铜渣氯化-熔融还原法回收铜、铁的应用基础研究

Copper slags have a rich contents of copper and iron, and it will play a active role for relieving environmental protection pressure caused by copper slags long-term piling and increasing secondary resource utilization ratio to realize copper slags resource regeneration.Based on the phase composition of copper slags,a new method of two steps of chloridizing-smelting reduction was proposed to realize efficient recovery of copper and iron from copper slags.According to occurrence characteristics of copper and iron,combined with the corresponding.chloride mechanism,the deconstruction and recombination transformation law of easily chlorinated phases was studied to realize selective chlorination of copper slags under reaction conditions of chloride roasting and smelting oxidation chlorination;Optimize the parameters of copper enriched from chlorinated products process based on its phases composition, and explore the separation mechanism.Inquiry the iron enrichment regularity through studying the smelting reduction process of the second copper slags after chlorinated, provide guidance for the recovery of iron from copper slags.

铜渣储量较大，且其中含有一定铜、铁资源，将其进行资源再生利用提取其中有价金属对缓解铜渣长时间堆存所带来的环境压力和提高二次资源利用率有较为积极的作用。本项目结合铜渣的物相结构特征，提出一种氯化-熔融还原两步法实现其中铜、铁资源有效回收的新思路。分析铜渣中铜、铁物相的赋存特征，结合相应氯化机理，深入研究铜渣组分在氯化焙烧和熔融氧化氯化条件下，可氯化物相的结构解构和元素重组的转变规律，实现铜渣的选择性氯化；分析氯化产物的物相组成，优化氯化产物湿法分离提取铜的工艺参数，探索其分离机理；研究氯化处理后二次铜渣的熔融还原过程，以铁的回收为导向，阐明其富集规律，为铜渣中铁的有效回收提供技术指导。

铜渣中铜、铁资源赋存丰富，进行氯化除铜-熔融还原炼铁处理提取其中铜和铁，对缓解铜渣堆存所带来的环境压力和提高资源利用率作用明显。项目以冷态铜渣氯化焙烧、热态铜渣熔融氯化和二次铜渣熔融还原为主线，系统研究了氯化焙烧和熔融氯化条件下，铜渣中可氯化物相的结构解构、元素重组的转变规律和二次铜渣熔融还原过程中铁、硫、铜等元素的行为特征，重点讨论了铜渣选择性氯化机理、氯化烟气湿法回收铜资源技术体系和二次铜渣熔融还原过程中温度、时间等要素对铁回收率的影响规律，构建了铜渣氯化-熔融还原两步法回收铜、铁的技术理论体系。主要研究结论有：（1）发现了铜渣选择性氯化分离铜、铁物相的热力学条件，并构建了铜氯化物在氧化性气氛中的挥发模型。O2参与时，固体氯化剂对铜渣组分的氯化由氯化剂离解出Cl2和Cl2对铜渣组分的氯化两步组成，焙烧和熔融温度下渣中Cu2O、Cu2S等的氯化较易发生，Fe3O4和Fe2SiO4的氯化热力学上难以进行。渣中铜的挥发以CuCl形式发生，过程中CuCl的挥发速率随氧气分压增高而加大，系统中O2分压过高时，O2的扩散速度超过CuCl的挥发速度，过剩的氧气直接在熔渣表面上与CuCl发生反应，生成Cu2O膜，使CuCl的挥发与氧化固定形成闭路循环CuCl→CuO,Cu2O，不利于渣脱铜率的提高；（2）建立了氯化烟尘的浸出-萃取-电积技术理论体系，并初步提出非稳态铜贫化电积技术。氯化烟尘浸出关键因素为温度和时间，适宜浸出体系为盐酸体系，HCl浓度15%、液固比4:1、温度60℃和时间1 h条件下，烟尘中铜浸出率可达98.95%，萃取剂N902对浸出液中铜具有较好选择性，震荡时间120 s、相比1:1、萃取剂浓度30%和pH=3.0条件下，铜萃取回收率达98.41%。浸出液非稳态贫化电积过程中，动态控制电流密度小于1/10极限电流密度，可使非稳态贫化电积处于塔费尔控制区；（3）建立了FeO-SiO2-CaO三元渣系中铁熔融还原作用浓度计算模型，揭示了铁熔融还原的动力学特征。模型计算结果表明，熔渣碱度为2.0，渣中(FeO)组分作用浓度取得最大。一定碱度范围内，铜渣铁回收率随碱度升高而增大，碱度过高，熔池中（Fe2+•O2-）离子浓度减少，γ(FeO)降低，不利于铁回收率的提升。铜渣中铁熔融还原反应的限速步骤为组元(FeO)由熔渣内部穿过渣相边界层向熔渣-铁水界面的迁移。