一種水淬鎳渣復配銅尾渣綜合利用的方法與流程

本發明屬于有色冶金行業資源綜合利用領域，更具體地，本發明涉及一種水淬鎳渣復配銅尾渣綜合利用的方法。

背景技術：

鎳火法冶煉渣是在鎳的高溫熔煉過程中產生的熔融渣，通過噴水強制冷卻成為粒狀的固體產物，通常呈球形顆粒狀，粒徑變化范圍為0-5mm，顏色為墨綠色。在鎳聯合企業中。每生產1噸鎳約產生冶煉渣6-16噸，其化學成分隨冶煉方法而異。目前，國內每年新增約200萬噸，國內堆存的鎳渣約4000萬噸，大量鎳渣的堆放而不加治理，不僅占用大量土地，還會對區域水體、大氣、生態等環境因素造成不安全因素。

鎳渣中tfe(總鐵)含量達40％以上，同時含有少量的鎳、銅、鈷等有價金屬，因此回收其中的鐵的可行性最高。由于鎳渣中鐵的賦存狀態，很難用磁選的方式對其進行富集回收。針對鎳渣綜合利用的研究已經開展多年，主要有回收硅鈣合金、生產微晶玻璃、熔融提鐵等利用方式，但是由于技術瓶頸、生產成本等因素，鎳渣還沒有有效的處理工藝。由于渣中含有較高的sio2，如果采用熔融還原提鐵的方式為了獲得一定堿度需要加入大量的石灰，從而導致渣量大、能耗高等后果，目前未取得實質性進展。綜合來看，直接還原-磁選的方式回收利用其中的鐵資源是一種在技術上和經濟上較為可行的工藝。但是，運用直接還原-磁選的方式回收利用鎳渣的還存在很多問題需要解決。比如由于顆粒比較粗，所以需要進行磨礦處理，處理成本大大增加。鎳渣中的硫含量比較高，所以在直接還原處理生產的直接還原鐵含硫量高，需要配加大量石灰石來脫硫。鎳渣中的氧化鎂含量高，還原溫度比較高(一般超過1300℃)，如果溫度低，就會使鐵的回收率明顯降低。

銅的火法過程產出大量的銅渣，銅渣的鐵品位在40wt％左右，高于目前國內工業選礦用鐵礦的品位，現在比較成熟的銅渣處理方法是銅冶煉爐渣經過“緩冷-細磨-浮選”工藝來回收銅，但是浮選后的尾渣(簡稱“銅尾渣”)沒有得到很好地利用。富含鐵的銅尾渣大量堆存，不僅造成資源的極大浪費，且占用土地、污染環境，阻礙銅冶煉企業的可持續發展。

銅尾渣處理的眾多工藝流程中比較成熟的直接還原法，主要是將銅尾渣與含碳還原劑混合制成含碳球團，在低于產生液態鐵的溫度下進行焙燒，將鐵橄欖石還原成金屬鐵。含碳球團經焙燒后得到金屬球團，金屬化球團可用于磨礦-磁選流程得到還原鐵粉，亦可以在熔分爐中熔分得到鐵水。由于銅尾渣中鐵主要以鐵橄欖石的形態存在，采取直接還原-磨礦磁選工藝進行處理時需要配入大量的石灰石改善還原過程，這就大大降低來還原產品中的鐵含量，同時產生渣量增大、能耗升高。鐵橄欖石的熔點為1205℃，所以一般銅尾渣還原溫度都比較低，還原時間長，需要配加大量的石灰石來提高渣的熔化溫度，因為熔融狀態下鐵氧化物還原反應減慢，所以必須控制在加熱還原過程中不出現熔融狀態。

結合水淬鎳渣和銅尾渣的各自特性，對鎳渣復配銅尾渣以實現兩種有色冶煉棄渣的綜合利用的研究尚未開展。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明的目的是提供一種水淬鎳渣復配銅尾渣綜合利用的方法。本發明能夠提供一種技術上可行、經濟上合理的鎳渣和銅尾渣綜合利用的方法，開發鎳渣和銅尾渣綜合利用的流程，從而充分利用我國有色冶金固廢資源。

為達到上述目的，本發明提出了如下技術方案：

根據本發明，提供一種水淬鎳渣復配銅尾渣綜合利用的方法，包括以下步驟：

(1)將鎳渣、含碳還原劑、石灰石用破碎裝置進行破碎；其中鎳渣是指在鎳的高溫熔煉過程中產生的熔融渣，通過噴水強制冷卻成為粒狀的固體產物，還稱為水淬鎳渣。

(2)將破碎后的鎳渣、含碳還原劑、石灰石與銅尾渣和粘結劑加入混料裝置中進行混合均勻成混合料。

(3)將所述混合料加入壓球裝置制成含碳球團；含碳球團不需要烘干即可直接進入還原焙燒裝置內。

(4)將所述含碳球團均勻加入還原焙燒裝置進行高溫還原焙燒，得到金屬化球團，將所述金屬化球團直接排出還原焙燒裝置外進行水淬冷卻；

(5)將冷卻后的所述金屬化球團磨礦、磁選，可以獲得鐵鎳銅合金粉和尾渣。

進一步地，步驟(1)中的鎳渣的鐵品位為35-45％，銅尾渣的鐵品位為35-40％。

進一步地，步驟(1)中的含碳還原劑為煤粉或蘭炭中的一種或兩種，所述含碳還原劑的固定碳含量在75wt％以上且灰分在10wt％以下，步驟(1)中的石灰石中碳酸鈣含量不低于85wt％。

進一步地，步驟(1)中將鎳渣、含碳還原劑和石灰石的粒徑破碎至3mm以下。

進一步地，步驟(2)中的粘結劑為水玻璃。水玻璃的加入量為鎳渣質量的8-12％。

進一步地，鎳渣、銅尾渣、含碳還原劑、石灰石、粘結劑的質量配比為鎳渣：銅尾渣：含碳還原劑：石灰石：粘結劑＝100:(10-30):(15-20):(9-12):(8-12)。

進一步地，鎳渣和銅尾渣質量配比為鎳渣：銅尾渣＝100:(20-25)。

進一步地，步驟(4)中還原焙燒裝置中還原焙燒溫度為1200-1310℃。

進一步地，步驟(4)中還原焙燒裝置中還原焙燒溫度為1200-1290℃。

進一步地，步驟(4)中還原焙燒裝置中的總還原時間為35-45min。

進一步地，步驟(4)中還原焙燒裝置中的總還原時間為35-40min。

進一步地，步驟(5)中金屬化球團的一段磨礦粒度為0.074mm以下比例占70-75wt％，一段磁選磁場強度為2500oe，選后的一段精礦再進行二段磨礦、磁選，二段磨礦粒度為0.074mm以下比例占80-84wt％，二段磁選磁場強度為800oe。

本發明的理論基礎如下：

(1)粒度搭配

利用銅尾渣的粒度細的特點，能夠降低水淬鎳渣的磨礦成本，提高含碳球團的落下強度。本發明使用的鎳渣為水淬渣，粒度比較大(低于5mm)，如果考慮用磨礦到可以用于對輥壓球的粒度，成本較高(即由于粒度較大而造成的磨礦時間長等)。本發明使用的銅尾渣為浮選后渣，粒度較細(80％以上小于0.074mm)，可以增加混合料中的細粒度物料的比例，提高含碳球團的強度，可以實現含碳球團不經干燥直接入爐。因此，鎳渣、含碳還原劑、石灰石只需要用齒輥破碎機或圓錐破碎機破碎到3mm以下即可滿足要求。

(2)成分互補

在運用直接還原-磨礦磁選工藝處理鎳渣過程中發現，鎳渣中氧化鎂含量高一般7-10％，還原溫度比較高(1300℃以上)、鐵元素回收率低。同樣在運用直接還原-磨礦磁選工藝處理銅尾渣過程中發現，由于銅尾渣中鐵橄欖石相比較多(50％左右)，鐵橄欖石熔點低(1205℃)，在還原焙燒過程中容易出現一定的液相，有利于直接還原出來的鐵晶粒的聚集長大，所以銅尾渣中鐵的還原溫度較低、回收率較高。

結合鎳渣和銅尾渣的特性，通過在鎳渣中復配銅尾渣不僅能夠提高混合料的鐵的回收率，還能夠降低還原溫度、縮短還原時間、提高回收率。由于銅尾渣的配入，還原焙燒過程中有適當的液相產生，促進鐵顆粒的長大，提高后續磨礦-磁選工序鐵的回收率。

由于鎳渣中硫含量高(0.5-1％)，銅尾渣硫含量低(0.2-0.3％)，鎳渣復配銅尾渣后能夠顯著降低磁選產品金屬鐵粉中的硫含量。

(3)粘結劑的輔助作用

以水玻璃作為球團的粘結劑，在布入轉底爐后在球團內水和直接還原反應產生二氧化碳的作用下，生成硅酸和碳酸鈉，碳酸鈉作為鎳渣和銅尾渣的助熔劑繼續促進直接還原反應的發生，由此可以進一步降低還原溫度，促進鐵顆粒的長大，從而有利于后續的磨礦磁選分離得到金屬鐵產品。

水玻璃在轉底爐中的反應原理如下：na2sio3+co2+h2o＝h2sio3↓+na2co3。

本發明的有益效果是：

(1)在銅尾渣中配入鎳渣，鎳渣顆粒比較粗，銅尾渣粒度非常細，在壓球過程中粗細搭配能夠明顯提高含碳球團的濕強度，添加水玻璃為粘結劑可以實現球團不經過烘干直接入爐。由于鎳渣中的硫含量較高，銅尾渣硫含量低，在配加銅尾渣后，磁選得到的鐵鎳銅合金粉中硫含量明顯降低。銅尾渣會產生一定的液相，促進鎳渣和銅尾渣中還原鐵顆粒的長大，提高鐵的回收率和鐵鎳銅合金粉品位。

(2)以水玻璃作為球團的粘結劑，在布入轉底爐后在球團內水和直接還原反應產生二氧化碳的作用下，生成硅酸和碳酸鈉，碳酸鈉作為鎳渣和銅尾渣的助熔劑繼續促進直接還原反應的發生，由此可以進一步降低還原溫度，促進鐵顆粒的長大，從而有利于后續的磨礦磁選分離得到金屬鐵產品。

(3)以煤或蘭炭為主要的含碳還原劑，符合我國的能源結構的要求。

(4)高溫還原焙燒時間僅為35-45min(現有技術中為180分鐘)。還原時間短，溫度低，降低了整體能耗；還原條件簡單，易實現，并且綜合利用過程中還能夠脫硫。

附圖說明

圖1為本發明的水淬鎳渣復配銅尾渣綜合利用的方法的工藝流程圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明的實施例使用的鎳渣是閃速爐冶煉鎳的過程中產生的水淬鎳渣，銅尾渣為銅渣浮選銅后的尾渣。鎳渣的鐵品位為35-45％，銅尾渣的鐵品位為35-40％。

本發明的實施例使用的含碳還原劑為煤粉或蘭炭中的一種或兩種，含碳還原劑的固定碳含量在75wt％以上且灰分在10wt％以下。石灰石中碳酸鈣含量不低于85wt％。

實施例1

參考圖1，在步驟s100中，將鎳渣、石灰石、煤粉放入破碎裝置中破碎到粒度為3mm以下，然后在步驟s200中，將鎳渣、銅尾渣、煤粉、石灰石、水玻璃按照比例鎳渣：銅尾渣：煤粉：石灰石：水玻璃＝100：15：18：9：8加入混料裝置中混合均勻成混合料。混合料的水分含量控制為總物料干基的6wt％。然后在步驟s300中，混合料加入壓球裝置制成含碳球團備用。

在步驟s400中，將含碳球團均勻布入還原焙燒裝置，爐內的溫度為1200～1280℃，還原時間為40min，得到金屬化球團；金屬化球團直接排出還原焙燒裝置外進行水淬冷卻。在步驟s500中，接著將所得焙燒產物進行兩段磨礦和兩段磁選(一段磨礦細度為0.074mm以下的比例占70-75wt％，一段磁選磁場強度為2500oe，選后的一段精礦再進行二段磨礦、磁選，二段磨礦細度為0.074mm以下的比例占80-84wt％，二段磁選磁場強度為800oe)，最終得到合格的鐵鎳銅合金粉和尾渣。其中，鐵鎳銅合金粉中鐵品位為89.91％，鐵回收率為90.32％，鎳含量為0.43wt％，銅含量為0.26wt％，硫含量為0.09wt％，硫的脫除率為87.02％。鐵鎳銅合金粉可用作電爐或轉爐煉鋼原料，尾渣可用作建材的原料(如水泥和免燒磚)。

實施例2

參考圖1，在步驟s100中，將鎳渣、石灰石、煤粉放入破碎裝置中破碎到粒度為3mm以下，然后在步驟s200中，將鎳渣、銅尾渣、煤粉、石灰石、水玻璃按照比例鎳渣：銅尾渣：煤粉：石灰石：水玻璃＝100：22：17：11：10加入混料裝置中混合均勻成混合料。混合料的水分含量控制為總物料干基的6wt％。然后在步驟s300中，混合料加入壓球裝置制成含碳球團備用。

在步驟s400中，將含碳球團均勻布入還原焙燒裝置，爐內的溫度為1200-1300℃，還原時間為30min，得到金屬化球團；金屬化球團直接排出還原焙燒裝置外進行水淬冷卻。在步驟s500中，接著將所得焙燒產物進行兩段磨礦和兩段磁選(一段磨礦細度為0.074mm以下的比例占70-75wt％，一段磁選磁場強度為2500oe，選后的一段精礦再進行二段磨礦、磁選，二段磨礦細度為0.074mm以下的比例占80-84wt％，二段磁選磁場強度為800oe)，最終得到合格的鐵鎳銅合金粉和尾渣。其中，鐵鎳銅合金粉中鐵品位為91.48％，鐵回收率為91.64％，鎳含量為0.40wt％，銅含量為0.28wt％，硫含量為0.07wt％，硫的脫除率為90.19％。鐵鎳銅合金粉可用作電爐或轉爐煉鋼原料，尾渣可用作建材的原料(如水泥和免燒磚)。

實施例3

參考圖1，在步驟s100中，將鎳渣、石灰石、煤粉放入破碎裝置中破碎到粒度為3mm以下，然后在步驟s200中，將鎳渣、銅尾渣、煤粉、石灰石、水玻璃按照比例鎳渣：銅尾渣：煤粉：石灰石：水玻璃＝100：30：16：10：12加入混料裝置中混合均勻成混合料。混合料的水分含量控制為總物料干基的5wt％。然后在步驟s300中，混合料加入壓球裝置制成含碳球團備用。

在步驟s400中，將含碳球團均勻布入還原焙燒裝置，爐內的溫度為1200-1290℃，還原時間為35min，得到金屬化球團；金屬化球團直接排出還原焙燒裝置外進行水淬冷卻。在步驟s500中，接著將所得焙燒產物進行兩段磨礦和兩段磁選(一段磨礦細度為0.074mm以下的比例占70-75wt％，一段磁選磁場強度為2500oe，選后的一段精礦再進行二段磨礦、磁選，二段磨礦細度為0.074mm以下的比例占80-84wt％，二段磁選磁場強度為800oe)，最終得到合格的鐵鎳銅合金粉和尾渣。其中，鐵鎳銅合金粉中鐵品位為92.57％，鐵回收率為91.55％，鎳含量為0.38wt％，銅含量為0.29wt％，硫含量為0.06wt％，硫的脫除率為90.84％。鐵鎳銅合金粉可用作電爐或轉爐煉鋼原料，尾渣可用作建材的原料(如水泥和免燒磚)。

實施例4

參考圖1，在步驟s100中，將鎳渣、石灰石、煤粉放入破碎裝置中破碎到粒度為3mm以下，然后在步驟s200中，將鎳渣、銅尾渣、煤粉、石灰石、水玻璃按照比例鎳渣：銅尾渣：煤粉：石灰石：水玻璃＝100：20：15：9：9加入混料裝置中混合均勻成混合料。混合料的水分含量控制為總物料干基的6wt％。然后在步驟s300中，混合料加入壓球裝置制成含碳球團備用。

在步驟s400中，將含碳球團均勻布入還原焙燒裝置，爐內的溫度為1200-1285℃，還原時間為45min，得到金屬化球團；金屬化球團直接排出還原焙燒裝置外進行水淬冷卻。在步驟s500中，接著將所得焙燒產物進行兩段磨礦和兩段磁選(一段磨礦細度為0.074mm以下的比例占70-75wt％，一段磁選磁場強度為2500oe，選后的一段精礦再進行二段磨礦、磁選，二段磨礦細度為0.074mm以下的比例占80-84wt％，二段磁選磁場強度為800oe)，最終得到合格的鐵鎳銅合金粉和尾渣。其中，鐵鎳銅合金粉中鐵品位為93.45％，鐵回收率為92.67％，鎳含量為0.37wt％，銅含量為0.27wt％，硫含量為0.07wt％，硫的脫除率為89.79％。鐵鎳銅合金粉可用作電爐或轉爐煉鋼原料，尾渣可用作建材的原料(如水泥和免燒磚)。

實施例5

參考圖1，在步驟s100中，將鎳渣、石灰石、煤粉放入破碎裝置中破碎到粒度為3mm以下，然后在步驟s200中，將鎳渣、銅尾渣、煤粉、石灰石、水玻璃按照比例鎳渣：銅尾渣：煤粉：石灰石：水玻璃＝100：25：15：12：10加入混料裝置中混合均勻成混合料。混合料的水分含量控制為總物料干基的6wt％。然后在步驟s300中，混合料加入壓球裝置制成含碳球團備用。

在步驟s400中，將含碳球團均勻布入還原焙燒裝置，爐內的溫度為1200-1310℃，還原時間為35min，得到金屬化球團；金屬化球團直接排出還原焙燒裝置外進行水淬冷卻。在步驟s500中，接著將所得焙燒產物進行兩段磨礦和兩段磁選(一段磨礦細度為0.074mm以下的比例占70-75wt％，一段磁選磁場強度為2500oe，選后的一段精礦再進行二段磨礦、磁選，二段磨礦細度為0.074mm以下的比例占80-84wt％，二段磁選磁場強度為800oe)，最終得到合格的鐵鎳銅合金粉和尾渣。其中，鐵鎳銅合金粉中鐵品位為94.28％，鐵回收率為93.32％，鎳含量為0.35wt％，銅含量為0.29wt％，硫含量為0.06wt％，硫的脫除率為90.54％。鐵鎳銅合金粉可用作電爐或轉爐煉鋼原料，尾渣可用作建材的原料(如水泥和免燒磚)。

實施例6

參考圖1，在步驟s100中，將鎳渣、石灰石、煤粉放入破碎裝置中破碎到粒度為3mm以下，然后在步驟s200中，將鎳渣、銅尾渣、煤粉、石灰石、水玻璃按照比例鎳渣：銅尾渣：煤粉：石灰石：水玻璃＝100：10：20：11：8加入混料裝置中混合均勻成混合料。混合料的水分含量控制為總物料干基的6wt％。然后在步驟s300中，混合料加入壓球裝置制成含碳球團備用。

在步驟s400中，將含碳球團均勻布入還原焙燒裝置，爐內的溫度為1200-1290℃，還原時間為35min，得到金屬化球團；金屬化球團直接排出還原焙燒裝置外進行水淬冷卻。在步驟s500中，接著將所得焙燒產物進行兩段磨礦和兩段磁選(一段磨礦細度為0.074mm以下的比例占70-75wt％，一段磁選磁場強度為2500oe，選后的一段精礦再進行二段磨礦、磁選，二段磨礦細度為0.074mm以下的比例占80-84wt％，二段磁選磁場強度為800oe)，最終得到合格的鐵鎳銅合金粉和尾渣。其中，鐵鎳銅合金粉中鐵品位為93.82％，鐵回收率為90.04％，鎳含量為0.44wt％，銅含量為0.22wt％，硫含量為0.12wt％，硫的脫除率為82.57％。鐵鎳銅合金粉可用作電爐或轉爐煉鋼原料，尾渣可用作建材的原料(如水泥和免燒磚)。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，并非用來限定本發明的實施范圍；如果不脫離本發明的精神和范圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明權利要求的保護范圍當中。