从干法离心粒化法制备的铜渣颗粒中磁选提铁的方法与流程

本发明涉及冶金工程技术领域，尤其涉及一种从干法离心粒化法制备的铜渣颗粒中磁选提铁的方法。

背景技术：

近年来，随着我国经济的迅速发展，我国铜产量也快速增加，2015年我国精炼铜产量高达796万吨，与此同时每年产出1500万吨以上铜渣，累计产出量超过了1.4亿吨。铜冶炼产生的冶炼渣中cu、fe等金属含量较高。其中铁含量40％左右。如此大量的铜渣相当于一座高品位铁矿，如果可以利用好这些铜渣，不仅可以缓解我国高品位矿石依赖进口的现状，还可以空出大量土地用作他用，减缓了环境污染，而且也利于我国可持续发展的国策方针的执行。

铜渣中的fe大多以铁橄榄石(2feo·sio2)形式存在，而不是以fe3o4或fe2o3形式存在。因此，利用传统矿物加工方法很难有效回收其中的fe。要回收铜渣中的fe就需要先将铜渣中以铁橄榄石形式存在的fe转变成fe3o4或金属铁，然后经过磨矿-磁选工艺加以回收。

目前，以铜渣为原料的提铁工艺中，主要采用还原磁选分离法。具体流程：先将熔融状态炼铜尾渣与cao混合。其目的是使铜渣中铁橄榄石中sio2与cao结合释放出feo。再添加碳，使熔融状态铜渣中的feo还原成铁。冷却，破碎，研磨，磁选出铁。其中，cao的添加量，碳的添加量，冷却速度，保温时间，研磨后的铜渣粒度，磁场强度是铁回收率的关键。

现有提铁工艺中，铜渣采取的冷却方式是随炉自然冷却后进行破碎处理，不仅生产流程较长，铜渣的热量也完全没有回收利用。首先将大块铜渣利用破碎机破碎，然后用球磨机粉碎成铜渣粉末。传统的铜渣处理流程如图1所示。铜渣磨细有利于渣相分离，铜渣普遍易碎难磨，密度大，磨矿工序能量消耗大，生产成本较高。另外，根据企业现场的生产实践，炼铜尾渣的出渣温度1250℃～1350℃，蕴含大量显热，具有较高的回收利用价值。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种能耗低，同时还能回收部分热量的铜渣粉末的制备工艺。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：从干法离心粒化法制备的铜渣颗粒中磁选提铁的方法，其特征在于：采用如下干法离心粒化设备制备铜渣粉末；

干法离心粒化设备包括旋转粒化系统、空气冷却系统、金属颗粒收集结构和气体收集系统；

旋转粒化系统：包括雾化室、转盘、法兰、连接轴、驱动电机和变频器；

所述雾化室具有熔融金属注入口、金属颗粒出口和空气出口，所述熔融金属注入口设置在雾化室的顶部，金属颗粒出口设置在雾化室的底部；

所述转盘和法兰位于雾化室内部，转盘固定在法兰的上方，转盘与熔融金属注入口相对设置；

所述连接轴设置在法兰的下方，且其顶部与法兰固定连接；

所述驱动电机与连接轴连接，驱动连接轴沿其中心轴转动；

所述变频器与驱动电机连接，用于控制驱动电机的转速；

空气冷却系统：包括空气压缩机、气瓶、多个空气喷嘴和空气喷嘴安装结构；

所述空气压缩机的气体出口通过管道与气瓶的气体入口连通，气瓶的压缩气体出口通过气管与空气喷嘴的气体入口连通；

所述空气喷嘴安装结构包括安装架和布风板；

所述安装架设置在法兰的外周；

所述布风板固定在安装架的顶部，所述布风板为环形结构，且具有多个空气喷嘴安装孔，所述多个空气喷嘴安装孔沿布风板周向布设，且多个空气喷嘴安装孔的圆心所在圆位于转盘顶部边缘外侧；

金属颗粒收集结构：包括第一金属颗粒收集器；

所述第一金属颗粒收集器用于收集从雾化室底部排出的金属颗粒；

气体收集系统：包括除尘器、热空气的收集器和第二金属颗粒收集器；

所述除尘器的气体入口通过管道与雾化室上的空气出口连通，除尘器的气体出口与热空气的收集器的热空气入口连通；

所述第二金属颗粒收集器与除尘器连接，用于收集除尘器除尘产生的金属颗粒；

从铜渣粉末中磁选提铁的步骤如下：

s1：启动旋转粒化系统中的驱动电机，调整转盘的转速，使其达到目标转速；

s2：开启空气冷却系统，打开空气喷嘴，空气喷嘴喷出的向上的空气流；

s3：将熔融状态的炼铜尾渣注入旋转粒化系统的转盘中，开始粒化，得到高温铜渣颗粒；

s4：粒化形成的高温铜渣颗粒在雾化室内碰到喷嘴喷出的气流，高温铜渣颗粒跟气流发生动能跟热量交换，并使高温铜渣颗粒中的feo氧化为fe3o4，高温铜渣颗粒的温度降到粘接温度以下，下落在雾化室底部后，被第一金属颗粒收集器收集；

s5：经过换热的空气，沿着雾化室上空气出口先进入除尘器中进行除尘，最后到达热空气的收集器，由收集器对经过换热的空气进行收集，第二金属颗粒收集器将除尘器在除尘过程中得到的铜渣颗粒进行收集；

s6：对步骤s4和s5得到的铜渣颗粒降至室温后进行研磨得到铜渣粉末；

s7：然后对步骤s6得到的铜渣粉末进行磁选分离出fe3o4。

作为优化，所述转盘为顶部直径大于底部直径喇叭状结构。

作为优化，所述转盘底部的外侧具有一圈裙边，裙边上具有多个安装孔。

作为优化，所述s3中熔融状态炼铜尾渣的温度是1250℃～1350℃。采用炼铜尾渣的出渣温度，不需要再加热，减少了能量流失，同时也节约能耗。

作为优化，所述s3中得到高温铜渣颗粒平均粒径为0.1～2mm。粒化时的粒径在该范围内，有利于粒化过程中的氧化反应，同时为之后的研磨降低一定能耗。

作为优化，所述步骤s6对步骤s4和s5得到的换热后的铜渣颗粒经球磨机研磨，得到粒径小于0.042mm占比超过80％的铜渣粉末。在该粒径下，更有利于磁铁矿与其他物质分离，使磁选效果更佳。

相对于现有技术，本发明至少具有如下优点：

1.熔融铜渣离心粒化过程中，采用空气冷却。通过对铜渣温度、流量、转盘半径和转速等参数调节，可使铜渣粒化粒度达到0.1～2mm，离心粒化甩出的熔融状态铜渣粒径小，大大增加了铜渣中feo与空气反应接触面积，利用熔融状态铜渣中feo在空气中易被氧化的特性，使feo在空气中氧化为fe3o4。颗粒越小，氧化过程更充分。

2.铜渣目前采取的冷却方式是自然冷却后用不同规格的破碎机进行逐级破碎处理，生产流程较长，能量消耗大，生产效率低下。采用干法离心粒化工艺，熔融铜渣可以迅速分裂、凝固成铜渣颗粒，得到粒径为0.1～2mm的铜渣颗粒，替代传统的大块铜渣破碎机破碎工序，得到尺寸更加小的渣粒，降低能耗，同时大大提高生产效率。

3.铜渣目前采取的冷却方式是自然冷却后经过破碎处理，铜渣的热量完全没有回收。采用干法离心粒化工艺，室温空气与高温铜渣颗粒换热，然后进入上部雾化室再次换热，在雾化室上部收集到的热空气温度高于600℃，回收了部分铜渣热量。收集到温度为600℃以上的热空气可以用于余热发电，也可以通过换热器进行换热回收热量，具有很高的回收利用价值。

4.离心粒化得到粒径小于0.1～2mm的铜渣颗粒，经球磨机破碎易得到粒径小于0.042mm占比超过80％的铜渣粉末。满足磁选回收fe3o4的需求，与传统制备铜渣粉末流程中，破碎机得到的渣块进行球磨相比，能耗降低。

5.无需添加cao置换出铁橄榄石(2feo·sio2)中的feo。根据热力学条件，铁橄榄石中的feo可直接在空气中被氧化为fe3o4。然后通过磨矿-磁选将fe3o4与铜渣中的其他物质分离。不仅减少了现有技术的操作工序，同时降低生产成本。

附图说明

图1为传统制备铜渣粉末。

图2为本发明磁选提铁方法的过程图。

图3为干法离心粒化设备的结构图。

图4为法兰的布风板的示意图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

从干法离心粒化法制备的铜渣颗粒中磁选提铁的方法，采用如下干法离心粒化设备制备铜渣粉末；

参见图3和图4，干法离心粒化设备包括旋转粒化系统、空气冷却系统、金属颗粒收集结构和气体收集系统；

旋转粒化系统：包括雾化室9、转盘4、法兰5、连接轴7、驱动电机12和和变频器13。

雾化室9具有熔融金属注入口、金属颗粒出口和空气出口，所述熔融金属注入口设置在雾化室9的顶部，金属颗粒出口设置在雾化室9的底部；

为了方便注入熔融金属和控制熔融金属的注入速度和流量，还可以包括设置在雾化室9顶壁外侧的熔融金属注入结构；

熔融金属注入结构包括耐高温的容器2和塞子1；所述容器2的底部具有通孔，所述通孔与熔融金属注入口同轴设置；所述塞子1与所述通过密封滑动配合，用于控制所述通孔的畅通与阻塞。具体实施时，所述塞子1由手持部和阻塞部两部分组成，为了方便手持，拔动和塞紧塞子，该手持部的直径大于阻塞部，另外还可以在手持部上设置防滑纹，便于拔动塞子时，塞子脱手。

优先地，金属颗粒出口设计为环形结构，且沿雾化室9底壁周向设置。这种结构更有利于快速收集冷却后的金属颗粒。环形的金属颗粒出口靠近雾化室9的竖直侧壁，这主要是因为金属颗粒经过冷却后，会打击在雾化室9竖直侧壁的内侧，然后落下，将金属颗粒出口设置在靠近雾化室9的竖直侧壁能快速对金属颗粒进行收集。

所述转盘4和法兰5位于雾化室9内部，转盘4固定在法兰5的上方，转盘4与熔融金属注入口相对设置；优选地，转盘4为顶部直径大于底部直径喇叭状结构，方便位于转盘4内的熔融金属从转盘顶部开口飞出，通过转盘粒化金属液体得到的金属颗粒，颗粒均匀，球形度好，另外，通过转盘粒化金属液体制备金属颗粒，可以通过调节金属液体流量、转盘直径以及转速大小来控制颗粒的尺寸，满足生产需要。

该转盘4底部的外侧具有一圈裙边，裙边上具有多个安装孔。裙边和安装孔的设置主要是为了更好、更稳固地将转盘固定在法兰上，尽可能地防止转盘和法兰发生相对转动或移动。

所述连接轴7设置在法兰5的下方，且其顶部与法兰5固定连接；所述驱动电机12与连接轴7连接，驱动连接轴7沿其中心轴转动。

所述变频器13与驱动电机12连接，用于控制驱动电机12的转速。变频器13的设置主要是为了更加方便调节驱动电机12的转速，从而可以根据不同的金属特征，调整转盘的转速，增加了该装置的适用性。

空气冷却系统：包括空气压缩机20、气瓶15、多个空气喷嘴17和空气喷嘴安装结构；

所述空气压缩机20的气体出口通过管道与气瓶15的气体入口连通，气瓶15的压缩气体出口通过气管16与空气喷嘴17的气体入口连通；

所述空气喷嘴安装结构包括安装架8和布风板3；所述安装架8设置在法兰5的外周；所述布风板3固定在安装架8的顶部，所述布风板3为环形结构，且具有多个空气喷嘴安装孔3-1，所述多个空气喷嘴安装孔3-1沿布风板3周向布设，且多个空气喷嘴安装孔3-1的圆心所在圆位于转盘4顶部边缘外侧，通过喷出的压缩气体将从转盘4顶部飞溅出来的金属颗粒冷却。

为了避免空气喷嘴17喷出的气流过大，将粒化出来的颗粒吹到雾化室9的顶壁上，空气喷嘴17可以倾斜设置，空气喷嘴17与倾斜角可以根据实际情况确定。具体地，空气喷嘴17可以与转盘4侧壁平行，即空气喷嘴17与倾斜角与转盘4侧壁与倾斜角相等，从而从空气喷嘴17喷出的气流是斜向上的。实施时，可根据金属颗粒跟空气的换热效果，调整空气喷嘴的数量以及空气气流量。

金属颗粒从转盘边缘以非常高的速度飞离转盘，与空气流接触，改变飞行轨迹，使金属颗粒到达雾化室底部的飞行时间变长，金属颗粒换热充分，温度降到粘接温度以下，不会发生粘接现象；转盘粒化与冷却空气相结合，与直接高压气体制取金属颗粒工艺相比，所需空气无需高压，可以降低了生产成本；转盘粒化与冷却空气相结合，金属颗粒从转盘边缘以非常高的速度飞离转盘，并在极短的时间内与空气流接触，可以在一定程度上减小金属颗粒表面的氧化程度。

金属颗粒收集结构：包括第一金属颗粒收集器10；所述第一金属颗粒收集器10用于收集从雾化室9底部排出的金属颗粒，具体实施时，可以将第一金属颗粒收集器设置在雾化室9的外侧，且位于雾化室9的底部，该第一金属颗粒收集器10上端的开口与金属颗粒出口相对；第一金属颗粒收集器10为环形结构，其上端的开口与环形的金属颗粒出口相对，将下落的金属颗粒收集在其中。

采用循环空气为介质制备金属颗粒并回收热量的装置还包括气体收集系统；

所述气体收集系统包括除尘器18、热空气的收集器19和第二金属颗粒收集器；

所述除尘器18的气体入口通过管道与雾化室9上的空气出口连通，除尘器18的气体出口与热空气的收集器19的热空气入口连通；

所述第二金属颗粒收集器与除尘器18连接，用于收集除尘器18除尘产生的金属颗粒。由于从雾化室9输出的热空气中会带有金属颗粒，除尘器18对该热空气进行除尘，其实就是将热空气携带的少量金属颗粒和空气进行分离，因此第二金属颗粒收集器将除尘器18分离后金属颗粒进行收集，进一步提高了金属颗粒的产量，减少能源的浪费，同时收集的热空气也可以进行再利用。收集到的热空气温度可以达到400℃以上，具有很高的利用价值，回收、利用气体余热，节约成本。

从铜渣粉末中磁选提铁的步骤如下：

s1：启动旋转粒化系统中的驱动电机12，调整转盘4的转速，使其达到目标转速；

s2：开启空气冷却系统，打开空气喷嘴17，空气喷嘴17喷出的向上的空气流；

s3：对熔融状态炼铜尾渣注入旋转粒化系统中，所述渣样流入转盘4，开始粒化，得到高温铜渣颗粒；熔融状态铜渣经中间包流到高速旋转的转盘，在离心力的作用下，熔融状态铜渣飞溅、分裂成熔滴，熔滴在飞行过程中，由于颗粒细，铜渣中的feo在空气中易氧化为fe3o4，之后熔滴逐渐冷却、凝固，得到高温铜渣颗粒。

根据现场实践，熔融状态铜渣的温度1250℃～1350℃，具体可以是：1250℃、1280℃、1290℃、1300℃、1320℃和1350℃，熔融状态的铜渣蕴含大量显热，具有较高的回收利用价值。粒化得到的高温铜渣颗粒平均粒径为0.1～2mm，具体可以是：0.1mm、0.3mm、0.5mm、0.7mm、0.9mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm、2.0mm，这个范围区间的颗粒之间不会发生粘结，因此无需增加破碎工序。

s4：粒化形成的高温铜渣颗粒在雾化室9内碰到喷嘴17喷出的气流，高温铜渣颗粒跟气流发生动能跟热量交换，并使高温铜渣颗粒中的feo氧化为fe3o4，高温铜渣颗粒的温度降到粘接温度以下，下落在雾化室9底部后，被第一金属颗粒收集器收集；具体实施时，由风机提供的室温空气经流化床与所述高温铜渣颗粒换热，然后进入雾化室9再次换热，最后雾化室9上部的热空气。具体地，风机提供的室温空气温度为25℃，收集的雾化室9上部的热空气温度高于600℃。收集到的温度为600℃以上的热空气可以用于余热发电，也可以通过换热器进行换热回收热量，具有很高的回收利用价值。

s5：经过换热的空气，沿着雾化室9上空气出口先进入除尘器18中进行除尘，最后到达热空气的收集器19，由收集器19对经过换热的空气进行收集，第二金属颗粒收集器将除尘器18在除尘过程中得到的铜渣颗粒进行收集；

s6：对步骤s4和s5得到的铜渣颗粒降至室温后进行研磨得到铜渣粉末；具体地，步骤s4和s5得到的铜渣颗粒经球磨机球磨，得到粒径小于0.042mm占比80％的铜渣粉末。随着铜渣粒度的减小，磁选铁的回收率增高。铜渣磁选时应有合适的粒度范围，生产中对钒渣粒度给定了范围(粒度42um≥80％)。

s7：然后对步骤s6得到的铜渣粉末进行磁选分离出fe3o4，具体地，在磁场强度为10000a/m的条件时，对铜渣粉末进行磁选。

发明人经过不断的实验的和数据，创造性的将其应用到了制备铜渣粉末。破碎机用途广泛，所有的钢铁企业都有不同规格的破碎机，无需再投资其它设备。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。