一种铜冶炼渣与锰铁矿共还原回收铁、铜和锰的方法技术

本发明专利技术公开了一种铜冶炼渣与锰铁矿共还原回收铁、铜和锰的方法，包括：(1)造球：将铜冶炼渣、锰铁矿和复合添加剂混匀后造球；所述复合添加剂包含石灰石60～80％；腐植酸钠20～40％；(2)预热：将生球进行干燥和预热，获得强度较高的预热球团；(3)预还原：将预热球团配入还原剂，在950～1050℃下进行还原反应；(4)熔分：将炽热的预还原球团和适宜比例的还原剂混合送入矿热炉中进行熔分，使渣铁分离，并冷却，获得含铜铁水和富锰渣；(5)浸出：将富锰渣经过破碎和磨矿后，然后经过碱浸和酸浸，浸出其中的MnO。本发明专利技术方法所获得含铜铁水，铁品位高于95％、铜品位高于1.2％，铁的回收率超过97％，铜的回收率超过90％，锰的浸出率超过90％，实现铁、铜和锰的高效利用。

A Co-reduction Method for Recovering Iron, Copper and Manganese from Copper Smelting Slag and Manganese Iron Ore

【技术实现步骤摘要】
一种铜冶炼渣与锰铁矿共还原回收铁、铜和锰的方法
本专利技术属于工业废渣资源化利用
，具体涉及一种铜冶炼渣与锰铁矿共还原回收铁、铜和锰的方法。
技术介绍
我国铁矿、铜矿和锰矿资源贫、细、杂的特点，导致了国内铁、铜和锰供需矛盾十分突出，对国外优质矿石资源的依存度高居不下，这对国民经济健康稳定发展极为不利。同时世界范围内优质矿石资源日渐消耗，资源量不断减少，如何有效开发利用低品位复杂矿石资源将是今后解决铁、铜和锰资源瓶颈的基本手段之一。世界上约有80％的铜是通过火法冶炼工艺生产的，其余20％用湿法冶金获得，通常生产1吨冰铜大约可以产生2.2吨的铜渣。近年来，随着我国经济的迅速发展，我国铜产量也快速增加，已经超过智利跃居世界第一。2017年我国精炼铜产量高达820万吨，与此同时每年产出1500万吨以上铜渣，累计产出量超过了1.7亿吨。铜冶炼产生的冶炼渣中Cu、Fe等金属含量较高，通常铜渣中铁含量40％左右，铜含量1％，远高于我国铁矿石和铜矿石可采品位(TFe>27％；TCu>0.6％)。铜冶炼渣的铜利用率不超过12％，而铁利用率不足1％。若有效地回收渣中有价组分，实现铜渣资源化，能缓解我国铜、铁资源严重不足的局面。目前，铜渣中铜的回收已趋于成熟。典型的处置工艺包括火法贫化工艺(反射炉法、电炉贫化法、沸腾炉法、真空贫化法)、熔渣缓冷-浮选工艺、铜锍提取工艺、湿法浸出等。其中，以熔渣电炉贫化法和缓冷-浮选法回收铜为主，并获得工业应用。但是，电炉贫化渣和浮选尾矿中仍残留一定量的铜(0.3-0.6％)及大量铁资源没有得到有效回收。目前铜渣中铁的回收主要通过直接还原-磁选、熔融还原或者高温改性-磁选等工艺。锰铁矿是一种以铁、锰为主要元素、同时伴生有铝硅化合物的复杂铁矿石。此类矿石中铁一般以赤铁矿和褐铁矿形式存在；锰多以锰氧化物赋存，同时与铁嵌布紧密，关系复杂，因铁和锰的物理化学性质相近，还会形成类质同象；铝、硅矿物多以铝硅酸盐存在于矿石中；各元素间嵌布粒度微细，紧密共生，难以分离。目前较有效的手段是将其作为高炉炉料生产富锰渣，然而高炉富锰渣工艺需要以焦炭为燃料和还原剂，随着焦煤资源的不断减少，需要配套炼焦工艺以生产优质焦炭，但炼焦工艺环境污染大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铜冶炼渣与锰铁矿共还原回收铁、铜和锰的方法，采用该方法可以同时实现铜渣与铁锰矿的综合利用，实现Fe、Cu和Mn元素的高效分离与提取。本专利技术提供以下技术方案：一种铜冶炼渣与锰铁矿共还原回收铁、铜和锰的方法，包括以下步骤：(1)造球：将铜冶炼渣、锰铁矿和复合添加剂混匀后造球，得到生球；所述复合添加剂由按质量百分比计的下述组分组成：石灰石60～80％；腐植酸钠20～40％；(2)预热：将步骤(1)制得的生球进行干燥和预热，获得强度较高的预热球团；(3)预还原：将步骤(2)制得的预热球团配入还原剂，在950～1050℃下进行还原反应；(4)熔分：将步骤(3)制得的炽热的预还原球团和适宜比例的还原剂混合送入矿热炉中进行熔分，使渣铁分离，并冷却，获得含铜铁水和富锰渣；(5)浸出：将步骤(4)产出的富锰渣，经过破碎和磨矿后，然后经过碱浸和酸浸，浸出其中的MnO，获得硫酸锰溶液，提取Mn元素。作为优选，所述铜冶炼渣和锰铁矿的配料质量比为4～5∶5～6。作为优选，所述复合添加剂的添加量为铜冶炼渣与锰铁矿总质量的15～30wt％。作为优选，所述铜冶炼渣为经过预处理后的铜渣，预处理方法为：将铜冶炼渣经过球磨和高压辊磨联合处理，使其粒度小于0.074mm占80％以上，比表面积不低于1500cm2/g。作为优选，所述锰铁矿为经过预处理后的锰矿，预处理方法为：将锰铁矿经过球磨和高压辊磨联合处理，使其粒度小于0.074mm占80％以上，比表面积不低于1500cm2/g。作为优选，步骤(1)中，采用中圆盘造成球机造球，造球水分为7％～9％，造球时间为9～15min。作为优选，步骤(1)中，所述生球的粒度为8～16mm。作为优选，步骤(2)中，所述预热在链篦机上进行，生球的料层高度为80～120mm。进一步，所述生球在链篦机中200～350℃下干燥3～6min，干燥后再升温至900～1100℃下预热处理10～15min。在工业生产中，步骤(2)中预热优选在带式焙烧机上进行，生球的料层高度为80～120mm。进一步，所述生球在带式焙烧机上250～350℃下鼓风干燥2～3min，然后抽风干燥1～3min，随后升温至900～1100℃下预热10～15min，得到预热球团。通过干燥，生球水分降低到2％以下，其爆裂温度大幅度上升，极大地减少生球进入预热段后产生碎裂的比例，便于提高预热球强度及成品率。若干燥温度低于250℃，则干燥时间要延长，产量下降。若干燥温度高于350℃，接近和超过生球的爆裂温度，则在干燥过程中，生球大量产生破裂。因此，生球的干燥是在干燥动力学条件下的适宜干燥速率和适宜焙烧球团强度之间寻求平衡。通过步骤(2)的各工序中参数的协同，可使预热球团抗压强度大于600N/个，具有良好强度的预热球团，且温度在900℃以上，直接热装送入回转窑内进行预还原，降低能耗。作为优选，步骤(3)中，所述还原剂为烟煤；烟煤的粒度为5～25mm。还原剂的粒度太细和太粗，均影响煤在还原窑内的分布不均，导致还原气氛不充分，还原效果较差。作为优选，步骤(3)中，所述还原剂中的碳与预热球团中铁的质量比为0.6～1.0：1。作为优选，步骤(3)中，所述预还原温度为950～1050℃，还原时间为90～120min。预还原温度过低，混合料中铁和铜矿物还原不充分，金属化率偏低，部分铁和铜元素仍然以氧化态形式存在，导致后续熔分过程渣铁分离不好，金属回收率偏低；若预还原温度过高，铜冶炼渣熔点低，还原过程容易出现液相，促进球团粘结和回转窑结圈，从而导致设备损耗加大，生产成本提高。当还原时间低于90min时，还原时间偏短，铁、铜和锰的氧化物还原不充分，导致后续熔分和浸出过程金属回收率偏低；还原时间过长，一方面会导致能耗增加，另外一方面，高温下还原时间太长会导致还原后期，烟煤快速消耗殆尽，体系还原气氛减弱，导致已经还原的金属铁和金属铜重新被氧化。作为优选，步骤(4)中，所述还原剂为烟煤；烟煤的粒度为5～25mm。作为优选，步骤(4)中，所述还原剂的配入量为预还原球团质量的5％～10％。还原剂配比过低，导致熔分过程还原气氛不足，金属回收率偏低；但当烟煤配入量过多时，由于煤的气化反应吸热，导致体系热量不足，降低了铁水流动性，因此渣铁无法分离。作为优选，步骤(4)中，所述熔分温度为1450～1550℃，熔分时间为15～30min。当熔分温度偏低时，预还原球团经高温熔炼后并未出现渣铁分离，在此熔分温度条件下，预还原球团仅熔化了一部分，金属铁有部分聚集，热力学上，碳的气化反应和固体碳还原FeO均是强吸热反应，由于试验过程中配加了5％～10％的烟煤保护冶炼气氛，导致体系热量不足以保证球团熔化；当熔分过高时，导致能耗增加；当熔分时间不足15min时，熔分时间短，金属液与熔渣无法完全分层，导致渣铁分离不好；当熔分时间过长时，导致能耗增加，生产效率降低。作为优选，步骤(4)中，熔分结束后，采用水淬急速冷却，降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜冶炼渣与锰铁矿共还原回收铁、铜和锰的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)造球：将铜冶炼渣、锰铁矿和复合添加剂混匀后造球，得到生球；所述复合添加剂由按质量百分比计的下述组分组成：石灰石   60～80％；腐植酸钠 20～40％；(2)预热：将步骤(1)制得的生球进行干燥和预热，获得强度较高的预热球团；(3)预还原：将步骤(2)制得的预热球团配入还原剂，在950～1050℃下进行还原反应；(4)熔分：将步骤(3)制得的炽热的预还原球团和适宜比例的还原剂混合送入矿热炉中进行熔分，使渣铁分离，并冷却，获得含铜铁水和富锰渣；(5)浸出：将步骤(4)产出的富锰渣，经过破碎和磨矿后，然后经过碱浸和酸浸，浸出其中的MnO，获得硫酸锰溶液，提取Mn元素。

【技术特征摘要】
1.一种铜冶炼渣与锰铁矿共还原回收铁、铜和锰的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)造球：将铜冶炼渣、锰铁矿和复合添加剂混匀后造球，得到生球；所述复合添加剂由按质量百分比计的下述组分组成：石灰石60～80％；腐植酸钠20～40％；(2)预热：将步骤(1)制得的生球进行干燥和预热，获得强度较高的预热球团；(3)预还原：将步骤(2)制得的预热球团配入还原剂，在950～1050℃下进行还原反应；(4)熔分：将步骤(3)制得的炽热的预还原球团和适宜比例的还原剂混合送入矿热炉中进行熔分，使渣铁分离，并冷却，获得含铜铁水和富锰渣；(5)浸出：将步骤(4)产出的富锰渣，经过破碎和磨矿后，然后经过碱浸和酸浸，浸出其中的MnO，获得硫酸锰溶液，提取Mn元素。2.根据权利要求1所述的铜冶炼渣与锰铁矿共还原回收铁、铜和锰的方法，其特征在于，所述铜冶炼渣和锰铁矿的配料质量比为4～5∶5～6。3.根据权利要求1所述的铜冶炼渣与锰铁矿共还原回收铁、铜和锰的方法，其特征在于，所述复合添加剂的添加量为铜冶炼渣与锰铁矿总质量的15～30wt％。4.根据权利要求1所述的铜冶炼渣与锰铁矿共还原回收铁、铜和锰的方法，其特征在于，步骤(1)中，采用中圆盘造成球机造球，造球水分为7％～9％，造球时间为9～15min；所述生球的粒度为8～16mm。5.根据权利要求1所述的铜冶炼渣与锰铁矿共还原回收铁、铜和锰的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述预热在链篦机上进行，生球的料层高度为80～120mm；所述生球在链篦机中200～350℃下干燥3～6min，干燥后再升温至90...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭正启，朱德庆，潘建，李启厚，李紫云，梁钟仁，杨聪聪，李思唯，王定政，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43