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一种超重力低温快速分离 铜渣中金属铜的方法及装置

阅读：949发布：2023-03-03

专利汇可以提供一种超重力低温快速分离铜渣中金属铜的方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种超重力低温快速分离铜渣中金属铜的方法及装置，属于资源综合利用领域。先在铜冶炼渣出渣过程加入3％‑5％的碳粉作为还原剂，以将渣中磁铁矿颗粒还原成氧化亚铁，并与渣中二氧化硅形成铁橄榄石相；然后将铜渣熔体经导流系统连续加入超重力反应器内并控制铜渣温度；之后开启离心旋转系统，通过电动机驱动超重力反应器进行离心旋转，并控制重力系数和分离时间，通过离心旋转产生的超重力来实现金属铜与熔渣间的连续分离。本发明在超重力条件下实现了铜渣中金属铜与熔渣间的低温、快速分离，提高了铜‑渣间的分离效率及金属铜的纯度与回收率，得到Cu含量高于85％的金属铜相及Cu含量低于0.15％的富铁渣相，Cu元素的回收率达到97％以上；该方法操作简单、成本低廉、可连续化生产。，下面是一种超重力低温快速分离铜渣中金属铜的方法及装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种超重力低温快速分离铜渣中金属铜的方法，其特征在于包括两个连续步骤：
步骤一、在铜冶炼渣出渣过程，根据渣中Fe3O4含量向渣中加入3％-5％的碳粉作为还原剂，以将渣中磁铁矿颗粒还原成氧化亚铁，并与渣中二氧化硅形成低熔点的铁橄榄石相；
步骤二、将铜渣熔体经导流系统连续加入超重力反应器内，并控制铜渣温度为1150-
1250℃；然后开启离心旋转系统，通过电动机驱动超重力反应器进行离心旋转，并控制重力系数为400-1000g、分离时间为3-5min，通过离心旋转产生的超重力驱动金属铜与熔渣间因密度差异而产生的反向迁移及分别聚集；最终，富集至炉管底层的金属铜经由排铜口连续排出，而富集至炉管上层的富铁渣经由排渣口连续排出，从而实现铜-渣间的连续分离。
2.如权利要求1超重力低温快速分离铜渣中金属铜的方法，其特征在于：所述铜渣为火法冶炼铜过程所产生的铜渣。
3.如权利要求1超重力低温快速分离铜渣中金属铜的方法，其特征在于：所述步骤一中，在铜冶炼渣出渣过程，根据渣中Fe3O4含量向渣中加入3％-5％的碳粉作为还原剂，以将渣中磁铁矿颗粒还原成氧化亚铁，并与渣中二氧化硅形成低熔点相铁的橄榄石相2FeO·SiO2。
4.一种应用于所述权利要求1超重力低温快速分离铜渣中金属铜的方法中的装置，其特征在于：包括铜熔炼炉(1)、冰铜(2)、铜渣(3)、碳粉(4)、渣罐(5)、铜渣导流系统(6)、排渣口(7)、排铜口(8)、加热电阻丝(9)、保温材料(10)、滑动轴承(11)、富铁渣(12)、金属铜(13)、热电偶(14)、超重力反应器腔体(15)、测控温系统(16)、调速电动机(17)、支撑系统(18)；铜矿经铜熔炼炉(1)冶炼，分别得冰铜(2)和铜渣(3)，铜渣出渣过程中加入碳粉(4)进行还原；然后，铜渣经由导流系统(6)连续加入超重力反应器内，超重力反应器腔体(15)与支撑系统(18)连接，反应器腔体(15)内部安装加热电阻丝(9)、热电偶(14)、测控温系统(16)、保温材料(10)分别用于加热、测控温及保温；超重力反应器通过两侧滑动轴承(13)固定于加热腔体内部，通过调速电动机(17)连接的传动轴驱动超重力反应器进行离心旋转，通过离心旋转产生的超重力驱动金属铜(13)富集至炉管底层并经由排铜口(8)连续排出、而富铁渣(12)富集至炉管上层并经由排渣口(7)连续排出，从而实现铜-渣间的连续分离。

说明书全文

一种超重力低温快速分离 铜渣中金属铜的方法及装置

技术领域

[0001] 本发明属于特殊条件下的二次资源的高效分离领域，具体涉及到一种超重力低温快速分离铜渣中金属铜的方法。

背景技术

[0002] 随着我国炼铜工业的持续发展，铜矿资源已日趋枯竭，目前含铜0.2％-0.3％的铜矿已被开采利用，而在铜冶炼过程中伴随产出的炉渣中含铜量却达到0.5％以上。受传统炼铜工艺的限制，所产生铜渣中的残余铜含量不断增加，如何高效回收利用这部分铜资源已成为现阶段炼铜行业落实中央大力发展循环经济、提高二次资源循环利用，提高铜生产集约化发展的重要举措。

[0003] 目前，我国铜渣主要来源为火法熔炼渣，其每年产出量达到150万吨以上，截至目前已累计达到2500多万吨；此外，还有相当数量的转炉渣和湿法炼铜浸出渣有待开发利用。大量实践与研究数据表明，火法炼铜过程所产生的铜渣主要由铁硅酸盐、磁铁矿及残留金属相组成，其矿物组成主要包括铁橄榄石、磁铁矿、铜锍、金属铜等。

[0004] 国内外科研工作者及炼铜行业对铜渣资源的开发利用进行了大量的研究，经过多年的探索和实践研发出了一系列的工艺方法，主要包括：物理选矿法、湿法浸出法、及火法贫化(高温焙烧)法三类典型工艺，其主要目的是贫化铜渣中的有价元素，并提取其中可利用组元。其中，浮选法是处理铜渣较为典型的物理选矿工艺，其原则上与硫化铜矿浮选相同，但由于铜渣中的含铜相是以弥散、细小颗粒形态均匀分布于渣基质中，使得采用该方法处理铜渣受到了限制。湿法浸出工艺是回收炉渣中金属的另一种典型方法，具体包括硝酸、高氯酸、二氯化铁、硫酸铁、氰化物、SO2等浸出方式；同时也可联合添加硫酸亚铁、硫酸铁、黄铁矿、硫酸铅和硫酸等进行先焙烧后浸出。但湿法浸出工艺对铜渣中的金属铜浸出非常有限，且如果控制不当还可能造成环境污染问题，从而有很大的局限性。

[0005] 相比于物理选矿与湿法浸出方法，大量实验研究表明采用火法工艺来贫化铜渣中的有价元素，并对其中有价元素进行回收利用是一种较为先进的工艺。火法贫化法主要是采用高温熔融来实现渣中液态铜金属与熔融炉渣间的分离，但限制于炉渣中细小金属液滴的弥散分布使得炉渣粘度较高、流动性较差、渣-金间界面张力较高，若要实现铜-渣间有效的分离不仅需要1300℃以上的高温以及 30min以上的自由沉降时间，还需额外加入还原剂、硫化剂、并辅以通气、搅拌等方法来强化分离。因此，当前采用火法贫化工艺处理铜渣的工艺流程繁琐复杂、冶炼周期长、分离效果不佳。

发明内容

[0006] 本发明鉴于超重力场在强化传质、强化相际分离方面所体现出的优势，首先将超重力场引入到铜渣中的铜-渣分离过程之中，旨在超重力条件下实现铜渣中金属铜与富铁渣在更低温度、更短时间内的高效分离。为此，本发明的目的在于提出一种超重力低温快速分离铜渣中金属铜的方法，该方法包括如下两个连续步骤：

[0007] 步骤一、在铜冶炼渣出渣过程，根据渣中Fe3O4含量向渣中加入3％-5％的碳粉作为还原剂，以将渣中磁铁矿颗粒还原成氧化亚铁，并与渣中二氧化硅形成低熔点的铁橄榄石相。

[0008] 步骤二、将铜渣熔体经导流系统连续加入超重力反应器内，并控制铜渣温度为1150-1250℃；然后开启离心旋转系统，通过电动机驱动超重力反应器进行离心旋转，并控制重力系数为400-1000g、分离时间为3-5min，通过离心旋转产生的超重力驱动金属铜与熔渣间因密度差异而产生的反向迁移及分别聚集；最终，富集至炉管底层的金属铜经由排铜口连续排出，而富集至炉管上层的富铁渣经由排渣口连续排出，从而实现铜-渣间的连续分离。

[0009] 优选地，所述铜渣为火法冶炼铜过程所产生的铜渣。

[0010] 优选地，在铜冶炼渣出渣过程，根据渣中Fe3O4含量向渣中加入3％-5％的碳粉作为还原剂，以将渣中磁铁矿颗粒(Fe3O4)还原成氧化亚铁(FeO)，并与渣中二氧化硅(SiO2)形成低熔点相铁的橄榄石相(2FeO·SiO2)。

[0011] 本发明还提供了一种应用于上述低温超重力分离铜冶炼过程产出的铜渣中金属铜的方法中的设备，其特征在于：所述设备包括铜熔炼炉(1)、冰铜 (2)、铜渣(3)、碳粉(4)、渣罐(5)、铜渣导流系统(6)、排渣口(7)、排铜口(8)、加热电阻丝(9)、保温材料(10)、滑动轴承(11)、富铁渣(12)、金属铜(13)、热电偶(14)、超重力反应器腔体(15)、测控温系统(16)、调速电动机(17)、支撑系统(18)。铜矿经铜熔炼炉(1)冶炼，分别得冰铜(2) 和铜渣(3)，铜渣出渣过程中加入碳粉(4)进行还原；然后，铜渣经由导流系统(6)连续加入超重力反应器内，超重力反应器腔体(15)与支撑系统(18) 连接，反应器腔体(15)内部安装加热电阻丝(9)、热电偶(14)、测控温系统(16)、保温材料(10)分别用于加热、测控温及保温；超重力反应器通过两侧滑动轴承(13)固定于加热腔体内部，通过调速电动机(17)连接的传动轴驱动超重力反应器进行离心旋转，通过离心旋转产生的超重力驱动金属铜 (13)富集至炉管底层并经由排铜口(8)连续排出、而富铁渣(12)富集至炉管上层并经由排渣口(7)连续排出，从而实现铜-渣间的连续分离。

[0012] 本发明的优点在于在超重力条件下实现了铜渣中金属铜与熔渣间的低温、快速分离，最大限度的提高了铜-渣间的分离效率、及金属铜的纯度与回收率，超重力分离后可分别得到Cu含量高于85％的金属铜相及Cu含量低于0.15％的富铁渣相，Cu元素的回收率达到97％以上；而且该方法操作简单、成本低廉、并可实现连续化生产。

[0013] 以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

[0014] 图1为低温超重力分离铜冶炼过程产出的铜渣中的金属铜的过程示意图。

[0015] 其中，(1)-铜熔炼炉、(2)-冰铜、(3)-铜渣、(4)-碳粉、(5)-渣罐、(6) -铜渣导流系统、(7)-排渣口、(8)-排铜口、(9)-加热电阻丝、(10)-保温材料、(11)-滑动轴承、(12)-富铁渣、(13)-金属铜、(14)-热电偶、(15)-超重力反应器腔体、(16)-测控温系统、(17)-调速电动机、(18)-支撑系统。

具体实施方式

[0016] 本发明结合图1所示流程予以说明。

[0017] 在铜冶炼渣出渣过程，根据渣中Fe3O4含量向渣中加入3％-5％的碳粉作为还原剂，以将渣中磁铁矿颗粒还原成氧化亚铁，并与渣中二氧化硅形成低熔点的铁橄榄石相。然后，将铜渣熔体经导流系统连续加入超重力反应器内，并控制铜渣温度为1150-1250℃；之后开启离心旋转系统，通过电动机驱动超重力反应器进行离心旋转，并控制重力系数为400-1000g、分离时间为3-5min，通过离心旋转产生的超重力驱动金属铜与熔渣间因密度差异而产生的反向迁移及分别聚集；最终，富集至炉管底层的金属铜经由排铜口连续排出，而富集至炉管上层的富铁渣经由排渣口连续排出，从而实现铜-渣间的连续分离。

[0018] 以下结合具体实例予以阐述。

[0019] 实施例1：

[0020] 超重力低温快速分离A炼铜厂铜渣中金属铜：

[0021] 取A炼铜厂铜冶炼渣200kg，首先将其加热至1150℃，同时根据渣中 Fe3O4含量向渣中加入6kg的碳粉；然后，将铜渣熔体经导流系统连续加入超重力反应器内，并控制铜渣温度恒定为1150℃；之后开启离心旋转系统，通过电动机驱动超重力反应器进行离心旋转，并控制重力系数为1000g、分离时间为 3min，通过离心旋转产生的超重力驱动金属铜与熔渣间因密度差异而产生的反向迁移及分别聚集。待超重力分离完成后关闭电动机、并进行取样分析，所取样品的宏观及微观形貌，可见采用超重力方法实现了A炼铜厂铜冶炼渣中金属铜与富铁渣相在1150℃的有效分离，金属铜沿超重力方向富集至炉管的底层，而富铁渣则沿反方向富集至炉管的上层。

[0022] 进一步对分离后的金属铜与富铁渣分别进行化学分析发现，金属铜相中Cu 含量达到86.87％，富铁渣相中Cu含量为0.12％，金属铜相中Cu元素的回收率高达97.6％，可见采用超重力方法能够实现铜渣中金属铜与熔渣间的低温、快速分离，显著提高了铜-渣间的分离效率、以及金属铜的纯度与回收率。

[0023] 实施例2：

[0024] 超重力低温快速分离B炼铜厂铜渣中金属铜：

[0025] 取B炼铜厂铜冶炼渣150kg，首先将其加热至1250℃，同时根据渣中 Fe3O4含量向渣中加入7.5kg的碳粉；然后，将铜渣熔体经导流系统连续加入超重力反应器内，并控制铜渣温度恒定为1250℃；之后开启离心旋转系统，通过电动机驱动超重力反应器进行离心旋转，并控制重力系数为400g、分离时间为 5min，通过离心旋转产生的超重力驱动金属铜与熔渣间因密度差异而产生的反向迁移及分别聚集。待超重力分离完成后关闭电动机、并进行取样分析，所取样品的宏观及微观形貌，可见采用超重力方法实现了B炼铜厂铜冶炼渣中金属铜与富铁渣相在1250℃的有效分离，金属铜沿超重力方向富集至炉管的底层，而富铁渣则沿反方向富集至炉管的上层。进一步对分离后的金属铜与富铁渣分别进行化学分析发现，金属铜相中Cu含量达到85.96％，富铁渣相中Cu含量为0.14％，金属铜相中Cu元素的回收率高达97.2％，可见采用超重力方法能够实现铜渣中金属铜与熔渣间的低温、快速分离，显著提高了铜-渣间的分离效率、以及金属铜的纯度与回收率。

[0026] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

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