本发明涉及冶金渣资源综合利用，尤其是一种铜渣的处理方法，属于冶金领域。
背景技术
目前生产铜的工艺主要是火法冶炼，其产量约占世界铜产量的80％，我国更是高达97％。火法冶炼1吨铜将产出2.2吨铜渣，我国每年的铜渣产量高达1500万吨，全国堆存量超过3亿吨，不仅造成资源的浪费还占用土地污染环境。铜渣成分中为tfe:30％～50％、fe3o4:3～20％、sio2:34～40％、cu:0.5～2.1％、cao≤10％、al2o3≤10％，其中铁、铜的含量达到甚至超过我国铁矿石、铜矿石的可采品位，具有较高开发潜力与回收利用价值。
目前，对铜渣中铜、铁的回收主要采用的方法有火法贫化法、化学浸出法、还原熔炼法及选矿法。铜渣的结构和组成十分不利于选矿和浸出等处理，由于铜渣中的铁主要分布在橄榄石和磁性氧化铁两相中，可选的磁性氧化铁矿物含量少，且二者互相嵌布，粒度较小，使得磁选过程很难进行，传统选矿工艺复杂、设备投资高、要求的条件苛刻，所得铁精矿因产率低、含硅量高、质量差而无法使用，目前铜渣中铜的利用率不到12％，铁利用率不足1％，大量的铜渣由于难以有效利用而堆存在渣场，既占用土地又污染环境，同时也是巨大的资源浪费。
因此，亟待开展一种铜渣中铜、铁资源回收利用的新技术研究，充分回收铜渣中的铁、铜资源，既有利于二次资源的开发利用，又有利于建设环境友好、可持续发展的绿色和谐铜冶炼企业，为企业铜渣的资源化利用提供理论基础。
技术实现要素：
本发明需要解决的技术问题是提供一种铜渣中有价组元综合回收利用的方法，能够使铜渣中的铜、铁资源得到有效分离，同时产生的尾渣得到了循环利用，提高了铜、铁品位和收得率，实现了铜渣资源的综合利用，兼顾“资源+能源”生态化特色，具有工艺简单、生产成本低、节能减排、零污染的优点。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种铜渣中有价组元综合回收利用的方法，超重力分离金属铜。
本发明技术方案的进一步改进在于包括以下步骤：
a.铜硫化物的氧化：将铜渣倒入高温超重力炉内，进行加热并保温，将铜的硫化物氧化。
b.铜的还原：氧化结束后，加入还原剂，加热并保温，使铜的氧化物还原成金属铜。
c.分离金属铜：还原结束后，超重力分离，得到金属铜和提铜后熔渣。
d.铁的还原：在提铜后熔渣中加入还原剂和改质剂，进行加热并保温，进行铁的还原。
e.扒渣、出铁：排净炉内的尾渣后，放出铁水，关闭加热系统。
本发明技术方案的进一步改进在于：铜渣为熔融铜渣；加热为微波加热。
本发明技术方案的进一步改进在于：还原剂为低硫煤粉，粒度≤30目，步骤b中还原剂的加入量为铜渣总重量的3～10％，步骤d中还原剂的加入量为铜渣总重量的10～20％。
本发明技术方案的进一步改进在于：改质剂包括cao，粒度≤30目，加入量为铜渣总重量的20％～30％。
本发明技术方案的进一步改进在于：改质剂还包括bao、na2o中任一种或几种的组合，cao占改质剂总重量的60％以上。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤a中加热温度为1100～1200℃，保温时间为0.5～1小时；步骤b中加热温度为1100～1200℃，保温时间为1～1.5小时。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤c中超重系数为500～600，温度为1100～1200℃，分离时间为20～30分钟。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤d中加热温度为1500～1600℃，保温时间为1～1.5小时。
本发明技术方案的进一步改进在于：尾渣用作制水泥的原料。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明提供的一种铜渣中有价组元综合回收利用的方法，能够使铜渣中的铜、铁资源得到有效分离，同时产生的尾渣得到了循环利用，提高了铜、铁品位和收得率，实现了铜渣资源的综合利用，兼顾“资源+能源”生态化特色，具有工艺简单、生产成本低、节能减排、零污染的优点。
本发明采用超重力技术分离铜渣中的金属铜。利用超重力来强化各相间传递与微观混合，提高金属铜相反应速率和分离效果，将金属铜从熔渣中选择性分离出来。铜渣中铁主要赋存于橄榄石与磁铁矿(fe2sio4、fe3o4)中，铜主要赋存于铜锍颗粒(cu2s-fes的固溶体)中。金属cu、fe和熔渣密度存在差异，铜的氧化物在1100～1200℃还原生成金属铜，且铜的密度为8.9g/cm3，熔点为1083℃；铁的氧化物在1500℃以上被还原成金属铁，且铁的密度约为7.86g/cm3，熔点约为1530℃；熔渣密度为2.5～3.5g/cm3。在铜渣熔融态(铜渣温度为1100～1200℃)时置于空气中保温，将cu2s氧化成cu2o或cuo，氧化结束后加入还原剂(低硫煤粉)，控制还原温度，基于选择性还原熔渣中cu预先被还原出来，并引入超重力技术将金属cu与熔渣分离，通过限定分离金属铜时超重系数为500～600，温度为1100～1200℃，分离时间为20～30分钟，获得了品位较高的金属铜,生产工艺简单，设备投资少。
(cu2s)+1.5o2＝(cu2o)+so2(1)
(cu2o)+c(s)＝2[cu]+co(2)
fe3o4(s)+c(s)＝3feo(s)+co(3)
本发明加热采用微波加热，具有加热均匀、加热速度快、节能环保的优点，对铜渣进行加热时，第一次加热为铜硫化物的氧化，当加热温度为1100～1200℃，保温时间为0.5～1小时，确保熔渣中cu2s完全被氧化成cu2o或cuo；第二次加热为铜的还原，当加热温度为1100～1200℃，保温时间为1～1.5小时，确保铜的氧化物(cu2o或cuo)最大限度地还原成金属铜，便于后续的分离；第三次加热为渣的改质与铁的还原，当加热温度为1500～1600℃，保温时间为1～1.5小时，有利于碱性改质剂cao、na2o、bao与sio2结合，且cao、na2o、bao与sio2的结合力强于sio2与铁氧化物的结合力，有利于铁氧化物从橄榄石中解离，生成游离态feo，确保铁氧化物最大限度还原成金属铁，便于后续分离。
本发明在铁还原时，加入了改质剂，当采用cao或cao与na2o、bao任意一种或两种的组合作为改质剂时，sio2与cao的结合力强于sio2与铁氧化物的结合力，cao将与铁氧化物结合的sio2争夺过来，生成xcao·sio2，析出的feo以及被氧化得到的fe3o4在还原剂低硫低硫煤粉的作用下，被还原成铁。当在cao中加入少量的na2o、bao时，可以降低铜渣的粘度，有利于铜渣的熔化，流动性良好，还有利于游离态feo的生成与金属铁的脱硫。当改质剂的粒度≤30目时，增大了固液的接触面积，有利于反应的快速进行，铜渣中的铁可以最大限度地被还原，便于后续的分离，得到的铁品位较高，高效地回收了铜渣中的铁资源。如果改质剂粒度太大，则不利于反应的进行，改质剂粒度太小，则粉碎时需耗费更多的能量。
(fe2sio4)+xcao＝xcao·sio2+(feo)(3≥x≥1)(4)
(feo)+c(s)＝[fe]+co(5)
(fe3o4)+4c(s)＝3[fe]+4co(6)
本发明在铜的还原与铁的还原过程中，加入的还原剂为低硫煤粉，当低硫煤粉的粒度≤30目，铜还原时还原剂的加入量为铜渣总重量的3～10％，铁还原时还原剂的加入量为铜渣总重量的10～20％时，还原速度快，可以最大限度地保证铜和铁全部被还原成金属铜和金属铁，便于后续分离，有效地提高了铁和铜的品位。此外，低硫煤粉廉价易得，降低了生产成本。
本发明待处理的铜渣为转炉熔融铜渣，充分利用了熔融铜渣的自身物理热，能耗低，提高了生产效率。
本发明尾渣中主要成分为cao-mgo-al2o3-sio2四元氧化物，且四元氧化物含量高达70％以上，可作为水泥生产的原料进行二次利用，尾渣得到了循环再利用，有效解决了废渣占地的问题，实现了变废为宝。
本发明原料适用性强，可适用于各种类型的铜渣，铜、铁回收率高，回收率高达80％以上，实现了资源的高效循环利用。
本发明通过微波加热和超重力分离，反应速率快、生产效率高，实现了铜渣中铜、铁资源的高效分离，提高了铜、铁品位。铜渣tfe含量在40％左右，经碳热还原后，铁品位高达90％以上，铁回收率高达80％以上。铜渣铜含量在0.5～2％左右，经碳热选择性还原、超重力分离后获得的金属铜品位和收率分别高达80％以上。整个生产过程能耗低、生产效率高，降低了污染物的排放，提高了产品质量，经济环保。有效地解决了铜渣中大量有价元素流失和废渣占地等问题。
具体实施方式
下面是本发明的一些具体实施方式，用以作进一步详细说明。
一种铜渣中有价组元综合回收利用的方法，利用超重力分离金属铜，包括以下步骤：
a.铜硫化物的氧化：将熔融铜渣倒入高温超重力炉内，采用微波进行加热，使炉料温度升高到1100～1200℃，并保温0.5～1小时。在加热和保温过程中，将铜的硫化物氧化。
b.铜的还原：氧化结束后，加入还原剂，优选地，还原剂为低硫低硫煤粉，粒度≤30目，还原剂的加入量为铜渣总重量的3～10％，微波加热至1100～1200℃，保温1～1.5小时，使铜的氧化物还原成金属铜。
c.分离金属铜：还原结束后，在超重系数为500～600(即500～600倍重力)，温度为1100～1200℃，分离20～30分钟，得到金属铜和提铜后熔渣。
d.铁的还原：在提铜后熔渣中加入还原剂和改质剂，优选地，还原剂为低硫低硫煤粉，粒度≤30目，还原剂的加入量为铜渣总重量的10～20％；改质剂为cao或者cao与bao、na2o中任一种或几种的组合，cao占改质剂总重量的60％以上，改质剂的粒度≤30目，改质剂加入量为铜渣总重量的20％～30％，微波加热至1500～1600℃，保温1～1.5小时，在加热和保温过程中，进行铁的还原。
e.扒渣、出铁：排净炉内的尾渣后，放出铁水，关闭加热系统。
尾渣可用作制水泥的原料。
实施例1
采用某企业的1#铜渣，其化学成分为tfe:44.4％、fe3o4:11.8％、sio2:26.6％、cao:0.6％、al2o3:4.7％、cu:1.5％、mgo:1.2％、以feo为主的其它氧化物:53.6％。
铜渣中有价组元综合回收利用的方法包括以下步骤：
a.铜硫化物的氧化：将熔融铜渣倒入高温超重力炉内，采用微波进行加热，使炉料温度升高到1100℃，在空气中保温0.5小时。在加热和保温过程中，将铜的硫化物氧化。
b.铜的还原：氧化结束后，加入还原剂低硫煤粉，低硫煤粉的粒度≤30目，低硫煤粉的加入量为铜渣总重量的5％，微波加热至1200℃，保温1小时，使铜的氧化物还原成金属铜。
c.分离金属铜：还原结束后，在超重系数为550(即550倍重力)，温度为1200℃，分离20分钟，得到金属铜和提铜后熔渣。
d.铁的还原：在提铜后熔渣中加入还原剂和改质剂，还原剂为低硫煤粉，低硫煤粉的粒度≤30目，低硫煤粉的加入量为铜渣总重量的15％；改质剂为cao，cao的粒度≤30目，cao的加入量为铜渣总重量的30％，微波加热至1500℃，保温1.5小时，在加热和保温过程中，进行铁的还原。
e.扒渣、出铁：排净炉内的尾渣后，放出铁水，关闭加热系统。
经还原分离得到的金属铜品位为85％，回收率为84％；铁品位为95％，回收率为83％。尾渣中cao-mgo-al2o3-sio2四元氧化物高达70％以上，被用作制水泥的原料。
实施例2
采用某企业的1#铜渣，其化学成分为tfe:44.4％、fe3o4:11.8％、sio2:26.6％、cao:0.6％、al2o3:4.7％、cu:1.5％、mgo:1.2％、以feo为主的其它氧化物:53.6％。
铜渣中有价组元综合回收利用的方法包括以下步骤：
a.铜硫化物的氧化：将熔融铜渣倒入高温超重力炉内，采用微波进行加热，使炉料温度升高到1200℃，在空气中保温0.5小时。在加热和保温过程中，将铜的硫化物氧化。
b.铜的还原：氧化结束后，加入还原剂低硫煤粉，低硫煤粉的粒度≤30目，低硫煤粉的加入量为铜渣总重量的5％，微波加热至1200℃，保温1.5小时，使铜的氧化物还原成金属铜。
c.分离金属铜：还原结束后，在超重系数为600(即600倍重力)，温度为1200℃，分离25分钟，得到金属铜和提铜后熔渣。
d.铁的还原：在提铜后熔渣中加入还原剂和改质剂，还原剂为低硫煤粉，低硫煤粉的粒度≤30目，低硫煤粉的加入量为铜渣总重量的15％；改质剂为cao，cao的粒度≤30目，cao的加入量为铜渣总重量的30％，微波加热至1550℃，保温1小时，在加热和保温过程中，进行铁的还原。
e.扒渣、出铁：排净炉内的尾渣后，放出铁水，关闭加热系统。
经还原分离得到的金属铜品位为83％，回收率为85％；铁品位为95％，回收率为84％。尾渣中cao-mgo-al2o3-sio2四元氧化物高达70％以上，被用作制水泥的原料。
实施例3
采用某企业的1#铜渣，其化学成分为tfe:44.4％、fe3o4:11.8％、sio2:26.6％、cao:0.6％、al2o3:4.7％、cu:1.5％、mgo:1.2％、以feo为主的其它氧化物:53.6％。
铜渣中有价组元综合回收利用的方法包括以下步骤：
a.铜硫化物的氧化：将熔融铜渣倒入高温超重力炉内，采用微波进行加热，使炉料温度升高到1100℃，在空气中保温1小时。在加热和保温过程中，将铜的硫化物氧化。
b.铜的还原：氧化结束后，加入还原剂低硫煤粉，低硫煤粉的粒度≤30目，低硫煤粉的加入量为铜渣总重量的3％，微波加热至1100℃，保温1.5小时，使铜的氧化物还原成金属铜。
c.分离金属铜：还原结束后，在超重系数为550(即550倍重力)，温度为1100℃，分离30分钟，得到金属铜和提铜后熔渣。
d.铁的还原：在提铜后熔渣中加入还原剂和改质剂，还原剂为低硫煤粉，低硫煤粉的粒度≤30目，低硫煤粉的加入量为铜渣总重量的20％；改质剂为cao，cao的粒度≤30目，cao的加入量为铜渣总重量25％，微波加热至1550℃，保温1.3小时，在加热和保温过程中，进行铁的还原。
e.扒渣、出铁：排净炉内的尾渣后，放出铁水，关闭加热系统。
经还原分离得到的金属铜品位为82％，回收率为83％；铁品位为96％，回收率为85％。尾渣中cao-mgo-al2o3-sio2四元氧化物高达70％以上，被用作制水泥的原料。
实施例4
采用某企业的2#铜渣，其化学成分为tfe:35.4％、fe3o4:3.6％、sio2:35.2％、cao:8.5％、al2o3:5.6％、cu:0.8％、mgo:1.8％、以feo为主的其它氧化物:44.5％。
铜渣中有价组元综合回收利用的方法包括以下步骤：
a.铜硫化物的氧化：将熔融铜渣倒入高温超重力炉内，采用微波进行加热，使炉料温度升高到1100℃，在空气中保温0.5小时。在加热和保温过程中，将铜的硫化物氧化。
b.铜的还原：氧化结束后，加入还原剂低硫煤粉，低硫煤粉的粒度≤30目，低硫煤粉的加入量为铜渣总重量的3％，微波加热至1200℃，保温1小时，使铜的氧化物还原成金属铜。
c.分离金属铜：还原结束后，在超重系数为550(即550倍重力)，温度为1200℃，分离20分钟，得到金属铜和提铜后熔渣。
d.铁的还原：在提铜后熔渣中加入还原剂和改质剂，还原剂为低硫煤粉，低硫煤粉的粒度≤30目，低硫煤粉的加入量为铜渣总重量的15％；改质剂为cao和bao(mcao:mbao＝4:1)，粒度≤30目，改质剂的加入量为铜渣总重量25％，微波加热至1500℃，保温1.5小时，在加热和保温过程中，进行铁的还原。
e.扒渣、出铁：排净炉内的尾渣后，放出铁水，关闭加热系统。
经还原分离得到的金属铜品位为82％，回收率为84％；铁品位为95％，回收率为85％。尾渣中cao-mgo-al2o3-sio2四元氧化物高达70％以上，被用作制水泥的原料。
实施例5
采用某企业的2#铜渣，其化学成分为tfe:35.4％、fe3o4:3.6％、sio2:35.2％、cao:8.5％、al2o3:5.6％、cu:0.8％、mgo:1.8％、以feo为主的其它氧化物:44.5％。
铜渣中有价组元综合回收利用的方法包括以下步骤：
a.铜硫化物的氧化：将熔融铜渣倒入高温超重力炉内，采用微波进行加热，使炉料温度升高到1200℃，在空气中保温0.5小时。在加热和保温过程中，将铜的硫化物氧化。
b.铜的还原：氧化结束后，加入还原剂低硫煤粉，低硫煤粉的粒度≤30目，低硫煤粉的加入量为铜渣总重量的6％，微波加热至1200℃，保温1.2小时，使铜的氧化物还原成金属铜。
c.分离金属铜：还原结束后，在超重系数为550(即550倍重力)，温度为1200℃，分离25分钟，得到金属铜和提铜后熔渣。
d.铁的还原：在提铜后熔渣中加入还原剂和改质剂，还原剂为低硫煤粉，低硫煤粉的粒度≤30目，低硫煤粉的加入量为铜渣总重量的10％；改质剂为cao和na2o(mcao:mna2o＝5:1)，粒度≤30目，改质剂的加入量为铜渣总重量30％，微波加热至1600℃，保温1小时，在加热和保温过程中，进行铁的还原。
e.扒渣、出铁：排净炉内的尾渣后，放出铁水，关闭加热系统。
经还原分离得到的金属铜品位为83％，回收率为85％；铁品位为94％，回收率为84％。尾渣中cao-mgo-al2o3-sio2四元氧化物高达70％以上，被用作制水泥的原料。
实施例6
采用某企业的2#铜渣，其化学成分为tfe:35.4％、fe3o4:3.6％、sio2:35.2％、cao:8.5％、al2o3:5.6％、cu:0.8％、mgo:1.8％、以feo为主的其它氧化物:44.5％。
铜渣中有价组元综合回收利用的方法包括以下步骤：
a.铜硫化物的氧化：将熔融铜渣倒入高温超重力炉内，采用微波进行加热，使炉料温度升高到1150℃，在空气中保温0.5小时。在加热和保温过程中，将铜的硫化物氧化。
b.铜的还原：氧化结束后，加入还原剂低硫煤粉，低硫煤粉的粒度≤30目，低硫煤粉的加入量为铜渣总重量的4％，微波加热至1150℃，保温1.2小时，使铜的氧化物还原成金属铜。
c.分离金属铜：还原结束后，在超重系数为600(即600倍重力)，温度为1150℃，分离20分钟，得到金属铜和提铜后熔渣。
d.铁的还原：在提铜后熔渣中加入还原剂和改质剂，还原剂为低硫煤粉，低硫煤粉的粒度≤30目，低硫煤粉的加入量为铜渣总重量的14％；改质剂为cao，粒度≤30目，改质剂的加入量为铜渣总重量27％，微波加热至1550℃，保温1.5小时，在加热和保温过程中，进行铁的还原。
e.扒渣、出铁：排净炉内的尾渣后，放出铁水，关闭加热系统。
经还原分离得到的金属铜品位为82％，回收率为86％；铁品位为95％，回收率为86％。尾渣中cao-mgo-al2o3-sio2四元氧化物高达70％以上，被用作制水泥的原料。
实施例7
采用某企业的3#铜渣，其化学成分为tfe:40％、fe3o4:15％、sio2:25.1％、cao:1.5％、al2o3:5％、cu:2.6％、mgo:1.5％、以feo为主的其它氧化物:49.3％。
铜渣中有价组元综合回收利用的方法包括以下步骤：
a.铜硫化物的氧化：将熔融铜渣倒入高温超重力炉内，采用微波进行加热，使炉料温度升高到1100℃，在空气中保温0.5小时。在加热和保温过程中，将铜的硫化物氧化。
b.铜的还原：氧化结束后，加入还原剂低硫煤粉，低硫煤粉的粒度≤30目，低硫煤粉的加入量为铜渣总重量的5％，微波加热至1200℃，保温1小时，使铜的氧化物还原成金属铜。
c.分离金属铜：还原结束后，在超重系数为500(即500倍重力)，温度为1200℃，分离20分钟，得到金属铜和提铜后熔渣。
d.铁的还原：在提铜后熔渣中加入还原剂和改质剂，还原剂为低硫煤粉，低硫煤粉的粒度≤30目，低硫煤粉的加入量为铜渣总重量的15％；改质剂为cao、bao和na2o(mcao:mbao:mna2o＝8:1:1)，粒度≤30目，改质剂的加入量为铜渣总重量25％，微波加热至1500℃，保温1.5小时，在加热和保温过程中，进行铁的还原。
e.扒渣、出铁：排净炉内的尾渣后，放出铁水，关闭加热系统。
经还原分离得到的金属铜品位为82％，回收率为84％；铁品位为96％，回收率为85％。尾渣中cao-mgo-al2o3-sio2四元氧化物高达70％以上，被用作制水泥的原料。
实施例8
采用某企业的3#铜渣，其化学成分为tfe:40％、fe3o4:15％、sio2:25.1％、cao:1.5％、al2o3:5％、cu:2.6％、mgo:1.5％、以feo为主的其它氧化物:49.3％。
铜渣中有价组元综合回收利用的方法包括以下步骤：
a.铜硫化物的氧化：将熔融铜渣倒入高温超重力炉内，采用微波进行加热，使炉料温度升高到1150℃，在空气中保温0.5小时。在加热和保温过程中，将铜的硫化物氧化。
b.铜的还原：氧化结束后，加入还原剂低硫煤粉，低硫煤粉的粒度≤30目，低硫煤粉的加入量为铜渣总重量的10％，微波加热至1150℃，保温1小时，使铜的氧化物还原成金属铜。
c.分离金属铜：还原结束后，在超重系数为550(即550倍重力)，温度为1150℃，分离20分钟，得到金属铜和提铜后熔渣。
d.铁的还原：在提铜后熔渣中加入还原剂和改质剂，还原剂为低硫煤粉，低硫煤粉的粒度≤30目，低硫煤粉的加入量为铜渣总重量的13％；改质剂为cao、bao和na2o(mcao:mbao:mna2o＝6:1:1)，粒度≤30目，改质剂的加入量为铜渣总重量20％，微波加热至1600℃，保温1.2小时，在加热和保温过程中，进行铁的还原。
e.扒渣、出铁：排净炉内的尾渣后，放出铁水，关闭加热系统。
经还原分离得到的金属铜品位为82％，回收率为85％；铁品位为95％，回收率为87％。尾渣中cao-mgo-al2o3-sio2四元氧化物高达70％以上，被用作制水泥的原料。