朱国辉 李锋锋 曾雄丰 王锦程 王志刚 甄守才

摘要：铜渣中铁含量较高，如果能有效回收，对国民生产具有重要的作用。本文分析调研了铜渣中铁的回收技术现状，并对铜渣中铁资源的回收利用前景进行了展望。

关键词：铜渣;铜铁分离;铁回收;还原焙烧;高温氧化法

1引言

铜渣中铁矿物含量较高，一般大于40%，且远大于铁矿石29.1%的平均工业品位。针对铜渣的特点，展开对铜铁组分分离回收的基础理论研究，开发出环境友好且高效的铁回收技术，为含铜炉渣再资源产业化提供技术依据。解决铜渣固废处理难题的同时，还能获得具有附加值的产品进而取得额外的经济效益，对重工业转型和国民经济具有重要的研究意义。

1.1 还原焙烧法

还原焙烧法的原理是在高温条件下，向铜渣中混入还原剂，将铜渣中的有价金属还原为零价金属。还原剂主要分为两类，即固体还原剂（烟煤、无烟煤、石墨和焦炭）和气体还原剂（H2，CO， CH4等）。一般来说，铜渣回收先还原焙烧再磁选，可细分为破碎、筛分、配料、混合、制球、还原焙烧、磁选、除尘几个阶段，得到铁精矿。李磊等人[1]通过X射线衍射分析发现铁元素在铜渣中以2FeO-SiO2和Fe3O4的形式存在，为了提纯铁，他们先将铜渣和煤粉混合粉碎研磨至粒度小于40目，颗粒尺寸小于380 um，添加生石灰或萤石混合均匀，控制CaF2/CaO的质量比为10%，然后将上述混合料转移至电炉中，在氮气气氛保护下，于1575℃下保温30 min，实现零价铁的熔融还原和分离。按照上述工艺，铜渣中铁收率达到89.28%，另外，由于萤石的引入，铁水中的硫含量降低至0.039%，远小于传统工艺。

詹保峰等人[2]将铜渣与煤粉混合，并于高温炉煅烧，煅烧产物通过稀硫酸酸浸，浸出物经固液分离后，采用强磁选机对浸出渣中的磁铁矿、赤褐铁矿进行磁选。许冬等人[3]采用将铜渣、焦粉和5%淀粉溶液按一定配比混合均匀、在压力机上压团，团块于120℃烘干至恒重。然后将团块放入马弗炉中进行高温熔融态下的还原反应。冷却后的团块经粉碎、细磨获得精矿粉，然后在。磁场强度为0.08 T的磁选管中进行磁选，得到铁品位91.10%金属铁粉为最终产品。Sarfo等人[4]以碳（石墨）为还原剂，加入氧化铝和石灰等助熔剂，在高温条件下从铜渣中回收金属。基于其热力学稳定性，由此产生的碳热还原能够产生含铜、富铁的生铁合金以及可用的二次炉渣（玻璃）。这项工作已经建立了炉渣碳热还原以获得两种可用产品（生铁和二次炉渣玻璃）的技术可行性。

1.2 高温氧化法

高温氧化法是通过向将铜渣中喷吹氧气的方法，将低价铁部分氧化成高价铁，最终铁元素主要为强铁磁性的Fe3O4，再通过磁选获得铁精矿。刘纲等人[5]采用氧化磁选法回收磁性铁精矿，通过试验确定，向温度高于1350℃熔融铜渣中喷吹氧化性气体，流量为0.3 L/min的氧化性气体彭吹7min时，磁性氧化铁的转化率最大。当磁场强度为10000 A/m，铁精矿的回收率最高达79.3%，铁品位62.8%，满足高炉炼铁的要求，具有较好的经济效益。蒋亮等人[6]在铜渣中混入CaO和MgO，于1200～1400℃，铁元素通过氧化形成具有强磁性的镁铁尖晶石，再通过磁选获得精矿粉。

1.3 氯化焙烧法

氯化焙烧法是各种金属或金属氧化物、硫化物等化合物在一定条件下与化学活性高的氯反应，加入氯化剂，得到性质差别明显的金属氯化物。与金属或其化合物相比，金属氯化物熔点低、挥发性高、易溶于水、易还原，可达到金属分离、富集、萃取和精炼的目的。氯化剂一般包括固体氯化剂（CaCl2、NaCl、MgCl2、NH4Cl 等）和气态氯化剂（Cl2、HCl 等）。周亮将铜渣与固体氯化钠、焦炭混合磨细，压块后，在850～1250℃进行低温氯化，再于1500℃以上进行高温还原，获得含铜生铁，生铁中Fe含量稳定在90%左右，实验过程如图3所示。张仁杰等人[5]以氯化钙为氯化剂，硫酸亚铁为促进剂，对铜渣进行氯化焙烧，焙烧过程中，含铜成分可以发生氯化，含铁成分氯化反应困难，构成了选择性氯化，实现了铜、铁分离。

1.4 化学浸出法

化学浸出，也属于湿法冶金，是低品位金属回收过程中一种常用的方法。浸出剂、浸出剂浓度、温度、固液比和浸出时间等参数对铜渣中铁的浸出有影响。浸出剂有酸、碱和盐等。常用的酸有硫酸、硝酸等，但环保性差。而Meshram 等人[6]使用柠檬酸浸出铜渣以回收钴、镍和铁，然后用硫酸浸出含有高浓度铜的残渣，减少了硫酸的使用，研究表明，在室温下使用柠檬酸浸出，Cu 的最大回收率为 4.47%、Co为 88.3%、Ni为 95% 、Fe为93.8%。

1.5 联合工艺

单一工艺的使用难以避免本身所固有的劣势，但若采用多种工艺并行可缓解固有的缺点，往往能达到更好的回收效果。例如Bulut等人[7]采用浮選-焙烧-浸出联合工艺处理铜渣。在矿渣浮选过程中，可获得含铜量约为10.68%的铜精矿，回收率为77%。由于93%钴留在尾矿中，因此，对浮选尾矿进行焙烧，回收剩余的钴。在焙烧温度为500℃、焙烧时间为1 h、硫铁矿与矿渣比为3：1的条件下，钴的溶出率达到86.5%。

2 总结

对铜渣进行资源化利用既能减少环境污染，又能生产出高附加值金属产品，对国民生产起到重要作用。本文主要介绍了还原焙烧、高温氧化、氯化焙烧、化学浸出、联合工艺五种铜渣回收铁金属元素技术。其中，还原焙烧和高温氧化是目前应用最为广泛的铁元素分离回收技术，联合工艺是未来技术发展方向。随着科学技术的发展，铜铁分离回收技术会得到不断的改良和优化，更加高效且环境友好的铜铁分离技术的研究推广，也势必会产生更高的经济社会效益。

参考文献

[1]李磊， 胡建杭， 王华. 铜渣熔融还原炼铁过程研究[J]. 过程工程学报， 2011， 11（01）： 65-71.

[2]詹保峰， 黄自力， 杨孽， 等. 焙烧-浸出-磁选回收铜渣中的铁[J]. 矿冶工程， 2015， 35（02）： 103-106.

[3]许冬， 春铁军， 陈锦安. 铜渣高温快速还原焙烧-磁选回收铁的研究[J]. 矿冶工程， 2017， 37（01）： 89-91+95.

[4] Sarfo F， Wyss G， Ma G， et al. Carbothermal reduction of copper smelter slag for recycling into pig iron and glass[J]. Minerals Engineering， 2017， 107： 8-19.

[5] 张仁杰，李磊，韩文朝.氯化焙烧法回收铜渣中铜的热力学研究[J].工业加热，2014，43（01）：4-9.

[6] Meshram P， Bhagat L， Prakash U， et al. Organic acid leaching of base metals from copper granulated slag and evaluation of mechanism[J]. Can Metall Quart， 2017， 56 （2） 168-178.

[7] Bulut G， Perek K， Gul A， et al. Recovery of metal valucs from copper slags by flotation and roasting with pyrite[J]. Minerals & Metallurgical Processing， 2007， 24（1）： 13-18.