专利名称：一种综合利用铜渣的方法
技术领域：
本发明属于资源回收利用及无机纤维材料制造领域，特别涉及一种铜渣的高效综合利用技术。
背景技术：
火法冶炼炼铜过程中产生的铜渣，是炼铜炉料和燃料中各种氧化物互相熔融而成的，属有色金属渣的一种。采用反射炉法炼铜排出的废渣为反射炉铜渣，采用鼓风炉炼铜排出的为鼓风炉铜渣。近几年，我国铜产量增长迅速，2007年铜产量为350万t，居世界第二， 2008、2009年铜产量分别增至371万t、425万t。目前我国每年产生的铜渣上千万吨，储量巨大。炼铜炉渣水淬后是一种黑色、致密、坚硬、耐磨的玻璃相冶金渣。密度3. 3 4. 5g/ cm3,孔隙率50%左右，细度模数3. 37 4. 52，属粗砂型渣。铜渣主要成分为铁橄榄石(约含90%的FeSiO4),其它为磁铁矿、玻璃体和硫化物。铜渣与淬渣(水淬后的炼铜炉渣)掺入石灰拌和压实后可作公路基层。用气冷铜渣作为铁路道碴，效果良好。熔融的铜渣还可直接浇注成致密坚硬的铜渣筑石，也可将铜渣放入回收室氧化熔烧，再采用还原方法处理而回收粒铜。近年来，国内外很多的单位对铜渣的利用进行了不同规模的研究，主要集中在以下两个方面(I)铜渣中铜主要以Cu2S (冰铜)颗粒机械夹杂形式存在，通过铜贫化区内的冰铜颗粒的分离和铁还原区内加入还原剂可提取有价金属；(2)生产化工产品和制备建筑材料等。尽管有一定成绩，但是炉渣综合利用水平低，循环利用力度弱的情况并未改变。在提取有价金属领域，国内外均进行了大量的研究，但对提铜以及提铁后熔融余渣的利用却研究较少，尤其是利用铜渣提铁并制备无机纤维的综合利用的技术尚未见报道。
发明内容
本发明目的是针对现有技术的不足，提出综合利用铜渣并制备无机的铜渣纤维的方法。为实现上述目的，本发明的技术方案为一种综合利用铜渣及制备无机纤维的方法，包括以下步骤I)使用氮气搅拌铜渣使冰铜颗粒碰撞长大，并使冰铜颗粒沉降和分离；2)向分离冰铜颗粒后的铜渣中喷入煤粉或一氧化碳、生石灰、富氧空气，进行还原提铁；3)提铁后的余渣中加入添加剂，控制余渣和添加剂的熔融混合物温度为800 1700 0C ；4)将熔融混合物通过喷吹或者离心的方法，制得无机纤维。
其中，所述步骤I)中的铜渣是火法炼铜过程中排放的废弃物，其成分包括质量分数为 30 50%的 Si02、5 10%的 Ca0、l 5%的 Mg0、l 10%的 Al203、15 33%的 Fe 和I 3%的Zn。其中，所述铜渣排放的温度为1100°C 1400°C。其中，所述步骤I)中使用氮气搅拌并使冰铜颗粒沉降和分离时控制铜渣的温度为1100 1300°C，所述分离冰铜颗粒后的铜渣中Cu质量分数< O. 3%，所述步骤2)中还原提铁时控制铜渣的温度为1400 1600°C，提铁后的余渣内Fe质量分数< 4%。优选地，所述步骤3)中熔融混合物温度控制为1000 1600°C，更优选为1400 1500。。。其中，所述添加剂是含Al2O3或含Al2O3和SiO2的物质。其中，所述添加剂是铝矾土或高炉渣，添加的重量占提铁后的余渣重量为铝矾土 5 25%，或高炉渣5 25%。其中，所述的铝矾土中Al2O3重量含量为40 85%;所述的高炉渣，其中SiO2重量含量为20 60 %，Al2O3重量含量为20 50 %。其中，所述的喷吹是在加压O. 5 I. 5MPa下，由喷丝板将熔融混合物喷出成丝，冷却，制得无机纤维；所述的离心法，是将得到的熔融混合物导入离心甩丝机，在离心力的作用下制为无机纤维，离心甩丝机的转速为2000r/min 10000r/min。其中，所述无机纤维的直径为O. 003mm IOmm,长径比为5 2000。本发明的有益效果本发明提出完整的铜渣综合利用方案，在提取铜渣有价元素的同时，制备无机铜渣纤维。该技术是一项资源综合利用和保温耐火材料制备领域的新技术。本发明直接利用热态铜渣，在进行炉内贫化提铜、还原提铁的基础上，将余渣进行调温调质，生产出无机铜渣纤维，实现了铜渣的高效无废利用，所得到的无机铜渣纤维是一种优良的耐高温纤维，在工业耐火保温领域具有广泛的应用。
图I本发明实施例I制备得到的无机铜渣纤维显微镜下照片。图2本发明实施例I制备得到的无机铜渣纤维实物图。
具体实施例方式本发明使用的原料是火法炼铜产生的铜渣，排放的温度为1100°C 1400°C，其化学组成除Cu以外，其他成分为SiO2 30 50%，Ca05 10%，Mg0 I 5% ,Al2O3 I 10%， 此外还有Fe 15 33%和Zn I 3%。实施例I使用的铜渣的化学组成用XRF (X射线荧光光谱分析)法测试，其成分除Cu以外， 其他成分的质量比例为SiO2 35%, CaO 7%, MgO 2%, Al2O3 9%，此外还有Fe 17%和Zn2%。将火法炼铜产生的铜渣，加入到电炉中，在电炉的第一区域内(铜贫化区)1250°C 下用氮气进行搅拌，使细冰铜颗粒碰撞沉降。分离冰铜颗粒后的铜渣中Cu质量分数<0.3%。铜渣进入电炉的第二区域(铁还原区)后，在1500°C下，喷入占铜渣质量比例为 5%的煤粉和8%生石灰，并通入含氧60%的空气，还原提铁，提铁后的余渣内Fe质量分数 < 4%。分离铜、铁后，在剩余铜渣中加入质量分数为10%的含氧化铝40%的铝矾土，在调温调质炉中熔融，并控制温度到1500°C。利用喷吹法，在I. 25MPa的压力下喷吹成纤维，得到平均直径为4. 9μπι的无机铜渣纤维，长径比为500 2000。纤维的显微照片见图1，实物照片见图2。该纤维可耐650°C高温，是优良的耐火保温材料。实施例2使用的火法炼铜产生的铜渣的化学组成除Cu以外，其他成分质量比例为SiO2 40%, CaO 5%, MgO 5%, Al2O3 7%，此外还有 Fe 25%和 Zn 1%。将铜渣加入到电炉中，在第一区域内(铜贫化区)1100°C下用氮气进行搅拌，使细冰铜颗粒碰撞沉降。分离冰铜颗粒后的铜渣中Cu质量分数<0.3%。渣进入第二域区 (铁还原区)后，在1400°C下，喷入占铜渣质量比例为5%的煤粉和8%生石灰，并通入含氧 60%的空气，还原提铁，提铁后的余渣内Fe质量分数<4%。分离铜、铁后，在剩余铜渣中加入质量分数为25%的含三氧化二铝40%的铝矾土，在调温调质的电炉中熔融，并控制温度到1400°C。利用喷吹法，在I. 5MPa的压力下喷吹成纤维，得到平均直径为6. I μ m的无机铜渣纤维，长径比为5 1000。实施例3使用的火法炼铜产生的铜渣的化学组成除Cu以外，其他成分质量比例为SiO2 50%, CaO 5%, MgO 5%, Al2O3 7%，此外还有 Fe 25%和 Zn 1%。将火法炼铜产生的铜渣，加入到电炉中，在第一区域内(铜贫化区)1300°C下用氮气进行搅拌，使细冰铜颗粒碰撞沉降。分离冰铜颗粒后的铜渣中Cu质量分数<0.3%。渣进入第二区域(铁还原区)后，在1600°C下，喷入占铜渣质量比例为5%的煤粉和8%生石灰，并通入含氧60%的空气，还原提铁，提铁后的余渣内Fe质量分数<4%。分离铜、铁后，在剩余铜渣中加入质量分数为8%的高炉渣，其中含Si0240%，Al20330%，在调温调质的电炉中熔融，并控制温度到1300°C。熔融混合物用离心法制成纤维，离心甩丝机的转速为 4000r/min，得到平均直径为5. 5 μ m的纤维，长径比为5 2000。实施例4使用的火法炼铜产生的铜渣的化学组成除Cu以外，其他成分质量比例为 Si0240%, CaO 5%, MgO I %，Α12036· 7%，此外还有 Fe 25% 和 Zn IV0o将火法炼铜产生的铜渣，加入到电炉中，在第一区域内(铜贫化区)1250°C下用氮气进行搅拌，使细冰铜颗粒碰撞沉降。分离冰铜颗粒后的铜渣中Cu质量分数< O. 3%0 渣进入第二区域(铁还原区)后，在1600°C下，喷入占铜渣质量比例为15%的一氧化碳和 8 %生石灰，并通入含氧60 %的空气，还原提铁，提铁后的余渣内Fe质量分数< 4 %。分离铜、铁后，在剩余铜渣中加入质量分数为25 %的高炉渣，其中含Si0260 %，Al20320 %，在调温调质的电炉中熔融，并控制温度到1600°C。熔融混合物进入离心甩丝机，离心甩丝机转速 5000r/min，得到平均直径为6. I μ m的铜渣纤维，长径比为5 2000。实施例5使用的火法炼铜产生的铜渣的化学组成除Cu以外，其他成分质量比例为 Si0237%, CaO 3. 9%, MgO 4. 3%，Al2037%，此外还有 Fe 22%和 Zn IV0o
将火法炼铜产生的铜渣，加入到电炉中，在第一区域内(铜贫化区)1250°C下用氮气进行搅拌，使细冰铜颗粒碰撞沉降。分离冰铜颗粒后的铜渣中Cu质量分数< O. 3%。渣进入第二区域(铁还原区)后，在1700°C下，喷入占铜渣质量比例为5%的煤粉和8%生石灰， 并通入含氧60%的空气，还原提铁，提铁后的余渣内Fe质量分数<4%。分离铜、铁后，在剩余铜渣中加入质量分数为8%的高炉渣，其中含Si0220%，Al20350%，在调温调质的电炉中熔融，并控制温度到1000°C。熔融混合物进入离心甩丝机，离心甩丝机转速2000r/min， 得到平均直径为6. I μ m的铜渣纤维，长径比为5 2000。实施例6将火法炼铜产生的铜渣(成分与实施例2相同)，加入到电炉中，在第一区域内 (铜贫化区)1250°C下用氮气进行搅拌，使细冰铜颗粒碰撞沉降。分离冰铜颗粒后的铜渣中 Cu质量分数<0.3%。渣进入第二区域(铁还原区)后，在1600°C下，喷入占铜渣质量比例为5%的煤粉和8%生石灰，并通入含氧60%的空气，还原提铁，提铁后的余渣内Fe质量分数< 4%。分离铜、铁后，在剩余铜渣中加入质量分数为25%的高炉渣，其中含Si0260%， Al20320%，在调温调质的电炉中熔融，并控制温度到1600°C。熔融混合物导入离心甩丝机， 离心甩丝机的转速为10000r/min，得到平均直径为3μπι的铜渣纤维，长径比为5 2000。实施例7将火法炼铜产生的铜渣(成分与实施例2相同)，加入到电炉中，在第一区域内 (铜贫化区)1250°C下用氮气进行搅拌，使细冰铜颗粒碰撞沉降。分离冰铜颗粒后的铜渣中 Cu质量分数<0.3%。渣进入第二区域(铁还原区)后，在1700°C下，喷入占铜渣质量比例为5%的煤粉和8%生石灰，并通入含氧60%的空气，还原提铁，提铁后的余渣内Fe质量分数< 4%。分离铜、铁后，在剩余铜渣中加入质量分数为5%的高炉渣，其中含Si0230%， Al20350%，在调温调质的电炉中熔融，并控制温度到1000°C。熔融混合物进入离心甩丝机， 离心甩丝机的转速7000r/min，得到平均直径为6. I μ m的铜渣纤维，长径比为5 2000。
权利要求
1.一种综合利用铜渣的方法，其特征在于，包括以下步骤D使用氮气搅拌铜渣使冰铜颗粒碰撞长大，并使冰铜颗粒沉降和分离；2)向分离冰铜颗粒后的铜渣中喷入煤粉或一氧化碳、生石灰和富氧空气，进行还原提铁；3)提铁后的余渣中加入添加剂，控制余渣和添加剂的熔融混合物温度为800 1700 0C ；4)将熔融混合物通过喷吹或者离心的方法，制得无机纤维。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤I)中的铜渣是火法炼铜过程中排放的废弃物，其成分包括质量分数为30 50 %的Si02、5 10 %的CaO、I 5 %的MgO、I 10%的 Al203、15 33%的 Fe 和 I 3%的 Zn。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述铜渣排放的温度为1100°C 1400°C。
4.如权利要求I 3任一所述的方法，其特征在于，所述步骤I)中使用氮气搅拌并使冰铜颗粒沉降和分离时控制铜渣的温度为1100 1300°C，所述分离冰铜颗粒后的铜渣中 Cu质量分数<0. 3%，所述步骤2)中还原提铁时控制铜渣的温度为1400 1600°C，提铁后的余渣内Fe质量分数< 4%。
5.如权利要求I 3任一所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中熔融混合物温度控制为 1000 1600°C，优选为 1400 1500°C。
6.如权利要求I 3任一所述的方法,其特征在于,所述添加剂是含Al2O3或含Al2O3 和SiO2的物质。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述添加剂是铝矾土或高炉渣，添加的重量占提铁后的余渣重量为铝矾土 5 25%，或高炉渣5 25%。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的铝矾土中Al2O3重量含量为40 85% ;所述的高炉渣，其中SiO2重量含量为20 60%，Al2O3重量含量为20 50%。
9.如权利要求I 3任一所述的方法，其特征在于，所述的喷吹是在加压0.5 I. 5MPa 下，由喷丝板将熔融混合物喷出成丝，冷却，制得无机纤维；所述的离心法，是将得到的熔融混合物导入离心甩丝机，在离心力的作用下制为无机纤维，离心甩丝机的转速为2000r/ min 10000r/mino
10.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述无机纤维的直径为0.003mm IOmm, 长径比为5 2000。
全文摘要
本发明提供一种综合利用铜渣的方法，包括以下步骤1)使用氮气搅拌铜渣使冰铜颗粒碰撞长大，并使冰铜颗粒沉降和分离；2)向分离冰铜颗粒后的铜渣中喷入煤粉、生石灰和富氧空气，进行还原提铁；3)向提铁后的余渣中加入添加剂，控制余渣和添加剂的熔融混合物温度为800～1700℃；4)将熔融混合物通过喷吹或者离心的方法，制得无机纤维。本发明利用热态铜渣，在炉内贫化提铜、还原提铁的基础上，用余渣生产出无机铜渣纤维，实现了铜渣的高效无废利用。通过本发明的方法得到的纤维是一种优良的耐高温纤维，在工业耐火保温领域具有广阔前景。
文档编号C22B7/04GK102586609SQ20121006875
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者刘丽丽, 张作泰, 王习东, 赵大伟 申请人:北京大学