铜冶炼渣

铜冶炼渣（精选7篇）

铜冶炼渣 篇1

摘要：通过探索试验可知, 采用磨矿-焙烧-湿式弱磁选-反浮选联合流程, 可以很好的回收某铜渣中的铁。铜渣先经磨矿, 细度为-0.074mm 80%;在温度为1000℃的有氧条件下焙烧60min后, 经一段湿式磁选;磁选精矿再经二次磨矿, 细度为-0.074mm 90%;然后经反浮选试验, 捕收剂十二胺用量为800g/t, 抑制剂淀粉用量为1000g/t时, 最终得到产率为61.72%, 铁品位为63.16%, 回收率为60.39%的铁精矿, 取得了良好的指标, 为铜渣选铁的工业应用提供了一定参考。

关键词：铜渣,铁回收,焙烧,反浮选

铜渣是火法冶炼铜后所得到的产物, 其渣里所含成分相当复杂, 有用成分主要为铜、铁, 有时伴有镍、钴等有价资源[1,2]。其中, 铁的品位一般超过40%, 铜的品位有时达1%, 均超过现有条件下所能利用该种矿石的最低品位。我国铜渣资源也相当大, 如果能充分利用这些资源, 将有利于缓解我国相应资源的利用。因此, 铜渣的资源化综合利用得到了广泛的研究, 主要集中于渣中铜和铁的选矿回收再利用[3,4,5]。

本文通过对冶炼厂的铜渣进行多元素分析和物相分析, 调整选矿流程和药剂制度, 最终为铁的综合利用提供了一定的技术参考。

1 铜渣性质分析

1.1 铜渣的多元素分析

铜渣的多元素分析见表1。从表1可知, 该铜渣中铁含量较高, 超过了目前所能利用的铁矿石品位;同时, 二氧化硅的含量也很高, 由于铁精矿中对二氧化硅的含量要求较高, 且常规的选矿也主要以脱硅为主, 所以铜渣中选铁主要是降硅。

1.2 铜渣中铁物相分析

通过对铜渣中铁的物相分析得出, 铜渣中的铁主要为硅酸盐铁矿物和磁性铁氧化物组成, 含有少量金属铁、碳酸铁和赤铁矿, 占有率见表2。从表2看出, 可以充分回收的主要为磁铁矿, 铁橄榄石回收比较困难。物相分析得出, 其磁铁矿物的嵌布粒度较细, 对磁铁矿的回收也增加了难度。

根据矿石的多元素分析和矿石的铁物相分析, 试验矿样具有以下特点:1) 在铁物相分析中, 主要为磁铁矿、铁橄榄石, 其矿物都具有一定的磁性, 在常规选矿中, 磁铁矿只需进行弱磁选就可分离富集;2) 铁橄榄石属于硅酸盐类矿物, 含有大量的二氧化硅, 不能被后续炼铁所利用, 因此需将铁橄榄石中的铁转化为能被选矿回收且能作为炼铁的原料;3) 矿样属于渣样, 具有很高的硬度, 并且工艺矿物学研究得知, 铁矿物嵌布粒度较细, 若要得到充分回收, 需要细磨。

2 结果及讨论

2.1 探索性试验研究

针对以上矿物分析, 设计了以下几种选别方法[4,6,7,8,9]:焙烧-弱磁;弱磁-粗精矿再磨-弱磁;焙烧-弱磁-反浮选脱硅等联合流程。试验时, 其初始磨矿细度均控制在-0.074mm 95%, 通过一段选别开路流程, 最终得到精矿指标见表3。

由表3可知, 焙烧后的铁精矿回收率、产率均较高, 且品位也相对较高。铁橄榄石本身属于抗铁磁性矿物, 铁橄榄石的居里温度在250℃左右;磁铁矿本身属于铁磁性矿物, 居里温度为570℃左右。在高温焙烧的过程中, 焙烧温度都超过了两种矿物的居里温度;在冷却回温的过程中, 可能有一部分铁橄榄石转变成了Fe O或Fe2O3;磁铁矿冷却后, 仍能保持其铁磁性。因此, 在焙烧后, 铁矿物中增加了Fe O或Fe2O3等磁性矿物, 使得矿物磁性增强, 焙烧-湿式磁选后铁矿的回收率有了大幅上升。

通过反复选后, 可以降低铁精矿中二氧化硅的含量, 从而提高铁精矿的质量。最终确定了“磨矿-焙烧-弱磁选-精矿再磨-反浮选”的选别工艺流程, 其原则流程见图1。

2.2 焙烧试验

由于原矿中含有大量的铁橄榄石, 铁橄榄石含有大量的二氧化硅而无法直接用于钢铁的冶炼。通过焙烧试验, 可以将部分铁橄榄石转化成磁铁矿, 从而通过磁选得到可以为钢铁冶炼提供合格的原料。

焙烧时, 先将原矿磨细至-0.074mm80%, 然后在通入空气的情况下, 不同温度、不同焙烧时间下在马弗炉里进行焙烧。制得的焙砂经磁选, 得到铁精矿。

2.2.1 焙烧温度

根据相关文献报道, 将试验的焙烧温度范围定为600~1000℃, 其试验温度分别为0℃、600℃、800℃、1000℃, 焙烧时间初定为30min。焙烧后的焙砂通过一段湿式开路弱磁选, 得到铁精矿的指标见图2。

由图2得出, 焙烧温度为600℃时, 其铁的品位较高, 但回收率较低;温度为1000℃时, 其铁品位较低, 但回收率较其他不同焙烧温度下高。综合资源回收, 确定试验温度为1000℃。

2.2.2 焙烧时间

焙烧的时间往往会影响焙砂的组成, 对后续的选矿也有较大影响。因此, 对焙烧的时间也要进行试验确定。焙烧时间分别定为30min、60min、90min。焙烧的温度为1000℃。通过一段湿式开路弱磁选, 其精矿指标见图3。

由图3可以看出, 当焙烧时间为60min时, 铁精矿的指标较好。因此试验的焙烧时间为60min。

2.3 反浮选脱硅试验

通过焙烧-弱磁选所得到的的铁精矿指标中, 铁品位不是很高, 二氧化硅的含量较高, 难以达不到铁的冶炼水平。因此, 需对磁选后的铁精矿进行脱硅提高精矿中铁的品位。在此采用反浮选来提高铁精矿的品位。

2.3.1 淀粉用量试验

淀粉作为抑制剂, 能有效的抑制铁矿物的浮选。如果淀粉用量过大, 会导致淀粉试剂消耗大, 并且使得铁矿物夹杂的部分脉石不能在浮选中脱出, 提高铁精矿的品位;若淀粉用量过少, 不能有效抑制铁矿物, 使得铁矿物随着泡沫流失, 导致铁矿的回收率降低。因此, 淀粉的用量需进行试验确定。其结果见图4。

由图4得出, 随着淀粉用量的增加, 铁精矿的品位逐渐升高, 且呈线性增长趋势;铁精矿的回收率先升高后下降。当淀粉用量为1000g/t时, 铁精矿的回收率达到了83.19%的回收率, 但其品位不是最高, 品位为60.03%。考虑到资源回收率, 最终选择淀粉用量为1000g/t。

2.3.2 反浮选捕收剂种类试验

铁矿反浮选通常所用的捕收剂为脂肪酸类捕收剂。本试验所选用的反浮选捕收剂为十二胺、SY、MD等捕收剂, 同时加入淀粉作为抑制剂。捕收剂的用量均为600g/t, 抑制剂淀粉的用量为1000g/t。一段弱磁选后的铁精矿再通过一粗反浮选所得铁精矿的指标见表4。

通过捕收剂种类试验得出, 反浮选时, 十二胺作为捕收剂的效果较好。其回收率为77.97%, 品位为59.37%。因此选择十二胺作为捕收剂。

2.3.3 捕收剂十二胺用量试验

十二胺作为反浮选的捕收剂可以很大程度的提高铁精矿的品位。因此, 确定十二胺作为捕收剂的用量对生产上有很大帮助。十二胺作为反浮选捕收剂的用量分别为200g/t、600g/t、800g/t、1000g/t时, 经过一段开路反浮选所得到的铁精矿指标见图5。

通过捕收剂用量试验得出, 当十二胺的用量为800g/t时, 所得铁精矿品位较高, 达到了60.03%, 且回收率较高, 为83.19%。因此, 选择反浮选捕收剂十二胺的用量为800g/t。

2.4 闭路试验

通过开路试验确定了相关的药剂和原则流程。最终通过图6的闭路流程所得到产率为61.72%, 铁品位为63.16%, 回收率为60.39%的铁精矿, 取得了良好的指标。

3 结论

(1) 铜渣中铁的选矿利用很少得到研究, 试验通过对冶炼厂的铜渣进行多元素分析和物相分析, 得出铁的主要矿物为磁铁矿和铁橄榄石, 铁橄榄石中的铁基本上不能被冶炼所利用, 此铜渣选铁比较困难。

(2) 通过探索试验, 得出了磨矿-焙烧-湿式弱磁选-反浮选联合流程, 可以很好的回收铜渣中的铁, 最终得到的铁精矿能为冶炼企业所利用。

(3) 通过闭路流程:铜渣先磨矿, 细度为-0.074mm80%;在温度为1000℃的有氧条件下焙烧60min后, 经一段湿式磁选;磁选精矿再经二次磨矿, 细度为-0.074mm90%;然后经反浮选试验, 捕收剂十二胺用量为800g/t, 淀粉抑制剂为1000g/t时, 最终得到产率为61.72%, 63.16%, 回收率为60.39%的铁精矿, 取得了良好的指标。

参考文献

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铜冶炼渣 篇2

原料杂质含量不同,在冶炼过程中加入的造渣剂就不一样,从而产生的渣型也不同,对分析来说就是基体不同,所以需要考虑加入的掩蔽剂也不同,以上情况使准确检测该物料的成份变得很困难,其中Ca的分析尤其复杂,光谱分析和化学分析的结果经常很难吻合。这样一来使得定量分析结果误差较大,近而影响X荧光光谱分析工作标样的数据,曲线线性较差,所以给出的分析结果误差较大,间接影响到生产用造渣剂的控制和产品的质量。

本研究针对传统化学方法进行改进,并结合ICP光谱仪器分析建立一套成熟的分析方法,运用化学法和ICP光谱法两种方法进行一套工作标样的准确定值,并作为标准值来绘制X荧光工作曲线,应用X荧光光谱法准确快速测定废杂铜冶炼渣中氧化钙含量,解决以往的检测数据误差大,复检频率高等难题。

1 实验部分

1.1 化学法

1.1.1 主要试剂及分析样品

主要试剂:EDTA标准滴定溶液(0.01mol/L);钙指示剂;铜试剂(5%);盐酸羟胺溶液(10%);三乙醇胺溶液(1+4):氢氧化钾溶液(20%);六次甲基四胺溶液(30%)

试式验样品:选取的有一定梯度和代表性的废杂铜渣样7个(每个样品不少于200g),经研磨,过200目筛,烘干后放入干燥器内备用。

1.1.2 实验方法

称取废杂铜渣样0.2000g于300mL烧杯中,加入1 0mL盐酸低温加热溶解片刻,然后加入10mL硝酸继续加热溶解,视样品中硅含量高低加入3～5mL氢氟酸溶解至试样完全溶解,并蒸干至剩5mL后,加入3mL浓硫酸蒸至白烟冒尽,取下冷却。然后用水吹洗杯壁,加入3mL盐酸,微热溶解可溶物,用氨水调至沉淀出现,再用盐酸(1+1)调至沉淀消失,并调回到原来的黄绿色。根据样品中Al、Fe含量加入30～40mL六次甲基四胺,加水至120mL,加热到70℃保温15min,取下冷却。然后根据铜等杂质含量加入不同量的铜试剂30～50mL搅匀,静置1h,考察铜试剂加入量对分离效果的影响。将溶液定容于200mL容量瓶中,摇匀。用快速滤纸过滤溶液于300mL烧杯中。移取25mL滤液于250mL烧杯中,分别加入2mL盐酸羟胺、5mL三乙醇胺、5mL氢氧化钾溶液,然后加入少许钙指示剂,用EDTA溶液滴定,颜色由酒红色变为蓝色即为终点:

1.2 ICP原子发射光谱法

1.2.1 主要仪器设备及试剂

美国PE公司的OPTIMA7000DV等离子发射光谱仪:中阶梯光栅双光路色散分光系统,波长范围165～850 nm,在200 nm处的光学分辨率为0.009 nm,自激式固态射频发生器,CCO检测器,正交叉型雾化器,scott雾化室,等离子体观察方式为双向观测,WIN LAB数据处理软件。

试剂:盐酸(1.19g/mL优级纯;硝酸(1.42g/mL)优级纯:氢氟酸(1.70g/mL)优级纯;氧化钙标准溶液(1mg/mL):准确称取1.7848 8基准碳酸钙(预先在900℃灼烧40分钟并于干燥器中冷却至室温),放入300mL烧杯中,加入20mL盐酸(1+1),加热溶解后,煮沸1～2min。取下烧杯,冷却到室温,移入1000mIL容量瓶中,用水稀释至刻度,混匀,此标准溶液为氧化钙含量为1 mg/mL。

1.2.2 试验方法

称取试样0.1 000g置于300mL聚四氟乙烯烧杯中,加10mL盐酸,6mL氢氟酸,5mL硝酸于高温电炉上至试样溶解完全并蒸发近干。取下吹少许水加10mL盐酸于电炉上煮沸溶解盐类,取下冷却至室温,移入100mL容量瓶中,以水稀释至刻度,混匀待测。随同试样做空白试验和标样试验。

1.2.3 工作曲线溶液的配制

分别移取氧化钙标准溶液(lmg/mL lmL、2mL、4mL、8mL于一组300mL聚四氟乙烯烧杯中,每份加入国家纯铜标样0.02g,随同样品处理后定容于1 00mL容量瓶中。

1.2.4 仪器测定条件

分析线Ca波长:317.9 nm,纵向观测方式。

在ICP-AES仪器上,选取波长317.9 nm处测定其强度,当工作曲线线性r≥0.999时,进行试样溶液的测定。检查其元素谱线背景并进行校正,由计算机自动给出各测定元素的含量。

2 结果与讨论

2.1 化学分析法铜试剂加入量对分离效果的影响

铜试剂加入量是根据熔炼渣中杂质元素含量决定。取含铜、铝、铁等杂质含量不同的渣样进行试验:分别加20、30、40、50mL铜试剂。实验结果表明:铜等杂质含量低于4mg的样品加30mL铜试剂;高于4mg低于12mg的样品加40ml铜试剂;高于12mg的样品加50mL铜试剂分离较完全,滴定终点突变明显。

2.2 ICP-AES仪器测定条件的确定

2.2.1 功率的选择

随着RF功率从750～1500W逐渐升高,各元素分析谱线的强度逐渐增强,但增幅逐渐减小,在一般情况下,增大射频发生器的功率提高光谱等离子体的温度,使谱线的信号增强,但背景也增大;较低的功率有利于较好的信背比,但基体影响较严重,综合考虑这些影响因素,根据样品中元素的含量范围,确定光谱的功率为1300W。

2.2.2 雾化器流量的选择

在稀硝酸的环境下,辅助气流量0.2L/min、载气流量为12L/min,雾化器流量对CaO强度值的影响如表2所示。

根据表2,选定雾化器流量为0.8L/min。

2.2.3 分析谱线的选择

由于样品中分析元素在高频等离子的激发下,产生成千上万条谱线。因而要分析某种元素,首先选择仪器推荐的该分析元素的第一灵敏线,检查Cu元素的所有谱线是否对分析元素的第一灵敏线有干扰.然后观察其背景浓度和激发能级。一般地在Cu基体元素对分析元素谱线不产生干扰的情况下,尽可能选用背景浓度小,激发能级低的谱线,根据这一原则,本实验选用谱线,见下表3。

2.2.4 最终ICP-AES测定条件

2.3 化学法与ICP光谱法准确度试验结果

(1)加标回收试验,测定结果见表5。

(2)国家标准样品检测试验,测定结果见表6。

从试验结果看,化学法与ICP光谱法加标回收率在99.00～105%之间,国家标准物质的检测结果也在允差范围内,因此用此种方法可以准确的测定熔炼渣中氧化钙的含量。

2.4 精密度试验

对含量不同的四个渣样按上述分析方法分别进行7次测定,试验结果列于表7。

由上述试验结果可知,化学法测定结果相对标准偏差小于3.50%,说明此方法精密度好,重现性、稳定性都满足能本厂生产控制要求;ICP光谱法方法中,氧化钙含量在0.10～15.00%范围内RSD小于3,精密度均满足分析试样要求。

2.2X荧光光谱法

2.2.1主要仪器设备及元素分析条件

MXF-2400型X射线荧光光谱仪;压样机。

对熔炼渣中CaO的测定条件进行了选择,确定了X光管电压为40KV,电流为70mA,积分时间为40s为最佳测定条件。

2.2.2仪器参数

2.2.3工作曲线绘制

对上述7个熔炼渣样的化学法结果和ICP结果数据进行统计,将平均值作为标准值输入X荧光数据列表中。然后将制备好的样品在压片机上压片成形,用X荧光光谱仪测定强度,绘制强度-含量工作曲线。CaO的质量分数为2.3%～12%,一次线线性良好。利用此工作曲线测定样品,结果与化学法经分析对照在允差范围内。

2.2.4 X荧光光谱法精密度和准确度试验

(1)精密度试验

取一渣样A按上述方法制成7个样片,分别测定荧光强度值,从工作曲线上查到质量分数，计算其精密度,结果良好,见表9。

(2)准确度试验

另取4个熔炼渣样分别用化学法和X荧光光谱法两种方法进行分析对照,结果见表10。

由表9可知,化学法和X荧光光谱法的测试数据均在允差范围内,准确度较高,可达99%。

2.2.5 X荧光工作曲线

由图1可知,结合以上两种方法结果进行X荧光工作标样定值,建立起来的X荧光光谱法工作曲线线性良好。

3 结论

1.对传统化学法从溶解度、杂质掩蔽等条件试验方面进行了深入的研究,建立了一套适合废杂铜冶炼渣中CaO测定的成熟的化学分析方法。

2.为验证方法的准确性和适用性,采用多种方法对照试验。ICP原子发射光谱法从仪器最佳条件选择、光谱干扰等条件试验方面进行了研究,利用ICP光谱法分析废杂铜冶炼渣中氧化钙含量。

3.结合以上两种方法结果进行X荧光工作标样定值,建立起来的X荧光光谱法工作曲线线性良好,利用此工作曲线能快速检测渣中氧化钙的含量,结果准确率达99%。

摘要：本研究建立了一套成熟完善的适合废杂铜冶烁渣中CaO含量洲定的化学方法和ICP光谱法两种方法的加标回收率在99%-105%之间.精密度试验中RSD值均小于3.5%。结合以上两种方法结果建立起来的X荧光光谱法工作曲线线性良好.利用此工作曲线能快速检测渣中氧化钙的含量.结果准确率达99%.

铜冶炼渣 篇3

1 铜冶炼企业环保管理存在的主要问题

通过对某铜冶炼企业所属的3个下属单位环保流程的梳理和现状分析, 在做了大量工作的基础上, 尽管强化了环保基础管理, 但是, 仍然存在一些制约企业环保管理的问题, 主要存在以下问题:

1.1

缺乏专业管理人员或管理人员专业素养、发现问题的能力不足, 对相关要求的学习不够, 对法律法规及上级公司管理要求的理解、掌握不够, 风险防范意识不足, 环保管理制度、台帐等不完善, 环保基础管理薄弱。

1.2

是对推进污染防治相关工作缺乏积极性和主动性, 污染防治工作的研究思考和探索不多, 资金投入不足, 工作开展缺乏支持和动力, 长期易造成相关工作滞后和较为被动。

1.3

是监管要求趋严, 企业内协同配合的要求较高, 人员配备不足, 岗位人员变动大, 工作连续性不够, 具体工作繁杂, 易出现问题。

2 强化铜冶炼企业环保管理的实践和探索

2.1 完善环保管理体系, 强化环保监督管理。

建立健全各项环保规章制度和标准, 细化环境保护工作要求, 完善公司及企业环保管理体系, 并组织企业落实;强化环保监督管理, 充实专业力量, 明确岗位责任, 不断提高企业环保管理水平;严格实施企业法人环保责任制, 将环保绩效纳入各级领导任期内的考核指标体系中, 做好目标、指标的分解, 加大考核力度, 落实环保“一票否决”制, 确保责任、措施、投入到位;进一步加大环保监督检查力度, 规范采选冶炼过程、建筑施工等的环境行为, 对环保管理工作不到位、污染环境问题突出、破坏生态的违法违规行为严厉查处, 确保有关规章制度的有效实施。

2.2 加大污染治理力度。

一方面推进清洁生产, 源头防治环境污染。严格执行冶金、有色、危化等重点行业污染物排放标准、清洁生产相关标准, 加快现有污染源的治理, 通过技术改造、推行清洁生产、加强管理等措施, 在实现达标排放的同时, 减少企业废水排放量。以先进实用的节能减排技术改造提升传统产业, 做好冶金废渣、废水、尾矿等综合利用, 促进再生资源的高效、集约化使用。另一方面, 加大工业废气治理, 提高脱硫效率。实施烟气脱硫工程, 确保实现达标排放的同时, 控制和减少二氧化硫排放量。同时加大对环保设施运行的监管, 加大对违法行为的查处力度, 确保稳定达标排放。再就是依靠科技进步, 实现工业废水“零排放”。采用新工艺、新技术, 推进工业废水“零排放”技术研究、围绕提高“废水”综合回收利用水平开展工作, 从源头控制和减少污染物排放。

2.3 强化固体废物治理及危险废物管理。

加强工业固体废物防治。推动企业开展清洁生产和环境管理体系, 推广减少工业固体废物产生量和危害性的先进生产工艺和设备, 促进企业减少固体废物的产生。加强固体废物源头控制和全过程监控管理, 逐步建立综合利用与安全处置相结合的固体废物利用处置体系, 提高固体废物的综合利用率。严格落实危险废物污染防治措施。严格执行危险废物申报登记制度、转移联单制度和经营许可证制度, 加快危险废物经营许可证的办理, 强化危险废物的管理, 确保处置过程依法依规, 确保危险废物得到安全处置。建立危险废物管理台账, 加强各环节的登记运转工作, 对处置不合规的要限期进行整改, 提高规范化管理水平。

2.4 全面提升保障能力, 防范环境风险。

一方面加强污染源管理, 提高污染防治及减排工作科技支撑能力。重视排污申报登记、监测及排污许可等工作, 及时依法申报登记, 及时委托监测, 掌握排污规律, 加强各企业环保设施运行维护管理;另一方面就是强化环保管理人员建设, 尤其是各企业基层专职环保队伍建设, 做到环保工作有专职负责。适应环保管理工作的新形势和新要求, 建立环保人才梯队, 积极开展专业培训, 提高履职能力, 为企业环保工作提供保障。最后, 立足于环境风险防范要求, 全面加强环境安全应急体系建设。公司及所属企业建立健全环境管理应急机构, 加强环境安全应急人员培训、物资储备, 加快企业突发环境事件应急预案的编制与备案, 定期组织多种形式的环境应急演练, 有效防范环境风险。

3 结语

综上所述, 生态文明建设已经占据了重要的位置, 面对“史上最严的环保法”即将实行, 作为高污染、高风险的铜冶炼企业也必须深刻认识到生产环境保护工作的重要性, 企业只有做好环保工作, 才能不落后于时代, 才能不被市场淘汰, 才能让铜冶炼企业取得更大的经济效益, 从而使得企业获得可持续健康发展。

摘要：随着国家环保法律法规的进一步健全和完善, 对企业环保管理的要求更加严格;随着经济的快速发展和全面建设小康社会进程的加快, 人民群众对环境质量的期望和关注度越来越高。结合当前我国铜冶炼企业环保管理现状, 分析企业环保管理过程中存在的问题, 采取一定的措施来探索做好铜冶炼企业环保管理工作。

关键词：铜冶炼,环保管理,环境风险,污染防治

参考文献

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铜冶炼渣 篇4

一、企业布局、生产规模和外部条件

(一) 企业布局

新建和改造的铜冶炼和再生铜冶炼项目必须符合国家产业政策和规划要求, 符合本地区土地利用总体规划、城镇规划、主体功能区规划和产业发展规划。在国家法律、法规、行政规章及规划确定或县级以上人民政府批准的饮用水水源保护区、基本农田保护区、自然保护区、生态旅游示范区、森林公园、风景名胜区、生态功能保护区、军事设施等重点保护的地区, 城镇中心区及其近郊, 居民集中区1公里内, 以及大气污染防治联防联控重点地区, 不得布局新建铜和再生铜冶炼项目。

(二) 生产规模及主要外部条件

新建和改造铜冶炼及单一生产阴极铜的再生铜企业, 单系统冶炼能力需在10万吨/年及以上, 落实铜精矿、废杂铜、交通运输等外部生产条件, 自有原料比例达到30%以上 (或自有原料和通过合资合作方式取得5年以上长期合同的原料达到总需求的50%以上) 。鼓励大中型优势铜冶炼企业附带处理废杂铜。现有再生铜企业的单系列生产规模不得低于5万吨/年, 逐步淘汰5万吨/年以下单一生产阴极铜的再生铜生产企业。

二、质量、工艺和装备

(一) 质量

铜冶炼企业须具备完备的产品质量管理体系, 阴极铜必须符合国家标准 (GB/T467-2010) 。

(二) 工艺技术和装备

新建和改造铜冶炼项目, 须采用生产效率高、工艺先进、能耗低、环保达标、资源综合利用效果好的先进工艺, 如闪速熔炼、富氧底吹、富氧侧吹、富氧顶吹、白银炉熔炼、合成炉熔炼、强化旋浮铜冶炼等富氧熔炼工艺, 以及包括闪速炉短流程等工艺的一步炼铜技术。必须配置烟气制酸、资源综合利用、节能等设施。烟气制酸须采用稀酸洗涤净化、双转双吸 (或三转三吸) 工艺, 烟气净化严禁采用水洗或热浓酸洗涤工艺, 硫酸尾气需设治理设施。设计选用的冶炼尾气余热回收、收尘工艺及设备必须满足国家《节约能源法》、《清洁生产促进法》、《环境保护法》、《清洁生产标准铜冶炼业》 (HJ558-2010) 和《清洁生产标准铜电解业》 (HJ559-2010) 等法律法规的要求。

新建和改造再生铜项目, 应采用先进的节能环保、清洁生产工艺和设备。预处理环节应采用导线剥皮机、铜米机等自动化程度高的机械法破碎分选设备, 对特殊绝缘层及漆包线除漆需要焚烧的, 必须采用烟气治理设施完善的环保型焚烧炉。禁止采用手工拆解、化学法破碎和分选装备以及无烟气治理设施的焚烧工艺和装备。冶炼工艺须采用NGL炉、旋转顶吹炉、顶吹炉、大型倾动式阳极炉等先进生产工艺及装备, 同时应配套具备二噁英防控能力的设备设施。禁止使用直接燃煤的反射炉熔炼废杂铜, 全面淘汰无烟气治理措施的再生铜焚烧工艺及设备、冲天炉、反射炉以及鼓风炉等落后生产工艺和装备。

三、能源消耗

铜冶炼企业须具备健全的能源管理体系, 配备必要的能源 (水) 计量器具。有条件的企业应建立能源管理中心。

新建铜冶炼企业粗铜冶炼工艺综合能耗在180千克标准煤/吨及以下, 电解工序 (含电解液净化) 综合能耗在100千克标准煤/吨及以下, 铜冶炼工艺综合能耗300千克标准煤/吨及以下。现有铜冶炼企业粗铜冶炼工艺综合能耗在330千克标准煤/吨及以下。

新建再生铜冶炼企业阳极铜工艺综合能耗 (杂铜-阳极铜) 在290千克标煤/吨及以下, 现有企业在350千克标煤/吨及以下。新建和改造的黄杂铜紫杂铜直接利用熔炼项目综合能耗须在80千克标煤/吨铜及以下, 现有黄杂铜/紫杂铜直接利用企业综合能耗在100千克标煤/吨铜及以下。

现有冶炼企业要通过技术改造节能降耗, 在“十二五”末达到新建企业能耗水平。

四、资源综合利用

新建铜冶炼企业占地面积低于4平方米/吨铜, 水循环利用率97.5%以上, 吨铜新水消耗20吨以下, 铜冶炼硫的总捕集率达99%以上, 硫的回收率达到97.5%以上, 吨铜排水2吨以下, 铜冶炼含重金属废水必须达标排放。现有企业水循环利用率97%以上, 吨铜新水消耗20吨以下, 铜冶炼硫的总捕集率达98.5%以上, 硫的回收率达到97%以上。新建再生铜冶炼企业的水循环利用率达到95%以上, 现有再生铜冶炼企业水循环利用率达到90%以上。

鼓励铜冶炼及再生铜冶炼企业建设伴生稀贵金属综合回收利用装置。

现有企业通过技术改造降低资源消耗, 在“十二五”末达到新建企业能耗水平。

五、环境保护

铜冶炼企业应遵守环境保护相关法律、法规和政策, 所有建设、改造铜冶炼项目必须严格执行环境影响评价制度, 落实各项环境保护措施, 生产项目未经环境保护部门验收不得正式投产。企业要按规定办理《排污许可证》 (尚未实行排污许可证的地区除外) 后, 方可进行生产和销售等经营活动, 持证排污, 达标排放。企业应有健全的企业环境管理机构, 制定有效的企业环境管理制度。按规定开展环境风险评估、编制报备环境应急预案、定期开展环境应急演练、储备必要的应急物资、完善环境风险预警和风险防控设施, 积极开展环境安全隐患排查治理, 采取有效措施确保隐患消除。

铜冶炼企业污染物处理工艺技术可行, 治理设施齐备, 运行维护记录齐全, 与主体生产设施同步运行, 各项铜冶炼污染物排放要符合《铜、镍、钴工业污染物排放标准》 (GB25467-2010) , 企业污染物排放总量不超过环保部门核定的总量控制指标。新建和改造项目要同步建设配套在线污染物监测设施并与当地环保部门联网, 现有企业应在2014年前完成。铜及再生铜冶炼企业最终废弃渣必须进行无害化处理。铜和再生铜冶炼企业要建立自行监测制度, 对所有排放的污染物定期开展监测, 数据上报地方环保部门备案, 并定期向社会公告自行监测结果。

铜冶炼企业应符合《清洁生产标准铜冶炼业》 (HJ558-2010) 和《清洁生产标准铜电解业》 (HJ559-2010) , 同时按照《清洁生产促进法》定期开展清洁生产审核, 并通过评估验收。支持和鼓励企业积极采用先进清洁生产技术实施技术改造, 不断提升清洁生产水平, 同时位于《重金属污染综合防治“十二五”规划》中重点区域的重点企业及环境风险较大的企业应该购买环境污染责任保险。

六、安全生产与职业病防治

铜及再生铜冶炼项目必须遵守《安全生产法》、《职业病防治法》等法律法规规定, 执行保障安全生产和职业病危害防护的国家标准或行业标准。新建和改造项目安全设施和职业病防护设施必须严格履行“三同时”手续。企业必须依法参加养老、失业、医疗、工伤等各类保险, 并为从业人员足额缴纳相关保险费用。积极开展安全生产标准化工作, 强化安全生产基础建设。

七、准入管理

(一) 铜冶炼行业企业准入条件的申请、审核及公告

1. 工业和信息化部负责铜冶炼行业企业准入的管理。

申请准入的企业须编制《铜冶炼行业准入申请报告》并按附件要求提供相关材料。地方企业通过本地区工业主管部门向工业和信息化部申请, 中央企业直接向工业和信息化部申请, 并抄送省级工业主管部门。

2. 各省、自治区、直辖市、计划单列市工业主管

部门负责接收本地区相关企业准入条件申请和初审, 中央企业自审。

3. 工业和信息化部依据准入标准, 对申请企业

进行核查, 必要时征求环境保护部等部门意见后, 对符合准入条件的企业进行公示, 无异议的予以公告。

(二) 工业和信息化部对公告企业名单进行动态管理。

地方各级工业主管部门每年要对本地区企业执行准入条件的情况进行监督检查。工业和信息化部对公告企业进行抽查。鼓励社会各界对公告企业准入情况进行监督。公告企业有下列情况的将撤销其公告资格:

1. 填报相关资料有弄虚作假行为的;

2. 拒绝接受监督检查的;

3. 不能保持准入条件的;

4. 发生较大及以上生产安全事故和突发环境事件, 造成严重社会影响的。

(三) 公告符合准入条件的企业名单, 作为相关政策支持的基础性依据。

对未列入公告名单的企业, 不予相关政策支持。

八、附则

(一) 本准入条件适用于中华人民共和国境内

(台湾、香港、澳门地区除外) 所有类型的铜和再生铜冶炼行业生产企业, 也适用于利用其他装备改造成铜冶炼设备后从事的铜冶炼生产行为。

(二) 本准入条件中涉及的国家标准若进行了修订, 则按修订后的新标准执行。

论铝铜冶炼和加工设备的节能 篇5

关键词：冶炼,电解,节能,加工,余热利用

0 引言

Al和Cu是有色金属的重要组成部分，在我国的经济建设中发挥了重要作用，得到了广泛应用。但是，在铜和铝的冶炼和加工过程中一直存在着设备能耗高，冶炼和加工成本高的弊端。近年来，随着能源问题的日益突出和国家节能减排政策的实施，改变铝和铜金属冶炼和加工设备的节能现状已势在必行，如何提升铝铜金属冶炼和加工设备的节能效果已经成为有色金属行业的重要研究课题。

1 冶炼和加工设备的正确选型

生产设备是生产过程的直接参与者，也是能源消耗的直接执行者，因此，做到生产设备的正确选型是实现生产设备节能的基础和先决条件。每一台、每一类设备都有其特定的使用环境和技术条件。如何根据实际的工艺生产路线和产能选择合理、经济的生产设备是控制生产能耗，实现设备节能的关键，避免出现“大材小用”和“小材大用”，更不要出现选型不正确，造成“无用”。“大材小用”虽然可以满足生产工艺的要求，但是却消耗了大量除满足正常需求外不必要的能源，因此要坚决杜绝;“小材大用”不仅不能满足生产工艺要求，而且造成资源浪费，比如：C27400的黄铜合金，其退火温度一般为450℃，如果选用的加热退火设备其加热温度达不到450℃，那么不管加热多长时间都不可能实现合金组织的转变，无法完成退火工艺，因此，所有的能耗都将成为无用功[1]。所以，要选择合适的生产设备并合理匹配，为设备节能打下基础。

2 冶炼和加工设备的技术革新、工艺创新

随着科学技术的不断发展，越来越多的高科技含量的技术设备被投入应用，在提高生产效率的同时，降低了设备的能耗。科技进步已经成为推动设备节能降耗的原动力和关键环节。以铜的火法冶炼生产为例，它分为冰铜熔炼、粗铜吹炼、电解精炼三个主体作业单元，其中冰铜熔炼工艺的优劣则是决定铜生产能耗高低的关键。近年来，采用富氧闪速熔炼工艺，使铜生产能耗大大降低，比采用传统工艺生产铜降低能耗达30%。此外，在氧化铝制备工艺上采用串联法，并开发出智能控制的大型预焙电解槽，可使能耗降低20%～25%[2]。

2.1 铜冶炼、加工设备的技术和工艺革新

2.1.1 冶炼设备及工艺

铜金属传统的冶炼设备主要有鼓风炉，反射炉，电炉，闪速炉。不同工艺的冶炼过程所消耗能源结构比例见表1。

随着铜冶炼技术的不断发展，传统的冶炼工艺因设备能耗过高逐渐被淘汰或者革新，主要表现在以下几个方面：

单位为%

a)闪速熔炼技术经过几十年的发展，不论是从工艺流程还是从技术装备上都更加完善，其最显著的特点是大大增加了氧气的利用效率，提高鼓风中的富氧浓度。在炉体冷却结构方面采用中央精矿喷咀，实行高投料量、高富氧浓度、高热强度、高毓品位的操作工艺，大大提高单炉的生产能力;

b)以计算机技术为基础的集成化，系统化操作系统在冶炼设备中得到了大量应用，使冶炼工艺参数的设定、控制和测定更加精准，智能;

c)湿法炼铜工艺，浸没顶吹熔池熔炼工艺和我国自行开发的白银炼铜法等新的冶炼工艺得到了大力的发展，应用前景明朗。

2.1.2 加工设备及工艺

合金熔炼铸锭—热加工—冷加工是国内外铜材料生产的传统工艺流程。其中热加工主要有热轧、热挤压等，热加工工序中铸锭加热是重要的耗能工序，包括煤气、天燃气、电能等能源类型，其能耗约占铜材生产能耗1/3。传统工艺铜材平均耗电为1 200 kW·h。在确保产品质量的条件下，如改用短流程工艺，取消热加工工序，吨铜材耗电仅为800 kW·h，将大大提高节能效果[2]。其中金田铜业集团的潜流多面铸造合金管棒技术，江苏万宝铜业集团的无氧铜带材水平连铸技术在铜及合金管、棒、板、带产品产业化生产中得到了应用，在行业的节能减排方面具有极大的潜力。

2.2 铝冶炼、电解加工设备的技术和工艺革新

2.2.1 冶炼设备及工艺

我国Al2O3生产最常用的工艺有混联法，拜耳法和烧结法，其中混联法应用最广泛。混联法在执行过程中，流程复杂，包含了拜耳法和烧结法2套工艺系统形成了高能耗的工作局面，处理铝硅比约为10的优质矿石，能耗仍高达38 GJ/t Al2O3。拜耳法是冶炼能耗相对较小的工艺方法，因此在生产中要大力发展。

在拜耳法中，溶出是关键的一道工序。目前，山西铝厂引进的法国单管预热一高压釜溶出;长城铝业公司引进的德国管道化溶出;我国自行开发的管道一停留罐溶出是3种先进的强化溶出技术，可以整体降低冶炼能耗，得到了很好的应用。此外，在烧结法中，要根据实际情况，注意降低烧成温度，改变供料方式，改进窑体结构，降低设备的能耗。

2.2.2 电解设备及工艺

Al电解生产是高耗能产业，生产吨Al直流电耗平均在13 200 kW·h左右。

我国Al电解全部采用熔盐电解方法生产。生产设备有侧插自焙、上插自焙、预焙槽等各种槽型。在生产过程中由于预焙槽技术无法比拟的优势，其他工艺逐渐被淘汰。同时，电解铝的装备技术也与现代化技术接轨，自适应控制技术、模糊控制技术和智能模糊控制技术的开发应用使吨Al节电在100 kW·h左右。

虽然我国在电解工艺方面取得了显著的成绩，但是加工机械的整体技术在发展过程中还存在很多问题，主要表现在：Al电解槽寿命短，我国大型预焙电解槽的平均寿命为4年，但国外的大型电解槽平均寿命已达到7年，性能优良的设备寿命甚至可以达到10年;设备的整体自动控制水平有待提高，电解槽在受控的生产过程中，信息的取样不完整，电解槽专家系统不完备，而且与计算机控制技术相配备的设备故障频发，影响控制的稳定性;与铝电解工艺操作相配套的设备开发能力不足，影响整个工艺系统的技术指标实现。

因此，欲实现电解铝设备的节能，就要对电解设备结构进行不断的改进，比如：电解槽结构改进，槽底保温结构的改进，阴极结构及材料的改进等;加强设备系统的自动化控制技术开发;加快与铝电解工艺配套设备的研发脚步。

2.2.3 加工设备及工艺

能源消耗对于铝加工行业而言，在加工成本中所占比例为15%～20%。目前，国内铝加工综合能耗为700 kg标煤/t左右。随着市场竞争的加剧，节能对提高企业盈利指标的作用越来越明显。近年来，铝加工企业加大科研投入，通过新装备、新工艺的发展，取得了节能减排的突破性进展[1]。

国内新建的铝板带铂企业大多采取热轧工艺，热轧技术和热轧设备正快速接近世界先进水平。连铸轧工艺由于其流程短、能耗低，仍将是铝加工行业的主要发展方向。铝板带材冷轧技术总的发展趋势大卷重宽幅轧制，在轧制中实现精密化、高速化、智能化。

3 余热回收技术

在Cu和Al的冶炼和加工过程中会产生大量的余热，这些余热通过烟气、可燃气、炉渣、金属产品或半成品，及热水、蒸汽等各种载热介质被带走，造成大量的热能浪费。据统计，在有色金属的冶金工业中，余热总量约占燃料总消耗量的四分之一到三分之一，每生产1吨有色金属大约有1 t标煤的余热资源。因此，对生产过程中的余热进行回收重复利用具有很重大的现实意义。烟气余热的利用方法及转化装置如下：

a)烟气余热具有很高的温度，可以作为热源来直接或者间接利用。例如：利用烟气热直接预热燃料、助燃空气、物料，以及干燥、锻件退火等;或者利用高温烟气余热先去加热水、空气等介质，然后将已加热介质用于其他用途。在余热利用过程中，用到的设备有换热器、加热器、余热锅炉、汽化冷却器等[1]。其中余热锅炉的应用比较广泛。图1为一种沸腾炉余热锅炉的结构示意图;

b)动力利用。利用回收余热产生的高压蒸汽，或直接用高压燃气作为动力源，带动发电机转换成电能或驱动工业汽轮机、鼓风机、空气压缩机、制氧机、水泵等直接对外作功。

铝铜冶炼和加工设备的能耗占有色金属行业总能耗的比重大，有效地推进铝铜冶炼和加工设备的节能工作不仅可以带动行业的发展，还能实现良好的社会和经济效益，有利于节约型社会的建设。因此，要大力开展铝铜冶炼和加工设备的科技创新，推动行业的节能发展。

1.沸腾炉;2.沸腾层埋管;3.沸腾冷却箱;4.汽化埋管;5.水冷埋管;6.烟气辐射冷却室;7.烟气对流冷却室;8.汽包

参考文献

[1]李灿.有色冶金炉余热锅炉设计原则及应用[J].节能技术,2000(1):14-16.

PLC在铜冶炼过程中的生产应用 篇6

中国有色集团抚顺红透山矿业有限公司是集采矿、选矿、冶炼为一体的大型有色金属矿山, 红透山矿业公司是率先在国内铜冶炼企业采用可编程序控制器用于主体生产工艺过程控制的企业, 其成果和经验随后也得到了国内其他冶铜企业的肯定和效仿, 企业规模已达到国家大型企业标准, 是东北地区最大的铜矿山企业。

1 系统配置简要介绍

从控制功能上看, PLC可替代继电器控制电路的一切功能, 具有浮点运算、数据传送和比较、文件传送、诊断、逻辑判断、中断控制、通信、人机对话等功能, 在使用方便性和系统可靠性方面则具有继电器电路无与伦比的优越性。

可编程序控制器系统主要包括:三台转炉、转炉公用设备及铸渣机PLC控制系统;两台阳极精炼炉PLC控制系统以及电解车间及电解液净化部分的PLC控制系统。

2 系统在铜冶炼生产环节的具体应用

2.1 系统在精炼炉中的应用

公司共有两台阳极精炼炉, 阳极精炼炉共用了四个PLC-5/40处理器, 两主两从, 互为热备, 分别控制两台阳极精炼炉的倾转系统、附属设备和所有的调节回路。另外, 还担负着接受行车无线传输称重数据的任务。由于在阳极精炼炉使用了PLC, 使得大量的继电器控制柜和二次仪表得以取消, 不仅节省了空间, 也使得故障率大为减少, 提高了系统的可靠性, 并且回路修改极为方便, 减少了二次投资。

2.2 系统在转炉的应用

转炉工段包括三台转炉本体、三套残极加料系统、一套溶剂运输系统、环境集烟以及电收尘四大部分。有八个PLC组成四套热备控制系统进行控制, 每台转炉本体和对应的残极加料系统由一套PLC进行控制, 溶剂运输、环境集烟以及电收尘由一套PLC进行控制。

2.3 系统在电解净液的应用

电解、净液共用了三台PLC, 一台用于对电解工段的电器设备以及过程工艺参数进行检测和控制, 一台用于对净液工段的电器设备以及过程工艺参数进行检测和控制, 一台用作与上位一台以太网的网络通信接口。

PLC主要对一些给液泵、循环泵、泥浆泵等一些泵的启、停进行联锁控制和监视, 对风机的运行情况进行监控, 对短路器进行监控。

由于采用了PLC, 取消了大量的二次仪表, 所有的仪表指示值都可以在监控站的屏幕上显示, 统计报表、历史趋势曲线都可以很方便地打印出来。参数的修改和设备的操作都可以用鼠标在屏幕上完成。

3 系统网络化方案及其实现

PLC-5处理器不仅具有非常强的控制功能, 还具有非常强的通信能力。因此, 它不但适用于各种控制应用环境中, 特别适用于计算机集成生产系统 (CIMS) 的生产方式, 与计算机等来形成一个高度全面化的分布式多级控制系统。因此, 管理和控制一体化成为现代化企业越来越迫切的需要, 而在此过程中, 网络化的实现又成为一个关键的环节。我们来看一个集控制和管理于一体的厂级分布式控制系统, 网络构成如下图所示。

由网络图可以看出, 全厂的PLC共构成两条数据高速通道 (DH+) 链, 一条是电解、净液的PLC通过ROCKWELL公司的以太网接口模块5/20E与以太网相连, 一条是阳极精炼炉、转炉的PLC通过DCS与上位以太网相连。采用这种联结方案主要是受各PLC物理位置的限制。

每个PLC-5/40处理器有四个通信口, 可用软件设置成远程I/O通信链与输入输出机架相连或设置成DH+网络通信口。在转炉调试时, 由于各站点之间需要传递的数据量太大, 引起监控站屏幕频繁出现网络超时报警信息, 我们就用处理器空闲的通信口, 专门设置了一条DH+通信链, 专门用于处理器之间的数据传递, 解决了网络拥挤的问题。

由于DH+网络优越的网络性能, 使得数据在站点之间传递变得极为便利, 行车称重数据本来发往阳极精炼炉, 可是因为有了DH+网络, 在转炉也可以看到这些数据。转炉的作业方式是交替作业, 加上很多设备是三台转炉共用, 因而需要相互传递的信息量非常大, 因为有了DH+网络, 一切问题迎刃而解。

4 一般系统投产后增设及改进项目要求

由于工艺状况和设备状况的要求, 需要在转炉进行一系列的改造和增设项目, 主要包括以下几个方面。

4.1 转炉事故倾转及报警的改造

在原设计中, 转炉的事故倾转是蓄电池带动直流电机驱动的, 由于蓄电池只能供电10min, 而充电时间需10多个小时, 且有倾转速度慢、性能欠可靠等缺点, 容易引起堵风眼事故。只有交流失压时, 由直流电机驱动转炉移动, 在其他条件下, 均由交流电机带动炉子做事故倾转, 大大减少了事故的发生, 具有很好的效果。

在转炉增加了P L C系统不间断电源 (UPS) 掉电报警、烟罩断流报警、纯水槽水位报警等, 提高了生产的安全性。增加了排风机转速和输出给定值的历史趋势记录, 给设备监护和故障判断分析提供了依据。

4.2 增设富氧、补水改造回路调节

为了增加固破和冷铜的处理量, 根据工艺要求, 需要在转炉增加富氧锤炼自动调节回路。操作人员只要在操作画面上设定所需的用氧浓度, 调节回炉即可根据送风流量和设定氧浓自动调节氧气的流量, 操作十分方便。

纯水槽的水是用于转炉冷却水套的, 一旦断水, 就会对设备造成损坏。改造之后, 低水位自动补水, 高水位自动停水, 且有高、低水位报警, 既方便又安全, 得到操作人员的好评。

总之, 可编程序控制器因其可靠的性能、卓越的控制功能和强大的通信功能在公司的生产和管理中发挥了很大的作用, 创造了一定的经济效益。随着其性能价格比的提高, 相信会在工业企业中得到更加广泛的应用。

参考文献

[1]Pavlat J.The next big thing-moving beyond CompactPCI[R].PICMG协会, 2004.

铜冶炼渣 篇7

目前随着社会经济的发展, 铜矿资源日趋贫乏, 迫使人们更加重视铜渣中金属铜的回收利用。当前, 国内外开展了大量的铜渣中金属的资源化利用研究, 如Maxim I.Muravyov等[1]通过对浮选后的铜转炉渣采用硫酸和生物产生的硫酸铁进行浸取回收铜和锌, 结果铜和锌的回收率分别为81.6%和37.7%。I.M.Ahmed等[2]采用硫酸浸出法从铜渣中回收Cu和Zn, 得出Cu和Zn的回收率分别为99%和95%。Ayse Vildan Bese[3]将超声技术应用于铜渣的硫酸浸取过程中, 在超声作用下, Cu、Zn、Co和Fe的回收率分别达到89.28%、51.32%、69.87%和13.73%, 而在没有超声作用的条件下Cu、Zn、Co和Fe的回收率则分别为80.41%、48.28%、64.52%和12.16%。Ewa Rudnik等[4]采用湿法冶金浸取的方式回收铜熔炉渣中的Cu和Co, 并得出Cu和Co的回收率分别达到99.9%和92%。F.Garranza等[5]采用铁盐湿法浸取的方式回收铜渣中的Cu, 结果表明渣中铜的回收率可以达到66%, 即渣中的铜含量可以由0.78%降低到0.24%。由于我国矿产资源富矿少贫矿多, 单一矿少, 含多种共生、伴生有价金属的多元复合矿多[6], 因此, 铜矿物中铜的品位较低, 冶炼过程会产生大量废渣。铜冶炼渣作为一种多元复合矿冶炼渣, 渣中铁的品位一般都超过40%, 远大于冶炼铁矿29.1% (质量分数) 的平均品位[7,8], 其中铜的含量在0.5%以上, 受炼铜传统工艺的限制, 其铜渣中残余铜的含量还在继续增加, 另外渣中还含有一定量的稀有金属和贵金属[9]。因此, 有效回收利用铜渣中的金属具有重要的环境效益和经济效益[10]。本实验通过对除硅后的铜冶炼水淬渣进行硫酸化浸出实验研究, 得出了铜和锌的最佳浸出条件, 希望能对铜渣的资源化利用提供一定的理论依据。

1 实验

1.1 实验原料

本实验所采用的原料为云南某企业生产的铜冶炼水淬渣经过除硅后的渣样 (除硅铜冶炼水淬渣是指铜冶炼水淬渣除去渣中大部分的二氧化硅后所得渣产品) 。除硅的具体方法和内容依据专利“从铜冶炼渣中分离出铁、铜、硅组分的方法”[11], 在此不再详细阐述。

对除硅后的铜冶炼水淬渣进行X射线荧光光谱分析仪 (XRF) 分析, 其元素含量结果见表1。

为了更进一步了解铜渣除去硅和没有除去硅的物相组成差异, 分别对铜冶炼水淬渣和除硅铜冶炼水淬渣进行X射线衍射分析 (XRD) , 其结果如图1和图2所示。

从图1可以看出, 铜渣主要物相组成为铁橄榄石和磁性氧化铁, 因此在高温下经过水冲聚冷的水淬渣呈轴黑色小颗粒且多孔, 渣有少部分呈片状、针状及矿渣棉, 大部分呈现类似玻璃体状态, 属于酸性低活性矿渣, 具有良好的力学特性, 如坚固性、耐磨性、稳定性等。正是由于铜冶炼水淬渣表面类似玻璃体, 常规的选矿方法和选矿药剂无法作用到里面, 致使目前对铜渣中的金属资源化利用相对狭隘。

从图2可以看出, 渣样中的主要物相组成为磁性氧化铁, 基本上没有硅酸盐成分存在。

对比图1和图2可知, 经过除硅处理后铜冶炼水淬渣的物相组成没有硅酸盐成分, 所以经过除硅处理后改变了铜渣的物相组成, 使原来由硅酸盐和磁性氧化铁相互包裹的玻璃体变成主要由磁性氧化铁和其它金属氧化物混合而成的渣产品, 更有利于后面的酸浸过程。

1.2 实验仪器、试剂

实验仪器:X射线衍射仪 (XRD) ;X射线荧光光谱分析仪 (XRF) ;Z-2000型原子吸收光谱仪;集热式恒温加热磁力搅拌器;烧杯;移液管;量筒;漏斗;分样筛等。

实验试剂:浓硫酸 (AR) 、去离子水。

2 浸出过程影响因素分析

按照扩散-化学过程, 除硅铜冶炼水淬渣在溶剂中的溶解速度可以用式 (1) 表示[12]:

式中:M为被溶解物的量;CP为时间t内溶液的浓度 (溶液指溶解了固体后的溶液) ;CH为饱和溶液的浓度;S为固体物料与溶剂接触的表面积;D为扩散系数;δ为扩散层厚度。

而扩散系数为:

式中:R为气体常数;T为绝对温度;N为阿伏加德罗常数;μ为溶液的粘度;d为扩散物质的粒子直径。

扩散厚度为:

式中:K为常数;μ为动力粘度;x为常数, 它与固体物料的条件、大小、形状有关, 亦与固体与溶剂的相对运动有关;W为搅拌速度;D为扩散系数;δ为扩散层厚度。

根据以上扩散-化学过程可知, 除硅铜冶炼水淬渣在硫酸溶液中浸出的主要影响因素有:

(1) 硫酸浓度。在浸出过程中, 浸出的酸度越大, 酸与金属化合物的化学反应就越剧烈, 浸出速度越快, 铜、锌浸出率越高。但是, 酸度越高, 一些重金属浸出的机会也越多, 影响后面的净化过程。

(2) 反应时间。延长反应时间, 可以增加硫酸与除硅铜冶炼水淬渣的反应, 提高铜、锌等元素的浸出率。但是反应时间越长, 所需生产成本就越高。

(3) 液固比。随着液固比的增大浆液的粘度降低, 有利于反应物与生成物的迅速扩散。但随着液固比的增大, 试剂用量也相应加大, 浸出设备容积也要相应增大, 而且液固比增大会增加后续工作负荷, 因此在保证浸出率的条件下, 应尽可能采用低液固比。

(4) 反应温度。反应温度的升高具有以下作用: (1) 可以加速化学作用; (2) 可使除硅铜冶炼水淬渣中可溶物质在溶液中溶解度增大; (3) 增大了扩散系数D, 有利于扩散; (4) 加快硫酸与除硅铜冶炼水淬渣的运动速度, 从而使浸出速度加快。但随着反应温度的升高, 对装置的要求相应提高, 从而增加成本。

(5) 粒径大小。粒径越小, 比表面积就越大, 与硫酸接触的面积就越大, 反应速度就越快, 浸出所需时间就越短。但是颗粒太细, 溶液粘度也会随之增大, 反而对浸出不利。

3 结果及分析

3.1 硫酸浓度对铜、锌浸出率的影响

取除硅铜渣20g, 在机械搅拌下, 控制反应时间为120min, 液固比为3∶1 (m/m) , 反应温度为50℃, 粒径为100目, 考察H2SO4浓度对除硅铜冶炼水淬渣中铜、锌浸出率的影响, 结果如图3所示。

从图3可以看出, 当硫酸浓度从0.5mol/L增加到1.5mol/L时铜和锌的浸出率迅速增加, 分别达到62.2%和90.6%, 当硫酸浓度继续增加到2.5mol/L时铜和锌的浸出率继续增加, 2.5mol/L后再继续增加硫酸的浓度, 铜和锌的浸出率增加不明显。因此选择硫酸的浓度2.5mol/L为最佳条件, 此时铜的浸出率为66.2%, 锌的浸出率为92.6%。

3.2 浸出时间对铜、锌浸出率的影响

取除硅铜渣20g, 在机械搅拌下, 控制硫酸的浓度为2.5mol/L, 液固比为3∶1 (m/m) , 反应温度为50℃, 粒径为100目, 考察浸出时间对除硅铜冶炼水淬渣中铜、锌浸出率的影响, 结果如图4所示。

从图4可以看出, 当时间从30min延长到90min时铜和锌的浸出率都增长迅速, 分别达到64.3%和87.6%。当继续延长到120min时铜的浸出率增加不明显, 而锌的浸出率继续增加。往后再继续延长浸出时间, 铜和锌的浸出率基本不变。因此选择120min为最佳条件, 此时铜和锌的浸出率分别为65.9%和92.3%。

3.3 液固比对铜、锌浸出率的影响

取除硅铜渣20g, 在机械搅拌下, 控制硫酸的浓度为2.5mol/L, 浸出时间为120min, 反应温度为50℃, 粒径为100目, 考察液固比 (m/m) 对除硅铜冶炼水淬渣中铜、锌浸出率的影响, 结果如图5所示。

从图5可以看出, 当液固比从2∶1增加到3∶1时铜和锌的浸出率都迅速增加, 分别达到66.5%和91.8%。继续增加液固比到4∶1, 铜和锌浸出率继续增加, 往后再继续增加液固比铜和锌的浸出率变化不大。随着液固比的增大, 试剂用量也相应加大, 而且液固比增大会增加后续工作负荷, 因此在保证浸出率的条件下, 应尽可能采用低液固比。因此选择液固比4∶1为最佳条件, 此时铜和锌的浸出率分别为68.1%和93.1%。

3.4 温度对铜、锌浸出率的影响

取除硅铜渣20g, 在机械搅拌下, 控制硫酸的浓度为2.5mol/L, 浸出时间为120min, 液固比 (m/m) 为4∶1, 粒径为100目, 考察温度对除硅铜冶炼水淬渣中铜、锌浸出率的影响, 结果如图6所示。

从图6可以看出, 当温度从25℃升高到60℃时铜和锌的浸出率都有增加, 但铜浸出率增加显著, 锌浸出率的增加没有铜显著, 分别达到70.2%和94.1%。继续升高温度到70℃, 铜的浸出率继续增加, 而锌的浸出率基本不变, 往后再继续升高温度铜的浸出率也基本不变。综合考虑选取温度70℃为最佳条件, 此时铜和锌的浸出率分别为71.3%和94.3%。

3.5 粒径大小对铜、锌浸出率的影响

取除硅铜渣20g, 在机械搅拌下, 控制硫酸的浓度为2.5mol/L, 浸出时间为120min, 液固比 (m/m) 为4∶1, 温度为70℃, 考察粒径大小对除硅铜冶炼水淬渣中铜、锌浸出率的影响, 结果如图7所示。从图7可知, 当粒径从24目增加到100目时, 铜和锌的浸出率增加迅速, 分别达到71.5%和94.1%。继续增加到200目, 铜和锌的浸出率继续增加, 但增加得相对缓慢一些。往后再继续增加目数, 铜和锌的浸出率基本不变。因此选择200目为最佳条件, 此时铜和锌的浸出率分别为76.2%和98.3%。

4 结论

除硅铜冶炼水淬渣硫酸化浸出的最优条件是:在机械搅拌下, 硫酸浓度为2.5 mol/L, 浸出时间为120 min, 液固比 (m/m) 为4∶1, 温度为70℃, 粒径大小为200目, 此时铜和锌的浸出率分别为76.2%和98.3%。浸出的铜和锌可经过后续的电积工序或置换等得到可利用的产品。该方法生产成本低, 而且对环境污染小, 对促进循环经济和可持续发展及环境保护具有重要的战略意义和现实意义。

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