阅读说明：本技术 一种利用铜渣生产氧化锌与硅铁合金的方法 (Method for producing zinc oxide and ferrosilicon alloy by using copper slag ) 是由 彭程 曹志成 刘长正 崔慧君 李国良 付晓燕 育席丹 于 2019-10-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用铜渣生产氧化锌与硅铁合金的方法,包括以下步骤：1)将铜渣、还原剂与粘结剂经过配料、混合后再经过压球或圆盘造球工艺制备成铜渣含碳球团,再将铜渣含碳球团烘干待用；2)将铜渣含碳球团直接送入还原炉内进行还原,形成金属化球团；3)还原炉产出的金属化球团,经过水淬冷却、磨矿磁选得到含硅铁粉和尾矿；4)将含硅铁粉与硅石颗粒、还原剂混合压块后直接送入矿热电炉冶炼,得到硅铁合金与炉渣。本发明采用直接还原与矿热炉熔炼相结合的创新工艺,在直接还原炉中将锌元素回收得到高附加值的氧化锌粉,通过磨矿磁选得到金属化率大于97％的含硅铁粉,大大节省了电耗和原料成本。(The invention discloses a method for producing zinc oxide and ferrosilicon alloy by using copper slag, which comprises the following steps: 1) preparing copper slag carbon-containing pellets by batching and mixing copper slag, a reducing agent and a binder and then preparing the copper slag carbon-containing pellets by a pellet pressing or disc pelletizing process, and drying the copper slag carbon-containing pellets for later use; 2) directly feeding the carbon-containing pellets of the copper slag into a reduction furnace for reduction to form metallized pellets; 3) the metallized pellets produced by the reducing furnace are subjected to water quenching, cooling, grinding and magnetic separation to obtain silicon-containing iron powder and tailings; 4) mixing and briquetting ferrosilicon powder, silica particles and a reducing agent, and then directly sending the mixture into an ore-smelting electric furnace for smelting to obtain ferrosilicon alloy and furnace slag. The invention adopts an innovative process combining direct reduction and submerged arc furnace smelting, zinc element is recycled in the direct reduction furnace to obtain zinc oxide powder with high added value, and the silicon-containing iron powder with metallization rate more than 97 percent is obtained through ore grinding and magnetic separation, thereby greatly saving power consumption and raw material cost.)

一种利用铜渣生产氧化锌与硅铁合金的方法

技术领域

本发明涉及铜冶炼渣处理工艺，更具体地说，涉及一种利用铜渣生产氧化锌与硅铁合金的方法。

背景技术

铜渣是炼铜过程中产生的渣，属有色金属渣的一种。采用反射炉法炼铜排出的废渣为反射炉铜渣，采用鼓风炉炼铜排出的废渣为鼓风炉铜渣。中国是世界主要铜生产国，且90％采用火法冶炼工艺，每生产1吨铜将产出约2.2吨冶炼渣，近几年，我国每年铜渣产生量约1600万吨，历史堆存量超过1.2亿吨。铜渣的化学组成为SiO₂：30％～40％，CaO：5％～10％，MgO：1％～5％，Al₂O₃：2％～4％，Fe：27％～40％，Zn：1％～3％；主要物相为铁橄榄石，其次为磁铁矿、玻璃体和硫化物。目前，大多数铜冶炼企业将铜渣部分出售给建材企业去用于水泥添加剂和制砖，部分堆存，没有最大限度的回收冶炼渣中的有价金属。在铜冶炼行业利润降低、环保要求日益严格的情况下，合理的对铜渣进行综合处理并实现经济效益，对铜冶炼企业来说至关重要。

硅铁是以焦炭(或兰炭)、钢屑(或球团矿)、石英(或硅石)为原料，用电炉冶炼制成的铁硅合金，其中硅石粒度80mm～140mm，焦炭粒度8mm～18mm，球团矿粒度8mm～18mm。硅铁常用于炼钢时的脱氧剂，同时硅铁还可作为合金元素加入剂，广泛应用于低合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、耐热钢及电工硅钢之中，硅铁在铁合金生产及化学工业中，常用作还原剂。

如专利公开号CN105886765A公开了一种制备硅铁的方法，该方法包括：将铜渣、硅石和中低阶煤进行混合处理，以便得到混合物料；将所述混合物料进行冶炼处理，以便得到含硅铁水和硅铁渣的混合溶体；以及将所述含硅铁水和硅铁渣的混合溶体进行渣铁分离处理，以便得到硅铁合金产品。该方法利用铜渣主要成分为铁氧化物和二氧化硅的特点，利用铜渣替代铁屑以及部分替代硅石冶炼硅铁，降低硅铁生产成本。

上述发明将铜渣、硅石和中低阶煤进行混合处理得到混合物直接进行冶炼处理得到硅铁水，由于铜渣中的铁物相为铁橄榄石(Fe₂SiO₄)，在生成硅铁的过程中，煤中的碳要先还原铁橄榄石(Fe₂SiO₄)，然后才能还原SiO₂，与中低阶煤反应时间被加长，因而矿热炉电耗增加，该发明所述冶炼处理的温度为1700℃～2000℃，时间为0.5～2小时，此外该发明没有回收铜渣中2％～3％的锌元素，造成锌元素白白被浪费掉。

如专利公开号CN107760977A公开了一种硅铁合金产品制备方法：1)将铜渣、镍渣、钢屑、硅石和碳质还原剂按照质量比为50：50：20：120：70～100进行混合；镍渣、铜渣中全铁的质量分数35％以上，硅石中二氧化硅的质量分数不小于95％；碳质还原剂中固定碳含量不低于75％，灰分布高于15％；便得到混合物料；2)将混合物料进行冶炼处理，冶炼处理的温度为1650℃～2100℃，时间为1.5～2小时，便得到含硅铁水和硅铁渣的混合溶体；以及将所述含硅铁水和硅铁渣的混合溶体进行渣铁分离处理，以便得到硅铁合金产品。本发明可以有效实现镍渣、钢屑、铜渣的废物利用，避免镍渣、钢屑、铜渣污染环境，提高了经济效益。

上述发明的缺陷与公开号CN105886765A的发明专利相类似，由于铜渣和镍渣中的铁物相均为铁橄榄石(Fe₂SiO₄)，在生成硅铁的过程中，煤中的碳要先还原铁橄榄石(Fe₂SiO₄)，然后才能还原SiO₂，使得反应时间被加长，因而矿热炉电耗增加，相应的能耗也增加，该发明所述冶炼处理的温度为1650℃～2100℃，时间为1.5～2小时，此外该发明没有回收铜渣中2％～3％的锌元素，造成锌元素白白被浪费掉。

硅铁生产的传统工艺是将硅石、焦炭和球团矿加入矿热电炉进行冶炼，三种原料粒度较大，其中，硅石粒度80mm～140mm，焦炭粒度8mm～18mm，球团矿粒度8mm～18mm，一般冶炼温度1700℃～2000℃，冶炼时间1.5～2小时，吨硅铁冶炼电耗8500Kwh～9000Kwh。

在现有技术中，铜渣多被用作部分水泥的添加料，没有合理利用其中的硅、铁、锌元素；也有将铜渣、硅石和中低阶煤进行混合处理，直接在矿热电炉中冶炼硅铁的技术，没有回收铜渣中2％～3％的锌元素，同时冶炼温度1700℃～2000℃，时间为0.5～2小时，吨硅铁冶炼电耗8500Kwh～9000Kwh，能耗较高。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种利用铜渣生产氧化锌与硅铁合金的方法，采用直接还原与矿热炉熔炼相结合的创新工艺，在直接还原炉中将锌元素回收得到高附加值的氧化锌粉，通过磨矿磁选得到金属化率大于97％的含硅铁粉，代替了传统工艺的球团矿和部分硅石，大大节省了电耗和原料成本。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用铜渣生产氧化锌与硅铁合金的方法，包括以下步骤：

1)铜渣含碳球团的制备：将铜渣、还原剂与粘结剂经过配料、混合后再经过压球或圆盘造球工艺制备成铜渣含碳球团，再将铜渣含碳球团烘干待用；

2)还原炉还原回收氧化锌粉：将步骤1)所得铜渣含碳球团直接送入还原炉内进行还原，铜渣中的铁氧化物被还原为金属铁，形成金属化球团，铜渣中的锌氧化物被还原成单质锌并进入烟气，通过收尘系统收集；

3)冷却、磨矿磁选得到含硅铁粉：还原炉产出的金属化球团，经过水淬冷却、磨矿磁选得到含硅铁粉和尾矿；

4)硅铁冶炼：将步骤3)所得含硅铁粉与硅石颗粒、还原剂混合压块后直接送入矿热电炉冶炼，得到硅铁合金与炉渣。

所述步骤1)中，铜渣为通过火法炼铜排出的炉渣经过缓冷、细磨浮选回收铜之后的尾矿，含TFe：30％～50％，Zn：1％～3％，SiO₂：30％～50％，粒度-325目占比大于80％。

所述步骤1)中，还原剂为无烟煤、兰炭、焦炭的一种或几种混合物，固定碳含量大于75％。

所述步骤1)中，铜渣与还原剂的质量配比为100：(20～30)。

所述步骤1)中，铜渣含碳球团烘干后水分小于2％。

所述步骤2)中，还原炉内的还原温度为1150℃～1330℃，还原时间为25min～40min，所得氧化锌粉的锌含量大于60％。

所述步骤3)中，还原炉产出的金属化球团磨矿细度-325目占比大于75％，磁场强度为1800奥特斯～2200奥特斯。

所述步骤3)中，选得到含硅铁粉-200目占75％，金属化率大于97％，化学成分为TFe：75％～80％，SiO₂：15％～22％，C小于1％，S小于0.03％，P小于0.02％，CaO+MgO+Al₂O₃≤1％。

所述步骤4)中，硅石颗粒含SiO₂大于97％，粒度组成如下：

3mm～2mm占15％；

2mm～1mm占35％；

1mm～0.5mm占20％；

0.5mm以下占30％。

所述步骤4)中，还原剂为炼焦用煤，其粒度为-3mm占比100％，粘结指数大于90。

所述步骤4)中，含硅铁粉、硅石颗粒与还原剂的质量比为100：610：400。

所述步骤4)中，压块的抗压强度为≥600N/个。

所述步骤4)中，冶炼温度为1500℃～1680℃，冶炼时间为30min～45min。

本发明所提供的一种利用铜渣生产氧化锌与硅铁合金的方法，还具有以下几点有益效果：

1)本发明方法利用铜渣中的铁和硅含量高的特点，生产硅铁，同时将铜渣的锌元素提取出来以氧化锌粉的形式进行回收，实现了铜渣的资源综合利用；

2)本发明方法采用铜渣还原后的含硅铁粉代替球团矿进行冶炼，优点非常明显，省去了球团矿中的铁氧化物反应生成金属铁的能耗，在矿热炉中含硅铁粉中铁金属化率大于97％，只需加热熔化即可与硅石反应，大大节省了能耗；

3)本发明方法铜渣还原磁选所得含硅铁粉中含有15％～22％的SiO₂，可以替代部分硅石进行冶炼，进一步降低了原料成本；

4)本发明方法采用粘结指数较高、价格低廉的焦煤代替昂贵的焦炭进行硅铁冶炼，不仅省去了传统工艺的焦化生产，而且球团在矿热电炉逐渐下行过程中，其中的焦煤随着矿热电炉中温度的升高，发生了焦化反应，并生成了大量的粘结相，不仅提供了用于硅铁反应的碳元素，同时球团的强度从加入矿热电炉时的600N/个迅速提高到大于2500N/个，保证了炉内的透气性，确保了矿热电炉的顺行；

5)相比传统工艺，本发明方法原料粒度较细，也因此冶炼电耗大幅下降。传统工艺硅石粒度80～140mm，焦炭粒度8～18mm，球团矿粒度8～18mm，且三种原料并非紧密结合；而本发明选得的含硅铁粉-200目占75％，硅石颗粒3～2mm占15％、2～1mm占35％、1～0.5mm占20％、0.5mm以下占30％，还原剂为炼焦用煤，其粒度为-3mm占比100％，且三种细粒级原料混合均匀压制成球团，由于其接触比表面积增大，反应速度加快，因而反应温度降低，相应地降低了电耗，本发明硅铁冶炼温度1500～1680℃，冶炼时间仅为30～45min，吨硅铁电耗6500～7000Kwh。

附图说明

图1是本发明方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合图1所示，本发明所提供的一种利用铜渣生产氧化锌与硅铁合金的方法，包括以下步骤：

1)铜渣含碳球团的制备：将铜渣、还原剂与粘结剂经过配料、混合后再经过压球或圆盘造球工艺制备成铜渣含碳球团，再将铜渣含碳球团烘干待用；

2)还原炉还原回收氧化锌粉：将步骤1)所得铜渣含碳球团直接送入还原炉内进行还原，形成金属化球团，还原炉可以是转底炉、回转窑、隧道窑、车底炉等，在还原炉内，铜渣中的铁氧化物绝大多数被还原为金属铁，形成金属化球团，铜渣中的锌氧化物被还原成单质锌并进入烟气，通过收尘系统收集；

3)冷却、磨矿磁选得到含硅铁粉：还原炉产出的金属化球团，经过水淬冷却、磨矿磁选得到含硅铁粉和尾矿，尾矿用于建材行业；

4)硅铁冶炼：将步骤3)所得含硅铁粉与硅石颗粒、还原剂混合压块后直接送入矿热电炉冶炼，得到硅铁合金与炉渣。

较佳的，所述步骤1)中，铜渣为通过火法炼铜排出的炉渣经过缓冷、细磨浮选回收铜之后的尾矿，含TFe：30％～50％，Zn：1％～3％，SiO₂：30％～50％，粒度-325目占比大于80％，还原剂为无烟煤、兰炭、焦炭的一种或几种混合物，固定碳含量大于75％，铜渣与还原剂的质量配比为100：(20～30)，铜渣含碳球团烘干后水分小于2％。

较佳的，所述步骤2)中，还原炉内的还原温度为1150℃～1330℃，还原时间为25min～40min，所得氧化锌粉的锌含量大于60％。

较佳的，所述步骤3)中，还原炉产出的金属化球团磨矿细度-325目占比大于75％，磁场强度为1800奥特斯～2200奥特斯。选得到含硅铁粉-200目占75％，金属化率大于97％，化学成分为TFe：75％～80％，SiO₂：15％～22％，C小于1％，S小于0.03％，P小于0.02％，CaO+MgO+Al₂O₃≤1％。

较佳的，所述步骤4)中，硅石颗粒含SiO₂大于97％，粒度组成如下：

3mm～2mm占15％；

2mm～1mm占35％；

1mm～0.5mm占20％；

0.5mm以下占30％。

还原剂为炼焦用煤，其粒度为-3mm占比100％，粘结指数大于90，含硅铁粉、硅石颗粒与还原剂的质量比为100：610：400，压块的抗压强度为≥600N/个，冶炼温度为1500℃～1680℃，冶炼时间为30min～45min，吨硅铁电耗6500～7000Kwh。

实施例一

某铜渣浮选后的尾矿成分见下表：

元素	TFe	FeO	Cu	CaO	MgO	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Na<sub>2</sub>O	K<sub>2</sub>O	S	P	Pb	Zn
														含量	43.21	44.44	0.17	1.82	2.62	31.34	3.32	0.25	1.02	0.19	0.02	0.26	1.09

1)铜渣含碳球团制备：将该铜渣、固定碳含量的80.32％无烟煤、膨润土混合均匀压制成含碳球团，将含碳球团在链篦烘干机中烘干至水分小于2％；

2)转底炉还原回收氧化锌粉：铜渣含碳球团送入转底炉进行还原，转底炉中温度为1150℃～1300℃，还原时间35min，得到氧化锌粉锌元素含量62.95％；

3)冷却、磨矿磁选得到含硅铁粉：转底炉产出的金属化球团，经过水淬冷却、磨矿磁选得到含硅铁粉和尾矿，含硅铁粉金属化率98.63％，其中TFe：76.82％、SiO₂：19.65％；

4)硅铁冶炼：将含硅铁粉、硅石颗粒和焦煤混合压块后直接送入矿热电炉冶炼，得到牌号为FeSi75Al10.5-A的硅铁合金与炉渣，其中含硅铁粉粒度-200目占82.23％，硅石粒度组成为：3～2mm占13～15％、2～1mm占30～35％、1～0.5mm占15％～20％、0.5mm以下占25％～30％，焦煤粒度-3mm占100％，粘结指数95，压制成的球团抗压强度705N/个，铁冶炼温度1550℃，冶炼时间仅为35min，吨硅铁电耗6800Kwh。

实施例二

某铜渣浮选后的尾矿成分见下表：

元素	TFe	FeO	Cu	CaO	MgO	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Pb	Zn	S	P	K<sub>2</sub>O	Na<sub>2</sub>O
														含量	41.55	41.82	0.19	1.85	1.81	33	3.15	0.54	2.23	0.24	0.018	0.36	0.12

1)铜渣含碳球团制备：将该铜渣、固定碳含量的76.66％兰炭、膨润土混合均匀压制成含碳球团，将含碳球团在链篦烘干机中烘干至水分小于2％；

2)转底炉还原回收氧化锌粉：铜渣含碳球团送入转底炉进行还原，转底炉中温度为1150℃～1280℃，还原时间40min，得到氧化锌粉锌元素含量63.62％；

3)冷却、磨矿磁选得到含硅铁粉：转底炉产出的金属化球团，经过水淬冷却、磨矿磁选得到含硅铁粉和尾矿，含硅铁粉金属化率97.88％，其中TFe：80.82％、SiO₂：16.65％；

4)硅铁冶炼：将含硅铁粉、硅石颗粒和焦煤混合压块后直接送入矿热电炉冶炼，得到牌号为FeSi90Al3的硅铁合金与炉渣。其中含硅铁粉粒度-200目占82.23％，硅石粒度组成为：3～2mm占13～15％、2～1mm占30～35％、1～0.5mm占15％～20％、0.5mm以下占25％～30％，焦煤粒度-3mm占100％，粘结指数100，压制成的球团抗压强度802N/个，铁冶炼温度1600℃，冶炼时间仅为30min，吨硅铁电耗6850Kwh。

综上所述，本发明一种利用铜渣生产氧化锌与硅铁合金的方法，针对铜渣长期堆存，利用率不高的问题，本发明采用直接还原-磨矿磁选-铁粉压块-硅铁冶炼的工艺流程，生产高附加值的氧化锌粉与硅铁合金，降低硅铁冶炼温度，缩短硅铁反应时间，从而降低硅铁冶炼电耗，实现铜渣的资源综合利用，提高铜渣利用水平。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。