【摘 要】
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随着铜冶炼行业的飞速发展,全球精炼铜产量也大幅上升。中国是精炼铜生产大国,也是铜渣排放大国。2018年国内精炼铜产量已达902.9万吨,每年国内新增铜渣量将高达2000万吨,有效消纳处理铜冶炼渣成为解决资源和环境问题的重要举措。目前,大多数企业采取选矿或电炉贫化对铜渣进行处理,达到一定程度的铜资源回收,但大量含铁尾渣依然难以合理安置。由于受到处理量、工艺经济性、实际应用性能的限制,含铁尾渣依然采取
【基金项目】
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国家自然科学基金—云南联合基金“利用铜渣直接冶炼含铜抗菌性不锈钢的基础研究”（U1702253）； 国家自然科学基金面上项目“利用高炉含钒铁水直接冶炼钒钢短流程工艺基础研究”（51874094）；
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随着铜冶炼行业的飞速发展,全球精炼铜产量也大幅上升。中国是精炼铜生产大国,也是铜渣排放大国。2018年国内精炼铜产量已达902.9万吨,每年国内新增铜渣量将高达2000万吨,有效消纳处理铜冶炼渣成为解决资源和环境问题的重要举措。目前,大多数企业采取选矿或电炉贫化对铜渣进行处理,达到一定程度的铜资源回收,但大量含铁尾渣依然难以合理安置。由于受到处理量、工艺经济性、实际应用性能的限制,含铁尾渣依然采取堆存或贱卖的方式处理。铜渣问题严重制约铜冶炼工业的可持续发展,铜渣综合利用且末端产品高值化,是实现铜冶炼渣利用可持续发展的必然选择。东北大学提出基于铜渣末端高值化无渣化利用技术,即将高铜、铁含量的铜渣进行适度贫化,贫化渣配入焦煤进行涡流深度还原,获得含铜铁水,然后调质、浇铸、热处理冶炼含铜耐磨铸铁。本文采用热力学分析、XRD、SEM、ICP、金相观察等方法,对铜渣矿物学、适度贫化、涡流深度还原和耐磨铸铁冶炼、经济效益进行研究,得出以下结论:（1）通过铜渣矿物学研究,铜渣中含铜12.5%、含铁39.62%,还含有价金属铅0.94%、锌3.88%、金14.1 g/t、银129.6g/t,极具回收价值。从铜渣微观形貌来看,铜锍嵌布形式复杂,受铁橄榄石包裹严重。物相主要由磁铁矿相、铁橄榄石相、斑铜矿相、闪锌矿相组成。（2）铜渣通过重熔后,铜锍会发生自由沉降,但贫化60 min后铜含量仍高达1.68%,不能满足后续还原使用要求。采用涡流贫化工艺,最适宜条件为:温度1250℃,硫化剂加入量为3%,铁硅比1.4,配入CaF20.6%、CaO 4%,加料搅拌250rpm、1 min,沉降搅拌63 rpm、60min,可将渣中铜含量降至0.611%。在同样温度和添加剂条件下,工业上无搅拌贫化60min,铜含量仅能降至1.53%,差距明显。涡流适度贫化过程中,各元素进行再分配,93.14%的 Cu、67.95%的 Sb、94.03%的 Ag、99.44%%的 Au、55.36%的S进入到铜锍中;93.97%的Fe保留在贫化渣中;81.90%的Zn、75.55%的Pb、67.27%的As进入到烟气中。（3）贫化铜渣采用涡流深度还原工艺,最适宜条件为:温度1450℃,碱度为1.0,还原剂加入量为理论值1.5倍,按照CaF2/CaO=10%配入CaF2,加料搅拌250 rpm、5 min,沉降搅拌63 rpm、30 min,还原金属铜铁回收率为91.76%。涡流深度还原过程中,75.26%的 Cu、92.13%的 Fe、82.11%的 Pb、94.11%的 Ag、88.66%的 Au 进入到还原金属中;97.90%的Zn进入到烟气中。（4）涡流还原获得的还原金属,经添加合金元素调质处理后进行浇铸,冷却后得到耐磨铸球,其成分为:C含量3.29%、Si含量0.52%、Mn含量0.83%、P含量0.08%、S含量0.02%、Cr含量11.32%、Ni含量0.96%、Mo含量0.63%、Cu含量1.17%,符合牌号为HBW555Cr13的耐磨铸铁国标要求。通过“淬火+回火”的热处理,铸球基体由奥氏体转变为马氏体,整个样品（Fe,Cr）7C3型碳化物体积分数增加0.95%,达到16.11%,提高了材料的耐磨性。（5）按照铜渣冶炼含铜耐磨铸铁工艺,每处理1吨铜渣将有1185.45元的直接效益产生,并且富集的有价金属Cu、Pb、Zn、Au、Ag还存在6616.8元的潜在经济效益。铜渣冶炼含铜耐磨是新型固废高值化应用的工艺,可实现规模化、无渣化的生产目标,有着巨大的经济效益和市场前景。
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