一種環形焙燒爐處理銅渣的系統和方法與流程

2023-10-23 13:35:47 2

本發明屬於冶煉技術領域，尤其涉及一種環形焙燒爐處理銅渣的系統和方法。

背景技術：

貴金屬資源稀少，價格昂貴，越來越受到世界各國的普遍重視，貴金屬工業廢料是當今世界日益緊缺的貴金屬資源中很貴重的二次資源，對這些工業廢料有效的處理和利用，具有可觀的經濟價值。

銅渣指的是火法冶煉過程中產生的含銅爐渣，我國銅生產以火法為主，火法煉銅生產1t銅將產出2～3t爐渣。以2014年銅產量192.33萬噸來計，僅一年產生約384.66～576.99萬噸，加上幾十年的堆積量，數量巨大。銅渣含鐵在30～40％之間，優於國內工業選礦用鐵礦的品位，由於銅礦來源不同，銅渣中還含有鈷、鎳、鋅等有價金屬或重金屬元素，綜合提取利用價值較高，使得銅冶煉渣的利用收到廣泛關注。

銅渣中的鐵主要分布在橄欖石和磁性氧化鐵兩相中，可選的磁性氧化鐵礦物少，且二者互相嵌布，粒度較小，使磁選過程很難進行，傳統選礦工藝所得鐵精礦的產率低、含矽量嚴重偏高、成本高、質量差，無法使用，導致目前銅冶煉渣的銅利用率不到12％，鐵利用率不足1％。由於銅渣有用礦物結構的特殊性加大了火法及溼法冶金的難度，都不能對鐵進行高效回收。

至今，還沒有有效處理銅冶煉渣的成熟工藝，導致富含鐵、銅及其他重金屬的銅渣不得不大量堆存，這不僅造成資源的極大浪費，且佔用土地、汙染環境，阻礙銅冶煉企業的可持續發展。

技術實現要素：

本發明意在提出一種環形焙燒爐處理銅渣的系統和方法，將環形焙燒爐分隔為低溫還原區、晶粒長大區和冷卻區處理銅渣，然後經磨礦磁選系統處理獲得鐵粉；收集環形焙燒爐產生的煙氣獲得有價金屬粉塵。

本發明的目的之一是提供一種環形焙燒爐處理銅渣的系統，包括配料系統、潤磨系統、造球系統、乾燥系統、環形焙燒爐和磨礦磁選系統；

所述配料系統包括入料口和出料口；所述潤磨系統包括入料口和出料口；所述造球系統包括入料口和出料口；所述乾燥系統包括入料口和出料口；

所述環形焙燒爐包括爐體、爐底、擋牆、入料口、出料口、煙道、輻射管和燃燒器，所述擋牆位於所述爐體內，將所述爐體內的環形空間依次分隔為低溫還原區、晶粒長大區和冷卻區，所述冷卻區設有冷卻設備，所述環形焙燒爐入料口位於所述低溫還原區，所述環形焙燒爐出料口位於所述冷卻區，所述煙道設置在所述低溫還原區，所述輻射管設置在所述低溫還原區，所述燃燒器設置在所述晶粒長大區；

所述磨礦磁選系統包括入料口和出料口；

所述配料系統出料口連接潤磨系統入料口，所述潤磨系統出料口連接造球系統入料口，所述造球系統出料口連接乾燥系統入料口，所述乾燥系統出料口連接環形焙燒爐入料口，所述環形焙燒爐出料口連接磨礦磁選系統入料口。

配料系統將銅渣與配料按一定比例混合。潤磨系統將物料混合均勻，進行磨細處理，磨細粒度為了增加物料的接觸面積，加快還原速度。造球系統用於將磨細後的物料造球，球狀物料使得其受熱更均勻。乾燥系統用於球團的乾燥，獲得幹球團，為後續處理做準備。環形焙燒爐用於物料的焙燒，獲得金屬化球團。磨礦磁選系統將金屬化球團細磨後獲得金屬鐵粉。

環形焙燒爐的入料口和出料口設置在同一擋牆的兩側，儘量延長物料在環形焙燒爐中的時間。煙道設置在低溫焙燒區，儘量減少煙氣帶走的熱量。待煙氣溫度降至200℃以下時，採用布袋除塵，收集揮發出的鉛、鋅等有價金屬粉塵。

作為本發明的優選方案，所述低溫還原區環形空間的弧度為240°～270°，所述晶粒長大區環形空間的弧度為45°～90°，所述冷卻區環形空間的弧度為30°～45°。

進一步的，所述擋牆底部與所述爐底上表面的距離為10～20cm。擋牆底部到環形焙燒爐的爐底上表面的距離既要保證物料的順利通過，又要保證環形焙燒爐各個區域的氣氛不互相干擾。

具體的，所述爐體包括爐頂、外側壁和內側壁，所述擋牆連接所述爐頂、外側壁和內側壁。

作為本發明的優選方案，所述冷卻區的冷卻設備為水冷設備，設置在所述冷卻區的爐頂。

本發明的另一目的是提供一種利用權利上述系統處理銅渣的方法，包括如下步驟：

A、將銅渣、還原煤和粘結劑按照100:18～26:2～8的質量比配料，配料後的物料進入所述潤磨機進行磨細和混合處理，潤磨後的物料加水後進行造球，獲得球團，所述球團再經乾燥處理，獲得幹球團；

B、將所述幹球團送入所述環形焙燒爐，所述幹球團依次經過低溫還原區、晶粒長大區和冷卻區，獲得金屬化球團，收集產生的煙氣，獲得有價金屬粉塵；

C、將所述金屬化球團冷卻後進行磨礦處理，之後採用磁選的方式將鐵渣進行分離，獲得金屬鐵粉和磁選尾渣。

作為本發明的優選方案，步驟A中所述磨細後的銅渣、還原煤和粘結劑中粒度小於325目的質量百分比佔85％以上，所述球團的直徑在12～16mm之間。

在步驟B中，幹球團依次經過低溫還原區、晶粒長大區和冷卻區，最終被排出爐外。低溫還原區採用輻射管加熱方式，溫度為800℃～1100℃，以儘量減少空氣的進入，使球團最大程度地被還原，避免出現球團氧化現象。晶粒長大區採用火焰加熱方式，提升溫度到1300℃～1450℃，使經過低溫還原的球團金屬化進一步提升，同時使球團處於軟熔狀態，提升球團中脈石成分的流動性，促進還原的鐵晶粒聚集長大，有利於後續鐵和脈石成分的分離。冷卻區爐頂採用水冷方式，將球團溫度降低至900℃～1150℃，提高球團自身的強度，以便於出料。

具體的，步驟C中所述磁選強度為1000Oe～1800Oe。

本發明提供的環形焙燒爐處理銅渣的系統和方法，實現了將球團中的金屬氧化物轉變為金屬單質；環形焙燒爐從入料口開始，依次設置低溫還原區、晶粒長大區和冷卻區，在低溫還原區和晶粒長大區、晶粒長大區和冷卻區之間分別設置擋牆，以減少相鄰區域的氣流的擾動，進而減少對各區域的溫度和氣氛產生影響。同時，對區域按角度進行劃分，以合理控制球團在各個區域停留時間，獲得良好的渣鐵分離效果。磨礦磁選獲得鐵粉，收集低溫還原區產生的煙氣，獲得有價金屬粉塵，實現銅渣的綜合回收利用。

附圖說明

圖1是本發明的系統的示意圖；

圖2是利用本發明系統處理銅渣的流程圖。

圖中：

1-配料系統；2-潤磨系統；3-造球系統；4-乾燥系統；5-環形焙燒爐；501-爐體；502-爐底；503-擋牆；504-入料口；505-出料口；506-煙道；507-輻射管；508-燃燒器；509-低溫還原區；510-晶體長大區；511-冷卻區；6-磨礦磁選系統。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發明的方案及其各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發明的限制。

如圖1所示，一方面，本發明實施例提供一種環形焙燒爐處理銅渣的系統，包括配料系統1、潤磨系統2、造球系統3、乾燥系統4、環形焙燒爐5和磨礦磁選系統6。

配料系統1包括入料口和出料口。配料系統1將銅渣與配料按一定比例混合。

潤磨系統2包括入料口和出料口。潤磨系統2將物料混合均勻，進行磨細處理，磨細粒度為了增加物料的接觸面積，加快還原速度。

造球系統3包括入料口和出料口。造球系統3用於將磨細後的物料造球，球狀物料使得銅渣和還原劑的接觸更為緊密。

乾燥系統4包括入料口和出料口。乾燥系統用於球團的乾燥，獲得幹球團，為後續處理做準備。

環形焙燒爐5包括入料口和出料口。環形焙燒爐5用於物料的焙燒，獲得金屬化球團。

磨礦磁選系統6包括入料口和出料口。磨礦磁選系統6將金屬化球團細磨後獲得金屬鐵粉。

配料系統1出料口連接潤磨系統2入料口，潤磨系統2出料口連接造球系統3入料口，造球系統3出料口連接乾燥系統4入料口，乾燥系統4出料口連接環形焙燒爐5入料口，環形焙燒爐5出料口連接磨礦磁選系統6入料口。

本發明實施例中，環形焙燒爐5包括爐體501、爐底502、擋牆503、入料口504、出料口505、煙道506、輻射管507和燃燒器508。

爐體501包括外側壁、爐頂和內側壁，外側壁通過爐頂連接內側壁，爐體的橫截面積為環形。

爐底502為環狀，位於爐體501下方，爐底502與爐體501構成環形空間。爐底502可繞轉底爐的中心軸旋轉，進入轉底爐的物料落在爐底502上，爐底502的旋轉帶動物料在轉底爐內旋轉。

擋牆503位於爐體內，連接爐頂、外側壁和內側壁。擋牆503將爐體內的環形空間依次分隔為低溫還原區509、晶粒長大區510和冷卻區511，冷卻區511設有冷卻設備，環形焙燒爐入料口504位於低溫還原區509，環形焙燒爐出料口505位於冷卻區511，煙道506設置在低溫還原區509，輻射管507設置在低溫還原區509，燃燒器508設置在晶粒長大區510。

環形焙燒爐的入料口504和出料口505設置在同一擋牆的兩側，儘量延長物料在環形焙燒爐中的時間。換句話說，在環形焙燒爐的入料口和出料口的扇形區域之間設置有一個擋牆。煙道506設置在低溫焙燒區509，儘量減少煙氣帶走的熱量。待煙氣溫度降至200℃以下時，採用布袋除塵，收集揮發出的鉛、鋅等有價金屬粉塵。

作為本發明實施例的優選方案，低溫還原區509環形空間的弧度為240°～270°，晶粒長大區510環形空間的弧度為45°～90°，冷卻區511環形空間的弧度為30°～45°。各個區域的角度劃分，使得球團在各個區域的停留時間控制合理，以便獲得良好的還原和渣鐵分離效果。

進一步的，擋牆503底部與爐底502上表面的距離為10～20cm。擋牆底部到環形焙燒爐的爐底上表面的距離既要保證物料的順利通過，又要保證環形焙燒爐各個區域的氣氛不互相干擾。

作為本發明實施例的優選方案，冷卻區511的冷卻設備為水冷設備，設置在冷卻區的爐頂。水冷設備可降低球團溫度，提高球團自身強度。

如圖2所示，另一方面，本發明實施例提供一種利用權利上述系統處理銅渣的方法，包括如下步驟：

1、將銅渣、還原煤和粘結劑按照100:18～26:2～8的質量比配料，配料後的物料進入潤磨機進行磨細和混合處理，磨細後的銅渣、還原煤和粘結劑中粒度小於325目的質量百分比佔85％以上，潤磨後的物料加水後進行造球，獲得球團，球團的直徑在12～16mm之間，球團再經乾燥處理，獲得幹球團。

2、將幹球團送入環形焙燒爐，幹球團依次經過低溫還原區、晶粒長大區和冷卻區，最終被排出爐外。低溫還原區採用輻射管加熱方式，溫度為800℃～1100℃，以儘量減少空氣的進入，使球團最大程度地被還原，避免出現球團氧化現象；晶粒長大區採用火焰加熱方式，提升溫度到1300℃～1450℃，使經過低溫還原的球團金屬化進一步提升，同時使球團處於軟熔狀態，提升球團中脈石成分的流動性，促進還原的鐵晶粒聚集長大，有利於後續鐵和脈石成分的分離；冷卻區爐頂採用水冷方式，將球團溫度降低至900℃～1150℃，提高球團自身的強度，以便於出料。經環形焙燒爐處理獲得金屬化球團，收集低溫焙燒區產生的煙氣，降溫後獲得有價金屬粉塵。

3、將金屬化球團冷卻後進行磨礦處理，之後採用磁選的方式將鐵渣進行分離，磁選強度為1000Oe～1800Oe，獲得金屬鐵粉和磁選尾渣。

本發明實施例提供的處理銅渣的系統和方法，用擋牆將環形焙燒爐分隔為低溫還原區、晶粒長大區和冷卻區，減少了相鄰區域的氣流的擾動，進而減少對各區域的溫度和氣氛產生影響；同時，對區域按角度進行劃分，以合理控制球團在各個區域停留時間，獲得良好的還原和渣鐵分離效果，實現了將球團中的金屬氧化物轉變為金屬單質；磨礦磁選獲得鐵粉，收集低溫還原區產生的煙氣，獲得有價金屬粉塵，實現銅渣的綜合回收利用。

實施例1

某銅渣成分，TFe：38.64wt％、Cu：1.15wt％、Zn：0.6wt％；還原煤成分，固定碳74.22％，揮發分8.44％；選取膨潤土作為粘結劑，按照銅渣：還原煤：膨潤土＝100:19:2的比例進行配料。配好後的物料進行潤磨處理，磨細後的物料粒度小於325目粒度的物料質量佔到86.60％，加水後進行造球。造好的球團再經乾燥後布入環形焙燒爐，低溫還原區溫度為950℃，晶粒長大區溫度為1300℃，冷卻區溫度為900℃，旋轉一周時間為90min，對煙道排出的含塵煙氣進行布袋除塵處理，收集可得到Zn品位為60.4wt％的ZnO粉塵。還原後的球團磨礦後，經1200Oe弱磁選，將鐵與渣進行分離，獲得TFe為91.72wt％的金屬鐵粉，磁選尾渣可用作製備建築材料的摻合料。

實施例2

某銅渣成分，TFe：38.64wt％、Cu：1.15wt％、Zn：0.6wt％；還原煤成分，固定碳56.71％，揮發分15.44％；選取膨潤土作為粘結劑，按照銅渣：還原煤：膨潤土＝100:22:8的比例進行配料。配好後的物料進行潤磨處理，磨細後的物料粒度小於325目粒度的物料質量佔到88.32％，加水後進行造球。造好的球團再經乾燥後布入環形焙燒爐，低溫還原區溫度為1100℃，晶粒長大區溫度為1400℃，冷卻區溫度為1050℃，旋轉一周時間為90min，對煙道排出的含塵煙氣進行布袋除塵處理，收集可得到Zn品位為62.5wt％的ZnO粉塵。還原後的球團磨礦後，經1000Oe弱磁選，將鐵與渣進行分離，獲得TFe為92.55wt％的金屬鐵粉，磁選尾渣可用作製備建築材料的摻合料。

實施例3

某銅渣成分，TFe：43.75wt％、Cu：0.45wt％、Zn：1.23wt％；還原煤成分，固定碳74.22％，揮發分8.44％；選取膨潤土作為粘結劑，按照銅渣：還原煤：膨潤土＝100:26:5的比例進行配料。配好後的物料進行潤磨處理，磨細後的物料粒度小於325目粒度的物料質量佔到86.60％，加水後進行造球。造好的球團再經乾燥後布入環形焙燒爐，低溫還原區溫度為800℃，晶粒長大區溫度為1450℃，冷卻區溫度為1100℃，旋轉一周時間為90min，對煙道排出的含塵煙氣進行布袋除塵處理，收集可得到Zn品位為61.7wt％的ZnO粉塵。還原後的球團磨礦後，經1800Oe弱磁選，將鐵與渣進行分離，獲得TFe為93.16wt％的金屬鐵粉，磁選尾渣可用作製備建築材料的摻合料。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發明而非限制本發明的範圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本發明的精神和範圍的前提下對本發明進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明的範圍之內。此外，除上下文另有所指外，以單數形式出現的詞包括複數形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那麼任何實施例的全部或一部分可結合任何其它實施例的全部或一部分來使用。