含钴铜水淬渣还原熔炼综合回收研究.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年3 期 1 3 含钴铜水淬渣还原熔炼综合回收研究 熊昆1 ，徐亚飞2 ，杨大锦2 I ．昆明冶金高等专科学校，昆明6 5 0 0 3 3 ；2 ．云南冶金集团总公司技术中心，昆明6 5 0 0 3 1 摘要以焦炭和粉煤为还原剂。分别研究了还原温度、还原剂配人量、还原时间对渣中钻和铜的回收率的 影响。实验结果表明，以粉煤为还原剂进行还原熔炼时，铜和钴的回收率较高。当还原温度为13 0 0 C 、 粉煤配人量1 5 ％、还原时间1h 、石灰加入量3 ％～5 ％时，钴和铜的回收率分别为9 7 ．0 6 ％和9 3 ．4 2 ％。 关键词钻，铜，还原熔炼，粉煤 中图分类号T F 8 1 1 ；T F 8 1 6文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 9 0 3 0 0 1 3 0 4 S t u d yo nR e c o v e r i n gC o p p e ra n dC o b a l tf r o mC o p p e r S l a gb yR e d u c t i o nS m e l t i n g X I O N GK u n l ，X UY a f e i 2 ，Y A N GD a - j i n 2 1 ．K u n m i n gM e t a l l u r g yC o l l e g e ，K u n m i n g6 5 0 0 3 3 ，C h i n a ； 2 ．T e c h n o l o g yC e n t e ro fY u n n a nM e t a l l u r g yG r o u pC o ．，K u n m i n g6 5 0 0 3 1 ，C h i n a A b s t r a c t T h ee f f e c t so fr e d u c i n gt e m p e r a t u r e ，t h ed o s a g eo fr e d u c i n ga g e n ta n dr e d u c i n gt i m eO Nr e c o v e r y o fc o b a l ta n dc o p p e ru s i n gc o k ea n dp o w d e r e dc o a la sr e d u c i n ga g e n tw e r es t u d i e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a t t h em e t a lr e c o v e r yr a t e sw e r eh i g h e rw h e nt h ep o w d e r e dc o a lw a su s e da sr e d u c i n ga g e n t ；t h er e c o v e r yo f c o b a l ta n dc o p p e rw e r e9 7 ．0 6 ％a n d9 3 ．4 2 ％r e s p e c t i v e l yu n d e rt h ef o l l o w i n gc o n d i t i o n s r e d u c i n gt e m p e r a t u r ew a s13 0 0 ℃，t h ed o s a g eo fp o w d e r e dc o a lw a s15 ％，r e d u c i n gt i m ew a s1ha n dt h ed o s a g eo fl i m e w a s3 ％～5 ％． K e y w o r d s C o b a l t ；C o p p e r ；R e d u c t i o ns m e l t i n g ；P o w d e r e dc o a l 非洲大陆金属钴资源丰富，是世界金属钴的主 要产地，赞比亚、津巴布韦、南非、刚果 金 等国金属 钴的资源非常丰富，储量极大[ 1 ] ，特别是刚果 金 加 丹加省钴铜矿带的储量占到了世界总储量的 5 9 ％[ 2 ] 。中国的钻资源比较贫乏，每年都要进口大 量的金属钴和含钴原料。因此如何依靠非洲的钴资 源发展中国的钴工业是非常值得关注的问题。 本研究中的试料就是来源于非洲某冶炼厂以氧 化矿生产粗铜所产出的渣，经过多年的堆放，已经积 累了相当大的数量，其中铜、钴的含量相对较高，具 有一定的开发价值。 作者简介熊岜 1 9 6 4 一 ，男。四川乐至县人，讲师． 1 试料的理化性质 试样为黑色颗粒状固体物料，系高温熔渣经水 淬后得到的产物，其粒度较为均匀，大部分在2 ～3 m m ，试料化学分析结果 ％ C u1 ．8 4 、C o0 ．4 7 、Z n 8 ．3 5 、P b0 ．8 3 、S i 0 23 3 ．7 0 、F e1 8 ．6 4 、A 1 2 0 34 ．8 8 、 C a O1 1 ．6 8 、M g O4 ．0 4 。 还原熔炼时还原剂用普通煤和焦碳，煤经破碎、 研磨后制成粒度为一0 ．1 2m m 的粉煤，焦碳粒度和 试料相同，煤质分析结果表明焦碳固定碳含量高达 7 9 ．2 5 ％，灰分含量1 8 ．6 1 ％，是质量相对比较好的 焦碳。其灰成分为高硅 4 1 ．9 8 ％ 、高铁 1 6 ．3 6 ％ 类型灰分熔点相对不高；还原煤固定碳含量仅 万方数据 1 4 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年3 期 5 4 ．4 5 ％，灰分高达3 2 ．5 5 ％，是质量十分一般的煤 质，其灰分是高硅 3 2 ．5 5 ％ 和高钙 7 ．3 8 ％ 型，灰 分熔点较焦碳的要高。 用焦炭作还原剂时，直接将焦炭和试料放入立 式坩埚炉内进行，而采用粉煤做还原剂时，需要将粉 煤和试料 经过破碎、研磨至粒度为一0 ．1 2m i l l 后 制粒，制粒过程中加入石灰作粘结剂。 2 试验结果与讨论 2 ．I 渣的软化温度测定 软化温度采用叠柱法测定，既将试料压制成直 径和高都是1 0m m 的圆柱体，两个叠放置于炉内， 根据试料的化学成分预先确定一个温度范围，升温 至预定温度，保温1 5r a i n 后取出观察两个柱体叠合 面的粘结状况，不断缩小温度范围，最后确定软化温 度。此方法仅能粗略判断物料的软化温度。 测定结果为试料的软化温度在11 2 0 ℃左右，通 过过程的现象观察，该物料的熔化温度在11 2 0 ～ 11 7 0 ℃。 2 。2 还原熔炼试验研究 从试料的化学分析结果来看该物料含有铜、钴 等有价金属需要进行综合回收，试验主要研究还原 剂用量、还原温度、还原时间等对有价金属回收率的 影响，试验在立式坩埚炉内进行。按预定比例配好 试料装入石墨坩埚，置于炉内高温带，升温至预定的 温度和时间，随炉冷却后取出，制样送化学分析，然 后根据渣中残余的金属量计算金属回收率。 2 ．2 ．1 加焦碳还原熔炼温度实验 还原剂焦碳的用量为试料质量的1 0 ％，还原熔 炼时间为1h 时，还原熔炼温度对金属回收率的影 响结果见图l 。从图1 可见，提高熔炼温度，有利于 铜回收率的升高，当温度达到13 0 0 ℃时铜的回收率 可增加至9 0 ％以上；可见在用焦碳做还原剂的条件 下，根据前面试验测得的试料软化温度和熔化温度， 为了保证熔炼过程的顺利进行，熔炼温度不宜低于 13 0 0 ℃，才能保证炉渣的流动性和金属的澄清分 离。 2 ．2 ．2 还原剂焦碳用量试验 在还原熔炼温度为13 0 0 ℃、还原熔炼时间为 1h 时不同还原剂焦碳用量试验研究结果见图2 。 结果表明随着还原剂焦炭用量增加，主要有价元素 C u 的回收率增加，但由于试料的含铜量较低，还原 剂的用量对它影响不是十分显著，而钴的回收率先 增加而后稍稍有所降低。因此认为对于熔炼此试 母 、 诗 擎 置 准 捌 1 1 8 01 2 o1 2 2 01 2 4 01 2 “1 1 2 8 f 1 3 g 1 3 2 01 3 4 01 3 6 0 还原熔炼温度，℃ 图1焦炭还原温度对金属回收率的影响结果 F i g ．1 T h ee f f e c to fr e d u c i n gt e m p e r a t u r eo n m e t a lr e c o v e r yu s i n gc o k e 料，还原剂焦碳的用量在5 ％～8 ％较为合适。 母 、 哥 掣 豆 噬 埘 图2 焦炭配入量对金属回收率的影响结果 F i g ．2 T h ee f f e c to fd o s a g eo fc o k e o nm e t a lr e c o v e r y 2 ．2 ．3 焦碳还原熔炼时间试验 在还原条件为还原熔炼温度为13 0 0 ℃、还原剂 焦碳的用量为试料质量的8 ％，不同还原熔炼时间 对有价金属回收率的影响结果见图3 。图3 表明， 还原时间对试料中铜的回收率影响不明显，而钴的 回收率先升高而后有所降低，并且还原熔炼的时间 过长会增加铁还原出来的机会，使熔渣的成分发生 变化，试验中观察到，随还原时间的延长，铁还原的 数量增加，渣型发生变化，渣流动性随之变差，不利 于渣和还原金属的澄清分离，因此认为对于熔炼此 试料，还原时间在1 ～1 ．5h 较为合适。 2 ．2 ．4 加粉煤还原熔炼温度实验 在还原剂粉煤用量为试料质量的1 5 ％、石灰配 人量为试料质量的5 ％，混匀制粒干燥后进行试验， 当还原熔炼时间为1h ，不同还原熔炼温度对金属 回收率的影响结果见图4 。结果表明，在加粉煤制 粒入炉的条件下，提高熔炼温度，有利于铜、钴回收 ∞ 蚰 舯 m ∞ 舯 船 { ；l 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年3 期 1 5 l n1 ．S 还原时间，l l 图3 焦炭还原时间对金属回收率的影响 F i g ．3T h ee f f e c to fr e d u c i n gt i m eo n m e t a lr e c o v e r yu s i n gc o k e 率的提高，当温度达到13 0 0 ℃时铜、钴的回收率可 增加至9 0 ％以上，温度对C o 的回收率影响最为明 显。根据前面实验测得的试料软化温度和熔化温 度，为了保证熔炼过程的顺利进行，熔炼温度不宜低 于13 0 0 ℃，才能保证炉渣的流动性和金属的澄清分 离。 母 、 哥 罄 雹 墓 删 圈4 粉煤还原温度对金属回收率的影响 F i g ．4T h ee f f e c to fr e d u c i n gt e m p e r a t u r eo n m e t a lr e c o v e r yu s i n gp o w d e r e dc o a l 2 ．2 ．5 还原剂粉煤用量试验 在还原熔炼温度为13 0 0 ℃、石灰配入量为试料 质量的5 ％，还原熔炼时间为1h ，不同还原剂粉煤 的用量对有价金属回收率影响结果见图5 。结果表 明，随着粉煤的用量增加，铜、钴、锗、锌的回收率均 有所提高，对于熔炼此试料，还原剂煤的用量在 1 5 ％左右较为合适。 2 ．2 ．6 加粉煤还原熔炼时问试验 在还原熔炼温度为1 3 0 0 ℃、石灰配入量为试料 质量的5 ％、还原剂粉煤的用量为试料质量的1 5 ％ 堡 静 娶 互 葚 删 9 1 21 51 8 粉煤配入量，％ 图5 粉煤用■对金属回收率的影响 F i g ．5 T h ee f f e c to fd o s a g eo fp o w d e r e d c o a lo nm e t a lr e c o v e r y 时，不同还原时间对金属回收率的影响结果如图6 。 试验结果表明，随着还原熔炼时间的增加，铜、钴、 锗、锌的回收率也随之有不同程度的提高，对铜、钴 回收率的影响尤其明显，这说明在还原熔炼时，为了 保证金属和渣的良好分离，必须有一定的澄清时间， 还原时间提高到一小时时，铜、钴、锌的回收率都已 经达到9 0 ％以上，锗的回收率也达到了8 3 ．4 0 ％。 超过一小时后其回收率变化就提高很小了，因此，认 为对于熔炼此试料，还原熔炼和澄清分离的总时间 在一小时左右是比较合适的。 芝 静 擎 互 葚 捌 0 ．30 ．6f 1 91 21 ．5 还原时间加 图6 粉煤还原时间对金属回收率的影响结果 F i g ．6 T h ee f f e c to fr e d u c i n gt i m eo nm e t a l r e c o v e r yu s i n gp o w d e r e dc o a l 2 ．3 综合试验 根据上述条件实验结果，由于采用焦碳作还原 剂进行熔炼效果较差，所以综合实验采用粉煤作还 原剂，还原熔炼温度l3 0 0 ℃、粉煤配比1 5 ％、还原 与澄清时间1h 时，试验结果铜、钴、铅的回收率分 别为9 3 ．4 2 ％、9 7 ．0 6 ％、9 4 ．9 7 ％，渣率7 5 ．2 2 ％，渣 成分 ％ C u0 ．1 4 、C o0 ．0 1 6 、P b0 ．0 5 、S i 0 23 9 ．4 0 、 F e2 1 ．1 4 、A 1 2 0 35 ．6 8 、C a O1 2 ．7 2 、M g O5 ．8 7 。 ∞锄胁砷∞∞∞∞舶m o ∞ 蛳 踯 加 ∞ s l ∞ ∞ ∞ 峨I，静菩置蕾镧 万方数据 1 6 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年3 期 可见，综合条件试验的结果与单因素的结果基 本吻合，一方面说明，渣的粉煤还原工艺是可行的， 试验的重现性好；另一方面也表明有价金属的回收 率处在比较高的水平。渣还原熔炼后，渣中S i O 。、 A l O a 、C a O 、M g O 的含量升高，F e O 在一定程度上 也富集了，是由于渣中的锌被还原挥发。渣量降低所 致。还原后渣中的S i o z 和F e O 比提高，表明F e O 部分被还原为F e 与渣分离，但还原程度不是十分 高。 综合可见，该渣的还原不需要十分强的还原强 度，而需要还原过程中有价金属氧化物能够与还原 剂密切接触，同时还原后需要有合适的时间进行澄 清分离，才能保证有价金属的回收率较高。 3结论 1 试料中主要含有铜、钴、锌、铅等有价金属元 素，试料的软化温度11 2 0 ℃左右，熔化温度11 2 0 ～ 11 7 0 ℃； 2 直接用焦碳做还原剂对该渣进行还原熔炼 时，在13 0 0 ℃、焦碳配比8 ％的实验条件下进行还 原熔炼各金属的回收率分别为铜8 9 ．1 1 ％、钴 3 6 ．0 8 ％。 3 将试料细磨至一0 ．1 2m m 加粉煤并添加石 灰做粘结剂裁成粒后再进行还原熔炼的实验，在 13 0 0 ’C 、还原煤配比1 5 ％、石灰加入量3 ％～5 ％的 实验条件下各金属的回收率分别为铜9 3 ．4 2 ％、钴 9 7 ．0 6 ％。相应的挥发产物含Z n7 8 ．7 2 ％；合金成 分 o A C u4 6 ．6 4 、C o9 ．5 9 、F e1 4 ．4 2 、P b1 5 ．8 4 、 C u ／C o 4 ．8 6 。 参考文献 [ 1 ] 陈永强，王成彦，王忠，高硅铜钴矿电炉还原熔炼渣型研 究[ j ] ．有色金属 冶炼部分 。2 0 0 3 4 2 3 2 5 ． [ 2 ] 颜杰．电炉还原熔炼氧化钴矿的生产实践[ J ] ．中国有 色冶金，2 0 0 6 3 3 1 3 3 ． 万方数据