一种回收铜渣余热并直接还原提铁的系统及方法技术方案

本发明专利技术属于有色冶金技术领域，具体涉及一种回收铜渣余热并直接还原提铁的系统及方法。本发明专利技术将粒化后的铜渣颗粒直接制备铜渣含碳颗粒，省去了磨矿工序，降低了现有技术中球团造球过程的能耗；在烘干炉内干燥后的铜渣含碳球团抗压强度增加，为直接还原的进行提供了保障；本发明专利技术通过对还原炉温度的控制，提高了铜渣中铁的还原率；通过对炉内烟气余热的回收，提高了余热回收率，降低了生产成本，达到了节能减排的目的，解决了目前铜渣余热回收及铁的回收难的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有色冶金
，具体涉及一种回收铜渣余热并直接还原提铁的系统及方法。
技术介绍
铜渣是铜冶炼过程中排出的副产物，主要成分是铁橄榄石和磁铁矿，出炉温度可达1300℃。据有关资料统计，每年仅我国产生的铜渣就高达1500万吨。铜渣中铁含量可达30%～45%，具有较高的余热回收价值和金属回收价值。而目前对于铜渣的处理方式是水淬法快速冷却，冷却后的铜渣作为废渣堆存。该处理方法不仅没有回收铜渣的高温余热，浪费了水资源，而且铜渣中的铁未能有效回收，此外铜渣的大量堆存污染了环境。随着人们对能源和环境的重视，回收铜渣中铁的研究也逐步深入。对铜渣中铁组分回收方法的研究主要包括氧化法，湿法，选矿法及还原法。氧化法，是指对熔融态铜渣进行氧化处理，实现铜渣中铁组分向磁铁矿相选择性富集，经过冷却破碎后在低温下通过磁选方式回收铁。在氧化反应后期，由于铜渣中FeO组分不断减少，Si-O络合离子团不断聚合，以及Fe3O4不断聚集长大，导致熔渣粘度及熔点逐渐升高，阻碍了反应的继续进行和磁铁矿相的长大，导致铁回收率低。湿法，是采用硫酸或氯酸等化学药剂综合回收有价金属，该法具有良好的选择性，且可回收锌、铅、镍、钴等有价金属。但湿法技术需要使用大量的化学药剂，不仅会腐蚀生产设备，也会造成环境污染。磁选法，主要针对冷态铜渣中铁的回收。铁主要分布在铜渣中橄榄石相和磁性氧化铁矿物中，采用磁选的方法可以得到铁精矿。但铜渣物相复杂，结晶度不好的铜渣各物相之间存在连生与包裹现象，导致有价金属与脉石成分分离困难，因而磁选效果不佳。还原法主要是将铜渣中含铁组分在外加还原剂的作用下而还原析出的方法。还原法具有铁回收率高，易于分离渣中铁的优点，因此成为学者的研究重点。还原法按照温度不同可分为高温熔融还原和直接还原。高温熔融还原所需温度高，需要满足在铜渣熔点以上，熔炼过程产生大量的废气和污染物。直接还原法是钢铁冶炼过程中非高炉炼铁主要方法之一，是指在低于矿石熔化温度以下发生还原反应生产海绵铁的过程。通过直接还原所得的铁含碳量低，金属化率高，铁含量高，生产过程污染少。目前，已有学者提出在转底炉或竖炉中通过直接还原的方式处理不同类型的铁矿石，如褐铁矿，赤铁矿，尼尔森精矿，钒钛磁铁矿，硼铁矿等。直接还原后的矿石需要通过磨矿磁选或者熔融分离的方式进行进一步分离，以期得到海绵铁或其他有价组分。在直接还原过程中，造球是其中必不可少的重要环节。含碳球团自身带有还原剂，且铁矿粉，粘结剂及还原剂彼此紧密结触。在加热过程中，含碳球团不仅能够快速还原，而且球团内的碳及矿粉粒度极细，碳与铁氧化物密切接触，使还原速度的限制环节由传统的传质过程转变为界面化学反应。温度愈高，球团直径愈小，原料愈细，配碳量愈高，则还原速度愈快。铜渣因为含铁量高，实际可以算是一种“人造矿石”，经过直接还原后，铜渣中的铁橄榄石、磁铁矿等均被还原成了金属铁。金属铁与还原后的炉渣再进行进一步分离回收。CN 101591718A利用直接还原法对制备的铜渣含碳球团中的铁组分进行回收，提出一种直接还原-磁选的回收方法。该方法通过磨矿、造球、干燥后在还原炉（转底炉或竖炉）中对铜渣进行直接还原，最后经过磨矿磁选的方式分离金属铁。这在一定程度上能够有效回收铜渣中铁组分，但该过程铜渣余热未能有效回收利用，而且磨矿后造球过程能耗高。在现存的回收处理方式中主要有以下不足：（1）无论是氧化法、湿法、选矿法还是还原法，铜渣现存回收处理方法中，铜渣余热均未能有效回收利用；（2）直接还原工艺所需含碳球团在造球前需要进行磨矿处理，造球工艺复杂，能耗高。
技术实现思路
针对现存技术中存在的问题，本专利技术提供一种回收铜渣余热并直接还原提铁的系统及方法，能够实现铜渣余热回收及铜渣中铁的有效回收利用，解决目前铜渣余热回收及资源化利用难且能耗高的技术难题。本专利技术的回收铜渣余热并直接还原提铁的系统由熔渣粒化及余热回收装置、铜渣含碳球团制备装置和直接还原装置组成；其中所述的熔渣粒化及余热回收装置包括熔渣粒化组件和余热回收组件，熔渣粒化组件由熔渣渣槽、离心粒化装置、鼓风机和渣粒收集装置组成，所述的渣粒收集装置是上宽下窄的漏斗型容器，能够高速旋转的离心粒化装置设置在渣粒收集装置内部，所述的熔渣渣槽从上方伸入到渣粒收集装置内部，且熔渣渣槽的出料口与离心粒化装置的进料口相对应，所述的鼓风机外设在渣粒收集装置两侧；所述的余热回收组件由布料板、渣粒换热器和运输装置组成，布料板设置在离心粒化装置下方，渣粒换热器上方，渣粒换热器设置在渣粒收集装置下部，其出口连接运输装置；所述的含碳球团制备装置由储料罐、混料装置、对辊压球机和烘干炉组成；其中所述的储料罐为并列的四组储料罐，储料罐出口连接混料装置，混料装置出口连接对辊压球机，对辊压球机出口对应烘干炉入口，所述的烘干炉是链条炉，其底部的链条炉排与直接还原装置中的还原炉相连；所述的直接还原装置包括还原炉、烟气换热器、引风机、除尘器和烟囱；其中所述的还原炉选用转底炉或竖炉，当选用竖炉时竖炉内部设有布流板，所述的还原炉内部分为预热区、还原区和冷却区，预热区上方设有烟气出口，冷却区底部是金属化球团出料口，预热区和还原区侧部设有煤气烧嘴，所述的烟气出口与烟气换热器相连，烟气换热器的干燥空气出口与烘干炉相连，助燃空气出口与煤气烧嘴相连，排烟口与引风机相连，引风机连接除尘器，除尘器连接烟囱。采用上述回收铜渣余热并直接还原提铁的系统回收铜渣余热并直接还原提铁的方法，按照以下步骤进行：（1）铜渣粒化及回收余热：从炼铜炉中排出的熔融态铜渣经熔渣渣槽导入离心粒化装置，离心粒化装置高速旋转使熔渣破碎粒化，同时利用鼓风机通入空气，得到直径为1~3mm、温度降为1000℃的铜渣颗粒；铜渣颗粒经布料板滚动进入渣粒换热器，在自身重力作用下缓慢移动，在移动过程中与换热器充分换热，温度降为100℃，然后经运输装置运送至铜渣颗粒储料罐中；（2）四组储料罐中分别装有铜渣颗粒、还原剂、熔剂和粘结剂，将四种原料按照设定好的配比分别进入混料装置，在混料装置中搅拌混匀，混匀后的物料进入对辊压球机进行造球，对辊压球机将物料压制成为10~20mm的铜渣含碳球团；将铜渣含碳球团送入烘干炉中干燥，铜渣含碳球团均匀分布在烘干炉中链条炉排上缓慢向前运动，铜渣含碳球团内部的水分蒸发并随烟气排出，最终被链条炉排送入还原炉中；（3）含碳球团在还原炉中依次经过预热区、高温还原区和冷却区，通过调节还原炉上的煤气烧嘴的燃烧控制还原炉内不同区间的温度，其中预热区温度控制为800~1000℃，还原区温度控制为1000~1150℃，冷却区温度为500~800℃，最终得到烟气和金属化球团。其中，所述的离心粒化装置的旋转速度为800~1200r/min。所述的还原剂为煤粉、煤焦、生物质粉、生物质碳或塑料裂解碳；所述的熔剂是CaO、Ca(OH)2或CaCO3；所述的粘结剂为膨润土、皂土或沥青；每1kg铜渣颗粒，熔剂配比为0.1~0.4kg，粘结剂配比为0.01~0.03kg，按照铜渣中铁橄榄石及磁铁矿的含氧量计算，还原剂中固定碳与铜渣颗粒内含铁物相中氧的质量配比C/O=1~1.4:1。所述的混料装置中搅拌混匀过程中添加占原料总质量12~16%的水。所述的对辊压球机的压球压力为10~30M本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回收铜渣余热并直接还原提铁的系统，其特征在于由熔渣粒化及余热回收装置、铜渣含碳球团制备装置和直接还原装置组成；其中所述的熔渣粒化及余热回收装置包括熔渣粒化组件和余热回收组件，熔渣粒化组件由熔渣渣槽、离心粒化装置、鼓风机和渣粒收集装置组成，所述的渣粒收集装置是上宽下窄的漏斗型容器，能够高速旋转的离心粒化装置设置在渣粒收集装置内部，所述的熔渣渣槽从上方伸入到渣粒收集装置内部，且熔渣渣槽的出料口与离心粒化装置的进料口相对应，所述的鼓风机外设在渣粒收集装置两侧；所述的余热回收组件由布料板、渣粒换热器和运输装置组成，布料板设置在离心粒化装置下方，渣粒换热器上方，渣粒换热器设置在渣粒收集装置下部，其出口连接运输装置；所述的含碳球团制备装置由储料罐、混料装置、对辊压球机和烘干炉组成；其中所述的储料罐为并列的四组储料罐，储料罐出口连接混料装置，混料装置出口连接对辊压球机，对辊压球机出口对应烘干炉入口，所述的烘干炉是链条炉，其底部的链条炉排与直接还原装置中的还原炉相连；所述的直接还原装置包括还原炉、烟气换热器、引风机、除尘器和烟囱；其中所述的还原炉选用转底炉或竖炉，当选用竖炉时竖炉内部设有布流板，所述的还原炉内部分为预热区、还原区和冷却区，预热区上方设有烟气出口，冷却区底部是金属化球团出料口，预热区和还原区侧部设有煤气烧嘴，所述的烟气出口与烟气换热器相连，烟气换热器的干燥空气出口与烘干炉相连，助燃空气出口与煤气烧嘴相连，排烟口与引风机相连，引风机连接除尘器，除尘器连接烟囱。...

【技术特征摘要】
1.一种回收铜渣余热并直接还原提铁的系统，其特征在于由熔渣粒化及余热回收装置、铜渣含碳球团制备装置和直接还原装置组成；其中所述的熔渣粒化及余热回收装置包括熔渣粒化组件和余热回收组件，熔渣粒化组件由熔渣渣槽、离心粒化装置、鼓风机和渣粒收集装置组成，所述的渣粒收集装置是上宽下窄的漏斗型容器，能够高速旋转的离心粒化装置设置在渣粒收集装置内部，所述的熔渣渣槽从上方伸入到渣粒收集装置内部，且熔渣渣槽的出料口与离心粒化装置的进料口相对应，所述的鼓风机外设在渣粒收集装置两侧；所述的余热回收组件由布料板、渣粒换热器和运输装置组成，布料板设置在离心粒化装置下方，渣粒换热器上方，渣粒换热器设置在渣粒收集装置下部，其出口连接运输装置；所述的含碳球团制备装置由储料罐、混料装置、对辊压球机和烘干炉组成；其中所述的储料罐为并列的四组储料罐，储料罐出口连接混料装置，混料装置出口连接对辊压球机，对辊压球机出口对应烘干炉入口，所述的烘干炉是链条炉，其底部的链条炉排与直接还原装置中的还原炉相连；所述的直接还原装置包括还原炉、烟气换热器、引风机、除尘器和烟囱；其中所述的还原炉选用转底炉或竖炉，当选用竖炉时竖炉内部设有布流板，所述的还原炉内部分为预热区、还原区和冷却区，预热区上方设有烟气出口，冷却区底部是金属化球团出料口，预热区和还原区侧部设有煤气烧嘴，所述的烟气出口与烟气换热器相连，烟气换热器的干燥空气出口与烘干炉相连，助燃空气出口与煤气烧嘴相连，排烟口与引风机相连，引风机连接除尘器，除尘器连接烟囱。2.一种采用如权利要求1所述的回收铜渣余热并直接还原提铁的系统回收铜渣余热并直接还原提铁的方法，其特征在于按照以下步骤进行：（1）铜渣粒化及回收余热：从炼铜炉中排出的熔融态铜渣经熔渣渣槽导入离心粒化装置，离心粒化装置高速旋转使熔渣破碎粒化，同时利用鼓风机通入空气，得到直径为1~3mm、温度降为1000℃的铜渣颗粒；铜渣颗粒经布料板滚动进入渣粒换热器，在自身重力作用下缓慢移动，在移动过程中与换热器充分换热，温度降为100℃，然后经运输装置运送至铜渣颗粒储料罐中；（2）四组储料罐中分别装有铜渣颗粒、还原剂、熔剂和粘结剂，将四种原料按照设定好的配比分别进入混料装置，在混料装置中搅拌混匀，混匀后的物料进入对辊压球机进行造球，对辊压球机将物料压制成为10~20mm的铜渣含碳球团；将铜渣含碳球团送入烘干炉中干燥，铜渣含碳球团均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：于庆波，左宗良，王拓，闫子文，秦勤，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21