專利名稱：一種綜合利用銅渣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于資源回收利用及無機(jī)纖維材料制造領(lǐng)域，特別涉及一種銅渣的高效綜合利用技術(shù)。
背景技術(shù)：
火法冶煉煉銅過程中產(chǎn)生的銅渣，是煉銅爐料和燃料中各種氧化物互相熔融而成的，屬有色金屬渣的一種。采用反射爐法煉銅排出的廢渣為反射爐銅渣，采用鼓風(fēng)爐煉銅排出的為鼓風(fēng)爐銅渣。近幾年，我國(guó)銅產(chǎn)量增長(zhǎng)迅速，2007年銅產(chǎn)量為350萬t，居世界第二， 2008、2009年銅產(chǎn)量分別增至371萬t、425萬t。目前我國(guó)每年產(chǎn)生的銅渣上千萬噸，儲(chǔ)量巨大。煉銅爐渣水淬后是一種黑色、致密、堅(jiān)硬、耐磨的玻璃相冶金渣。密度3. 3 4. 5g/ cm3,孔隙率50%左右，細(xì)度模數(shù)3. 37 4. 52，屬粗砂型渣。銅渣主要成分為鐵橄欖石(約含90%的FeSiO4),其它為磁鐵礦、玻璃體和硫化物。銅渣與淬渣(水淬后的煉銅爐渣)摻入石灰拌和壓實(shí)后可作公路基層。用氣冷銅渣作為鐵路道碴，效果良好。熔融的銅渣還可直接澆注成致密堅(jiān)硬的銅渣筑石，也可將銅渣放入回收室氧化熔燒，再采用還原方法處理而回收粒銅。近年來，國(guó)內(nèi)外很多的單位對(duì)銅渣的利用進(jìn)行了不同規(guī)模的研究，主要集中在以下兩個(gè)方面(I)銅渣中銅主要以Cu2S (冰銅)顆粒機(jī)械夾雜形式存在，通過銅貧化區(qū)內(nèi)的冰銅顆粒的分離和鐵還原區(qū)內(nèi)加入還原劑可提取有價(jià)金屬；(2)生產(chǎn)化工產(chǎn)品和制備建筑材料等。盡管有一定成績(jī)，但是爐渣綜合利用水平低，循環(huán)利用力度弱的情況并未改變。在提取有價(jià)金屬領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外均進(jìn)行了大量的研究，但對(duì)提銅以及提鐵后熔融余渣的利用卻研究較少，尤其是利用銅渣提鐵并制備無機(jī)纖維的綜合利用的技術(shù)尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出綜合利用銅渣并制備無機(jī)的銅渣纖維的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種綜合利用銅渣及制備無機(jī)纖維的方法，包括以下步驟I)使用氮?dú)鈹嚢桡~渣使冰銅顆粒碰撞長(zhǎng)大，并使冰銅顆粒沉降和分離；2)向分離冰銅顆粒后的銅渣中噴入煤粉或一氧化碳、生石灰、富氧空氣，進(jìn)行還原提鐵；3)提鐵后的余渣中加入添加劑，控制余渣和添加劑的熔融混合物溫度為800 1700 0C ；4)將熔融混合物通過噴吹或者離心的方法，制得無機(jī)纖維。
其中，所述步驟I)中的銅渣是火法煉銅過程中排放的廢棄物，其成分包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 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，所述銅渣排放的溫度為1100°C 1400°C。其中，所述步驟I)中使用氮?dú)鈹嚢璨⑹贡~顆粒沉降和分離時(shí)控制銅渣的溫度為1100 1300°C，所述分離冰銅顆粒后的銅渣中Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)< O. 3%，所述步驟2)中還原提鐵時(shí)控制銅渣的溫度為1400 1600°C，提鐵后的余渣內(nèi)Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)< 4%。優(yōu)選地，所述步驟3)中熔融混合物溫度控制為1000 1600°C，更優(yōu)選為1400 1500。。。其中，所述添加劑是含Al2O3或含Al2O3和SiO2的物質(zhì)。其中，所述添加劑是鋁礬土或高爐渣，添加的重量占提鐵后的余渣重量為鋁礬土 5 25%，或高爐渣5 25%。其中，所述的鋁礬土中Al2O3重量含量為40 85%;所述的高爐渣，其中SiO2重量含量為20 60 %，Al2O3重量含量為20 50 %。其中，所述的噴吹是在加壓O. 5 I. 5MPa下，由噴絲板將熔融混合物噴出成絲，冷卻，制得無機(jī)纖維；所述的離心法，是將得到的熔融混合物導(dǎo)入離心甩絲機(jī)，在離心力的作用下制為無機(jī)纖維，離心甩絲機(jī)的轉(zhuǎn)速為2000r/min 10000r/min。其中，所述無機(jī)纖維的直徑為O. 003mm IOmm,長(zhǎng)徑比為5 2000。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提出完整的銅渣綜合利用方案，在提取銅渣有價(jià)元素的同時(shí)，制備無機(jī)銅渣纖維。該技術(shù)是一項(xiàng)資源綜合利用和保溫耐火材料制備領(lǐng)域的新技術(shù)。本發(fā)明直接利用熱態(tài)銅渣，在進(jìn)行爐內(nèi)貧化提銅、還原提鐵的基礎(chǔ)上，將余渣進(jìn)行調(diào)溫調(diào)質(zhì)，生產(chǎn)出無機(jī)銅渣纖維，實(shí)現(xiàn)了銅渣的高效無廢利用，所得到的無機(jī)銅渣纖維是一種優(yōu)良的耐高溫纖維，在工業(yè)耐火保溫領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。


圖I本發(fā)明實(shí)施例I制備得到的無機(jī)銅渣纖維顯微鏡下照片。圖2本發(fā)明實(shí)施例I制備得到的無機(jī)銅渣纖維實(shí)物圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明使用的原料是火法煉銅產(chǎn)生的銅渣，排放的溫度為1100°C 1400°C，其化學(xué)組成除Cu以外，其他成分為SiO2 30 50%，Ca05 10%，Mg0 I 5% ,Al2O3 I 10%， 此外還有Fe 15 33%和Zn I 3%。實(shí)施例I使用的銅渣的化學(xué)組成用XRF (X射線熒光光譜分析)法測(cè)試，其成分除Cu以外， 其他成分的質(zhì)量比例為SiO2 35%, CaO 7%, MgO 2%, Al2O3 9%，此外還有Fe 17%和Zn2%。將火法煉銅產(chǎn)生的銅渣，加入到電爐中，在電爐的第一區(qū)域內(nèi)(銅貧化區(qū))1250°C 下用氮?dú)膺M(jìn)行攪拌，使細(xì)冰銅顆粒碰撞沉降。分離冰銅顆粒后的銅渣中Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.3%。銅渣進(jìn)入電爐的第二區(qū)域(鐵還原區(qū))后，在1500°C下，噴入占銅渣質(zhì)量比例為 5%的煤粉和8%生石灰，并通入含氧60%的空氣，還原提鐵，提鐵后的余渣內(nèi)Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù) < 4%。分離銅、鐵后，在剩余銅渣中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的含氧化鋁40%的鋁礬土，在調(diào)溫調(diào)質(zhì)爐中熔融，并控制溫度到1500°C。利用噴吹法，在I. 25MPa的壓力下噴吹成纖維，得到平均直徑為4. 9μπι的無機(jī)銅渣纖維，長(zhǎng)徑比為500 2000。纖維的顯微照片見圖1，實(shí)物照片見圖2。該纖維可耐650°C高溫，是優(yōu)良的耐火保溫材料。實(shí)施例2使用的火法煉銅產(chǎn)生的銅渣的化學(xué)組成除Cu以外，其他成分質(zhì)量比例為SiO2 40%, CaO 5%, MgO 5%, Al2O3 7%，此外還有 Fe 25%和 Zn 1%。將銅渣加入到電爐中，在第一區(qū)域內(nèi)(銅貧化區(qū))1100°C下用氮?dú)膺M(jìn)行攪拌，使細(xì)冰銅顆粒碰撞沉降。分離冰銅顆粒后的銅渣中Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.3%。渣進(jìn)入第二域區(qū) (鐵還原區(qū))后，在1400°C下，噴入占銅渣質(zhì)量比例為5%的煤粉和8%生石灰，并通入含氧 60%的空氣，還原提鐵，提鐵后的余渣內(nèi)Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)<4%。分離銅、鐵后，在剩余銅渣中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的含三氧化二鋁40%的鋁礬土，在調(diào)溫調(diào)質(zhì)的電爐中熔融，并控制溫度到1400°C。利用噴吹法，在I. 5MPa的壓力下噴吹成纖維，得到平均直徑為6. I μ m的無機(jī)銅渣纖維，長(zhǎng)徑比為5 1000。實(shí)施例3使用的火法煉銅產(chǎn)生的銅渣的化學(xué)組成除Cu以外，其他成分質(zhì)量比例為SiO2 50%, CaO 5%, MgO 5%, Al2O3 7%，此外還有 Fe 25%和 Zn 1%。將火法煉銅產(chǎn)生的銅渣，加入到電爐中，在第一區(qū)域內(nèi)(銅貧化區(qū))1300°C下用氮?dú)膺M(jìn)行攪拌，使細(xì)冰銅顆粒碰撞沉降。分離冰銅顆粒后的銅渣中Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.3%。渣進(jìn)入第二區(qū)域(鐵還原區(qū))后，在1600°C下，噴入占銅渣質(zhì)量比例為5%的煤粉和8%生石灰，并通入含氧60%的空氣，還原提鐵，提鐵后的余渣內(nèi)Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)<4%。分離銅、鐵后，在剩余銅渣中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的高爐渣，其中含Si0240%，Al20330%，在調(diào)溫調(diào)質(zhì)的電爐中熔融，并控制溫度到1300°C。熔融混合物用離心法制成纖維，離心甩絲機(jī)的轉(zhuǎn)速為 4000r/min，得到平均直徑為5. 5 μ m的纖維，長(zhǎng)徑比為5 2000。實(shí)施例4使用的火法煉銅產(chǎn)生的銅渣的化學(xué)組成除Cu以外，其他成分質(zhì)量比例為 Si0240%, CaO 5%, MgO I %，Α12036· 7%，此外還有 Fe 25% 和 Zn IV0o將火法煉銅產(chǎn)生的銅渣，加入到電爐中，在第一區(qū)域內(nèi)(銅貧化區(qū))1250°C下用氮?dú)膺M(jìn)行攪拌，使細(xì)冰銅顆粒碰撞沉降。分離冰銅顆粒后的銅渣中Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)< O. 3%0 渣進(jìn)入第二區(qū)域(鐵還原區(qū))后，在1600°C下，噴入占銅渣質(zhì)量比例為15%的一氧化碳和 8 %生石灰，并通入含氧60 %的空氣，還原提鐵，提鐵后的余渣內(nèi)Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)< 4 %。分離銅、鐵后，在剩余銅渣中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25 %的高爐渣，其中含Si0260 %，Al20320 %，在調(diào)溫調(diào)質(zhì)的電爐中熔融，并控制溫度到1600°C。熔融混合物進(jìn)入離心甩絲機(jī)，離心甩絲機(jī)轉(zhuǎn)速 5000r/min，得到平均直徑為6. I μ m的銅渣纖維，長(zhǎng)徑比為5 2000。實(shí)施例5使用的火法煉銅產(chǎn)生的銅渣的化學(xué)組成除Cu以外，其他成分質(zhì)量比例為 Si0237%, CaO 3. 9%, MgO 4. 3%，Al2037%，此外還有 Fe 22%和 Zn IV0o
將火法煉銅產(chǎn)生的銅渣，加入到電爐中，在第一區(qū)域內(nèi)(銅貧化區(qū))1250°C下用氮?dú)膺M(jìn)行攪拌，使細(xì)冰銅顆粒碰撞沉降。分離冰銅顆粒后的銅渣中Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)< O. 3%。渣進(jìn)入第二區(qū)域(鐵還原區(qū))后，在1700°C下，噴入占銅渣質(zhì)量比例為5%的煤粉和8%生石灰， 并通入含氧60%的空氣，還原提鐵，提鐵后的余渣內(nèi)Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)<4%。分離銅、鐵后，在剩余銅渣中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的高爐渣，其中含Si0220%，Al20350%，在調(diào)溫調(diào)質(zhì)的電爐中熔融，并控制溫度到1000°C。熔融混合物進(jìn)入離心甩絲機(jī)，離心甩絲機(jī)轉(zhuǎn)速2000r/min， 得到平均直徑為6. I μ m的銅渣纖維，長(zhǎng)徑比為5 2000。實(shí)施例6將火法煉銅產(chǎn)生的銅渣(成分與實(shí)施例2相同)，加入到電爐中，在第一區(qū)域內(nèi) (銅貧化區(qū))1250°C下用氮?dú)膺M(jìn)行攪拌，使細(xì)冰銅顆粒碰撞沉降。分離冰銅顆粒后的銅渣中 Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.3%。渣進(jìn)入第二區(qū)域(鐵還原區(qū))后，在1600°C下，噴入占銅渣質(zhì)量比例為5%的煤粉和8%生石灰，并通入含氧60%的空氣，還原提鐵，提鐵后的余渣內(nèi)Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)< 4%。分離銅、鐵后，在剩余銅渣中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的高爐渣，其中含Si0260%， Al20320%，在調(diào)溫調(diào)質(zhì)的電爐中熔融，并控制溫度到1600°C。熔融混合物導(dǎo)入離心甩絲機(jī)， 離心甩絲機(jī)的轉(zhuǎn)速為10000r/min，得到平均直徑為3μπι的銅渣纖維，長(zhǎng)徑比為5 2000。實(shí)施例7將火法煉銅產(chǎn)生的銅渣(成分與實(shí)施例2相同)，加入到電爐中，在第一區(qū)域內(nèi) (銅貧化區(qū))1250°C下用氮?dú)膺M(jìn)行攪拌，使細(xì)冰銅顆粒碰撞沉降。分離冰銅顆粒后的銅渣中 Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.3%。渣進(jìn)入第二區(qū)域(鐵還原區(qū))后，在1700°C下，噴入占銅渣質(zhì)量比例為5%的煤粉和8%生石灰，并通入含氧60%的空氣，還原提鐵，提鐵后的余渣內(nèi)Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)< 4%。分離銅、鐵后，在剩余銅渣中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的高爐渣，其中含Si0230%， Al20350%，在調(diào)溫調(diào)質(zhì)的電爐中熔融，并控制溫度到1000°C。熔融混合物進(jìn)入離心甩絲機(jī)， 離心甩絲機(jī)的轉(zhuǎn)速7000r/min，得到平均直徑為6. I μ m的銅渣纖維，長(zhǎng)徑比為5 2000。
權(quán)利要求
1.一種綜合利用銅渣的方法，其特征在于，包括以下步驟D使用氮?dú)鈹嚢桡~渣使冰銅顆粒碰撞長(zhǎng)大，并使冰銅顆粒沉降和分離；2)向分離冰銅顆粒后的銅渣中噴入煤粉或一氧化碳、生石灰和富氧空氣，進(jìn)行還原提鐵；3)提鐵后的余渣中加入添加劑，控制余渣和添加劑的熔融混合物溫度為800 1700 0C ；4)將熔融混合物通過噴吹或者離心的方法，制得無機(jī)纖維。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟I)中的銅渣是火法煉銅過程中排放的廢棄物，其成分包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為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.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述銅渣排放的溫度為1100°C 1400°C。
4.如權(quán)利要求I 3任一所述的方法，其特征在于，所述步驟I)中使用氮?dú)鈹嚢璨⑹贡~顆粒沉降和分離時(shí)控制銅渣的溫度為1100 1300°C，所述分離冰銅顆粒后的銅渣中 Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0. 3%，所述步驟2)中還原提鐵時(shí)控制銅渣的溫度為1400 1600°C，提鐵后的余渣內(nèi)Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)< 4%。
5.如權(quán)利要求I 3任一所述的方法，其特征在于，所述步驟3)中熔融混合物溫度控制為 1000 1600°C，優(yōu)選為 1400 1500°C。
6.如權(quán)利要求I 3任一所述的方法,其特征在于,所述添加劑是含Al2O3或含Al2O3 和SiO2的物質(zhì)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述添加劑是鋁礬土或高爐渣，添加的重量占提鐵后的余渣重量為鋁礬土 5 25%，或高爐渣5 25%。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的鋁礬土中Al2O3重量含量為40 85% ;所述的高爐渣，其中SiO2重量含量為20 60%，Al2O3重量含量為20 50%。
9.如權(quán)利要求I 3任一所述的方法，其特征在于，所述的噴吹是在加壓0.5 I. 5MPa 下，由噴絲板將熔融混合物噴出成絲，冷卻，制得無機(jī)纖維；所述的離心法，是將得到的熔融混合物導(dǎo)入離心甩絲機(jī)，在離心力的作用下制為無機(jī)纖維，離心甩絲機(jī)的轉(zhuǎn)速為2000r/ min 10000r/mino
10.如權(quán)利要求9所述的方法,其特征在于,所述無機(jī)纖維的直徑為0.003mm IOmm, 長(zhǎng)徑比為5 2000。
全文摘要
本發(fā)明提供一種綜合利用銅渣的方法，包括以下步驟1)使用氮?dú)鈹嚢桡~渣使冰銅顆粒碰撞長(zhǎng)大，并使冰銅顆粒沉降和分離；2)向分離冰銅顆粒后的銅渣中噴入煤粉、生石灰和富氧空氣，進(jìn)行還原提鐵；3)向提鐵后的余渣中加入添加劑，控制余渣和添加劑的熔融混合物溫度為800～1700℃；4)將熔融混合物通過噴吹或者離心的方法，制得無機(jī)纖維。本發(fā)明利用熱態(tài)銅渣，在爐內(nèi)貧化提銅、還原提鐵的基礎(chǔ)上，用余渣生產(chǎn)出無機(jī)銅渣纖維，實(shí)現(xiàn)了銅渣的高效無廢利用。通過本發(fā)明的方法得到的纖維是一種優(yōu)良的耐高溫纖維，在工業(yè)耐火保溫領(lǐng)域具有廣闊前景。
文檔編號(hào)C22B7/04GK102586609SQ20121006875
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月15日
發(fā)明者劉麗麗, 張作泰, 王習(xí)東, 趙大偉 申請(qǐng)人:北京大學(xué)