[发明专利]一种超重力低温快速分离铜渣中金属铜的方法及装置

说明书

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。

技术领域

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

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。

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。

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。

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

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：

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。