一种回收铜渣余热并直接还原提铁的系统及方法
【专利摘要】本发明属于有色冶金技术领域，具体涉及一种回收铜渣余热并直接还原提铁的系统及方法。本发明将粒化后的铜渣颗粒直接制备铜渣含碳颗粒，省去了磨矿工序，降低了现有技术中球团造球过程的能耗；在烘干炉内干燥后的铜渣含碳球团抗压强度增加，为直接还原的进行提供了保障；本发明通过对还原炉温度的控制，提高了铜渣中铁的还原率；通过对炉内烟气余热的回收，提高了余热回收率，降低了生产成本，达到了节能减排的目的，解决了目前铜渣余热回收及铁的回收难的问题。
【专利说明】
一种回收铜渣余热并直接还原提铁的系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属于有色冶金技术领域，具体涉及一种回收铜渣余热并直接还原提铁的系 统及方法。
【背景技术】
[0002] 铜渣是铜冶炼过程中排出的副产物，主要成分是铁橄榄石和磁铁矿，出炉温度可 达1300°C。据有关资料统计，每年仅我国产生的铜渣就高达1500万吨。铜渣中铁含量可达 30%~45%，具有较高的余热回收价值和金属回收价值。而目前对于铜渣的处理方式是水淬 法快速冷却，冷却后的铜渣作为废渣堆存。该处理方法不仅没有回收铜渣的高温余热，浪费 了水资源，而且铜渣中的铁未能有效回收，此外铜渣的大量堆存污染了环境。
[0003] 随着人们对能源和环境的重视，回收铜渣中铁的研究也逐步深入。对铜渣中铁组 分回收方法的研究主要包括氧化法，湿法，选矿法及还原法。
[0004] 氧化法，是指对熔融态铜渣进行氧化处理，实现铜渣中铁组分向磁铁矿相选择性 富集，经过冷却破碎后在低温下通过磁选方式回收铁。在氧化反应后期，由于铜渣中FeO组 分不断减少，Si-O络合离子团不断聚合，以及Fe 3O4不断聚集长大，导致熔渣粘度及熔点逐渐 升高，阻碍了反应的继续进行和磁铁矿相的长大，导致铁回收率低。
[0005] 湿法，是采用硫酸或氯酸等化学药剂综合回收有价金属，该法具有良好的选择性， 且可回收锌、铅、镍、钴等有价金属。但湿法技术需要使用大量的化学药剂，不仅会腐蚀生产 设备，也会造成环境污染。
[0006]磁选法，主要针对冷态铜渣中铁的回收。铁主要分布在铜渣中橄榄石相和磁性氧 化铁矿物中，采用磁选的方法可以得到铁精矿。但铜渣物相复杂，结晶度不好的铜渣各物相 之间存在连生与包裹现象，导致有价金属与脉石成分分离困难，因而磁选效果不佳。
[0007] 还原法主要是将铜渣中含铁组分在外加还原剂的作用下而还原析出的方法。还原 法具有铁回收率高，易于分离渣中铁的优点，因此成为学者的研究重点。还原法按照温度不 同可分为高温熔融还原和直接还原。高温熔融还原所需温度高，需要满足在铜渣熔点以上， 熔炼过程产生大量的废气和污染物。直接还原法是钢铁冶炼过程中非高炉炼铁主要方法之 一，是指在低于矿石熔化温度以下发生还原反应生产海绵铁的过程。通过直接还原所得的 铁含碳量低，金属化率高，铁含量高，生产过程污染少。
[0008] 目前，已有学者提出在转底炉或竖炉中通过直接还原的方式处理不同类型的铁矿 石，如褐铁矿，赤铁矿，尼尔森精矿，钒钛磁铁矿，硼铁矿等。直接还原后的矿石需要通过磨 矿磁选或者熔融分离的方式进行进一步分离，以期得到海绵铁或其他有价组分。在直接还 原过程中，造球是其中必不可少的重要环节。含碳球团自身带有还原剂，且铁矿粉，粘结剂 及还原剂彼此紧密结触。在加热过程中，含碳球团不仅能够快速还原，而且球团内的碳及矿 粉粒度极细，碳与铁氧化物密切接触，使还原速度的限制环节由传统的传质过程转变为界 面化学反应。温度愈高，球团直径愈小，原料愈细，配碳量愈高，则还原速度愈快。
[0009] 铜渣因为含铁量高，实际可以算是一种"人造矿石"，经过直接还原后，铜渣中的铁 橄榄石、磁铁矿等均被还原成了金属铁。金属铁与还原后的炉渣再进行进一步分离回收。CN 101591718A利用直接还原法对制备的铜渣含碳球团中的铁组分进行回收，提出一种直接还 原-磁选的回收方法。该方法通过磨矿、造球、干燥后在还原炉(转底炉或竖炉）中对铜渣进 行直接还原，最后经过磨矿磁选的方式分离金属铁。这在一定程度上能够有效回收铜渣中 铁组分，但该过程铜渣余热未能有效回收利用，而且磨矿后造球过程能耗高。
[0010] 在现存的回收处理方式中主要有以下不足：（1)无论是氧化法、湿法、选矿法还是 还原法，铜渣现存回收处理方法中，铜渣余热均未能有效回收利用；（2)直接还原工艺所需 含碳球团在造球前需要进行磨矿处理，造球工艺复杂，能耗高。
【发明内容】
[0011] 针对现存技术中存在的问题，本发明提供一种回收铜渣余热并直接还原提铁的系 统及方法，能够实现铜渣余热回收及铜渣中铁的有效回收利用，解决目前铜渣余热回收及 资源化利用难且能耗高的技术难题。
[0012] 本发明的回收铜渣余热并直接还原提铁的系统由熔渣粒化及余热回收装置、铜渣 含碳球团制备装置和直接还原装置组成； 其中所述的熔渣粒化及余热回收装置包括熔渣粒化组件和余热回收组件，熔渣粒化组 件由熔渣渣槽、离心粒化装置、鼓风机和渣粒收集装置组成，所述的渣粒收集装置是上宽下 窄的漏斗型容器，能够高速旋转的离心粒化装置设置在渣粒收集装置内部，所述的熔渣渣 槽从上方伸入到渣粒收集装置内部，且熔渣渣槽的出料口与离心粒化装置的进料口相对 应，所述的鼓风机外设在渣粒收集装置两侧;所述的余热回收组件由布料板、渣粒换热器和 运输装置组成，布料板设置在离心粒化装置下方，渣粒换热器上方，渣粒换热器设置在渣粒 收集装置下部，其出口连接运输装置； 所述的含碳球团制备装置由储料罐、混料装置、对辊压球机和烘干炉组成;其中所述的 储料罐为并列的四组储料罐，储料罐出口连接混料装置，混料装置出口连接对辊压球机，对 辊压球机出口对应烘干炉入口，所述的烘干炉是链条炉，其底部的链条炉排与直接还原装 置中的还原炉相连； 所述的直接还原装置包括还原炉、烟气换热器、引风机、除尘器和烟囱；其中所述的还 原炉选用转底炉或竖炉，当选用竖炉时竖炉内部设有布流板，所述的还原炉内部分为预热 区、还原区和冷却区，预热区上方设有烟气出口，冷却区底部是金属化球团出料口，预热区 和还原区侧部设有煤气烧嘴，所述的烟气出口与烟气换热器相连，烟气换热器的干燥空气 出口与烘干炉相连，助燃空气出口与煤气烧嘴相连，排烟口与引风机相连，引风机连接除尘 器，除尘器连接烟囱。
[0013] 采用上述回收铜渣余热并直接还原提铁的系统回收铜渣余热并直接还原提铁的 方法，按照以下步骤进行： (1)铜渣粒化及回收余热:从炼铜炉中排出的熔融态铜渣经熔渣渣槽导入离心粒化装 置，离心粒化装置高速旋转使熔渣破碎粒化，同时利用鼓风机通入空气，得到直径为1~3mm、 温度降为l〇〇〇°C的铜渣颗粒； 铜渣颗粒经布料板滚动进入渣粒换热器，在自身重力作用下缓慢移动，在移动过程中 与换热器充分换热，温度降为l〇〇°C，然后经运输装置运送至铜渣颗粒储料罐中； (2) 四组储料罐中分别装有铜渣颗粒、还原剂、熔剂和粘结剂，将四种原料按照设定好 的配比分别进入混料装置，在混料装置中搅拌混匀，混匀后的物料进入对辊压球机进行造 球，对辊压球机将物料压制成为IO~20mm的铜渣含碳球团； 将铜渣含碳球团送入烘干炉中干燥，铜渣含碳球团均匀分布在烘干炉中链条炉排上缓 慢向前运动，铜渣含碳球团内部的水分蒸发并随烟气排出，最终被链条炉排送入还原炉中； (3) 含碳球团在还原炉中依次经过预热区、高温还原区和冷却区，通过调节还原炉上的 煤气烧嘴的燃烧控制还原炉内不同区间的温度，其中预热区温度控制为800~1000 tC，还原 区温度控制为1000~1150°C，冷却区温度为500~800°C，最终得到烟气和金属化球团。
[0014] 其中，所述的离心粒化装置的旋转速度为800~1200r/min。
[0015] 所述的还原剂为煤粉、煤焦、生物质粉、生物质碳或塑料裂解碳；所述的熔剂是 Ca0、Ca(0H)2或CaC〇3;所述的粘结剂为膨润土、阜土或沥青;每Ikg铜渣颗粒，恪剂配比为0.1 ~0.4kg，粘结剂配比为0.01~0.03kg，按照铜渣中铁橄榄石及磁铁矿的含氧量计算，还原剂 中固定碳与铜渣颗粒内含铁物相中氧的质量配比C/0=1~1.4:1。
[0016] 所述的混料装置中搅拌混匀过程中添加占原料总质量12~16%的水。
[0017] 所述的对辊压球机的压球压力为10~30MPa。
[0018]所述的烘干炉炉内温度保持120~150 °C。
[0019] 所述的还原炉为转底炉或竖炉，通过调节转底炉转速或竖炉布流板倾斜角度控制 铜渣含碳球团在炉内的停留时间为30~60min。
[0020] 所述的烟气温度为800°C，由预热区上部烟气出口进入烟气换热器;所述的烟气换 热器引入的空气分为助燃空气和干燥空气，烟气与空气进行充分换热，其中助燃空气充分 吸收烟气余热后温度升高至500°C，500°C助燃空气送入煤气烧嘴中，所述的干燥空气换热 后温度升高至，200°C干燥空气通入烘干炉，在烘干炉内完成铜渣含碳球团的干燥。
[0021] 所述的金属化球团经过后续分离即可得到单质铁，所述的后续分离方式为熔融分 离或者破碎磁选分离。
[0022] 与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是： 本发明提供了一种铜渣余热回收及直接还原制备金属化球团的方法，解决了目前铜渣 余热回收及铁的回收难的问题;该工艺中，粒化后的铜渣颗粒直接制备铜渣含碳颗粒，省去 了磨矿工序，降低了现有技术中球团造球过程的能耗;在烘干炉内干燥后的铜渣含碳球团 抗压强度增加，为直接还原的进行提供了保障;通过对还原炉温度的控制，该方法提高了铜 渣中铁的还原率;通过对炉内烟气余热的回收，提高了余热回收率，降低了生产成本，达到 了节能减排的目的。
[0023] 本发明通过在还原炉设置煤气烧嘴依次对炉内不同区间持续供热，在还原区铜渣 含碳球团发生还原反应，球团中的铁橄榄石(2Fe0 · Si〇2)和磁铁矿(Fe3〇4)被球团中的固定 碳还原为铁单质。铜渣含碳球团自此还原为金属化球团，还原后的金属化球团进入冷却区 进行冷却降温，金属化球团经过后续分离即可得到单质铁。
[0024] 在还原区，发生的主要反应如下： CT2PeQ'S?i=2Fe-SiQ2+2CO|g;}： CO .C:〇i:g)^2f^OSi〇2.，F;e+Si〇2 十 2€〇2(g) (2) 满=_δ·Θ(§> 0) 4C0ti；)^F；es〇4=3Ee^4C〇2ii) (4)： C補.2_G 輸 '(65),
【附图说明】
[0025] 图I为本发明实施例1中的回收铜渣余热并直接还原提铁的系统结构示意图； 图2为本发明实施例1中的回收铜渣余热并直接还原提铁的系统结构示意图； 其中：1:熔渣渣槽;2:离心粒化装置;3:铜渣颗粒;4:渣粒收集装置;5:鼓风机;6:布料 板;7 :渣粒换热器;8:运输装置;9:储料罐；10 :混料装置；11:对辊压球机；12:铜渣含碳球 团；13:烘干炉；14:转底炉；15:煤气烧嘴；16:烟气出口； 17:金属化球团出料口； 18:金属化 球团；19:烟气换热器;20:引风机;21:除尘器;22:烟囱；23:竖炉;24:布流板。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和【具体实施方式】，进一步说明本发明的实施步骤及效果。
[0027] 本发明实施采用的铜渣来源于闪速熔炼炉的排渣，主要成分如表1所示。
[0028]注:表中所给铜渣中铁元素含量为36.6%，其他物质主要是长石及钙镁硅酸盐等物 质。
[0029] 实施例1 本实施例的回收铜渣余热并直接还原提铁的系统结构如图1所示，由熔渣粒化及余热 回收装置、铜渣含碳球团制备装置和直接还原装置组成； 其中所述的熔渣粒化及余热回收装置包括熔渣粒化组件和余热回收组件，熔渣粒化组 件由熔渣渣槽1、离心粒化装置2、鼓风机5和渣粒收集装置4组成，所述的渣粒收集装置4是 上宽下窄的漏斗型容器，能够高速旋转的离心粒化装置2设置在渣粒收集装置4内部，所述 的熔渣渣槽1从上方伸入到渣粒收集装置4内部，且熔渣渣槽1的出料口与离心粒化装置2的 进料口相对应，所述的鼓风机5外设在渣粒收集装置两侧;所述的余热回收组件由布料板6、 渣粒换热器7和运输装置8组成，布料板6设置在离心粒化装置2下方，渣粒换热器7上方，渣 粒换热器7设置在渣粒收集装置4下部，其出口连接运输装置8; 所述的含碳球团制备装置由储料罐9、混料装置10、对辊压球机11和烘干炉13组成;其 中所述的储料罐9为并列的四组储料罐，储料罐9出口连接混料装置10,混料装置10出口连 接对辊压球机11，对辊压球机11出口对应烘干炉13入口，所述的烘干炉13是链条炉，其底部 的链条炉排与直接还原装置中的还原炉相连； 所述的直接还原装置包括还原炉、烟气换热器、引风机、除尘器和烟囱；本实施例中还 原炉选用转底炉14,转底炉14内部分为预热区、还原区和冷却区，预热区上方设有烟气出口 16，冷却区底部是金属化球团出料口 17，预热区和还原区侧部设有煤气烧嘴15，所述的烟气 出口 16与烟气换热器19相连，烟气换热器19的干燥空气出口与烘干炉13相连，助燃空气出 口与煤气烧嘴15相连，排烟口与引风机20相连，引风机20连接除尘器21，除尘器21连接烟囱 22〇
[0030] 采用上述回收铜渣余热并直接还原提铁的系统回收铜渣余热并直接还原提铁的 方法按照以下步骤进行： (1) 铜渣粒化及回收余热:从炼铜炉中排出的熔融态铜渣经熔渣渣槽1导入离心粒化装 置2，离心粒化装置1200r/min高速旋转使熔渣破碎粒化，同时利用鼓风机5通入空气，得到 直径为1~3mm、温度降为1000°C的铜渣颗粒3; 铜渣颗粒3经布料板6滚动进入渣粒换热器7，在自身重力作用下缓慢移动，在移动过程 中与渣粒换热器7充分换热，温度降为HKTC，然后经运输装置8运送至铜渣颗粒储料罐9中； (2) 四组储料罐9中分别装有铜渣颗粒、还原剂生物质碳、熔剂CaCO3和粘结剂沥青，每 Ikg铜渣颗粒，熔剂配比为0.4kg，粘结剂配比为0.01kg，按照铜渣中铁橄榄石及磁铁矿的含 氧量计算，还原剂中固定碳与铜渣颗粒内含铁物相中氧的质量配比C/0=1.4:1，将四种原料 按照设定好的配比分别进入混料装置10,在混料装置10中搅拌混匀，混匀过程中添加占原 料总质量12%的水，混匀后的物料进入对辊压球机11进行造球，对辊压球机11在IOMPa压力 下将物料压制成为10~20mm的铜渣含碳球团12; 将铜渣含碳球团12送入烘干炉13中干燥，烘干炉炉内温度保持120°C，铜渣含碳球团12 均匀分布在烘干炉13中链条炉排上缓慢向前运动，铜渣含碳球团内部的水分蒸发并随烟气 排出，最终被链条炉排送入转底炉14中； (3) 含碳球团在转底炉14中依次经过预热区、高温还原区和冷却区，通过调节还原炉上 的煤气烧嘴15的燃烧控制还原炉内不同区间的温度，通过调节转底炉转速30min/r控制铜 渣含碳球团在炉内的停留时间为30min;其中预热区温度控制为800~1000 °C，在预热区，铜 渣含碳球团温度由120°C快速升温至800~1000°C，铜渣含碳球团内的熔剂发生分解反应， CaCO3分解为CaO，分解过程中有CO2气体从铜渣含碳球团中释出，铜渣含碳球团表面出现多 孔，表面积增加，有利于高温还原区还原反应速度加快，由于预热区铜渣含碳球团温度低， 还原反应较弱;还原区温度控制为1000~1150°C，在还原区，在熔剂(CaO)的促进作用下，铜 渣含碳球团发生还原反应，球团中的铁橄榄石(2Fe0 · SiO2)和磁铁矿(Fe3O4)被铜渣含碳球 团中的固定碳还原为铁单质，含碳球团中的碳扮演者还原剂和燃料的双重角色，在转底炉 炉排上部存在着还原剂热解挥发分的二次燃烧，铜渣含碳球团在还原区自此还原为金属化 球团；冷却区温度为500~800°C，在冷却区，还原后的金属化球团逐渐冷却降温，冷却区内部 不设置烧嘴。为避免金属化球团在此区间被氧化，冷却区设置有还原气氛调节喷嘴，以调整 炉内⑶/CO 2配比，最终得到烟气和金属化球团18,金属化球团18经过破碎磁选分离即可得 到单质铁。
[0031] 在转底炉14内，烟气流动方向与转底炉转动方向相反，烟气中多余的CO在预热区 通过二次补燃燃尽，烟气温度为800°C由预热区上部烟气出口进入烟气换热器;所述的烟气 换热器引入的空气分为助燃空气和干燥空气，烟气与空气进行充分换热，其中助燃空气充 分吸收烟气余热后温度升高至500°C，500°C助燃空气送入煤气烧嘴中，所述的干燥空气换 热后温度升高至，200°C干燥空气通入烘干炉，在烘干炉内完成铜渣含碳球团的干燥。
[0032] 本实施例中回收熔融铜渣中的铁及余热，铁还原率可达95%以上，铁回收率可达 90%以上;粒化及余热回收阶段余热回收效率可达65%，每千克铜渣可回收491kJ热量。
[0033] 实施例2 本实施例的回收铜渣余热并直接还原提铁的系统结构如图2所示，由熔渣粒化及余热 回收装置、铜渣含碳球团制备装置和直接还原装置组成； 其中所述的熔渣粒化及余热回收装置包括熔渣粒化组件和余热回收组件，熔渣粒化组 件由熔渣渣槽1、离心粒化装置2、鼓风机5和渣粒收集装置4组成，所述的渣粒收集装置4是 上宽下窄的漏斗型容器，能够高速旋转的离心粒化装置2设置在渣粒收集装置4内部，所述 的熔渣渣槽1从上方伸入到渣粒收集装置4内部，且熔渣渣槽1的出料口与离心粒化装置2的 进料口相对应，所述的鼓风机5外设在渣粒收集装置两侧;所述的余热回收组件由布料板6、 渣粒换热器7和运输装置8组成，布料板6设置在离心粒化装置2下方，渣粒换热器7上方，渣 粒换热器7设置在渣粒收集装置4下部，其出口连接运输装置8; 所述的含碳球团制备装置由储料罐9、混料装置10、对辊压球机11和烘干炉13组成;其 中所述的储料罐9为并列的四组储料罐，储料罐9出口连接混料装置10,混料装置10出口连 接对辊压球机11，对辊压球机11出口对应烘干炉13入口，所述的烘干炉13是链条炉，其底部 的链条炉排与直接还原装置中的还原炉相连； 所述的直接还原装置包括还原炉、烟气换热器、引风机、除尘器和烟囱；本实施例中还 原炉选用竖炉23,竖炉23内设有布流板24,竖炉23内部分为预热区、还原区和冷却区，预热 区上方设有烟气出口 16,冷却区底部是金属化球团出料口 17,预热区和还原区侧部设有煤 气烧嘴15,所述的烟气出口 16与烟气换热器19相连，烟气换热器19的干燥空气出口与烘干 炉13相连，助燃空气出口与煤气烧嘴15相连，排烟口与引风机20相连，引风机20连接除尘器 21，除尘器21连接烟囱22。
[0034] 采用上述回收铜渣余热并直接还原提铁的系统回收铜渣余热并直接还原提铁的 方法按照以下步骤进行： (1) 铜渣粒化及回收余热:从炼铜炉中排出的熔融态铜渣经熔渣渣槽1导入离心粒化装 置2，离心粒化装置800r/min高速旋转使熔渣破碎粒化，同时利用鼓风机5通入空气，得到直 径为1~3mm、温度降为1000°C的铜渣颗粒3; 铜渣颗粒3经布料板6滚动进入渣粒换热器7，在自身重力作用下缓慢移动，在移动过程 中与渣粒换热器7充分换热，温度降为HKTC，然后经运输装置8运送至铜渣颗粒储料罐9中； (2) 四组储料罐9中分别装有铜渣颗粒、还原剂煤粉、熔剂CaO和粘结剂皂土，每Ikg铜渣 颗粒，熔剂配比为0.2kg，粘结剂配比为0.03kg，按照铜渣中铁橄榄石及磁铁矿的含氧量计 算，还原剂中固定碳与铜渣颗粒内含铁物相中氧的质量配比C/0=1:1，将四种原料按照设定 好的配比分别进入混料装置10,在混料装置10中搅拌混匀，混匀过程中添加占原料总质量 16%的水，混匀后的物料进入对辊压球机11进行造球，对辊压球机11在30MPa压力下将物料 压制成为10~20mm的铜渣含碳球团12; 将铜渣含碳球团12送入烘干炉13中干燥，烘干炉炉内温度保持150°C，铜渣含碳球团12 均匀分布在烘干炉13中链条炉排上缓慢向前运动，铜渣含碳球团内部的水分蒸发并随烟气 排出，最终被链条炉排送入竖炉23中； (3) 含碳球团在竖炉23中依次经过预热区、高温还原区和冷却区，通过调节竖炉23上的 煤气烧嘴15的燃烧控制还原炉内不同区间的温度，通过调节竖炉布流板角度控制铜渣含碳 球团在炉内的停留时间为60min;其中预热区温度控制为800~1000°C，在预热区，铜渣含碳 球团温度由120°C快速升温至800~1000°C，铜渣含碳球团内的熔剂发生分解反应，CaCO 3分 解为CaO,分解过程中有CO2气体从铜渣含碳球团中释出，铜渣含碳球团表面出现多孔，表面 积增加，有利于高温还原区还原反应速度加快，由于预热区铜渣含碳球团温度低，还原反应 较弱;还原区温度控制为1000~1150°C，在还原区，在熔剂(CaO)的促进作用下，铜渣含碳球 团发生还原反应，球团中的铁橄榄石(2Fe0 · SiO2)和磁铁矿(Fe3O4)被铜渣含碳球团中的固 定碳还原为铁单质，含碳球团中的碳扮演者还原剂和燃料的双重角色，在转底炉炉排上部 存在着还原剂热解挥发分的二次燃烧，铜渣含碳球团在还原区自此还原为金属化球团；冷 却区温度为500~800°C，在冷却区，还原后的金属化球团逐渐冷却降温，冷却区内部不设置 烧嘴。为避免金属化球团在此区间被氧化，冷却区设置有还原气氛调节喷嘴，以调整炉内 ⑶/CO 2配比，最终得到烟气和金属化球团18,金属化球团18经过破碎磁选分离即可得到单 质铁。
[0035] 在竖炉内，烟气流动方向与转底炉转动方向相反，烟气中多余的CO在预热区通过 二次补燃燃尽，烟气温度为800°C由预热区上部烟气出口进入烟气换热器;所述的烟气换热 器引入的空气分为助燃空气和干燥空气，烟气与空气进行充分换热，其中助燃空气充分吸 收烟气余热后温度升高至500°C，500°C助燃空气送入煤气烧嘴中，所述的干燥空气换热后 温度升高至，200°C干燥空气通入烘干炉，在烘干炉内完成铜渣含碳球团的干燥。
[0036] 本实施例中回收熔融铜渣中的铁及余热，铁还原率可达90%以上，铁回收率可达 90%以上;粒化及余热回收阶段余热回收效率可达65%，每千克铜渣可回收491kJ热量。
【主权项】
1. 一种回收铜渣余热并直接还原提铁的系统，其特征在于由熔渣粒化及余热回收装 置、铜渣含碳球团制备装置和直接还原装置组成； 其中所述的熔渣粒化及余热回收装置包括熔渣粒化组件和余热回收组件，熔渣粒化组 件由熔渣渣槽、离心粒化装置、鼓风机和渣粒收集装置组成，所述的渣粒收集装置是上宽下 窄的漏斗型容器，能够高速旋转的离心粒化装置设置在渣粒收集装置内部，所述的熔渣渣 槽从上方伸入到渣粒收集装置内部，且熔渣渣槽的出料口与离心粒化装置的进料口相对 应，所述的鼓风机外设在渣粒收集装置两侧;所述的余热回收组件由布料板、渣粒换热器和 运输装置组成，布料板设置在离心粒化装置下方，渣粒换热器上方，渣粒换热器设置在渣粒 收集装置下部，其出口连接运输装置； 所述的含碳球团制备装置由储料罐、混料装置、对辊压球机和烘干炉组成;其中所述的 储料罐为并列的四组储料罐，储料罐出口连接混料装置，混料装置出口连接对辊压球机，对 辊压球机出口对应烘干炉入口，所述的烘干炉是链条炉，其底部的链条炉排与直接还原装 置中的还原炉相连； 所述的直接还原装置包括还原炉、烟气换热器、引风机、除尘器和烟囱；其中所述的还 原炉选用转底炉或竖炉，当选用竖炉时竖炉内部设有布流板，所述的还原炉内部分为预热 区、还原区和冷却区，预热区上方设有烟气出口，冷却区底部是金属化球团出料口，预热区 和还原区侧部设有煤气烧嘴，所述的烟气出口与烟气换热器相连，烟气换热器的干燥空气 出口与烘干炉相连，助燃空气出口与煤气烧嘴相连，排烟口与引风机相连，引风机连接除尘 器，除尘器连接烟囱。2. -种采用如权利要求1所述的回收铜渣余热并直接还原提铁的系统回收铜渣余热并 直接还原提铁的方法，其特征在于按照以下步骤进行： (1) 铜渣粒化及回收余热：从炼铜炉中排出的熔融态铜渣经熔渣渣槽导入离心粒化装 置，离心粒化装置高速旋转使熔渣破碎粒化，同时利用鼓风机通入空气，得到直径为1~3mm、 温度降为l〇〇〇°C的铜渣颗粒； 铜渣颗粒经布料板滚动进入渣粒换热器，在自身重力作用下缓慢移动，在移动过程中 与换热器充分换热，温度降为l〇〇°C，然后经运输装置运送至铜渣颗粒储料罐中； (2) 四组储料罐中分别装有铜渣颗粒、还原剂、熔剂和粘结剂，将四种原料按照设定好 的配比分别进入混料装置，在混料装置中搅拌混匀，混匀后的物料进入对辊压球机进行造 球，对辊压球机将物料压制成为10~20mm的铜渣含碳球团； 将铜渣含碳球团送入烘干炉中干燥，铜渣含碳球团均匀分布在烘干炉中链条炉排上缓 慢向前运动，铜渣含碳球团内部的水分蒸发并随烟气排出，最终被链条炉排送入还原炉中； (3) 含碳球团在还原炉中依次经过预热区、高温还原区和冷却区，通过调节还原炉上的 煤气烧嘴的燃烧控制还原炉内不同区间的温度，其中预热区温度控制为800~1000°C，还原 区温度控制为1000~1150°C，冷却区温度为500~800°C，最终得到烟气和金属化球团。3. 根据权利要求2所述的一种回收铜渣余热并直接还原提铁的方法，其特征在于所述 的离心粒化装置的旋转速度为800~1200r/min。4. 根据权利要求2所述的一种回收铜渣余热并直接还原提铁的方法，其特征在于所述 的还原剂为煤粉、煤焦、生物质粉、生物质碳或塑料裂解碳;所述的熔剂是CaO、Ca(OH) 2或 CaC〇3;所述的粘结剂为膨润土、阜土或沥青;每lkg铜渣颗粒，恪剂配比为0.1~0.4kg，粘结 剂配比为0.01~0.03kg，按照铜渣中铁橄榄石及磁铁矿的含氧量计算，还原剂中固定碳与铜 渣颗粒内含铁物相中氧的质量配比C/0=1~1.4:1。5. 根据权利要求2所述的一种回收铜渣余热并直接还原提铁的方法，其特征在于所述 的混料装置中搅拌混匀过程中添加占原料总质量12~16%的水。6. 根据权利要求2所述的一种回收铜渣余热并直接还原提铁的方法，其特征在于所述 的对辊压球机的压球压力为10~30MPa。7. 根据权利要求2所述的一种回收铜渣余热并直接还原提铁的方法，其特征在于所述 的烘干炉炉内温度保持120~150°C。8. 根据权利要求2所述的一种回收铜渣余热并直接还原提铁的方法，其特征在于所述 的还原炉为转底炉或竖炉，通过调节转底炉转速或竖炉布流板倾斜角度控制铜渣含碳球团 在炉内的停留时间为30~60min。9. 根据权利要求2所述的一种回收铜渣余热并直接还原提铁的方法，其特征在于所述 的烟气温度为800°C，由预热区上部烟气出口进入烟气换热器;所述的烟气换热器引入的空 气分为助燃空气和干燥空气，烟气与空气进行充分换热，其中助燃空气充分吸收烟气余热 后温度升高至500°C，500°C助燃空气送入煤气烧嘴中，所述的干燥空气换热后温度升高至， 200 °C干燥空气通入烘干炉，在烘干炉内完成铜渣含碳球团的干燥。10. 根据权利要求2所述的一种回收铜渣余热并直接还原提铁的方法，其特征在于所述 的金属化球团经过后续分离即可得到单质铁，所述的后续分离方式为熔融分离或者破碎磁 选分离。
【文档编号】C22B1/243GK106086276SQ201610566154
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年9月9日
【发明人】于庆波, 左宗良, 王拓, 闫子文, 秦勤
【申请人】东北大学