含铜废镁砖资源化利用的方法

243 编辑：中冶有色技术网来源：江西铜业集团（贵溪）冶化新技术有限公司

2025-01-07 16:05:34

权利要求

1.一种含铜废镁砖资源化利用的方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、粉碎备料：将含铜废镁砖粉碎后与还原剂、氧化剂按照比例混合，再将含铜废镁砖的粉料压制成块状或球状;

S2、真空还原：在真空条件下，对块状或球状的含铜废镁砖进行还原，得到金属镁和还原渣;

S3、将还原渣返回火法熔炼工序回收铜。

2.根据权利要求1所述的一种含铜废镁砖资源化利用的方法，其特征在于：在步骤S1中，粉碎备料包括以下步骤：

S11、使用破碎机或研磨机将含铜废镁砖粉碎成符合粒度要求的颗粒或粉末;

S12、向粉碎后的含铜废镁砖中加入按比例混合的还原剂和催化剂，其中，还原剂用于促使含铜废镁砖中的氧化铜还原成金属铜，催化剂用于提高反应速率;

S13、均匀混合：使用搅拌设备将粉料含铜废镁砖、还原剂与催化剂进行充分的混合，确保含铜废镁砖粉料、还原剂与催化剂均匀分布，且含铜废镁砖粉料与还原剂与催化剂充分接触;

S14、压制成型：将混合后的备料使用压力机或挤压机通过施加压力压制成块状或球状。

3.根据权利要求2所述的一种含铜废镁砖资源化利用的方法，其特征在于：在步骤S1中，含铜废镁砖破碎后的最大粒度小于100目，还原剂的性状要求为最大粒度小于100目的粉料，在压制粉料状含铜废镁砖、还原剂和催化剂混合后的备料时，制块或制球的压强大于2.0MPa。

4.根据权利要求3所述的一种含铜废镁砖资源化利用的方法，其特征在于：所述还原剂选用硅钙合金或碳化钙，所述催化剂选用氟盐，所述氟盐选用氟化钙或氟化钠;

其中，还原剂添加量与含铜废镁砖的质量比为10-25:100，催化剂添加量与含铜废镁砖的质量比为1-3:100。

5.根据权利要求1所述的一种含铜废镁砖资源化利用的方法，其特征在于：在步骤S2中，真空还原金属镁的流程如下：

S21、将与还原剂和催化剂混合的块状或球状含铜废镁砖放置在真空炉中;

S22、加热真空炉中的备料，触发还原反应，还原剂将含铜废镁砖中的金属氧化物还原为金属镁，同时，通过催化剂促进还原反应的进行，提高还原效率;

S23、金属镁从含铜废镁砖中被提取出，并与未参加反应的物质形成还原渣，在反应完成后，通过冷却和分离，将金属镁与还原渣分离，并对金属镁进行提炼和提纯。

6.根据权利要求1所述的一种含铜废镁砖资源化利用的方法，其特征在于：在步骤S2中，真空炉中的真空度小于50Pa，真空炉中饭还原反应的加热温度控制在1000℃-1250℃，还原反应的持续时间在2-4小时。

7.根据权利要求1所述的一种含铜废镁砖资源化利用的方法，其特征在于：在步骤S3中，还原渣通过火法熔炼工序回收铜的工序包括以下步骤：

S31、将还原渣破碎至适当的粒度，并与溶剂和助熔剂按比例混合，调整还原渣的成分和熔点;

S32、将混合后的还原渣加入到转炉中，并向转炉中鼓入空气或其他氧化剂，使还原渣中的金属氧化物发生还原反应，在高温条件下开始熔炼，金属铜元素逐渐从炉渣中分离出来，形成金属相和炉渣相;

S33、采用重力分离、电磁分离或浮选的方式将金属铜与炉渣分离。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及有色冶金固体废物中有价元素分步回收技术领域，具体为一种含铜废镁砖资源化利用的方法。

背景技术

[0002]世界上大型铜冶炼厂多采用以“铜锍熔炼——冰铜吹炼——火法精炼”为主干的火法工艺从铜精矿中提取金属铜，火法铜冶炼工艺过程需使用大量的镁质耐火砖砌筑冶金炉，生产过程镁质耐火砖与含铜熔体接触，并被熔体不断侵蚀，在生产检修时，受侵蚀的镁砖被更换拆除，由此形成大量的含铜废镁砖。废镁砖因粘结有大量含铜物料，并含有少量金、银、砷、铬，所以必须做回收处理。

[0003]现有含铜废镁砖处理工艺主要分两种，其一采用“选矿富集——熔炼提铜”工艺，先将废镁砖破碎磨细，再用选矿法富集成高镁铜精矿，高镁铜精矿送铜熔炼炉回收铜。其二采用“湿法浸出——置换富集——熔炼提铜”工艺，先用硫酸浸出镁，再用铁粉置换富集铜，含镁浸出液制备镁盐产品，浸出渣和置换铜渣返回熔炼回收铜。方案一虽可实现废镁砖中铜、金、银等元素的有效回收，但铜镁采用选矿技术分离难度较大，所得高镁铜精矿含镁大于20%，此部分镁以高熔点的氧化镁形式存在，若将之投入铜熔炼炉，易生成高熔点MgO·SiO2渣，导致渣粘度升高、渣含铜增大，同时易形成炉瘤，降低冶金炉窑使用寿命。方案二虽实现了镁的高效脱除及资源化回收，但产出大量废水，且置换工艺成本高，由此导致工艺整体效益不明显。

[0004]因此，针对铜冶炼行业在含铜废镁砖资源化利用过程中所存在的问题，开发一种流程短、成本低、效率高的含铜废镁砖资源化利的方法是有意义的，因此我们需要提出一种含铜废镁砖资源化利用的方法。

发明内容

[0005]本发明的目的在于提供一种含铜废镁砖资源化利用的方法，通过先粉碎备料，再真空还原提取镁，并将还原渣返回火法熔炼回收铜的工艺处理含铜废镁砖，实现了含铜废镁砖中铜、镁的资源化回收，工艺流程短，回收效率高，既解决了传统火法工艺影响炉况的难题，又规避了现有湿法工艺成本高、废水量大的不足，全流程镁回收率大于95%，铜回收率大于99%，实现了含铜废镁砖中铜镁的资源化高效回收，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种含铜废镁砖资源化利用的方法，包括如下步骤：

[0007]S1、粉碎备料：将含铜废镁砖粉碎后与还原剂、氧化剂按照比例混合，再将含铜废镁砖的粉料压制成块状或球状;

[0008]S2、真空还原：在真空条件下，对块状或球状的含铜废镁砖进行还原，得到金属镁和还原渣;

[0009]S3、将还原渣返回火法熔炼工序回收铜。

[0010]优选的，在步骤S1中，粉碎备料包括以下步骤：

[0011]S11、使用破碎机或研磨机将含铜废镁砖粉碎成符合粒度要求的颗粒或粉末;

[0012]S12、向粉碎后的含铜废镁砖中加入按比例混合的还原剂和催化剂，其中，还原剂用于促使含铜废镁砖中的氧化铜还原成金属铜，催化剂用于提高反应速率;

[0013]S13、均匀混合：使用搅拌设备将粉料含铜废镁砖、还原剂与催化剂进行充分的混合，确保含铜废镁砖粉料、还原剂与催化剂均匀分布，且含铜废镁砖粉料与还原剂与催化剂充分接触;

[0014]S14、压制成型：将混合后的备料使用压力机或挤压机通过施加压力压制成块状或球状。

[0015]优选的，在步骤S1中，含铜废镁砖破碎后的最大粒度小于100目，还原剂的性状要求为最大粒度小于100目的粉料，在压制粉料状含铜废镁砖、还原剂和催化剂混合后的备料时，制块或制球的压强大于2.0MPa。

[0016]优选的，所述还原剂选用硅钙合金或碳化钙，所述催化剂选用氟盐，所述氟盐选用氟化钙或氟化钠;

[0017]其中，还原剂添加量与含铜废镁砖的质量比为10-25:100，催化剂添加量与含铜废镁砖的质量比为1-3:100。

[0018]优选的，在步骤S2中，真空还原金属镁的流程如下：

[0019]S21、将与还原剂和催化剂混合的块状或球状含铜废镁砖放置在真空炉中;

[0020]S22、加热真空炉中的备料，触发还原反应，还原剂将含铜废镁砖中的金属氧化物还原为金属镁，同时，通过催化剂促进还原反应的进行，提高还原效率;

[0021]S23、金属镁从含铜废镁砖中被提取出，并与未参加反应的物质形成还原渣，在反应完成后，通过冷却和分离，将金属镁与还原渣分离，并对金属镁进行提炼和提纯。

[0022]优选的，在步骤S2中，真空炉中的真空度小于50Pa，真空炉中饭还原反应的加热温度控制在1000℃-1250℃，还原反应的持续时间在2-4小时。

[0023]优选的，在步骤S3中，还原渣通过火法熔炼工序回收铜的工序包括以下步骤：

[0024]S31、将还原渣破碎至适当的粒度，并与溶剂和助熔剂按比例混合，调整还原渣的成分和熔点;

[0025]S32、将混合后的还原渣加入到转炉中，并向转炉中鼓入空气或其他氧化剂，使还原渣中的金属氧化物发生还原反应，在高温条件下开始熔炼，金属铜元素逐渐从炉渣中分离出来，形成金属相和炉渣相;

[0026]S33、采用重力分离、电磁分离或浮选的方式将金属铜与炉渣分离。

[0027]与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0028]本发明通过先粉碎备料，再真空还原提取镁，并将还原渣返回火法熔炼回收铜的工艺处理含铜废镁砖，实现了含铜废镁砖中铜、镁的资源化回收，工艺流程短，回收效率高，既解决了传统火法工艺影响炉况的难题，又规避了现有湿法工艺成本高、废水量大的不足，全流程镁回收率大于95%，铜回收率大于99%，实现了含铜废镁砖中铜镁的资源化高效回收。

附图说明

[0029]图1为本发明的流程框图;

[0030]图2为本发明粉碎备料的流程框图;

[0031]图3为本发明真空还原的流程框图;

[0032]图4为本发明火法熔炼工序回收铜的流程框图;

[0033]图5为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

[0034]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0035]实施例1

[0036]请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种含铜废镁砖资源化利用的方法，包括如下步骤：

[0037]S1、粉碎备料：将含铜废镁砖粉碎后与还原剂、氧化剂按照比例混合，再将含铜废镁砖的粉料压制成块状或球状;

[0038]在步骤S1中，粉碎备料包括以下步骤：

[0039]S11、使用破碎机或研磨机将含铜废镁砖粉碎成符合粒度要求的颗粒或粉末;使其达到适合进一步处理的粒度。

[0040]S12、向粉碎后的含铜废镁砖中加入按比例混合的还原剂和催化剂，其中，还原剂用于促使含铜废镁砖中的氧化铜还原成金属铜，催化剂用于提高反应速率;

[0041]S13、均匀混合：使用搅拌设备将粉料含铜废镁砖、还原剂与催化剂进行充分的混合，确保含铜废镁砖粉料、还原剂与催化剂均匀分布，且含铜废镁砖粉料与还原剂与催化剂充分接触，使含铜废镁砖中的金属元素可有效提取;

[0042]S14、压制成型：将混合后的备料使用压力机或挤压机通过施加压力压制成块状或球状，便于后续的处理和运输。

[0043]在步骤S1中，含铜废镁砖破碎后的最大粒度小于100目，还原剂的性状要求为最大粒度小于100目的粉料，在压制粉料状含铜废镁砖、还原剂和催化剂混合后的备料时，制块或制球的压强大于2.0MPa。

[0044]所述还原剂选用硅钙合金或碳化钙，所述催化剂选用氟盐，所述氟盐选用氟化钙或氟化钠;本方案的还原剂采用硅钙合金粉料。

[0045]其中，还原剂添加量与含铜废镁砖的质量比为10-25:100，催化剂添加量与含铜废镁砖的质量比为1-3:100。

[0046]S2、真空还原：在真空条件下，对块状或球状的含铜废镁砖进行还原，得到金属镁和还原渣;真空环境有助于减少氧气和其他杂质对还原过程的影响，提高还原效率。

[0047]在步骤S2中，真空还原金属镁的流程如下：

[0048]S21、将与还原剂和催化剂混合的块状或球状含铜废镁砖放置在真空炉中，真空环境的作用是排除氧气和其他可能影响还原过程的杂质，确保还原反应能够在更加纯净和高效的环境中进行;

[0049]S22、加热真空炉中的备料，使炉内温度达到还原反应所需的水平，触发还原反应，还原剂将含铜废镁砖中的金属氧化物还原为金属镁，同时，通过催化剂促进还原反应的进行，提高还原效率;

[0050]S23、金属镁从含铜废镁砖中被提取出，并与未参加反应的物质形成还原渣，在反应完成后，通过冷却和分离，将金属镁与还原渣分离，并对金属镁进行提炼和提纯。

[0051]在步骤S2中，真空炉中的真空度小于50Pa，真空炉中饭还原反应的加热温度控制在1000℃-1250℃，还原反应的持续时间在2-4小时。

[0052]S3、将还原渣返回火法熔炼工序回收铜。

[0053]在步骤S3中，还原渣通过火法熔炼工序回收铜的工序包括以下步骤：

[0054]S31、将还原渣破碎至适当的粒度，并与溶剂和助熔剂按比例混合，调整还原渣的成分和熔点;

[0055]S32、将混合后的还原渣加入到转炉中，并向转炉中鼓入空气或其他氧化剂，使还原渣中的金属氧化物发生还原反应，在高温条件下开始熔炼，金属铜元素逐渐从炉渣中分离出来，形成金属相和炉渣相;

[0056]卡尔多炉熔炼则是一种更为高效的熔炼方式。它利用卡尔多炉的高温条件，使还原渣中的金属氧化物与还原剂发生反应，从而提取出金属铜。卡尔多炉熔炼具有反应速度快、金属回收率高、能耗低等优点。

[0057]S33、采用重力分离、电磁分离或浮选的方式将金属铜与炉渣分离。

[0058]重力分离是利用金属相和炉渣相之间的密度差异进行分离;电磁分离则是利用金属相的导电性，通过电磁场的作用实现分离;浮选则是利用浮选剂使金属相或炉渣相形成泡沫层，从而实现分离。

[0059]含铜废镁砖成分如下表所示：

[0060]

元素MgCuAsFeSiAlCr一号含铜废镁砖%16.913.80.210.14.32.393.0二号含铜废镁砖%22.58.60.27.25.33.15.4

[0061]具体操作流程为：

[0062]粉碎备料：取一号含铜废镁砖，用粉碎机粉碎，经100目筛网过筛后得到含铜废镁砖粉料，取硅钙合金，研磨至100目以下，将含铜废镁砖粉料250g、硅钙合金粉料35g、氟化钙7.5g混合均匀后，用制样压球机压制成块，控制压块时压强25Kg;

[0063]真空还原：将压制成块的物料用料舟盛装，送入真空还原罐，在25Pa的真空条件下还原3小时，控制还原温度1000℃，得到金属镁40.5g，还原渣243.2g镁回收率95.9%。

[0064]实施例2

[0065]与实施例1相同之处不在赘述，不同的是

[0066]具体操作流程为：

[0067]粉碎备料：取一号含铜废镁砖，用粉碎机粉碎，经100目筛网过筛后得到含铜废镁砖粉料，取硅钙合金，研磨至100目以下，将含铜废镁砖粉料250g、硅钙合金粉料40g、氟化钙6g混合均匀后，用制样压球机压制成块，控制压块时压强25Kg;

[0068]真空还原：将压制成块的物料用料舟盛装，送入真空还原罐，在32Pa的真空条件下还原4小时，控制还原温度1100℃，得到金属镁40.9g，还原渣247.8g，镁回收率96.8%。

[0069]实施例3

[0070]与实施例1和实施例2相同之处不在赘述，不同的是

[0071]具体操作流程为：

[0072]粉碎备料：取二号含铜废镁砖，用粉碎机粉碎，经100目筛网过筛后得到含铜废镁砖粉料，取硅钙合金，研磨至100目以下，将含铜废镁砖粉料250g、硅钙合金粉料50g、氟化钠6g混合均匀后，用制样压球机压制成块，控制压块时压强25Kg;

[0073]真空还原：将压制成块的物料用料舟盛装，送入真空还原罐，在40Pa的真空条件下还原3.5小时，控制还原温度1150℃，得到金属镁54.8g，还原渣241.5g，镁回收率97.4%。

[0074]实施例4

[0075]与实施例1-实施例3相同之处不在赘述，不同的是

[0076]具体操作流程为：

[0077]粉碎备料：取二号含铜废镁砖，用粉碎机粉碎，经100目筛网过筛后得到含铜废镁砖粉料，取硅钙合金，研磨至100目以下，将含铜废镁砖粉料250g、硅钙合金粉料60g、氟化钠7.5g混合均匀后，用制样压球机压制成块，控制压块时压强25Kg;

[0078]真空还原：将压制成块的物料用料舟盛装，送入真空还原罐，在48Pa的真空条件下还原4小时，控制还原温度1250℃，得到金属镁55.1g，还原渣247.4g，镁回收率98.0%。

[0079]综上，本发明以“废碎备料——真空还原提取金属镁——还原渣返回火法熔炼回收铜”为主干工艺处理含铜废镁砖，实现了含铜废镁砖中铜、镁的资源化回收，工艺流程短，回收效率高，既解决了传统火法工艺影响炉况的难题，又规避了现有湿法工艺成本高、废水量大的不足，全流程镁回收率大于95%，铜回收率大于99%，实现了含铜废镁砖中铜镁的资源化高效回收。

[0080]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

说明书附图(5)