本發(fā)明屬于冶金和礦物工程，涉及一種銅渣煤基氫冶金回轉(zhuǎn)窯工藝。

背景技術(shù)：

1、銅渣是銅冶煉過程產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，其資源化利用和安全處置受到廣泛關(guān)。在銅渣中，只有部分有價元素被回收利用，其余的全被堆存處理，形成了“渣山”等風(fēng)景，這不僅造成了空間的大面積占用，還對周邊的水、土壤等造成了污染，產(chǎn)生一系列環(huán)境問題。由于銅礦石的性質(zhì)、選銅工藝及銅冶煉工藝不同，銅渣的成分也各不相同，但普遍含有fe、mo、cu、zn、co和ni等金屬及其氧化物，其中鐵含量往往較高，在40%左右，具有較高的綜合回收價值，對它的回收利用研究意義重大，但因鐵主要以鐵橄欖石(?fe2sio4)和極微細(xì)粒磁鐵礦(?fe3o4)形式存在。對銅渣中鐵組分的回收，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行過大量的研究工作，結(jié)果表明，由于磁性鐵含量低、且粒度微細(xì)，所得精礦鐵品位和鐵回收率指標(biāo)不理想，采用傳統(tǒng)的礦物加工工藝難以有效回收。

2、本發(fā)明以自主研究的煤基氫冶金技術(shù)，利用氫氣的強(qiáng)還原性，在固態(tài)下完成鐵氧化物的快速還原生成金屬鐵，添加金屬聚集種子，使得生成的金屬鐵在一定的條件下牽引聚集有時間長大，為下一步磨選降雜提純奠定了優(yōu)勢。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種銅渣煤基氫冶金回轉(zhuǎn)窯工藝，以解決磁性鐵含量低、且粒度微細(xì)，所得精礦鐵品位和鐵回收率指標(biāo)不理想等問題，還具有低成本、低能耗、高效能等優(yōu)勢。本發(fā)明以煤基氫冶金技術(shù)，利用氫氣的強(qiáng)還原性，在固態(tài)下完成鐵氧化物的快速還原生成金屬鐵，添加金屬聚集種子，使得生成的金屬鐵在一定的條件下牽引聚集有時間長大，為下一步磨選降雜提純奠定了優(yōu)勢，該工藝具有低成本、低能耗、高效能等特點。

2、一種銅渣煤基氫冶金回轉(zhuǎn)窯工藝，包括以下步驟：

3、（1）將銅渣、金屬聚集種子、粘結(jié)劑潤磨；將高揮發(fā)分煤粒度分級成5-30mm和小于5mm兩部分，其中小于5mm的高揮發(fā)分粉煤制粉顆粒度40目75~85%；高揮發(fā)分粉煤揮發(fā)分值為20%-40%；銅渣鐵含量35~45%；粘結(jié)劑為腐殖酸鈉。

4、（2）將潤磨后的銅渣、金屬聚集種子、粘結(jié)劑與小于5mm的高揮發(fā)分粉煤制粉，按照質(zhì)量比100：5-10：4：10進(jìn)行配料、加水混勻后，采用壓塊機(jī)造球，得到含煤壓塊；

5、（3）將濕壓塊干燥，干燥后與循環(huán)殘?zhí)恳煌腿霘湟苯鸹剞D(zhuǎn)窯內(nèi)滾動行進(jìn)加熱升溫，含煤壓塊內(nèi)部發(fā)生煤的熱解和鐵氧化物還原反應(yīng)，當(dāng)物料行進(jìn)至窯體中段時，將5-30mm的高揮發(fā)分粒煤采用窯頭拋槍拋入窯內(nèi)，其充分熱解產(chǎn)生的h2和以h2o做氣化劑發(fā)生碳?xì)饣磻?yīng)產(chǎn)生的h2與該壓塊中鐵的氧化物發(fā)生冶金還原反應(yīng)，這一過程進(jìn)一步強(qiáng)化了料層中還原性氣氛的氣相體量和濃度，從而達(dá)到了鐵氧化物的快速還原，為新生成的金屬鐵聚集長大了創(chuàng)造了有利的時間和溫度條件，得到金屬化混合物料；物料在窯時間為2.5~3.5h，控制窯尾溫度620~660℃、窯身溫度1050~1150℃、排料溫度880~920℃；

6、（4）還原焙燒后的金屬化混合物料先經(jīng)過隔氧干式冷卻至常溫，再進(jìn)入磁滾筒進(jìn)行干式分離，分離出金屬化物料和殘?zhí)?，其中殘?zhí)克腿霘湟苯鸹剞D(zhuǎn)窯循環(huán)再利用，金屬化物料進(jìn)入磨選系統(tǒng)進(jìn)行提純得到高品位鐵粉。

7、金屬聚集種子為顆粒度-200目占比65~75%的鐵精粉，利用鐵精粉的良好還原特性和顆粒性，其中的鐵氧化物更容易被還原成金屬鐵，且顆粒性又好；同時這一還原過程還有助于增強(qiáng)含煤壓塊中銅渣中的鐵氧化物還原的冶金動力學(xué)條件，當(dāng)銅渣中鐵氧化物被還原到一定程度，即整體鐵金屬化率達(dá)到80%以上時，銅渣中鐵氧化物被還原成的細(xì)小鐵顆粒在一定作用力下圍繞金屬聚集種子聚集，實現(xiàn)鐵顆粒變大。

8、對于不添加金屬聚集種子的工藝，制備的成型物料只能在相對較低的溫度下進(jìn)行較長時間的還原，且針對在在配方中同時添加了高比例石灰石和煤粉的工藝，制備的成型物料受熱后膨脹粉化，影響傳熱效率，金屬化率小于60%以前遇見1150℃及更高溫時就會導(dǎo)致物料軟熔，影響還原效果，甚至導(dǎo)致工藝不順行。本發(fā)明添加金屬聚集種子，且沒有同時添加了高比例石灰石和煤粉。

9、將小于30mm的高揮發(fā)分煤粒度分級成5-30mm和小于5mm兩部分，其中小于5mm的高揮發(fā)分粉煤制粉后內(nèi)配，制備成含煤壓塊，5-30mm的高揮發(fā)分粒煤采用窯頭拋槍拋入窯內(nèi)，強(qiáng)化和干預(yù)還原焙燒氣氛，使得整個焙燒過程中，料層中為絕對的高還原性氣氛，為銅渣中鐵氧化物的快速還原創(chuàng)造了良好的冶金動力學(xué)條件。

10、得到的金屬化物料進(jìn)入磨選系統(tǒng)進(jìn)行提純，可將整體鐵品位提升至80%以上，品質(zhì)分級后得到高品位鐵粉，得到高品位鐵粉可銷售也可冷壓造塊再送入熔分爐制備鋼水。

11、h2作為一種還原劑，還原鐵氧化物時需要的冶金反應(yīng)溫度點低，選擇使用高揮發(fā)分煤，利用煤熱解產(chǎn)生的h2和以水氣化碳反應(yīng)生成的h2，在固態(tài)下與銅渣中以鐵橄欖石為主的鐵氧化物發(fā)生系列冶金化學(xué)反應(yīng)高效的還原成金屬鐵，生產(chǎn)為高金屬化率的金屬化物料，避免了銅渣中典型的以鐵橄欖石為主的鐵氧化物在碳冶金還原時因溫度較高軟熔成液相較難還原的問題。

12、銅渣中典型的以鐵橄欖石為主的鐵氧化物在較低的冶金熱力學(xué)條件和富余的冶金動力學(xué)條件下，能夠在較短的時間內(nèi)完成冶金還原反應(yīng)，使得還原成的金屬鐵顆粒聚集長大有充足的時間，有利于下一步的磨選提純。

13、本發(fā)明的技術(shù)原理為：

14、依據(jù)冶金熱力學(xué)原理，用c或co、h2作還原劑時，鐵礦物中鐵化合物在固態(tài)下被還原的相關(guān)主要化學(xué)反應(yīng)有：

15、

16、從冶金熱力學(xué)角度來看，固態(tài)碳和固態(tài)鐵氧化物的反應(yīng)是完全可行的，但是從動力學(xué)角度看，由于固體顆粒之間的不完全接觸，兩個固相之間的接觸面太小，各類固態(tài)鐵氧化物和c直接反應(yīng)是很有限的。而各類固態(tài)鐵氧化物和c直接反應(yīng)對還原鐵礦石最大的貢獻(xiàn)是產(chǎn)出了co（可還原各類固態(tài)鐵氧化物并產(chǎn)出新的co2）和co2。在高溫下，由于co2的存在，混合物料（鐵礦石和還原用煤）中的c被氣化產(chǎn)生了co，即產(chǎn)生新的氣體還原劑使鐵氧化物被逐級還原成金屬fe的反應(yīng)持續(xù)下去，產(chǎn)生典型的“耦合效應(yīng)”。含有一定含量氫的高揮發(fā)分煤，其熱解釋放出h2，可還原各類固態(tài)鐵氧化物并產(chǎn)出新的h2o）,在高溫下氣化c產(chǎn)生h2，即產(chǎn)生新的h2使鐵氧化物被逐級還原成金屬fe的反應(yīng)持續(xù)下去，也會產(chǎn)生典型的“耦合效應(yīng)”。在各類固態(tài)鐵氧化物還原過程中，co在中間起著傳遞氧的重要作用，平衡組分是受碳的氣化反應(yīng)控制，也就是說，各類固態(tài)鐵氧化物的還原過程受碳的氣化反應(yīng)影響。

17、如圖2，h2與co的還原相比有以下特點①?隨著溫度升高，平衡氣相曲線向下傾斜，說明h2的還原能力提高。②從熱力學(xué)因素看810℃以上，h2的還原能力高于co還原能力。810℃以下時，則相反。③?從反應(yīng)的動力學(xué)看，因為h2與其反應(yīng)產(chǎn)物h2o的分子半徑均比co與其反應(yīng)產(chǎn)物co2的分子半徑小，因而擴(kuò)散能力強(qiáng)。說明不論在低溫或高溫下，h2還原反應(yīng)速度都比co還原反應(yīng)速度快（當(dāng)然任何反應(yīng)速度都是隨溫度升高而加快的）。

18、煤基氫冶金技術(shù)是將煤的充分熱解過程與鐵礦石冶金還原過程在熱態(tài)下的高度集成，利用化學(xué)反應(yīng)的選擇性，從煤的充分熱解中先行得到h2，熱態(tài)下以h2還原鐵氧化物產(chǎn)生的h2o做氣化劑氣化c再得到h2.......，這一系列過程能夠產(chǎn)生足夠多的h2實現(xiàn)氫冶金過程，具有反應(yīng)溫度點低、反應(yīng)速度快、能源需求少等優(yōu)勢。

19、本發(fā)明的有益效果：

20、（1）使用廉價的具有一定揮發(fā)分含量的煙煤或褐煤，分級后0-5mm細(xì)粒級制粉內(nèi)配和5-30mm采用拋槍拋入的方式，使得煤熱解產(chǎn)生的h2和以水氣化碳反應(yīng)生成的h2貫穿全過程，強(qiáng)化和干預(yù)還原焙燒氣氛，使得整個焙燒過程中，料層中為絕對的高還原性氣氛，為銅渣中鐵氧化物的快速還原創(chuàng)造了良好的冶金動力學(xué)條件。

21、（2）h2作為一種還原劑，還原鐵氧化物時需要的冶金反應(yīng)溫度點低，選擇使用高揮發(fā)分煤，利用煤熱解產(chǎn)生的h2和以水氣化碳反應(yīng)生成的h2，在固態(tài)下與銅渣中以鐵橄欖石為主的鐵氧化物發(fā)生系列冶金化學(xué)反應(yīng)高效的還原成金屬鐵，生產(chǎn)為高金屬化率的金屬化物料，避免了銅渣中典型的以鐵橄欖石為主的鐵氧化物在碳冶金還原時因溫度較高軟熔成液相較難還原的問題。

22、（3）加入一定量的具有一定顆粒度的金屬聚集種子，利用其良好還原特性和顆粒性，增強(qiáng)含煤壓塊中銅渣中的鐵氧化物還原的冶金動力學(xué)條件，當(dāng)銅渣中鐵氧化物被還原到一定程度，鐵金屬化率達(dá)到80%以上時，銅渣中鐵氧化物被還原成的細(xì)小鐵顆粒在一定作用力下圍繞金屬聚集種子聚集，實現(xiàn)鐵顆粒變大。

23、（4）經(jīng)該工藝還原焙燒后的混合物料先經(jīng)過隔氧干式冷卻至常溫，再進(jìn)入磁滾筒進(jìn)行干式分離，分離出金屬化物料和殘?zhí)浚渲袣執(zhí)垦h(huán)再利用，提升了煤的利用率。

24、（5）銅渣中典型的以鐵橄欖石為主的鐵氧化物在較低的冶金熱力學(xué)條件和富余的冶金動力學(xué)條件下，能夠在較短的時間內(nèi)完成冶金還原反應(yīng)，使得還原成的金屬鐵顆粒聚集長大有充足的時間，有利于下一步的磨選進(jìn)行品質(zhì)升級。