[发明专利]用于处理非铁冶炼的渣滓的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于处理含有铁和有价值的金属的非铁冶炼(non-ferrous metallurgy)渣滓的方法，以产生清洁铁橄榄石沙，其不含有害物质和有价值的金属，且适用作原料或结构材料。

背景技术

非铁冶炼的渣滓作为熔炼精矿或转化不纯金属(matte)以使金属部分与不需要的部分分离的副产物而生成。渣滓主要为金属氧化物和硅氧化物的混合物，但其也可含有金属硫化物和元素形式的金属。

例如，依赖于原料，从铜闪速熔炼炉中出炉的渣滓可含有例如磁铁矿、铁橄榄石、锌、铜、铅、砷、镉和镍。目前通过在电炉中还原或使用渣滓浓缩技术来清洁渣滓。在此类清洁之后，依赖于处理和原料，所述渣滓依然含有大约0.3-1％的铜、大约1-4％的锌、大约0.1-0.4％的铅和大约0.1-0.2％的砷。这种渣滓中的铜和锌含量从经济的角度来看是相当的损失。而且，从杂质浓缩器中接收的废物渣滓非常细小，粒径为小于0.125mm。因此渣滓中所含的有害物质在位于垃圾场时可能浸出，由此产生环境威胁。

非常常规的是，废物渣滓依然含有有价值的金属和有害的物质，其易于使渣滓成为不适于利用的有问题的废物。由于倾倒区域必须具有密实的地基并且储藏可要求长期的监控，倾倒这种渣滓是昂贵的。

通常该渣滓的清洁工艺的目标为最大化在合金中的有价值的金属的回收，例如Co、Ni和Cu，且带有最低可能的铁含量。产生的金属铁的量应保持为最小，因为在所产生的不纯金属或合金中铁存在的越多，后续对有价值的金属的湿法冶炼分离以及所产生的铁残余物的处理的成本越高。

通常，在电炉中清洁含铜渣滓的目的为将氧化的铜还原成金属铜并将三价铁还原成二价铁，以及使金属铜滴从渣滓沉降，由此形成渣滓层下的金属层。随着渣滓的氧电位进一步降低，还发生进一步的还原，例如二价铁至金属铁的还原以及氧化的铅至金属铅的还原。搅拌电炉中的材料可用于强化还原反应。

例如在FI84368B、US4717419A、US5332414A以及US5411572A中，已经提出了通过在电炉中的还原来清洁非铁冶炼的渣滓的工艺。在所有的这些工艺中，作为部分还原来实施还原，换言之，在金属铁开始形成前终结还原。在该阶段，在剩余的渣滓中依然剩有一些铜。而且，锌、铅、镉和砷尚未完全蒸发。这种还原经常通过表面焦炭还原来实施，其要求长的时间，因为在还原期间形成的金属滴必须被沉降，形成在熔融渣滓层下的熔融金属层。

如果电炉中的渣滓还原进一步进行，铁也开始还原，且低沸点的金属例如锌、铅、镉以及砷蒸发。根据WO2009/077651，从现有技术已知在电炉中如此深度地还原来自悬浮熔炼炉的渣滓，使得在渣滓还原之后，渣滓的铜含量如此的低，使得获自电炉的废物渣滓的进一步处理不是经济上可行的。

US8088192B2公开了用于从冶炼残余物回收非铁金属的三阶段工艺。该工艺包括：(A)熔融和还原阶段，在该熔融和还原阶段期间，特定量的铁被还原并进入到铜浴(copper bath)；(B)沉降阶段，在该沉降阶段期间允许金属滴从渣滓沉降到铜浴，并从炉中移除部分渣滓；以及(C)氧化阶段，其涉及在铜浴中的铁的氧化。特定的非铁化合物在阶段A期间挥发并被烟气带走。挥发性重金属、尤其是锌和铅通过分离器从烟气回收。该参考文献还教导了通过在处理冶炼残余物的交流等离子电弧炉中注射惰性气体来搅拌铜浴。该工艺复杂，耗时久且需要大尺寸的还原炉。

改进在电炉中的还原的另一方式包括通过安装在炉底部的多孔塞(plug)来引入惰性气体。

现有技术包含多种可用作渣滓还原中的还原剂的物质。仅提及几个例子：WO20060240069教导使用含碳聚合物在铁合金生产中作为金属氧化物还原剂；DE19541673A1教导使用磨碎塑料(ground plastic)作为竖式炉中的还原剂；在Isasmelt^TM反应器中，可用塑料代替焦炭。

因此，存在多种可使用在渣滓还原中的还原剂，且存在多种方式来强化电炉中的还原，例如通过混合。然而，在现有技术工艺中，混合步骤之后通常必须是沉降步骤以使金属相与渣滓分离。从熔融渣滓相沉降金属滴是缓慢的过程。因此，需要大尺寸电炉和大量的能量以维持炉中所需的温度。

发明目的

本发明的目的在于消除现有技术的缺点并提供用于生产清洁渣滓的改进的方法，所述清洁的渣滓不含有价值的金属和有害物质，且适于原样进一步用作原料和/或建筑材料。

本发明的进一步的目的在于最小化有价值金属的任何损失且减少在非铁冶炼工业中的不可使用的废物的产生。