉末。水泥熟料添加剂的钙质物料采用电石渣，硅质物料采用砂岩，铝质物料采用粉煤灰。

本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺流程处理铜渣金属化球团，具体如下：

将铜渣金属化球团送入熔化分离装置1中，升温至1500℃下保温80min，使得物料熔化并实现渣铁分离，铁水、熔渣分别排出。

将铁水加入脱铜装置3中，保证其温度在1550℃。将充分干燥的fecl2粉末和氮气分别通过设置在脱铜装置3底部的混合装置2的干燥脱铜剂入口、惰性气体入口加入，在混合装置2中fecl2粉末和氮气被混合，然后一同被送入脱铜装置3中，通过插入铁水底部的载气料入口喷入铁水中。其中氮气流速为150ml/min，fecl2粉末的加入量为铜渣金属化球团质量的1.4％。

fecl2粉末迅速气化并与铁水中的铜反应，生成的cucl气体与未反应的fecl2气体挥发离开铁水，通过排气装置排出至分级冷却装置4，由于cucl与fecl2二者的沸点不同，可以通过温度差异进行分离，分别冷凝获得粉末，同时获得惰性气体。脱铜反应时间为45min，脱铜铁水的铜含量为0.33wt％。

将回收的fecl2粉末送入干燥装置5中进行充分干燥，分级冷却装置4中获得的惰性气体进行干燥处理，再次送入混合装置2中，进行充分循环利用。

将热态熔渣送入熔渣冷却装置6中冷却至室温后，再将其送入破碎装置7中破碎磨细至0.074mm以下。将粉煤灰、砂岩和电石渣也分别破碎磨细至0.074mm以下。将熔渣、粉煤灰、砂岩、电石渣送入成型装置8中，按照4：10：11：75的质量比混合均匀后，在5t的压力下压制成块，获得成型块料。然后将成型块料送入煅烧装置9中，在1380℃下煅烧45min，待煅烧结束后冷却至室温，获得水泥熟料。

实施例3

本实施例使用的铜渣金属化球团的金属化率为88.77％，碳含量11.64wt％，铜含量0.89wt％。脱铜剂为fecl2粉末。水泥熟料添加剂的钙质物料采用石灰石，硅质物料采用砂岩，铝质物料采用粉煤灰。

本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺流程处理铜渣金属化球团，具体如下：

将铜渣金属化球团送入熔化分离装置1中，升温至1500℃下保温80min，使得物料熔化并实现渣铁分离，铁水、熔渣分别排出。

将铁水加入脱铜装置3中，保证其温度在1600℃。将充分干燥的fecl2粉末和氮气分别通过设置在脱铜装置3底部的混合装置2的干燥脱铜剂入口、惰性气体入口加入，在混合装置2中fecl2粉末和氮气被混合，然后一同被送入脱铜装置3中，通过插入铁水底部的载气料入口喷入铁水中。其中氮气流速为180ml/min，fecl2粉末的加入量为铜渣金属化球团质量的2％。

fecl2粉末迅速气化并与铁水中的铜反应，生成的cucl气体与未反应的fecl2气体挥发离开铁水，通过排气装置排出至分级冷却装置4，由于cucl与fecl2二者的沸点不同，可以通过温度差异进行分离，分别冷凝获得粉末。脱铜反应时间为30min，脱铜铁水的铜含量为0.14wt％。

将回收的fecl2粉末送入干燥装置5中进行充分干燥后，再次送入混合装置2中，进行循环利用。

将热态熔渣送入熔渣冷却装置6中冷却至室温后，再将其送入破碎装置7中破碎磨细至0.074mm以下。将粉煤灰、砂岩和石灰石也分别破碎磨细至0.074mm以下。将熔渣、粉煤灰、砂岩、石灰石送入成型装置8中，按照9：13：10：68的质量比混合均匀后，在5t的压力下压制成块，获得成型块料。然后将成型块料送入煅烧装置9中，在1450℃下煅烧30min，待煅烧结束后冷却至室温，获得水泥熟料。

从上述实施例可知，本发明制得的脱铜铁水含铜量少。

综上，本发明制得的脱铜铁水质量高，可直接作为炼钢原料。

本发明实现了脱铜剂的充分使用，降低了生产成本。

此外，本发明还能制备水泥熟料，不仅解决了环境污染，还提高了经济效益。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。