銅渣中鐵回收技術現狀

朱國輝 李鋒鋒 曾雄豐 王錦程 王志剛 甄守才

摘要：銅渣中鐵含量較高，如果能有效回收，對國民生產具有重要的作用。本文分析調研了銅渣中鐵的回收技術現狀，并對銅渣中鐵資源的回收利用前景進行了展望。

關鍵詞：銅渣;銅鐵分離;鐵回收;還原焙燒;高溫氧化法

1引言

銅渣中鐵礦物含量較高，一般大于40%，且遠大于鐵礦石29.1%的平均工業品位。針對銅渣的特點，展開對銅鐵組分分離回收的基礎理論研究，開發出環境友好且高效的鐵回收技術，為含銅爐渣再資源產業化提供技術依據。解決銅渣固廢處理難題的同時，還能獲得具有附加值的產品進而取得額外的經濟效益，對重工業轉型和國民經濟具有重要的研究意義。

1.1 還原焙燒法

還原焙燒法的原理是在高溫條件下，向銅渣中混入還原劑，將銅渣中的有價金屬還原為零價金屬。還原劑主要分為兩類，即固體還原劑（煙煤、無煙煤、石墨和焦炭）和氣體還原劑（H2，CO， CH4等）。一般來說，銅渣回收先還原焙燒再磁選，可細分為破碎、篩分、配料、混合、制球、還原焙燒、磁選、除塵幾個階段，得到鐵精礦。李磊等人[1]通過X射線衍射分析發現鐵元素在銅渣中以2FeO-SiO2和Fe3O4的形式存在，為了提純鐵，他們先將銅渣和煤粉混合粉碎研磨至粒度小于40目，顆粒尺寸小于380 um，添加生石灰或螢石混合均勻，控制CaF2/CaO的質量比為10%，然后將上述混合料轉移至電爐中，在氮氣氣氛保護下，于1575℃下保溫30 min，實現零價鐵的熔融還原和分離。按照上述工藝，銅渣中鐵收率達到89.28%，另外，由于螢石的引入，鐵水中的硫含量降低至0.039%，遠小于傳統工藝。

詹保峰等人[2]將銅渣與煤粉混合，并于高溫爐煅燒，煅燒產物通過稀硫酸酸浸，浸出物經固液分離后，采用強磁選機對浸出渣中的磁鐵礦、赤褐鐵礦進行磁選。許冬等人[3]采用將銅渣、焦粉和5%淀粉溶液按一定配比混合均勻、在壓力機上壓團，團塊于120℃烘干至恒重。然后將團塊放入馬弗爐中進行高溫熔融態下的還原反應。冷卻后的團塊經粉碎、細磨獲得精礦粉，然后在。磁場強度為0.08 T的磁選管中進行磁選，得到鐵品位91.10%金屬鐵粉為最終產品。Sarfo等人[4]以碳（石墨）為還原劑，加入氧化鋁和石灰等助熔劑，在高溫條件下從銅渣中回收金屬?；谄錈崃W穩定性，由此產生的碳熱還原能夠產生含銅、富鐵的生鐵合金以及可用的二次爐渣（玻璃）。這項工作已經建立了爐渣碳熱還原以獲得兩種可用產品（生鐵和二次爐渣玻璃）的技術可行性。

1.2 高溫氧化法

高溫氧化法是通過向將銅渣中噴吹氧氣的方法，將低價鐵部分氧化成高價鐵，最終鐵元素主要為強鐵磁性的Fe3O4，再通過磁選獲得鐵精礦。劉綱等人[5]采用氧化磁選法回收磁性鐵精礦，通過試驗確定，向溫度高于1350℃熔融銅渣中噴吹氧化性氣體，流量為0.3 L/min的氧化性氣體彭吹7min時，磁性氧化鐵的轉化率最大。當磁場強度為10000 A/m，鐵精礦的回收率最高達79.3%，鐵品位62.8%，滿足高爐煉鐵的要求，具有較好的經濟效益。蔣亮等人[6]在銅渣中混入CaO和MgO，于1200～1400℃，鐵元素通過氧化形成具有強磁性的鎂鐵尖晶石，再通過磁選獲得精礦粉。

1.3 氯化焙燒法

氯化焙燒法是各種金屬或金屬氧化物、硫化物等化合物在一定條件下與化學活性高的氯反應，加入氯化劑，得到性質差別明顯的金屬氯化物。與金屬或其化合物相比，金屬氯化物熔點低、揮發性高、易溶于水、易還原，可達到金屬分離、富集、萃取和精煉的目的。氯化劑一般包括固體氯化劑（CaCl2、NaCl、MgCl2、NH4Cl 等）和氣態氯化劑（Cl2、HCl 等）。周亮將銅渣與固體氯化鈉、焦炭混合磨細，壓塊后，在850～1250℃進行低溫氯化，再于1500℃以上進行高溫還原，獲得含銅生鐵，生鐵中Fe含量穩定在90%左右，實驗過程如圖3所示。張仁杰等人[5]以氯化鈣為氯化劑，硫酸亞鐵為促進劑，對銅渣進行氯化焙燒，焙燒過程中，含銅成分可以發生氯化，含鐵成分氯化反應困難，構成了選擇性氯化，實現了銅、鐵分離。

1.4 化學浸出法

化學浸出，也屬于濕法冶金，是低品位金屬回收過程中一種常用的方法。浸出劑、浸出劑濃度、溫度、固液比和浸出時間等參數對銅渣中鐵的浸出有影響。浸出劑有酸、堿和鹽等。常用的酸有硫酸、硝酸等，但環保性差。而Meshram 等人[6]使用檸檬酸浸出銅渣以回收鈷、鎳和鐵，然后用硫酸浸出含有高濃度銅的殘渣，減少了硫酸的使用，研究表明，在室溫下使用檸檬酸浸出，Cu 的最大回收率為 4.47%、Co為 88.3%、Ni為 95% 、Fe為93.8%。

1.5 聯合工藝

單一工藝的使用難以避免本身所固有的劣勢，但若采用多種工藝并行可緩解固有的缺點，往往能達到更好的回收效果。例如Bulut等人[7]采用浮選-焙燒-浸出聯合工藝處理銅渣。在礦渣浮選過程中，可獲得含銅量約為10.68%的銅精礦，回收率為77%。由于93%鈷留在尾礦中，因此，對浮選尾礦進行焙燒，回收剩余的鈷。在焙燒溫度為500℃、焙燒時間為1 h、硫鐵礦與礦渣比為3：1的條件下，鈷的溶出率達到86.5%。

2 總結

對銅渣進行資源化利用既能減少環境污染，又能生產出高附加值金屬產品，對國民生產起到重要作用。本文主要介紹了還原焙燒、高溫氧化、氯化焙燒、化學浸出、聯合工藝五種銅渣回收鐵金屬元素技術。其中，還原焙燒和高溫氧化是目前應用最為廣泛的鐵元素分離回收技術，聯合工藝是未來技術發展方向。隨著科學技術的發展，銅鐵分離回收技術會得到不斷的改良和優化，更加高效且環境友好的銅鐵分離技術的研究推廣，也勢必會產生更高的經濟社會效益。

參考文獻

[1]李磊， 胡建杭， 王華. 銅渣熔融還原煉鐵過程研究[J]. 過程工程學報， 2011， 11（01）： 65-71.

[2]詹保峰， 黃自力， 楊孽， 等. 焙燒-浸出-磁選回收銅渣中的鐵[J]. 礦冶工程， 2015， 35（02）： 103-106.

[3]許冬， 春鐵軍， 陳錦安. 銅渣高溫快速還原焙燒-磁選回收鐵的研究[J]. 礦冶工程， 2017， 37（01）： 89-91+95.

[4] Sarfo F， Wyss G， Ma G， et al. Carbothermal reduction of copper smelter slag for recycling into pig iron and glass[J]. Minerals Engineering， 2017， 107： 8-19.

[5] 張仁杰，李磊，韓文朝.氯化焙燒法回收銅渣中銅的熱力學研究[J].工業加熱，2014，43（01）：4-9.

[6] Meshram P， Bhagat L， Prakash U， et al. Organic acid leaching of base metals from copper granulated slag and evaluation of mechanism[J]. Can Metall Quart， 2017， 56 （2） 168-178.

[7] Bulut G， Perek K， Gul A， et al. Recovery of metal valucs from copper slags by flotation and roasting with pyrite[J]. Minerals & Metallurgical Processing， 2007， 24（1）： 13-18.