一种熔池熔炼电子废物的渣型的确定方法及渣型
阅读说明：本技术 一种熔池熔炼电子废物的渣型的确定方法及渣型 (Method for determining slag form of electronic waste smelted in molten pool and slag form ) 是由 郭键柄 陈正 丁志广 卢超 于 2021-09-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种熔池熔炼电子废物的渣型的确定方法,包括以下步骤：(1)确定电子废物中构成渣系的氧化物组分含量；(2)在硅-钙-铁系和硅-钙-铝系三元相图中寻找低熔点区域；(3)寻找构成硅-钙-铁系和硅-钙-铝系三元相图低熔点区相应的添加剂；(4)确定单位电子废物对应的各添加剂含量；(5)按确定的单位电子废物对应的各添加剂含量,进行熔池熔炼试验,验证渣型是否为理想渣型；(6)若非理想渣型,返回步骤(3)重复上述步骤,直至找到理想渣型；(7)根据确定的理想渣型,绘制基于硅-钙-铁系或硅-钙-铝系的四元渣型相图。本发明方法步骤简单、操作性强,同样适用于其他无参考资料的新型冶炼工艺的渣型确定。(The invention relates to a method for determining slag type of electronic waste smelted in a molten pool, which comprises the following steps: (1) determining the content of oxide components forming a slag system in the electronic waste; (2) searching a low-melting-point area in a silicon-calcium-iron series and silicon-calcium-aluminum series ternary phase diagram; (3) searching corresponding additives forming a low melting point region of a silicon-calcium-iron series and silicon-calcium-aluminum series ternary phase diagram; (4) determining the content of each additive corresponding to the unit electronic waste; (5) carrying out a molten pool smelting test according to the content of each additive corresponding to the determined unit electronic waste, and verifying whether the slag type is an ideal slag type; (6) if the slag type is not ideal, returning to the step (3) and repeating the steps until the ideal slag type is found; (7) and drawing a quaternary slag type phase diagram based on a silicon-calcium-iron system or a silicon-calcium-aluminum system according to the determined ideal slag type. The method has simple steps and strong operability, and is also suitable for determining the slag forms of other novel smelting processes without reference materials.)
技术领域
本发明涉及有色金属资源化利用技术领域，尤其涉及一种熔池熔炼电子废物的渣型的确定方法及渣型。
背景技术
随着经济的快速发展，各种电子电器产品更新淘汰的速度逐年加快，随之产生的电子废物也逐年增加。电子废物的主要成分有合成树脂、橡胶、铜、粘结剂等。电子废弃物不做处理直接堆存，首先需要占用大量的土地资源；其次含有的高分子材料难以降解，对生态环境造成严重污染。随着技术的进步和环保要求日趋严格，传统的鼓风炉焚烧和湿法酸浸等电子废弃物处理工艺有逐渐淘汰趋势，熔池熔炼工艺因炉型热效率高、有机物分解彻底等优势，具备工业化推广前景。
国内外现有的熔池熔炼炉协同处理电子废弃物的生产实践，电子废弃物在入炉原料中所占比例很低，原料成分、渣型制度等数据与纯电子废物处理几乎不同，参考价值有限。为此，亟需研发一种熔池熔炼电子废物的渣型，提高渣型设计效率。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明通过多次渣型试验和反复研究，提供一种熔池熔炼电子废物的渣型的确定方法及渣型，所述渣型适用于熔池熔炼处理电子废物的火法冶炼过程。通过本发明，可以实现熔池熔炼处理电子废物工艺的正常生产，渣清亮，流动性好，金属回收率高。
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明提供一种熔池熔炼电子废物的渣型的确定方法，包括以下步骤：
(1)采用化学定量分析和X射线荧光光谱分析，确定电子废物中构成渣系的氧化物组分含量；
(2)在利用FactSage软件绘制的硅-钙-铁系和硅-钙-铝系三元相图中，寻找三元相图中的低熔点区域；
(3)结合冶金相图理论和步骤(1)中的氧化物组分含量，寻找步骤(2)中构成硅-钙-铁系和硅-钙-铝系三元相图低熔点区相应的添加剂；
(4)通过Excel软件进行冶金计算，确定单位电子废物对应的各添加剂含量；
(5)按确定的单位电子废物对应的各添加剂含量，进行熔池熔炼试验，验证渣型是否为理想渣型；
(6)通过试验验证，若非理想渣型，返回步骤(3)重复上述步骤，直至找到理想渣型；
(7)根据确定的理想渣型，利用FactSage软件绘制基于硅-钙-铁系或硅-钙-铝系的四元渣型相图。
进一步地，添加剂包括石灰、石灰石、白云石、石英、石英砂、铁精矿、烧结矿、球团矿中的一种或多种。
进一步地，理想渣型满足：渣含铜小于0.7％，铜回收率大于95％。
进一步地，理想渣型包括按重量百分比计的以下组分：28％～35％的二氧化硅，18％～25％的氧化钙，6％-13％的三氧化二铝，16％-20％的铁氧化物，上述四种组分含量合计大于渣型总重量的80％。
进一步地，熔池熔炼通过熔池熔炼炉实现，熔池熔炼炉包括侧吹式、底吹式、顶吹式、顶侧复吹式、顶底复吹式熔池熔炼炉以及白银熔炼炉。
进一步地，电子废物为各类含铜电子废物，包括废插头、废电缆、废线路板、废充电器。
本发明还提供一种熔池熔炼电子废物的渣型，按照上述的确定方法确定，包括按重量百分比计的以下组分：28％～35％的二氧化硅，18％～25％的氧化钙，6％-13％的三氧化二铝，16％-20％的铁氧化物，上述四种组分含量合计大于渣型总重量的80％。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供了一种熔池熔炼处理电子废物渣型的确定方法，该方法步骤简单、操作性强，同样适用于其他无参考资料的新型冶炼工艺的渣型确定。
2、本发明提供的熔池熔炼处理电子废物渣型和绘制的渣型相图，填补了国际、国内相关领域技术空白。对今后各类熔池熔炼炉处理电子废物渣型选择配比有很好的借鉴作用。
3、本发明渣型可以维持熔池熔炼处理电子废物新工艺的正常生产，产出渣清亮，可溢流排渣，金属回收率高。
附图说明
图1为本发明利用FactSage软件绘制的SiO2-CaO-Al2O3三元相图。
图2为本发明利用FactSage软件绘制的SiO2-CaO-FeO三元相图。
图3为本发明硅-钙-铝系中不同FeO含量液相区示意图。
图4为本发明硅-钙-铁系中不同Al2O3含量液相区示意图
图5为本发明的一种熔池熔炼处理电子废弃物的渣型相图(基于硅-钙-铁系)。
图6为本发明的一种熔池熔炼处理电子废弃物的渣型相图(基于硅-钙-铝系)。
图7为本发明的理想渣型下金属和渣结晶照片。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例：
本发明提供一种熔池熔炼电子废物的渣型的确定方法，该方法包括以下步骤：
(1)原料来自市场上收集的各类含铜电子废物，经破碎、混匀，在650℃焙烧后，剩余残渣成分采用化学定量分析和X射线荧光光谱分析，见表1。
表1焙烧残渣的主要成分(单位：g/t)
由表1可知，废旧电路板焙烧残渣中Al2O3含量＞15％，Al2O3属两性氧化物，Al2O3的存在对炉渣粘度影响较大，Al2O3含量越高，炉渣熔点越高，粘度越大。结合相图理论，考虑在1300℃下，通过增加溶剂，平衡炉渣成分，降低渣中Al2O3相对含量，使SiO2-CaO-Al2O3三元体系中Al2O3成分线向SiO2-CaO边线移动，从而形成较大的液相区。
(2)因废旧电路板焙烧残渣中含有FeO，通过FactSage软件绘制SiO2-CaO-FeO三元相图，如图2所示。在SiO2-CaO-FeO三元相图中，CaO-SiO2与FeO-SiO2联结线上靠近铁橄榄石的一个斜长带状区域是该三元系熔化温度比较低的区域，最低熔化温度约为1093℃。以此点中心向四周扩展的低熔点区域，都是可以选用的SiO2-CaO-FeO渣区范围。
(3)结合冶金相图理论及步骤(1)中的焙烧残渣成分，原料中SiO2和Al2O3已在理论范围，CaO和FeO含量较低，因此考虑补充CaO和FeO的含量，以平衡渣成分，降低渣粘度。选择石灰石(CaO≥55％)作为CaO的添加剂，球团(TFe≥62％)作为FeO的添加剂，进行1300℃下的渣型配比试验。
(4)通过Excel软件进行冶金计算，确定不同电子废物成分下对应的石灰石和球团含量。参照图1和图2，分析SiO2-CaO-Al2O3三元相图和SiO2-CaO-FeO三元相图可知，两种三元渣系中CaO的理想含量重叠范围在18％-25％之间，因此增加溶剂调整渣型主要在于调整FeO的含量。参照图3，在SiO2-CaO-Al2O3体系中，液相区随FeO含量增加而增加，在FeO含量16％-20％时液相区最大，超过20％时液相区开始变小，这表明，FeO的加入，降低了炉渣中Al2O3的组分含量，导致炉渣粘度降低。参照图4，加入FeO之后，Al2O3含量在6％-13％时可以形成较大的液相区。当Al2O3含量继续升高时，液相区逐渐减小，这是由于Al2O3含量的增加使得渣粘度增加、流动性变差引起的。Al2O3含量＞14％时，SiO2-CaO-Al2O3-FeO四元渣系中液相区很窄，说明在生产实践中应严格控制入炉原料中的Al2O3含量。
(5)进行熔池熔炼试验。试验熔池熔炼炉为圆柱型固定式竖炉，喷枪经特殊设计采用循环水冷却，水冷喷枪从炉顶插入炉内悬于熔池上方。破碎后的电子废物从炉顶加入炉内，燃料、空气通过水冷喷枪喷入炉内。不同渣型范围的试验结果见表2。
表2不同渣型范围试验结果
由表2可知，2#渣型、3#渣型、4#渣型、5#渣型渣含铜均小于1％，铜回收率均大于88％，可以满足生产需要，是较为理想的渣型。其中，4#渣型试验结果渣流动性最好，渣含铜0.65％，铜回收率达96.65％，属于熔池熔炼处理电子废物的理想渣型。
在理想渣型下，进行扩大试验验证，粗铜含Cu 94.69％，Au 133.0g/t，Ag 1579g/t，Cu、Au、Ag总回收率均大于95％，金属和渣分离彻底，平均渣含铜小于0.7％，渣清亮，流动性强，溢流排渣情况良好。
(6)参照图5和图6，利用FactSage软件绘制理想渣型相图。在理想渣型下，进行工业试验，渣流动性好，可实现溢流连续排渣，金属和渣分离彻底，所得粗铜含Cu 94.69％，Au133.0g/t，Ag 1579g/t，Cu、Au、Ag总回收率均大于95％，平均渣含铜＜0.7％。理想渣型下金属和渣的结晶见图7，渣透明清亮，金属颗粒结晶状况良好。
本发明提供的一种熔池熔炼处理电子废物的渣型和绘制的渣型相图，填补了国际、国内相关领域技术空白。通过本发明渣型，可以实现熔池熔炼处理电子废物工艺的正常生产，渣清亮，流动性好，金属回收率高。
本发明提出的一种熔池熔炼处理电子废物的渣型确定方法，同样适用于其他无参考资料的新型冶炼工艺的渣型确定。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。