曹志成,2，孫體昌1*，吳道洪2，薛遜2，劉占華

　　北京科技大學金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室

　　神霧科技集團股份有限公司

　　從2006年至2015年，我國精煉銅產量持續快速增長。2015年我國銅產量達796萬t，其中97%以上由火法冶煉生產，每生產1t銅平均要產生2~3t銅渣[1]，據此估計我國每年產生銅渣量約1500萬t。據統計，我國銅渣堆存量累計已達到1.4億t以上，這些尾渣中不僅含有大量的鐵元素，且富含Zn、Pb、Cu和Co等多種有價金屬元素，是寶貴的二次資源[2-4]。由于銅渣中的鐵含量較高，其平均品位遠高于我國鐵礦石可采品位[5]，因此鐵元素的回收利用價值較高。然而銅渣中的鐵主要以鐵硅酸鹽（鐵橄欖石，2FeO?SiO2）的形式存在[6]，渣中SiO2含量較高使其無法直接用于傳統的高爐流程中，又因礦物嵌合緊密，難以采用傳統的選礦方式分離出脈石生產鐵精礦[7-9]。近年來隨著火法工藝的發展，采用高溫還原等工藝[10-12]處理銅渣的技術也逐漸成熟起來，其中直接還原工藝成為研究的熱點。本文采用“轉底爐直接還原-磨礦磁選”和“轉底爐直接還原-燃氣熔分”技術對銅渣進行了大量的基礎試驗和中試研究。結果表明，該技術可有效實現銅渣中鐵、鋅元素的綜合回收利用，減少堆存造成的土地占用及環保問題，是實現銅渣資源高效綜合利用的有效途徑。

　　1 試驗介紹

　　1.1原料性質

　　試驗選用國內某銅冶煉渣經浮選回收銅的尾礦（以下簡稱“銅渣”）為原料，化學成分見表1。

 　　表1銅渣化學成分分析（%）

　　為探明銅渣中主要礦物組成，對試驗銅渣進行了XRD衍射分析，詳見圖1。可見其中鐵礦物主要為鐵橄欖石Fe2SiO4和磁鐵礦Fe3O4相，采用直接選礦的方法僅能回收其中的磁鐵礦，無法高效回收鐵橄欖石中的鐵元素。

　　試驗選用無煙煤固定碳含量為72.36%，灰熔點為1258℃；選用工業石灰石為磨礦磁選流程的助熔劑，其氧化鈣含量為51%；選用工業石灰石塊作為助熔劑，其氧化鈣含量為53%。

　　1.2試驗流程及原理

　　試驗的流程：將銅渣經原料處理后，與還原煤、添加劑和粘結劑等按一定比例配合混勻，經過圓盤造球機造塊，制成含碳球團，含碳球團烘干后布入轉底爐，在爐內1200～1300℃的還原區還原為金屬化球團，球團中ZnO則被還原成金屬Zn，揮發進入煙氣中，經再氧化生成ZnO，隨煙氣富集到布袋收塵系統中，產出的金屬化球團，可采用熱裝-熔分工藝實現渣鐵分離從而得到熔分鐵水，也可采用直接水淬冷卻-磨礦磁選工藝得到金屬鐵粉。轉底爐處理銅渣的工藝流程如圖2所示。

　　試驗原理：銅渣中的硅酸鐵與還原劑中的碳反應方程見式（1），可見硅酸鐵還原為金屬鐵為強吸熱反應。
 

　　2 試驗討論與分析

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