中國鋼研科技集團有限公司資源應用與合金材料事業部

1 銅渣低溫還原理論

從圖2可見，碳的氣化反應（C+CO2=CO）與FeO間接還原的曲線的交點為A，溫度大約700℃，表明在700℃以上碳在熱力學上是能夠還原FeO的。對比A、B兩點位置可以發現，Fe2SiO4比FeO難還原，還原的溫度大致要高50℃。從Fe2SiO4、FeO與CO反應曲線可見，平衡成分中，Fe2SiO4與CO還原需要更高的還原勢（更高的CO濃度）。

傳統富鐵礦粉的煤基間接還原溫度，根據反應器形式的不同稍有差距：如果用回轉窯還原富鐵礦粉，窯頭溫度控制在1100～1150℃，用隧道窯還原，窯內溫度控制在1150℃～1180℃左右，使用轉底爐還原，溫度控制在1250℃～1350℃。隧道窯采用罐裝，能夠保證還原氣氛，因此能夠得到高的金屬化率（>90%），但是受到罐材的限制，窯內溫度難以進一步提高；回轉窯窯頭也能保證還原氣氛，也能生產高金屬化率的海綿鐵，但是窯頭容易結圈，使生產順行困難，因此，進一步提高溫度的潛能較小；轉底爐的還原溫度可以大于1250℃，但是爐內的氣氛是弱氧化氣氛，以CO2與N2為主，產品金屬化率較低。

從Fe2SiO4的還原熱力學可知，鈦鐵礦的還原溫度高于普通鐵礦高50℃，對還原氣氛的要求更高。除了還原溫度高以外，銅渣的熔化性溫度較低，正常在1150℃左右，這對還原反應產生不利影響，較高的反應溫度將會導致銅渣熔化，從而與還原劑煤粉分離，惡化了反應動力學條件。

2 銅渣低溫還原與晶粒長大新技術

從上述分析可知，銅渣比普通鐵礦還原溫度要高，同時對氣氛要求更高；另一方面，銅渣熔化性溫度較低，在較高溫度還原，還原劑將與爐渣分層，不利于還原。通過低溫冶金與資源高效利用中心提出的低溫冶金理論[11-14]，將還原溫度降低到1100℃以下，保證銅渣還原可以較好地解決銅渣還原的難題。若通過冷卻后再熔分方式，由于爐渣多，能耗很高，而喪失經濟價值。因此，除了低溫還原外，還必須利用低溫冶金中心提出的晶粒長大技術，將銅鐵長大到一定粒度，保證冷卻后磁選將爐渣與銅鐵分離，這種方法能夠最大程度地降低冶煉過程能耗，也無需電爐熔分對耐火材料地嚴重侵蝕問題，因此是一種經濟性冶煉方法，特別是在富礦價格高時，更具有可觀的經濟性。

銅渣低溫還原與晶粒長大新技術的工藝流程如圖3所示。首先將銅渣、還原劑、粘結劑按照一定比例混合后制成長度為50mm左右的橢圓球，干燥后將制備好的含水量小于2%的球團放入低溫還原反應器內，球團經過逐步的預熱還原，使得銅渣中的銅、鐵被還原。還原溫度在1050℃左右，預熱還原時間約為1h30min；還原后的球團進入晶粒長大反應器中，在~1100℃下促使銅鐵的晶粒長大到1mm以上，晶粒長大時間為40min左右；晶粒長大后的產品冷卻到200℃以下，送入破碎設備進行簡單的破碎，然后送入筒面磁感應強度為200mT左右的磁選機進行磁選，得到含銅粒鐵。

經過理論與技術攻關，得到了銅渣低溫還原與晶粒長大的工藝參數，為進行大規模的中試放大試驗與生產奠定了基礎。

4 銅渣低溫還原與晶粒長大新技術的特點

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