我国的铜矿资源日趋枯竭，目前含铜0.2％～0.3％的铜矿已被开采利用，需大量进口铜精矿，与此同时，铜熔炼产出铜渣大量堆存，其中含铜量通常在0.5％以上，含铁在40％以上，因此，综合回收铜渣中的铜、铁等有价元素具有重要的意义。
目前，工业上铜渣贫化的方法主要有火法贫化和选矿法。选矿法是通过磁选和浮选分离来富集有价金属，但其对铜渣的要求较高，一般只能处理硫化态的铜渣或铜矿;工业上大都采用火法贫化，主要考虑铜渣中铜的回收利用，其中的铁则往往作为杂质被抛弃或被抑制进入残渣，且铜的回收率一般并不高，反应能耗高，产生废气污染。基于此，课题组提出了利用天然气热解还原铜渣中有价金属直接冶炼含铜抗菌不锈钢的的新工艺。该方法的优势在于充分利用热态铜渣化学潜热，还原剂化学反应活性高，同时高效提取铜渣中铜、铁等有价金属直接冶炼高附加值的含铜抗菌不锈钢。
本课题首先对铜渣和天然气反应体系的热力学进行了分析，然后采用XRD、SEM、ICP、化学分析、金相显微镜等手段对铜渣的组成和矿相、天然气热解还原铜渣正交实验、中频感应炉2kg放大实验的结果进行了分析和表征，得出以下结论:
(1)热力学计算表明:在1300℃～1500℃温度范围内，铜渣中Fe2SiO4、 Fe3O4、CuO、ZnO、MoO等氧化物均可被还原;吹氧炼钢过程铁水中的[Si]、[B]、[Ti]、[Al]、[Mg]、[Ce]等元素容易氧化进入渣相，[Cu]、[Ni]、[Mo]、[W]、[As]、[Sb]、[Co]等元素不会被氧化最终留在钢液中;利用HSC热力学计算软件绘制了铁氧化物还原过程平衡气相组成和Fe-Cu-C-O体系的优势区图，铁和铜有一个共同存在的稳定区域。
(2)基于共存理论建立了CaO-MgO-FeO-Fe2O3-Al2O3-SiO2-Cu2O渣系模型，渣系中(FeO)组分的作用浓度随着温度的升高而增大，随着CaO添加量的增加呈现先增加后降低的趋势，MgO添加量超过15％时渣中(FeO)的作用浓度呈下降趋势，随着Al2O3添加量的增加而降低。
(3)由天然气热解还原铜渣正交试验得出的最优反应条件为反应温度1450℃、碱度1.0、通氧时间30min，此时金属还原率为91.74％;反应温度对还原率影响显著，铁水中的夹杂As分布均匀，主要与Fe固溶结合生成FeAs等存在于铁水中，少量的C均匀的与Fe固溶形成渗碳体，而S主要与Fe、Cu结合成以金属硫化物形式存在铁水中;
(4)感应炉放大实验表明，金属还原率随着反应温度的升高而增加，而铁水中As、S杂质随着温度的升高有降低趋势。金属还原率随着碱度的增大呈现先增加后降低的趋势，碱度为1.2时，金属还原率最大为85.03％。而铁水中As、S杂质随着碱度的增加有降低趋势。
(5)渣金分离良好，渣中的Fe、Cu在还原过程中富集到金属相，一部分As和S被脱除，余下的进入铁水中，Zn、Pb以氧化物形式进入烟尘中，SiO2、CaO、Al2O3等进入终渣中。
- 作 者：
- 常化强
- 学科专业：
- 有色金属冶金
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 东北大学
- 导师姓名：
- 张廷安牛丽萍
- 学位年度：
- 2014
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
