利用铜镍渣中有价元素直接冶炼特种不锈钢ppt课件

1、利用铜镍渣中有价元素直接冶炼特种不锈钢1923 2019东北大学东北大学 张廷安张廷安 教授教授报告人：牛丽萍报告人：牛丽萍 副教授副教授1 t 铜 2. 2 t 铜渣万t2019-2019年我国铜产量变化表表1 各种冶炼方法的铜渣化学组成质量分数，各种冶炼方法的铜渣化学组成质量分数，%冶炼方法CuFeFe3O4SiO2SAl2O3CaOMgO密闭鼓风炉0.4229-38-7.5110.74奥托昆普闪速炉(渣不贫化)1.544.411.826.61.6-奥托昆普闪速炉(渣贫化)0.7844.06-29.71.47.80.6-Inco闪速炉熔炼0.944.010.8331.14.721.731.

2、61诺兰达熔炼2.6401525.11.75.01.51.5瓦纽柯夫熔炼0.540534-4.22.61.4白银法熔炼0.45353.15350.73.381.4特尼恩特转炉熔炼4.6432026.50.8-艾萨炉0.736.616.5531.480.843.644.371.98澳斯麦特熔炼0.65347.5312.87.55.0-三菱法熔炼0.638.2-3220.62.95.9-工业开采品位工业开采品位0.4-0.525-30Cu-Fe-S-O-SiO2系系1523K的的lgPO2-lgPS2YazawaJ.M.ToguriCu%=29.73Cu2O0.5铜熔炼的氧势铜熔炼的氧势- -硫势

3、图硫势图STSSTST=1573KT=1573K占2019年铜产量1.24%占2019年镍产量29.97%占2019年钢铁产量1.28%堆存铜渣中主要有价金属含量占堆存铜渣中主要有价金属含量占20192019年各金属总产量的百分比年各金属总产量的百分比按照渣含按照渣含Cu 0.32%Cu 0.32%，Ni 0.36%Ni 0.36%，Fe 36.8%Fe 36.8%计算计算n 我国每年因铜冶炼产出的铜渣约1 500 万tn 目前我国铜渣的累计堆积量达2 500多万t，铜渣携带热量铜渣携带热量1150-1250铜渣室温25比热容比热容1.1kJ1.1kJkg-1kg-1水淬水淬按2019年铜产量

4、来计算熔炼渣携带的热量损失:1.11013-1.21013kJ 标煤热值29271.2kJkg-1年经济损失：2.1亿元55万吨煤工业运用的铜渣贫化方法工业运用的铜渣贫化方法电炉贫化法D.G.Pannell对世界47 个铜冶炼厂的调研，火法残渣含铜0.66%热态熔炼渣贫化电炉静置炉渣冰铜吹炼水淬复原剂黄铜矿、碎煤复原剂黄铜矿、碎煤贫化原理贫化原理降低渣中磁性降低渣中磁性Fe3O4Fe3O4含量含量渣中渣中Fe3O4Fe3O4含量对含量对CuCu、NiNi、CoCo在冰在冰铜与渣间分配系数的影响铜与渣间分配系数的影响CuNi降低炉渣黏度、密度，改善渣降低炉渣黏度、密度，改善渣的分别性质的分别性质

5、熔炼渣与铜锍分别熔炼渣与铜锍分别铜锍液滴电铜锍液滴电毛细运动毛细运动利于铜锍液利于铜锍液滴凝聚长大滴凝聚长大工业运用的铜渣贫化方法工业运用的铜渣贫化方法n 硫化物方式铜有较好的回收效果;n 氧化物方式存在的铜效果较差炉渣选矿法n D.G.Pannell对世界47 个铜冶炼厂的调研浮选法残渣含铜0.51%金川集团公司110万吨/年铜炉渣选矿工程 1万t铜/年=200万吨Cu 0.5%/年中型铜矿山产能，销售收入5亿元 选矿法选矿法贫化后贫化后CuCu的含量的含量火法贫化火法贫化电炉贫化电炉贫化贫化后贫化后CuCu的含量的含量反射炉贫化反射炉贫化贫化后贫化后FeFe的含量的含量方圆公司方圆公司0.

6、3%0.3%左右左右铜陵有色金属铜陵有色金属集团金昌冶炼集团金昌冶炼厂厂0.66%0.66%左右左右智利的卡列托勒智利的卡列托勒斯炼铜厂斯炼铜厂磁性氧化磁性氧化铁矿物含铁矿物含量降低到量降低到10%10%大冶有色金属大冶有色金属公司冶炼厂公司冶炼厂贵溪冶炼厂贵溪冶炼厂日本小名洪冶炼日本小名洪冶炼厂厂小坂冶炼厂小坂冶炼厂金隆铜业公司金隆铜业公司肯尼科特公司肯尼科特公司金川集团有限金川集团有限公司铜冶炼厂公司铜冶炼厂表表 目前工业上采用的主要的铜渣贫化方法目前工业上采用的主要的铜渣贫化方法铜渣贫化提铜研讨进展铜渣贫化提铜研讨进展n 东北大学张林楠等熔融复原含铜5%的铜渣加炭粉、通惰性气体搅拌复原以

7、降低铜渣中Fe3O4含量，残渣含铜降至0.35% 以下;n湖南有色金属研讨院陈海清等强化贫化法复原硫化搅拌提温对含铜1.277% 的铜渣在温度为1300 时，参与黄铁矿、碎煤，采用鼓风搅拌等措施，使残渣中含铜降低到0.466%；n昆明理工大学杜清枝等开发炉渣真空贫化技术,使诺兰达富氧熔池炉渣1/22/3的渣层含铜量从5%降到0.5%以下。铜渣提铁研讨进展铜渣提铁研讨进展n 北京科技大学杨慧芬褐煤为复原剂，采用直接复原磁选方法获得铁档次为92.05%、回收率为81.01%的直接复原铁;n 东北大学曹洪杨用高温氧化改性-磁选分别得到54%()的铁精矿，回收率为90%左右；n 昆明理工大学李磊等采用

8、铜渣熔融复原炼铁，煤粉做复原剂，铁收率提高至95.8%；n 金川公司2019年与中国恩菲工程公司、中冶东方工程公司、西安建筑科技大学结合完成“金川镍铜熔融渣复原提铁消费合金钢工程的预可研报告 铜渣提铜铁研讨进展铜渣提铜铁研讨进展罗光亮等提出的“两步法思绪第一步：低温回收铜；第二步：高温回收铜铁合金粉状、粒状非焦煤粉状、粒状非焦煤利用铜镍渣中有价元素直接冶炼特种不锈钢利用铜镍渣中有价元素直接冶炼特种不锈钢一种从冶炼铜渣中直接复原回收铜铁的一种从冶炼铜渣中直接复原回收铜铁的方法：方法：201910364451.4201910364451.4利用铜镍渣中有价元素直接冶炼特种利用铜镍渣中有价元素直接冶

9、炼特种不锈钢工艺流程图不锈钢工艺流程图熔融贫化渣熔融贫化渣 造渣剂造渣剂天然气天然气( (煤气、煤气、水煤气、水煤气、H2H2、CO)CO)渣金分别渣金分别熔融态复原熔融态复原含铜铁水含铜铁水收尘收尘锌铅等锌铅等复原渣复原渣特种不锈钢冶炼特种不锈钢冶炼合金元素合金元素水泥水泥炼钢渣炼钢渣水泥水泥加工热处置加工热处置含铜抗菌不锈钢含铜抗菌不锈钢含铜抗菌不锈钢用途与价钱含铜抗菌不锈钢用途与价钱宝钢质量冷轧不锈钢板宝钢质量冷轧不锈钢板含铜抗菌食品级不锈钢含铜抗菌食品级不锈钢06Cr18Ni9Cu306Cr18Ni9Cu338.0038.00元元/ /千克千克 不锈钢卷板 铁素体含铜抗菌不锈钢06Cr

10、17Cu228.00元/千克 兼具构造、耐蚀和抗菌功能于一体的新型资料，可广泛运用于人们的兼具构造、耐蚀和抗菌功能于一体的新型资料，可广泛运用于人们的日常生活中的洁具、餐具、食品卫生业、公共设备及医疗器械等领域，具日常生活中的洁具、餐具、食品卫生业、公共设备及医疗器械等领域，具有宽广的市场运用前景。有宽广的市场运用前景。 含铜抗菌不锈钢成分及部分要求含铜抗菌不锈钢成分及部分要求类类型型统一数统一数字代号字代号 牌号牌号化学成分化学成分CSiMnPSNiCrCu奥奥氏氏体体S3048006Cr18Ni9Cu20.071.002.000.0350.0308.011.017.019.01.52.5S

11、3048806Cr18Ni9Cu30.071.002.000.0350.0308.011.017.019.02.54.0铁铁素素体体S1178806Cr17Cu20.080.751.000.0350.0300.6016.018.01.02.5S11283022Cu12Cu20.030.751.000.0350.0300.6011.013.51.02.5马马氏氏体体S4208020Cu13Cu30.160.251.001.000.0350.0300.6012.014.02.54.0S4208830Cu13Cu30.260.351.001.000.0350.0300.6012.014.02.54.

12、0对以上钢种抗菌率要求：对大肠杆菌要求抗菌率对以上钢种抗菌率要求：对大肠杆菌要求抗菌率90%90%；对金黄色葡萄球菌抗菌率；对金黄色葡萄球菌抗菌率90%90% 2019年7月1日。我国行业规范YB/T4171-2019含铜抗菌不锈钢规范正式实施。该规范规定以下含铜抗菌不锈钢，并做出明确要求。 含铜抗菌不锈钢抗菌性:以微量的Cu从钢中析出并在向细菌进攻的过程中显现出来的.含铜不锈钢的抗菌原理作用表示图含铜不锈钢的抗菌原理作用表示图马氏体抗菌不锈钢的杀菌效果马氏体抗菌不锈钢的杀菌效果大肠杆菌菌液与抗菌不锈钢接触大肠杆菌菌液与抗菌不锈钢接触24 h 24 h 后后再经过培育的结果，细菌被全部杀死再经

13、过培育的结果，细菌被全部杀死对照组马氏体不锈钢析出相的马氏体不锈钢析出相的TEMTEM图图优势区图优势区图-5-4-3-2-1012345-5-4-3-2-101234lgpH2O(g)lgpH2(g)NiONiFe2O3 CuOFe3O4Cu2OCuFeOFe-8-7-6-5-4-3-2-1012345-8-7-6-5-4-3-2-1012345Fe3O4NiNiOlgpCO2(g)lgpCO(g) Fe2O3CuOCu2OCuFeOFeCu-Ni-Fe-C-OCu-Ni-Fe-C-O优势图优势图Cu-Ni-Fe-H-OCu-Ni-Fe-H-O优势图优势图800100012001400160

14、01800-40-20020406080100120140 反应热，kJ/mol温度，K=0=0.2=0.4=0.6=0.8=1.0铜渣贫化过程反响热计算铜渣贫化过程反响热计算 铜渣中铁橄榄石复原过程的反响热随温度的变化 1实验温度设定在13001500之间，铁橄榄石复原反响过程吸放热与产物是CO、CO2有关，当0.4时，反响放热，当0.6时，反响吸热，反响过程中需求补充热量。(2) 在实验反响温度区间，反响吸放热量较小，小于30kJ/mol，对实验过程中热量动摇影响不大。元素元素CuNiCoSSiO2MgOCaOAl2O3FeFeFeOFe2O3含量含量0.320.390.080.6733.

15、526.921.431.03339.81.8738.7811.13 金川铜镍闪速熔炼水淬渣化学成分金川铜镍闪速熔炼水淬渣化学成分 wt% wt%金川铜镍渣的金属实际化学成分金川铜镍渣的金属实际化学成分 含铜抗菌马氏体不锈钢化学成分含铜抗菌马氏体不锈钢化学成分 冶炼抗菌不锈钢新方法经济分析贫化冶炼抗菌不锈钢新方法经济分析贫化1t1t铜镍渣铜镍渣经济效益分析对比经济效益分析对比元提铁价值提铁价值提铜价值提铜价值提镍价值提镍价值炼含铜抗菌炼含铜抗菌不锈钢价值不锈钢价值组分组分TFeFeOZnCuSAl2O3CaOMgOSiO2含量含量/%40.6542.205.080.881.632.153.641

16、.1030.22020406080100-50005001000150020002500 Intensity2/-Fe3O4-Fe2SiO4图图 铜渣铜渣XRDXRD分析图谱分析图谱表表 铜渣多元素分析结果铜渣多元素分析结果铜渣工艺矿物学特征热力学分析复原过程的主要化学反响：复原过程的主要化学反响：CH4(g) C+2H2(g)CH4(g) C+2H2(g)2FeO2FeOSiO2 + 2C + CaO = CaSiO3 + 2Fe + 2CO(g)SiO2 + 2C + CaO = CaSiO3 + 2Fe + 2CO(g)Fe3O4 + 4C = 3Fe + 4CO(g) Fe3O4 +

17、4C = 3Fe + 4CO(g) Cu2O + C = 2Cu + CO(g) Cu2O + C = 2Cu + CO(g) 2FeO2FeOSiO2 +2H2(g) + CaO = CaSiO3 + 2Fe + 2H2O(g)SiO2 +2H2(g) + CaO = CaSiO3 + 2Fe + 2H2O(g)Fe3O4 + 4H2(g) = 3Fe + 4H2O(g) Fe3O4 + 4H2(g) = 3Fe + 4H2O(g) Cu2O + H2(g) = 2Cu + H2O(g)Cu2O + H2(g) = 2Cu + H2O(g)52340060080010001200140016

18、001800200022002400-500-400-300-200-1000100200300400500 标 准 吉布斯自 由能，kJ/mol温度，KSiO2MoO3PbOBaOSiO2MoO3PbOBaO40060080010001200140016001800200022002400-500-450-400-350-300-250-200-150-100-50050100150200 标 准 吉布斯自 由能，kJ/mol温度，KFe3O4Fe3O4Fe2SiO4CuOCu2OZnOFe3O4Fe3O4Fe2SiO4CuOCu2OZnO图图4 4 铜渣中化合物的规范自在能随温度的变化铜渣

19、中化合物的规范自在能随温度的变化 在在1300150013001500，铜渣中铜、铁等的氧化物可以被复原出来，铜渣中铜、铁等的氧化物可以被复原出来，而而SiO2SiO2、PbOPbO等化合物不能被复原；等化合物不能被复原；T954KT954K时，反响中碳氧化产物以时，反响中碳氧化产物以COCO为主，反之以为主，反之以CO2CO2为主。为主。热力学分析C 复原Fe2O3的平衡图 C 复原Fe3O4的平衡图H2复原Fe2O3的平衡图 H2复原Fe3O4的平衡图热力学计算平衡气相组成优势区图在1425下，不同CO分压和不同CO2分压下，Cu相、CuO相、Cu2O相和Fe相、FeO相、Fe3O4相、F

20、e2O3的存在区域。 在1425下，不同CO分压和不同CO2分压下，Cu相、CuO相、Cu2O相和Fe相、FeO相、Fe3O4相、Fe2O3的存在区域。 -8-7-6-5-4-3-2-1012345-8-7-6-5-4-3-2-1012345Fe2O3Cu2OCuOFe3O4CuFeOFe lgpCO2(g)lgpCO(g)Cu-C-O和Fe-C-O优势图-5-4-3-2-1012345-5-4-3-2-101234FeOCuOCu2OFe3O4CuFe lgpH2O(g)lgpH2(g)Cu-H-O和 Fe-H-O优势图反响温度对结果的影响反响温度对结果的影响 碱度为碱度为1.01.0，天然

21、气流量为，天然气流量为117ml/min117ml/min，通入量为实际量的，通入量为实际量的1.31.3倍，渣金分别保倍，渣金分别保温时间为温时间为30min30min，反响温度分别取，反响温度分别取14001400、14251425、14501450、14751475； 图图 温度对铜渣中金属收率的影响温度对铜渣中金属收率的影响实验室研讨结果14251425时金属收率时金属收率94.09%,94.09%,渣中金属含量渣中金属含量1.21%,1.21%,温度继续添加温度继续添加, ,金属收率根本坚持不变。金属收率根本坚持不变。139014001410142014301440145014601

22、4701480767880828486889092949698100 金属还原率 金属还原率/%反应温度/012345678910 (Fe)%(Fe)%/%选取适宜的反响温度选择为选取适宜的反响温度选择为14251425。渣中金属碱度对结果的影响碱度对结果的影响0.60.70.80.91.01.11.280828486889092949698100 金属收率 金属收率/%碱度 R012345678910 (M)%(M)%图图 碱度对铜渣中金属收率的影响碱度对铜渣中金属收率的影响实验室研讨结果反响温度为1425，天然气流量为117ml/min，通入量为实际用量的1.3倍，渣金分别保温时间为30m

23、in，实验中铜渣的碱度分别选取为：0.64、0.8、1.0、1.2 金属收率随着碱度的升高先添加后降低，当金属收率随着碱度的升高先添加后降低，当R=1.0R=1.0时金属收率到达极大值，渣中的金属时金属收率到达极大值，渣中的金属含量也最低。选取适宜熔渣的碱度为含量也最低。选取适宜熔渣的碱度为1.0 1.0 。渣中金属渣金分别保温时间对结果的影响渣金分别保温时间对结果的影响图图 渣金分别时间对铜渣中金属收率的影响渣金分别时间对铜渣中金属收率的影响金属收率随着保温时间的增长先添加后降低，t=30min时金属收率到达极大值；保温时间再延伸，那么导致金属返熔，使收率降低。选取适宜的渣金分别时间为30m

24、in 。0306090707580859095100 金属收率 金属收率/%保温时间/min012345678910 (M)%(M)%/%实验室研讨结果反响温度为1425，铜渣碱度为1.0，天然气流量为117ml/min，通入量为实际用量的1.3倍，实验中渣金分别保温时间分别选取为0min、30min、60min、90min。 渣中金属通气量对结果的影响图图13 13 通气量对铜渣中金属收率的影响通气量对铜渣中金属收率的影响通入量是实际量的1.3倍时金属收率已到达很大，渣中的残留金属也很少；通气量继续添加，金属收率根本坚持不变，但会使天然气利用率降低。1.01.21.41.61.82.0767

25、880828486889092949698100 金属收率 金属收率/%通气量/理论量012345678910 (M)%(M)%/%实验室研讨结果反响温度为1425，铜渣碱度为1.0，实验后渣金分别保温时间为30min，通入量分别为实际用量的1.0倍、1.3倍、1.6倍、2.0倍。 渣中金属碱度碱度R R温度温度/ /通气量通气量/ /理理论量论量保温时间保温时间/min/min金属收率金属收率/%/%验证验证1 11 1142514251.31.3303094.67 94.67 验证验证2 20.60.6142514251.31.3303083.77 83.77 验证验证3 31 1142514251.31.3606095.86 95.86 验证验证4 41 1142514252 2303095.4495.44表表 验证实验验证实验120g铜渣进展反响适宜工艺条件为：反响温度为