基于碳热还原与钠化硅相转化的铜渣铁锌回收及脱硅方法

本发明涉及有色冶金固体废弃物资源化利用，具体涉及基于碳热还原与钠化硅相转化的铜渣铁锌回收及脱硅方法。

背景技术：

1、铜渣是铜火法冶炼过程中产生的大宗冶金固体废弃物，通常含有较高含量的铁和硅，并伴生锌、铜、铅等有价或杂质元素。由于铜渣中的铁主要赋存于铁橄榄石（fe2sio4）等稳定硅酸盐物相中，铁与硅之间具有较强的化学结合关系，导致铜渣中的铁难以通过简单的物理分选方法实现高效富集。

2、铜渣的主要化学组成包括tfe、sio2和zno，其中fe2sio4为主要晶相，同时含有fe2o3、fe3o4、zno和znfe2o4等物相。zn主要以zno存在，同时部分zn以znfe2o4形式存在，并分散于fe2sio4基体中。

3、目前铜渣资源化处理主要包括物理分选、火法还原和湿法浸出等方法。物理分选方法工艺简单，但受铁橄榄石结构和铁硅紧密共生关系限制，铁的富集效果有限；湿法浸出则容易受到铁硅酸盐结构稳定性以及锌铁尖晶石等难浸物相的影响，需要消耗大量酸、碱或络合剂；火法还原能够促进铁橄榄石及其他含铁物相分解，并利用锌的高温挥发特性实现脱锌，但单独采用还原处理后，硅仍然容易以稳定的硅酸盐或二氧化硅形式残留于铁富集产物中。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于碳热还原与钠化硅相转化的铜渣铁锌回收及脱硅方法，该方法在较低于熔分温度的条件下，通过控制还原和硅相转化过程，实现zn、si与fe的定向迁移和分离。

2、为此，本发明提供一种基于碳热还原与钠化硅相转化的铜渣铁锌回收及脱硅方法，包括如下步骤：

3、s1：第一阶段碳热还原及条件优化

4、将铜渣与生物质炭混合，得到铜渣-生物质炭混合物；其中，根据铜渣中氧化物组成控制生物质炭加入量，使碳氧摩尔比nc/no为0.1~0.5，所述nc为生物质炭中固定碳的摩尔数，所述no为铜渣中待还原氧化物所含氧元素的摩尔数；

5、将所述铜渣-生物质炭混合物置于焙烧设备中，在惰性气氛下升温至900℃~1050℃焙烧15min~120min，进行第一阶段碳热还原；

6、通过考察不同焙烧温度、焙烧时间和碳氧摩尔比nc/no对脱锌率和铁品位的影响，优化焙烧温度、焙烧时间和碳氧摩尔比nc/no；

7、s2：第二阶段钠化硅相转化

8、在步骤s1确定的优化条件下，将铜渣、生物质炭以及碳酸钠混合，碳酸钠加入量为铜渣质量的2.5%~10%，混合后进行第二阶段钠化硅相转化处理；

9、s3：锌挥发回收、水浸脱硅及铁富集

10、在焙烧设备出口设置烟气收集装置，使挥发性zn随烟气收集，得到含锌回收产物；

11、将步骤s2处理后的固相产物冷却并粉磨，加水进行水浸，水浸结束后对所得浆液进行真空过滤，得到含硅浸出液和低硅铁富集产物。

12、进一步地，所述铜渣的化学组成包括：tfe 40wt.%~45wt.%，sio228wt.%~32wt.%，zno 2wt.%~3wt.%。

13、进一步地，所述方法还包括对铜渣进行预处理：将铜渣置于100℃~150℃条件下干燥1h~3h，随后进行破碎、磨矿和筛分，使铜渣粒径小于74μm。

14、进一步地，生物质炭的固定碳含量为70wt.%~90wt.%，粒径为20μm~150μm。

15、进一步地，经步骤s1第一阶段碳热还原及条件优化后，确定的优化焙烧温度为980℃~1020℃。

16、进一步地，经步骤s1第一阶段碳热还原及条件优化后，确定的优化焙烧时间为30min~45min。

17、进一步地，经步骤s1第一阶段碳热还原及条件优化后，确定的优化碳氧摩尔比nc/no为0.35~0.45。

18、进一步地，碳酸钠加入量为铜渣质量的4%~6%。

19、进一步地，所述惰性气氛下升温，包括：在n2保护气氛下进行，n2流量为1.0l/min~2.0l/min，升温速率为5℃/min~15℃/min。

20、进一步地，所述水浸，包括：水浸温度为40℃~80℃，水浸时间为30min~120min。

21、本发明提供的基于碳热还原与钠化硅相转化的铜渣铁锌回收及脱硅方法，相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

22、1.实现铁的有效富集

23、本发明首先利用生物质炭促进fe2o3、fe3o4以及fe2sio4还原，使fe由原有硅酸盐结构中释放并向金属铁相转化。随后利用na2co3促进硅酸盐网络解聚和si相转化，并通过水浸脱除水溶性含硅物质，从而降低铁富集产物中的si含量。因此，fe由原铜渣中的分散赋存状态向低硅铁富集产物集中。最终优选条件下fe含量达到51.15wt.%。

24、2.实现锌的高效脱除及回收

25、生物质炭提供还原性环境，使zno及znfe2o4发生还原。由于zn在高温下具有较高挥发性，形成的zn蒸气随烟气迁移，并在冷凝区域氧化形成zno颗粒。在优化条件下：zn脱除率达到80.39%。收集产物中zn占总收集元素的89.98wt.%。因此，本发明不是单纯“脱锌”，而是实现：锌从铜渣固相→气相→含锌回收产物的迁移。

26、3.有效降低铁硅结合

27、铜渣中的fe主要存在于fe2sio4中。生物质炭还原首先促进fe2sio4分解，形成金属fe和si相。随后na2co3促进硅氧网络重构，使si转化为水溶性含硅物种。因此：fe2sio4转化成fe氧化物和水溶性含硅相从结构上削弱fe-si结合。

28、4.显著促进硅脱除

29、na2co3加入后，sio2-na2o富集液相形成，促进硅酸盐结构重构；冷却后形成可通过水浸去除的含硅物种。优选条件下脱硅率达到31.48%。

30、5.避免高温熔分路线

31、本发明最高处理温度为1050℃，不需要现有技术中的1250℃~1450℃高温熔分及含碳复合球团制备。

1.一种基于碳热还原与钠化硅相转化的铜渣铁锌回收及脱硅方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铜渣的化学组成包括：tfe 40wt.%~45wt.%，sio228wt.%~32wt.%，zno 2wt.%~3wt.%。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对铜渣进行预处理：将铜渣置于100℃~150℃条件下干燥1h~3h，随后进行破碎、磨矿和筛分，使铜渣粒径小于74μm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生物质炭的固定碳含量为70wt.%~90wt.%，粒径为20μm~150μm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，经步骤s1第一阶段碳热还原及条件优化后，确定的优化焙烧温度为980℃~1020℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，经步骤s1第一阶段碳热还原及条件优化后，确定的优化焙烧时间为30min~45min。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，经步骤s1第一阶段碳热还原及条件优化后，确定的优化碳氧摩尔比nc/no为0.35~0.45。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，碳酸钠加入量为铜渣质量的4%~6%。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性气氛下升温，包括：在n2保护气氛下进行，n2流量为1.0l/min~2.0l/min，升温速率为5℃/min~15℃/min。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水浸，包括：水浸温度为40℃~80℃，水浸时间为30min~120min。