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某含銅污泥直接還原熔煉回收銅工藝研究

文檔作者：譚希發(fā)，林斌文檔來源：紫金礦業(yè)集團股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月06日
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2017年8月第4期譚希發(fā)等：某含銅污泥直接還原熔煉回收銅工藝研究·73·
某含銅污泥直接還原熔煉回收銅工藝研究
譚希發(fā)，林斌
(紫金礦業(yè)集團股份有限公司，福建上杭364200)
[摘要] 對某含銅污泥進行了直接還原熔煉回收銅試驗研究，探討了熔劑石英石、石灰石、還原劑煤
用量，以及熔煉溫度和時間等對銅回收率的影響，同時進行了熔煉溫度、熔煉時間和還原劑煤用量的
L。(34)正交試驗研究，并對正交試驗的最優(yōu)組合進行對比驗證與分析，得出該含銅污泥直接還原熔煉的
最佳條件為熔煉時間80 rain、還原劑煤用量4．5％、熔煉溫度1 310℃，在該條件下銅的回收率為
93．89％．效果較理想。
[關(guān)鍵詞] 含銅污泥；還原熔煉；回收率
[中圖分類號]TF811；X756 [文獻標志碼] B [文章編號] 1672—6103(2017)04—0073—05
隨著硫化銅礦山開采業(yè)、濕法提銅工業(yè)、銅冶煉
工業(yè)、銅深加工工業(yè)和銅電鍍工業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)
生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含銅酸性廢水量逐日增加，故含
銅酸性廢水處理過程中產(chǎn)生的含銅污泥量也逐日增
加¨。。該類污泥若不合理處置將會污染地下水，對
環(huán)境造成嚴重污染，嚴重破壞生態(tài)環(huán)境，對人體健康
造成危害嵋。。另外，可持續(xù)發(fā)展面臨著各種能源、
資源短缺的問題，金屬資源屬于耗竭性資源，無法由
自然界重新再生，含銅污泥作為一種廉價的、巨大的
二次可再生資源，對其進行資源化利用，不僅是發(fā)展
循環(huán)經(jīng)濟、建設(shè)節(jié)約型社會的重要體現(xiàn)，同時也提高
了銅資源的保障程度¨。。因此，研究處置含銅污泥
的工藝技術(shù)對回收有價金屬以及預(yù)防其環(huán)境污染有
重要的意義。
l 原料性質(zhì)
試驗使用的含銅污泥取自于福建某礦山，是通
過化學(xué)反應(yīng)生成的極微細礦物的絮狀聚集物，主要
為鐵的氫氧化物、鋁的氫氧化物、碳酸鹽和其它物質(zhì)
的混合物，以及少量的黃鐵礦、褐鐵礦、石英、明礬
石、地開石和微量的銅硫化物，其化學(xué)分析結(jié)果見表
1。所用熔劑石英石和石灰石來自福建某銅冶煉廠，
其化學(xué)分析結(jié)果見表2。還原劑選用福建本地?zé)o煙
煤，其化學(xué)分析結(jié)果見表3。
表1含銅污泥化學(xué)分析結(jié)果％
表2 石英石和石灰石化學(xué)分析結(jié)果％ 表3 還原劑煤化學(xué)分析結(jié)果％
[作者簡介]譚希發(fā)(1979一)，男，土家族，貴州思南人，碩士研究
生，高級工程師，主要研究方向：有色金屬冶金。
[收稿日期]2016—07—27
2 工藝原理
該含銅污泥采用直接還原熔煉工藝處理，其反
應(yīng)方程式如下：
主要分解反應(yīng)：
Cu(OH)2一CuO+H20 (1)
萬方數(shù)據(jù)
·74· 中國有色冶金B(yǎng)研究開發(fā)篇·試驗研究
2A1(OH)，一儀一A1203+3H20 T (2)
2Fe(OH)，_÷Fe203+3H20 T (3)
CaCO，_÷cao+C02十(4)
高溫(900℃)條件下氧化銅主要還原反應(yīng)。4。：
2CuO+c斗2cu+C02 t (5)
4CuO+c一2cu20+C02 t (6)
C+O：一CO： (7)
C+C02一C0 (8)
CuO+C0_Cu+C02 (9)
Cu20+CO---}2Cu+C02 (10)
當(dāng)溫度>570℃時，氧化鐵的還原過程按照其
氧勢或分解壓大小，從高價到低價逐級進行：Fe：O，
----，F(xiàn)e，O。-÷Fe0_Fe，其主要還原反應(yīng)‘5 o：
3Fe20 3+C0—}2Fe304+C02 (11)
Fe304+CO-*3FeO+C02 (12)
FeO+C0_Fe+C02 (13)
高溫熔煉條件下主要造渣反應(yīng)。6。：
2FeO+Si02_÷2Fe0·Si02 (14)
Si02+CaO--*2CaO·Si02 (15)
CaO+Fe203_÷Ca0·Fe203 (16)
FeO+A1203-÷FeO·A120 3 17)
A1203+CaO-*CaO·A1203 (18)
2CaO+FeO+2Si02_2Ca0·FeO·2Si02 (19)
CaO+A1203+4Si02-÷Ca0·A1203·4Si02 (20)
3試驗結(jié)果分析與討論
3．1 直接還原熔煉條件試驗
3．1．1 石英石用量條件試驗
固定條件：還原劑煤、石灰石用量分別為含銅污
泥質(zhì)量的7％、12％，熔煉溫度1 280 oC，熔煉時間2
h；變量：石英石用量分別為含銅污泥質(zhì)量的3．0％、
5．5％、8．0％、10．5％、13．0％和15．5％。試驗結(jié)果
見圖1。
從圖1可知，當(dāng)石英石添加量小于13．0％時，
銅的回收率隨石英石用量的增加而增加，當(dāng)石英石
用量大于13．0％后，銅的回收率隨石英石用量的增
加而降低。其原因為：當(dāng)石英石加入量不足時，含銅
污泥中的FeO和SiO：接觸緊密，過程中易形成
2FeO·SiO：(鐵橄欖石)，其熔點為1 205 oC，再次加
入石英石時，SiO。與2FeO·SiO：組成熔點更低(熔點
為1 170℃左右)的共晶混合物，有利于提高銅的回
收率；當(dāng)石英石加入過量后，它將與中和渣中石灰石
6
圖1 石英石用量對銅回收率的影響
反應(yīng)生成熔點較高(熔點為1 500 oC左右)的硅灰石
(CaO·SiO，)或硅鈣石(3CaO·2SiO：)，使?fàn)t渣粘度增
大¨“。，銅回收率降低。因此，選擇石英石加入量為
13．0％，在該條件下銅回收率為67．90％。
3．1．2石灰石用量條件試驗
固定條件：還原劑煤、石英石用量分別為含銅污
泥質(zhì)量的7％、13％，熔煉溫度1 280 cC，熔煉時間2
h；變量：石灰石用量分別為含銅污泥質(zhì)量的3．0％、
6．0％、9．0％、12．0％和15．0％。試驗結(jié)果見圖2。
零
褂
掣
臣
躡
圖2石灰石用量對銅回收率的影響
從圖2可知，當(dāng)石灰石添加量小于9．0％時，銅
的回收率均隨石灰石用量的增加而增加，當(dāng)石灰石
用量大于9．0％后，銅的回收率隨石灰石用量的增
加而降低。其原因為：爐渣粘度與渣中CaO／(SiO，
+A1：O，)的比值有密切的關(guān)系，當(dāng)A1，O，含量一定
時，適當(dāng)提高堿度，可降低液相生成溫度，提高銅和
金回收率，但當(dāng)CaO超過一定值以后，繼續(xù)增加
CaO，粘度變大，流動性變差，這是由于隨著二元堿
度的提高，爐渣的礦物結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，爐渣中正硅
酸鈣(2CaO·SiO：)的量增加，這部分高熔點礦物容
易在爐渣中產(chǎn)生非均勻相，使?fàn)t渣熔化性溫度急劇
∞∞舳加∞∞∞如加m
o
堡斟娶匣冪
萬方數(shù)據(jù)
2017年8月第4期譚希發(fā)等：某含銅污泥直接還原熔煉回收銅工藝研究·75·
升高，流動性變差。9 o，金銅回收率降低。因此，選擇
石灰石加入量9．0％，在該條件下銅回收率為
92．25％。
3．1．3熔煉溫度條件試驗
固定條件：還原劑煤、石英石和石灰石用量分別
為含銅污泥質(zhì)量的7％、13％和9．0％，熔煉時間2
h；變量：熔煉溫度分別為1 250℃、1 280℃、1 310℃
和1 350℃。試驗結(jié)果見圖3。
替
斟
g
匿
曜
圖3熔煉溫度對銅回收率的影響
從圖3可知，銅的回收率隨熔煉溫度的升高而
增加。因為，隨著溫度的升高，所有液態(tài)爐渣質(zhì)點
(離子)的熱運動能量均增大，離子間的靜電引力減
弱，因而粘度降低¨?。另外，還原熔煉溫度對有價
金屬回收存在如下影響：首先，溫度升高，可以加速
還原反應(yīng)的進行，有利于金屬的還原；其次，可使?fàn)t
渣的粘度降低，加速金屬相的聚集和沉降，有利于渣
金屬完全分離，并有利于渣的排放。1“；但熔煉溫度
過高，不僅能耗增大，而且會加大熔渣對爐襯的侵
蝕。因此，選擇熔煉溫度為1 310℃，在該條件下銅
的回收率為94．56％。
3．1．4熔煉時間條件試驗
固定條件：還原劑煤、石英石和石灰石用量分別
為含銅污泥質(zhì)量的7％、13％和9．0％，熔煉溫度
1 310℃；變量：熔煉時間分別為0．5 h、1 h、1．5 h、2 h
和2．5 h。試驗結(jié)果見圖4。
從圖4可知，在適宜的熔煉溫度下，延長還原熔
煉時間，不僅可以保證礦物中有價金屬的充分還原，
而且有利于金屬相在熔渣中的充分沉降，從而提高
金屬的回收率，但熔煉時間過長，不僅能耗高、產(chǎn)品
的有價金屬品位低，而且降低了爐子的處理能力，加
大了爐體的侵蝕¨“。因此，適宜的還原熔煉時間有
利于提高生產(chǎn)效率，從試驗結(jié)果可知，熔煉時問選擇
零
瓣
娶
國
器
圖4熔煉時間對銅回收率的影響
1 h為宜，此時銅的回收率為93．86％。
3．1．5還原劑用量試驗
固定條件：石英石和石灰石用量分別為含銅污
泥質(zhì)量的13％和9．0％，熔煉溫度1 310℃，熔煉時
間1 h；變量：還原劑煤用量為1．0％、2．5％、4．0％、
5．5％和7．0％。試驗結(jié)果見圖5。
譽
礙
娶
匿
暖
圖5還原劑用量對銅回收率的影響
從圖5可知，當(dāng)還原劑用量不大于含銅污泥質(zhì)
量的5．5％時，銅回收率隨還原劑用量的增加而增
大，超過5．5％后還原劑煤的用量再增大對銅回收
率的影響甚微。另外，還原劑用量過大時，不但會使
產(chǎn)品的銅品位降低，而且還會導(dǎo)致冶煉成本增加。
因此，選擇還原劑煤的加入量為5．5％，此時銅的回
收率為93．92％。
3．2正交試驗
對含銅污泥進行L。(3 4)直接還原熔煉正交試
驗研究，確定直接還原熔煉時還原劑用量、熔煉時間
和熔煉溫度對銅回收率影響的主次關(guān)系。正交試驗
研究時，各組試驗的石英石和石灰石加入量為條件
試驗所得的最佳結(jié)果，即石英石和石灰石用量分別
為含銅污泥質(zhì)量的13％和9．0％。直接還原熔煉正
∞帥舳加∞如∞如m
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∞∞舳∞∞∞∞∞加m
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萬方數(shù)據(jù)
·76· 中國有色冶金B(yǎng)研究開發(fā)篇·試驗研究
交試驗研究結(jié)果見表4。
表4直接還原熔煉正交試驗結(jié)果
(1)直接比較選出水平組合
直接比較銅回收率，選出較好試驗方案。由表
4直接還原熔煉正交試驗結(jié)果可知，9號試驗銅的
回收率最高，所以較好方案為9號試驗，其水平組合
為A383C2。
(2)極差分析選出最優(yōu)組合
I。=233．92 II。=253．84 III。=275．47
△A=41．55
I B=218．48 ⅡB=269．43 III B=275．32
△B=56．84
I c=233．75 Ⅱc=254．04 Ⅲc=275．44
△C=41．69
熔煉時間是影響銅回收率最大的因素，且第三
水平最好；還原劑用量次之，且第三水平最好；熔煉
溫度影響最小，且第三水平最好。因此，極差分析得
出最優(yōu)水平組合為B3C3A3。
(3)綜合分析選出較優(yōu)組合
根據(jù)極差分析△值的大小可知，本試驗各因素
顯著性順序，即主次關(guān)系為：B—c—A，AB的極差最
大，AC和△A的極差相差不大，同時由于熔煉溫度
過高會使系統(tǒng)能耗增加，還原劑用量過大會使熔煉
成本加大，因而，綜合分析選出的較優(yōu)試驗方案為
B3C2A2組合。
3．3驗證試驗
采用從9次試驗結(jié)果中直接比較選出的水平組
合A383C2和根據(jù)計算所得的最優(yōu)水平組合
B3C3A3，以及綜合分析得出的較優(yōu)組合B3C2A2，
進行新的一批驗證試驗研究，選出最佳水平組合方
案，每組試驗銅污泥量為300 g。驗證試驗結(jié)果見
表5。
表5驗證試驗結(jié)果
從表5驗證試驗結(jié)果可知，驗證試驗得出的最
優(yōu)水平組合為B3C3A3，但其他兩組水平組合與此
相差不大。另外，結(jié)合系統(tǒng)能耗、產(chǎn)品有價金屬品位
進行綜合分析，確定含銅污泥直接還原熔煉工藝的
最佳水平組合為B3C2A2，即熔煉時間80 min、還原
劑煤用量4．5％，熔煉溫度1 310℃，在該條件下銅
的回收率為93．89％。
4 結(jié)論
(1)某含銅污泥采用直接還原熔煉回收銅工藝
技術(shù)可行，其最佳熔煉條件為：石英石和石灰石用量
分別為含銅污泥質(zhì)量的13％和9．0％，熔煉時間80
rain、還原劑用量4．5％，熔煉溫度l 310℃，在該條
件下銅的回收率為93．89％。
(2)含銅污泥采用直接還原熔煉工藝處理，熔
煉爐渣性能穩(wěn)定，不會對環(huán)境造成二次污染，而且可
用作建筑輔材或水泥生產(chǎn)原料，具有顯著的環(huán)境效
益、經(jīng)濟效益和社會效益，該工藝是處理含銅污泥較
理想的工藝之一。
[參考文獻]
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Study on the copper recovery from a copper containing
sludge by direct reductive smelting
TAN Xi-fa，LIN Bin
Abstract：This paper studies on copper recovery from a copper containing sludge by direct reductive smelting，explores
the dosage of quartz，limestone and reducing coal，as well as the effect of factors such as smelting tempera—
ture and time on copper recovery rate．At the same time，Lq(34)orthogonal test study is carried out on the smel—
ting temperature，smelting time and reductant coal consumption，then the optimal combination of the orthogonal test
was compared and analyze to conclude that the optimum conditions of direct reductive smehing of the copper contai—
ning sludge are smehing time of 80 rain．reductant consumption of 4．5％．smelting temperature of 1 3 1 0℃and un—
der this condition，the copper recovery rate is 93．89％，which is ideal．
Key words：copper containing sludge；reductive smelting；recovery rate
移移抄抄護護護抄艫驢護護護抄護護護護移驢驢驢護抄診痧抄抄抄護護抄痧抄抄痧護護護《尹移痧移移痧痧抄抄抄
(上接第64頁) CaO、SiO：的量，可減輕爐磚的腐蝕。
4 417．76元／t，則熔煉段因浸出渣量減少每月可節(jié)
約11．93萬元。
因此，工藝優(yōu)化后每月可節(jié)約成本11．93—
3．18=8．75萬元。
4結(jié)論及建議
(1)通過提高浸出時的酸度以及采取熱水洗
滌，可有效降低浸出渣渣率，降低綜合生產(chǎn)成本。
(2)浸出渣經(jīng)純堿轉(zhuǎn)化或烘干處理后，不能明
顯降低其熔點，但可減輕對爐磚的腐蝕。
(3)降低還原熔煉時物料的酸度，降低物料中
(4)熔煉時不斷向熔池內(nèi)吹氧，可大大提高熔
煉速率，并有效地改善渣指標。
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高等教育出版社，1994．10
Study on the optimization of acid leaching—smelting process for
oxidizing slag of lead anode slime
LIU Chao，PENG Tao，ZHANG Xin—sheng，CHEN Hai—jun
Abstract：In view of the problem that the acid leaching residue yield in acid leaching—smelting process for oxidizing
slag of lead anode slime is too high and the feed melting of reduction furnace is difficult，study is carried out on the
process optimization，which can lower the acid leaching residue yield，improve the reduction furnace life and great—
ly reduce the production cost．
Key words：lead anode slime；oxidizing slag；acid leaching；smelting；process optimization

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