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铜渣焙烧改性的实验研究

作　者: 杨涛
导　师: 王华
学　校: 昆明理工大学
专　业: 冶金物理化学
关键词: 铜渣氧化焙烧磁铁矿铁橄榄石动力学
分类号: X758
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

我国经济持续稳步快速发展,各项经济建设和基础设施需求大量的钢铁。而我国是一个铁矿石相对比较贫乏的国家。我国大量铁矿石的需求中有相当大一部分依赖进口。仅2009年,中国铁矿石实际消耗量达到10亿吨左右,其中6.28亿吨为进口,占据了同期全球铁矿石贸易总量的50%以上。因世界矿业巨头联合提价,国际铁矿石市场价格不断上扬。国内钢铁企业本已不大的利润空间,因承受铁矿上涨,变得更加狭小。减小中国对铁矿石的刚性需求,拓展铁矿石资源来源,已迫在眉睫。目前国内精铜产量仅次于智利,居世界第二位,成为世界主要的铜生产国,2010年我国精炼铜产量457.3万吨,排放炼铜废渣为1005万吨。而在这数目巨大的铜渣中含有约402万吨的铁。因此数目庞大的铜渣作为铁矿石替代资源,不但可以补充我国钢铁业面临的铁矿石巨大缺口,同时可以减少铜渣堆放,和对环境的污染。本文通过有氧气氛下焙烧电炉贫化渣,富集四氧化三铁,为铜渣磁选回收富集铁精矿创造有利条件。针对铜渣氧化焙烧过程研究、分析了焙烧过程气固反应动力学机理。铜渣氧化焙烧气固反应遵循未反应核模型。焙烧的气固反应为一级反应。在均匀升温过程中,反应的控制环节变化为：反应初期为界面反应控制,中期为外扩散控制,末期为内扩散控制。对于等温阶段,分别在750℃-900℃温度段每隔50℃进行了等温动力学实验。结果表明等温过程反应控制环节为内扩散控制,经过分析可以求得等温过程的表观反应活化能为E=42.24KJ/mol。适合于本试验等温段的速率方程式为K=2.977e-5081/T。铜渣氧化焙烧过程中,通过添加氧化钙,或者细化铜渣粒度可以有效提高铜渣氧化焙烧气固反应进程。细化铜渣粒度改变了晶体内部结构,增加了晶体内部缺陷,有利于氧化钙、铁橄榄石之间的固固反应。细化铜渣粒度同时增加了铜渣表面活性中心数目,提高铜渣气固反应速率。氧化钙的加入可以有效增加铁橄榄石氧化焙烧的活性,促进反应的整体进行。磨矿粒度100μm,保温时间2小时,升温过程中,赤铁矿衍射峰一直增强,而磁铁矿衍射峰先增强,当温度超过850℃时减弱,表明过高的温度造成磁铁矿转变为赤铁矿不利于磁铁矿的富集。在磨矿粒度100μm,保温温度850℃,随保温时间延长赤铁矿衍射峰一直增强,而四氧化三铁衍射峰当时间超过2h后变化不明显,甚至减弱。过长的保温时间,虽有利于铁橄榄石氧化为磁铁矿,但同时生成的磁铁矿随时间延长会氧化为赤铁矿,并且以前得到的磁铁矿也会随保温时间的延长而减少。气相气氛中较低的氧位,有利于铜渣处于磁体矿稳定单一存在的区域。试验中通过氮气制造的低氧位难以达到磁铁矿单一稳定存在的气相区域,且过低的氧位减弱了铜渣氧化焙烧反应的速率,不利于铜渣的氧化焙烧。通过实验得出的磁体矿较有利富集条件是：空气气氛下,磨矿粒度100μm以下,保温温度850℃,保温时间两小时。在此条件下由铜渣中铁组分转化为磁铁矿的转化率为89%。

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摘要 3-5Abstract 5-9第一章绪论 9-24 1.1 我国冶金弃渣的产生现状 9 1.2 主要的铜熔炼技术及其炉渣特点 9-11 1.3 铜渣的物理化学性质 11-13 1.4 炉渣贫化回收铜渣中铜等有色金属 13-20 1.5 铜渣中铁的回收 20-21 1.6 铜渣的其他回收利用方法 21-23 1.7 本课题的研究意义和研究内容 23-24第二章原料物性分析和焙烧实验的热力学分析 24-36 2.1 铜渣的矿相分析 24-25 2.2 铜渣表观形貌的扫描电镜分析 25-27 2.3 铜渣的表面主要区域的能谱分析 27-28 2.4 典型铜渣的矿物组成及岩相特征 28-29 2.5 实验装备与仪器 29 2.6 焙烧实验 29-31 2.7 铜渣焙烧的热力学分析 31-35 2.8 本章小结 35-36第三章铜渣焙烧的动力学研究 36-54 3.1 气固相反应的影响因素分析 36-38 3.2 固固相反应进程影响因素 38-42 3.3 铜渣氧化焙烧动力学分析 42-52 3.4 本章小结 52-54第四章铜渣焙烧富集磁铁矿实验 54-65 4.1 研究背景 54 4.2 实验材料 54 4.3 反应机理 54-55 4.4 实验方案、结论分析 55-63 4.5 本章小结 63-65第五章结论 65-67致谢 67-68参考文献 68-71附录A 攻读硕士期间发表论文目录 71

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